本煤層瓦斯抽采技術(shù)方案

本煤層瓦斯抽放技術(shù)一、 本煤層抽放情況根據(jù)1801回風順槽向采面方向施工順層鉆孔竣工圖顯示，1801回風順槽施工順層鉆孔，在施工過程中，因為煤層變化比較大，導(dǎo)致成孔率比較低，大部分孔不具有抽放價值，只做為自然排放孔或者直接封堵處理，因此在施工的鉆孔當中，部分孔不聯(lián)抽，作為排放孔，部分孔直接封堵，以免影響其他成孔抽放質(zhì)量。在回風順槽中在鉆場之間向煤壁打順層鉆孔，形成交叉鉆孔，但是施工效果欠佳，影響瓦斯的抽放效果。本礦井采用大直徑鉆孔強化抽放措施，但是抽放效果不是很明顯。二、 本煤層瓦斯抽放方法本煤層瓦斯抽放是指采用巷道或打鉆的方式直接抽放開采煤層內(nèi)含有的瓦斯的方法。按照抽放與采掘的時間關(guān)系。本煤層抽放可分為“預(yù)抽”和“邊抽”兩種方法。所謂“預(yù)抽”，就是在開采之前預(yù)先抽出煤體中的瓦斯?！邦A(yù)抽”又可分為巷道預(yù)抽和鉆孔預(yù)抽2種；所謂“邊抽”，是指邊生產(chǎn)邊抽放瓦斯，即生產(chǎn)和抽放同時進行?！斑叧椤庇职ㄟ叢蛇叧楹瓦吘蜻叧?種。1、 “預(yù)抽”本煤層瓦斯的施工方法及其優(yōu)缺點預(yù)抽本煤層瓦斯（分巷道預(yù)抽和鉆孔預(yù)抽）的施工方法及優(yōu)缺點如下：（1） 巷道預(yù)抽本煤層瓦斯。即在回采之前事先掘出瓦斯巷道（因同時要考慮采煤工作需要，因此也叫采準巷道），然后，將巷道密閉，在密閉處接設(shè)管路進行抽放，直到回采時為止。這種方法的優(yōu)點是，煤體卸壓范圍大，煤的暴露面積大，有利于瓦斯釋放。缺點是，提前送道，開采時巷道維修量大；高瓦斯煤層掘進施工困難；若密閉不嚴易進氣，抽出的瓦斯?jié)舛鹊?；且巷?nèi)易引起自然發(fā)火。此法目前很少應(yīng)用。（2） 鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯。即在開采煤層底板（或頂板）巖層中掘一條與煤層走向平行的巷道，在此巷道中每隔一定距離（20-30m）掘一小石門做鉆場（深度不超6m，在每個鉆場內(nèi)向煤層打3-7個呈放射狀的鉆孔，穿透煤層進入頂（底）板，插管封孔進行抽放。這種方法的優(yōu)點是，鉆孔貫穿煤層，瓦斯很容易沿層理面流入鉆孔，有利于提高抽放效果；其次，抽放工作是在掘進和回采之前進行的，能大大減少生產(chǎn)過程中的瓦斯涌出量。缺點是，被抽放煤層沒有受采動影響，煤層壓力變化不大（未卸壓），透氣性低的煤層可能達不到預(yù)抽效果。2、 “邊抽”本煤層瓦斯的施工方法及其優(yōu)缺點（1）邊采邊抽。即在工作面前方，在進風巷或回風巷中每隔一定距離打平行于工作面的鉆孔，然后插管、封孔進行抽放，也可以每隔一定距離（20-30m）掘一鉆場（深度小于6m），布置3個扇形鉆孔，然后插管、封孔進行抽放。邊采邊抽的優(yōu)點是，由于采動影響，煤層已卸壓，煤層透氣性增加，抽放效果好；不受采掘工作影響和時間限制，具有較強的靈活性和針對性。缺點是，開孔位置在煤層，封孔不易保持嚴密，影響抽放效果和瓦斯?jié)舛?；另外，鉆孔與煤層層理平行，層理之間不易勾通，瓦斯不易流動，也影響了抽放效果。（2）邊掘邊抽。即在掘進巷道兩幫每隔一定距離（20-齡前30m）掘一鉆場（深度小于6m），在鉆場向工作面推進方向打2-3個超前鉆孔，然后插管、封孔進行抽放。隨著工作面的推進，鉆場和鉆孔也向前排列。邊掘邊抽的優(yōu)點是，工作面前方和巷道兩幫一定范圍的應(yīng)力已發(fā)生變化，因而游離和解吸瓦斯能直接被鉆孔抽出，透氣性低的煤層也會獲得一定效果。缺點是，增加了掘鉆場和打鉆的工程量和時間，對掘進速度有一定影響，有漏風，抽放率低；另外，此法只能降低掘進時而不能降低回采時的瓦斯涌出量。三、瓦斯抽放效率提高的研究1、 基本方法提高本煤層的瓦斯抽放效果，多年來一直是瓦斯抽放工作中難以解決且在努力解決的問題。目前提高本煤層瓦斯抽放率的技術(shù)途徑主要有兩個：一是采用人為方法預(yù)先松動原始煤體，提高煤層的透氣性，主要有水力壓裂、水力割縫等水力化措施以及預(yù)裂爆破等；二是合理布孔和改變鉆孔參數(shù)。順層平行鉆孔預(yù)抽開采層瓦斯是防治瓦斯超限和煤與瓦斯突出的重要措施，在一定程度上緩解了我國煤層開采的瓦斯問題。但我國許多煤礦區(qū)的煤層屬于遠距離煤層群，加之煤層透氣性差，因此瓦斯抽放效果并不十分顯著，未能從根本上解決采掘工作面瓦斯超限和煤與瓦斯突出問題。造成瓦斯抽放率不高的主要原因有4個方面：（1）煤層透氣性差；（2）預(yù)抽方式單一；（3）預(yù)抽參數(shù)不盡合理；（4）預(yù)抽時間不足。選擇試驗工作面，進行了大量工作，建立了煤層瓦斯合理預(yù)抽期評價方法，確定了礦區(qū)煤層合理預(yù)抽期。無論采用平行鉆孔布孔還是交叉布孔抽放本煤層瓦斯，都屬于較難抽放的煤層。但是由于采用交叉布孔形式后，改變了煤層裂隙分布，增加了煤層透氣性，使得抽放總體效果有從鉆孔瓦斯自然涌出初始量看，交叉孔略小于平行孔。從鉆孔瓦斯衰減系數(shù)和瓦斯排放總量分析，交叉布孔要優(yōu)于平行布孔所改變。2、 深孔控制預(yù)裂爆破（1）基本方案深孔控制預(yù)裂爆破技術(shù)是針對單一、低透氣性、高瓦斯煤層的條件而研究的。

因此，其主要應(yīng)用于本煤層的瓦斯預(yù)抽。實際應(yīng)用時，是在回采掘進中或形成之后，工作面開采之前，實施該技術(shù)，進行預(yù)抽煤層瓦斯，以解決回采中工作面瓦斯超限或煤與瓦斯突出問題。其基本方案是：在回采工作面的運輸巷和回風巷，平行于工作面向工作面煤體間隔一定距離打平行鉆孔，其中有爆破孔和控制孔，二者交替布置，如圖所示。工作面工作面鉆孔布置基本方案示意圖（2）鉆孔布置參數(shù)的選擇理論和實踐都充分證明，鉆孔參數(shù)的選擇直接影響預(yù)裂效果。影響預(yù)裂效果的主要因素有地應(yīng)力6、瓦斯壓力P、煤的堅固性系數(shù)f?？讖舰俸涂组g距L。其中6越大，越不利于爆破裂隙的發(fā)展:P有助于裂隙的發(fā)展:f對裂隙發(fā)展的影響具有一定特殊性；孔徑①越大越有利于裂隙的發(fā)展；孔間距L越大，越不利于裂隙發(fā)展。在上述諸因素中，影響裂隙發(fā)展最大的是孔徑和孔間距。而且只有二者能夠人為控制，所以布孔參數(shù)十分重要。由于受試驗條件限制，地應(yīng)力對爆破裂隙發(fā)展的影響程度還無法得出定量關(guān)系，其基本原則是隨開采深度加大，孔徑適當加大，孔間距適當縮小。煤的堅固性系數(shù)對爆破裂隙發(fā)展的影響具有區(qū)段性。模擬試驗說明，煤的值較小或較大時，不利于裂隙發(fā)展，而中硬煤最有利于爆破裂隙的發(fā)展。理論分析、模擬試驗和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，研究出適合本礦的具體參數(shù)。3、高位鉆孔抽放利用高位鉆孔抽放瓦斯是有效解決工作面瓦斯超限問題的一項重要措施。積聚在采空區(qū)頂板裂隙帶的瓦斯量非常大，在井下通風壓力變化時這些瓦斯容易流動到采煤工作面，造成工作面瓦斯嚴重超限。進行高位鉆孔的抽放參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和試驗工作，可以理想的抽放效果。（1）高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)原理高位鉆孔是在風巷向煤層頂板施工的鉆孔。高位鉆孔瓦斯抽放又稱頂板裂隙帶抽放，主要作用是以工作面回采采動壓力形成的頂板裂隙作為通道來抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。根據(jù)一系列回采工作面礦山壓力規(guī)律的研究，煤層隨工作面回采，在工作面周圍將形成一個采動壓力場，采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上形成三個帶，即冒落帶、裂隙帶和變曲下沉帶。在水平方向上形成三個區(qū)，即煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實區(qū)。在這個采動壓力場中形成的裂隙空間，便成為瓦斯流動通道。通過鉆孔內(nèi)的負壓，加速了瓦斯的流動，使高位鉆孔能夠抽出瓦斯，并且抽放量大大超過本煤層瓦斯的抽放量。一些高位鉆孔實現(xiàn)了超前抽放，即工作面離鉆孔口還有一段距離時，能抽出高濃度瓦斯，這說明煤壁支撐影響區(qū)內(nèi)煤層頂板已有裂隙作為瓦斯通道。這部分瓦斯顯然是煤壁中原始煤體釋放的。隨著采動影響，工作面煤壁受壓形成瓦斯解吸，解吸的瓦斯又通過煤壁裂隙和頂板裂隙流入抽放鉆孔，這是高位鉆孔能抽到高濃度瓦斯的原因，也是高位鉆孔的重要作用點。高位鉆孔抽到上隅角瓦斯是在鉆孔的后期，隨著鉆孔的垂高變小，到接近冒落帶或進入冒落帶時才出現(xiàn)，這時抽放瓦斯?jié)舛茸冃。灰@場鉆孔還能保留仍可發(fā)揮作用。（2）高位鉆孔抽放的主要參數(shù)高位鉆孔瓦斯抽放的主要參數(shù)包括計算參數(shù)和施工參數(shù)兩大類。計算參數(shù)是通過大量實際資料對終孔目的區(qū)進行優(yōu)化后確定的區(qū)間參數(shù)，主要指X、Y、H。施工參數(shù)是根據(jù)計算參數(shù)確定的鉆孔現(xiàn)場施工參數(shù)，主要指L、a、B和封孔長度?？谶?為木甲mi□nac溝護展血Oh為風欝litx—鉆孔軸線在風巷方向的投影長度，m；丫一鉆孔終孔點在煤層面垂直投影點到風巷的距離，m；Z—鉆孔終孔點距煤層頂界的垂直高度，m；L—鉆孔孔深（長度），m；a—鉆孔水平投影線與風巷的夾角，度;B—鉆孔的仰角，度；高瓦斯工作面僅進行本煤層預(yù)抽還不能滿足機械化采煤工作面的要求，為減少回采過程中瓦斯超限