瓦斯抽放的基本方法.docx

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瓦斯抽放的基本方法

瓦斯抽放的基本方法

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瓦斯抽放的基本方法

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本文档可根据实际情况进行修改和使用。

　　瓦斯抽放的基本方法

　　采用专用设备和管路把煤层中的瓦斯抽放出来的方法叫作瓦斯抽放。

瓦斯抽放是防治煤与瓦斯突出,减少煤层瓦斯含量,减少采区瓦斯涌出量,防治采掘过程中瓦斯超限的有效方法,是治理瓦斯的核心,是消灭瓦斯事故,确保煤矿安全生产的根本措施。

　　瓦斯抽放方法可以分为五类:

（1）开采层瓦斯抽放;

（2）邻近层瓦斯抽放;（3）采空区瓦斯抽放;（4）围岩瓦斯抽放;（5）综合抽放瓦斯。

其中综合抽放瓦斯方法是前四类方法中两种或两种以上方法的配合使用。

　　选择抽放瓦斯的方法时应遵循如下的原则:

　　1.选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件;

　　2.抽放方法的选取以瓦斯来源及涌出构成为依据,如果瓦斯涌出量主要来自开采层,则应采用开采层抽放,在开采煤层群时,邻近层的瓦斯涌出量占有很大比例且威胁工作面的安全生产时,则应采用邻近层瓦斯抽放,当工作面后方采空区瓦斯涌出量较大且威胁工作面安全生产时,则应采用老空区抽放。

对于瓦斯瓦斯较高的煤层,巷道掘进时,瓦斯涌出量很大,难以用加大风量的办法稀释,可采用掘前大面积预抽或边掘边抽。

若围岩瓦斯涌出量大,或者溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯并有喷出危险时,应采取围岩瓦斯抽放措施。

　　3.尽可能采用综合抽放瓦斯方法,以提高抽放瓦斯效果;

　　4.有利于减少井巷工程量,实现抽放巷道与开采巷道的结合;有利于抽放巷道的布置与维护;

　　5.有利于提高瓦斯抽放效果,降低抽放成本;

　　6.有利于钻场、钻孔的施工、抽放系统管网敷设,有利于增加抽放钻孔的瓦斯抽放时间。

　　一、石门揭煤瓦斯抽放:

　　图6—4石门预抽煤层瓦斯钻孔控制范围

　　石门揭煤前,应通过瓦斯抽放消除突出危险后,再揭开突出煤层。

抽放钻孔的控制范围（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）应根据煤层的实际突出危险程度确定。

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十九条规定:

钻孔的最小控制范围在揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮6m）,同时还应保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线（包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线）的最小距离不小于5m,且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时,应当保持最小超前距离15m。

见图6—4。

　　《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026——2021）规定,抽放钻孔必须控制到巷道轮廓线外8m以上。

但对于煤层倾角大于8°的煤层,考虑到重力作用,安全性提高,巷道底部和下帮的控制范围可以减少到5m。

见图6—5。

　　图6—5石门揭煤抽采钻孔控制范围

　　实例:

石门网格式钻孔集中预抽方法:

　　中梁山煤电气有限公司在距K10煤层10～25m的底板灰岩中布置一条专用瓦斯抽采巷（东西翼各一条）,在抽采巷中每隔300m布置一个石门,当抽采巷掘至石门位置时,立即进行石门网格式预抽钻孔的施工,即抽采钻孔必须随着抽采巷的掘进而施工。

施工完毕,立即封孔进行瓦斯集中抽采。

抽采至少120天,并符合其它相关规定后,才进行石门揭煤的掘进工作。

　　当石门掘至距突出煤层15m以外时,对石门上部及两侧9m、下部2m范围内布置穿透煤层群的网格式抽采钻孔,终孔间距3m,抽采钻孔数33～70个。

这样,在石门周边形成走向长21m,倾斜长15m的瓦斯抽采区,抽采孔控制范围为石门断面的40余倍。

通过对石门及周边煤层瓦斯采用网格式钻孔的集中抽采,使煤体瓦斯得到释放,降低了瓦斯潜能;瓦斯释放后煤体产生收缩变形,造成卸压,使弹性能和地应力降低;煤体收缩变形与地应力的降低又引起煤层透气性增加,降低了瓦斯压力梯度,释放瓦斯后的煤体力学强度增加,从而消除了突出危险。

钻孔布置平面图、剖面图见图6—5所示。

a钻孔布置平面图

bk1钻孔终层面图

　　图6—5石门揭煤钻孔布置剖面图

　　2、煤层巷道掘进前预抽

　　对于突出严重的单一煤层,为消除煤层巷道掘进的突出危险,并加快掘进速度,可以采用大面积瓦斯预抽,其基本模式有:

穿层网格预抽（图6—6）,穿层条带+平行钻孔预抽（图6——7）,顺层长钻孔预抽（图6—8）,还可布置专用瓦斯抽采底板或顶板巷道,通过岩石巷道向煤层打抽放钻孔,钻孔控制到煤层巷道两侧各10～15m,然后布置封闭钻孔进行瓦斯抽采,消除突出危险后再掘进煤层巷道。

见图6—9。

　　到底是布置底板抽放巷还是顶板抽放巷,要根据各矿具体条件决定。

布置底板抽放巷时,抽放钻孔向上打,煤粉容易排除,钻孔打成后不会有积水。

对于透气性差的松软煤层,可以通过抽放钻孔进行水力冲孔,增加煤层透气性,然后封孔抽放瓦斯,提高抽放效果;对于较硬的煤层也可通过抽放钻孔进行水力扩孔、水力割缝,增加煤层透气性,还可通过钻孔对煤体进行松动爆破。

若底板抽放巷与煤层顺槽重叠布置,还可排放煤层顺槽低洼自序的积水。

通过底板岩巷打钻孔并进行瓦斯抽放后,即消除了突出危险,又探清了煤层顺槽地质构造及煤层赋存状况,使煤层巷道完全在“瓦斯情况清,地质构造清,水文情况清,煤层顶底板岩性清”的情况下掘进。

　　底板抽放巷应位于煤层底板5m以下的较好岩层中,每施工一定距离应向巷道前方及顶部打探测钻孔,弄清巷道顶板离煤层的距离,以防误穿煤层。

　　若布置顶板抽放巷,则抽放钻孔内可能积水,并且采用水力冲孔、水力扩孔都较困难。

但顶板抽放巷可兼作高位抽放巷抽放采空区瓦斯,防止采煤工作面上隅角瓦斯超限。

　　底板抽放巷的主要优点是:

能在巷道未揭露煤层前进行预抽,对防止掘进突出有重要作用;施工条件好,成孔率高,钻孔服务时间长。

主要缺点是:

钻孔工程量大,钻孔利用率低。

　　实例1、永华二矿底板抽放巷及钻孔布置

　　永华二矿是河南永城煤电集团的子公司,该矿主采为二1煤层,煤层平均厚度6m左右,硬度系数不到0.2,为粉状煤,煤层顶板为6m厚的砂质泥岩,质地松软极易垮落,底板有0.3m的胶质泥岩,其下是2～4m的泥质页岩,层理发育、破碎。

煤层相对瓦斯涌出量17～23m3/t,2021年先后发生过2次动力现象,煤巷掘进过程中常伴有”煤炮”声,瓦斯频繁超限。

矿上采取在煤层下部灰岩内施工瓦斯抽放巷,通过钻孔水力冲孔后再抽放瓦斯,取得了很好的效果。

其巷道及钻孔布置见图6—10。

　　图6—6穿层网格预抽钻孔布置

　　图6—7穿层条带+平行钻孔预抽

　　图6—8顺层长钻孔预抽

　　图6—9底板穿层钻孔及顶板穿层钻孔布置

　　、

　　图6—10永华二矿底板抽放巷及钻孔布置平面图

　　实例2:

区域性网格式预抽

　　中梁山煤电气有限公司采区巷道布置前,在专用瓦斯抽采巷道中施工穿透各煤层的瓦斯抽采钻孔,然后并网进行瓦斯抽采。

区域抽采至少半年以后才能安排K2保护层工作面巷道的掘进,巷道掘完且该区域必须抽采至少一年以后,才能进行K2保护层的开采,即保护层的开采必须经充分的区域性网格式预抽。

同时,K2保护层开采前,必须提前布置好卸压瓦斯抽采钻孔。

随着保护层的开采,邻近煤层的卸压瓦斯通过卸压瓦斯抽采钻孔抽入瓦斯管道,有效地防止卸压瓦斯突然涌入保护层采煤工作面,造成瓦斯事故的发生。

　　区域性网格式预抽方法是:

在茅口灰岩中设计施工一条专用瓦斯抽采巷道,抽采钻场布置在抽采巷道中,每隔40m施工一个钻场,每个钻场施工16-24个穿透各煤层的钻孔,钻孔孔径∮75-150mm,钻孔最大深度约120米,终孔间距10m。

见图6—11。

　　a钻孔布置剖面图b钻孔终孔平面图

c钻孔布置平面图

　　图6—11区域性网格式预抽钻孔布置

　　图6—12边掘边抽钻孔布置

　　3、边掘边抽

　　掘进工作面掘进前,在工作面向前方施工6～8个直径为75mm、长度为50～60m的抽采钻孔对掘进巷道前方煤体中的瓦斯进行抽采。

同时在掘进工作面巷道两帮布置钻场向掘进前方煤体施工钻孔,钻场间距为30m,在每个钻场内向工作面掘进方向施工6～8个直径为75mm、长度为60～70m的钻孔对掘进工作面前方煤体的瓦斯进行抽采。

抽采时间通常在1个月左右。

就是煤层巷道掘进期间边掘进边抽采,这种方法在很多煤矿有应用。

永煤集团鑫龙煤业公司的龙山煤矿、大众煤矿、红岭煤矿等都使用此法抽采瓦斯,作为掘进期间防止突出的主要手段。

钻孔布置见图6—12。

　　4、开采前本煤层抽采

　　采煤工作面生产前,在工作面进、回风巷分别向本煤层施工顺层抽采钻孔,钻孔布置方式有平行孔、扇形孔、交叉孔。

对于长度较大的工作面,仅从上下顺槽打钻孔还不能完全控制整个工作面,在工作面存在抽放空白带,为消灭空白带,可以在通过上下顺槽施工联络巷,从联络巷向工作面切眼方向打钻孔。

钻孔间距根据煤层突出危险性的大小和煤层瓦斯含量确定,对严重突出的煤层或瓦斯含量大的煤层,钻孔间距1～1.5m,一般性的突出煤层钻孔间距3～5m,钻孔长度要求超过回采工作面长度的二分之一,达到为70～80m。

在工作面回采前预先对本煤层瓦斯进行抽采,预抽时间为3～6个月左右。

并且在回采过程中继续对未回采煤体瓦斯进行抽采。

钻孔布置见图6—13及6—14。

　　图6—13扇形钻孔布置

　　各种钻孔布置方式比较如下:

　　⑴扇形钻孔

　　需要在巷道一帮开钻场,由于一个钻场同时施工若干钻孔,对于较松软的煤层造成钻孔孔口垮塌,增大封孔难度。

但是,固定一次钻机可以打若干个钻孔,钻机移动量少,相应提高了打钻效率。

　　⑵平行钻孔

　　平行钻孔布孔均匀,但每打完一个钻孔再打另一个孔时,必须移动钻机,钻机移动量大。

瓦斯钻孔流通量变化的规律是,当工作面接近钻孔8～10m时,钻孔瓦斯量显著增加,当工作面至孔口1.5m左右时,瓦斯流通量明显下降,钻孔接近报度,下一个钻孔接着起作用。

所以,平行布孔时,钻孔有效服务时间短。

　　⑶交叉钻孔

　　斜向钻孔与平行孔呈15～20°夹角,经河南焦作九里山矿试验,交叉布孔初始瓦斯自然涌出量是平行布孔的2.67倍,且随时间的衰减速度也较平行布孔缓慢。

交叉布孔的初始瓦斯抽出量为平行布孔的2.53倍。

　　以上三种布孔方式,既可在开采前预先抽采煤层瓦斯,又可在开采过程中边采边抽。

根据矿压理论,在回采工作面前方存在一个卸压带和集中应力带,这两个带随着工作面的推进向前移动,卸压带的宽度与煤层厚度、煤层硬度、顶底板岩石性质、倾角有关。

一般来说,卸压带的宽度小于10m。

　　5、开采过程中的瓦斯抽放

　　⑴高位钻孔抽放瓦斯

　　为解决在采煤工作面开采过程中出现的上隅角瓦斯超限,可采用顶板高位钻孔抽放采空区的裂隙瓦斯。

采煤工作面生产前,在采煤工作面的回风巷道内每隔一定距离施工一个