矿井瓦斯抽放方法

一、瓦斯抽放的概念、目的和意义

1.概念

  为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁,利用机械设备和专用管道造成的负压,将煤层中存在或释放出的瓦斯抽出来,输送到地面或其他安全地点的做法，叫做瓦斯抽放。

2.目的

  减少和消除瓦斯威胁,保证煤矿生产安全。

3.意义

  ①可以减少开采时的瓦斯涌出量,从而减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故。

  ②可减少通风费用,解决通风难以解决的难题。

  ③用瓦斯作为原料和燃料,能化害为利、变废为宝,可节约煤炭、保护环境和可观的经济效益。

二、矿井瓦斯抽放方法

  瓦斯抽放的方式和方法多种多样,一般有3种分类方法,见表1－1。

表1－1  矿井瓦斯抽放方法分类

瓦斯抽放方法虽然有上述不同分类方法和种类，但现场应用时，往往是互相结合、不能截然分开的。如本煤层抽放中包括巷道预抽法、钻孔预抽法及边采(掘)边抽法；而钻孔法又应用于本煤层抽放、邻近层抽放及预抽、边抽等。

煤层抽放瓦斯难易程度分级表

三、本煤层瓦斯抽放及抽放方法

1.概念

 本煤层瓦斯抽放是指采用送道或打钻的方式直接抽放开采煤层内含有的瓦斯的方法。

2.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媒体中的瓦斯。“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。 

四、预抽本煤层瓦斯施工方法及优缺点

  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：煤体卸压范围大，煤的暴露面积大，有利于瓦斯释放。

缺点：提前送巷道，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(或顶)板岩层中掘一与煤层走向平行的巷道,然后每隔一定距离(20～30m)掘一小石门做钻场(深度<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。如图1-1所示。

1-煤层;2-钻孔;3-钻场;4-岩巷;5-密闭;6-抽放瓦斯管路

图1-1 钻孔预抽本煤层瓦斯钻孔、钻场布置示意图

这种方法的优点：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：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。

五、“边抽”本煤层瓦斯施工方法及优缺点

“边抽”包括边采边抽和边掘边抽,其施工方法及优缺点如下：

1.边采边抽

  即在工作面前方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,如图1-2中a所示;也可以每隔一定距离(20～30m)掘一钻场(深度<6m),布置3个扇形钻孔,然后插管、封孔进行抽放,如图1-2中b所示。 

图1-2 边采边抽本煤层瓦斯的钻孔布置示意图

边采边抽的优点：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,具有较强的灵活性和针对性。

缺点：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,也影响抽放效果。

2.边掘边抽

  即在掘进巷道两帮每隔一定距离(20～30m)掘一钻场(深度<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,如图1-3所示。

 图1-3 边掘边抽本煤层瓦斯的钻孔布置示意图 

 边掘边抽的优点：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：增加了掘钻场和打钻的工程量和时间,对掘进速度有影响,有漏风,抽放率低;另外,此法只能降低掘进而不能降低回采时的瓦斯涌出量。 

六、邻近层瓦斯抽放

1.邻近层

  在开采煤层群时，受采动影响，开采煤层上下一定距离内的其他煤层中的瓦斯就会沿着由于卸压作用造成的裂隙流入开采煤层的工作面空间，我们称这些煤层为这一开采煤层的邻近层。在开采煤层上方的邻近层，叫上邻近层；反之，叫下邻近层。

2.邻近层瓦斯抽放

为了解除邻近层涌出的瓦斯对开采煤层的威胁，常从开采煤层或围岩大巷中向邻近层打钻，抽放邻近层中的瓦斯，以减少邻近层的瓦斯涌出量，这种抽放方法被称为邻近层瓦斯抽放。

七、上、下邻近层瓦斯抽放与施工方法

1.上邻近层抽放

  按抽放钻孔的布置,分以下2种方式：

①开采层层内巷道打钻抽种方式。将钻场没在回风副巷内,由钻场向上邻近层放

  这是上邻近层抽放常用的一打穿层钻孔,然后接管抽放,如图1-4所示。

图1-4 开采层层内巷道打钻抽放上邻近层瓦斯的钻孔布置示意图

②开采层层外巷道打钻抽放

  钻场设在开采煤层顶板的岩巷中,由钻场向上邻近层打扇形钻孔进行抽放，如图1-5所示。

图1-5 开采层层外巷道打钻抽放上邻近层瓦斯的钻孔布置示意图

2.下邻近层抽放

  同上邻近层抽放一样,也分为2种方式：

①开采层层内巷道打钻抽放

  这也是下邻近层抽放经常采用的一种方式。钻场设在工作面的进风正巷内,由钻场向下邻近层打穿层钻孔,然后接管抽放,如图1-6所示。

图1-6 开采层层内巷道打钻抽放下邻近层瓦斯的钻孔布置示意图

②开采层层外巷道打钻抽放

  钻场设在煤层底板的岩巷中,从钻场向下邻近层打穿层钻孔进行抽放,如图1-7所示。

图1-7 开采层层外巷道打钻抽放下邻近层瓦斯钻孔布置示意图

八、采空区瓦斯的来源及危害

1.来源

  采空区瓦斯的来源主要有两个：

  ①采空区浮煤残存瓦斯；

  ②顶板和周围煤岩中的瓦斯。

2.危害

  采空区积聚的大量瓦斯,往往被漏风带入采煤工作面或生产巷道,影响正常生产；另外，有时由于大气压力或通风系统变化的影响,当工作面与采空区之间的压力平衡被破坏时，采空区的瓦斯会大量涌入工作面,威肋安全生产,酿成重大事故。

九、采空区瓦斯抽放方法及注意事项

1.抽放方法

①回采工作面采空区瓦斯抽放

  进行回采工作面采空区瓦斯抽放时,应将采空区封闭严密,防止漏风,然后在回风巷的密闭处插管进行抽放,如图1-8所示,也可以在回风巷每隔一定距离(30～50m)掘一个斜上绕行巷道作钻场,向采空区上方打钻,钻孔进入冒落带或裂隙带,然后将绕道封闭进行抽放,如图1-9所示；还可以采用在回风巷预先埋置管路或在煤层中距回风巷相近的其他巷道中向采空区打钻等方式,抽放采空区瓦斯。

1.抽放方法

①回采工作面采空区瓦斯抽放

1-抽放瓦斯管路；2-密闭；3-采空区

图1-8 回采工作面采空区瓦斯抽放

1-采空区；2-钻场；3-抽放瓦斯管路；4-密闭；5-钻孔

图1-9  回采工作面采空区抽放瓦斯 

②回采结束后的采空区瓦斯抽放

对回采工作已结束的采区,可在入、回风巷修建永久性密闭,两个密闭之间用河砂或粘土充满、充实,并接设瓦斯管路进行抽放,如图1-10所示。

1,3,5,7,9—回风煤门及抽放瓦斯密闭；2,4,6,8—入风煤门及抽放瓦斯密闭；10—抽放瓦斯管路

图1-10  老空区抽放瓦斯示意图

2.注意事项

  抽放采空区瓦斯时,必须注意以下2点：

①控制抽放负压,保证瓦斯质量

  由于采空区围岩受采动影响透气性大大提高,故抽放负压不宜过大；否则,很容易使空气进入采空区,使抽放瓦斯浓度降低和引起采空区煤炭自燃。一般说来,瓦斯浓度不应低于20%；否则,应停止抽放。表4-2是抚顺各矿对采空区进行控制抽放时的有关参数值。

表1-2  采空区抽放瓦斯有关参数控制值

②定期检查与测定,防止自然发火

  对有自然发火危险的煤层,为防止采空区因抽放瓦斯而引起的自然发火,必须定期进行检查和采气分析及测定,其内容包括密闭或抽放管内的气体成份(O2、CO、CO2、CH4)、温度、负压和流量等。当一氧化碳或温度呈上升趋势时,应控制(低负压)抽放；而发现发火征兆时,必须立即停抽并采取注水注浆等防消火措施,等征兆消除后再逐渐恢复抽放。 

10、瓦斯抽放管理

1、要有瓦斯治理长远规划、年度、季度、月计划，做到“抽、掘、采”平衡。

2、矿井必须建立健全岗位责任制、钻孔钻场检查管理制度、抽放工程质量验收制度。

3、图纸资料

图纸：抽放系统图；泵站平面与管网布置图；抽放钻场及钻孔布置图；泵站供电系统图。

记录：抽放工程和钻孔施工记录；抽放参数测定记录；泵站值班记录。

报表：抽放工程年、季、月报表；抽放量年、季、月、旬报表。

台账：抽放设备管理台账；抽放工程管理台账；抽放系统和抽放参数、抽放量管理台账。

报告：矿井和采区抽放工程设计文件及竣工报告；瓦斯抽放总结与分析报告。

4、加强瓦斯抽放参数（抽放量、瓦斯浓度、负压、正压、大气压、温度等）的监测，发现问题时，及时处理。抽放量的计算用大气压为101.325kPa、温度为20℃时标准状态下的数值。

5、抽出率：

a、预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20％，回采工作面抽出率应不小于25％。

b、临近层卸压抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35％，回采工作面抽出率应不小于45％。

c、采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30％。

d、煤与瓦斯突出矿井，预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下。

6、预抽煤层瓦斯钻孔量：

a、当采用顺层钻孔抽放时，钻孔量如下表：

吨煤钻孔量（m/t）

7、封孔：岩石钻孔围岩条件好时2～3m，围岩裂隙发育时4～6m。

煤层钻孔可取5～8m。

采用聚氨酯封孔参数如下表：

   预抽瓦斯钻孔孔口瓦斯浓度不应小于40％。

   临近层瓦斯抽放孔口瓦斯浓度不应小于30％。

但值得注意的是不论采取何种抽放方法，都必须在符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》：

4.1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。若没有考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量和压力，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。控制范围如下：

a）石门（井筒）揭煤工作面控制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＞8º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15m以上。

b）煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线8m以上（煤层倾角＞8º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。

4.2 瓦斯涌出量主要来自于临近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表1规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表2规定。

表1  采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标

工作面绝对瓦斯涌出量

工作面绝日产量

4.4 矿井瓦斯抽采率应满足表3规定

表3  矿井瓦斯抽采率应达指标

矿井绝对瓦斯涌出量Q