本煤层瓦斯抽采技术方案

本煤层瓦斯抽放技术

一﹑本煤层抽放情况

根据1801回风顺槽向采面方向施工顺层钻孔竣工图显示，1801回风顺槽施工顺层钻孔，在施工过程中，因为煤层变化比较大，导致成孔率比较低，大部分孔不具有抽放价值，只做为自然排放孔或者直接封堵处理，因此在施工的钻孔当中，部分孔不联抽，作为排放孔，部分孔直接封堵，以免影响其他成孔抽放质量。在回风顺槽中在钻场之间向煤壁打顺层钻孔，形成交叉钻孔，但是施工效果欠佳，影响瓦斯的抽放效果。本矿井采用大直径钻孔强化抽放措施，但是抽放效果不是很明显。

二﹑本煤层瓦斯抽放方法

本煤层瓦斯抽放是指采用巷道或打钻的方式直接抽放开采煤层内含有的瓦斯的方法。按照抽放与采掘的时间关系。本煤层抽放可分为“预抽”和“边抽”两种方法。所谓“预抽”，就是在开采之前预先抽出煤体中的瓦斯。“预抽”又可分为巷道预抽和钻孔预抽2种；所谓“边抽”，是指边生产边抽放瓦斯，即生产和抽放同时进行。“边抽”又包括边采边抽和边掘边抽2种。

1、“预抽”本煤层瓦斯的施工方法及其优缺点

预抽本煤层瓦斯（分巷道预抽和钻孔预抽）的施工方法及优缺点如下：

（1）巷道预抽本煤层瓦斯。即在回采之前事先掘出瓦斯巷道（因同时要考虑采煤工作需要，因此也叫采准巷道），然后，将巷道密闭，在密闭处接设管路进行抽放，直到回采时为止。

这种方法的优点是，煤体卸压范围大，煤的暴露面积大，有利于瓦斯释放。缺点是，提前送道，开采时巷道维修量大；高瓦斯煤层掘进施工困难；若密闭不严易进气，抽出的瓦斯浓度低；且巷内易引起自然发火。此法目前很少应用。

（2）钻孔预抽本煤层瓦斯。即在开采煤层底板（或顶板）岩层中掘一条与煤层走向平行的巷道，在此巷道中每隔一定距离（20-30m）掘一小石门做钻场（深度不超6m，在每个钻场内向煤层打3-7个呈放射状的钻孔，穿透煤层进入顶（底）板，插管封孔进行抽放。

这种方法的优点是，钻孔贯穿煤层，瓦斯很容易沿层理面流入钻孔，有利于提高抽放效果；其次，抽放工作是在掘进和回采之前进行的，能大大减少生产过程中的瓦斯涌出量。缺点是，被抽放煤层没有受采动影响，煤层压力变化不大（未卸压），透气性低的煤层可能达不到预抽效果。

2、“边抽”本煤层瓦斯的施工方法及其优缺点

（1）边采边抽。即在工作面前方，在进风巷或回风巷中每隔一定距离打平行于工作面的钻孔，然后插管、封孔进行抽放，也可以每隔一定距离（20-30m）掘一钻场（深度小于6m），布置3个扇形钻孔，然后插管、封孔进行抽放。

边采边抽的优点是，由于采动影响，煤层已卸压，煤层透气性增加，抽放效果好；不受采掘工作影响和时间限制，具有较强的灵活性和针对性。缺点是，开孔位置在煤层，封孔不易保持严密，影响抽放效果和瓦斯浓度；另外，钻孔与煤层层理平行，层理之间不易勾通，瓦斯不易流动，也影响了抽放效果。

（2）边掘边抽。即在掘进巷道两帮每隔一定距离（20-龄前30m）掘一钻场（深度小于6m），在钻场向工作面推进方向打2-3个超前钻孔，然后插管、封孔进行抽放。随着工作面的推进，钻场和钻孔也向前排列。

边掘边抽的优点是，工作面前方和巷道两帮一定范围的应力已发生变化，因而游离和解吸瓦斯能直接被钻孔抽出，透气性低的煤层也会获得一定效果。缺点是，增加了掘钻场和打钻的工程量和时间，对掘进速度有一定影响，有漏风，抽放率低；另外，此法只能降低掘进时而不能降低回采时的瓦斯涌出量。

三﹑瓦斯抽放效率提高的研究

1、基本方法

提高本煤层的瓦斯抽放效果，多年来一直是瓦斯抽放工作中难以解决且在努力解决的问题。目前提高本煤层瓦斯抽放率的技术途径主要有两个：一是采用人为方法预先松动原始煤体，提高煤层的透气性，主要有水力压裂、水力割缝等水力化措施以及预裂爆破等；二是合理布孔和改变钻孔参数。

顺层平行钻孔预抽开采层瓦斯是防治瓦斯超限和煤与瓦斯突出的重要措施，在一定程度上缓解了我国煤层开采的瓦斯问题。但我国许多煤矿区的煤层属于远距离煤层群，加之煤层透气性差，因此瓦斯抽放效果并不十分显著，未能从根本上解决采掘工作面瓦斯超限和煤与瓦斯突出问题。

造成瓦斯抽放率不高的主要原因有4个方面：（1）煤层透气性差；（2）预抽方式单一；（3）预抽参数不尽合理；（4）预抽时间不足。选择试验工作面，进行了大量工作，建立了煤层瓦斯合理预抽期评价方法，确定了矿区煤层合理预抽期。

无论采用平行钻孔布孔还是交叉布孔抽放本煤层瓦斯，都属于较难抽放的煤层。但是由于采用交叉布孔形式后，改变了煤层裂隙分布，增加了煤层透气性，使得抽放总体效果有从钻孔瓦斯自然涌出初始量看，交叉孔略小于平行孔。从钻孔瓦斯衰减系数和瓦斯排放总量分析，交叉布孔要优于平行布孔所改变。

2、深孔控制预裂爆破

（1）基本方案

深孔控制预裂爆破技术是针对单一、低透气性、高瓦斯煤层的条件而研究的。因此，其主要应用于本煤层的瓦斯预抽。实际应用时，是在回采掘进中或形成之后，工作面开采之前，实施该技术，进行预抽煤层瓦斯，以解决回采中工作面瓦斯超限或煤与瓦斯突出问题。其基本方案是：在回采工作面的运输巷和回风巷，平行于工作面向工作面煤体间隔一定距离打平行钻孔，其中有爆破孔和控制孔，二者交替布置，如图所示。

钻孔布置基本方案示意图

（2）钻孔布置参数的选择

理论和实践都充分证明，钻孔参数的选择直接影响预裂效果。影响预裂效果的主要因素有地应力δ、瓦斯压力P、煤的坚固性系数f。孔径Φ和孔间距L。其中δ越大，越不利于爆破裂隙的发展:P有助于裂隙的发展:f对裂隙发展的影响具有一定特殊性；孔径Φ越大越有利于裂隙的发展；孔间距L越大，越不利于裂隙发展。在上述诸因素中，影响裂隙发展最大的是孔径和孔间距。而且只有二者能够人为控制，所以布孔参数十分重要。

由于受试验条件限制，地应力对爆破裂隙发展的影响程度还无法得出定量关系，其基本原则是随开采深度加大，孔径适当加大，孔间距适当缩小。煤的坚固性系数 对爆破裂隙发展的影响具有区段性。模拟试验说明，煤的值较小或较大时，不利于裂隙发展，而中硬煤最有利于爆破裂隙的发展。理论分析、模拟试验和生产实践相结合，研究出适合本矿的具体参数。

3、高位钻孔抽放

利用高位钻孔抽放瓦斯是有效解决工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。积聚在采空区顶板裂隙带的瓦斯量非常大，在井下通风压力变化时这些瓦斯容易流动到采煤工作面，造成工作面瓦斯严重超限。进行高位钻孔的抽放参数优化设计和试验工作，可以理想的抽放效果。

（1）高位钻孔瓦斯抽放技术原理

高位钻孔是在风巷向煤层顶板施工的钻孔。高位钻孔瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放，主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。根据一系列回采工作面矿山压力规律的研究，煤层随工作面回采，在工作面周围将形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带，即冒落带、裂隙带和变曲下沉带。在水平方向上形成三个区，即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间，便成为瓦斯流动通道。通过钻孔内的负压，加速了瓦斯的流动，使高位钻孔能够抽出瓦斯，并且抽放量大大超过本煤层瓦斯的抽放量。一些高位钻孔实现了超前抽放，即工作面离钻孔口还有一段距离时，能抽出高浓度瓦斯，这说明煤壁支撑影响区内煤层顶板已有裂隙作为瓦斯通道。这部分瓦斯显然是煤壁中原始煤体释放的。随着采动影响，工作面煤壁受压形成瓦斯解吸，解吸的瓦斯又通过煤壁裂隙和顶板裂隙流入抽放钻孔，这是高位钻孔能抽到高浓度瓦斯的原因，也是高位钻孔的重要作用点。高位钻孔抽到上隅角瓦斯是在钻孔的后期，随着钻孔的垂高变小，到接近冒落带或进入冒落带时才出现，这时抽放瓦斯浓度变小，只要钻场钻孔还能保留仍可发挥作用。

（2）高位钻孔抽放的主要参数

高位钻孔瓦斯抽放的主要参数包括计算参数和施工参数两大类。计算参数是通过大量实际资料对终孔目的区进行优化后确定的区间参数，主要指X、Y、H。施工参数是根据计算参数确定的钻孔现场施工参数，主要指L、α、β和封孔长度。

X—钻孔轴线在风巷方向的投影长度，m；

Y—钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到风巷的距离，m；

Z—钻孔终孔点距煤层顶界的垂直高度，m；

L—钻孔孔深（长度），m；

α—钻孔水平投影线与风巷的夹角，度；

β—钻孔的仰角，度；

高瓦斯工作面仅进行本煤层预抽还不能满足机械化采煤工作面的要求，为减少回采过程中瓦斯超限，特别是进行上隅角瓦斯治理，在生产过程中采用高位钻孔继续开展瓦斯抽放是一种重要的措施和方法。它一方面可以释放煤壁瓦斯，同时还可以抽放上隅角和采空区瓦斯。目前需要解决的问题是：应将高位孔抽放纳入高突危险工作面的设计，在采面掘进过程和采面移交前施工好高位孔钻场；继续研究高位钻孔的目的区，使钻孔参数更加合理；采用平孔深孔，提高钻孔利用率；研究和使用过硬岩层的钻机。