多煤层近距离保护层开采瓦斯涌出规律及抽采方案研究
瓦斯防治之瓦斯突出的原因和规律
课题五瓦斯喷出的原因和规律
• 2、防治煤与瓦斯突出的技术措施 • 1）区域性防治突出措施 • （1）开采保护区 • 区域性防突措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯两种。
1、开采保护层 保护层：在突出矿井中，预先开采的、并 能使其它相邻的有突出危险的煤层受到采动影响而减少或 丧失突出危险的煤层称为保护层。 被保护层：后开采的 煤层称为被保护层。保护层位于被保护层上方的叫上保护 层，位于下方的叫下保护层。
了采取以上措施之外还必须布置独立的通风系统，并适当 加大风量，保证工作面及其回风流中瓦斯不超限和不影响 其他区域。
课题五瓦斯喷出的原因和规律
• 三、煤与瓦斯突出的发生原因及规律 • 在煤矿地下采掘过程中，从煤、岩体内部突然（几秒钟到
几分钟）喷出大量的煤和瓦斯的现象，称为煤与瓦斯突出， 简称突出。
• 煤与瓦斯突出是煤矿的一种严重自然灾害，其主要危害是：
课题五瓦斯喷出的原因和规律
• 7、卸压槽 近年来在采掘工作而推广使用了卸压槽的方法，
作为预防煤（岩）与瓦斯突出和冲击地压的措施。它的实 质是预先在工作面前方切割出一个缝槽，以增加工作面前 方的卸压范围。
• 8、震动放炮 • 1）、岩柱厚度>1.5m • 2）、炮眼数和炮眼布置，单列三组楔形掏槽 • 3）、装药量：f=3-4,4-5kg/m3, f=6-8,5-7kg/m3 • 4）、注意事项： • (1)撤人；(2)断电，(3)30min检查；(4)防止扩大(矸石堆
• 1)、开采保护层的作用 • (1)地压减少，弹性潜能缓慢释放； • (2)煤层膨胀变形，形成裂隙与孔道，透气性增加； • (3)煤层瓦斯涌出后，煤的强度增加
课题五瓦斯喷出的原因和规律
课题五瓦斯喷出的原因和规律
近距离煤层群综合立体式瓦斯抽采方法及效果分析
总第 ２ １ ９期
扰 因素 多 ， 将 总 流量 按 总 钻 孔 长 度 换算 成 百 米钻 孑 Ｌ
纯 瓦 斯 流 量 。
２ ４ ２ ０ ２工 作 面轨 道巷 和胶 带 巷 本 煤层 总 抽 采 量 随 时
间 变 化 关 系 如 图 ２和 图 ３所 示 。
由 于靠近 切 眼 １ ０ ０ ｍ 内钻 孑 Ｌ 交叉布置 ， 间距 不 同， 所 以考察抽 采 钻孔 涌 出规律 时 ， 总钻 孔 长度 要减 去该 范 围的钻 孑 Ｌ 长 度 和封 孔 长度 ， 则 总有 效 抽 采 长
度、 衰减 系 数 … ， 将 观测 的 钻 孔 流 量 换 算 成 百 米 钻
孑 Ｌ 流量 ： ｇ＝１ ０ ０ ｑ ／ Ｌ （ １ ）
式中， ｇ 、 ｇ 分 别 为 百 米 钻 孔 和 实 际 钻孔 瓦斯 涌 出流 量； Ｌ为孔 深 ， 或孑 Ｌ 深减 去封 孑 Ｌ 的深度 。
采４ 、 ５ 煤层 ， 北翼 ３ 、 ４ 煤 大部 分 合 并 为 １层 。煤 层 群赋 存 间距 小 、 瓦斯含量高， 煤 层 透气 性 低 ， 一层
开采 ， 多层 卸压 ， 工 作 面瓦斯 涌 出量大 。矿 井绝 对 瓦 斯涌 出 量 高 达 ５ １ ０ ｍ ／ ｍｉ ｎ ， 相 对 瓦 斯 涌 出 量 高 达 １ ０ ０ ｍ ／ ｔ 。 为解决 沙 曲矿 瓦斯 超 限 和 煤 与瓦 斯 突 出 问题 ， 实 现近距 离煤 层 群 的安全 生产 ， 探 索 出沙 曲煤 矿高 瓦斯 突 出煤层 群 瓦斯 治理模 式 、 管理 模式 ， 为 整 个 山西地 区 瓦斯 治理 理 念 更 新 、 先 进 技 术 的推 广 起
到积极 的示 范作用 。
将 钻孔 瓦斯 流 量 与 时 间按 指 数 函 数进 行 计 算 ，
多重保护层开采高瓦斯综采面瓦斯涌出规律研究
２１ ０ ０年第 １期
２ 采煤 工 作面瓦 斯 涌 出预 测
根 据 ７２ ２采 煤 工 作 面 瓦斯 涌 出 预 测 分 析 ，针
对 瓦斯 涌 出源采 用风 排瓦斯 并结 合 瓦斯抽 采方法进
行瓦斯治理 ，并按规定对采煤工作面风流瓦斯、电
气 设备 等进 行监 测监控 。
３ １ 采煤 工作 面通风 方 式 ．
［ 收稿 日期］２０ ０ １ ０９— ５— ８ 【 作者简介］林 青 （９ ０ ，男 ，安徽全椒人 ，工程师 ， １７ 一） 现任祁东煤矿总工程师 ，一直从事矿 井通风安全技术管理工作。
９ ４
林
３ ０ｍ ｍ ｉ ０ ／ ｎ。
青等 ：多重保护层开采 高瓦斯 综． ｍ，夹矸 为灰 色泥 岩 。煤 层倾 角 ８
—
３ 采煤 工作 面 瓦斯治 理措 施
１。 ４ ，平 均 １。 ３ ，倾 向 近 北 ，近 单 斜 构 造 ，局 部
有 所起 伏 。试 验 区域 ７ 层 瓦 斯 压 力 、含 量 分 别 煤
为 ２ ６— ． ＭＰ ，１ ． ． ２ ８ ａ ０ ９—１． ｍ ／ ，具 有 煤 尘爆 炸 ２ ２ ｔ 危险 ｌ 生和三 类不 易 自然发 火倾 向 。
根 据 ７２ ３工 作 面及 ７２ ３抽 采巷 实 际揭 露情 况
和周边 钻 孔 资 料 表 明 ，７ 层 厚 度 较 稳 定 ，局 部 煤
煤 层变 薄 ，厚度 为 ０ ８～２ ６ ｍ，平 均煤 厚 １ ７ ｍ； ． ．３ ．５ 煤层 结 构较 简单 ，局部 含 有夹 矸 ，夹 矸 厚度 为 ０—
步优化 保护 层工 作 面瓦斯 治理措 施 提供依 据 。
１ 试验 工作 面概 况
入 开采 层 的 比例 受多种 因素影 响 ，但 主要取 决 于工
近距离煤层群首采工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯综合治理方案
瓦斯治理方案
１引言
层， 煤层总厚 ２ ３ ． ８ １ ｍ 。含可采煤层 ９ ～ １ ８ 层， 一般 １ １
层， 可采 总厚 １ ８ ． ０ ８ ｍ。一井 区 内可采煤层 为 Ｃ 、 Ｃ ， 、
小Ｃ ， 、 Ｃ 。 ３ 、 Ｃ 、 Ｃ Ｃ 。 八 层 。 多 个 煤 层 距 离 小 于 煤 炭是 我 国的主要 能源 ，占一次 能源 的 ７ ０ ％ Ｃ
的瓦斯涌 出量 进行 了预测 ， 为矿井 区域及局 部 瓦斯 白龙山煤矿 ｃ ： 、 ｃ 、 ｃ 拈 煤层均为煤与瓦斯突出煤
《 云南煤炭￣ ２ ０ １ ４年第 ３ 期
２ ． ９ ６ Ｍ Ｐ ａ ， 瓦斯含量为 １ ２ ． ９ ９ ～ １ ８ ． １ ９ ｍ ￣ ｔ ； Ｃ ７ ＋ ８ 煤层瓦 预测的方法对各涌出来源进行预测 。
２工 程概 况
４
图 １白龙 山煤矿 近距 离煤层 群赋存 示意 图
根据 已有 的煤与瓦斯突出危险性鉴定结果 ，
层， 其中 Ｃ 煤 层 瓦斯 压 力 为 １ ． ０ ２ ～ １ ． １ ２ ＭＰ ａ ， 瓦 斯 含 量为 １ ３ ． ６ ３ ～ １ ４ ． １ ７ ｍ￣ ４ ； Ｃ 煤层 瓦斯 压 力 为 ０ ． ９ ６ ～
近距离煤层群首采 工作 面瓦斯涌 出量预测及瓦斯综合治理方案
近距 离煤层群 首采工作 面瓦斯涌 出量预测
及瓦斯综 合治理 方案
云南 曲靖华 能 滇东 能 源有 限责任 公 司矿业 分公 司 顾 雨兵
摘要
保 护 层 开 采是 煤 层 群 条 件 下 优 先 采 ２ ． １ 矿 井概 况 白龙 山煤矿 一井位 于 云南省 曲靖市 富 源县老
白龙山煤矿采用上保护层逐级递进下 向保护 式 中 ， ｑ开一 开 采煤层 （ 包 括 围岩）相对 瓦斯 涌 出 的方法， 先开采 ｃ 煤层， 首采工作面为 １ ０ ２ ０ １ 采区。 量， ｍ ；
及近距离煤层群综采采空区瓦斯涌出规律及防治技术实践
壕 评
一
＼
抽 采 参 数
＼
实施前
０ ～ ０ ． Ｏ ２
Ｃ Ｈ ％
实施后
Ｏ ～ ０ ． ０ ２
１ １ ９ ２机 巷
１ １ ９ ２工作面上隅角
１ １ ９ ２风巷 钻场 断面中线
１ １ ９ ２机 巷 沿 空护 巷 段
Ｏ ． ８ ０ ￣ ２ ． ６
！
空护巷段进 回两端漏风通道 的风压差 ， 采取降低 １ １ ９ ２ 机巷沿空护巷段 回
＿ Ｊ
题
风②风压。见图 ５ ａ 和图 ５ ｂ 。 结合现场调查分析 ， 考虑到 １ １ ９ ２ 综采工作面主要是 ｕ形通风系统和 机巷切块沿空护巷顶板脱层采空区漏风 ，必须对工作面采空区在煤层走
ｚ 综 呆 面 ｌ ∥ ／ 采 空 区 ／
／ ｉ １ １ ９ ２ 机 巷
引起 瓦斯浓度超 限，在工作面预先布置抽放竖路 ， 最前 面一个竖管距工
作面一定距离 （ 按实际情况确定 ） ， 竖直安装 ， 底面用三通与抽放管路连 接。竖管一般长 １ ～ １ ． ５ ｍ左右 ， 顶端封闭 ， 在顶部均匀钻一些小孔 ，用纱 布包好 ，放人采空区抽放。见图 ４ 。 从表 ２可 以见 ， 埋管法对抽放采空 区上隅角瓦斯具有独特的作用 ，
１ １ ９ ２机巷沿空护巷段
０ ． １ ０ ～Ｏ ． ２ ０
Ｏ ． １ Ｏ ～Ｏ ．蓥 隧复 旦掉 凰盎 量窒查问
一
窃 － Ｉ —－ — ＿ ｒ ］
／ ／
４ ． ２ 采空区埋管 瓦斯抽采和采空区均压技 术 ４ ． ２ ． １采空区埋管瓦斯抽采 为减少采空区瓦斯涌人工作面 ， 特别是减少工作 面上隅角瓦斯浓度 ，
近距离保护层工作面开采瓦斯治理研究
戊。 层与 戊 、。煤 层平 均 间 距 为 ３ ０ １。在 开 采过 煤 ． ３ １
．
程 中 ， 近 的戊 ， 层释 放 出 的瓦斯 通 过 裂 隙大量 邻 。 煤
涌 人 到 回 采 空 间 ， 成 上 隅 角 瓦 斯 超 限 ， 工 作 面 在 造 故
攀
山ｆ
收稿 日期 ： ０ １— ２— ４ ２１ ０ ０
１ ８ ．５ ｍ。 工 作 面 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为 ３ Ｉ ｍｉ， ０ Ｉ ／ ｎ 相 Ｔ 对 瓦 斯 涌 出 量 为 ｌ ．５ ｍ ／ ， 高 瓦 斯 工 作 面 。 ７２ ｔ 属
戊 １ １０工 作 面 为 近 距 离 保 护 层 工 作 面 ， 虑 到 一９ ３ 考
问 ， 成 工 作 面 上 隅 角 瓦 斯 频 繁 超 限 ， 重 威 胁 矿 井 造 严 安 全 生 产 。针 对 平 煤 股 份 四 矿 戊 九 采 区 近 距 离 保 护 层 工 作 面 上 隅 角 瓦 斯 积 聚 超 限 问 题 ， 过 实 践 ， 结 通 总 出 采 用 “ ＋Ｌ 双 回路 通 风 方 式 ， 面 打 瓦 斯 释 放 Ｕ ” 采
孔 并进行 注水 、 瓦斯 尾 巷埋 管 抽 放 采 空 区瓦 斯 等综 合 治理措 施 ， 有效 消 除 了工 作 面 上 隅角 瓦 斯 超 限 问
题， 为工作 面实现 安全 高效生 产提供 了安 全空 间 ， 并
取 得 了显 著 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。
当 工作 面推进 到联 络 巷处 ， 至少 液 压 支架 立 柱进 入
２ １ 年第 ５ ０１ 期
中州 煤炭
总第 １５ ８期
近 距 离 保 护 层 工 作 面 开 采 瓦 斯 治 理 研 究
保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究
保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究[摘要]瓦斯与煤突出矿井以及突出煤层数量随着煤矿开采深度的增加而不断增加，如何实现瓦斯与煤资源的高效安全共采已成为矿井作业的重点，而通过保护层开采时的被保护层卸压作用强化抽取卸压瓦斯，可以将高瓦斯突出危险煤层的被保护层有效变成低瓦斯无突出危险的煤层。
本文探讨了强化抽采保护层开采与卸压瓦斯技术，并在分源原理基础上对回采工作面瓦斯涌出预测方法进行分析。
[关键词]保护层开采；卸压瓦斯抽采；瓦斯涌出规律中图分类号：td712.6 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）07-0012-01预抽煤层瓦斯以及开采保护层作为瓦斯与煤突出的区域性防治措施，有效提高了瓦斯与煤资源开采的安全性与高效性。
科学技术的不断进步与发展，为强化抽采卸压瓦斯及开采保护层的有机结合奠定技术基础，为保障瓦斯与煤突出危险煤层开采的高效安全提供有力保障。
保护层卸压瓦斯强化抽采以及回采工作面的瓦斯涌出量预测对瓦斯抽采技术方案的有效实施与相关参数的确定有重要意义。
1、保护层开采与卸压瓦斯强化抽采根据我国相关规程规定可知，在煤层群条件下，首采煤层即为保护层应，而卸压煤层为被保护层。
强化抽采保护层开采与卸压瓦斯的原理为：开采保护层（即首采煤层）之后，保护层底板岩/煤层则会发生底鼓及卸压变形，而其顶板岩/煤层会发生移动、破断以及卸压变形，卸压岩/煤层中会由于产生裂隙而增加其透气性，为被保护层的卸压瓦斯进行解吸、扩散以及渗流创造了流动条件。
通过强化抽取被保护层的卸压瓦斯，可有效地将卸压瓦斯抽采出来，一方面使得被保护层的卸压瓦斯流向保护层工作面的状况显著缓减，为安全高效开采保护层工作面提供有力保障。
另一方面让突出危险煤层的瓦斯压力与地应力有效降低，使得煤体强度大大提高，进而消除瓦斯与煤突出危险性。
同时，高瓦斯突出危险煤层的被保护层转变成为低瓦斯无突出危险煤层，为开采被保护层工作面的安全性与高效性创造有利条件。
近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律
第37卷第1期 中国矿业大学学报 Vol.37No.12008年1月 Journal of China University of Mining &Technology Jan.2008收稿日期:2007203221基金项目:国家自然科学基金项目(50574093,50534090);国家重点基础研究发展计划(973)项目(2005CB221506);国家“十五”科技攻关重点项目(2005BA813B07)作者简介:林柏泉(19602),男,福建省龙岩市人,教授,博士生导师,工学博士,从事安全技术及工程方面的研究.E 2m ail :lbq21405@ T el :0516283884401近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律林柏泉1,张建国2,翟 成1,欧阳广斌2(1.中国矿业大学安全工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221008;2.平顶山煤业(集团)公司四矿,河南平顶山 467000)摘要:平煤集团四矿在开采过程中工作面φ(C H 4)频繁超限,影响了工作面正常安全生产.通过理论分析,阐述了采空区内风流流动状况和采用不同通风方式时采空区的瓦斯涌出规律.结合现场实验,探讨了工作面采用下行风时采空区的瓦斯涌出和分布规律.在此基础上,提出了用下行风解决工作面瓦斯超限问题.结果表明,在采用下行通风后,采空区绝对瓦斯涌出量为上行风时的80%,工作面φ(CH 4)下降了75%,瓦斯不再超限.关键词:采场;下行通风;采空区;瓦斯涌出;分布规律中图分类号:TD 7文献标识码:A 文章编号:100021964(2008)0120024206Gas Emission and Dist ribution Law in t he Stope Mining ShortRange Protection Layer Using Downward VentilationL IN Bai 2quan 1,ZHAN G Jian 2guo 2,ZHA I Cheng 1,OU YAN G Guang 2bin 2(1.School of Safety Engineering ,State Key Laboratory of Resources and Mine Safety ,China University of Mining &Technology ,Xuzhou ,Jiangsu 221008,China ;2.No.4Coal Mine ,Pingdingshan Coal Co.Ltd ,Pingdingshan ,Henan 467000,China )Abstract :Safe operation at t he working face of t he No.4coal mine of t he Pingdingshan Coal Co.Lt d.was seriously affected by gas concentrations t hat exceeded acceptable working limit s.The airflow conditions and gas emission laws wit h different types of ventilatio n in goaf were propo sed wit h t heoretical analysis.Field experiment s using downward ventilation were st udied and t he gas emissio n and dist ribution laws at t he goaf working face were discussed.On t he ba 2sis of t hese st udies ,downward ventilatio n was selected to solve t he gas concentration p roblem at t he working face.The result s show t hat after starting downward ventilation t he absolute e 2mission volume of gas in t he goaf is 80percent of t hat observed when upward ventilation is used.The gas concent rations at t he working face are decreased by 75percent t hereby reducing t he gas concent rations below t he unsafe limit.K ey w ords :stope ;downward ventilation ;mined area ;gas emission ;dist ribution law随着采矿工业的发展,矿井高温、粉尘和瓦斯等灾害也日趋严重,解决这些问题的有效措施之一,就是在回采工作面使用下行通风.因此,国内外下行通风的使用愈来愈广泛.20世纪60年代以第1期 林柏泉等:近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律来,我国先后在平顶山、中梁山、蒲白等23个局46个矿171个回采工作面使用下行通风.目前中国煤矿工作面下行通风多用在缓斜、有煤尘爆炸危险、有自然发火、低瓦斯矿井[1].在国外,1960年西德首先使用下行通风,以后逐年增加,原苏联顿巴斯矿区、美国的宾夕法尼亚州中部的一些矿井、日本的常盘煤矿和三池煤矿以及英国等一些国家的矿井都广泛使用了下行通风,而且比重越来越大[2].虽然国内外对于下行通风进行了很多研究,但是针对近距离保护层开采过程中利用下行通风方式防治瓦斯还未见文献介绍.笔者结合平煤集团四矿在己15221270回采工作面采用近距离保护层开采的实际情况,探讨了利用下行通风解决近距离保护层开采过程中瓦斯超限问题,以期对瓦斯矿井安全生产有所帮助.1采场瓦斯涌出规律由于工作面两端压差的作用,进风流的一部分气体从能量高的一端流进采空区,在能量低的一端再流回工作面.根据连续性,假设在某一平面回采工作面与采空区间无风流流动,称此面为中势面,在中势面上各点的能量相等.在正常生产条件下采场空气流速不大,各点温差很小,空气流动可视为不可压缩理想流的平面稳定流动,采空区介质的空隙率沿回采工作面长度方向视为相同.作上述假定后,可认为中势面位于回采工作面中央,如图1所示[3].图1 采场中势面示意Fig.1Stope potential face hint采场压差分布是指沿回采工作面长度方向各点与中势面压头之差的分布情况.其意义是:当压差大于零时,风流由回采工作面流进采空区;当压差小于零时,风流由采空区流入回采工作面,压差愈大,采场漏风量愈大.由于回采工作面和采空区气体平均密度ρ不等而产生自然风压ΔP m ,当回采工作面有风流通过时,其两端的通风压力形成采场压差ΔP n ,采场总压差等于机械风压力和自然风压所造成的压差之和,即ΔP =ΔP m +ΔP n .(1) 由此可得出上行风总压差Δp u 、下行风总压差ΔP d 分别为ΔP u =-(ρA -ρB )X sin β-RQ 2X/L ,(2)ΔP d =-(ρA -ρB )X sin β+RQ 2X/L ,(3)式中:ρA ,ρB 为回采工作面、采空区平均气体密度;X 为A ,B 点距离;β为A ,B 点倾角;R ,Q ,L 分别为工作面风阻、风量、长度.采场压差分布如图2所示.图2 采场压差分布示意Fig.2Stope pressure distribution diagram由图2可见,采面采用上行风时的压差比下行风的高;下行风时,若RQ 2<(ρA -ρB )X sin β,其压差随β增加而增高,若RQ 2>(ρA -ρB )X sin β,压差随β增加而降低,上行风时压差随β增大而增高.由于采场空气流动可视为不可压缩理想流体的平面稳定流动,所以服从质量守恒定律和Darcy 定律.在X 轴方向上,Darcy 定律表达为V x =-K x 5h x,(4)式中:K x 为X 轴方向的渗透系数;5h5x 为X 轴方向的压力梯度.在中势面上对上式积分得出采场中势面风量也即采场漏风量.令ε=RQ 2/L (ρA -ρB )sin β>0,则有Q uQ d=1+ε1-ε>1,(5)Q u =(1/ε+1)(RQ 2/L )∫sK x d s ,(6)Q d=(1/ε-1)(RQ 2/L )∫sK x d s.(7) 式(5)表明上行风时采场漏风量比下行风大,上行风漏风量Q u 随β增加而增加;下行风时漏风量当ε<1时随β增加而增加,当ε>1时随β增加而减小.111采空区内风流流动状况由式(6)可知,上行风时Q u >0,表明在中势面上风流总是自下而上流动,与X 轴向相同,漏风总是从回采工作面下部流入采空区,在上部流回工作面;由式(7)可知,若ε>1,Q d <0,漏风从回采工作面上部进入采空区,在下部流回回采工作面,若ε<1,Q d >0,漏风从采空区上部涌出,将此现象称为下行风采空区倒流.52 中国矿业大学学报 第37卷通过式(7)可知,倒流现象本质为回采工作面两端通风压力及采场气体密度变化.从风流网络理论分析及采场阻力实际测定来看,工作面下行风采空区气体倒流现象几乎不存在.112采空区瓦斯涌出规律上行风时采空区内气体总是从回采工作面上部涌出,采空区瓦斯也总是从回采工作面上部涌出,上隅角涌出的是采空区深部和上部的高浓度瓦斯;下行风时采空区内瓦斯一般从采面下部涌出[324].通过瓦斯分源分析,回采工作面回风流中的绝对瓦斯涌出量q r并不等同于采场的瓦斯总量q,采场瓦斯总量q取决于瓦斯压力、瓦斯含量、煤层渗透系数、围岩等,所以回采工作面上、下行风对q并无影响,但是由于采场流场的形式不同,从采空区涌出采场的瓦斯量和q r是有区别的.当采空区内没有漏风汇存在时,无论上行、下行风,在稳定状态时q=q r,此时,上、下行风无差别.但在实际生产过程中,采空区漏风存在是难免的,所以涌出采空区的瓦斯会从漏风汇排走一部分.无论漏风汇在采空区上部还是下部,上行风时排出的是流经采空区下部的气体.下行风时是流经采空区上部的气体.事实表明,采空区上部的瓦斯浓度远比下部的高,所以下行风时从采空区内部漏风汇排出的瓦斯量要比上行风高的多.由于采场q 不变,所以下行风时从采空区漏向回采工作面的瓦斯量要比上行风时小,采煤工作面φ(C H4)和q r都要比上行风时低.采场风流中的瓦斯与空气其它组分一般情况下不发生化学变化,瓦斯在采场的运移遵守流体动力弥散定律,即Fick定律J=-(D1+D2)・grad c,(8)式中:J为质量弥散通量;D1为分子扩散系数;D2为机械弥散系数;grad c为浓度梯度.当采场风速V=0时,Fick定律形式为J=-D1・grad c.(9) 式(9)表明瓦斯只能由高浓度点向低浓度点传递而不存在逆过程,由此可得出结论:和空气混合均匀的瓦斯不能再浮起来,即下行风时即使V= 0,也不会由于瓦斯分层而发生瓦斯积聚在采场上部的现象.当V≠0时,此时有D2>D1・grad c,故J= -D2・grad c.如果风流是层流状态,由于横向脉动速度等于零,对流扩散能力仍很低,容易造成积聚现象;而紊流状态时,由于横向脉动速度的作用,使得不同浓度的瓦斯相互变换位置,使采场浓度趋于均匀,混合能力加强,此时分子扩散作用可以忽略,混合过程主要靠浮力和紊流切应力做功完成.由于上行风时从采空区涌向采面的瓦斯量大,且大部分从上隅角涌出,涌出瓦斯受到浮力作用不易和风流混合;下行风时,从下隅角涌出的瓦斯易于和风流混合,所以下行风时隅角瓦斯积聚的可能性比上行风小.由此可见,回采工作面应用下行风时,采场压差及漏风量都比上行风时小,从采空区涌向采煤工作面的瓦斯量及采煤工作面绝对瓦斯涌出量也比上行风时低,采煤工作面及隅角瓦斯积聚的可能性比上行风时小.2工作面下行通风时瓦斯涌出和分布规律下行风时,无论瓦斯涌出地点如何、倾角多大、风速多高,由于风流方向和瓦斯浮力方向相反,完成一定的混合过程所需能量减少,使得风流和瓦斯的混合能力比相同条件下上行通风时的混合能力强,倾角越大,二者的差别愈大.所以,当工作面风速一定时,完成同样的混合过程下行通风所需时间短;当瓦斯涌出量一定时,下行风吹散瓦斯层所需风速比上行风低;当发生瓦斯积聚时,下行风瓦斯层积聚的长度比上行风短,断面上最高瓦斯浓度也比上行风低.平煤四矿上、下行通风对比实验和有关调查资料表明,下行通风时采空区瓦斯涌出有如下规律[527]:1)工作面瓦斯涌出总量与风流方向无关,但下行通风时从工作面回风道测出的瓦斯涌出量比下行通风时低15%～26%.有些情况下,如保护层的下行风工作面,因被保护层的瓦斯大量漏入采空区,致使上、下行通风时从工作面回风道涌出的瓦斯量变化不大.2)下行通风时工作面上、下隅角积聚的可能性比上行通风时小,特别是防止上隅角瓦斯积聚的效果突出.3)采用下行通风时,由于瓦斯密度比空气小,有上浮力,当满足一定的条件时,采空区气体有可能从工作面上部涌出,发生所谓的采空区气体倒流问题.通过以上分析可以看出,只要不出现采空区内气体倒流,下行通风时上隅角瓦斯积聚的可能性比62第1期 林柏泉等:近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律上行通风小,工作面回风道瓦斯涌出量也比上行风低.其原因:一是下行通风时采空区的漏风比上行通风时小,因而使得从采空区带出的瓦斯量也少,涌出量比上行风时低;二是上行通风从漏风汇排出的是下部浓度较低的气体,而下行通风则相反,从漏风汇排出的是上部浓度远较下部为高的气体,因而使得工作面回风道瓦斯涌出量减少,上隅角瓦斯积聚的可能性比上行通风小.瓦斯从下隅角涌出后,由于风流方向与浮力方向相反,也使得下隅角积聚的可能性比上行风上隅角积聚的可能性小.3下行通风时工作面的最低风速确定设采空区内的漏风速度为V,采空区内瓦斯上浮速度为V W,下行通风时,采空区的瓦斯沿倾斜方向的流动状态有下列3种形式[8210]:1)当V=V W时,采空区瓦斯静止,滞留在采空区内;2)当V>V W时,采空区瓦斯向下流动,被漏风风流带走;3)当V<V W时,采空区瓦斯向上流动,发生瓦斯倒流.当采空区瓦斯含量一定时,V W可近似看作一定值,则瓦斯的流动状态主要与V有关,当V变化时,3种不同的流态可相互转变.采空区漏风速度V与回采工作面下行通风的风速及风压有关,所以回采工作面下行通风时采空区瓦斯不倒流的风速,可根据采空区的自然风压及回采工作面风压近似求解.采空区自然风压实质上是由采空区内外的空气密度差及工作面两端的高度差产生的.因此,采空区由于瓦斯上浮及残煤氧化自燃等产生的自然风压为p m=L sinα・Δρg,(10)式中:p m为采空区自然风压,Pa;L为回采工作面长度,m;α为回采工作面煤层倾角,(°);Δρ为回采工作面与采空区的平均密度差值,Δρ=(ρm-ρ),ρm为回采工作面空气平均密度,ρ为采空区空气平均密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2.机械通风时回采工作面的风压为P=K L UQ2S3,(11)式中:P为回采工作面风压,Pa;K为摩擦阻力系数(为区别于煤层倾角,本式的阻力系数用K表示),N・S2/m4;U为回采工作面空间周边长度,m; Q为通过回采工作面的风量,m3/s;S为回采工作面空间横断面积,m2.设回采工作面的采高为M,回采工作空间的宽度为B,通过回采工作面的风流速度为V,当通过回采工作面的风流速度为V时,则风量为Q=V S=V M B.(12) 将式(12)代入式(11)得P=KULM BV2.(13) 回采工作面下行通风时,采空区因瓦斯及残煤氧自燃等产生的自然风压小于或等于回采工作面风压时,就不会发生采空区瓦斯倒流,即L sinα・Δρg≤K ULM BV2,(14)解式(14)得V min=sinα・ΔρgM BKU,(15)式中 V min即为回采工作面下行通风时采空区不倒流的工作面最低风速.4下行通风在平四矿的应用411工作面瓦斯涌出情况平四矿在己15221270回采工作面位于己一采区东翼,该面为高瓦斯工作面,下行通风,目前风量为1168m3/min,回风流φ(C H4)=016%,绝对涌出量为710m3/min;抽放泵混合流量58m3/min,抽出φ(C H4)=315%,绝对涌出量为2104 m3/min.合计该工作面绝对涌出量为9104 m3/min.瓦斯来源为本煤层和下面的己16-17煤层,主要是因为己16-17煤层涌出,占瓦斯总量的80%以上.工作面开始回撤时,回风巷中的φ(C H4)= 0.78%,回风石门中的φ(C H4)=0180%,当回撤到52m时,回风巷中的φ(C H4)=1108%,回风石门中的φ(CH4)=1114%,采取了下隅角及老空区利用己三抽放泵抽放瓦斯及采面上、下封堵的措施.己15221270采面回采过程中,瓦斯变化有下面3个特点:1)工作面回采,但顶板未垮落时,φ(C H4)及瓦斯涌出量与生产时相比没有变化.2)工作面回撤后顶板垮落但并不严实,通过工作面的风量减少,φ(C H4)增加,但瓦斯涌出量呈上升趋势.3)随着工作面回收范围的增加,垮落面积加大,垮落更加严实,回风流瓦斯涌出量明显增加,来72 中国矿业大学学报 第37卷自己16、己17分层采空区的绝对瓦斯涌出量比开始回撤时增加7个百分点,该工作面采空区绝对瓦斯涌出量增加了6个百分点,瓦斯涌出总量增加.412实施效果通过分析,采用下行通风方案是可行的,按照1992年版《煤矿安全规程》第120条的要求,编制了己15221270回采工作面采用下行通风回撤支架的安全技术及管理措施并报有关部门和总工程师审批后,对通风系统进行调整,即实行下行通风,效果十分明显,回采工作面φ(C H 4)由016%降到了012%,其调整后的通风系统示意图如图3.经过一个小班的观察,各种参数稳定,运输巷只安设了一台JB T 262型局部通风机,就保证了φ(CH 4)降到013%以下,解决了瓦斯超限,保证了该工作面的安全回撤和封闭.图3 己15221270通风示意Fig.3F 15221270ventilation hint对于具有相同开采条件的己15221270回采工作面和己15223050回采工作面,己15221270回采工作面在采用下行风,己15223050采煤工作面采用上行通风,比较了2个工作面从2005年7月1日到7月15日的工作面φ(CH 4)变化情况,如图4所示.图4 己15221270和己15223050工作面φ(CH 4)对比Fig.4Comparisions between φ(CH 4)ofF 15221270and F 15223050由图4可见,在都采用上行风的情况下,两者工作面φ(C H 4)差别不大.己15221270回采工作面φ(C H 4)最大值为017%,最小值为015%;己15223050回采工作面φ(CH 4)最大值为019%,最小值为017%.采用下行风后,己15221270采煤工作面瓦斯浓度明显下降.最大值为012%,最小值为011%,φ(C H 4)不再超限.上行风φ(CH 4)最大值为017%,最小值为015%.工作面φ(CH 4)平均下降了75%.己16223070采面在回采期间2005年8月4日至8月27日采用下行通风,其余时间采用上行风.工作面上行通风期间采用移动泵抽放采空区瓦斯,下行通风时不用移动泵抽放采空区瓦斯.下面通过绝对瓦斯涌出量比较2种通风方式对于瓦斯防治的效果.从图5可以看出,下行通风时,绝对瓦斯涌出量比上行通风要小,平均为上行风的80%.这是因为邻近层采空区的瓦斯往往被抑制在采空区内,涌入巷道的瓦斯量小,相应地减少了瓦斯涌出总量.采用下行通风方式,不仅可以降低采空区瓦斯涌出量,而且不需要使用移动泵抽放,节省了电力.图5 己15221270下行风和上行风工作面绝对瓦斯涌出量对比Fig.5Comparision between upward ventilation and downward ventilation in F 15221270working facef rom absolute emission volume of gas5结论1)通过对采空区内风流流动状况和瓦斯涌出规律的理论分析,可以看出当回采工作面应用下行风时,采场压差及漏风量都比上行风时小,从采空区涌向采煤工作面的瓦斯量及采煤工作面绝对瓦斯涌出量也比上行风时低,采煤工作面及隅角瓦斯积聚的可能性比上行风时小.2)通过理论分析得出了回采工作面下行通风时采空区不倒流的工作面最低风速,并分析了回采工作面发生瓦斯逆流的条件.3)在平煤集团四矿己15221270工作面采用下行通风后,采空区绝对瓦斯涌出量为上行风时的80%.另外,己15221270回采工作面φ(C H 4)明显下降,最大值为012%,最小值为011%;而上行风时φ(C H 4)最大值为017%,最小值为015%,工作面φ(C H 4)平均下降了75%.参考文献:[1]石琴谱,杨运良,高建良,等.回采工作面下行通风的研究[J ].焦作矿业学院学报,1994,36(1):14282第1期 林柏泉等:近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律16.SHI Qin2pu,YAN G Yun2liang,GAO Jian2liang,etal.The research of descensional ventilation in coal face[J].Journal of Jiao Zuo Mining Institute,1994, 36(1):14216.[2]张跃宇,石琴谱.回采工作面下行通风对矿井安全的探讨[J].煤矿安全,1990,21(11):35241.ZHAN G Yue2yu,SHI Qin2pu.Approach on down2 ward ventilation influence on mine safety in working face[J].Safety in Coal Mines,1990,21(11):35241.[3]张红芒,郭凡进.采场下行通风瓦斯涌出及分布规律探讨[J].煤矿安全,1998,29(6):29231.ZHAN G Hong2mang,GUO Fan2jin.Approach ongas outbursting and distribution rules during down2 ward ventilation in mining stope[J].Safety in CoalMines,1998,29(6):29231.[4]陈书平,耿庆生.下行通风采面的瓦斯涌出规律[J].江苏煤炭,2000(2):16217.CH EN Shu2ping,GEN G Qing2sheng.Gas outburs2 ting rules during downward ventilation in miningstope[J].Jiangsu Coal,2000(2):16217.[5]俞启香,王 凯,杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2000, 29(1):9214.YU Qi2xiang,WAN G Kai,YAN G Sheng2qiang.Study on pattern and control of gas emission at coal face in China[J].Journal of China University of Min2 ing&Technology,2000,29(1):9214.[6]冯圣洪,黄伯轩.采场上隅角瓦斯处理技术综述[J].煤炭工程师,1994(01):36238.FEN G Sheng2hong,HUAN G Bo2xuan.Review ongas treatment technology in mining stope upper cor2 ner[J].Coal Engineer,1994(01):36238.[7]秦跃平,王进学.综放工作面瓦斯涌出特性的研究[J].煤炭科学技术,1997,25(8):125.QIN Yue2ping,WAN G Jin2xue.Study on character2 istics of gas emission f rom comprehensive mechanized caving face[J].Coal Science and Technology,1997,25(8):125.[8]丰安祥.采用下行通风的方法处理采空区的瓦斯[J].煤炭安全,2000,31(4):30235.FEN G ing downward ventilation totreat gas outbursing f rom worked out area[J].Safety in Coal Mines,2000,31(4):30235.[9]刘冠学,丰安祥,钟国清.下行通风处理工作面采空区瓦斯的技术分析[J].矿业安全与环保,2000,27(3):41242.L IU Guan2xue,FEN G An2xiang,ZHON G Guo2 qing.Analysis on downward ventilation technologywhich treats the gas from working face and worked out area[J].Mining Safety&Environmental Protec2 tion,2000,27(3):41242.[10]邵长宏.回采工作面下行通风对顶板沼气积聚的抑制作用[J].徐煤科技,1991(2):47248.SHAO Chang2hong.Inhibition effect of downwardventilation on the roof gas accumulation in workingface[J].Xuzhou Coal Technology,1991(2):47248.(责任编辑王继红)92。
下保护层开采瓦斯综合抽放的研究与实践
下保护层开采瓦斯综合抽放的研究与实践瓦斯由于保护层开采过程中，除本层CH4外，该保护层CH4将向开采空间大量涌出。
因此保护层开采过程中的CH4抽放效果将直接决定保护层开采安全及被保护层CH4卸压程度本项目通过淮北芦岭煤矿下保护层工作面开采过程中的瓦斯来源及涌出量研究针对性采取综合抽放措施，实现安全高效开采。
标签：保护层；卸压瓦斯；综合抽放1 概况在突出矿井开采煤层群时，开采保护层是防止煤与瓦斯突出最有效、最经济的手段。
保护层开采后，围岩向采空区位移，采空区上方岩体冒落并形成新的自然拱，采空区下方岩体因卸压向采空区膨胀形成裂隙，使得稳压上下方产生应力，透气性，位移等变化，被保护层CH4排放能力增强，瓦斯压力降低。
芦岭矿为煤与瓦斯突出矿井，可采煤层为8、9煤和10煤。
8煤层特厚煤层，平均厚度9.6m，9煤平均厚度3.3m。
8煤与9煤层间距仅3.5m，10煤平均煤厚2.2m，与9煤平均层间距50-80m。
8、9煤层联合布置开采，10煤单独布置。
目前矿井在二水平开采，二水平CH4含量21m3/t，瓦斯压力4.54mpa。
煤与CH4突出问题一直困扰这该矿安全生产，以前采取以区域性防突措施主要是预抽煤层CH4。
2000年开始该矿尝试保护层开采技术，所选择的下保护层是出于8、9煤下步的10煤。
首采工作面为II1044工作面，而后是II1046工作面。
在这两个工作面开采过程中，因对上邻近煤层（被解放层8、9煤）卸压CH4的影响考虑不足，抽放措施单一，出现了诸多问题，严重威胁了开采安全。
2004年芦岭吸取上两个面开采教训，采取综合抽放措施成功抽采，实现了II1048工作面的安全开采。
II1048工作面标高-555～-580m，上邻II1046工作面采空区，工作面走向长330～350m，倾斜宽120～220m，倾角5～10°，煤厚1.9～2.6m，直接定位泥岩。
2 瓦斯来源及瓦斯涌出量的分析研究由于一个煤层的先行开采，引起围岩冒落、移动和变形，形成拱形卸压压上覆岩层与煤层发生离层，孔隙和裂隙增加，这种层间空隙不仅是卸压CH4的储存地点，也是良好的流动通道。
超近距离保护层开采工作面瓦斯治理
ｍ３／Ｉｌｌｉｎ，煤壁及采落煤炭瓦斯涌出量口妇
ｍ３／ｍｉｎ，工作面瓦斯涌出量ｑ＝２７．５７
ｍ３／
２工作面瓦斯涌出规律分析 回采工作面瓦斯涌出包括落煤瓦斯涌出、煤壁 瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出３部分。瓦斯涌出源的
ｍｉｎ。从实测数据结果分析可知：采空区瓦斯涌出量
占工作面瓦斯总涌出量的４２．４％，来自煤壁及落煤 的瓦斯占工作面瓦斯总涌出量的５７．６％。工作面
多少、各源涌出瓦斯量的大小直接影响采场的瓦斯 涌出量。而采场瓦斯涌出量、各部分瓦斯涌出所占 的比例是工作面瓦斯治理的重要依据，为了摸清
基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（５０５７４０９３，５０５３４０９０）； 国家重点基础研究发展计触（９７３项目）资助项目（２００５ｃｂ２２１５０６）；
回采过程中采空区及煤壁与落煤的瓦斯涌出量都比
图４工作面一个作业循环不同工序回风流 瓦斯浓度变化曲线
不同工序回风流瓦斯浓度变化曲线，当日工作面生
产煤炭１
１７４
ｔ，工作面总瓦斯涌出量为２５．２３ ｍ３／
ｒａｉｎ。图中数据取自矿井ｌ（Ｊ９５监测系统工作面瓦斯 探头遥测数据，虚线段表示监测系统信号中断。从
图中可以看出：不同作业工序工作面瓦斯浓度变化
较大；生产作业期问瓦斯浓度较大，并且对应于采煤 机落煤、推刮板输送机、移架、放煤等作业瓦斯浓度
・２９・
堡
在综合分析了上述各种通风方式的基础上，发 现其在治理瓦斯方面都各有优势，但又存在着一些 缺陷，遂提出用一种新的通风方式—．Ｙ＋ｒ型通风 方式来治理工作面瓦斯，即在原己。，一２３２２０工作面 风巷外侧平行施工ｌ条专用排瓦斯巷道，原风巷在
治工作面倾斜方向测点
冀 蠢
采空区内维护一段回风巷道，并打开一条横川以沟
多煤层开采高瓦斯采煤工作面瓦斯涌出规律的研究与实践
提 出了防治措施 ， 经过实践有效地控制 了瓦斯事故 ， 大幅度提高了原煤产量 ， 现了安全生产。 实 关键词 ： 多煤层开采 ； 采煤 工作面 ； 瓦斯 涌出规律 中图分类号 ： Ｄ １ ．２ Ｔ ７２ ５ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ５ ２９ （０ ８ Ｏ ． ０ ２ ０ １０ ． ７ ８ ２０ ）１ ０ １ ． ３
２ 采煤工作 面瓦斯 涌出规律分析
将 工作 面分 成 若 干 个 单 元 ， 定 每 个 单 元 的瓦 测 斯 涌 出量 大小 和 进 出断 面 瓦斯 浓 度 ， 后 进 行 累加 然 合 成 分析 ， 出整 个 工 作 面 的不 同 瓦斯 涌 出源 的瓦 得 斯涌 出量 大小 和工作 面 的瓦斯 浓 度分 布 。采 面单 元 划分 和测 点 布置见 图 １ 图 ２ 、 。
大， 回采期 间 回风流 瓦斯浓 度 时常 处 于临 界状 态 ， 瓦 斯 平均 绝对 涌 出量 为 ２ ｍ ｎ 最大 绝对 涌 出量为 ８ｍ ／ ｉ ，
据进行 分析
０Ｉ
图 １ 单 元 划分
２ １ 根 据单 元法 原理 ， ． 对戊 。 ９ ９ 一１ １０工作 面 实测 数 戊 。 ９９ 一１ １０工 作 面 瓦斯 涌 出 量 比例 的 实 测 结
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅｒ ｓ ａｃ ｆ ｌ －ｏ ｅ ｎ ｎ ａ ｕ ｈ ｎ ｒ ｉ ｇ ｆｃ ， ｕ ｓｒ ｃ ： ｈ ｏ ｇ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｃ Ｍｂ ｄ ｍｉｉ ｇ ｇ ｓ ｇ ｓ ｉｇ ｗｏ ｋｎ ｅ ｗｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｅ ｒ ｌ ｆ ａ ｓ ｉｇ ａ ｄ ｄ ｓ ｉ ｕ ｍｕ ｉ ａ ｒ ｄ ｔ ｕ ｅｏ ｓ ｇ ｈ ｎ ｎ ｉｔ ｂ ． ｚ ｈ ｇ ｕ ｒ ｔ ｇ ｓ ｐ ｏ ｔ ｏ ｒ ｖ ｎｉ ｎ ａ ｄ ｃ ｒ ａ ｕ ， ｉ ｈ ｃ ｎｒ ｌｄ ｇ ｃ ｉ ｅ ｔ ｆ ｃ ｅ ｔ ｄ ｉ ｍｖ ｄ ｔ ｅ ｙ ｉ ｄ ｒ ａｉｅ ｌｙｐ ｏ ｉ ， ｕ ｐ ｒ ｓ ｍｅｐ ｅ ｅ ｔ ｕ ｅ ｍｅ ￣ｓ ｗｈ ｃ ｏ ｔ ｅ ａ ａ ｃ ｄ ｎ ｉ ｉ ｎｌ ａ ｎ ｏ ｎ ｓ ｏ ｓ ｅ ｙｎ ｍｐ ｅ ｅｌ ａ ｅ ｌ ｄ ｓ ｅ ｒ－ ｈ ｄｎ ｚ ｔ ｄ ｃ ｉｎ ｕｔ ． ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌｔ —ｃ ａｂ ｄ ｍ ｎ ｎ ｃ ａ ａ ｅ ｇ ｓ ｉｇ ｒ ｌ ｙ ｒ ｓ ｍｕ ｉ ｏ ｌ ｅ ｉ ｉｇ； ｏ ｌ ｃ ； ａ ｇ ｈ ｎ ｕ ｅ ｆ ｓ ｕ
论近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技术
82科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 工 业 技 术随着煤层开采深度、瓦斯压力和瓦斯含量的增加,煤与瓦斯突出煤层的数量也在增加,仅仅依靠传统的风排方式治理技术已经不能满足煤矿安全生产的需求。
防突工作坚持“区域防突措施在先、局部的预防措施第一”的原则,开采保护层是预防煤与瓦斯突出最有效的、最经济的区域防突措施。
国内学者和工程技术人员已进行了大量的研究,包括气体控制技术、保护层开采紧密的俯仰斜矿井瓦斯控制技术、不同煤层群保护层开采技术条件的采气控制技术、在保护覆层开采的煤层变形技术、远距离下保护层开采技术、极薄煤层保护层开采技术,这些保护层开采技术研究给区域防突技术提供了很好的依据。
笔者结合某煤矿近距离突出煤层群瓦斯治理问题,通过对瓦斯涌出规律的数值模拟研究的理论分析,制定了上保护层开采的瓦斯控制技术方案。
即:(1)上保护层区域防突技术;(2)回采期上保护层瓦斯控制技术;(3)保护层卸压瓦斯抽采技术。
1 试验区概况某矿井经鉴定为煤与瓦斯突出矿井。
首采个一采区,主采6、7号煤层都是突出煤层,经测量,6号煤层最大瓦斯压力为9300Pa,每吨瓦斯含量8.42m 3;7号煤层最大瓦斯压力1100Pa,每吨瓦斯含量9.73m 3。
6、7号煤层的普氏系数f分别是0.25和0.26,煤体层较为松软。
一采区6号煤层厚度在0.8m与2.68m之间,平均厚度1.2m;7号煤层厚度在1.06m 与5.85m之间,平均厚度3.0m。
经过实测分析,6、7号煤层赋存均不稳定,煤层间最近的距离为6.9m,彼此间的平均距离为23.47m。
相邻区域的石门揭穿7号煤层过程中,因为煤体层比较松软,瓦斯气体含量较高,所以在钻孔施工阶段,经常发生喷孔卡钻的现象,导致成孔率非常低、很大程度上限制了施工深度。
笔者依据保护层选择原则,并结合了一采区煤层与瓦斯的特征,在制定方案是优先消除了6号煤层突出的危险性,确保6号煤层开采工作的安全进行,接着再用6号煤层作为上保护层,确保7号煤层的区域防突方案的安全性。
近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化
研究方法：本次演示采用文献综述和实验研究相结合的方法，对近距离上保 护层开采工作面的瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化问题进行了深入研究。首先，通 过对国内外相关文献的梳理和评价，总结出现有研究成果和不足之处。其次，结 合实际生产情况，设计了近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出及瓦斯抽采参数 测量方案。最后，通过实验数据收集和分析，探讨各因素对瓦斯涌出及瓦斯抽采 参数的影响规律，并提出了相应的优化建议。
实验过程中，选取了某矿区的近距离上保护层开采工作面作为研究对象，对 采煤机割煤、矿压等多种因素在不同时间段内的瓦斯涌出量进行了测量。同时， 对瓦斯抽采过程中的负压、流量等参数进行了实时监控。采用Excel 2010和SPSS 22.0软件对实验数据进行整理和分析，并绘制了相应的图表。
结果与讨论：实验结果表明，近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出量较大， 最大值达到了15.6 mL/min。同时，瓦斯抽采参数存在一定的波动，其中负压和 流量的波动范围分别为15 kPa～35 kPa和0.3 m3/min～1.2 m3/min。通过对实 验数据的深入分析，发现采煤机割煤和矿压是影响瓦斯涌出的主要因素。在采煤 机割煤过程中，由于煤层受到扰动，导致瓦斯涌出量迅速增加。而矿压作用下煤 岩体的变形和破坏也促进了瓦斯释放。
文献综述：已有研究表明，近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出量较大， 主要原因在于该类工作面的煤层赋存条件较为复杂，且受到采煤机割煤、矿压等 多种因素的影响。此外，目前的瓦斯抽采技术尚不完善，无法有效地降低工作面 的瓦斯涌出量。因此，针对近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数 优化问题进行研究具有重要的理论价值和实践意义。
多煤层近距离高瓦斯的开采研究
多煤层近距离高瓦斯的开采研究发表时间：2019-04-24T16:33:21.673Z 来源：《基层建设》2019年第2期作者：齐电水[导读] 摘要：基于某煤矿多煤层群的赋存条件，探讨了8#煤层作为11#煤层上保护层开采的必要性，分析了关键上保护层8#煤层开采期间瓦斯涌出状况、特点及影响因素，研究了近距离煤层上保护层煤与瓦斯共采技术，即：底板穿层预抽下邻近层采动卸压瓦斯、顶板钻孔抽采上覆煤层裂隙瓦斯、采空区埋管抽采采空区瓦斯。
山东省山东能源枣矿集团公司山东枣庄 277100摘要：基于某煤矿多煤层群的赋存条件，探讨了8#煤层作为11#煤层上保护层开采的必要性，分析了关键上保护层8#煤层开采期间瓦斯涌出状况、特点及影响因素，研究了近距离煤层上保护层煤与瓦斯共采技术，即：底板穿层预抽下邻近层采动卸压瓦斯、顶板钻孔抽采上覆煤层裂隙瓦斯、采空区埋管抽采采空区瓦斯。
现场应用结果表明，通过在X40806工作面的运输巷、回风巷对邻近层打钻预抽，有效治理了X40806工作面的瓦斯，保证了工作面正常生产，实现了煤与瓦斯共采。
关键词：近距离煤层群；上保护层；煤与瓦斯共采；底板穿层钻孔；顶板高位钻孔1前言保护层开采是突出煤层区域防突最有效、最经济的措施，也是实现煤与瓦斯突出煤矿安全生产的根本保证。
长期以来，国内外学者对保护层开采技术进行了大量的研究，但是多煤层群保护层开采仍存在诸多难点，其中，最为突出的难题之一就是保护层开采后，大量被保护煤层（一层或几层煤）中瓦斯将通过层间裂缝涌至保护层的开采空间，给保护层回采工作面带来巨大的瓦斯防治压力，容易造成保护层工作面瓦斯超限。
可见，近距离保护层开采保护效果虽好，但是保护层开采期间瓦斯治理比较困难，容易发生瓦斯事故。
因此，在开采近距离保护层时，必须研究保护层煤与瓦斯共采技术。
某煤矿为解决11#煤层的突出危险问题，首先开采8#煤层作为关键上保护层，但是在回采8#煤层期间，工作面瓦斯涌出来源除本煤层外，还来自上下邻近层瓦斯，由于邻近层瓦斯大量进入采面，造成回采期间瓦斯涌出量增大，针对这种情况，结合某煤矿实际条件，分别采取了底板穿层预抽下邻近层采动卸压瓦斯、顶板钻孔抽采上覆煤层裂隙瓦斯、采空区埋管抽采采空区瓦斯等抽采方式，有效地解决了近距离煤层上保护层开采期间的瓦斯超限问题。
近距离煤层群保护层开采瓦斯治理技术
近距离煤层群保护层开采瓦斯治理技术
祖自银
【期刊名称】《煤炭工程》
【年(卷),期】2009(000)008
【摘要】山脚树煤矿开采煤层属近距离煤层群,按煤层的上下顺序逐层开采,上部煤层开采后,使相邻下部煤层的瓦斯得到部分释放,尽管各煤层的瓦斯含量差异较大,但作为保护层开采结束后,其他煤层在实际生产中瓦斯涌出量的差异变小,而保护层开采是瓦斯治理工作的重点和难点.论文分析了山脚树煤矿21106回采工作面瓦斯来源,提出了相应的瓦斯治理措施,取得了较好的效果,保障了矿井的安全高效生产.【总页数】2页(P56-57)
【作者】祖自银
【作者单位】中国矿业大学,研究生院,江苏,徐州,221008;盘江煤电有限公司,山脚树煤矿,贵州,盘县,553533
【正文语种】中文
【中图分类】TD712+.54
【相关文献】
1.近距离煤层群保护层开采顶板走向高位钻孔瓦斯治理技术研究 [J], 程志恒;许向前;尤舜武;刘晓刚
2.论述近距离煤层群保护层开采瓦斯治理技术 [J], 彭从庆
3.盘江矿区近距离煤层群保护层开采卸压范围研究 [J], 李复忠;官瑞冲
4.近距离煤层群保护层开采底板卸压
瓦斯抽采技术研究 [J], 李海涛;闫大鹤;浦仕江;程志恒;李志亮;白爱卿
5.近距离煤层群上保护层开采被保护层瓦斯涌出规律考察与抽采实践 [J], 陈志平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
近距离煤层群采动卸压规律及瓦斯抽采技术
近距离煤层群采动卸压规律及瓦斯抽采技术张西斌，张勇，刘传安，李春元，王祖发（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）摘要：近距离高瓦斯煤层群开采时，受采动卸压作用工作面上部煤层瓦斯及底板下部煤层瓦斯均会对工作面造成影响导致瓦斯超限，需同时治理。
针对杏花煤矿28#煤层右二工作面近距离高瓦斯煤层群开采时瓦斯涌出量大的问题，通过理论计算及数值模拟分析了顶底板煤岩破坏卸压规律为抽采工程设计提供了依据，结合工程经验采用了高位钻场、低位钻场及高抽巷相结合的立体化抽采措施控制本煤层及邻近层瓦斯，并取得了良好的应用效果。
关键词：近距离煤层群；采动卸压；瓦斯；抽采技术中图分类号：TD712+．6文献标志码：B 文章编号：1003－496X （2011）12－0022－04基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB201200）；国家自然科学基金资助项目（50834005）近距离高瓦斯煤层群开采时，工作面上部煤层将遭到破坏并垮落到采空区中，煤块与空气接触面积增大，煤体瓦斯得到解吸将沿岩块裂隙、缝隙运移扩散，由于瓦斯密度小于空气，将在工作面的上隅角聚集，导致上隅角瓦斯超限；而受工作面采动应力影响底板煤岩体将产生裂隙，下部煤层瓦斯沿底板裂隙运移到上部工作面，使工作面瓦斯超限。
因此，近距离高煤层群开采时需同时治理本煤层及上部、下部煤层瓦斯。
针对工作面顶板采动裂隙发育规律国内学者提出了“上三带”、采动裂隙的“O ”型圈分布特征［1］、“顶板环形裂隙圈”等理论。
为研究采空区瓦斯运移、富集规律及抽采设计提供了重要依据。
对煤层底板采动影响范围的研究多针对底板突水研究，得出了很多理论计算及经验公式［2］。
但对于具体地质条件的顶底板采动卸压范围仍需要模拟、观测验证。
通过理论计算及数值模拟相结合的方法确定了杏花煤矿西二采区28#煤层右二工作面顶底板采动卸压范围，为瓦斯抽采设计提供了依据，并结合工程经验进行了抽采设计，取了良好的应用效果。
保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究
第23卷第1期2006年3月采矿与安全工程学报Journal of Mining &Safety EngineeringVol.23No.1Mar.2006收稿日期:20060206基金项目:国家自然科学基金重点项目(50134040);国家“十五”重点科技攻关项目(2001BA803B0412)作者简介:程远平(19622),男,吉林省集安市人,教授,博士生导师,工学博士,从事火灾防护理论及矿业安全工程方面研究.E 2m ail :ypc620924@ T el :0516283995759 文章编号:167323363(2006)0120012207保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究程远平1,周德永2,俞启香1,周红星1,王海锋1(1.中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,江苏徐州 221008;2.淮南矿业(集团)有限责任公司,安徽淮南 232001)摘要:随着我国煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出矿井和突出煤层的数量不断增加,利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采,使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采.系统介绍了基于分源原理的回采工作面瓦斯涌出预测方法,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术的发展和工程应用.结合淮南潘一矿下保护层和谢一矿上保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实例,将保护层工作面瓦斯涌出量预测结果与保护层工作面瓦斯涌出量实测结果进行了对比分析.研究结果表明,由于保护层开采的卸压作用,使被保护层卸压瓦斯抽采率远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率,导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量.关键词:保护层开采;瓦斯抽采;瓦斯涌出规律;煤与瓦斯突出;煤与瓦斯安全高效共采中图分类号:TD 712 文献标识码:AResearch on Extraction and Emission Laws of Gas forPressure 2Relief in Protecting Coal SeamsC H EN G 2ping 1,ZHOU De 2yong 2,YU Qi 2xiang 1,ZHOU Hong 2xing 1,WAN G Hai 2feng 1(1.National Engineering and Research Center of Coal G as Control ,China University of Mining &Technology ,Xuzhou ,Jiangsu 221008,China ; 2.Huainan Mining (Group )Co.Ltd.,Huainan ,Anhui 232001,China )Abstract :Wit h t he increase of exploiting dept h of coal mines in China ,t he number of coal mines and coal seams wit h out burst hazard keep s increasing.U sing pressure 2relief effect s of t he p rotected seams to ext ract forcibly p ressure 2relief gas ,coal seams wit h high met hane and out burst hazard can be safely changed to t he ones wit h low met hane and no out burst hazard.As a result ,t he safe and high efficient exploitation of gas and coal can be realized.The system 2ic predicting met hod of met hane emission in working face is int roduced based on t he principle of telling apart it ’s sources.The develop ment and engineering application of t he technology for exploiting t he p rotecting seams and t he technology for forcibly extracting t he pressure 2relief gas are also int roduced.According to t he p ractical data in Panji No.1mine and Xieji No.1mine of Huainan city ,t he comparison of t he p redicting result s of gas emission wit h t he practical o nes in p rotecting working faces indicate t he ext racting rate of pressure 2relief met hane is much grea 2ter t han t he nat ural emission rate in protected coal seams because of t he pressure 2relief effect of protecting seams.This leads to t hat t he predicted amount of met hane emission is less t han t he practical one in p rotected seams.K ey w ords :protecting seams exploitation ;met hane ext raction ;emission laws of met hane ;coal and met hane out burst ;safe and highly efficient exploitation of gas and coal 第1期程远平等:保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究 长期理论研究和突出危险煤层的开采实践证明,开采保护层和预抽煤层瓦斯是有效地防治煤与瓦斯突出的区域性措施,该方法可以避免长期与突出危险煤层处于短兵相接的状态,提高了防治煤与瓦斯突出措施的安全性和可靠性.我国《煤矿安全规程》规定:“对于有突出危险煤层,应采取开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防治突出措施”;“在突出矿井开采煤层群时,应优先选择开采保护层防治突出措施”;“开采保护层时,应同时抽放被保护层瓦斯”[1].2005年1月,国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局下发了《国有煤矿瓦斯治理规定》,其中明确规定:“突出矿井必须首先开采保护层,不具备开采保护层条件的,必须对突出煤层进行预抽,并确保预抽时间和效果”[2].2005年3月,国家发展与改革委员会、国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局下发了《煤矿瓦斯治理经验五十条》,其中规定:“强制性开采保护层,做到可保尽保,并抽采瓦斯,降低瓦斯压力”[3].由此可见,在现有技术条件下,开采保护层结合卸压瓦斯强化抽采对有效地防治煤与瓦斯突出,保障突出危险煤层的安全高效开采具有重要的现实意义.大量抽采的高体积分数瓦斯的利用减少了大量温室气体的排放,这不但促进了高效洁净能源的利用,而且保护了人类的生存环境.自1933年法国最先采用开采保护层预防煤与瓦斯突出措施以来,已经在有煤与瓦斯突出的国家普遍得到应用,如中国、前苏联、波兰、德国等.我国自1958年以来,先后在北票、南桐、天府、中梁山、松藻等局矿进行了保护层开采防治煤与瓦斯突出试验研究,取得了显著的效果.以后又在红卫、立新、六枝等局矿进行了推广应用.在上述煤与瓦斯突出严重的矿区推广保护层开采技术,使煤与瓦斯突出事故发生的次数大幅度下降[4].1998年以来,中国矿业大学与淮南矿业集团合作开展了远程下保护层开采(B11煤层,平均厚度1.9m,与被保护层C13煤层的层间距70m,层间距和保护层采高之比即相对层间距为35)及被保护层底板巷道网格式上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采试验研究,发展了保护层开采这一防突技术措施,扩大了保护层开采的技术适用范围,通过保护层开采结合被保护层卸压瓦斯强化抽采工作,不仅可以消除被保护层的煤与瓦斯突出危险性,而且可以变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯突出危险煤层的安全高效开采[526].自1990年以来,我国广泛地开展了矿井瓦斯涌出规律和矿井瓦斯预测方法的系统研究工作,建立了以回采工作面瓦斯分源预测方法为基础的矿井瓦斯涌出量预测方法,其中以“淮南预测方法”和“阳泉预测方法”比较系统完善.回采工作面瓦斯分源预测方法是回采工作面瓦斯综合治理的基础,但在上述方法中没有考虑到保护层开采及被保护层卸压瓦斯强化抽采的影响.保护层及被保护层瓦斯涌出规律及瓦斯涌出量分源预测对合理有效地实施瓦斯抽采技术方案及确定合理的通风方式和通风参数具有十分重要的意义.1 回采工作面瓦斯涌出量预测方法回采工作面瓦斯涌出来源于煤壁、采落煤炭和采空区,前两者属本煤层瓦斯涌出,后者主要来自于邻近煤层和围岩,属邻近层瓦斯涌出.本煤层(煤壁和采落煤炭)瓦斯涌出强度与煤的暴露时间呈负指数关系,即在暴露初始期间瓦斯涌出强度最大,以后随暴露时间的延长呈负指数关系衰减,所以落煤、放煤工艺是本煤层瓦斯涌出治理的重要时刻.邻近层的瓦斯涌出主要取决于邻近层的赋存状态、瓦斯含量、层间岩性、本煤层的开采工艺,以及本煤层和邻近层之间的相对位置关系等[728].回采工作面的相对瓦斯涌出量q分为本煤层相对瓦斯涌出量q b和邻近层相对瓦斯涌出量q L,则:q=q b+q L,(1)q b=kMm(X0-X c),q L=∑ni=1M imηi(X0i-X c i),k=k1・k2・k3,k2=1/c,k3=(L-2b)/L,式中:k为本煤层瓦斯涌出影响系数;k1为围岩瓦斯涌出系数,全部冒落法k1=1.2;k2为工作面丢煤瓦斯涌出系数;c为工作面回采率,%;k3为掘进巷道预排瓦斯影响系数;L为工作面的长度,m;b 为巷道瓦斯预排宽度,m;m,M分别为采高及煤层厚度,m;X0为煤层原始瓦斯含量,m3/t;X c为煤层残存瓦斯含量,m3/t;M i为第i邻近层的厚度, m;X0i为第i邻近层的原始瓦斯含量,m3/t;X c i为第i邻近层的残存瓦斯含量,m3/t;ηi为第i邻近层的瓦斯排放率,%.利用式(1)进行回采工作面瓦斯涌出量预测时,煤层残存瓦斯含量是指采落煤炭运至地表的残存瓦31采矿与安全工程学报第23卷 斯含量,煤层残存瓦斯含量主要取决于煤的挥发分含量,表1给出了不同挥发分条件下煤层的残存瓦斯含量.在厚煤层分层开采时,不同分层的瓦斯涌出量相差很大,首采分层的瓦斯涌出量最大,后采的分层瓦斯涌出量相对较小,在本煤层瓦斯涌出量预测时应考虑分层开采时瓦斯涌出比例系数(见表2),同时将煤层厚度与采高之比(M/m )取1.表1 煤层残存瓦斯含量与挥发分之间的关系T able 1 R elations betw een remnant gas contentof coal seams and volatile煤的挥发分含量/%6～88～1212～1818～2626～3535～4242～50煤层残存瓦斯含量/(m 3・t -1)9～66～44～33～2222表2 分层开采瓦斯涌出比例系数T able 2 R atio coeff icient of gas emission of exploitation by layers分层开采数目2第1分层第2分层3第1分层第2分层第3分层≥4第1分层分层瓦斯涌出比例系数1.5±0.50.5±0.051.8±0.10.7±0.10.5±0.12.2±0.5 图1给出了淮南矿业集团煤层赋存条件下邻近层瓦斯排放率曲线.由图1可知,在淮南矿业集团煤层赋存条件下,上邻近层瓦斯排放范围高达125m ,下邻近层瓦斯排放范围可达35m ,邻近层瓦斯排放率不但取决于层间距H ,而且还与邻近层的瓦斯压力p 有关,邻近层瓦斯压力越大,瓦斯排放率越高.图1 淮南矿区邻近层瓦斯排放率曲线Fig.1 Curves of gas emission rates of neighborhood coal seams in Huainan diggings图2给出了阳泉煤业集团煤层赋存条件下邻近层瓦斯排放率曲线[9].由图2可知,在阳泉煤业集团煤层赋存条件下,上邻近层瓦斯排放范围高达120m ,下邻近层瓦斯排放范围可达50m.由图2经回归分析的到上、下邻近层瓦斯排放率ηi 与层间距H 的关系为ηi (上)=257.01-53.48ln H ,ηi (下)=157.62-40.19ln H .(2)图2 阳泉矿区邻近层瓦斯排放率曲线Fig.2 Curves of gas emission rates of neighborhood coal seams in Yangquan diggings2 保护层开采及卸压瓦斯强化抽采方法我国《煤矿安全规程》规定:“应优先选择无突出危险煤层作为保护层.矿井中所有煤层都有突出危险时,应选择突出危险程度较小的煤层作保护层;应优先选择上保护层;选择下保护层开采时,不得破坏被保护层的开采条件”[1].由此可见,保护层应是煤层群条件下的首采煤层,而被保护层则是煤层群条件下的卸压煤层.保护层开采及卸压瓦斯强化抽采原理如下:保护层(首采煤层)开采之后,其顶板岩(煤)层将产生破断、移动、卸压变形,其底板岩(煤)层将产生底鼓和卸压变形,并在卸压岩(煤)层中产生裂隙,使透气性增加,从而形成了被保护层卸压瓦斯的“解吸2扩散2渗流”流动条件.此时,采用被保护层卸压瓦斯强化抽采方法可将卸压瓦斯有效地抽采出来,其结果:a.显著地减少了被保护层卸压瓦斯向保护层工作面的流动,保证了保护层工作面的安全高效开采;b.有效地降低了突出危险煤层的地应力和瓦斯压力,提高了煤体强度,消除煤与瓦斯突出危险性;c.使被保护层由高瓦斯突出危险煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,可实41 第1期程远平等:保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究现被保护层工作面的安全高效开采.根据保护层与被保护层的相对位置关系,保护层分为上保护层和下保护层.为了描述下保护层开采后被保护层的卸压程度,文献[5]中引进了相对层间距的概念,即保护层与被保护层之间的平均距离与保护层平均采高之比.根据相对层间距的大小,将下保护层工作面后部采空区的瓦斯涌出分为近程瓦斯涌出、中程瓦斯涌出和远程瓦斯涌出.近程瓦斯涌出主要来自于首采煤层的未开采分层、采空区遗煤、处在垮落带的煤层、底鼓变形较大区域内的底部煤层和部分断裂带内煤层的瓦斯;中程瓦斯涌出主要来自于断裂带和部分弯曲带内煤层的瓦斯;远程瓦斯主要来自于弯曲带内煤层的瓦斯.近程、中程及远程瓦斯其“解吸2扩散2渗流”的条件不同,瓦斯汇集及运移条件不同,对应的瓦斯抽采方法也不相同,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采方法如表3所示.对于瓦斯涌出量较大的保护层工作面,根据瓦斯涌出来源的不同,需要采取多种瓦斯抽放方法的组合,才能保证保护层工作面的安全高效开采.如淮南矿业集团谢一矿5121B9b工作面,保护层B9b煤层处在煤层群中间,在保护层开采的卸压区域中,上部有B9c,B10和B11煤层,下部有B9a,B8,B7和B6煤层.该保护层工作面回采过程中,绝对瓦斯涌出量达40m3/min,相对瓦斯涌出量达45m3/t,既采用了上部卸压区域的近程及远程瓦斯抽采方法,也采用了下部卸压区域的瓦斯抽采方法.表3 保护层开采及卸压瓦斯强化抽采方法汇总T able3 Summ ary of pressure2relief gas extraction methods and exploitation of protecting seams瓦斯抽采区域瓦斯抽采方法描述方法分类瓦斯来源 具体方法 应用矿区 应用效果上部卸压区域近程抽采中程抽采远程抽采1)首采煤层的未开采分层2)采空区遗煤3)处在垮落带的煤层4)底板变形较大区域内煤层5)断裂带内煤层6)少部分来自弯曲带内煤层1)断裂带内煤层2)部分来自弯曲带内煤层弯曲带内煤层顶板走向穿层钻孔淮南、淮北、铁法、沈阳等好顶板走向顺层长钻孔淮南、阳泉等较好顶板走向高抽巷淮南较好采空区埋管抚顺、淮南、淮北、平顶山等较好采空区尾抽淮南、阳泉等顶板走向高抽巷法阳泉、盘江、淮南等好顶板倾斜高抽巷法阳泉好顶板倾向穿层钻孔法阳泉较好地面钻井法阳泉、淮北、淮南、铁法等部分较好底板巷道网格式上向穿层钻孔法淮南、阳泉好地面钻井法阳泉、淮北、淮南、铁法等部分较好下部卸压区域下部卸压区域内煤层底板巷道网格式上向穿层钻孔法顶板巷道网格式上向穿层钻孔法淮南、天府、沈阳等淮南、天府等好较好3 保护层开采及卸压瓦斯强化抽采对工作面瓦斯涌出影响的实例分析3.1 潘一矿2352(1)下保护层工作面开采2352(1)下保护层工作面位于淮南矿业集团潘一矿东一采区和东二采区(两个采区联合开采),开采无煤与瓦斯突出危险B11煤层,工作面走向长1640m,倾斜长190m,位于-600～-650m等高线之间,煤层厚度1.5～2.4m,平均2.0m,倾角6°～13°,平均9°.B11煤层瓦斯含量为4～7.5 m3/t,保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,采用综合机械化采煤.被保护层为C13煤层,位于B11煤层上部70m处,相对层间距35.被保护C13煤层工作面为2121(3)和2322(3)工作面,工作面走向长1680m(两个面合计),倾斜长160 m,位于-530～-580m等高线之间,煤层厚度5.57～6.25m,平均6.0m,倾角6°～13°,平均9°.实测该区域C13煤层瓦斯压力为4.4M Pa,煤层瓦斯含量13.0m3/t,煤层原始透气性系数为0.011m2/(M Pa2・d).被保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,经卸压和远程瓦斯抽采全面消除煤与瓦斯突出危险性并有效地降低煤层瓦斯含量后采用综合机械化放顶煤采煤方法.为了有针对性地制定保护层及被保护层瓦斯综合治理技术方案,运用式(1)对保护层开采过程中的相对瓦斯涌出量进行了预测分析,2352(1)工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测结果如表4所示.由表4可知,保护层工作面相对瓦斯涌出量为18.7m3/t,其中本煤层相对瓦斯涌出量为5.0m3/t,占总涌出量的27%;邻近层相对瓦斯涌出量为13.7m3/t,占总涌出量的73%.保护层工作面在不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测结果如表5所示,当工作面平均产量为1700t/d时,工作面绝对瓦斯涌出量达22.1m3/min.为了保证保51采矿与安全工程学报第23卷 护层工作面的安全高效开采,并实现被保护层工作面由高瓦斯突出危险工作面变为低瓦斯无突出危险工作面的目的,在保护层工作面开采过程中采用了顶板走向穿层钻孔近程瓦斯抽采方法,同时由被保护层底板岩巷向被保护层施工网格式上向穿层钻孔,用于抽放被保护层远程卸压瓦斯.2352(1)下保护层工作面回采期间配风量为1100～1300m3/min,风排瓦斯量6～14m3/min,平均为10m3/min;近程瓦斯抽放量为0.9～12.8 m3/min,平均为5.0m3/min;远程瓦斯抽放量为8.2～25.2m3/min,平均16.0m3/min;绝对瓦斯量17.1～39.5m3/min,平均31.0m3/min.工作面产量1400～2000t/d,平均1700t/d;平均相对瓦斯涌出量26.3m3/t;回风流中的瓦斯体积分数0.5%～1.1%,平均0.8%～0.9%.被保护层2121(3)工作面卸压瓦斯抽采率达60%以上,工作面回采期间风排瓦斯量4.56～12.47m3/min,平均9.0m3/min;顶板走向钻孔瓦斯抽放量6.0～13.1m3/min,平均9.0m3/min;绝对瓦斯涌出量13.1～24.7m3/min,平均18.0m3/min;工作面产量3772～6335t/d,平均5100t/d;相对瓦斯涌出量3.7～7.6m3/t,平均5.0m3/t;工作面配风量1700m3/min,回风流瓦斯体积分数0.3%～0.7%,平均0.5%.将2352(1)下保护层工作面实际平均绝对瓦斯涌出量和平均相对瓦斯涌出量与预测结果对比可知,实际结果远大于预测结果,绝对瓦斯涌出量相差8.9m3/min,相对瓦斯涌出量相差7.6m3/t.出现瓦斯涌出量实际结果与预测结果差异较大的原因主要是对被保护层实施了底板巷道网格式上向穿层钻孔远程卸压瓦斯抽采方法,如果不采取远程卸压瓦斯抽采方法,被保护层可解吸瓦斯含量最多只能有30%通过层间采动裂隙进入保护层工作面,而采用远程卸压瓦斯抽采方法后,被保护层瓦斯抽采率达到60%,相当于被保护层可解吸瓦斯含量的75%.实际上,正是由于远程卸压瓦斯的抽采作用,减少被保护层向保护层工作面的瓦斯涌出量,同时大幅度地降低了被保护层的瓦斯含量.表4 2352(1)下保护层工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测T able4 Prediction results of relative gas emission in the influencing regions of the2352(1)low er protecting w orking face煤层煤层厚度/m层间距/m相对层间距原始瓦斯含量/(m3・t-1)X0-X c/(m3・t-1)瓦斯排放率/%相对瓦斯涌出量/(m3・t-1)C13220.97738.513.010.428 1.3C13 6.0703513.010.4309.4C120.8663313.010.432 1.3B11220.421 5.5 4.4900.8B11200 5.5 4.4100 5.0B11220.50.8 5.5 4.4800.9合计18.7 注:本煤层瓦斯涌出量预测时,本煤层瓦斯涌出影响系数的分量取值为k1=1.2,k2=1.05,k3=0.9.表5 2352(1)下保护层工作面不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测T able5 Prediction results of absolute gas emission under different output in the2352(1)low er protecting w orking face 工作面产量/(t・d-1)10001500170020002500绝对瓦斯涌出量/(m3・min-1)13.019.522.126.032.53.2 谢一矿51115C15上保护层工作面开采51115C15上保护层工作面位于淮南矿业集团谢一矿51采区,开采无煤与瓦斯突出危险C15煤层,工作面走向长650m,倾斜长180m,位于-635～-702m等高线之间,煤层厚度1.0～1.5 m,平均1.1m,倾角19°～22°,平均21°.C15煤层瓦斯含量15.6m3/t,保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,采用机械化采煤.被保护C13煤层工作面为51115C13工作面,工作面走向长650m,倾斜长198m,位于-666.6～-718m等高线之间,煤层厚度5.8～8.7m,平均6.5m,倾角平均21°.该区域C13煤层瓦斯压力为4.5 M Pa,煤层瓦斯含量16.2m3/t.被保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,经卸压和远程瓦斯抽采全面消除煤与瓦斯突出危险性并有效地降低煤层瓦斯含量后拟采用综合机械化放顶煤采煤方法.为了有针对性地制定保护层及被保护层瓦斯综合治理技术方案,运用式(1)对保护层开采过程中的相对瓦斯涌出量进行了预测分析,51115C15工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测结果如表6所示.由表6可知,保护层工作面相对瓦斯涌出量为52.8m3/t,其中本煤层相对瓦斯涌出量为14.8m3/t,占总涌出量的30%,邻近层相对瓦斯涌出量为38.0m3/t,占总涌出量的70%.保护层工作面在不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测61 第1期程远平等:保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究结果如表7所示,当工作面平均产量为900t/d 时,工作面绝对瓦斯涌出量达33.0m3/min.为了保证保护层工作面的安全高效开采,并实现被保护层工作面由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层的目的,在保护层工作面开采过程中采用了顶板走向高抽巷、采空区尾抽瓦斯抽采方法和尾巷排放及回风排瓦斯综合治理方案,同时由被保护层底板岩巷向被保护层施工网格式上向穿层钻孔,用于抽放被保护层卸压瓦斯.表6 5111C15上保护层工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测T able6 Prediction results of relative gas emission in the influencing regions of the51115C15upper protecting w orking face煤层煤层厚度/m层间距/m原始瓦斯含量/(m3・t-1)X0-X c/(m3・t-1)瓦斯排放率/%相对瓦斯涌出量/(m3・t-1)C15 1.1015.612.510014.8C140.6215.612.580 5.4C13 6.51916.213.04030.6C120.532716.213.030 1.9合计52.7 注:本煤层瓦斯涌出量预测时,本煤层瓦斯涌出影响系数的分量取值为k1=1.2,k2=1.1,k3=0.9.表7 5111C15上保护层工作面不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测T able7 Prediction results of absolute gas emission under different output in the51115C15upper protecting w orking face产量/(t・d-1)瓦斯涌出量/(m3・min-1)本煤层瓦斯涌出涌出量/(m3・min-1)比例/%邻近层瓦斯涌出涌出量/(m3・min-1)比例/%70025.77.73018.070 80029.38.83020.570 90033.09.93023.170 100036.711.03025.770 51115C15上保护层工作面回采期间总进风量为700～1434m3/min,其中工作面回风量为200～932m3/min,平均600m3/min;工作面尾排风量240～1120m3/min,平均570m3/min;工作面绝对瓦斯涌出量50m3/min,其中平均瓦斯抽采量40 m3/min(包括采空区尾抽平均瓦斯抽采量10.5 m3/min、顶板走向高抽巷平均瓦斯抽采量12.0 m3/min、底板岩巷网格式上向穿层钻孔平均瓦斯抽采量17.5m3/min),平均风排瓦斯量10.0 m3/min(包括尾巷平均排放瓦斯量5.5m3/min、回风平均排放瓦斯量4.5m3/min).C15煤层平均瓦斯涌出量8.2m3/min,占工作面绝对瓦斯涌出量的16.4%,C13煤层及其邻近层瓦斯涌出量41.8m3/min,占工作面绝对瓦斯涌出量的83. 6%.保护层工作面平均产量900t/d,平均相对瓦斯涌出量为78.0m3/t.经瓦斯涌出平衡计算分析,在被保护层C13煤层的有效卸压范围内瓦斯抽采量为11.2m3/t,瓦斯抽采率达68%.将51115C15上保护层工作面实际平均绝对瓦斯涌出量和平均相对瓦斯涌出量与预测结果对比可知,实际结果远大于预测结果,绝对瓦斯涌出量相差17.0m3/min,相对瓦斯涌出量相差25.2 m3/t.出现瓦斯涌出量实际结果与预测结果差异较大的原因主要是对被保护层实施了底板巷道网格式上向穿层钻孔远程卸压瓦斯抽采方法,如果不采取远程卸压瓦斯抽采方法,被保护层可解吸瓦斯含量最多只能有40%通过层间采动裂隙进入保护层工作面,而采用远程卸压瓦斯抽采方法后,被保护层瓦斯抽采率达到68%,相当于被保护层可解吸瓦斯含量的86%.实际上,正是由于被保护层卸压瓦斯的抽采作用,减少被保护层向保护层工作面的瓦斯涌出量,同时大幅度地降低了被保护层的瓦斯含量.4 结 论传统的保护层开采技术的核心是被保护层的卸压作用和卸压瓦斯通过开采形成层间裂隙的自然排放,目的是为了消除被保护层的煤与瓦斯突出危险性.随着保护层开采技术的发展,其技术核心已经转化为被保护层的卸压作用和卸压瓦斯的强化抽采,目的是使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采.现有回采工作面瓦斯涌出量分源预测方法,将工作面瓦斯涌出分为本煤层和邻近层两部分,在邻近层瓦斯涌出量预测时采用邻近层瓦斯自然排放模型.在无邻近煤层(被保护层)卸压瓦斯强化抽采条件下,上述分源预测方法获得结果经现场实践验证,预测准确率达80%以上.而保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实践证明,由于对被保护层采取了卸71采矿与安全工程学报第23卷 压瓦斯强化抽采技术,使被保护层工作面瓦斯抽采率(潘一矿2352(1)下保护层工作面为60%,谢一矿51115C15上保护层工作面为68%)远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率(潘一矿2352(1)下保护层工作面为30%,谢一矿51115C15上保护层工作面为40%),导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量.建议在保护层开采及卸压瓦斯强化抽采条件下进行保护层工作面瓦斯涌出量预测时,应预先确定被保护层卸压瓦斯强化抽采方法,根据保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实践确定被保护层瓦斯抽采率,用瓦斯抽采率替代被保护层卸压瓦斯的自然排放率.参考文献:[1] 国家安全生产监督管理局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2004. [2] 国家安全生产监督管理局,国家煤矿安全监察局.国有煤矿瓦斯治理规定(第21号令)[S].2005.[3] 国家煤矿安全监察局.瓦斯治理经验五十条[M].北京:煤炭工业出版社,2005.[4] 于不凡.开采解放层的认识与实践[M].北京:煤炭工业出版社,1986.[5] 程远平,俞启香.煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系及应用[J].中国矿业大学学报,2003,32(5):4712475.CH EN G Yuan2ping,YU Qi2xiang.Application ofsafe and high2efficient exploitation system of coal andgas in coal seams[J].Journal of China University ofMining&Technology,2003,32(5):4712475.[6] 程远平,俞启香.煤与远程卸压瓦斯安全高效共采试验研究[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):1322 136.CH EN G Yuan2ping,YU Qi2xiang.Experimental re2 search of safe and high2efficient exploitation of coaland pressure relief gas in long distance[J].Journal ofChina University of Mining&Technology,2004,33(2):1322136.[7] 瓦斯通风防灭火安全研究所.矿井瓦斯涌出量预测方法的发展与贡献[J].煤矿安全,2003,34(增刊):10213.[8] 俞启香,王 凯,杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2003,29(1):9214.YU Qi2xiang,WAN G Kai,YAN G Sheng2qiang.Study on pattern and control of gas emission at coal face in China[J].Journal of China University of Min2 ing&Technology,2003,29(1):9214.[9] 包剑影,苏 燧.阳泉煤矿瓦斯治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,1996.中国矿业大学获准组建“煤矿瓦斯治理国家工程研究中心” 国家发展和改革委员会日前以发改高技[2005]2259号文批准由中国矿业大学和淮南矿业(集团)有限责任公司联合组建煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,并分别在徐州和淮南建立研发基地和产业化基地,这标志着中国矿业大学国家工程研究中心实现零的突破.煤炭是我国一次能源的主体,煤炭行业又是高危行业.我国高瓦斯和瓦斯突出矿井占一半左右,煤矿瓦斯防治是煤矿安全工作的重中之重.在煤炭安全领域建设国家工程研究中心,对煤矿瓦斯灾害治理和利用技术进行科研攻关和工程化、系统化研究,形成具有自主知识产权的矿井瓦斯灾害监测监控技术体系,提高煤矿生产安全保障能力,实现煤炭工业健康可持续发展,具有十分重要的意义.中国矿业大学和淮南矿业(集团)有限责任公司共同组建煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,充分体现了产学研结合、优势互补的原则.该中心主要围绕瓦斯重(特)大灾害的控制与防治,建设瓦斯地质保障技术、煤与瓦斯共采及利用技术、瓦斯灾害预警技术、煤矿安全监测监控技术、煤矿救援技术等方面的研究开发设施,对控制瓦斯灾害的重大科研成果进行完整的工程化和集成化研究开发,消化、吸收和集成创新引进的先进技术,为煤矿瓦斯灾害防治提供成套成熟的先进工艺、技术和装备;同时推动国际合作与交流,培养高水平的煤矿安全工程技术与管理人才,为煤炭行业安全生产提供技术支持和服务.81。
近距离保护层开采瓦斯涌出规律预测及治理措施探讨
近距离保护层开采瓦斯涌出规律预测及治理措施探讨
佚名
【期刊名称】《魅力中国》
【年(卷),期】2013(000)013
【摘要】瓦斯事故是矿井五大灾害之一，为了保证近距离保护层工作面开采过程
安全进行，本文以某矿为例分析了瓦斯涌出规律，研究结果表明，首采层煤层、上邻近煤层和下邻近煤层的瓦斯涌出量分别占16.1％、52.4％、31.5％。
据此，提
出煤层采用采空区埋管与通风稀释相结合以及顺层钻孔抽放，上邻近面内高浓度瓦斯抽采采用高抽巷抽采方法，下邻近层及抽采层则采用底板穿层钻孔抽放卸压瓦斯。
采用保护层卸压开采的方法，不仅消除了保护层瓦斯突出的危险性，也降低了卸压煤层的高含量瓦斯。
【总页数】1页(P22-22)
【正文语种】中文
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董涛;孙鑫
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5.近距离煤层群上保护层开采被保护层瓦斯涌出规律考察与抽采实践 [J], 陈志平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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作 面采 用本 煤层 顺层 平行斜 交钻孔 与 采 空区埋 管抽 采 并结合 通风 稀释 瓦斯 、上邻 近层 采 用高抽巷
抽 采环 形 裂 隙圈 内高浓度 瓦斯 、下邻 近层采 用底 板 穿层钻 孔抽 采底鼓 断 裂带和底 鼓 变形 带 内的卸 压 解吸 瓦斯 。并 通过保 护层 卸压 开采 配合 卸压 瓦斯 强化抽 采方 法 ，降低 了卸压 煤层 瓦斯含 量 ，消
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摘
要 ：为确 保近距 离保 护层 工作 面 的生产安 全 ，采 用分 源预 测 法对 罗 州煤 矿首采 工作 面 瓦
斯涌出规律进行分析，研 究表 明，本煤层 瓦斯涌 出占 １ ６ ． ９ ％ ，上邻近层 瓦斯涌出占 ５ ０ ． ７ ％，下 邻 近层 瓦斯 涌 出 占 ３ ２ ． ４ ％ 。在 此基础 上 对 罗州煤 矿 瓦斯 抽 采 方案 进 行优 化 设 计 ，提 出 了首 采 工
２ ０ １ ３年第 ２期
煤
炭
工
程
多煤层 近 距 离保 护 层 开 采 瓦 斯 涌 出规 律 及 抽 采 方案 研 究
田世祥 ，蒋承林 ＇
（ １ ．中 国矿业大学 安全工程学院 ，江苏 徐州 ２ ２ １ ０ ０ ８ ； ２ ２ １ ０ ０ ８ ） ２ ．中国矿业大学 煤炭资源与安全开采 国家重点实验室 ，江苏 徐州
除 了被 保护 层煤 与 瓦斯 突 出危险 性 。
关 键词 ：保 护层 开采 ； 瓦斯 涌 出规 律 ；卸压 瓦斯抽 采 ；近距 离煤 层群
中图分类号 ：Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ５ ；Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ６ ７ １ — ０ ９ ５ ９ ｛ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ０ ５ １ － ０ ４