适用读者： 煤矿矿长、总工程师、防突副总、抽采科长、通防副总、瓦斯实验室主管

作者： 张洁贞｜中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理｜中国矿业大学安全生产检测检验中心技术合作支持

一、行业痛点与法规监管：假达标隐患与采掘推进一票否决

瓦斯抽采是高瓦斯与突出矿井从源头上治理瓦斯灾害的根本治本之策。

然而，在陕西韩城、铜川、澄合，山西阳泉、晋城，以及贵州、河南等高瓦斯矿区，部分矿井在瓦斯抽采达标评判中普遍面临严峻挑战：

  1. 抽采计量不准导致“数据达标、现场超限”：部分矿井仅依靠管网总管计量估算抽采率，未在采掘工作面回采前开展密闭取样实测，导致抽采盲区残留高压高瓦斯，在回采截割时突发高浓度瓦斯涌出；
  2. 评判指标体系混淆不清：未能准确区分“突出危险性消除评判指标”（$W_{res} \le 8.0\text{ m}^3/\text{t}, P_{res} \le 0.74\text{ MPa}$）与“采煤工作面瓦斯抽采率达标指标”（回采期间抽采率需达到 $40\% \sim 70\%$）；
  3. 国家安监“穿透式”监察与一票否决红线：国家矿山安全监察局《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第十五条明确规定：采掘工作面瓦斯抽采达标评判必须由煤矿总工程师批准，严禁未达标组织采掘；凡抽采达标弄虚作假、虚报数据的，直接认定为重大安全生产隐患并依法停产整顿。
采掘工作面布置预抽钻孔并实施负压抽采
  ↓ 达到设计抽采预抽时间后
实施“钻孔精准取样 + 实验室解吸损失反演 + 瓦斯压力直接测定”
  ├── 检验指标 1：残余瓦斯含量 W_res ≤ 8.0 m³/t（无烟煤 ≤ 6.0 m³/t）
  ├── 检验指标 2：残余瓦斯压力 P_res ≤ 0.74 MPa
  └── 检验指标 3：工作面回采瓦斯抽采率 η_drain 达到规定标准（40%~50%）
编制《瓦斯抽采达标评判报告》经总工程师批准签字后方可组织安全回采

因此，建立标准化、全流程、可追溯的瓦斯抽采达标现场实测考核体系，是总工程师守牢瓦斯零超限安全底线的核心技术保障。

二、朗缪尔吸附力学与抽采率计算模型：残余含量与压力反演方程

煤层瓦斯在微观基质中的储存状态由朗缪尔（Langmuir）等温吸附方程主导。

1. 煤层残余瓦斯含量与压力理论反演方程

在干燥无灰基条件下，煤层残余瓦斯含量 $W_{res}$ 与残余瓦斯平衡压力 $P_{res}$ 满足方程：

$$W_{res} = \frac{a \cdot b \cdot P_{res}}{1 + b \cdot P_{res}} \cdot \frac{100 - M_{ad} - A_{ad}}{100} \cdot \frac{1}{1 + 0.31 M_{ad}} + \frac{100 \cdot \phi_{eff}}{\rho_{coal} \cdot R_g \cdot T} \cdot P_{res}$$

式中：$a$ 为极限吸附量常数（$\text{m}^3/\text{t}$）；$b$ 为吸附常数（$\text{MPa}^{-1}$）；$M_{ad}, A_{ad}$ 分别为煤的水分与灰分产率（$\%$）；$\phi_{eff}$ 为有效自由孔隙率；$\rho_{coal}$ 为煤的真相对密度（$\text{t/m}^3$）。

瓦斯抽采达标评判特征曲线与检验流程图
图2：煤层瓦斯预抽时间演化、残余瓦斯含量衰减曲线与抽采达标评判临界阈值判定图

2. 工作面瓦斯抽采率（$\eta_{drain}$）与可解吸瓦斯量核算模型

采煤工作面在回采期间的实际瓦斯抽采率 $\eta_{drain}$ 计算公式为：

$$\eta_{drain} = \frac{Q_{drain\_pure}}{Q_{drain\_pure} + Q_{vent\_pure}} \times 100\%$$

式中：

  • $Q_{drain\_pure}$ 为工作面瓦斯抽采纯量（$\text{m}^3/\text{min}$）；
  • $Q_{vent\_pure}$ 为工作面通风排出的瓦斯纯量（$Q_{vent\_pure} = Q_{air} \cdot C_{CH4} / 100$）。

#### 采煤工作面瓦斯抽采率法定强制达标标准表

工作面绝对瓦斯涌出量 ($Q_{total}$) 采煤工作面最低瓦斯抽采率 ($\eta_{drain}$) 采区最低瓦斯抽采率 矿井最低瓦斯抽采率
$5.0 \le Q < 10.0\text{ m}^3/\text{min}$ $\ge 40\%$ $\ge 35\%$ $\ge 30\%$
$10.0 \le Q < 20.0\text{ m}^3/\text{min}$ $\ge 50\%$ $\ge 45\%$ $\ge 40\%$
$20.0 \le Q < 40.0\text{ m}^3/\text{min}$ $\ge 60\%$ $\ge 55\%$ $\ge 50\%$
$Q \ge 40.0\text{ m}^3/\text{min}$ $\ge 70\%$ $\ge 65\%$ $\ge 60\%$

三、达标评判现场取样测定与考核SOP

中矿天智与中国矿业大学科研团队严格执行闭环标准化评判作业流水线：

SOP 1：评价单元划分与测点布设（沿工作面走向每隔 30~50m 划分一个评价单元，顺槽每单元打设 3 个检验孔）
  ↓
SOP 2：定点深孔密闭取样（在钻孔深度大于抽采孔终孔深度 2m 处采集新鲜煤样，入罐时间控制在 3min 以内）
  ↓
SOP 3：现场解吸量测定与损失量时间反演（连续测定 0~60min 解吸量，运用扩散公式精准反演暴露损失量 Q_loss）
  ↓
SOP 4：实验室常压低温脱气与残存量测定（粉碎球磨至 <0.25mm，真空脱气测定残存瓦斯量 Q_rem）
  ↓
SOP 5：残余瓦斯压力原位封孔验证（在代表性测点采用主动胶囊注浆封孔，连续 7 天监测残余瓦斯压力 P_res）
  ↓
SOP 6：综合数据计算与编制达标评判报告（核算各单元 W_res、P_res 与抽采率，经总工签字并归档备查）
井下抽采钻场密闭取样与压力测定现场
图3：瓦斯抽采检测人员在井下钻场操作密闭取样筒与数字压力计采集达标评判检验参数

瓦斯抽采达标三大判定红线指标

评判指标名称 突出煤层判定红线 高瓦斯非突出煤层判定红线 测量方法与依据标准
残余瓦斯含量 ($W_{res}$) $\le 8.0\text{ m}^3/\text{t}$（构造煤 $\le 6.0$） 满足工作面风排瓦斯不超限要求 GB/T 23250 现场直接解吸法
残余瓦斯压力 ($P_{res}$) $\le 0.74\text{ MPa}$ $\le 0.74\text{ MPa}$ KA/T 1047 主动胶囊注浆测压法
工作面瓦斯抽采率 $\ge 40\% \sim 70\%$（按涌出量定） $\ge 40\% \sim 60\%$ 连续 30 天在线抽采与风排计量
钻孔有效抽采率 预抽钻孔有效抽采率 $\ge 30\%$ 预抽钻孔有效抽采率 $\ge 25\%$ 单孔流量与设计储量对比核算

四、核心检测仪器与实验室设备配置

便携式瓦斯含量快速测定仪与解吸仪特写
图4：实验室配备的矿用防爆瓦斯含量快速测定仪、恒温解吸仪与高精度电子天平特写
仪器设备名称 规格型号 核心功能与技术指标 检定与防爆要求
便携式瓦斯含量测定仪 WQF-1 型本安防爆型 井下现场直接测定煤样常压解吸速度与累积解吸量 计量分辨率 $0.5\text{ mL}$，防爆标志 Exib I Mb
深孔密闭定点取样器 MYQ-89 机械密闭取样器 在钻孔深部剪切新鲜原状煤样并瞬间气密闭锁 取样深度 $\ge 120\text{ m}$，煤样装填容积 $\ge 500\text{ g}$
全自动真空粉碎脱气系统 ZKT-4 四联脱气脱水仪 恒温 $90^\circ\text{C}$ 条件下真空解吸球磨粉碎煤样残存量 极限真空度 $\le 10\text{ Pa}$，气体收集误差 $<0.2\%$
多通道瓦斯抽采监控分站 KJ90-CF 抽采多参数分站 实时在线监测各分支抽采管路负压、浓度、温度与工况流量 连续自动采集存储，符合国家抽采计量标准

五、工程案例复盘与实战对账：韩城某大型突出矿井抽采达标评判项目

以下结合韩城矿区某年产 240 万吨煤与瓦斯突出矿井 3205 综采工作面瓦斯抽采达标评判项目进行深度对账。

总工程师与防突专家组在达标报告评审会
图5：中国矿业大学瓦斯科研团队与煤矿总工程师在矿区调度室核定抽采达标评判成果

1. 工作面基本概况与抽采工程

  • 地质条件：主采 3 号煤层，平均厚度 4.5m，工作面走向长 1800m，倾向长 220m，原始瓦斯含量 $14.8\text{ m}^3/\text{t}$，原始瓦斯压力 $1.95\text{ MPa}$；
  • 抽采工程量：施工顺层预抽钻孔 280 个（总进尺 26,000m），连续预抽 8 个月；
  • 评判任务：在工作面推进前，对全工作面划分 36 个评价单元开展残余瓦斯含量与压力现场实测。

2. 评判检测实测数据与对账

韩城 3205 工作面抽采达标评判实测成果：
  ├── 检验测点总数：布置 72 个取样检验孔，实测残余瓦斯含量最大值 6.45 m³/t（<8.0 m³/t）
  ├── 残余瓦斯压力实测：布置 4 组测压孔，实测最大残余压力 0.42 MPa（<0.74 MPa）
  ├── 工作面回采瓦斯抽采率核算：实测抽采纯量 18.5 m³/min，风排纯量 12.2 m³/min
  │     └── 实际瓦斯抽采率达到 60.3%（高于国家规定 50% 的最低标准）
  └── 评判结论：3205 采煤工作面全区域达到瓦斯抽采达标要求，突出危险性已完全消除

3. 指导安全回采效益

依据达标评判报告，矿井安全组织综采工作面回采，月产原煤突破 20 万吨，回采期间工作面及回风隅角瓦斯浓度稳定在 $0.25\% \sim 0.45\%$，实现了全周期“零超限、零报警、零险情”安全高效开采。

六、矿长与总工抽采达标迎检自查清单

总工程师在组织抽采达标报告审批与国家安监局检查迎检时，必须核验以下 6 项核心内容：

  • 法定 CMA 瓦斯抽采达标评判报告原件：具备国家认定资质机构出具的检验报告并由煤矿总工程师批准签字。
  • 工作面抽采达标评价单元网格划分图：标明各单元钻孔布置、取样孔坐标、实测残余瓦斯含量与压力的图件。
  • 井下现场密闭取样与解吸原始记录单：包含取样时间、煤样重量、损失量反演计算过程的手写原始台账。
  • 抽采管网计量仪表校准与标定证书：孔板流量计、超声波流量计及红外瓦斯传感器的计量检定证书。
  • 工作面预抽期与回采期抽采率连续计算月报：通防科按月编制的抽采量、排风量与抽采率统计表。
  • 防突效果检验单与允许进尺审批通知书：严格执行“达标一个单元、允许开采一个单元”的安全审批单。

    • 七、常见问题深度解答 (FAQ)

    Q1：为什么瓦斯抽采达标评判必须以“残余瓦斯含量”为首要指标？

    答： 残余瓦斯含量（$W_{res}$）是直接衡量煤体内部积聚瓦斯总能量（膨胀内能）的最本质物理量。瓦斯压力会受到局部透气性与封孔质量影响，而残余瓦斯含量能够全面反映单位质量煤体释放瓦斯的潜在能力。国家标准严格限定突出煤层 $W_{res} \le 8.0\text{ m}^3/\text{t}$（构造软煤 $\le 6.0\text{ m}^3/\text{t}$），只有将瓦斯含量降至该安全临界值以下，煤体在采掘扰动下才不会具备发生爆发式喷出的破坏动力。

    Q2：如何保证井下现场取样测定残余瓦斯含量的准确性？

    答： 必须严密把控“三项关键时间控制”：① 新鲜原状煤样：取样钻孔必须避开抽采孔卸压范围，在实体煤深部采集；② 快速装罐密闭：从煤样破壁出孔到装入密闭脱气罐并拧紧密封，暴露时间必须严格控制在 3 分钟以内；③ 精确反演损失量：利用前 60 分钟实测解吸速率曲线，通过巴雷尔（Barrer）扩散方程进行时间平方根反演，精准补偿取样过程中的瓦斯损失量。

    Q3：抽采达标评判全套检测与报告编制需要多长时间？

    答： 井下多点密集取样与原位测压需 3~5 天，实验室真空脱气与数据统计复核需 2~3 天，编制正式达标评判报告并组织内部总工审查需 2 天，全流程通常在 7~10 个工作日 内完成并交付正式 CMA 盖章报告。

    参考依据与标准规范

    1. 煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（发改能源〔2011〕2630号）
    2. AQ 1026-2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》
    3. 防治煤与瓦斯突出细则（2019版），国家煤矿安全监察局
    4. 煤矿安全规程（2025版），国家矿山安全监察局
    5. GB/T 23250-2009《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》
    6. 矿安〔2026〕81号《国家矿山安全监察局关于进一步加强煤矿重大灾害精准治理与安全风险辨识评估的指导意见》

    关于作者与中矿天智服务承接

    张洁贞，中矿天智信息科技（徐州）有限公司高级销售经理，长期服务陕北榆林、神木、铜川、韩城，山西及内蒙古各大煤矿企业。

    检验检测与达标评判深度依托 中国矿业大学安全生产检测检验中心，具备国家法定资质认证。

    承接业务范围：

    • 煤矿采掘工作面瓦斯抽采达标现场实测评判与正式 CMA 报告出具；
    • 煤层原始瓦斯含量、残余瓦斯含量与瓦斯压力现场直接测定；
    • 矿井突出危险性鉴定、瓦斯等级鉴定与重大灾害综合风险评估；
    • 顺层/穿层定向长钻孔增透抽采方案设计与抽采达标技术咨询。

    矿方下一步行动指引

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    声明：文中技术参数与案例数据已依法进行脱敏处理，具体矿井抽采达标评判需结合开采煤层赋存专项实施。