礦井瓦斯抽采

1、 礦井瓦斯抽采 概 述 據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)埋深2000米以淺煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量為36.81萬(wàn)億立方米，相當(dāng)于450億噸標(biāo)煤，350億噸標(biāo)油，與陸上常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)，資源總量?jī)H次于俄羅斯和加拿大，居世界第三位，其中資源條件較好、具有良好開(kāi)發(fā)前景的有近20萬(wàn)億立方米。全國(guó)95%的煤層氣資源分布在晉陜內(nèi)蒙古、新疆、冀豫皖和云貴川渝等四個(gè)含氣區(qū)。 我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)利用取得重要進(jìn)展，已建成地面煤層氣產(chǎn)能20億立方米，產(chǎn)量5億立方米，民用煤層氣用戶超過(guò)90萬(wàn)戶，煤層氣發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到92萬(wàn)千瓦。2008年，我國(guó)井下煤層氣抽采量為53億立方米。2009年底，中國(guó)的煤層氣產(chǎn)量?jī)H為71.89億立方米，地面

2、抽采為10.17億立方米。2010年總產(chǎn)量達(dá)到100億立方米，其中地面抽采產(chǎn)量將達(dá)到50億立方米。 我國(guó)煤與瓦斯突出礦井分布 我國(guó)地面煤層氣開(kāi)發(fā)從無(wú)到有，2005年實(shí)現(xiàn)了零的突破，2007年3.2億立方米，2008年突破5億立方米。截至2008年底，共鉆探各類煤層氣井約3400口，形成地面煤層氣產(chǎn)能約20億立方米。2008年中國(guó)煤礦瓦斯抽采量達(dá)到55億立方米，淮南、陽(yáng)泉、水城、松藻、寧煤等10個(gè)重點(diǎn)煤礦企業(yè)瓦斯抽采量均超過(guò)1億立方米。地面煤層氣現(xiàn)場(chǎng)抽采圖煤層氣抽采技術(shù)分類煤層氣抽采技術(shù)地面抽采井下抽采鉆井技術(shù)完井技術(shù)儲(chǔ)層改造技術(shù)排采技術(shù)本煤層抽采鄰近層抽采采空區(qū)抽采第一章 煤層瓦斯抽采技術(shù)及方

3、法 第一節(jié) 概述 一、瓦斯抽采的目的、條件及意義 礦井瓦斯抽采，是指為了減少和解除礦井瓦斯對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅，利用機(jī)械設(shè)備和專用管道造成的負(fù)壓，將煤層中存在或釋放出來(lái)的瓦斯抽出來(lái)，輸送到地面或其他安全地點(diǎn)的方法。 1. 抽采瓦斯的目的 預(yù)防瓦斯超限以確保礦井安全生產(chǎn)。 開(kāi)采保護(hù)層并具有抽采瓦斯系統(tǒng)的礦井，應(yīng)抽采被保護(hù)層的卸壓瓦斯。 煤與瓦斯突出礦井中預(yù)抽瓦斯可作為區(qū)域性或局部防突措施來(lái)使用。 開(kāi)發(fā)利用瓦斯資源，變害為利。 有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 2.抽采瓦斯的條件 一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個(gè)掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問(wèn)題不合理的。 礦井

4、的絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到以下條件： 大于或等于40m3/min； 年產(chǎn)量1.01.5Mt的礦井，大于30m3/min； 年產(chǎn)量0.61.0Mt的礦井，大于25m3/min； 年產(chǎn)量0.40.6Mt的礦井，大于20m3/min； 年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m3/min。 開(kāi)采保護(hù)層時(shí)應(yīng)考慮抽采被保護(hù)層瓦斯。 開(kāi)采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。 煤礦瓦斯抽放規(guī)范規(guī)定，凡符合建立抽放系統(tǒng)條件，并同時(shí)具備下列兩個(gè)條件的礦井，應(yīng)建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)： 瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在2m3/min以上； 瓦斯資源可靠、儲(chǔ)量豐富，預(yù)計(jì)瓦斯抽放服務(wù)年限在五年以上。 4.抽采瓦斯的意義 瓦斯抽采是消除

5、煤礦重大瓦斯事故治本措施。 瓦斯抽采能夠解決礦井僅靠通風(fēng)難以解決的問(wèn)題，降低礦井通風(fēng)成本。 瓦斯抽采能夠利用寶貴的瓦斯資源。 二、瓦斯抽采的方法 1.按抽采瓦斯來(lái)源分類 有本煤層瓦斯抽采、鄰近層瓦斯抽采、采空區(qū)瓦斯抽采和圍巖瓦斯抽采。 2.按抽采瓦斯的煤層是否卸壓分類 有未卸壓煤層抽采瓦斯和卸壓煤層抽采瓦斯。 3.按抽采瓦斯與采掘時(shí)間關(guān)系分類 有煤層預(yù)抽瓦斯、邊采邊抽和采后抽采瓦斯。 4.按抽采工藝分類 有鉆孔抽采、巷道抽采和鉆孔巷道混合抽采。 瓦斯抽采方法的選擇必須根據(jù)礦井瓦斯涌出來(lái)源的調(diào)查，考慮自然與采礦因素和各種抽采方法所能達(dá)到的抽采率。 第二節(jié) 本煤層瓦斯抽采 本煤層瓦斯抽采，目的是為

6、了減少煤層中的瓦斯含量和降低回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，以確保礦井安全生產(chǎn)。 一、本煤層瓦斯抽采原理 本煤層瓦斯抽采就是在煤層開(kāi)采之前或采掘的同時(shí)，用鉆孔或巷道進(jìn)行該煤層的抽采工作。煤層回采前的抽采屬于未卸壓抽采，在受到采掘工作面影響范圍內(nèi)的抽采，屬于卸壓抽采。 二、本煤層瓦斯抽采的分類 本煤層瓦斯抽采按抽采的機(jī)理分為未卸壓抽采和卸壓抽采；按匯集瓦斯的方法分為鉆孔抽采、巷道抽采和巷道與鉆孔綜合法三類。 1.本煤層未卸壓抽采 決定未卸壓煤層抽采效果的關(guān)鍵性因素，是煤層的自然透氣性系數(shù)。 巖巷揭煤時(shí)由巖巷向煤層施工穿層鉆孔進(jìn)行抽采。 煤巷掘進(jìn)預(yù)抽時(shí)在煤巷掘進(jìn)工作面施工超前鉆孔進(jìn)行抽采。 采區(qū)大面積預(yù)抽時(shí)由

7、開(kāi)采層機(jī)巷、風(fēng)巷或煤門(mén)等施工上向、下向順層鉆孔；由石門(mén)、巖巷、鄰近層煤巷等向開(kāi)采層施工穿層鉆孔；由地面施工穿層鉆孔等進(jìn)行抽采。 2. 本煤層卸壓抽采 在受回采或掘進(jìn)的采動(dòng)影響下，引起煤層和圍巖應(yīng)力重新分布，形成卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。在卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形，透氣性系數(shù)增加，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)打鉆抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空間。 本煤層卸壓抽采分為： 由煤巷兩側(cè)或巖巷向煤層周圍施工鉆孔進(jìn)行邊掘邊抽。 由開(kāi)采層機(jī)巷、風(fēng)巷等向工作面前方卸壓區(qū)施工鉆孔進(jìn)行邊采邊抽。 3. 由巖巷、煤門(mén)等向開(kāi)采分層的上部或下部未采分層施工穿層或順層鉆孔進(jìn)行邊采邊抽。 三、本煤層瓦斯抽采的布置形式及特點(diǎn) 1. 本

8、煤層未卸壓鉆孔預(yù)抽 本煤層未卸壓鉆孔預(yù)抽瓦斯是鉆孔打入未卸壓的原始煤體進(jìn)行抽采瓦斯。其抽采效果與原始煤體透氣性和瓦斯壓力有關(guān)。 煤層透氣性越小，瓦斯壓力越低越難抽出瓦斯。 按鉆孔與煤層的關(guān)系分為穿層鉆孔和順層鉆孔。按鉆孔角度分上向孔、下向孔和水平孔。 穿層鉆孔抽采 穿層鉆孔抽采是在開(kāi)采煤層的頂?shù)装鍘r石巷道（或煤巷）或鄰近煤層巷道中，每隔一段距離開(kāi)一長(zhǎng)約10m的鉆場(chǎng)，從鉆場(chǎng)向煤層施工35個(gè)穿透煤層全厚的鉆孔，封孔或?qū)⒄麄€(gè)鉆場(chǎng)封閉起來(lái)，裝上抽瓦斯管并與抽采系統(tǒng)連接進(jìn)行抽采。 圖1 穿層鉆孔抽采瓦斯 該抽采方法的特點(diǎn)是施工方便，可以預(yù)抽的時(shí)間長(zhǎng)。如果是煤層群開(kāi)采，第一層回采后，可在卸壓的條件下，抽采

9、未采層的瓦斯。它主要適用于煤層的透氣性系數(shù)較大、有較長(zhǎng)預(yù)抽時(shí)間的近距離煤層群或厚煤層。 順層鉆孔抽采 順層鉆孔是在巷道進(jìn)入煤層后再沿煤層所打的鉆孔，可以用于石門(mén)見(jiàn)煤處、煤巷及回采工作面。圖2 未卸壓順層鉆孔抽采開(kāi)采煤層1-運(yùn)輸巷；2-回風(fēng)巷；3-鉆孔；4-采煤工作面；5-采空區(qū) 抽采方法的特點(diǎn)是常受采掘接替的限制，抽采時(shí)間不長(zhǎng)，影響了抽采效果。它主要適用于煤層賦存條件穩(wěn)定、地質(zhì)變化小的單一厚煤層。 2、巷道預(yù)抽本煤層瓦斯 巷道預(yù)抽是在采區(qū)回采之前,按照采區(qū)設(shè)計(jì)巷道布置，提前把巷道掘出來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)，將所有入、排風(fēng)口都加以密閉，同時(shí)，在各排風(fēng)口密閉處插管并鋪設(shè)抽采瓦斯管路，將煤層中瓦斯預(yù)先抽采出來(lái)

10、。 巷道預(yù)抽瓦斯的優(yōu)點(diǎn) 提前將采區(qū)的準(zhǔn)備巷道掘出來(lái),不影響生產(chǎn)正常接替。 煤壁暴露面積大，有利于瓦斯涌出和抽采。 在掘進(jìn)瓦斯巷道時(shí)，對(duì)瓦斯涌出、地質(zhì)構(gòu)造等能進(jìn)一步了解，有利于采取對(duì)策，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。 對(duì)下段采區(qū)和鄰區(qū)的煤層瓦斯，可起到一定的釋放和截抽作用。 巷道預(yù)抽瓦斯的缺點(diǎn) 掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量大，施工困難。 在巷道掘進(jìn)過(guò)程中部分瓦斯隨風(fēng)流排出，減少了可供抽采瓦斯量。 瓦斯巷道中的密閉很難保持其氣密性，抽出瓦斯?jié)舛冉档汀?巷道布置受采煤工作制約，不能隨意改變。 巷道年久失修，給后期采煤維修巷道增加了工作量, 給煤層頂板管理帶來(lái)一定困難。 巷道預(yù)抽瓦斯的效果 巷道抽采瓦斯效果與煤巷暴露煤壁的面積大

11、小、煤層厚度和透氣性能有關(guān)。 3. 本煤層卸壓抽采瓦斯 在受回采或掘進(jìn)的采動(dòng)影響下，引起煤層和圍巖的應(yīng)力重新分布，形成卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。在卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形，透氣性系數(shù)增加，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)打鉆抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空間。 邊掘邊抽 在掘進(jìn)巷道的兩幫，每隔4050m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)場(chǎng)內(nèi)順層施工4個(gè)5060m深的抽采鉆孔；在掘進(jìn)迎頭每次施工1216個(gè)、孔深1620m的抽采鉆孔，鉆孔布置見(jiàn)圖3，鉆孔在終孔時(shí)上排施工至煤層頂板，下排施工至煤層底板，鉆孔控制范圍為巷道周界外45m，孔底間距為23m，鉆孔直徑為75mm，封孔深度為35m。圖3 隨掘隨抽的鉆孔布置1-掘進(jìn)巷道；2-

12、鉆場(chǎng)；3-鉆孔 隨掘隨抽鉆孔布置特點(diǎn)是能控制掘進(jìn)巷道迎頭的煤層賦存狀況，既保證了掘進(jìn)巷道迎頭的瓦斯抽采，又能降低巷道兩幫的瓦斯涌出量，在巷道掘進(jìn)期間能繼續(xù)抽采巷道兩幫的卸壓瓦斯，保證了突出煤巷的安全掘進(jìn)。 邊采邊抽 在采煤工作面前方有一個(gè)應(yīng)力集中帶，并隨工作面的向前推進(jìn)而同時(shí)前移，如圖4所示。在應(yīng)力集中帶與采煤工作面之間有10m的卸壓帶，在此區(qū)域內(nèi)可以抽采瓦斯。布置鉆孔時(shí)，抽采孔需提前布置在煤層內(nèi)，當(dāng)卸壓帶接近前開(kāi)始抽采瓦斯；當(dāng)卸壓帶移至鉆孔時(shí)瓦斯抽出量增大。圖4 隨采隨抽鉆孔布置 隨采隨抽鉆孔布置抽采的特點(diǎn)是利用回采工作面前方卸壓帶透氣性增大的有利條件，提高抽采率。在下行分層工作面，鉆孔應(yīng)靠

13、近底板，上行分層工作面靠近頂板。它主要適用于局部地區(qū)瓦斯含量高、時(shí)間緊、采用該方式解決本層瓦斯涌出量大問(wèn)題。 本煤層瓦斯抽采存在的問(wèn)題本煤層瓦斯抽采由于單孔抽采流量較小，當(dāng)煤層透氣性差時(shí)，鉆孔工程量大；在巷道掘進(jìn)期間由于瓦斯涌出量大，掘進(jìn)困難。第三節(jié) 鄰近層瓦斯抽采 一、鄰近層瓦斯抽采原理和分類 為了防止和減少鄰近層的瓦斯通過(guò)層間的裂隙大量涌向開(kāi)采層,可采用抽采的方法處理這一部分瓦斯，這種抽采方法稱鄰近層瓦斯抽采。 鄰近層瓦斯抽采按鄰近層位置分為上鄰近層抽采和下鄰近層抽采；按匯集瓦斯的方法分為鉆孔抽采、巷道抽采和巷道與鉆孔綜合抽采三類。 1. 上鄰近層瓦斯抽采 上鄰近層瓦斯抽采即是鄰近層位于開(kāi)

14、采層的頂板，通過(guò)巷道或鉆孔來(lái)抽采上鄰近層的瓦斯。根據(jù)巖層的破壞程度與位移狀態(tài)可把頂板劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，底板劃分為裂隙帶和變形帶。冒落帶高度一般為采厚的5倍；裂隙帶的高度為采厚的830倍。 上鄰近層瓦斯抽采分為： 由開(kāi)采層運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷或?qū)娱g巖巷等向上鄰近層施工鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。 由開(kāi)采層運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷等向采空區(qū)方向施工斜交鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。 在上鄰近層掘匯集瓦斯巷道進(jìn)行抽采。 從地面施工鉆孔進(jìn)行抽采。 2. 下鄰近層瓦斯抽采 下鄰近層瓦斯抽采是鄰近層位于開(kāi)采層底板，通過(guò)巷道或鉆孔來(lái)抽采下鄰近層的瓦斯。可分為： 由開(kāi)采層運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷或?qū)娱g巖巷等向下鄰近層施工鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。

15、由開(kāi)采層運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷等向采空區(qū)方向施工斜交鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。 在下鄰近層掘匯集瓦斯巷道進(jìn)行抽采。 從地面施工鉆孔進(jìn)行抽采。 二、鉆孔抽采 1. 鉆孔布置的方式 由開(kāi)采煤層進(jìn)、回風(fēng)巷道向鄰近層打穿層孔抽采瓦斯，或由圍巖大巷向鄰近層打穿層孔抽采瓦斯。鉆孔布置方式主要有兩種。 由開(kāi)采層層內(nèi)巷道打鉆 適應(yīng)條件為緩傾斜或傾斜煤層走向長(zhǎng)壁工作面，具體又可分為以下幾種： 鉆場(chǎng)設(shè)在工作面副巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)向鄰近煤層打穿層鉆孔。 圖5 陽(yáng)泉四礦抽采上鄰近層層內(nèi)副巷布孔方式 圖6 包頭五當(dāng)溝礦抽采上鄰近層層內(nèi)副巷布孔方式 鉆場(chǎng)設(shè)在工作面進(jìn)風(fēng)正巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)向鄰近層打穿層鉆孔。 該方式多用于抽采下鄰近層瓦斯。南桐礦務(wù)局

16、魚(yú)田堡礦開(kāi)采3號(hào)煤層抽采4號(hào)煤層瓦斯時(shí)就是這種布置，如圖7所示。與鉆孔布置在回風(fēng)水平相比，其優(yōu)點(diǎn)是：打鉆施工方便；不存在由于抽采瓦斯而增加巷道的維護(hù)時(shí)間和工程量的問(wèn)題。 圖7 南桐魚(yú)田堡礦抽采上鄰近層瓦斯層內(nèi)運(yùn)輸巷布孔方式 在開(kāi)采層層外巷道打鉆 其適應(yīng)條件為不同傾角的煤層和不同采煤方法的回采工作面。鉆孔布置方式又分為： 鉆場(chǎng)設(shè)在開(kāi)采層底板巖巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)向鄰近層打穿層鉆孔。多用在抽采下鄰近層瓦斯。天府磨心坡礦、淮北蘆嶺礦、淮南謝二礦和松藻打通一礦均采用這種布置方式，如圖8、圖9、圖10所示。圖8 天府磨心坡礦抽采下鄰近層瓦斯的鉆孔布置 圖9 淮北蘆嶺礦抽采下鄰近層瓦斯鉆孔布置 圖10 松藻打通一

17、礦抽采下鄰近層鉆孔布置 這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：抽采鉆孔服務(wù)時(shí)間較長(zhǎng)，除抽采卸壓瓦斯外，還可用作預(yù)抽和采空區(qū)抽采瓦斯，不受回采工作面開(kāi)采的時(shí)間限制；鉆場(chǎng)處于主要巖石巷道中，相對(duì)減少了巷道維修工程量，同時(shí)對(duì)于抽采設(shè)施的施工和維護(hù)也較方便。 鉆場(chǎng)設(shè)在開(kāi)采層頂板巖巷。多用于抽采上鄰近層瓦斯。根據(jù)中梁山礦務(wù)局經(jīng)驗(yàn)，每一鉆場(chǎng)的鉆孔應(yīng)采用多排扇形布置。如圖11所示。圖11 中梁山南礦抽采上下鄰近層瓦斯的鉆孔布置 2. 鉆孔布置的主要參數(shù) 鉆孔間距 通常采用鉆孔距離為12倍的層間距，鉆場(chǎng)間距多為3060m。一個(gè)鉆場(chǎng)布置一個(gè)或多個(gè)鉆孔。 鉆孔角度 鉆孔角度是指它的傾角（鉆孔與水平線的夾角）和偏角（鉆孔水平投影線和煤

18、層走向或傾向的夾角）。鉆孔角度對(duì)抽采效果關(guān)系很大。 鉆孔直徑 抽采鄰近煤層瓦斯的鉆孔的作用主要是作引導(dǎo)卸壓瓦斯的通道?？讖綄?duì)瓦斯抽出量影響不大，無(wú)需很大的孔徑，可滿足抽采的要求。目前國(guó)內(nèi)外抽采鄰近層瓦斯鉆孔直徑，一般都采用75mm。 鉆孔抽采負(fù)壓 實(shí)際抽采中，應(yīng)針對(duì)各礦具體條件，在保證一定抽出瓦斯?jié)舛葪l件下，適當(dāng)?shù)靥岣叱椴韶?fù)壓。一般孔口負(fù)壓應(yīng)保持在6.713.3kPa以上。 圖12 抽采上鄰近層瓦斯回風(fēng)巷鉆孔布置圖 三、巷道抽采 巷道抽采主要是指在開(kāi)采層的頂部處于采動(dòng)形成的裂隙帶內(nèi)，挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏溃靡猿椴缮相徑鼘拥男秹和咚?。巷道可以布置在鄰近煤層或巖層內(nèi)。抽采瓦斯巷道分走向抽采巷和傾斜

19、抽采巷2種。 圖13 陽(yáng)泉五礦綜放面平面布置 1. 走向高抽巷抽采上鄰近層瓦斯 走向高抽巷既能保證大量抽出瓦斯，能在工作面推進(jìn)過(guò)后保持相當(dāng)一段距離不被破壞。 大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，應(yīng)用高抽巷要考慮的因素： 高抽巷層位要處于采空區(qū)裂隙帶內(nèi)，該區(qū)處于瓦斯富集區(qū)； 高抽巷水平投影距回風(fēng)巷水平距離宜控制在1520m范圍內(nèi); 應(yīng)用高抽巷抽采系統(tǒng)要選大管徑，大流量。 高抽巷要封閉嚴(yán)密，保證不漏氣。 2. 傾斜高抽巷抽采上鄰近層瓦斯 傾斜式頂板巖石抽采巷道是與工作面推進(jìn)方向平行，在尾巷沿工作面傾斜方向向工作面上方爬坡至抽采層后，再打一段平巷抽采上鄰近層瓦斯，工作面一般應(yīng)采用U+L形通風(fēng)方式。 圖14 傾向高抽巷

20、剖面布置圖 傾斜高抽巷抽采上鄰近層瓦斯方法的特點(diǎn)： 巷道開(kāi)鑿時(shí)應(yīng)避免因頂板冒落而出現(xiàn)的巖層破壞帶； 巷道開(kāi)在鄰近層內(nèi)，有利于引導(dǎo)煤層卸壓瓦斯進(jìn)入抽采系統(tǒng)； 巷道比鉆孔的通道面積大，可以減少阻力、便于瓦斯流動(dòng)。 3.頂板抽采巷道的主要參數(shù) 合理的巷道位置應(yīng)處在開(kāi)采形成的充分卸壓區(qū)和冒落帶以上的裂隙帶內(nèi)，同時(shí)要結(jié)合鄰近層的賦存和層間巖性情況、通風(fēng)方式和采場(chǎng)空氣流動(dòng)方向以及巷道的有效抽采距離、布置方式等綜合考慮。 巷道離開(kāi)采層的垂距 考慮頂板巷道位置的原則是，要布置在冒落帶之上的裂隙帶內(nèi)，并盡可能設(shè)在上鄰近層內(nèi)，這樣既有利于抽采鄰近層卸壓瓦斯，也可降低掘進(jìn)費(fèi)用。 巷道在工作面傾斜方向的投影距離 目前

21、國(guó)內(nèi)走向頂板巷處于工作面回風(fēng)側(cè)的1/3或更近。傾向頂板巷伸入工作面的距離一般為4050m。 頂板巷道沿傾向的位置，可取靠近回風(fēng)側(cè)為工作面長(zhǎng)度的1/3為上限，其下限應(yīng)按卸壓角劃定的界線再適當(dāng)?shù)叵蚬ぷ髅嬉岳镅由煲稽c(diǎn)。 巷道離工作面開(kāi)切眼的距離 頂板巷道應(yīng)位于塌陷角以里，這樣才能有效地抽采卸壓瓦斯。 頂板巷道的有效抽采距離 陽(yáng)泉五礦在采面長(zhǎng)150180m 的條件下，抽采率可達(dá)90%以上，說(shuō)明巷道抽采的有效距離至少在100m以上。 巷道規(guī)格 我國(guó)多數(shù)礦井的頂板抽瓦斯巷道斷面取4m2，滿足了掘進(jìn)時(shí)的通風(fēng)、行人、運(yùn)料和打鉆的要求。 4. 上鄰近層底板瓦斯抽排巷穿采布置形式及特點(diǎn) 底板瓦斯抽采巷的布置 在上

22、鄰近層采煤工作面的底板和開(kāi)采層工作面的頂板之間布置一條瓦斯抽采巷，抽采巷布置在距采煤工作面的底板1820m、賦存比較穩(wěn)定的巖層中，沿傾斜方向布置在上鄰近層工作面上、下順槽中間。 抽采鉆場(chǎng)的布置 被保護(hù)范圍內(nèi)抽采鉆場(chǎng)的布置 鉆孔抽采半徑為20m，每隔3040m施工一個(gè)鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)長(zhǎng)度為5m，寬度為3m，高度為2.6m，采用錨噴支護(hù)。 未被保護(hù)范圍內(nèi)抽采鉆場(chǎng)的布置 底板瓦斯抽采巷的未被保護(hù)范圍內(nèi)，在鉆孔的抽采半徑約為5m。每隔10m施工一個(gè)鉆場(chǎng)。鉆場(chǎng)長(zhǎng)度為45m，寬度為3m，高度為2.6m。 抽采鉆孔的布置 被保護(hù)范圍內(nèi)抽采鉆孔的布置 圖15 被保護(hù)范圍內(nèi)抽采鉆孔的布置 在被保護(hù)范圍的每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)沿煤

23、層傾向方向布置4個(gè)抽采鉆孔，鉆孔的抽采半徑為20m，直徑為91mm，鉆孔間距為40m，終孔位置為進(jìn)入上鄰近層頂板0.5m。 未被保護(hù)范圍內(nèi)抽采鉆孔的布置 在未被保護(hù)范圍的每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)沿煤層傾向方向布置1620個(gè)抽采鉆孔，鉆孔的抽采半徑為5m，直徑為91mm，鉆孔間距為10m。終孔位置為進(jìn)入上鄰近層頂板0.5m。 一、采空區(qū)抽采方法 按開(kāi)采過(guò)程劃分，可分為回采過(guò)程中的采空區(qū)抽采和采后密閉采空區(qū)抽采；按采空區(qū)狀態(tài)劃分，可分為半封閉采空區(qū)抽采和全封閉采空區(qū)抽采。按采空區(qū)瓦斯抽采方法分為鉆孔抽采法和巷道抽采法。 1.鉆孔抽采法 第四節(jié) 采空區(qū)瓦斯抽采 （1）在開(kāi)采層頂板巷道向采空區(qū)頂部施工鉆孔進(jìn)行抽采。

24、 （2）回風(fēng)巷向采空區(qū)冒落拱頂部施工鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。 （3）回風(fēng)巷向工作面頂板開(kāi)掘鉆場(chǎng)，向冒落帶上方施工鉆孔進(jìn)行抽采。 （4）從地表向采空區(qū)打鉆孔進(jìn)行抽采。 2.巷道抽采法 （1）利用上階段回風(fēng)水平密閉接瓦斯管抽采。 （2）通過(guò)瓦斯尾巷或高抽巷接管路進(jìn)行抽采 三、采空區(qū)瓦斯抽采的布置形式及特點(diǎn) 1.開(kāi)采煤層頂板走向鉆孔瓦斯抽采 鉆場(chǎng)施工 在開(kāi)采煤層工作面上風(fēng)巷每隔100m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)底板為開(kāi)采層頂板。 鉆孔施工 鉆孔深度為130150m，鉆孔終孔高度位于煤層頂板向上1520m，傾斜方向在工作面上出口向下330m。 該抽采方法需解決兩個(gè)問(wèn)題： 一是頂板走向鉆孔過(guò)地質(zhì)破碎帶時(shí)的施工問(wèn)題；

25、二是采煤工作面在鉆場(chǎng)接替期間由于瓦斯抽采量降低，從而造成回風(fēng)流瓦斯超限問(wèn)題。 圖16 開(kāi)采煤層頂板走向鉆孔布置1回風(fēng)巷；2抽采管；3鉆場(chǎng)；4鉆孔 2. 高抽巷瓦斯抽采 在開(kāi)采層沿走向方向先施工一段高抽巷平巷，與工作面回風(fēng)水平距離內(nèi)錯(cuò)1520m，然后起坡施工至距開(kāi)采煤層頂板1520m變平，施工至工作面走向邊界。通過(guò)在高抽巷外口打密閉墻穿管抽采采空區(qū)積存的瓦斯。 高抽巷抽采主要適用于無(wú)煤層自燃發(fā)火或發(fā)火期較長(zhǎng)的回采工作面。 圖17 高抽巷瓦斯抽采示意圖 3.后退式采空區(qū)埋管瓦斯抽采 采煤工作面采用后退式采空區(qū)埋管方法進(jìn)行抽采瓦斯，瓦斯抽采濃度830%，瓦斯抽采混合流量為2040m3/min。 4.

26、尾抽巷瓦斯抽采 在尾抽巷預(yù)設(shè)瓦斯抽采管路，當(dāng)工作面開(kāi)始回采前，在尾抽巷構(gòu)筑封閉墻，墻上要留管子孔。 5.利用上階段切眼與下階段上風(fēng)巷進(jìn)行抽采 通過(guò)采用該方法，能有效地解決工作面上隅角的瓦斯問(wèn)題。 6.向冒落拱上方打鉆抽采 鉆孔孔底應(yīng)處在初始冒落拱的上方，以捕集處于冒落破壞帶中的上部卸壓層和未開(kāi)的煤分層或下部卸壓層涌向采空區(qū)的瓦斯。 圖18 向冒落拱上方打鉆孔抽采采空區(qū)的瓦斯 7.地面鉆孔抽采法 地面鉆孔抽采瓦斯必將成為抽采瓦斯技術(shù)的發(fā)展方向。 四、采空區(qū)抽采注意事項(xiàng) 1.采空區(qū)抽采前應(yīng)加固密閉墻、減少漏風(fēng)。 2.及時(shí)檢查抽采負(fù)壓、流量、抽采瓦斯成分與濃度。 3.發(fā)現(xiàn)一氧化碳濃度有異常變化時(shí)，應(yīng)

27、立即停止抽采。 第五節(jié) 提高瓦斯抽采量的途徑 一、增大鉆孔直徑 預(yù)抽鉆孔直徑增加，抽出瓦斯量也增加。 二、提高抽采負(fù)壓 礦井提高抽采負(fù)壓后抽采量明顯增加。 三、增大煤層透氣性 1. 地面鉆孔水力壓裂 2.水力破裂 3. 水力割縫 4.交叉鉆孔第二章 礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)及施工第一節(jié) 礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)和資料 1.圖紙 抽采瓦斯系統(tǒng)圖，泵站平面與管網(wǎng)布置圖，抽采鉆場(chǎng)及鉆孔布置圖； 2.記錄 抽采工程和鉆孔施工記錄，抽采參數(shù)測(cè)定記錄，泵房值班記錄； 3.報(bào)表 抽采工程年、季、月報(bào)表，抽采量年、季、月報(bào)表； 4.臺(tái)帳 抽采設(shè)備臺(tái)帳，抽采工程臺(tái)帳，抽采量臺(tái)帳； 5.報(bào)告 礦井和采區(qū)抽采工程

28、設(shè)計(jì)文件及竣工報(bào)告，瓦斯抽采總結(jié)與分析報(bào)告。 二、礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)的原則及內(nèi)容 1.瓦斯抽采管路布置的原則 瓦斯抽采管路要敷設(shè)在曲線最少、距離最短的巷道中； 瓦斯抽采管路應(yīng)安裝在不易被撞壞的位置上； 抽采系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時(shí)，抽采瓦斯應(yīng)不致于流進(jìn)采掘工作面； 應(yīng)考慮運(yùn)輸、安裝和維修工作上的不便。 2.瓦斯抽采管路的敷設(shè)需遵守的要求 瓦斯管路須涂防腐劑，以防銹蝕。 管路底部應(yīng)墊木墊，墊起高度不低于30cm。 傾斜巷道瓦斯管路，用卡子將管子固定在巷道支架上。 管路敷設(shè)要求平直，避免急彎。 主要運(yùn)輸巷道中的瓦斯管路架設(shè)高度不得小于1.8m。 管路敷設(shè)時(shí)，要求坡度盡量一致，避免高低起伏，低洼處需安裝放水

29、器。 新敷設(shè)管路要進(jìn)行氣密性檢查。 冬季寒冷地區(qū)地面管路應(yīng)采取防凍措施。 地面管路瓦斯主管路距建筑物的距離大于5m，距動(dòng)力電纜大于1m，距水管和排水溝大于1.5m，距鐵管路大于4m，距木電線桿大于2m。 3.礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)的內(nèi)容 選擇瓦斯抽采方法。 確定瓦斯抽采管路路線及瓦斯抽采管路的附屬裝置。 合理選擇鉆機(jī)并進(jìn)行鉆孔設(shè)計(jì)。 選擇瓦斯管道的直徑、管材、強(qiáng)度。 計(jì)算抽采管路的總阻力。 選擇瓦斯泵及安全裝置。 第二節(jié) 瓦斯抽采鉆孔及施工 一、鉆探工具 1.鉆機(jī)的類別 目前井下常用的鉆機(jī)類別主要有杭州鉆探機(jī)械廠的SGZ系列鉆機(jī)、煤炭科學(xué)研究總院西安研究院生產(chǎn)的MK系列鉆機(jī)及煤炭科學(xué)研究總院重慶研究

30、院生產(chǎn)的ZYG系列等。 2.鉆機(jī)的性能 3.鉆機(jī)的構(gòu)造及優(yōu)缺點(diǎn) MK、ZYG系列鉆機(jī) 主要用途：井下鉆進(jìn)地質(zhì)勘探孔、抽采瓦斯孔、注水孔及其他工程用孔。 結(jié)構(gòu)分為主機(jī)、泵站、操作臺(tái)三大部分。 優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、轉(zhuǎn)速范圍寬、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、操作省力、安全可靠、解體性好、搬運(yùn)方便。 SGZ系列鉆機(jī) 主要用途：工程鉆孔和地質(zhì)勘探取芯鉆孔。 結(jié)構(gòu)由動(dòng)力機(jī)和主機(jī)兩部分組成。 優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)液壓控制，可調(diào)節(jié)給進(jìn)速度和給進(jìn)力，可控制液壓卡盤(pán)的松緊，操作方便、安全、省力，鉆進(jìn)速度較高，液壓給進(jìn)裝置還可作起重機(jī)用。煤巷施工邊抽邊掘鉆孔、挪移安裝方便。 缺點(diǎn)：給進(jìn)行程短、操作費(fèi)力。 二、鉆孔設(shè)計(jì) 1. 鉆孔直徑

31、的確定 鉆孔直徑應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)性能，施工速度與技術(shù)水平、抽采瓦斯量、抽采半徑等因素確定，目前一般采用鉆孔直徑為60110mm。 2. 鉆孔深度的確定 掘進(jìn)工作面順層鉆孔深度1620m，巷道兩幫鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔深度50m；穿層鉆孔深度可達(dá)150m。 3.鉆孔有效排放半徑的確定 鉆孔有效排放半徑是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在該半徑范圍內(nèi)的瓦斯壓力或瓦斯含量降到安全允許值。鉆孔有效排放半徑一般為0.51.0m，鉆孔的有效抽采半徑一般為1.02.0m。 4.鉆孔間距的確定 鉆孔孔底間距應(yīng)小于或等于鉆孔有效排放半徑的2倍，抽采時(shí)間短而煤層透氣性系數(shù)低時(shí)取小值，否則取大值。 鉆孔間距選用參考值表 三、鉆孔施工 1.瓦斯抽

32、采鉆孔施工注意事項(xiàng) 嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)的方位、角度、孔深進(jìn)行施工。 安裝鉆桿時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 先檢查鉆桿，應(yīng)不堵塞、不彎曲、絲扣未磨損，不合格的嚴(yán)禁使用； 連接鉆桿時(shí)要對(duì)準(zhǔn)絲扣，避免歪斜和漏水； 裝卸鉆頭時(shí)，應(yīng)嚴(yán)防管鉗夾傷硬質(zhì)合金片、夾扁鉆頭和巖芯管； 安裝鉆桿時(shí)，必須在安好第一根后，在安第二根。 鉆頭送入孔內(nèi)開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，要輕壓慢轉(zhuǎn)。 采用清水鉆進(jìn)時(shí)，開(kāi)鉆前必須供水。 每鉆進(jìn)10m或換鉆具時(shí)必須量一次鉆桿。 臨時(shí)停鉆時(shí)，將鉆頭退離孔底一定距離。 2.鉆孔施工中常見(jiàn)安全事故 發(fā)生夾鉆、埋鉆事故；發(fā)生煤與瓦斯突出事故；電氣設(shè)備失爆而造成電氣傷人事故；片幫冒頂而造成傷人事故；操作鉆機(jī)不熟練而造成鉆桿攪人

33、及牙鉗傷人事故。 3.鉆孔施工安全措施 為了防止施工中發(fā)生瓦斯事故，要有良好的通風(fēng)，安設(shè)瓦斯自動(dòng)報(bào)警斷電儀，施工人員必須佩帶便攜式瓦斯報(bào)警儀。 四、鉆孔的封孔 1. 瓦斯抽采鉆孔的封孔方法 封孔應(yīng)滿足密封性能好、操作方便、速度快、材料便宜等要求 機(jī)械式封孔器封孔 常用的是CPW-II型礦用封孔器。 充填材料封孔 充填封孔材料主要有水泥、沙漿封孔和聚氨酯封孔等。 聚氨酯封孔具有密封性好、硬化快、質(zhì)量輕、膨脹性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 2.鉆孔封孔注意事項(xiàng) 封孔前必須清除孔內(nèi)煤、巖粉。 套管可用鋼管或抗靜電硬質(zhì)塑料管。 封孔時(shí)先把套管固定在鉆孔內(nèi)，套管要露出孔口100150mm。 用封孔器封仰角時(shí)操作者不得正對(duì)

34、封孔器。 第三節(jié) 瓦斯抽采管路及計(jì)算 一、瓦斯抽采系統(tǒng)布置 瓦斯抽采管路系統(tǒng)主要由主管、分管、支管和附屬裝置組成，其中主管是用于抽排或輸送整個(gè)礦井或采區(qū)的瓦斯，分管是用于抽排或輸送一個(gè)采區(qū)或一個(gè)階段的瓦斯，支管是用于抽排或輸送一個(gè)回采工作面或掘進(jìn)區(qū)的瓦斯，附屬裝置主要包括用于調(diào)節(jié)、控制、測(cè)量管路中瓦斯?jié)舛?、流量、壓力等的裝置和安全裝置。 二、瓦斯抽采管路參數(shù) 1.瓦斯管直徑 采區(qū)內(nèi)選用100150mm，干管選用150250mm，主管選用250400mm。 2.瓦斯管道管材 一般選用熱軋無(wú)縫鋼管、冷拔無(wú)縫鋼管、焊接鋼管、抗靜電塑料管和納米管等。 3.瓦斯管強(qiáng)度 抽采瓦斯管多取排水管強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。

35、4.瓦斯管路阻力計(jì)算 管路阻力計(jì)算選擇阻力最大的一路管路，分別計(jì)算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起來(lái)計(jì)算整個(gè)管道系統(tǒng)的總阻力。 局部阻力以管道總摩擦阻力的10%20%計(jì)算。 三、瓦斯抽采管路的敷設(shè) 1.瓦斯抽采管路井下敷設(shè)要求 瓦斯管路須涂防腐劑，以防銹蝕。 管路底部應(yīng)墊起高度不低于30cm。 傾斜瓦斯管路用卡子固定在巷道支架上。 管路敷設(shè)要求平直，避免急彎。 主要運(yùn)輸巷道中的瓦斯管路架設(shè)高度不得小于1.8m。 管路敷設(shè)坡度應(yīng)盡量一致，低洼處需安裝放水器。 新敷設(shè)管路要進(jìn)行氣密性檢查。 2.地面敷設(shè)瓦斯管路要求 符合井下管路有關(guān)要求。 寒冷地區(qū)應(yīng)采取防凍措施。 瓦斯主管路距建筑物的距離大于5m

36、，距動(dòng)力電纜大于1m，距水管和排水溝大于1.5m。 四、瓦斯抽采管路的附屬裝置 1.閥門(mén) 在瓦斯主管、分管、支管上和鉆場(chǎng)、鉆孔的連接處安設(shè)閥門(mén)。 2.測(cè)壓嘴 在瓦斯主管、分管、支管以及鉆孔連接裝置上均應(yīng)設(shè)置測(cè)壓嘴和取樣孔。 3.鉆孔連接裝置 連接裝置多選用輸氣膠管和吸水膠管。 4.放水器 在瓦斯抽采管路中每200300m最長(zhǎng)不超過(guò)500m的低洼處應(yīng)安設(shè)一只放水器。 第四節(jié) 瓦斯抽采設(shè)備及安全裝置 瓦斯抽采系統(tǒng)主要有瓦斯泵、管路、閘閥、流量計(jì)、安全裝置等。 一、瓦斯抽采泵站 1. 地面固定式瓦斯抽采泵房 泵房必須有專人值班，經(jīng)常檢測(cè)參數(shù)，做好記錄。當(dāng)瓦斯泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，立即向調(diào)度室報(bào)告。 2. 井

37、下臨時(shí)抽采瓦斯泵站 應(yīng)安設(shè)在抽采瓦斯地點(diǎn)附近的新鮮風(fēng)流中。 泵站安裝地點(diǎn)巷道的高度、長(zhǎng)度、寬度等應(yīng)符合要求， 抽出的瓦斯可引排到地面、總回風(fēng)巷或分區(qū)回風(fēng)巷。 二、瓦斯泵及安全裝置 1. 瓦斯泵 常用的瓦斯泵有水環(huán)真空泵、離心式鼓風(fēng)機(jī)和回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)。 水環(huán)式真空泵的優(yōu)缺點(diǎn)及使用條件 水環(huán)式真空泵的優(yōu)點(diǎn)是真空度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠；工作葉輪內(nèi)有水環(huán)，沒(méi)有爆炸危險(xiǎn)。它的缺點(diǎn)是流量較?。徽龎簜?cè)壓力低；軸磨損、外客磨損較大。主要適用于瓦斯抽出量較小、管路較長(zhǎng)和需要抽采負(fù)壓較高的礦井。 目前較常用的水環(huán)式真空泵主要為2BE1系列水環(huán)式真空泵。 回轉(zhuǎn)式瓦斯泵的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件 回轉(zhuǎn)式瓦斯泵的優(yōu)點(diǎn)是抽采流量不受阻力變化的影響；運(yùn)行穩(wěn)定，效率較高，便于維護(hù)保養(yǎng)，價(jià)格為離心式瓦斯泵低50%。缺點(diǎn)是檢修工藝要求高