瓦斯抽采方法及钻场孔施工

瓦斯抽采方法及钻场孔布置谢良录中煤科工集团重庆研究院有限公司2013年11月目录瓦斯基本知识瓦斯抽采方法钻场孔设计与施工瓦斯抽采新工艺新装备一瓦斯基本知识含义：井下以甲烷（CH4）为主的有毒有害气体的总称；煤矿术语中可专指甲烷。甲烷无色、无臭。瓦斯爆炸范围：4%≤CH4%≤16%。井下气体的成分：氧气、氮气、二氧化碳、甲烷、其它气体。人体需氧浓度：＜17%时可能窒息；《煤矿安全规程》规定≥20%（即甲烷≤5%）。瓦斯的性质一瓦斯基本知识1煤层与围岩中释放的气体；2生产过程中生成的气体；3空气与煤、岩、矿物质等的化学反应；4放射性物质蜕变。瓦斯的来源一瓦斯基本知识常规状态的瓦斯来源：1掘进工作面：煤壁、落煤、围岩；2采煤工作面：煤壁、落煤、围岩、邻近层；瓦斯的来源一瓦斯基本知识瓦斯的赋存形式吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态二瓦斯抽采方法二瓦斯抽采方法抽采方法选择一般原则选择抽采瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：①尽可能利用开采巷道抽采瓦斯，必要时可设专用抽采瓦斯巷道；②适应煤层的赋存条件及开采技术条件；③有利于提高瓦斯抽采率；④抽采效果好，抽采的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；⑤尽量采用综合抽采；⑥抽采瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽采成本低。二瓦斯抽采方法抽采方法选择一般原则专用抽采瓦斯巷道的位置、数量应能满足选用的抽采方法的要求，达到良好的抽采效果。专用抽采瓦斯巷道的位置还应符合下列要求：①保证有必要的抽采时间，有较大的抽采范围；②采用矿井全压通风，巷道风速不得低于0.5m/s；二瓦斯抽采方法抽采方法选择一般原则对末卸压的原始煤层，抽采瓦斯的难易程度可划分为三类，见下表：抽采瓦斯难易程度分类表类别钻孔流量衰减系数a(d-1)煤层透气性系数λ(m2/MPa2·d)容易抽采＜0.003＞10可以抽采0.003~0.0510~0.1较难抽采＞0.05＜0.1二瓦斯抽采方法抽采方法与钻孔布置开采层抽采瓦斯方法可按下列要求选择：①煤层透气性较好，宜采用本层预抽方法，一般优先考虑沿层布孔方式；当突出危险性大时，可选择穿层布孔方式；②透气性较差，有一定倾角的分层开采煤层，宜采用边采边抽的卸压油放方法；③单一低透气性高瓦斯煤层，可选用密集网格钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制卸压爆破、物理化学等方法强化抽采；④煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的卸压抽采方法。开采层抽采瓦斯方法分类煤矿抽采瓦斯方法名称开采煤层瓦斯抽采方法1.立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法2.石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法3.煤巷掘进预抽（排）瓦斯方法4.煤巷先抽后掘抽采瓦斯方法5.穿层钻孔大面积预抽瓦斯方法6.顺层上向钻孔预抽瓦斯方法7.顺层下向孔预抽瓦斯方法8.顺层走向水平孔预抽瓦斯方法9.顺层交叉网状钻孔抽采瓦斯方法10.边掘边抽卸压瓦斯方法11.边采边抽卸压瓦斯方法12.开采开采煤层（被保护层）瓦斯方法13.开采下保护采上保护层抽层抽采开采煤层瓦斯方法14.混合式抽采上、下保护层瓦斯方法15.水力压裂强化抽采开采煤层瓦斯方法16.水力割缝强化抽采开采煤层瓦斯方法17.长钻孔控制预裂爆破强化抽采开采煤层瓦斯方法注：倾斜、急倾斜煤层则上帮要求控制至少20m、下帮至少10m。开采层抽采瓦斯方法网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法底板岩巷穿层钻孔放水器流量计瓦斯抽采干管穿层孔与顺层孔抽采倾向顺层长钻孔递进掩护瓦斯抽采淮北芦岭煤矿底板岩巷网格式穿层钻孔瓦斯抽采回风上山人行上山轨道上山运输上山瓦斯道边界回风上山岩石轨道巷岩石集中巷联络巷联络石门风巷机巷上区段岩石轨道巷上区段岩石集中巷开切眼收作线机巷风巷上区段机巷岩石轨道巷岩石集中巷联络石门联络巷8煤层9煤层10m20m80m40m二瓦斯抽采方法抽采方法与钻孔布置邻近层抽放瓦斯方法可按下列要求选择：①开采近距离煤层群，宜采用从工作面巷道向邻近层打穿层钻孔抽放瓦斯的方法；②层间距较大的倾斜、急倾斜煤层群，可采用从开采层顶(底)板岩石巷道打钻孔抽放瓦斯的方法。邻近层卸压瓦斯抽采方法类型煤矿抽采瓦斯方法名称邻近层卸压瓦斯抽采方法1.平行穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯方法2.迎面斜交钻孔抽采上邻近层瓦斯方法3.顶板走向长钻孔抽采上邻近层瓦斯方法4.地面垂直钻孔抽采上邻近层（含采空区）瓦斯方法5.走向高抽巷抽采上邻近层瓦斯方法6.倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯方法7.走向高、中、低位抽瓦斯巷相结合的抽采上邻近层瓦斯方法8.下向孔抽采下邻近层瓦斯方法（因为底板涌水，投放效果一般较差）9.上向孔抽采下邻近层瓦斯方法迎面斜交钻孔抽放上邻近层瓦斯的方法B钻孔2M3M2M1钻孔1a1a2煤层Ⅰ煤层Ⅱ煤层Ⅲcγφ煤层Ⅰ煤层Ⅱ煤层Ⅲ12BBBAAβαM3M1M2a1a2AA顶板走向长钻孔抽放上邻近层瓦斯布置7煤4煤七层煤轨道上山皮带巷走向高抽巷抽采上邻近层瓦斯方法进风巷回风巷高位抽放巷高位抽放巷(a)(b)倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯方法(a)(b)进风巷8108综放工作面回风巷切巷轨道下山回风下山尾巷裂隙带倾向高抽巷冒落带回风巷尾巷下向孔抽采下邻近层瓦斯方法3号层4号层5号层尾巷工作面回风巷上向孔抽采下邻近层瓦斯方法AA钻孔2022（4022）A--A2022工作面8号煤层9号煤层12号煤层钻孔4022工作面二瓦斯抽采方法抽采方法与钻孔布置采空区抽放瓦斯应符合下列要求：①老采空区应选用全封闭式抽放方法；②现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶(底)板钻孔法，有煤柱及无煤柱斜交钻孔法，插管法等抽放方法，并应采取措施，提高抽放浓度；③对有煤层自燃倾向的采空区，必须采取预防煤层自燃的措施。采空区瓦斯抽采方法类型煤矿抽采瓦斯方法名称采空区瓦斯抽采方法1.从回风巷布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯方法2.从回风巷抬高钻场布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯方法3.低位专用抽瓦斯巷抽采卸压带、冒落带瓦斯方法4.密闭回风巷横贯插管抽采采空区积聚瓦斯方法5.密闭尾巷抽采采空区积聚瓦斯方法6.埋管抽采采空区积聚瓦斯方法7.顶煤专用巷抽采采空区瓦斯方法8.顶煤专用巷与埋（插）管相结合抽采采空区瓦斯方法9.钻孔抽采老空区瓦斯方法10.密闭插管抽采老采空区瓦斯方法11.上隅角工作面瓦斯抽采方法从回风巷布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯方法钻孔钻场回风巷工作面进风巷从回风巷抬高钻场布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯方法ABA-AB-BAB密闭回风巷横贯插管抽采采空区积聚瓦斯方法阀门密闭尾巷抽放管回风巷密闭尾巷抽采采空区积聚瓦斯方法密闭尾巷抽放管回风巷埋管抽采采空区积聚瓦斯方法直接顶阀门检测口立管抽放管采面筛孔立管顶煤专用巷抽采采空区瓦斯方法（平面图）ⅠⅠⅠ-Ⅰ（剖面图）顶煤Ⅱ-Ⅱ（剖面图）采空区ⅡⅡ钻孔抽采老空区瓦斯方法40mAA903剖面瓦斯管走向钻孔钻孔AA井下移动泵站抽放上隅角瓦斯方法瓦斯抽放管回风巷抽放泵进风巷扩散器密闭二瓦斯抽采方法对矿井瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层透气性差、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。综合抽放瓦斯类型多瓦斯源综合抽放方法开采煤层全过程综合抽放瓦斯方法多邻近层综合抽放瓦斯方法采空区瓦斯综合抽放方法钻孔抽放，巷道抽放、插埋管等抽放方式综合抽放瓦斯方法三钻场孔设计与施工设计原则煤层群开采的矿井，应部署抽采采动卸压瓦斯的配套工程。开采保护层时，必须布置对被保护层进行瓦斯抽采的配套工程。煤层底（顶）板专用抽采瓦斯巷道应当满足下列要求：①巷道的位置、数量应当满足可实现抽采达标的抽采方法的要求；②巷道施工应当满足抽采达标所需的抽采时间要求；③敷设抽采管路、布置钻场及钻孔的抽采巷道采用矿井全风压通风时，巷道风速不得低于0.5m/s。根据抽采参数、抽采时间和抽采效果之间的关系，结合抽采工程施工周期，安排抽、掘、采三者之间的接替关系。钻孔有效控制范围应当满足《抽采基本指标》或《防突规定》的要求；布孔均匀程度满足《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的要求。三钻场孔设计与施工设计原则钻场的布置应符合下列规定：①不受采动影响，避开地质构造带；同时应便于维护、利于封孔、保证抽采效果；②宜利用现有的开拓、准备和回采巷道；③顶板钻孔或顶板高抽巷应布置在上覆岩层裂隙带内；走向高抽巷宜布置在工作面偏向回风顺槽1/3工作面长度以内的卸压带内。三钻场孔设计与施工设计原则钻孔布置及施工应符合下列规定：①钻孔开口部分应当圆滑。钻孔施工中不得出现三角孔、偏孔、台阶等变形孔；②抽采开采层未卸压瓦斯时，钻孔间距应按钻孔抽采半径确定，宜增大钻孔的见煤长度；③高位钻孔抽采时，应将钻孔打到采煤工作面顶板冒落后形成的裂隙带内，并应避开冒落带；④强化抽采布孔方式应能取得较好的抽采效果，并宜方便施工；⑤边采边抽钻孔的布置方向应与开采的推进方向相迎（交叉钻孔除外），并避免采动首先破坏孔口或钻场；三钻场孔设计与施工设计原则钻孔布置及施工应符合下列规定：⑥抽采采空区瓦斯的钻孔或插管应布置在采空区回风侧；⑦钻场内的钻孔数目应由试验得出，一般顺层钻孔宜采用3-5个孔；穿层钻孔宜采用6-9个孔；穿层钻孔的终孔位置应位于穿透煤层顶（底）板0.5m处；⑧钻孔直径宜采用42mm、50mm、64mm、73mm、89mm、110mm、130mm等规格。三钻场孔设计与施工设计原则钻孔布置及施工应符合下列规定：⑨吨煤钻孔工程量应根据抽采方式、钻孔抽采半径、预抽时间、煤层厚度等综合确定。使用顺层钻孔预抽时，吨煤钻孔工程量满足《矿井瓦斯抽放管理规范》要求；当采用穿层钻孔抽放时，钻孔见煤点的间距可参照下列数据：容易抽放煤层15～20ｍ；可以抽放煤层10～15ｍ；较难抽放煤层8～10ｍ。煤层类别薄煤层中厚煤层厚煤层容易抽放0.050.030.01可以抽放0.05～0.10.03～0.050.01～0.03较难抽放＞0.1＞0.05＞0.03吨煤钻孔量（ｍ/ｔ）表三钻场孔设计与施工设计、施工与验收采掘工作面进行瓦斯抽采前，必须进行施工设计。瓦斯抽采工程必须严格按设计施工，并应当进行验收。瓦斯抽采工程竣工资料（图）除应有与设计对应的内容外，还应包括各工程开工时间、竣工时间以及工程施工过程中的异常现象（如喷孔、顶钻、卡钻等）等内容。钻孔施工完毕后应当及时封孔、连接抽采，并确保钻孔封孔严实和准确记录钻孔接抽时间。三钻场孔设计与施工本煤层抽采钻孔设计三钻场孔设计与施工邻近层抽采钻孔设计1一卸压圈2一冒落圈3一钻孔4－邻近煤层三钻场孔设计与施工泄压瓦斯抽采钻孔设计三钻场孔设计与施工封孔接抽抽采钻孔封孔应注意以下事项：①封孔方法应根据抽采方法及孔口所处煤岩层位、岩性、构造等因素综合确定；②封孔材料的选择：穿层钻孔宜采用封孔器封孔，封孔器因满足密闭性能好、操作简单、封孔速度快的要求；顺层钻孔宜采用充填材料封孔，封孔材料可选用膨胀水泥、聚氨酯等新型材料；在钻孔所处围岩条件较好的情况下，也可选用水泥砂浆或其它材料；不宜采用黄泥封孔；③封孔长度的确定：孔口段围岩条件好、构造简单、孔口抽采负压较低时，封孔长度不应低于3m；孔口段围岩裂隙较发育或抽采负压较高时，封孔长度不应低于5m；在煤壁开孔的钻孔，封孔长度不应低于8m。三钻场孔设计与施工聚氨酯封孔聚氨脂是一种新型的化学封孔材料，由异氢酸酯、聚醚和几种添加剂反应生成硬质泡沫体。封孔前要将顶端焊有铁挡盘的封孔管准备好，根据封孔段长度确定好聚氨脂用量，然后将配制好的甲、乙两种药液混和并快速搅拌均匀，当药液由黄褐色稍变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在毛巾布上，边倒药液边向封孔管上卷缠毛巾，并将卷缠好的封孔管迅速插入钻孔内。整个操作时间不超过5min。5min后药液开始发泡沫膨胀，膨胀倍数可达20倍。封孔完毕后用木楔将封孔管楔紧，以免封孔管晃动影响封孔质量。根据《煤矿瓦斯抽采技术规范》并结合生产实践，岩层钻孔封孔深度不小于5.0m，煤层钻孔封孔深度不小于8.0m。三钻场孔设计与施工水泥注浆封孔采用BF