采煤面瓦斯抽放技术初探.pdf

2 0 0 4 年第 1 期 能 源 技 术 与 管 理 4 3 采煤 面 瓦斯 抽放 技 术初探 徐端宁 淮南职业技术学院， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 [ 摘 要] 通过采煤工作面及其回风流中的瓦斯来源和现采空区瓦斯 涌出量的分析， 探讨 了 现采空区瓦斯抽放治理技术的理论和选用顶板走向长钻孔的依据， 阐述 了在选用 顶板走向钻孔 中的钻场层位、 钻场间距、 钻场 中的钻孔数量以及钻孔施工的角度 、 方位 、 长度等参数的确定要求和抽放钻孔的效果检验， 说明了选用走向钻孔的最佳 性。还提 出选用中的注意事项。 [ 关键词] 瓦斯抽放； 现采空区； 走向钻孔； 裂隙带； 压荐距 [ 中图分类号] T D 7 1 2 ． 6 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1 6 7 2 ． 9 9 4 3 2 13 0 4 0 1 ．0 0 4 3 ． 0 3 0 引 言 采煤工作面的瓦斯抽放治理技术是采煤工作 面瓦斯治理 中的一项重要工作。因此， 加大采煤 工作面及其回风流中的瓦斯检测、 瓦斯管理 、 瓦斯 抽放等治理技术是确保矿井安全生产中必不可少 的基本措施。 1 采煤面及 回风流中的瓦斯来源 1 ． 1 采煤面及其回风流中瓦斯来源分析 采煤工作面及其回风流中的瓦斯主要来源于 以下三个方面 ①采煤工作面新暴露 出的煤壁 内 的瓦斯涌出； ②采煤工作面新采落下来的煤炭 中 散发出来的瓦斯； ③现采空区内存余浮煤 中解吸 出来的瓦斯。这三种瓦斯涌出量占采煤工作面及 其回风流中总瓦斯涌出量的 5 0 ％ ～ 6 0 ％。 此外， 还有开采层上下邻近煤层释放涌出来 的瓦斯。其基本规律可归纳为 ①采煤工作面及 其回风流的瓦斯涌出量中， 开采层 的瓦斯涌出量 要占总涌出量的 8 0 ％ ～ 9 0 ％， 上下邻近层的瓦斯 涌出量约 占 1 0 ％ ～2 0 ％。②在开采层的瓦斯涌 出量 中， 现 采 空 区 的瓦 斯 涌 出量 要 占 5 0 ％ ～ 6 0 ％。③采煤工作面现采空区中存 、 余 、 浮煤的瓦 斯涌出量约 占7 0 ％ ～ 8 0 ％， 而来源于上下邻近层 的煤岩层中的瓦斯涌出量约 占2 0 ％ ～ 3 0 ％。 采煤工作面及其回风流中的瓦斯积聚或超限 事故的原因， 主要来 自于采煤工作面落煤时期和 现采空区中的瓦斯涌出。因此 ， 采煤工作面的现 采空区的瓦斯抽放治理技术应视为采煤工作面瓦 斯治理和控制治理手段的关键技术措施。 1 ． 2 现采空区瓦斯涌出量的分析 采空区瓦斯的运动表现为是向纵深上部浓度 逐渐递增的发展趋势。采空区中的瓦斯还通过煤 岩体的孔、 裂隙不断向采煤工作面上隅角运移， 造 成工作面上隅角瓦斯急剧积聚与超限， 工作面 回 风流中的瓦斯浓度会不断上升， 从而造成瓦斯事 故发生。因此 ， 治理采煤工作面及其 回风流中的 瓦斯 ， 关键应从治理现采空区瓦斯涌出量着手 ， 切 断涌向采煤工作面上隅角瓦斯源的通路和改变现 采空区潜心风途径 ， 以减少采空 区瓦斯涌向采煤 工作面及其 回风流中的瓦斯量。 2 采空区瓦斯抽放治 理技术 采空区瓦斯抽放治理技术最常用的有 顶板 走向钻孔、 顶板走向专用抽放瓦斯巷道 简称集瓦 斯巷道抽放 、 尾巷通风排放法和顺层瓦斯抽放钻 孔法等。这里介绍顶板走向钻孔抽放瓦斯治理技 术 。 2 ． 1 选用顶板走向长钻孔的基本依据 2 ． 1 ． 1 顶板走向长钻孔的设定理论 为了更有效地抽出现采空区上部涌入的高浓 度的瓦斯 ， 走向抽放钻孔应设在现采空区上部的 裂隙带内， 这便是顶板走 向钻孔的设定来由。在 采煤工作面的上风巷先做一反眼钻场 ， 沿走向在 煤层顶板向现采空区上方施工长钻孔 ， 以使钻孔 处在现采空区顶板冒落带之上的裂隙带的下部空 间中， 将积存和涌入此处的高浓度瓦斯抽 出。它 不仅可以拉动现采空区内的下部瓦斯运移方向的 改变， 还可减少向采煤工作面的涌入量， 切断上下 邻近层涌来的通道。 维普资讯 徐端宁采煤面瓦斯抽放技术初探 2 0 0 4 年第 1 期 2 ． 1 ． 2 顶板走向钻孔层位的选择 顶板走向长钻孔最佳层位 的选择 ， 通常应同 时满足瓦斯抽放浓度要高和抽放流量要大的两个 基本要求。应使抽放钻孔布置在采空区冒落带的 上部与裂隙带的下部为宜。淮南矿区采煤工作面 的一次采全高一般在 2 ～3 ． 5 m， 其采空区冒落带 的高度通常在 4～1 2 m处。按顶板不 同岩性 ， 顶 板走向长钻孔的终孔位置高度不超过距煤层顶板 法线距离的 2 0 m， 水平距应距离上风巷 2 5 m以 内。根据各矿井 的不同条件 ， 每个钻场应施工 6 ～ 1 0 个钻孔 ， 每个钻孑 L 深在 1 2 0 ～1 8 0 m 。 2 ． 1 ． 3 抽放钻孔压茬距离的选择 顶板走向长钻孔在抽放时最易出现抽放效果 不好的地方是在钻孔的接替压茬处。此时可导致 现采空区瓦斯大量涌出和采煤工作面回风巷瓦斯 浓度经常超限等情况。根据淮南矿区的基本顶周 期来压步距是 1 5～ 2 5 m， 而基本顶离层区的岩层 断裂极限滞后距离又为 4 ～8 m等因素 ， 推算出走 向长钻孔在钻场压茬距离上应选择 2 4 ～2 8 m为 好。后经现场实践走向长钻孔的压茬距离不少于 2 5 m 。目前， 淮南矿区已有许多高突矿井及高瓦 斯的采煤工作面采用了顶板走向长钻孔抽放采空 区内的瓦斯 ， 并取得了较好的安全生产保 障和经 济效益。 2 ． 2 顶板走向长钻孔的参数确定 2 ． 2 ． 1 钻场层位的确定 为了增加钻孔有效抽放长度 ， 通常应在采煤 工作面上顺槽中， 先按 2 0 。 ～3 0 倾 角向上做 4～ 6 m 的上翻眼后 ， 再做出抽放钻机的平台， 使钻机 钻出的钻孔全部进入煤层顶板同一层位 中， 然后 再以煤层倾向层位的6 。 左右放射状施工走向抽放 钻孔进入煤层顶板裂隙带的层位中。 2 ． 2 ． 2 钻场间距的确定 如使用的是 S G AI和 M K一3型钻机施工 时， 钻场的间距不应超过 1 0 0 m； 采用 S G A一Ⅲ和 MK一 5型钻机施工时 ， 钻孔 的间距可定在 1 5 0 m 左右。布置钻场时， 要避开断层及破碎带， 或以断 层及破碎带为界划分布置钻场平台。 2 ． 2 ． 3 钻孔数量的确定 采用直径为9 1 F lll n的钻孔。当瓦斯涌出量在 2 0 r n 3 ／ m i n以下的采煤工作面， 每个钻场可布置 4 个抽放钻孔。对瓦斯涌出量在 2 0 rn 3 ／ m i n以上的 采煤工作面， 每个钻场应布置 6～ 8个抽放钻孔。 这样 ， 就可 以使采煤工作面 的瓦斯涌 出量 降低 4 J D ％以上 。 2 ． 2 ． 4 钻孔倾角的确定 在上述钻场层位条件下， 钻孔也按 6 。 向上施 工， 就能基本上使开孔 1 0 m以后的钻孔保持有效 抽放距离。同时 ， 终孔距煤层顶板也在1 2 ～ 2 0 m 。 就能使钻孔 的有效利用率保持在 9 o ％以上。 2 ． 2 ． 5 钻孔长度的确定 淮南矿区采煤工作面的周期来压步距一般在 1 5 ～ 2 5 m， 采煤工作面到采空区 1 0 m之前的顶板 因不能及时断裂或者冒落不充分 ， 钻孔在此顶板 中所处的位置较高， 抽放量较少 ， 无法满足生产需 要， 因此 ， 将抽放钻孔的设计位置 即钻孔的水平 投影的长度位置 超过两钻场间距 的 2 5 m以上， 是钻孔的终孔位置在进入采空区后， 能够到达正 常裂隙带的范围内进行抽放。 2 ． 2 ． 6 钻孔沿工作面倾斜方向应控制的范围 通过对采空区瓦斯涌出规律分析， 将钻孔按 小扇形布置打入距煤层顶板 1 2～ 2 0 m的裂隙带 内， 使钻孔的终孔位置控制在上风巷 向下3 ～ 2 3 m 的范围内， 不仅减少 f 隅角的瓦斯积聚现象 ， 同时 也降低采空区瓦斯向工作面的涌出量。顶板走向 钻孔抽放示意图如图 1 所示。 a 顶板走 向钻孔布置图 h 顶板走向钻场布置图 1 ． 上风巷 ； 2 ． 抽 放管 ； 3． 钻 场 ； 4． 钻 孔 图 1 开采煤层顶板走 向钻抽放示意图 2 ． 3 顶板走向长钻孔的效果检验 1 可减少回采面在生产中的风排瓦斯量。 通过实践统计分析 ， 采用顶板走向长钻孔抽 放后 ， 其 工 作 面 的 供 风 量 可 减 少 1 0 0～5 0 0 m3 ／ r ai n ，瓦斯抽放率可达到 4 JD ％以上 ， 钻孔的最高 维普资讯 2 0 0 4年第 l 期 能 源 技 术 与 管 理 4 5 抽放量可达到 l 4 m 3 ／ m i n ， 比顺煤层钻孔的抽放提 高 3 5 ％以上 。 2 降低了回采面上隅角瓦斯浓度。 降低回采面上隅角的瓦斯浓度 ， 使之能保持 在 1 ． 5 ％以下 ， 保证了安全生产。也根除 了高浓 度瓦斯在回风流中常造成瓦斯浓度超限的现象。 3 工作面的安全环境得以保障。 由于工作面风排瓦斯量的减少 ， 上隅角瓦斯 积聚超限次数得到控制， 减少了瓦斯对回采面安 全生产的威胁 ， 确保 了工作面的稳产高产。如潘 一 矿的2 l l l 3 综 采工作面， 原来瓦斯涌出量高 达 4 0 m 3 ／ m in ， 而经过钻孔抽放后 ， 风排 的瓦斯涌 出量只有 l 5～2 0 m ／ m i n ， 减少了一半 ， 致使该工 作面能连续保持月产在 9～1 0 万 t 的安全生产好 效益。 4 采煤面生产经济效益大幅度提高。 每个 工 作 面 可 减 少 供 风 量 达 1 0 0～5 0 0 m3 ／ mi n，仅这一项就可使每个工作面节约电耗近 2 4 万元。另外 ， 采用顶板走向长钻孔抽放要 比用 煤层钻孔抽放和埋管抽放的抽放率增加 3 5 ％， 工 作面日产量增加 5 0 ％以上， 使每个采煤队每年创 收利润 9 0 O多万元。 5 有利于采空区自然发火的控制。 由于工作面处在正常推进的范围内生产 ， 从 而保证采空区内的煤炭 自燃隐患可以得到有效的 控制 ， 未出现过采空区的自然着火的事故。 6 可使采煤工作面上、 下两巷的维护量大大 减少。 由于工作面处于正常回采推进度 中， 从面促 使了工作面的超前压力影响范围趋于正常值的范 围内， 减少 J ， 超前集中应力对采煤工作面的上 、 下 风巷的压力影响 ， 使得两巷断面压 、 坏 、 毁 、 损和维 护工作量也大幅度的降低 了， 同时也节约了大量 的维护费用。 3 采用抽放治理技术措施的比较 目前无论是采用顶板走向长钻孔抽放， 还是 集瓦斯巷道抽放以及利用尾巷排放或煤层钻孔抽 放， 都能够较好 的解决采煤工作面采空区的瓦斯 问题， 但从技术经济和安全影响因素上分析 ， 有较 明显的区别。①顶板走向长钻孔， 按每个钻场平 均施工 6个孔计， 每推进 l m的打钻 费用为 4 O 0 元； ②集瓦斯巷道抽放 ， 按巷道断面在 4 lT 12 计算 ， 每推进 l m的费用为 2 0 0 0元； ③用速凝材料充填 形成的采区尾巷排放， 每米的费用 2 0 0 0元。 从安全影响的因素上看 ， 顶板走向长钻孔抽 放和集瓦斯巷道抽放是较为安全可靠 的， 而尾巷 排放采用的是通风排除法， 使采煤工作面和回风 巷及采空区的实际瓦斯浓度较难控制 ， 且对采空 区内的自然发火防治不利。因此， 综合考虑经济 与安全影响因素上， 应首选顶板走向钻孔抽放法。 4 抽放技术选用上的注意事项 1 在回采工作面防治瓦斯抽放技术选用措 施上 ， 应优先选用顶板走向钻孔抽放技术。如在 技术上或地质构造上 ， 遇到抽放未能达到理想或 预期效果时， 也可采用煤层的顺层钻孔抽放或采 煤工作面上隅角埋管抽放等补救措施， 其次还可 再考虑用集瓦斯巷道抽放技术 ， 要谨慎使用尾巷 排放法。 2 选用顶板走 向长钻孔抽放或集瓦斯巷道 抽放中的最佳层位上 ， 应考虑选取距煤层顶板法 线距离为 8 ～1 6 m； 在倾 向面上 ， 应考虑选取在距 上风巷的倾斜平面的距离为 3 ～2 0 m范围内。若 是钻孔抽放， 其前后钻场的钻孔压茬距离应该不 小于 2 5 m。 3 当采用顶板走向长钻孔抽放技术时， 当回 采面距钻场 3 0 m之前时， 必须采用木垛或其它方 式将钻场处接实接好 ， 以保护钻场抽放钻孔的孔 口和抽放管路 ， 以减少其变形破坏量， 并延长钻孔 的抽放有效时间。 4 无论采用哪种抽放瓦斯治理技术措施 ， 都 需要进一步探索、 总结与完善 ， 尤其是对煤层倾角 较大 、 机械化程度较低的老矿区， 在选用顶板走 向 长钻孔抽放和集瓦斯巷道抽放技术时 ， 更需要加 大试验力度与总结经验教训 ， 以便找到更为合理 有效的瓦斯抽放钻孔层位的参数 ， 以及其它适合 本矿井情况的相关参数。 [ 作者简介] 徐端宁 1 9 5 1 一 ， 男， 江苏南京市人 ， 高级讲师 ， 1 9 7 8 年毕业于安徽理工 大学 原淮南矿业学 院 采矿系 ， 现工 作于淮南职业技术学院。 [ 收稿 日期 2 o 04 0 4 04 ] 维普资讯