我國是世界上最大的產煤國，同時也是發生煤礦災害事故最嚴重的國家。2000年，我國原煤產量由關井壓產前的13億 t降至10億t，煤炭生產死亡5 798人，百萬噸死亡率為5.8，是俄羅斯的12倍，印度的16倍，美國的182倍。瓦斯災害是造成我國煤礦災害事故嚴重的主要原因。2000年，我國煤礦共發生一次死亡3～9人重大事故367起，共計死亡1 694人，其中瓦斯事故267起，死亡1 281人，分別占3～9人重大事故起數的72.75％、死亡人數的75.62％；發生一次死亡10人以上的特大事故75起，死亡1 398人，其中，瓦斯事故69起，死亡1 319人，分別占10人以上特大事故起數的92.00％、死亡人數的94.35％。

    瓦斯抽放是防治煤礦瓦斯災害事故的根本措施，我國政府及有關部門對此給予了高度重視。從20世紀50年代開始，我國就將瓦斯抽放作為治理煤礦瓦斯災害的重要措施在高瓦斯和突出礦井推廣；2002年，國家煤礦安全監察局制定了“先抽后采，以風定產，監測監控”的煤礦瓦斯防治方針，強化了瓦斯抽放治理瓦斯災害的地位；《煤礦安全規程》（2001年版）也以法規的形式對煤礦瓦斯抽放作了詳盡的規定。半個世紀以來，我國實施瓦斯抽放的礦井數量和瓦斯抽入量逐年穩步上升，抽放瓦斯總量僅少于美國，居世界第2位，盡管如此，和煤礦瓦斯災害治理對瓦斯抽放的要求相比，我國煤礦瓦斯抽放效果亟待提高。

    1 我國煤礦瓦斯抽放現狀

    1.1 瓦斯抽放量

    據不完全統計，2002年，我國共有141個煤礦實施瓦斯抽放，年抽放瓦斯總量達到12.17億 m³。與20世紀50年代初期相比，瓦斯抽放礦井數量增加了25.5倍，年瓦斯抽放量增加了近10倍。晉城（28個地方煤礦）、撫順、陽泉、松藻、天府、淮南、盤江、鐵法、石炭井、水城、平頂山、芙蓉、中梁山、南桐、淮北、鶴崗、峰峰、焦作、豐城、六枝是我國目前的主要抽放瓦斯礦區，各礦區瓦斯抽入情況見表1。其中，晉城（地方煤礦），撫順和陽泉3個礦區的瓦斯抽放量最多，年瓦斯抽放量均超過了1億m³。2002年，我國21個主要瓦斯抽放礦區共計123個抽放礦井的瓦斯抽放量為11.24億 m³，占全國瓦斯抽放總量的92.36％。

    表1 我國主要瓦斯抽放礦區瓦斯抽放量和抽放率統計

礦區名稱	2002年			1994年
	瓦斯涌出量/Mm3	瓦斯抽放量/Mm3	瓦斯抽放率/％	瓦斯涌出量/Mm3	瓦斯抽放量/Mm3	瓦斯抽放率/％
晉城地方 撫順 陽泉 松藻 天府 盤江 淮南 鐵法 石炭井 水城 平頂山 芙蓉 中梁山 南桐 淮北 鶴崗 鶴壁 峰峰 焦作 豐城 六枝 合計	760.65 162.11 378.87 194.08 79.41 202.49 312.82 157.41 86.20 157.29 137.27 98.68 51.24 91.38 223.72 92.60 134.95 125.69 86.81 157.29 45.34 3 736.48	352.48 128.56 117.26 76.55 63.72 51.18 49.39 44.48 34.30 26.21 25.86 24.68 23.96 22.73 18.01 13.21 12.38 11.48 10.45 9.41 8.17 1 124.47	46.39 79.30 30.95 50.06 80.24 26.14 15.87 28.80 39.79 18.67 20.84 20.98 46.76 24.87 14.15 15.40 9.30 12.14 12.58 15.40 19.04 30.09	/ 197.15 357.36 150.91 82.80 166.49 199.57 129.40 41.17 150.46 125.16 99.10 97.98 94.33 116.53 96.32 108.14 109.34 94.52 64.77 93.72 2 575.22	/ 118.81 89.42 68.18 19.73 18.26 5.22 17.60 12.50 11.17 1.66 20.14 22.23 13.64 4.55 12.00 8.20 11.15 12.44 9.82 19.06 495.78	/ 60.26 23.40 41.96 23.83 12.18 2.80 14.07 30.36 8.56 1.89 29.29 43.38 15.14 3.90 12.45 8.57 11.32 14.39 15.92 18.68 19.25

    1.2 瓦斯抽放率

    按照抽放率大小，我國主要瓦斯抽放礦區可以劃分為3類：

    Ⅰ類礦區：瓦斯抽放率＞40％，抽放效果好；

    Ⅱ類礦區：瓦斯抽放率25％～40％，抽放效果一般；

    Ⅲ類礦區：瓦斯抽放率＜25％，抽放效果差。

    我國主要瓦斯抽放礦區的瓦斯抽放效果分類情況（見表2）。

    表2 我國主要抽放礦區瓦斯抽放效果分類

瓦斯抽放效果類別	礦區數 /個	平均瓦斯抽放率 /％	占主要瓦斯抽放礦 礦區數的比例/％
Ⅰ類	5	60.14	23.80
Ⅱ類	4	29.96	19.06
Ⅲ類	12	13.93	57.14

    由表2可以看出，我國主要瓦斯抽放礦區的總體與瓦斯抽放效果不好。瓦斯抽放效果好的Ⅰ類礦區只有5個，僅占主要瓦斯抽放礦區數的23.80％，平均瓦斯抽放率為60.14％；瓦斯抽放效果一般的Ⅱ類礦區有4個，占主要瓦斯抽放礦區數19.06％，平均瓦斯抽放率為29.96％；瓦斯抽放效果差的Ⅲ類礦區則多達12個，占主要瓦斯抽放礦區數高達57.14％，平均瓦斯抽放率僅為13.93％。如果考慮所有抽放瓦斯礦井，瓦斯抽放率低于25％的礦井比例更會大。

    1.3 瓦斯抽放方法

    我國煤礦最常用的瓦斯抽放方式是井下抽放。考慮到抽放對象的不同，又可以分為本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放和采空區瓦斯抽放。目前，煤礦應用最為普遍的瓦斯抽放方法有如下6種。

    （1）本煤層采前預抽。絕大多數開采單一煤層的高瓦斯或突出礦區均采用采前預抽抽放本煤層瓦斯，如焦作、鶴壁、晉城、潞安等礦區。部分開采遠距離煤層群的礦區，往往也采用這種方式抽放本煤層瓦斯，淮南礦區C13-1煤層群開采就屬于此情形。

    （2）本煤層邊采邊抽。許多高瓦斯或突出礦井為了解決本煤層預抽時間短、瓦斯抽放率低等問題或者是為了增加瓦斯抽放量，在回采過程中往往采取邊采邊抽瓦斯措施。

    （3）本煤層邊掘邊抽。煤巷掘進時，我國大部分高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井采取邊掘邊抽措施防治煤與瓦斯突出和瓦斯超限。

    （4）鄰近層鉆孔抽放。開采煤層群的礦區，當回采工作面瓦斯涌出以鄰近層為主且通風方法不能保證瓦斯不超限時，幾乎全部實施了鄰近層瓦斯抽放，其中約有70％以上的工作面采用穿層鉆孔抽放鄰近層瓦斯。穿層鉆孔抽放鄰近層瓦斯在陽泉、天府、松藻、中梁山等礦區應用非常普遍，工作面瓦斯抽放率普遍超過50％。

    （5）鄰近層巷道抽放。陽泉礦區是鄰近層巷道抽放瓦斯方式的先驅，瓦斯抽放效果也最為顯著，工作面瓦斯抽放率普遍高于70％，最高時達到90％以上；目前，該方法已在陽泉礦區15號煤層工作面廣泛推廣。

    （6）采空區瓦斯抽放。我國部分礦區采空區瓦斯涌出較大的工作面，采用抽放采空區瓦斯的方法，以減少工作面風排瓦斯量和防治上隅角瓦斯超限。

    2我國煤礦瓦斯抽放存在的問題

    目前，我國煤礦總體瓦斯抽放效果不佳，具體表現為瓦斯抽放率低。導致我國煤礦瓦斯抽放率低的原因有2個方面：一方面是客觀原因，我國95％以上的高瓦斯和突出礦井所開采的煤層屬于低透氣性煤層，煤層透氣性系數只有0.004～0.04 m²/（MPa²·d），瓦斯抽放（特別是預抽）難度非常大；另一方面是主觀原因，主要表現為抽放時間短、鉆孔工程量不足、封孔質量差、抽放系統不匹配和管理不到位。下面針對主觀原因分析我國煤礦瓦斯抽放存在的問題。

    2.1 抽放時間短

    瓦斯抽放率隨抽放時間延長而增大。對透氣性系數低于0.04 m2/（MPa2·d）的低透氣性煤層，要達到較高的瓦斯抽放率，預抽時間不能少于6～8個月。我國的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井都程度不同地存在采掘失調，回采工作面預抽瓦斯的時間普遍不足，據焦作、鶴壁、平頂山、淮南、淮北、撫順、鐵法等礦區的統計，突出煤層回采工作面預抽瓦斯時間最長為8個月，最短僅為1個月，平均預抽時間只有3.3個月。

    2.2 鉆孔工程量不足

    抽放鉆孔具有輸排瓦斯和提高煤層透氣性的雙重作用。鉆孔工程量不足是導致瓦斯抽放率偏低的主要原因之一。我國約有80％以上的高瓦斯和突出危險工作面采用本煤層預抽，單個工作面抽放鉆孔長度一般為15 000～35 000m，鉆孔總長度看起來不少，但噸煤鉆孔長度少得可憐。據焦作、鶴壁、平頂山、晉城、潞安、淮南、淮北、鐵法等礦區的不完全統計，回采工作面噸煤預抽鉆孔長度最多為0.04m，最少只有0.006 5m，平均僅為0.018 m。實施鄰近層瓦斯抽放的礦區也存在同樣的問題，部分礦區的鄰近層抽放鉆孔瓦斯流速高達30～50 m/s，遠遠超過瓦斯抽放的經濟流速，抽放鉆孔數量嚴重不足。

    2.3 封孔質量差

    孔底抽放負壓具有引流瓦斯和強制瓦斯解吸的功效、封孔質量的好壞直接關系到瓦斯抽放效果的好壞。目前，我國約有2/3的瓦斯抽放礦井仍然采用黃泥或水泥砂漿封孔，甚至少數開采近水平或緩傾斜煤的礦井也采用水泥砂漿封孔，封孔長度短而且密封質量很差。我國約有65％的回采工作面預抽瓦斯濃度低于30％，充分反映了抽放鉆孔封孔質量差的現狀。

    2.4 抽放系統不匹配

    近年來，我國政府利用國債資金對部分煤礦的抽放系統進行了更新改造，抽放系統不匹配的狀況有了一定的改觀，但這種現象仍然非常普遍；部分礦井瓦斯抽放泵能力不足，極限抽放流量小，真空度低，不足以克服抽放管道沿程阻力；部分礦井瓦斯抽放泵能力雖然較大。但選用的抽放支管甚至主干管管徑太小，抽放泵產生的負壓絕大部分消耗在抽放管道的沿程阻力上。其結果是，這些礦井的本煤層瓦斯預抽鉆孔孔口負奪＜490 Pa，有的甚至靠正壓自排瓦斯。

    2.5 管理不到位

    瓦斯抽放管理不到位是造成我國煤礦瓦斯抽放效果差的重要原因。抽放管理不到位具體表現為：部分礦井沒有專門的瓦斯抽放隊伍；鉆孔施工質量缺乏監管，不按設計施工抽放鉆孔，虛報鉆孔長度；抽放系統不按規定安設計量裝備、監測設施和放水器；不進行投放系統的定期維護和檢漏等等。

    3 提高瓦斯抽放率的對策

    3.1 改善采掘平穩 確保抽放時間

    改善采掘平衡、確保抽放時間是提高煤層瓦斯抽放率的重要保障措施，這對實施本煤層預抽瓦斯的礦井尤為關鍵。我國有1/3以上的礦區開采的是突出煤層，煤巷掘進速度普遍＜100 m/月，有的嚴重突出礦井煤巷月掘進速度只有20～30 m，采掘嚴重失調，無法保證足夠的預抽瓦斯時間。提高煤巷掘進速度是突出煤層實現采掘平衡、確保預抽瓦斯時間的根本途徑，具體措施如下：

    （1）針對礦區或礦井的瓦斯地質條件，開展瓦斯突出區域預測和煤巷掘進工作面突出危險性預測敏感指標及臨界值的研究，減小突出預測率，提高突出預測準確率，達到減少不必要的防突工程量、提高掘進速度的目的。

圖1 水力擠出消突措施鉆孔布置示意圖

    （2）研究探索適合礦區煤層條件的快速消突措施，縮短防突周期，提高掘進效率。圖1為我國最近試驗成功的水力擠出高效消突措施鉆孔布置示意圖。該方法的實質在于：通過注水使掘進頭煤體適量外移，造成前方煤體破壞，集中應力帶前移，增大卸壓帶寬度，快速消除掘進前方一定距離的煤與瓦斯突出危險性。

    3.2 改革打鉆工藝 增加噸煤抽放鉆孔長度

    國內外的預抽瓦斯實踐表明，透氣性系數介于0.004～0.04 m²/（MPa²·d）的煤層要取得好的抽放效果，除了選用合理的抽放方式和保證抽放時間外，噸煤抽放鉆孔的長度不應低于0.05 m。大部分突出煤層屬于結構嚴重破壞煤層，打鉆難是預抽瓦斯鉆孔施工的技術瓶頸。我國煤礦普遍采用水排粉濕式鉆進和壓風排粉干式鉆進2種鉆孔施工工藝。采用水排粉濕式鉆進施工順層預抽鉆孔（特別是下向鉆孔），鉆粉易于結團，容易造成卡鉆、塌孔；壓風排粉干式鉆進施工順層預抽鉆孔，煤粉污染環境嚴重，當鉆孔過長或風壓不足時，也容易卡鉆、塌孔。要增加突出煤層噸煤抽放鉆孔長度，可以選用如下技術措施：（1）配套風粉分離裝備，普及壓風排粉干式鉆孔施工工藝；（2）鉆孔施工地點加裝移動式壓風設備，增加壓風風壓；（3）借鑒國外成功經驗，引進并推廣泡沫排粉鉆孔施工工藝；（4）選用大功率強力鉆機和鉆具。

    3.3 強化綜合抽放瓦斯

    （1）強制增大煤層透氣性，提高低透氣性煤層的瓦斯抽放率。可以選用的技術途徑包括：深孔爆破致裂、高能氣體致裂、水力壓裂、淹沒射流和空間立體交叉布孔（交叉鉆孔）等。圖2為交叉鉆孔預抽瓦斯方式示意圖。

圖2 交叉鉆孔預抽瓦斯方式示意圖

    （2）采用頂板巖石鉆孔高效抽放采空區瓦斯。這種方法是淮南礦業集團公司試驗成功的一種抽放采空區瓦斯的新方法，只要參數選取適宜，瓦斯抽放率可以達到50％～80％，圖3為頂板巖石鉆孔采空區瓦斯抽放示意圖。

圖3 頂板巖石鉆孔采空區瓦斯抽放示意圖

    （3）采用煤巷“鉆墻”布孔高效邊掘邊抽瓦斯

    “鉆墻”布孔邊掘邊抽是河南理工大學最近試驗成功的一種高效瓦斯抽放方法，掘進工作面煤壁截流瓦斯抽入率（和巷道瓦斯涌出總量相比）可達70％以上，特別適用于高瓦斯和突出煤層煤巷掘進工作面瓦斯強化抽放。圖4為“鉆墻”布孔邊掘邊抽方式示意圖。

圖4 “鉆墻”布孔邊掘邊抽方式示意圖

    3.4 推廣聚氨酯封孔工藝 提高封孔質量

    聚氨酯具有膨脹系數高、凝固時間短、封孔效率高、收縮率小和封孔質量高等優點，采用本煤層預抽瓦斯的礦井（特別是開采近水平和緩傾斜煤層的礦井），應當采用聚氨酯封孔工藝，同時保證封孔深度≥4～6 m。為降低聚氨酯封孔成本，建議購買礦用聚氨酯配方，實現聚氨酯自給自足。

    3.5 優化瓦斯抽放系統 提高瓦斯抽放能力

    主要措施包括：選用與瓦斯抽放量和抽放系統阻力相匹配的抽放泵，盡量增大井下抽放干管和分支管的直徑，管道低洼地段安設自動放水器，減少抽放管網沿程阻力；經常檢查井下管網和抽放鉆孔的氣密性，及時關閉漏氣抽放鉆孔，提高抽放鉆孔孔口負壓。

    3.6 加強瓦斯抽放管理

    煤礦各級領導要高度重視瓦斯抽放工作，組建專門的瓦斯抽放管理機構；配備專業鉆孔施工隊伍和裝備，嚴把鉆孔施工質量關，杜絕虛報鉆孔長度；瓦斯抽放系統按規定裝設計量儀表、監測設施和放水器，定期進行抽放系統的維護和檢漏；加強瓦斯抽放從業人員的技術培訓和責任心教育。