1、1,矿煤瓦斯抽采技术 中国矿业大学,2,瓦斯是煤矿安全生产的“第一杀手”。建国以来煤矿发生22起一次死亡百人以上事故，其中20起为瓦斯事故，占90%以上。2005年煤矿发生的一次死亡10人以上的特大事故中，瓦斯事故占了70以上。党中央、国务院高度重视煤矿瓦斯防治工作。国务院总理温家宝于2005年2月23日主持召开国务院第81次常务会议，专题研究煤矿瓦斯防治工作，遏制煤矿重特大瓦斯事故发生。,3,2002年8月28-30日，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局、煤炭工业协会在辽宁省铁法矿务局召开了全国煤矿瓦斯治理现场会，提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理十二字方针。特别是“
2、先抽后采”，对防范瓦斯事故具有釜底抽薪、源头治本作用，是煤矿安全生产的基础性、关键性措施，必须坚决实行。,4,2005年4月25-26日，国家发展改革委、安全生产监管总局、煤矿安全监察局、科技部在安徽省淮南市联合召开全国煤矿瓦斯防治工作现场会。中共中央政治局常委、国务院副总理黄菊同志亲自出席会议并作了重要讲话。会上推出煤矿瓦斯治理经验五十条。附件1。 2005年9月3日国务院总理温家宝发布第104次常务会议通过的第446号中华人民共和国国务院令国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（简称特别规定） 2006年4月21-22日，国家发展改革委员会、安全生产监督管理局、国家科技部、煤矿安全监察局
3、在山西省晋城市召开全国煤矿瓦斯治理和利用现场会，推广晋城等矿区先抽后采、煤气共采、瓦斯利用的经验，国务委员兼国务院秘书长华建敏出席会议并讲话。会上下发国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见国办发【2006】47号。附件2,5,2007年4月23-24日，国务院应急办和国家发展改革委、科技部、财政部、国土资源部等部门在重庆市召开全国煤矿瓦斯先抽后采经验交流会。会上总结推广瓦斯治理先进经验，进一步落实瓦斯抽采利用的政策措施，促进煤矿瓦斯先抽后采工作。2007年9月3日国家安全生产监管总局、煤矿安全监察局联合下发关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导性意见。附件3 2008年7月8-9
4、日，国务院安全生产委员会在辽宁省沈阳市召开了全国煤矿瓦斯治理现场会。会上提出了构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理十六字工作体系。国务院副总理张德江出席会议并作重要讲话。,6,讲授主要内容第一章 瓦斯抽放基本知识第一节 瓦斯抽放系统 第二节 瓦斯抽放基本参数 第三节 瓦斯抽采基本指标第二章 瓦斯抽放基本方法 第一节 开采层瓦斯抽放 第二节 邻近层瓦斯抽放 第三节 采空区瓦斯抽放第三章 抽放钻孔和抽放管路第四章 瓦斯抽放技术管理 第五章 瓦斯利用第六章 瓦斯治理20种理念,7,瓦斯治理的目标是通过瓦斯抽采这一治本措施，达到煤与瓦斯共采，一方面使高瓦斯煤层采掘工作面向低瓦斯
5、转化,突出煤层采掘工作面向非突出转化,做到不掘突出头，不采突出面；另一方面把抽出的瓦斯应用于发电、化工、燃料等领域，变害为利，保护环境.,8,目前义煤集团公司本部有新安、义安、新义、孟津、李沟、千秋、耿村、铁生沟、义络、常村、跃进、观音堂等12对矿井实施瓦斯抽放，其中建有17套井下移动瓦斯抽放系统和7座地面固定瓦斯抽放系统，总装机流量5500m3/min以上。 义煤集团公司2008年瓦斯抽放量达到5000万m3,耿村矿于2006年10月，千秋矿于2007年6月，分别安装4台500GFRW型燃气发电机组，实现顺利发电，经济效益良好。新安矿2008年底建成地面瓦斯发电站，装机容量为2*500KW机
6、组。,9,第一章 瓦斯抽放基本知识第一节 瓦斯抽放系统 第二节 瓦斯抽放基本参数 第三节 瓦斯抽采基本指标,10,第一章 瓦斯抽放基础知识,第一节 瓦斯抽放系统,一、瓦斯抽放的目的意义及条件 （一）、抽放瓦斯的目的意义矿井瓦斯抽放是为了减少和解除瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备（抽放泵）和专用管道（抽放管路）造成的负压，将煤岩层中存在或释放出来的瓦斯抽出来，输送到地面或其它安全地点并加以利用。抽放的目的就是通过抽放降低风流中的瓦斯浓度，来改善矿井的安全生产条件和安全状况。,11,瓦斯抽放的意义1、减少瓦斯涌出，避免瓦斯燃烧或爆炸，保证矿井安全生产；2、防治煤与瓦斯突出，减少人员伤亡；3、
7、瓦斯为工业生产和人民生活服务,变害为利,创造良好的社会效益和经济效益；4、减少瓦斯对大气的污染,有利于生态环境的保护,12,（二）、瓦斯抽放的条件煤矿安全规程145条、国家安全生产行业标准AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标和AQ10272006煤矿瓦斯抽放规范都规定：凡符合下列情况之一的矿井，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：,13,1、一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。2、 矿井的绝对瓦斯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
8、于30 m3/min；3）年产量0.6-1.0Mt的矿井，大于25 m3/min；4）年产量0.4-0.6Mt的矿井，大于20 m3/min；5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min；3 、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。,14,（三）、建立地面永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列两个条件：1、瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2 m3/min以上；2、瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。,15,16,二、瓦斯抽放系统的构成瓦斯抽放系统分为地面固定式瓦斯抽放系统和井下临时瓦斯抽放系统。瓦斯抽放系统主要有管道、瓦斯泵、流量计、安全装置等组成。,17,（一）、抽放
9、瓦斯的管道抽放瓦斯的管道由总管、分管、支管及其附属装置所组成，管材一般选用钢管、铸铁管、镀锌螺旋管、聚乙烯管等材料，但井下禁止采用玻璃钢管。管道附属装置有阀门、测压嘴、钻孔（钻场）连接装置、排渣放水器等。,18,19,20,（二）、瓦斯泵常用的瓦斯泵有水环真空泵、离心式瓦斯泵和回转式瓦斯泵。水环真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好（工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸）。由于水环真空泵安全性好，抽放负压大，所以煤矿使用较为广泛。,21,22,23,24,（三）、孔板流量计为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支管和各个钻场、钻孔安设测定瓦斯流量的流量计。孔板流量计是根据气体
10、流经节流装置时，会产生压力降（压差）的原理，来测定管道内气体流量的一种装置。孔板流量计是煤矿瓦斯抽放广泛使用的计量装置，它的制作加工、安装和使用都有严格的要求。,25,26,27,28,29,（四）、安全装置地面瓦斯抽放系统安全防护装置有防爆、防回火装置，放空和避雷装置等。井下临时瓦斯抽放系统瓦斯排入回风巷时，在抽放瓦斯管路出口处必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。,30,31,32,33,34,35,第二节 瓦斯抽放基本参数,（一）、基本参数1、煤层瓦斯压力: 煤层孔隙中游离瓦斯呈现的压力。MPa2、瓦斯含量: 单位质量煤中所含的瓦斯体积。m3/min3、瓦斯储量：指井田开采过程中能够向开采空间排放
11、瓦斯的煤层和岩层所赋存瓦斯的总量。万m34、可抽瓦斯量：指在当前技术条件下瓦斯储量中能够被抽放出来的瓦斯量。万m3,36,5、抽放率1）矿井（或采区）抽放率：矿井（或采区）抽放率是指矿井（或采区）的抽出瓦斯量占其风排瓦斯量与抽放瓦斯量之和的百分比。 2）工作面本开采层的抽放率：开采层的抽放率是指从开采层抽出的瓦斯量占开采层涌出及其抽出瓦斯量的百分比。 3）工作面邻近层的抽放率：邻近层的抽放率是指从邻近层抽出的瓦斯量占邻近层涌出及其抽出量之百分比。,37,6、钻孔瓦斯流量衰减系数：煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特性系数7、煤层透气系数：表征煤层对瓦斯流动的阻力，衡量瓦斯在煤层内流动难易程
12、度的参数。未卸压煤层的抽放瓦斯效果主要取决于其透气性系数，是煤层瓦斯抽放的最重要系数。,38,为了增加煤层的透气系数，国内外许多研究者进行了不少人工增透方法探索。这些探索可以归纳为三类：一类是设法从煤层取出一部分物质，形成空洞，造成裂隙与孔隙的再分布、张开并形成新的裂隙，例如水力割缝、水力掏槽都是从煤层取出一部分煤体，或注入酸液以溶蚀煤内的碳酸盐，注入煤的溶剂或使煤局部液化的物质，在煤层内形成空洞；,39,第二类，注入高压水或压气，将煤压裂，然后注入支撑剂（砂等）将裂隙支撑起来以改变其透气性；第三类，对煤体进行爆破或水力破裂，当存在自由面时，因煤体内裂隙容积扩展较大，增透效果显著。如松动爆破、
13、深孔控制预裂爆破等。水力破裂是用高压水把煤体压裂，但不注入支撑剂，一般不用水力破裂孔进行抽放（因孔内充水抽放效果不好），而是在破裂区内另打孔进行抽放，这时抽放量可增大5060%。,40,针对如何提高煤层透气性各地煤矿使用的增透措施主要有：深孔注水、水力冲孔、深孔松动爆破、深孔控制预裂爆破、水力割缝等。,41,（二）、测定参数同时进行人工检测和自动监控，测定瓦斯抽放流量、管道瓦斯浓度、压差、负压、温度等参数，可随时调阅泵站各种指标变化曲线、数值、工作状态。,42,第三节瓦斯抽采基本指标,AQ10262006瓦斯抽采应达到的基本指标一、瓦斯抽采应达到的基本指标我国煤矿分布较为广泛，煤层赋存条件和开
14、采条件差异较大。因此，对矿井采前抽采瓦斯应达到的指标，采用吨煤储量 钻孔工程量、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、采煤工作面瓦斯抽采率、煤层可解吸瓦斯量、矿井瓦斯抽采率等多项指标加以控制。考虑到必须促进瓦斯抽采、鼓励瓦斯利用，结合现有生产矿井通过努力能够达到的水平，以此为原则确定相关指标的规定值。,43,二、突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。依据如下：,44,（1）根据防
15、治煤与瓦斯突出细则第26条的规定，当煤层瓦斯压力小于0.74MPa时，煤层无突出危险性。（2）根据原苏联和我国突出矿井的统计资料分析，在煤层可燃基瓦斯含量小于10m3/t时，基本上没有发生过突出，可燃基瓦斯含量指标换算成原煤瓦斯含量，近似为8m3/t。原西德和澳大利亚开采煤层煤质较坚硬，统计资料表明，煤层可解吸瓦斯含量小于9m3/t时，基本上没有发生过突出。但这些国家实际执行过程中普遍都将可解吸瓦斯含量降低到6m3/t左右。,45,（3）根据我国突出矿井的统计资料分析，按最小突出压力0.74MPa计算，煤层的平均瓦斯含量为8m3/t左右。,46,三、钻孔控制范围a) 石门（井筒）揭煤工作面控制
16、范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5m）。钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5m以上。若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15米以上。b) 煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5m）及工作面前方10m以上。c) 采煤工作面控制范围为:工作面前方20m以上。,47,四、采煤工作面抽采指标采用抽采率或回采前煤的可解吸瓦斯量指标,是根据煤层群开采、单一煤层开采瓦斯涌出特征提出的。煤层群开采必须符合表1要求，单一煤层开采必须符合表1或表2要求。具体指标如表1、表2所示。指标大小兼顾了瓦斯抽采技术能够达到
17、的可能性和工作面能够承受的风排瓦斯量。,48,表1 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标,49,表2 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯 量应达到的指标,50,五、其它 1、矿井必须综合抽采瓦斯，并且提前35年制定抽采瓦斯规划，每年年底前编制下年度的抽采瓦斯计划，以确保抽采瓦斯工作面的正常衔接，做到“抽、掘、采”平衡。2、低瓦斯矿井新水平、新采区应测定煤层原始瓦斯含量和压力3 高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井每个采区垂深每增加50m应测定煤层原始瓦斯含量和压力。,51,瓦斯抽放必须做到“多措并举、可保尽保、应抽尽抽、抽采平衡”，根据矿井煤层赋存地质、瓦斯条件，采取区域和局部多种抽采措施，并优先考虑开采保护层，
18、最大限度抽采井下煤岩层瓦斯，达到抽采达标，实现先抽后掘、先抽后采、抽掘平衡、抽采平衡。,52,第二章 瓦斯抽放基本方法第一节 开采层瓦斯抽放 第二节 邻近层瓦斯抽放第三节 采空区瓦斯抽放,53,54,第二章 煤矿瓦斯抽放的基本方法煤矿瓦斯抽放的基本方法有开采层瓦斯抽放（本煤层瓦斯抽放）、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放. 本煤层瓦斯抽放按抽放的机理分为未卸压抽放和卸压抽放，邻近层抽放分为上邻近层（或顶板邻近层）抽放和下邻近层（或底板邻近层）抽放，采空区抽放分为半封闭采空区抽放和全封闭采空区抽放。,55,第二章 煤矿瓦斯抽放的基本方法瓦斯抽放方法分类表,56,表B.1 瓦斯抽放方法分
19、类表,57,表B.1 瓦斯抽放方法类表,58,表B.1 瓦斯抽放方法类别,59,60,1、用钻孔抽放（预抽）本煤层瓦斯有如下特点：1） 通过抽放降低采掘前煤体中瓦斯的含量，从而减少工作面生产中的瓦斯涌出量；2） 降低采煤机工作面瓦斯涌出量的峰值，通过解决瓦斯涌出不均衡问题来减少瓦斯超限；3） 通过预抽卸压消突，防止生产过程中瓦斯动力现象的发生，消除突出危险性；4） 在钻孔抽放流量衰减到一定程度后，利用这些抽放孔进行煤体注水，可以起到降尘作用；5） 必须提前打钻，需要较长的预抽时间，采掘部署及早考虑钻孔抽放,61,2、影响钻孔瓦斯抽放的主要因素1） 煤层地质因素：煤层透气性2） 技术因素：钻孔长
20、度、钻孔直径、抽放负压、封孔长度,62,第一节 本煤层瓦斯抽放 一、本煤层瓦斯抽放的特点,本煤层瓦斯抽放就是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔进行该煤层的瓦斯抽放工作。煤层回采前的抽放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面采动影响或人为的松动影响后的抽放，属于卸压抽放。,63,二、本煤层瓦斯抽放的分类本煤层瓦斯抽放按抽放的机理分为未卸压抽放和卸压抽放；按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合抽放三类。（一）、本煤层未卸压抽放决定未卸压煤层抽放效果的关键性因素，是煤层的天然透气性系数。按照煤层透气性系数评价未卸压煤层预抽瓦斯的难易程度的指标见表5-1。,64,表5-1 煤层可抽放性分类表
21、,65,本煤层未卸压抽放方法分为： 1、岩巷揭煤时由岩巷向煤层施工穿层钻孔进行抽放。2、煤巷掘进预抽时在煤巷掘进工作面施工超前钻孔进行抽放。3、采区大面积预抽时由开采层机巷、风巷或煤门等施工上向、下向顺层钻孔；由石门、岩巷、邻近层煤巷等向开采层施工穿层钻孔；由地面施工穿层钻孔等进行抽放。,66,对难抽放煤层采用常规的预抽放式难以奏效，必须进行强化抽放，利用专门的措施人为提高煤层的透性.提高本煤层钻孔瓦斯抽放（预抽）效果的技术途径从以下几个方面考虑： 1）增加钻孔暴露煤面积：加大钻孔直径；增加钻孔的穿煤长度；增加钻孔密度，缩小钻孔距；,67,2）人为改变瓦斯流动场的边界条件：提高煤层瓦斯压力，向
22、煤体内注高压气体；提高抽瓦斯钻孔负压；3）延长抽放时间。4）改进布孔方式，如交叉布孔。5）保证钻孔密封性。6）改变煤层透气性系数，主要措施有：水力割缝；水力压裂；松动爆破；控制爆破；煤层的物理化学方法处理。,68,交叉钻孔预抽煤层瓦斯,69,70,（二）、本煤层卸压抽放在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩的应力重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变行，透气性系数增加，在这个区域内打钻抽放瓦斯，可以提高抽放量，并阻截瓦斯流向工作空间。本煤层卸压抽放分为：1、由煤巷两侧或岩巷向煤层周围施工钻孔进行边掘边抽。2、由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区施工钻孔进行边采边抽。3、由
23、岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层施工穿层或顺层钻孔进行边采边抽。,71,三、本煤层瓦斯抽放的布置形式及特点 （一）、本煤层未卸压钻孔抽放本煤层预抽瓦斯是钻孔打入未卸压的原始煤体进行抽放瓦斯。其抽放效果与原始煤体透气性和瓦斯压力有关。煤层透气性越小，瓦斯压力越低越难抽出瓦斯。对于透气性系数大或没有邻近卸压条件的煤层，可以预抽原始煤体瓦斯。该法按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿煤层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。,72,1、穿层钻孔抽放穿层钻孔抽放是在开采煤层的顶板或底板岩巷（或煤巷）内，每隔一段距离开一长约10m 的钻场，从钻场向煤层施工5 -10个穿透煤层全厚的钻孔，封孔
24、或将整个钻场封闭起来，安装上抽放管路并与抽放系统连接进行抽放， 穿层钻孔的控制范围一般要求为被掩护的突出煤层的掘进巷道及其轮廓线外20m，最小不低于8m。钻孔应穿透煤层，终孔间距一般不大于5m。瓦斯预抽率应大于30%以上。底板穿层钻孔掩护突出煤层掘进钻孔布置形式见图1。,73,图1 未卸压穿层钻孔抽放开采煤层示意图,74,75,76,此种抽放方法的特点是施工方便，可以预抽的时间长。如果是厚煤层分层开采，第一分层回采后，还可在卸压的条件下，抽放未采分层的瓦斯。李沟矿编制的瓦斯综合治理示范化矿井建设标准中就设计有底板预抽巷，该预抽巷位于采面下部，与机巷平距1220m，高度在主采二1煤层底板以下10
25、m处沿薄层煤一8煤走向施工（见下图）。,77,78,2、顺层钻孔抽放顺层钻孔抽放是在开采煤层的机巷和风巷沿煤层倾斜方向施工顺层倾向钻孔，布孔方式有平行孔、扇形孔、交叉孔等，有的在采区上、下山沿煤层走向施工水平钻孔抽放。,79,80,81,82,83,84,为了实现快速掘进和治理回采过程中瓦斯超限，义安矿12051工作面设计施工了高位顺层预抽排放巷。高位顺层预抽排放巷位于工作面轨道（胶带）顺槽内侧平距20m（中-中），与顺槽平行。高位顺层预抽排放巷布置在煤层顶板岩石中，距煤层顶板5m。自,85,自轨道（胶带）顺槽开口向里60m开始，每隔130m垂直巷道开口，向下以30坡度掘进巷道揭煤二1煤层。揭
26、开煤层后，与轨道（胶带）顺槽垂直施工10m煤巷（轨道（胶带）顺槽宽度及两侧各3m），作为抽放钻场， 在钻场内两则，沿轨道顺槽（胶带）方向各打22个控制前方66m、巷帮8米的抽放钻孔，控制底板1m，抽放钻孔孔径89mm。相向钻孔交叉5m。设计如图所示。,86,87,高位顺层预抽排放巷在掘进轨道（胶带）顺槽时可以实现提前对需要掘进煤巷附近煤体预抽卸压消突，并可作为掘进时的回风巷，缩短通风距离。当工作面形成后，高位顺层预抽排放巷与轨道顺槽一起作为回风巷，形成工作面的“一进二回”通风系统。,88,（二）、卸压钻孔抽放1、掘进工作面边掘边抽未经预抽或虽经预抽未达抽放效果，包括由于煤层透气性差、抽放钻孔数
27、量不足、孔深不够、预抽时间短等原因致使掘进过程中瓦斯涌出量仍然较大，在掘进工作进行过程中同时进行抽放瓦斯工作的抽放方式。具体做法是在掘进巷道的两帮，随掘进巷道的推进，每隔4050m施工一个钻场，每个钻场内沿巷道掘进方向施工6-9个5060m深的抽放钻孔；,89,在掘进迎头每次施工一定数量和深度的抽放钻孔或排放钻孔。掘进迎头及两帮钻场的钻孔在终孔时上排施工至煤层顶板，下排施工至煤层底板，钻孔控制范围为巷道周界外8m，孔底间距为23m，钻孔直径为75-110mm，封孔深度为5m，封孔后连接于抽放系统进行抽放。巷道周围的卸压区一般为515m，经封孔抽放后，降低了煤帮及掘进迎头的瓦斯涌出量。,90,新
28、义矿、义安矿在巷道掘进过程中采用主巷超前排放钻孔+巷帮钻场抽放作为掘进防突措施（见图5-2-9）。巷帮钻场深孔抽放的钻孔布置为钻场间距：在巷道左右两帮每隔20m（中-中）交替迈步施工钻场，同侧钻场中-中40m； 钻孔布置：巷帮钻场内前方上中下设计三排钻孔，每排三个共9个孔，钻孔直径89mm，孔深控制前方50m以上，控制巷帮8m，抽放孔压茬在巷道轴线上不得小于10m,91,92,主巷排放钻孔根据断面设计25个，孔径 89mm，孔深11 m，钻孔沿巷道中线对称布置，排放孔全部打成后排放时间不少于2小时。它的特点是能控制掘进巷道迎头的煤层赋存状况，既保证了掘进巷道迎头的瓦斯抽放，又能降低巷道两帮的瓦
29、斯涌出量，并对周围瓦斯向巷道涌出起到隔断作用. 在巷道掘进期间还能继续抽放巷道两帮的卸压瓦斯，保证了高突煤巷的安全掘进。,93,2、 回采工作面随采随抽在开采层未经预抽或预抽时间不够造成预抽效果达不到要求的情况下，为解决开采时瓦斯涌出量大的问题而在回采同时进行抽放瓦斯的抽放方式。 回采工作面随采随抽可分为回采工作面浅孔卸压抽放和回采工作面深孔卸压抽放。,94,本煤层随采随抽是抽放开采煤层工作面前方和两侧卸压带的卸压瓦斯。在回采工作面的前方一定距离存在卸压带和集中应力带，卸压带可松动煤体增加透气性，随着工作面的推进卸压带和集中应力带向前移动，形成新的卸压带和集中应力带，应力集中带与回采工作面之间
30、始终保持有一个约15m左右的卸压带，在此卸压带内可以抽放瓦斯。若将抽放钻孔提前布置在煤层内，当卸压带移至钻孔时，便可抽出流量较大的瓦斯。,95,1）回采工作面浅孔卸压抽放低透气性煤层的预抽效果很差，本煤层瓦斯抽放率往往在10%左右，为了解决开采层预抽效果差、瓦斯涌出量大等问题，应用浅孔抽放技术即利用回采工作面前方塑性极限应力区内煤层透气性显著提高的特征，在工作面施工浅孔抽放钻孔，对塑性极限应力区内煤层瓦斯进行抽放和隔断控制，有效地解决低透气性煤层预抽效果差的问题。,96,由于采掘作用的结果，采煤工作面前方支撑压力可分为三个区，即原始应力区、集中应力区和卸压区。原始应力区未受采动影响，处于三向应
31、力平衡状态；应力集中区位于煤壁前方620m范围，其峰值在煤壁前方10m左右。在应力集中带内，最大应力比原始应力高12倍，造成煤体发生塑性破坏，应力集中区不但地应力大，也潜伏着高能瓦斯，是发生煤与瓦斯突出的策源地，也是防突的关键。由最大应力点至煤壁的距离称为塑性极限应力带，如图所示。,97,98,卸压区位于煤壁前方26m范围。在卸压带和塑性极限应力带，受超前动压作用后，该区煤体结构受到破坏，煤层卸压充分，应力明显降低，煤层透气性大增，大量吸附瓦斯转变为游离瓦斯。瓦斯由工作面深部向煤壁暴露面涌出，进入采掘空间中。,99,在采面煤壁布置钻孔，孔深810m，孔径89mm。最后一个钻孔联网抽放时间不少于
32、2小时。在采煤工作面沿支架架箱敷设一趟150mm脉吸管，每10m设一个多通接头，每个接口用25mm软胶管连接一个封孔器，每架一个，对应插入煤壁前方超前钻孔内，形成工作面抽放系统。新安矿14151、14181工作面都采取了这种方式。,100,2）回采工作面深孔卸压抽放由开采层顺槽向工作面前方卸压区施工钻孔进行边采边抽，对塑性极限应力区内煤层瓦斯进行抽放和隔断控制，解决低透气性煤层预抽效果差的问题。新安矿14151工作面经矿山压力测定回采位置向外15米以内为卸压区，15米以外为原始应力区，随着工作面回采，卸压区逐步外移，基本保持15米左右范围。14151工作面煤层急软f=0.2左右，透气性差，属难
33、抽放煤层，预抽钻孔施工时卡钻、顶钻、喷孔、压死钻孔造成钻杆丢失现象严重，钻孔成孔困难，踏孔现象严重，上下巷施工的本煤层预抽钻孔深度均在30-40米，上下巷本煤层钻孔不能实现对接，采面中间留有40m抽放空白带。,101,该矿采取卸压带进行深孔抽放的补救措施，取得了较好效果。使用3200型液压钻机，钻孔直径94mm，在卸压带沿煤层倾向布置钻孔，下巷一般孔深70米左右，最高接近100米，上巷一般在60米左右，单孔施工时间在一班左右（包括移钻、稳钻），孔深大大提高。上下巷本煤层钻孔实现对接，压茬距离超过10米，钻孔施工时卡钻、顶钻、喷孔现象明显减少、减轻，钻进压力小，钻进速度快，钻孔成孔率高。钻孔最好
34、布置与采面成迎面斜交，孔底可以提前抽到卸压瓦斯。同时与工作面浅孔（12.5米）抽放实现垂直交叉，在工作面前方实现“网格”式抽放，由于钻孔交叉，应力重新分布并卸压充分，同时增加了煤层透气性和煤体内瓦斯运移通道，提高了瓦斯抽放效果。此种抽放方法的特点是利用回采工作面前方卸压带透气性增大的有利条件，提高抽放率。,102,第二节 邻近煤层瓦斯抽放一、邻近层瓦斯抽放的含义邻近层瓦斯抽放，即为通常所称的卸压层瓦斯抽放。在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近煤层得到卸压后会发生膨胀变形，其透气性会大幅度提高，邻近煤层的卸压瓦斯会通过层间裂隙大量涌向开采层，为防止和减少邻近层瓦斯涌向开采层可采
35、用抽放的办法来处理这部分瓦斯。,103,开采煤层群时，回采煤层的顶、底板围岩将发生冒落、移动和卸压，透气性系数增加。回采煤层附近的煤层中的瓦斯，就能向回采煤层的采空区转移。能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层，就叫做邻近层。邻近层瓦斯抽放即是在有瓦斯赋存的邻近层内预先开凿抽放瓦斯的巷道，或预先从开采煤层或围岩大巷内向邻近层打钻，将邻近层内涌出的瓦斯抽出。,104,二、邻近层瓦斯抽放的分类邻近层瓦斯抽放按邻近层的位置分为上邻近层（或顶板邻近层）抽放和下邻近层（或底板邻近层）抽放； 按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合法三类。,105,（一）、上邻近层瓦斯抽放上邻近层瓦斯抽放即是邻近
36、层位于开采层的顶板，通过巷道或钻孔来抽放上邻近层的瓦斯。根据岩层的破坏程度与位移状态可把顶板划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，底板划分为裂隙带和变形带。冒落带高度一般为采厚的5倍，在距开采层近、处于冒落带内的煤层，随冒落带的冒落而冒落，瓦斯完全释放到采空区内，很难进行上邻近层抽放。裂隙带的高度为采厚的830倍，此带因充分卸压，瓦斯大量解吸，是抽放瓦斯的最好区带，抽放量大，浓度高。因此上邻近层抽放层位取冒落带高度为下限距离，裂隙带的高度为上限距离。,106,（二）、下邻近层瓦斯抽放下邻近层瓦斯抽放即是邻近层位于开采层的底板，通过巷道或钻孔来抽放下邻近层的瓦斯。根据上述三带原理和底板两带原理，由于
37、下邻近层不存在冒落带，所以不考虑上部边界，至于下部边界，一般不超过6080m。,107,第三节 采空区瓦斯抽放方法一、采空区瓦斯抽放的含义开采厚煤层或邻近层处于冒落带时，其中大量的瓦斯会直接进入采空区。当回采工作面的采空区或老空区积存大量瓦斯时，往往被漏风带入生产巷道或工作面，造成瓦斯超限而影响生产，因而应对采空区的瓦斯进行抽放。对采空区的瓦斯进行抽放的方法，叫做采空区抽放。,108,二、采空区瓦斯抽放的分类按采空区瓦斯抽放方式分为钻孔抽放法和巷道抽放法。按采空区的状态分为半封闭采空区抽放和全封闭采空区抽放。 （一）、钻孔抽放法1、利用在开采层顶板中掘的巷道向采空区顶部施工钻孔进行抽放，终孔高
38、度为采高5倍以上；2、由回风巷或上阶段运输巷每隔一段距离（3050m）向采空区冒落拱顶部施工钻孔进行瓦斯抽放；,109,3、由回风巷向工作面顶板开凿专门钻场，迎着工作面方向向冒落带上方施工顶板走向钻孔进行抽放，钻孔平行煤层走向或与走向间有一个不大的夹角；4、如果采空区距地表不深时，也可以从地表向采空区打钻孔进行抽放。 （二）、巷道抽放法1、利用上阶段回风水平密闭接瓦斯管路进行抽放。2、专门掘瓦斯尾巷或高抽巷，通过瓦斯尾巷或高抽巷接瓦斯管路进行抽放。,110,三、采空区瓦斯抽放的布置形式及特点（一）、半封闭采空区瓦斯抽放(1) 顶板走向长钻孔瓦斯抽放（2）高抽巷瓦斯抽放（3）低位钻场高位钻孔抽放
39、（4）后退式老塘预埋管路瓦斯抽放(5) 后退式老塘插管路瓦斯抽放(6）高位尾抽巷瓦斯抽放（7）工作面尾巷抽放（8）地面钻孔抽放,111,三、采空区瓦斯抽放的布置形式及特点（一）、半封闭采空区瓦斯抽放半封闭采空区瓦斯抽放是指:回采工作面后方的，在工作面回采过程中始终存在，并且随着工作面推进范围逐渐增加的采空区。半封闭采空区抽放主要抽放方式有：1) 开采煤层顶板走向长钻孔瓦斯抽放（高位钻场高位孔）通过施工顶板走向钻孔进行瓦斯抽放，切断了上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，同时对采空区下部赋存的瓦斯起到拉动作用，改变了采煤工作面上隅角一带瓦斯积聚区的流场分布规律，在采空区流场上部增加汇点，使瓦斯通过汇点流
40、出。,112,113,114,1、钻场的施工在开采煤层工作面上风巷每隔200500m左右施工一个钻场，为了使钻孔开孔能够布置在岩层相对稳定的层位中，钻场在上风巷下帮开口按30o向上施工，距开采煤层顶板5-10m后变平，再施工4 m平台。平台净高2.2 m，净宽4m，钻场里口变平处要刷长至5 m。钻场巷道的底板为开采煤层的顶板，这样即可为开孔提供距煤层顶板5 -10m以上的高度。,115,116,2、钻孔的施工为了使钻孔能够布置在岩层相对稳定的层位中，并且能在切顶线前方不出现钻孔严重变形和垮孔现象，根据冒落带、裂隙带的发育高度，决定钻孔的终孔布置在裂隙带的下部、冒落带的上部。钻孔深度为250m5
41、00m，钻孔终孔高度位于煤层顶板向上15m25m左右，倾斜方向在工作面上出口向下1040m左右。新安矿、千秋矿、耿村采用有这种抽放方式。千秋矿高位钻场隔距400500米，钻孔深度为500600米。,117,淮南在高瓦斯采煤工作面普遍采用了顶板走向钻孔瓦斯抽放方法。经对抽放效果进行分析，顶板走向钻孔的有效抽放段为距煤层顶板1025m的范围，在此范围内，单孔瓦斯抽放浓度在2070%之间，可稳定在40%左右，单孔瓦斯抽放流量在1.02.0m3/min，平均为1.5 m3/min，有效地解决了采煤工作面的瓦斯超限问题，是目前开采煤层采煤工作面瓦斯治理的一种重要措施和手段。此种抽放方法尚需解决以下问题：
42、一是顶板走向钻孔过地质破碎带时的施工问题以及软岩层段成孔问题；二是采煤工作面在钻场接替期间由于瓦斯抽放量降低，从而造成回风流瓦斯超限问题。,118,（2）、高抽巷瓦斯抽放在开采煤层采煤工作面阶段上山沿走向方向先施工一段高抽巷平巷，与工作面回风巷水平距离内错1520m，然后起坡施工至距开采煤层顶板1520m左右变平，再施工至工作面走向边界。高抽巷采用锚网支护，断面为4m2，通过在高抽巷外口打密闭墙穿管抽放采空区积存的瓦斯。,119,120,高抽巷施工时应注意以下问题：1）是高抽巷的层位要处于采空区裂隙带内，此处透气性好，又处于瓦斯富集区，能抽到高浓度瓦斯；2）是高抽巷的水平投影距回风巷的平行距离
43、要控制在1520m范围内，距离过近，巷道漏气严重，距离过远，抽放巷道端头不处在瓦斯富集区，抽放效果均不好；3）是高抽巷要封闭严实，保证不漏气，施工时要做到封闭墙周边掏槽，见硬帮、应底，并且要施工双层封闭，双层封闭之间距离大于0.5m，并注浆充填；4）是抽放口位置距离封闭墙里墙面要大于2m，高度应大于巷道高度的2/3，抽放口应设有不能进入杂物的保护设施。高抽巷抽放解决了顶板走向钻孔抽放方法中钻场接替期间抽放效果较差的难题，是解决采空区瓦斯涌出的有效途径。它主要适用于无煤层自燃发火或发火期较长的回采工作面。,121,（3）、低位钻场高位钻孔抽放（平钻场高位孔）低位钻场：在上巷下帮垂直煤壁开口，钻场
44、由里向外流水坡度为千分之三，钻场规格长45米，宽34米，高2.5米。钻场口施工长1米、宽0.6米、深1米的排水泵坑。低位钻场间距一般不超过30-50米。,122,123,高位钻孔：每个钻场68个钻孔，双排布置，钻孔间排距0.5米左右，开孔直径89113mm， 孔深根据钻场间距而定，临近钻场钻孔压茬距离不能小于30米，每个钻场钻孔终孔位置距煤层顶板垂高一般1215米，钻孔终孔控制水平范围上隅角往下2025米，钻孔采用聚胺脂封孔，封孔管直径4050mm，封孔管要全部穿过煤层，进入岩石不小于1米。钻场设计与钻场排水系统、抽放管路布置、钻场通风同时进行。,124,（4）、后退式老塘预埋管路瓦斯抽放（上
45、隅角远距离埋管瓦斯抽放）将抽放瓦斯管路通过上风巷预先埋在紧靠上风侧的采空区里，当抽放管路埋入工作面老塘20m时，再重新埋入一路抽放管路；当新埋的管路进入工作面老塘20m时，将新埋的管路与抽放系统合茬，即管路每40m切换一次。通过抽放使得积聚在采空区上隅角的瓦斯在没有进入回风流前被抽出。埋压的抽放管路不再回收，抽放高浓度瓦斯，交替迈步埋管。另一种是埋入一趟抽放管路,每20-30m设置一个三通.,125,126,127,淮南潘一矿通过在采煤工作面采用后退式老塘预埋管路的方法进行瓦斯抽放，瓦斯抽放浓度为1030%，平均为18%，瓦斯抽放流量为38 m3/min，平均为5 m3/min，取得了较好的效
46、果。,128,（5）后退式老塘插管路瓦斯抽放（上隅角插管瓦斯抽放）在工作面上隅角埋压225 mm的管路，管路与工作面上巷的抽放支管路相连接，埋入深度为35米，并在工作面上、下隅角老塘侧建煤袋墙，埋压的抽放管路随工作面支架拉移而移动。分别在工作面上下隅角处，沿着支架和巷道帮的漏风进出口垒一道煤袋墙，并封闭完好。工作面每推2m垒一道。垒上隅角煤袋墙时，同时在工作面上隅角加挂挡风帘，相对增加采空区漏风出口的风压，使采空区形成一个基本封闭的高瓦斯空间。沿巷道顶部埋入6m长150mm聚乙稀抽放主管，埋入煤袋墙以里不得低于1.5米。其与上巷150mm聚乙烯抽放主管路相连。待上隅角聚乙烯管埋深达5m后，随工
47、作面推进和支架外移逐步外撤。待撤够6m后，掐掉一根抽放主管再进行抽放，以此循环作业。,129,130,（6）高位尾抽巷瓦斯抽放根据回采工作面巷道布置状况，在工作面回采初期利用尾抽巷来抽放瓦斯。尾抽巷的具体要求为：在工作面上风巷沿煤层倾向方向爬坡施工至距开采煤层顶板35m左右变平，然后再沿工作面走向方向施工至工作面走向边界，与上风巷净煤柱68m，巷道规格为2m 2m。在尾抽巷预设瓦斯抽放管路，当工作面开始回采前，在尾抽巷构筑封闭墙，墙上要留有管子孔。封闭墙墙垛用料石砌筑，墙垛厚度不得小于0.8m，封闭墙前后5m以内的巷道支护要完好，墙四周掏槽，并要使帮、顶接实，墙面要抹平、不漏风。当工作面开始回
48、采时，即可利用预设的抽放管路合茬进行抽放。,131,132,133,134,千秋、耿村采用局部高位瓦斯抽放尾巷，在开切眼上方形成反“E”形尾巷顶板瓦斯道，来解决初采期间的瓦斯问题。（7） 工作面尾巷抽放在回采工作面与回风巷平行做一条排瓦斯尾巷，在采取风排措施 还不能解 决瓦斯超限问题的条件下，采用逐段密闭瓦斯尾巷接管抽放采空区瓦斯的一种 方式。（8） 地面钻孔抽放地面钻孔抽放采空区瓦斯在国外应用的较多，我国淮南、平顶山等地，都在实验应用。,135,136,（二）全封闭采空区抽放瓦斯全封闭采空区抽放瓦斯是指工作面（或采区、矿井）已采完封闭的采空区，也称老采空区。全封闭采空区抽放瓦斯分为一下几种形
49、式:1) 报废矿井抽放瓦斯，2) 开采已久的老采空区抽放瓦斯3） 采完不久的老采空区抽放瓦斯4） 钻孔抽放瓦斯,137,138,139,四、采空区瓦斯抽放注意事项采空区抽放前应加固密闭墙、减少漏风；抽放时要及时检查抽放负压、流量、抽放瓦斯成分与浓度，发现问题及时调整；一旦发现一氧化碳浓度有异常变化时，说明煤层有自燃发火倾向，应立即停止抽放，采取防范措施。,140,第三章 瓦斯抽放钻孔和抽放管路 第一节 煤层瓦斯抽放钻孔施工一、瓦斯抽放钻孔施工参数的确定瓦斯抽放钻孔施工参数主要有钻孔直径、钻孔深度、钻孔间距、钻孔方位角和钻孔倾角、钻孔的有效排放半径等。（一）钻孔直径的确定钻孔直径大，钻孔暴露煤的面积亦大，则钻孔瓦斯涌出量也较大。根据测定结果表明，钻孔直径由73mm提高到300mm，钻孔的暴露面积增至4倍，而钻孔抽放量增加到2.7 倍。钻孔直径应根据钻机性能，施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定，目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为75150mm。,141,（二）、钻孔深度的确定根据实测结果表明，单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系，因此在钻机性能与施工技术水平允许的条件下，尽可能采用长钻孔增加抽放量和钻孔交叉长度。,
