矿井瓦斯抽放技术-2

主要内容一、基本知识二、煤层瓦斯抽放技术及方法三、瓦斯抽放参数的测定及计算四、矿井瓦斯抽放设计及施工五、矿井瓦斯抽放管理二、煤层瓦斯抽放技术及方法2.1瓦斯抽放发展概况2.2瓦斯抽放的目的及意义2.3瓦斯抽放的条件及应达到的指标2.4瓦斯抽放方法2.1瓦斯抽放发展概况我国煤矿瓦斯抽放技术的发展50年代中期，采用穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯在阳泉获得成功，解决了煤层群开采中首采面瓦斯涌出量大的问题。同时，认识到利用煤层开采后形成的采动卸压作用进行边采边抽,可以有效地抽出瓦斯。高透气性煤层抽放瓦斯阶段邻近层卸压抽放瓦斯阶段80年代开始，随着机采、综采和放顶煤技术的应用，开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出员大幅度增加。为了解决高产、高效工作面多瓦斯涌出源、高瓦斯涌出量的问题，必须结合矿井的地质开采条件，实施综合抽放瓦斯50年代初期，在抚顺高透气性特厚煤层中首次成功采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，解决了抚顺矿区的关键问题，在透气性小于抚顺煤层的其它矿井未取得明显的效果。突出煤层抽放瓦斯效果不理想、难以消除突出威胁。从60年代开始，试验研究了多种强化抽放开采煤层瓦斯的方法，如煤层高、中压注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径钻孔等。低透气性煤层强化抽放瓦斯阶段综合抽瓦斯阶段2.2瓦斯抽放的目的及意义预防瓦斯超限确保矿井安全生产。开采保护层并具有抽放瓦斯系统的矿井，应抽放被保护层的卸压瓦斯。无保护层可采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用。开发利用瓦斯资源，变害为利。瓦斯抽放的目的2.2瓦斯抽放的目的及意义瓦斯抽放是消除煤矿重大瓦斯事故的治本措施瓦斯抽放的意义瓦斯抽放能够利用宝贵的瓦斯资源。瓦斯抽放能够解决矿井仅靠通风难以解决的问题，降低矿井通风成本2.3瓦斯抽放的条件及应达到的指标开采保护层时应考虑抽放被保护层瓦斯。瓦斯抽放的条件矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3／min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。①大于或等于40m3／min；②年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；③年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；④年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。《煤矿瓦斯抽采指标》（AQ1026-2006）2）应达到的指标（1）突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的瓦斯压力以下。若没有能考察出煤层始突深度的瓦斯含量或压力，必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。控制范围如下：a）石门（井筒）揭煤工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角＞8°时，底部或下帮5m）。钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5m以上。若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15m以上。b)煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角＞8°时，底部或下帮5m）及工作面前方10m以上。c)采煤工作面控制范围为：工作面前方20m以上。•解释：控制范围的概念都指与最外轮廓线平行的平面上的投影距离：5-8m8m石门8m5-8m井筒5-8m8m斜井8m5-8m平巷倾角大于8°时，由于自重的作用，安全性提高，底部和下帮的控制范围可减少为5m。（2）邻近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表1规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表2规定。工作面绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)工作面抽采率（%）备注5≤Q＜10≥20风排瓦斯4-810≤Q＜20≥30风排瓦斯7-1420≤Q＜40≥40风排瓦斯12-2440≤Q＜70≥50风排瓦斯20-3570≤Q＜100≥60风排瓦斯28-40Q≥100≥70风排瓦斯≥30表1采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标考虑到现有技术的可行性，高瓦斯量工作面风排瓦斯仍然很大，还需强调强化通风。表2采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标工作面日产量（t）可解吸瓦斯量Wj（m3/t）对应的最大瓦斯涌出量≤1000t≤85.6m3/min1001～2500t≤74.9～12.32501～4000t≤610.4～16.74001～6000t≤5.515.3～22.96001～8000t≤520.8～27.88001～10000t≤4.525.0～31.310000t≤427.8（3）采掘工作面风速不得超过4m/s，风流中瓦斯浓度不得超过1%。（4）矿井瓦斯抽采率确保矿井正常通风能力足以满足要求、限制不合理地增加矿井风量。表3矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)矿井抽采率（%）备注Q＜20≥25风排瓦斯量≤1520≤Q＜40≥3514-2640≤Q＜80≥4024-4880≤Q＜160≥4544-88160≤Q＜300≥5080-150300≤Q＜500≥55135-225Q≥500≥60≥200沿层钻孔穿层钻孔拐弯钻孔按抽放与采掘时间关系分类①巷道抽放法②钻孔抽放法：③巷道、钻孔混合抽放法瓦斯抽放方法①采前抽放：预抽②采中抽放：③采后抽放：采空区抽故①本煤层瓦斯抽放②邻近层瓦斯抽放③采空区瓦斯抽放按抽放瓦斯来源分类按抽放工艺分类边采边抽边掘边抽地面钻孔井下钻孔2.4瓦斯抽放方法①未卸压抽放②卸压抽放按煤层卸压因素分类采掘卸压抽放人为卸压抽放(1)本煤层瓦斯抽放的原理本煤层瓦斯抽放就是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。煤层回采前的抽放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面影响范围内的抽放，属于卸压抽放。本煤层瓦斯抽放的原理(2)本煤层瓦斯抽放的分类决定未卸压煤层抽采效果的关键性因素，是煤层的自然透气性系数。本煤层瓦斯抽放的分类本煤层未卸压抽采钻孔综合法本煤层卸压抽采在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩的应力重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气性系数增加，在这个区域内打钻抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空间。(3)本煤层未卸压钻孔预抽1巷道预抽深部截取式布置一般式布置网络式布置巷道预抽瓦斯的优点①可以提前将采区的准备巷道掘出来，不影响生产正常接替。②煤壁暴露面积大，有利于瓦斯涌出和抽放。③在掘进瓦斯巷道时，对该区的瓦斯涌山形式，地质构造等能进行进一步了解，有利于采取对策，实现安全生产。④对下段(或下—个水平)采区和邻区的煤层瓦斯，可起到一定的释放和截抽作用。(3)本煤层未卸压钻孔预抽抽放瓦斯钻孔参数。(1)钻孔直径：一般选用75~l00mm，有条件时可用大直径钻孔抽放瓦斯。(2)钻孔长度：沿层钻孔的长度一般为工作面长度的70一90%。(3)钻孔间距、数量、有效抽放时间：根据钻孔瓦斯流量衰减系数(α)、需要抽放瓦斯量(Qx)、钻孔极限抽出瓦斯量Qj，计算确定钻孔有效抽放时间(tx)、钻孔数量和钻孔间距。(4)一般应用13.33~26.66kPa的负压。2钻孔预抽沿层钻孔穿层钻孔(3)本煤层未卸压钻孔预抽3钻孔预抽瓦斯新技术沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术(4)本煤层卸压抽放瓦斯本煤层卸压抽放边掘边抽当掘进煤层巷道瓦斯涌出量大子3m3／min时，由煤巷两侧掘进小钻场，在钻场内布置钻孔，抽放巷道周围卸压煤体的瓦斯，并截取深处煤体涌出的瓦斯。适用条件与优缺点①掘进煤层巷道时瓦斯涌出量超过3m3/min，通风不易解决瓦斯问题。②适于透气性低，预抽效果不好的煤层。③抽出巷道周围煤休的卸压瓦斯，并可截取煤体深处涌出的瓦斯，减少涌入巷道的瓦斯量，抽放效果好。④钻孔易漏气，往往不易保证规定的抽放瓦斯浓度。动画演示(4)本煤层卸压抽放瓦斯厚煤层上行分层开采边采边抽开采层卸压抽放边采边抽厚煤层下行分层开采边采边抽一次采全高边采边抽（5）提高本煤层瓦斯抽放量的途径提高本煤层瓦斯抽放量的途径增大钻孔直径目前各国的抽放钻孔直径都有增大的趋势增大煤层透气性地面钻孔水力压裂水力破裂水力割缝交叉钻孔提高抽放负压提高抽放负压是否能显著增加抽放量还存在着不同的看法(1)邻近层抽放瓦斯原理和分类邻近层瓦斯抽放按邻近层的位置分为上邻近层(或顶板邻近层)抽放和下邻近层(或底板邻近层)抽放;按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合抽放三类。原理在煤层群开采时,由于开采层的采动影响,使其上部或下部的围岩及煤层卸压并引起这些煤岩层的膨胀变形和透气性的大幅度提高,引起这些煤层的瓦斯向开采层采掘空间涌出。邻近层瓦斯抽放原理和分类分类(2)钻孔抽放尾巷倾斜钻孔抽放邻近层瓦斯迎面斜交钻孔抽放邻近层瓦斯1)从开采层层内巷道打钻孔抽放运输巷钻孔抽放邻近层瓦斯回风巷钻场倾斜钻孔抽放上邻近层瓦斯中间巷钻孔抽放邻近层瓦斯1)从开采层层内巷道打钻孔抽放回风巷与运输巷同时打钻孔抽放邻近层瓦斯底板岩巷钻孔抽放邻近层瓦斯2)从开采层外打钻孔抽放邻近层瓦斯邻近层巷道钻孔抽放邻近层瓦斯顶板岩巷钻孔抽放邻近层瓦斯钻场间距多为30m～60m。一个钻场可布置一个或多个钻孔抽放上邻近层时的仰角，应使钻孔通过顶板岩石的裂隙带进入邻近层充分卸压区。下邻近层抽放时的钻孔角度没有严格要求抽放邻近层瓦斯钻孔直径，一般都采用75mm左右。一般孔口负压应保持在6.7kPa~13.3kPa以上。国外多为13.3kPa~26.6kPa。(3)地面钻孔抽放邻近层瓦斯地面拐弯钻孔抽放邻近层瓦斯地面垂直钻孔抽放邻近层瓦斯地面钻孔抽放邻近层瓦斯(4)顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯垂直工作面顶板瓦斯巷顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯平行工作面顶板瓦斯巷瓦斯巷与钻孔综合布置(5)巷道抽放倾斜抽放巷走向抽放巷巷道抽放（1）采空区瓦斯抽放方法按开采过程来划分抽放方法分类按采空区状态划分回采过程中采空区抽放按采空区瓦斯抽放方式采后密闭采空区抽放半封闭采空区抽放全封闭采空区抽放钻孔抽放法巷道抽放法（1）采空区瓦斯抽放方法运输顺槽回风顺槽均压设施CH4半封闭采空区瓦斯抽放均压埋管抽放（1）采空区瓦斯抽放方法半封闭采空区瓦斯抽放地面钻孔抽放（1）采空区瓦斯抽放方法半封闭采空区瓦斯抽放风巷70m80m80m80m80m80m80m80m70m80m85m85m121110987654321机巷切眼停采线17150综采工作面高位钻孔抽放（1）采空区瓦斯抽放方法全封闭采空区瓦斯抽放密闭巷道抽放采空区瓦斯均压密闭抽放采空区瓦斯报废矿井抽放报废矿井的瓦斯储量丰富，而且能长时间地涌出瓦斯，因此应进行抽放并加以利用。如法国中央煤矿和卡齐埃煤矿，矿井报废后，分别抽瓦斯达6～7.5年，抽出量分别为73.42×106m3和17.88×106m3。（1）采空区抽放方法回风巷向工作面顶板开凿钻门钻场，迎着工作面的方向向冒落带上方施工顶板走向钻孔进行抽采，钻孔平行煤层走向或与走向间有一个不大的夹角钻孔抽放法利用在开采层顶板中掘的巷道向采空区顶部施工钻孔进行抽放，终孔高度不小于4～5倍采高回风巷或上阶段运输巷一段距离（20～30m）向采空区冒落拱顶部施工钻孔进行瓦斯抽放如果采空区距地表不深时,也可以从地表向采空区打钻孔进行抽放。（1）采空区瓦斯抽放方法巷道抽放法利用上阶段回风水平密闭接瓦斯管路进行抽放。专门掘瓦斯尾巷或高抽巷，通过瓦斯尾巷或高抽巷接瓦斯管路进行抽放。（2）采空区瓦斯抽放的布置形式及特点开采煤层顶板走向钻孔瓦斯抽采钻场的施工钻孔的施工（2）采空区瓦斯抽放的布置形式及特点高抽巷瓦斯抽放在开采煤层采煤工作面阶段上山沿走向方向先施工一段高抽巷平巷，与工作面回风水平距离内错15～20m，然后起坡施工至距开采煤层顶板15～20m左右变平，再施工至工作面走向边界。通过在高抽巷外口打密闭墙穿管抽放采空区积存的瓦斯。（2）采空区瓦斯抽放的布置形式及特点将抽放瓦斯管路通过上风巷预先埋在紧靠上风侧的采空区里，当抽放管埋入工作面老塘20m时，将新埋的管路与