抽采钻孔瓦斯预抽效果关键技术及应用

碾沟煤业综采工作面瓦斯抽采技术研究与应用张克斌（山西阳煤集团碾沟煤业有限公司，山西清徐030400）摘要：为解决碾沟煤业4101首采工作面瓦斯涌出量较大的问题，通过理论分析确定瓦斯主要来源，采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、高位钻孔抽采卸压瓦斯的综合治理措施，确定顺层钻孔间距为&0m 及抽采时间为90d,高位钻孔垂直高度为19m,布置间距为20m,成功地将4101工作面各处的瓦斯浓度控制在安全范围内。

关键词：高瓦斯；顺层钻孔；穿层钻孔；瓦斯预抽中图分类号:TD712文献标志码:A文章编号：1009-0797(2021)02-0144-03Research and Application of Gas Drainage Technology in Fully Mechanized Coal Face inNiangou Coal IndustryZHANG Kebin(Shanxi Ya7g Coal Group Nia7gou Coal Industry C o.,Ltd.,030400,Chi7a)Absrtact：In order to solve the problem of large gas emission in the4101first mining face of Niangou Coal Industry,the main source of gas was determined through theoretical prehensive treatment of pre-draining the gas in this coal seam with high-level drilling and unloading and pres s ure-relieving gas was adopted through the theoretical analysis.Measures to determine the spacing of boring holes in the bedding layer to be8.0m and the extraction time to be90days,the vertical height of the high-level boreholes to be19m,and the layout spacing to be20m.The monitoring results during field application showed that the gas concentration in the4101working face was successfully controlled Within s^e range.It has important reference significance for gas management similar to high gas working face.Key words：High gas;Downhole drilling;Through-hole drilling;Gas pre-draining;1工程概况山西阳煤集团碾沟煤业有限公司隶属于山西阳煤集团，由清徐碾沟煤矿有限公司、洛池渠煤矿、西沟煤矿、平口煤矿以及部分空白区整合而成,矿井整合后生产能力为1.2Mt/a,为了减少矿井初期投资和缩短基建工期，将原设计两水平各布置一个回采工作面，不留预抽面（“一井两面”，即一采区+845m主水平的9#煤层布置9101工作面和在+905m辅助水平的4#煤层布置4101工作面）变更为+905m辅助水平布置一个回采工作面（即在4#煤层布置4101回采工作面）,+850m水平（主水平标高根据煤由+845m整为+850m）留部分水4#煤层距上部12#煤层11.0-23.0m,本煤层厚度为0.69~2.97m,均厚1.63m,煤层相对瓦为20.32m3/t,碾沟煤业开采4#煤层期矿井瓦高为51.31m3/min，为高瓦矿井。

2991 概况阳煤五矿回采3#煤层，该矿井属于煤与瓦斯突出矿井。

试验工作面东侧为本矿工作面采空区，西侧为矿界煤柱，北侧为矿界煤柱，南侧为轨道运输大巷。

该采煤工作面共计施工5条巷道，东侧为工作面胶带运输巷，西侧为工作面回风巷，巷道断面均为矩形。

2 抽放系统根据该矿的瓦斯治理模式以及瓦斯治理经验，在该工作面已施工的巷道内安装377mm和219mm的抽放管路，并在抽采管路上安装瓦斯抽采计量装置，并每500m施工接地极，确保接地可靠。

在巷道内靠工作面侧布置钻场，钻场内每班检查瓦斯，确保钻场内瓦斯不积聚。

在钻场内向工作面施工顺层钻孔，预抽工作面瓦斯。

设计每个钻场共施工14个顺层钻孔，钻孔终孔点距离5-7m，钻孔设计长度50-360m，钻头直径96mm，采用“两堵一注”式封孔方式，封孔深度9m。

抽采系统需加强管理：钻孔施工过程中确保定位准确，减少钻孔交叉，并加快钻孔施工进度，增加钻孔预抽时间。

钻孔施工完毕后及时连抽，减少钻孔内的瓦斯向巷道内释放，降低巷道瓦斯浓度。

每天需对抽采钻孔和抽采系统进行检查，发现封联孔漏气现场及时处理。

定期对钻孔参数进行测量，针对钻孔浓度、压力等参数异常的钻孔需及时处理，确保每个钻孔抽采参数符合要求。

钻孔参数需及时填写在现场管理牌上，并由管理人员对抽采参数随机抽查，确保抽采参数真实有效。

3 区域措施效果检验3.1 评价单元划分根据《瓦斯抽采达标评判暂行规定》要求，煤与瓦斯突出工作面作业前需对瓦斯抽采效果进行评价，确保钻孔施工长度、钻孔均匀程度、钻孔覆盖范围等符合要求。

根据要求并结合工作面实际情况，该工作面共划分为三个评价单元。

第一个评价单元：从工作面切眼至620m为第一评价单元，该单元内钻孔设计间距5~7m，钻孔实际施工间距小于设计间距，符合设计要求，且钻孔覆盖范围也符合要求。

该单元内顺层钻孔开始抽采时间为：2014年10月9日；顺层钻孔完工抽采实践为2015年3月22日；顺层钻孔控制抽采实践：2016年9月30日；顺层钻孔效果评价实践：2017年5月31日。

煤矿瓦斯高效抽采和利用方案一、实施背景煤矿瓦斯是一种主要源自煤矿井下的有害气体，其主要成分为甲烷。

在煤矿开采过程中，瓦斯容易引发爆炸和燃烧，对矿工生命安全和煤矿生产安全构成严重威胁。

因此，开展煤矿瓦斯高效抽采和利用工作，对于保障矿工生命安全、促进煤矿安全生产、提高资源利用率、推进能源结构调整均具有重要意义。

二、工作原理煤矿瓦斯高效抽采和利用方案主要基于以下工作原理：1. 预抽采：在煤矿井下巷道形成之前，通过地面钻孔的方式对煤层进行预抽采，以降低煤层中的瓦斯含量，降低开采过程中的瓦斯涌出量。

2. 边采边抽：在煤矿开采过程中，利用井下巷道或钻孔对工作面进行瓦斯抽采，以降低工作面及其周边区域的瓦斯浓度，保障工作面安全推进。

3. 瓦斯利用：将抽采出的瓦斯进行提纯、压缩、液化等处理，制成高品位的瓦斯气体，用于民用燃气、工业燃料、汽车燃料等领域。

同时，将瓦斯废气进行氧化处理，生成二氧化碳和水，实现二氧化碳的资源化利用。

三、实施计划步骤1. 建立瓦斯抽采系统：在煤矿井下建立瓦斯抽采管网和抽采泵站，实现对煤层中瓦斯的抽采。

2. 瓦斯抽采监测：在井下设置瓦斯传感器和监控摄像头等设备，对瓦斯抽采过程进行实时监测，及时发现和解决安全隐患。

3. 瓦斯利用工程建设：在矿区内建设瓦斯利用工程，包括瓦斯液化、提纯、压缩等装置，将瓦斯转化为高品位的气体燃料或液体燃料。

4. 瓦斯安全管理：制定和实施严格的瓦斯安全管理制度和操作规程，确保瓦斯抽采和利用过程中的安全。

5. 人员培训与资质认证：对从事瓦斯抽采和利用的工作人员进行专业技能培训和资质认证，提高员工的业务水平和管理能力。

四、适用范围本方案适用于各种类型的煤矿，特别是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井。

同时，本方案也适用于将瓦斯作为清洁能源进行利用的领域，如城市燃气、工业燃料、汽车燃料等。

五、创新要点1. 综合利用：将煤矿瓦斯的抽采与利用相结合，实现了资源的综合利用，提高了资源利用率和经济效益。

煤矿瓦斯抽采技术应用分析摘要：目前，我国已经进人深部开采时代，煤层中的瓦斯含量逐渐增加，这导致瓦斯引起灾害的可能性也大大增加。

为了保证开采的安全性，必须对煤层中的瓦斯进行治理，一种重要的手段是对煤层中的瓦斯进行预抽。

由于我国煤层大多经历了地质构造的作用，煤层透气性较差，直接抽采煤层中的瓦斯存在着很大的困难，为此，需要应用一些强化瓦斯抽采的技术措施。

基于此，文章对煤矿瓦斯抽采技术的应用进行了研究，以供参考。

关键词：煤矿开采；瓦斯抽采；技术措施1瓦斯抽采技术面临的难点分析地面钻井抽采煤层瓦斯的效果比较差，已经很少采用。

目前，中国大多数矿井采用的是井下钻孔抽采煤层中瓦斯的方法。

但是由于我国煤层透气性较差，采用普通的钻孔来进行瓦斯抽采，存在抽采时间长、抽采效果差的不足。

因此为了强化瓦斯抽采，需要采用一些其他技术。

在当前的煤矿瓦斯抽采工作中，主要面临以下方面难点：（1）顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求。

顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求，使得大量采用抽瓦斯专用岩巷，工程成本高、施工时间长、产生大量废渣。

（2）缺乏长钻孔轨迹测定技术井下钻孔施工存在风险。

缺乏长钻孔轨迹测定技术，使得抽瓦斯难均匀、易留事故隐患；井下钻孔施工存在风险，远程（或地面）操控成为趋势和难点。

（3）井下抽采的瓦斯浓度低及煤层透气性低。

井下抽采的瓦斯浓度低，不利于安全抽采与输运，也给资源利用带来困难；煤层透气性低，抽瓦斯效果较差，提高透气性和抽采效果是难题；用地面井抽采采动影响区瓦斯效果好，但易受采动破坏，提高其高效服务寿命是难题。

2煤矿瓦斯抽采技术的应用研究2.1做好瓦斯监测工作煤矿瓦斯监测是进行瓦斯防治的基础，其有效性对于煤矿安全有着重要影响。

在进行瓦斯监测时，需做好以下几方面工作：（1）要检查一些关键位置处瓦斯探头的完好性。

瓦斯探头是监测瓦斯的重要设备，其主要功能是测量空气中的瓦斯浓度，但由于煤矿井下恶劣的生产环境，瓦斯探头很容易损坏。

附件1煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用公示一、基本情况项目名称：煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用主要完成人：周福宝、孙玉宁、高峰、余国锋、刘应科、贺志宏、刘春、王永龙、夏同强、宋小林主要完成单位：中国矿业大学、河南理工大学、平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司、淮南矿业（集团）有限责任公司、西山煤电（集团）有限责任公司申报奖励等级：2016年度国家科技进步一等奖。

二、推荐单位意见该项目研究成果创新性强，为攻克松软煤层安全高效抽采这一世界难题提供了基础理论、技术体系和工程示范，研究成果已在全国一百多座煤矿成功应用，对防范和遏制煤矿瓦斯事故作出了巨大贡献，取得显著的经济与社会效益。

推荐该项目申报2016年度国家科学技术进步奖一等奖。

三、项目简介本项目这对井下瓦斯抽采工程长期以来一直存在工程设计依赖经验、产出投入比低、钻孔“钻不深、留不住、封不严”、抽采管网“易堵塞、联不畅、能耗高”等重大共性难题，从瓦斯流动与致灾机理、钻护封联一体化技术、成套装备及工程示范等方面开展了系统深入的研究，创新成果如下：（1）首次定义了瓦斯抽采效率准则和安全准则，考虑实际煤层瓦斯抽采漏风引起的煤自热效应，发展了煤体应力场、裂隙场、瓦斯-空气混流场和能量传输场的多场耦合模型，定量揭示了煤（岩）裂隙场中瓦斯与煤自燃耦合致灾机制，开发了瓦斯抽采工程设计方案优选计算软件，实现了瓦斯抽采效率、安全度和达标时间的定量计算与评价。

（2）提出了双动力排渣和涡流松透钻进技术，开发了系列高效排渣钻杆；发明了护孔管与钻杆协同钻进-护孔方法，研发了钻进时依靠磁吸闭合、通管时借助护管推力弹开的牙片式钻头，设计了杆内无变径、不卡管的内衬导向管式通管钻杆和匹配瓦斯流量的阶梯式护孔管，大幅延长了软煤钻进深度，增加了钻孔瓦斯抽采流量。

（3）研发了高压注浆密封钻孔近孔漏气裂隙和固相颗粒体密封远孔漏气裂隙技术，开发了系列高压注浆封孔装置和粉料颗粒输送装置，研制了封堵裂隙的微细膨胀粉料，实现了孔内空间和孔外漏气裂隙的区域性密封，提升了钻孔密封质量，大幅提高了瓦斯抽采浓度。

采煤工作面瓦斯抽采及预抽效果评估㈠回采工作面进行瓦斯抽采前，必须进行瓦斯抽采施工设计。

施工设计包括抽采钻孔布置图、钻孔参数表（钻孔直径、间距、开孔位置、钻孔方位、倾角、深度等）、施工要求、钻孔（钻场）工程量、施工设备与进度计划、有效抽瓦斯时间、预期效果以及组织管理、安全技术措施等。

施工设计相关文件应当由矿技术负责人批准。

㈡要对预抽区域的瓦斯含量（压力）进行实测或计算，然后根据预抽区域煤层特性（孔隙率、透气性系数）、开采设计、通风设计、钻孔抽采有效半径等，进行区域抽采设计。

抽采设计要明确钻孔密度、钻孔终孔直径、主干管管径、预抽时间等。

预抽时间应根据煤层残余瓦斯压力（含量）、可解吸瓦斯量来确定。

㈢瓦斯抽采工程必须严格按设计施工，施工结束进行竣工验收，并形成验收报告。

瓦斯抽采工程竣工图纸、其他竣工资料及验收报告等由矿井相关责任人签字。

瓦斯抽采工程竣工资料（图）除与设计对应的内容外，还应包括开工时间、竣工时间以及工程施工过程中的异常现象（如喷孔、顶钻、卡钻等）等内容。

㈣计量测点布置应当满足瓦斯抽采达标评价的需要，在泵站、主管、干管、支管及需要单独评价的区域分支、钻场等布置测点。

㈤接抽后及时测流，孔口负压不得低于13Kpa，要求每旬至少测定一次抽放参数，详细记录：负压、动压、浓度、温度、大气压等参数，出井后，将现场测流原始记录交通风科，通风科对所测数据进行检查，及时将所测数据填写在《测流报表》上，测流人员下次测定时，再到通风科领取。

停止抽采后，通风科必须将测流原始记录交档案室保存。

抽采达标作为上报措施和区域效果检验的前提条件。

㈥瓦斯抽采效果评判⒈工作面基本概况⑴工作面布置及相邻位置关系。

工作面井巷工程及防突工程量，顶板管理方法等。

周边巷道布置及瓦斯抽采情况、煤层开采情况等。

⑵工作面瓦斯地质情况①地质构造：工作面区域地质情况，参照工作面地质说明书，按。

分析井下瓦斯抽采钻孔施工技术井下瓦斯抽采钻孔施工技术是一种用于煤矿瓦斯治理的关键技术之一，它是利用钻孔将井下的瓦斯抽出，以降低矿井内瓦斯浓度，保障矿工的安全。

本文将就井下瓦斯抽采钻孔施工技术进行分析，以期为相关工作者提供参考和借鉴。

一、施工前准备1.方案设计在进行井下瓦斯抽采钻孔施工前，需要根据矿井的实际情况制定详细的施工方案。

方案设计需要考虑到矿井的地质条件、瓦斯涌出量、瓦斯涌出位置等因素，以确定钻孔的位置、深度、施工方法等具体参数。

2.设备准备井下瓦斯抽采钻孔施工所需的设备主要包括钻机、钻具、管线、抽气设备等。

在施工前需要保证这些设备完好，确保能够正常使用。

3.安全措施瓦斯是一种极易燃易爆的气体，因此在进行井下瓦斯抽采钻孔施工时，安全问题尤为重要。

需要严格执行矿井的安全标准，采取相应的安全措施，确保矿工的安全。

二、施工流程1. 钻孔布置根据方案设计中确定的位置和深度，开始进行钻孔布置。

在布置过程中需要考虑到井下的地质情况和瓦斯涌出位置，以确保钻孔能够有效地抽采到瓦斯。

2. 钻孔施工在钻孔施工过程中，需要根据方案设计选择合适的钻孔方法。

常见的钻孔方法包括旋挖钻孔、液压钻孔等。

在施工过程中需要注意保持钻孔的直线度和垂直度，确保钻孔能够顺利地达到设计深度。

3. 管线安装当钻孔施工完成后，需要进行管线安装。

管线安装应该按照方案设计中的要求，确保管线连接紧密，不漏气，能够顺利地将抽出的瓦斯输送到地面。

4. 抽气设备安装抽气设备安装是井下瓦斯抽采钻孔施工的最后一步。

在安装抽气设备时需要保证其能够正常工作，并采取相应的安全措施，避免因为设备故障而引发安全事故。

三、施工注意事项1. 随时监测气体在进行井下瓦斯抽采钻孔施工过程中，需要随时监测井下的气体浓度，确保瓦斯抽采效果达到预期，并注意瓦斯抽采过程中是否会产生其他有害气体。

2. 注意保护地质环境在进行钻孔施工时，需要注意保护地下的地质环境，避免因为施工过程中的振动或者液压钻孔导致地质环境的破坏，进而影响矿井的安全。