矿井瓦斯抽放（采）

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矿井瓦斯抽放（采）河南理工大学驻登封安全开采团队宋维宾讲师 主要内容瓦斯抽放的相关法令瓦斯抽放的目的和意义矿井瓦斯抽放难以程度及效果评价指标矿井瓦斯的抽放方法的选择低透气性煤层瓦斯强化抽放技术钻进和封孔技术 1.瓦斯抽放相关法令：“十二字方针”2002年8月，国家煤矿安全监察局和中国煤炭协会，为贯彻落实国务院关于安全生产的一系列重要指示和国务院《关于黑龙江省鸡西矿业集团公司“6.20”特大瓦斯事故的通报》精神，召开了全国煤矿瓦斯防治现场会议，在这次会议上作出了向全国煤矿贯彻落实“先抽后采、以风定产、监测监控”瓦斯治理十二字方针的重要决定。“先抽后采”是瓦斯治理的源头治本措施。先抽后采以风定产监测监控 1.瓦斯抽放相关法令：《煤矿安全规程》《规程》145条。有以下情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：（一）1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m³/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m³/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。（二）矿井绝对涌出量达到以下条件的：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。（三）开采有煤与瓦斯危险煤层的。《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》、“十二字方针”等国家政令将瓦斯抽放法制化：高瓦斯高突煤矿抽与不抽瓦斯是守法与违法的问题。 2.瓦斯抽放的目的和意义■目的：（1）预防瓦斯超限、确保矿井安全生产。（2）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。（3）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。（4）开发利用资源，变害为利。 2.瓦斯抽放的目的、意义■意义：(1)瓦斯抽放是消除煤矿重大瓦斯事故的治本措施。(2)瓦斯抽放能够解决矿井仅靠通风难以解决的难题，降低矿井通风成本。(3)瓦斯抽放能够利用宝贵的瓦斯资源。安全经济环保 3.抽放瓦斯难易程度及效果评价指标煤层抽放瓦斯难以程度主要针对预抽方法而言，主要有钻孔流量衰减系数和煤层透气性系数两项指标，是用来衡量开采层瓦斯抽放难易程度的重要参数。根据这两项指标将未卸压原始煤层的抽放难以程度划分为三类，即容易抽放、可以抽放和较难抽放。钻孔瓦斯流量衰减系数钻孔流量衰减系数表示钻孔瓦斯流量随时间延长呈衰减变化的系数。钻孔瓦斯流量与时间呈负指数分布。值越大，流量衰减越快，可抽性越差。 3.抽放瓦斯难易程度及效果评价指标煤层抽放瓦斯难以程度主要针对预抽方法而言，主要有钻孔流量衰减系数和煤层透气性系数两项指标，是用来衡量开采层瓦斯抽放难易程度的重要参数。根据这两项指标将未卸压原始煤层的抽放难以程度划分为三类，即容易抽放、可以抽放和较难抽放。煤层透气性系数煤层透气性系数是反映煤层瓦斯流动难以程度的标志，其物理意义是1m长的煤体上，其压力平方差为1MPa2时，通过1㎡煤体断面，1昼夜流过的瓦斯量m³。单位：㎡/(MPa2·d)1㎡/(MPa2·d)=0.025mD（毫达西）1m1㎡AB 3.抽放瓦斯难易程度及效果评价指标煤层抽放瓦斯难以程度主要针对预抽方法而言，主要有钻孔瓦斯流量衰减系数和煤层透气性系数两项指标，是用来衡量开采层瓦斯抽放难易程度的重要参数。根据这两项指标将未卸压原始煤层的抽放难以程度划分为三类，即容易抽放、可以抽放和较难抽放。类别钻孔瓦斯流量衰减系数d-1煤层透气性系数m2·MPa-2·d-1容易抽放＜0.003＞10可以抽放0.003~0.0510~0.1较难抽放＞0.05＜0.1 3.抽放瓦斯难易程度及效果评价指标先抽后采，到底抽到什么程度才可以进行采掘作业？一般用抽放率指标来衡量。根据《矿井瓦斯抽放管理规范》和《防治煤与瓦斯突出规定》，抽放率指标应符合以下规定：（1）预抽煤层瓦斯的矿井：矿井瓦斯抽放率应不小于20%，回采工作面瓦斯抽放率应不小于25%；（2）邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井瓦斯抽放率应不小于35%，回采工作面应不小于45%；（3）采用综合抽放方法的矿井：矿井瓦斯抽放率应不小于30%。（4）煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量，无相关数据则必须把煤层瓦斯含量降到8m³/t以下或将瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（1）瓦斯抽放的原则瓦斯抽放应具有明确的目的性减小风流瓦斯，消除工作面瓦斯超限抽放被保护层卸压瓦斯预抽瓦斯消突开发利用瓦斯抽放要有针对性本煤层瓦斯涌出临近层瓦斯涌出围岩和采空区瓦斯涌出做好抽放设计、施工和管理 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（2）抽放瓦斯的方法分类抽放方法适用条件工作面抽放率%开采层抽采瓦斯未卸压抽放由岩巷向煤层打穿层钻孔突出危险煤层30~60煤巷工作面打超前钻孔高瓦斯煤层20~60由开采层机巷、风巷或煤门等上向、下向打顺层钻孔有预抽时间的高瓦斯煤层，突出煤层20~60由石门、岩巷、邻近层煤巷向开采层打穿层钻孔属“勉强抽放”煤层20，个别超过50地面钻孔高瓦斯“容易抽放”煤层20~30密封开采巷道瓦斯“容易抽放煤层”20~30 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（2）抽放瓦斯的方法分类抽放方法适用条件工作面抽放率%开采层抽采瓦斯卸压抽放边掘边抽放高瓦斯煤层20~30边采边抽放高瓦斯煤层20~30人为卸压抽放（水力割缝、松动爆破、水力压裂、控制爆破等）高瓦斯“难以抽放”煤层20~30＜30 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（2）抽放瓦斯的方法分类抽放方法适用条件工作面抽放率%邻近层抽放瓦斯卸压抽放由开采层机巷、风巷、中巷或岩巷等向邻近层打钻邻近层瓦斯涌出量大，影响开采层安全时40~80由开采层机巷、风巷、中巷等向采空区方向打斜交钻孔40~80由煤门打沿邻近层钻孔40~80在邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大，钻孔的通过能力满足不了抽放要求时40~80从地面打钻孔地面打钻优于井下时30~70 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（2）抽放瓦斯的方法分类抽放方法适用条件工作面抽放率%采空区抽放围岩瓦斯抽放密封采空区插管抽放无自燃危险或采取防火措施时现采采空区设密闭墙插管或向采空区打钻抽采、预埋管抽放由岩巷两侧或正前向溶洞或裂隙带打钻、密闭岩巷进行抽放、封堵岩巷喷瓦斯区并插管抽放围岩有瓦斯喷出危险，瓦斯涌出量大或溶洞。裂隙带储存高压瓦斯时 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（3）抽放方法的选择依据抽放瓦斯方法选择主要根据矿井（或采区）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采技术条件等综合确定。其原则为：①瓦斯主要来源于开采层，则既可用钻孔抽放，也可以用巷道预抽，多数采用钻孔预抽法。②瓦斯主要来源于顶、底板邻近煤层，则可在开采层打穿层钻孔，或在邻近层巷道打钻孔抽放。③采空区涌出瓦斯较大，可用钻孔或密闭巷道抽放采空区瓦斯。 4.矿井瓦斯抽放方法的选择（3）抽放方法的选择依据抽放瓦斯方法选择主要根据矿井（或采区）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采技术条件等综合确定。其原则为：④煤层透气性差不易抽放时，则需采用卸压抽放（采掘卸压、人工卸压）方法。⑤掘进巷道遇到大量瓦斯涌出，而用通风方法难以解决，则可视其瓦斯来源预抽或边掘边抽煤（岩）层瓦斯。⑥煤层赋存较浅（小于400m），地面平坦，也可考虑垂直钻孔抽放开采层、邻近层或采空区的瓦斯。 5.本煤层瓦斯抽放本煤层瓦斯抽放又称“开采煤层瓦斯抽放”，是指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，以减少煤层的瓦斯含量和回风流中的瓦斯浓度，确保煤层开采过程中的安全生产。（1）适用条件①本煤层瓦斯含量较大，通风方法难以解决。②煤层透气性系数一般大于0.23㎡/(MPa2·d)，而单孔瓦斯流量也大于0.1m³/min，中厚煤层的预抽效果较好。③在采掘部署上，能保证抽放瓦斯的工程施工和2~5年的抽采时间。 5.本煤层瓦斯抽放（2）分类本煤层瓦斯抽放未卸压抽放巷道抽放钻孔抽放顺层钻孔穿层钻孔卸压抽放边抽边掘先抽后掘边采边抽强化抽放 5.本煤层瓦斯抽放①穿层钻孔抚顺龙凤矿穿层钻孔抽放瓦斯示意图1-煤层；2-钻孔；3-钻场；4-运输大巷；5-封闭墙；6-瓦斯管路每隔30m掘一10m的钻场，每一钻场向煤层打3~5孔，呈扇形布置，中孔微仰，两侧平孔。孔间距小于于极限抽放半径，一般30~50m，钻孔直径70~100mm，穿层后进入顶板0.5~1m。抽放负压不超过14KPa。钻场封闭或插管封闭。 5.本煤层瓦斯抽放①穿层钻孔煤层群穿层钻孔抽放瓦斯示意图 5.本煤层瓦斯抽放①穿层钻孔网格式穿层钻孔布置 5.本煤层瓦斯抽放②顺层钻孔顺层钻孔抽放瓦斯示意图1-回风巷道；2-运输巷道；3-瓦斯管；4-抽放钻孔；5-回采工作面先掘运输巷道，掘进期间打顺层钻孔，回风巷及切眼形成后再抽放一段时间。优点：钻孔不在煤岩中施工，钻进施工速度快成本低，揭露煤层面积大。缺点：抽放时间短。主要技术参数：钻孔直径70~100mm，钻孔长度40~70m。钻孔间距5~20m，中低负压抽放。提高预抽效果的措施：大直径（阳泉300mm，3倍），提高负压（鹤壁10.6Kpa，0.25倍），交叉钻孔（焦作，0.4~1倍），强化增透等。 5.本煤层瓦斯抽放②顺层钻孔盲区盲区盲区扇形布置管理不到位，容易形成较大的抽采盲区 5.本煤层瓦斯抽放②顺层钻孔顺层交叉网状钻孔预抽煤层瓦斯方法 5.本煤层瓦斯抽放②顺层钻孔顺层交叉钻孔布置（平煤十矿）交叉钻孔是由平行钻孔和斜向钻孔的组合。其特点是利用钻孔交叉时产生的相互影响影响，以提高煤层瓦斯抽放效果。技术参数：h1=0.8~0.9m，h2=1.1~1.4m，d=2.5或3m，钻孔直径75mm，钻孔深度70~90m。 5.本煤层瓦斯抽放②顺层钻孔顺层钻孔和穿层钻孔比较穿层钻孔优点：a）由于抽放钻孔和开采煤层呈正交或斜交，钻孔穿透了煤层内的各分层及其层理，瓦斯容易进入钻孔。所以同一煤层和钻孔长度相同的条件下，穿层钻孔抽放瓦斯量大于顺层钻孔。b)可以利用开拓巷道提前打钻孔，赢得充分的预抽时间；对有突出危险的煤层可以避免石门揭煤和掘进煤巷采用其他麻烦的局部防突措施。c)一般在岩石中开孔，封孔质量可靠。顺层钻孔的优点：钻孔煤壁暴漏面积大，钻进效率高，成本低。采用未卸压抽放法抽放薄及中厚煤层时，一般优先考虑顺层钻孔布孔方式。突出煤层，可打穿层钻孔。 5.本煤层瓦斯抽放③边掘边抽适用条件：适用于容易抽放瓦斯煤层，煤巷掘进工作面区域瓦斯涌出量较大（超过3m3/min）时。技术参数：巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈，且处于巷帮煤体卸压范围内，钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75～100mm，孔长50～100m，钻场间距30～50m，每个钻场内布置2～4个孔，孔底距巷帮平距8～15m。封孔一般用膨胀水泥，封孔长度7~9m。应用说明：在鸡西穆梭矿掘进1.7～1.9m厚的煤巷时，掘进巷道瓦斯涌出达8.2m3/min，采用该方法后，抽出瓦斯5～7m3/min，巷道瓦斯涌出量降低60～70%。 5.本煤层瓦斯抽放③边掘边抽☆适用条件：适用于煤与瓦斯突出危险煤层，用于消除掘进工作面突出危险性。☆技术工艺参数：巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈，且处于巷帮煤体卸压范围内，钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75～100mm，孔长50～100m，钻场间距30～50m，每个钻场内布置2～4个孔，孔底距巷帮平距8～15m。☆应用说明：在淮南局各矿应用，潘三矿掘进巷道平均抽放瓦斯1.5m3/min，最高3.2m3/min，抽放率达35～50%,一年内累计安全掘进1080m，平均月进90m，最高115m，认为这是防治掘进过程中瓦斯超限和防治突出的治本措施。巷帮钻孔结合超前钻孔抽放瓦斯方法边掘边抽卸压瓦斯方法 5.本煤层瓦斯抽放④边采边抽适用条件：适用条件：受回采工作面前方矿压变化的影响，回采工作面前方一段范围内，煤体被压碎松动卸压，该地段煤体内瓦斯会大量解吸，随着回采工作向前推进，此松动卸压地段也会不间断的向前移动。因此抽放该地段内的卸压瓦斯，会取得较好的效果。但顺层单一平行钻孔孔口，孔底与回采工作面距离相同，所以钻孔孔口与孔底同时被破坏，钻孔抽放松动卸压区内瓦斯的时间短。而交叉钻孔中的斜向钻孔或斜交钻孔，当孔底被回采工作面采过后，仍有部分钻孔段留在卸压煤体内抽放瓦斯，因而能取得较好的抽放瓦斯效果。技术参数：在抽放期间，要严格抽放瓦斯钻孔管理，发现钻孔大量漏气时，必须及时关闭，以免影响整个抽放系统的抽放负压及瓦斯浓度。应用说明：焦作九里山矿。 5.本煤层瓦斯抽放④边采边抽 6.邻近层瓦斯抽放保护层卸压瓦斯抽放 6.邻近层瓦斯抽放保护层卸压瓦斯抽放1一卸压圈2一冒落圈3一开采煤层4－邻近煤层 6.邻近层瓦斯抽放保护层卸压瓦斯抽放 6.邻近层瓦斯抽放保护层卸压瓦斯抽放 6.邻近层瓦斯抽放保护层卸压瓦斯抽放阳泉四矿抽放上邻近层瓦斯回风巷布孔方式 7.抽放采空区瓦斯回风巷打钻抽放采空区瓦斯 7.抽放采空区瓦斯高位钻场抽放采空区瓦斯☆技术工艺参数：抽放效果较好，但增加了斜巷钻场掘进量。钻场间距一般为50～60m，每个钻场打直径75mm的钻孔6个，终孔位置距回风巷12m左右，在冒落拱上方1～2m的老顶裂隙带内，钻孔长度约70m。☆应用说明：在水城矿区每孔抽放量为0.23～0.44m3/min，一个钻场抽放量平均约为2m3/min，抽放瓦斯浓度为35%，使上隅角瓦斯浓度从3%下降到0.76%。 8.人为卸压（强化）抽放方法水力割缝适用条件：中硬或软（打钻不自喷）的厚煤层，采用顺层上向孔及水平孔的煤层均可采用水力割缝强化抽瓦斯措施。技术工艺参数：钻孔布置参数与顺层预抽瓦斯钻孔相同。水射流参数为：水量10～15m3/h时，软分层中割缝，水压为8Mpa时，在钻孔两侧形成深0.8m、高0.2m的缝槽；在中硬煤层中，水压超过10MPa才能割出深0.4m的缝。应用说明：在鹤壁、白沙等矿试验应用。鹤壁矿水力割缝的结果表明，割缝前，未卸压煤层钻孔瓦斯抽放量平均为0.041m3/min·百米，割缝后，钻孔抽放量为0.122m3/min·百米，增大3.4倍。瓦斯抽放时间为三个月。 8.人为卸压（强化）抽放方法水力割缝1－压力表；2－高压阀；3－钻割推进装置；4－射流器；5－高压胶管；6－液压系统；7－供水管；8－割成的缝；9－煤水排送系统水力割缝钻孔及系统 8.人为卸压（强化）抽放方法水力割缝下副巷底板岩巷穿层冲割钻孔