极薄煤层穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术研究
极薄保护层开采、瓦斯治理及综合防突技术研究
极薄保护层开采、瓦斯治理及综合防突技术研究
项目编号：2005BA813B06承担单位：沈阳煤业（集团）有限责任公司、煤炭科学研究总院抚顺分院、中国矿业大学、中国矿业大学（北京）一、矿井简介（集团概况）红菱煤矿位于辽宁省沈阳市苏家屯区红菱堡镇。
设计年生产能力为90万吨，1986年改扩建，扩建后年生产能力150万吨，现在核定能力为200万吨。
二、瓦斯灾害历史及瓦斯地质条件红菱煤矿为煤与瓦斯突出矿井。
自1972年建井至2004年共发生煤与瓦斯突出136次，平均突出强度166吨/次，最大突出强度5390吨/次。
随着开采深度的增加和开采强度的加大，瓦斯涌出量逐年增加。
2006年矿井瓦斯等级鉴定结果：矿井绝对瓦斯涌出量为33.9立方米/分，相对瓦斯涌出量为13.6立方米/吨。
三、攻关取得的关键技术及装备 1.极薄保护层开采及瓦斯抽采技术2.极薄煤层采煤机研制及开采工艺 3.严重突出危险煤层石门揭煤技术 4.严重突出危险煤层工作面预测敏感指标与临界值的确定方法 5.低透气严重突出煤层强化预抽技术 6.电磁辐射突出预测技术四、应用效果课题针对沈阳矿区共性关键性技术难题开展攻关研究，以解决安全生产中存在的突出问题为直接目的，极大地促进成果转化和产业化进程。
承担课题的科研院所和高等院校也从自身的发展出发，力求通过课题成果的转化获得良好的经济效益，增加发展的实力和后劲。
本课题在验收时，许多科技成果已得到了不同程度的转化。
瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究
㊀第４９卷第５期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ ５㊀㊀２０２１年５月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｍａｙ２０２１㊀移动扫码阅读王㊀亮，廖晓雪，褚㊀鹏，等．瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０５ ０１０ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ，ＣＨＵＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ［Ｊ］ ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０５ ０１０瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究王㊀亮１，廖晓雪１，褚㊀鹏１，张晓磊２，刘清泉１（１．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州㊀２２１００８；２．常州大学环境与安全工程学院，江苏常州㊀２１３１００）摘㊀要：随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓，煤层瓦斯压力增大㊁含量增加，煤层渗透率普遍较低，增加了瓦斯抽采的难度㊂钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率，是增加瓦斯抽采效率的有效手段㊂为解决寺家庄煤矿１５号煤层渗透率低，瓦斯难抽采的问题，以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷１５号煤层抽采钻孔造穴为工程背景，以弹性力学应变软化模型和扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础，建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对方程进行解算，分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律，得到了瓦斯抽采量㊁瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数；结合模拟结论与现场条件，确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为０．６ｍ，最佳布孔间距为６．０ ７．０ｍ，为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导㊂最后，在寺家庄煤矿１５号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔，进行了瓦斯抽采效果对比㊂试验结果表明：实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；瓦斯抽采周期㊁钻孔施工工程量降低了约２倍，提高了瓦斯抽采技术经济效益，应用结果验证模拟结果可靠，抽采设计可行，可以指导现场施工㊂关键词：穿层钻孔；钻扩造穴增透；流固耦合；瓦斯抽采中图分类号：ＴＤ７１２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０５－００７５－０８Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅＷＡＮＧＬｉａｎｇ１，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ１，ＣＨＵＰｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｅｉ２，ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ１（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ㊀２１３１００，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５１９７４３００）；中央高校基本科研业务资助项目（２０２０ＺＤＰＹ０２２４）；江苏省自然科学基金青年基金资助项目（ＢＫ２０１９０９３１）；中国博士后科学基金批面上资助项目（２０１９Ｍ６５２０２３）作者简介：王㊀亮（１９８２ ），男，江苏东海人，教授，博士生导师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｗ１９８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：张晓磊（１９８４ ），男，安徽淮北人，讲师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｎｏｚｘｌ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｔｅｎｄｓｔｏｔｈｅｄｅｅｐｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｂｙｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅａｕｘｉｌｉａｒｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｏｆｎｏｒｔｈ－ｗｉｎｇｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｏｆｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｓｅｅｐａｇｅｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｆｌｏｗｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｏｗｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ．ＵｓｉｎｇＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔ⁃ｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗａｆｔｅｒｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｍｏｕｎｔ，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃａｖｉｔｙｒａｄｉｕｓｗａｓ０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇｗａｓ６．０ ７．０ｍ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄａｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｒａｄｉｉａｎｄｓｐａｃｉｎｇｉｎｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃ⁃ｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃ⁃５７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｒａｔｅ，ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｔｙｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７，２．０ａｎｄ５．７ｔｉｍｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｄｅｓｉｇｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ０㊀引㊀㊀言煤炭是我国的主导能源，２０１９年在我国能源的消费比例约占５７．７％㊂煤层瓦斯作为煤的伴生产物，是储量丰富的优质清洁能源，同时也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一㊂煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故常造成重大的人员伤亡和经济损失，而瓦斯抽采是消除瓦斯事故㊁保障安全开采的主要方法，同时能够使瓦斯得到充分利用［１］㊂煤层渗透率是决定瓦斯抽采质量和产量的关键因素［２］，然而，由于我国煤层地质条件复杂，煤体渗透率普遍偏低，通常在１ˑ１０－６μｍ２以下，导致瓦斯抽采难度大，抽采效率低［３－４］㊂为提高煤层渗透率，促进瓦斯高效抽采，有学者提出水力压裂㊁水力割缝等技术措施，通过水的高压作用在周围煤体产生人工裂隙，促使煤体内部瓦斯渗流，达到增透的目的［５－７］㊂然而，水力割缝对软煤的持久性差，在地应力大的情况下裂缝容易闭合；水力压裂易导致煤体局部应力集中，影响增透效果，两者对松软构造煤的瓦斯抽采效果较差㊂钻孔钻扩造穴扩大钻孔是近年来广泛应用的增透技术，钻扩造穴是在钻刀切割煤体的过程中，同时打开高压水泵，利用高压水射流动力软化㊁破碎钻孔周围的煤体，再将破碎的煤体冲出钻孔，构建大尺寸孔洞，使周围煤体卸压㊂造穴过程中，钻孔周围煤体应力重新分布，当煤体强度不足以承受重新分布的应力时，煤体就会发生破坏［８－９］㊂研究表明，煤体破坏后，渗透率能增加几十至几千倍［１０－１１］㊂钻孔钻扩造穴技术集钻孔－冲孔为一体，克服了水力压裂㊁水力割缝和传统水力冲孔方法的不足，出煤量大，增透有效［１２］㊂根据瓦斯抽采钻孔形式，钻孔造穴有穿层钻孔和顺层钻孔２种形式，穿层钻孔是从岩石巷道向煤层打钻孔穿透煤层㊂因穿层钻孔在岩石中比顺层钻孔更加稳固，抽采服务时间更久㊂近年来，水力钻扩造穴技术，特别是实施穿层钻孔抽采瓦斯时的钻扩造穴，在国内煤矿得到了广泛应用㊂孙四清等［１３］对松软突出煤层进行穿层钻孔造穴瓦斯抽采后，瓦斯抽采量增加了６．６倍㊂杜昌华等［１４］对大倾角松软厚煤层实施穿层水力扩孔技术后，造穴钻孔瓦斯抽采量和单孔瓦斯体积分数分别增加了２．８和１．４倍，并且扩孔半径越大，煤中残余瓦斯含量越低㊂牟全斌等［１５］对芦岭煤矿Ⅲ１０１３工作面实施了机械造穴穿层钻孔后，单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量相应提高了２．７３ ３．３９倍㊁２．６３ ５．１１倍㊂以上研究表明，实施穿层钻孔造穴卸压增透后，煤层瓦斯抽采效率显著提高㊂为了获得最有效的增透效果，降低施工成本，郝丛猛等［１６］根据不同煤层的特点，采用数值模拟软件对造穴半径㊁布孔间距等参数进行了合理设计，为现场工程提供了指导㊂于宝种［１８］建立了冲孔造穴过程中煤体的渗透率演化模型，模拟了不同造穴半径对煤层渗透率的影响，并在新景煤矿进行了工程验证，试验结果表明冲孔造穴能够减少钻孔工作量，提高瓦斯抽采效率㊂根据现场突出危险性鉴定，寺家庄煤矿１５号煤层为突出煤层㊂受强构造应力影响，该煤层渗透率低，煤质极松软㊂为了防止北翼辅助运输大巷掘进过程发生煤与瓦斯突出，必须预先抽采瓦斯，再掘进施工㊂由于普通钻孔瓦斯抽采应力扰动范围小，抽采效率低，抽采时间长，因此采用水力钻扩造穴技术提高煤层的瓦斯抽采效率㊂作者以弹性力学软化理论和双孔介质瓦斯流动理论为基础建立了造穴钻孔周围煤体渗透率演化模型和瓦斯运移模型，并利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对建立的模型进行解算，分析了造穴钻孔周围煤体的渗透率和应力分布规律，对比了不同钻孔半径和钻孔间距下的煤层瓦斯压力㊁瓦斯抽采量，并在寺家庄煤矿１５号煤层对模拟结果进行了现场验证㊂１㊀钻扩造穴卸压增透机理及瓦斯流动模型１．１㊀钻扩造穴卸压增透机理１．１．１㊀钻孔周围煤体应力分布煤体是一种弹塑性材料，当所受应力超过峰值应力后会表现出应变软化特性，采取水力造穴措施可使钻孔周围煤体应力重新分布㊂根据煤岩体力学特性应变软化模型，煤体受力破坏的应力变化过程可分为３个阶段（图１）：弹性阶段㊁软化阶段和残余阶段㊂钻扩造穴施工后，在钻孔周围的煤体相应形成弹性区㊁塑性区和破碎区［１９］㊂６７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期图１㊀煤岩体应变软化模型及钻孔周围煤体应力分布特征Ｆｉｇ．１㊀Ｃｏａｌａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅ等效塑性剪切应变可以作为描述应变软化过程的软化参数［２０－２１］为γｐ＝２／［３（ε２１，ｐ＋ε２２，ｐ＋ε２３，ｐ）］（１）式中：γｐ为等效塑性剪切应变；ε１，ｐ㊁ε２，ｐ㊁ε３，ｐ为沿３个主应变方向的塑性主应变㊂应变软化过程是在内摩擦角不变的情况下失去黏聚力的过程，黏聚力随着等效塑性剪切应变的增加而呈线性减小，在塑性条件下，全应力应变曲线上的黏聚力可以表示的等效塑性剪切应变分段线性函数［２２］为ｃ＝ｃ０－（ｃ０－ｃｒ）γｐγ∗ｐ㊀（γｐ＜γ∗ｐ）ｃｒ㊀㊀㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïï（２）式中：ｃ为黏聚力；ｃ０为初始黏聚力；ｃｒ为残余黏聚力；γ∗ｐ为临界塑性剪切应变㊂数值模拟中，通常使用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（Ｍ－Ｃ）准则的六边形与Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（Ｄ－Ｐ）失稳准则外接圆进行匹配作为岩石的破坏准则［２３］㊂Ｄ－Ｐ准则考虑了静水压对岩石破坏的影响，认为材料的破坏由偏应力第一不变量和第二不变量共同决定，其表达式为Ｉ２＋αＩ１＝κα＝ｔａｎφ９＋１２ｔａｎ２φκ＝３ｃ９＋１２ｔａｎ２φìîíïïïïïïï（３）式中：Ｉ１㊁Ｉ２为偏应力第一不变量㊁第二不变量，ＭＰａ；α和κ为材料常数；φ为煤的内摩擦角，（ʎ）㊂１ １ ２㊀渗透率模型煤层渗透率是控制煤层瓦斯流动的关键参数，主要受地应力改变引起的煤体裂隙变化影响㊂水力冲孔使煤层应力重新分布，煤体发生变形和破坏，裂隙宽度增大，数量增多，进而煤层渗透率增加㊂煤体所处的应力状态不同，发生的变形不同，因此渗透率随地应力状态的变化遵循不同的函数关系㊂根据前人研究，在弹性阶段（γｐ＝０）㊁塑性软化阶段（０＜γｐ＜γ∗ｐ）㊁残余阶段（γｐȡγ∗ｐ），水力冲孔钻孔周围煤体渗透率与体积应力变化量的关系满足下式［２４－２６］，即ｋ＝ｋ０ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀㊀㊀㊀（γｐ＝０）ｋ０（１＋γｐγ∗ｐξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（０＜γｐ＜γ∗ｐ）ｋ０（１＋ξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïïïï（４）式中：ｋ为渗透率，ｍ２；ｋ０为初始渗透率，ｍ２；ｃｆ为裂隙压缩因子，ＭＰａ－１；σＶ为体积应力，ＭＰａ；ξ为渗透率跃变系数㊂１．２㊀瓦斯流动模型１．２．１㊀基质瓦斯扩散煤基质的瓦斯流动遵循质量守恒方程为∂ｍｍ∂ｔ＝－ＱＳ（５）ｍｍ＝ＶＬｐｍｐｍ＋ｐＬＭｇＶＭρＣ＋φｍＭｇｐｍＲＴＱＳ＝ＭｇτＲＴ（ｐｍ－ｐｆ）ìîíïïïïï（６）式中：ｍｍ为单位体积煤基质中的瓦斯质量，ｋｇ／ｍ３；ＱＳ为单位体积煤基质同裂隙系统的质量交换率，ｋｇ／（ｍ３㊃ｓ）；ＶＬ为朗格缪尔体积，ｍ３／ｋｇ；ｐｍ为孔隙瓦斯压力，ＭＰａ；ｐＬ为朗格缪尔压力，ＭＰａ；Ｍｇ为甲烷的摩尔质量，ｋｇ／ｍｏｌ；ρＣ为煤体视密度，ｋｇ／ｍ３；ＶＭ为气体摩尔体积，０．０２２４ｍ３／ｍｏｌ；φｍ为煤基质孔隙率，％；Ｒ为理想气体常数，Ｊ／（ｍｏｌ㊃Ｋ）；Ｔ为煤层温度，Ｋ；τ为吸附时间，等于煤体中６３．２％的瓦斯解吸出来的时间，ｄ；ｐｆ为裂隙瓦斯压力，ＭＰａ㊂将式（６）代入质量守恒式（５），得基质瓦斯流动方程，即∂ｐｍ∂ｔ＝－ＶＭ（ｐｍ－ｐｆ）（ｐＬ＋ｐｍ）２τＲＴＶＬｐＬρＣ＋τφｍＶＭ（ｐＬ＋ｐｍ）２（７）１ ２ ２㊀裂隙瓦斯渗流裂隙中瓦斯流动满足质量守恒方程为∂ｍｆ∂ｔ＝－Ñρｆ㊃ｖｆ()＋ＱＳ（８）ｍｆ＝φｆＭｇｐｆＲＴｖｆ＝－ｋμÑｐｆìîíïïïï（９）７７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷式中：ｍｆ为单位体积煤体裂隙瓦斯质量，ｋｇ；φｆ为煤体裂隙率，％；ρｆ为裂隙瓦斯密度，ｋｇ／ｍ３；ｖｆ为煤体裂隙瓦斯流动速度，ｍ／ｓ；ｋ为渗透率，ｍ２；μ为甲烷动力黏度，Ｐａ㊃ｓ㊂将方程（９）代入质量守恒式（８），得裂隙瓦斯流动的方程为φｆ∂ｐｆ∂ｔ＝Ñ（ｋμｐｆÑｐｆ）＋１τ（ｐｍ－ｐｆ）（１０）２㊀模拟与结果以上建立了可用于数值模拟的钻扩造穴后煤层渗透率演化和瓦斯流动方程㊂笔者采用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟软件对以上方程进行了计算求解，数值模拟中选用了ＣＯＭＳＯＬ软件中的３个模块：钻孔开挖选择固体力学模块，基质瓦斯扩散选择ＰＤＥ模块，裂隙瓦斯渗流选择达西定律模块㊂２．１㊀模型描述和输入参数根据山西阳煤寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道现场穿层水力冲孔情况，本次模拟的几何模型及边界条件如图２所示㊂为消除边界的影响，建立了４０ｍˑ４０ｍ的矩形区域，远大于钻孔的增透区㊂二维模型是真实三维煤层的简化，２Ｄ模型不会影响计算的精度，并且利于显示应力和瓦斯压力分布［２７－２８］㊂对于固体变形模型，模型的左边和上边为恒定应力条件，代表煤层的水平地应力，右边和下边为滚轴边界㊂对于瓦斯抽采模型，钻孔内为恒定压力边界，四周为无流动边界条件㊂图２㊀几何模型和边界条件Ｆｉｇ．２㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀所有参数均通过实验室试验获得或现场测量得到㊂模拟中所用参数如下：煤层泊松比ｖｃ０．３煤层弹性模量Ｅ／ＭＰａ１０００初始水平应力σｈ／ＭＰａ１０原始瓦斯压力ｐ０／ＭＰａ２．０煤层初始黏聚力ｃ０／ＭＰａ０．６煤层残余黏聚力ｃｒ／ＭＰａ０．５煤体视密度ρｃ／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．３煤层内摩擦角φ／（ʎ）３０煤层软化参数的临界值γ∗ｐ／１０－２０．０１原始渗透率ｋ０／ｍ２５ˑ１０－１８渗透率突变系数ξ２５裂隙压缩因子ｃｆ／ＭＰａ０．１０煤体裂隙率φｆ０．０１２基质孔隙率φｍ０．０６５ＣＨ４朗格缪尔体积ＶＬ／（ｍ３㊃ｔ－１）４８．１６ＣＨ４朗格缪尔压力ｐＬ／ＭＰａ１．３５ＣＨ４摩尔质量Ｍｇ／（ｇ㊃ｍｏｌ－１）１６气体摩尔体积ＶＭ／（Ｌ㊃ｍｏｌ－１）２２．４ＣＨ４动力黏度μ／（Ｐａ㊃ｓ）１．０８ˑ１０－５气体常数Ｒ／（Ｊ㊃ｍｏｌ－１㊃Ｋ－１）８．３１４吸附时间τ／ｄ０．５２煤层温度Ｔ／Ｋ２９３２．２㊀造穴半径对增透效果的影响以造穴半径０．６ｍ为例，分析钻孔周围煤体的应力㊁等效塑性应变分布㊂钻孔施工后，钻孔周围煤的径向应力㊁切向应力㊁体积应力和等效塑性剪切应变γｐ如图３所示㊂根据平面应变假设，σ２为常数，体积应力为σ１和σ３之和㊂由图３可知，钻孔周围的γｐ≫０，体积应力很小㊂随着距钻孔的距离增加，等效塑性应变急剧下降，体积应力增加㊂γｐ＞０时，煤体处于应变软化阶段；γｐ＝０．０１％时，煤体处于残余阶段，发生塑性破坏㊂因此，钻孔周围塑性破坏区为０．９６ｍ，软化区的范围为０．２９ｍ，增透区的厚度为１．２５ｍ，即等效增透半径为１．８５ｍ㊂当距钻孔中心图３㊀造穴钻孔周围应力和等效塑性应变分布Ｆｉｇ．３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎａｒｏｕｎｄａｂｏｒｅｈｏｌｅ８７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期距离超过１．８５ｍ时，γｐ＝０，体积应力为原始值，煤体处于弹性阶段㊂为研究造穴半径对煤体渗透率分布的影响，确定合理的造穴半径，分别对造穴半径为０．４㊁０．５㊁０．６㊁０．７和０．８ｍ情况下钻孔周围煤体的渗透率演化特征和瓦斯压力进行了对比分析㊂如图４ａ所示，实施水力造穴后，钻孔周围煤体渗透率得到提高，且距钻孔越近，煤层渗透率越大，不同造穴半径下煤层渗透率的最大值均为原始渗透率的１２５０倍㊂随着距离远离钻孔，煤体渗透率与原始煤层渗透率比（ｋ／ｋ０）逐渐减小，最终趋近于１，即煤体渗透率等于原始煤层渗透率㊂随着造穴半径的增大，煤层增透范围增大，表明造穴半径越大，钻孔增透半径越大㊂如图４ｂ所示，钻孔增透半径随造穴孔半径呈线性增加，增透半径约为造穴半径的３．０９倍，说明瓦斯抽采影响半径随着造穴半径的增加而增大㊂同时，图４ｃ显示了不同造穴半径抽采１０ｄ后的煤层瓦斯压力，随着造穴半径增加，煤体瓦斯压力减小，且随着距离钻孔中心距离的增加瓦斯压力逐渐增大，最终趋近于恒定值（煤层原始瓦斯压力２ＭＰａ），表明通过水力钻扩造穴技术增加钻孔的半径可以对钻孔周围较大范围内的煤体进行卸压增透㊂图４㊀不同造穴半径钻孔周围渗透率㊁增透半径及瓦斯压力分布Ｆｉｇ．４㊀Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｍｅｎｔｚｏｎｅａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｖｉｔａｔｉｏｎｒａｄｉｉ㊀㊀由图４可知，造穴半径越大，增透范围越大，越利于瓦斯抽采，但这并不表明现场工程实施时造穴半径越大越好，一方面造穴半径过大会造成单个钻孔的成本增加，另一方面造穴半径受技术和钻机的条件限制㊂由于现场施工过程中，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６ｍ，因此，结合现场条件，施工造穴半径采用０．６ｍ㊂２．３㊀钻孔间距对瓦斯抽采的影响井下煤层瓦斯抽采极其复杂，１个区域内有大量的抽采钻孔，因此钻孔间距是影响瓦斯抽采的１个重要因素㊂对于同１个抽采区域，钻孔间距越小，钻孔数量越多，同时抽采效率越高㊂但是钻孔数量的增加意味着成本的增加，因此，确定合理的钻孔间距是非常重要的㊂当钻孔半径为０．６０ｍ时，单个钻孔的增透半径为１．８５ｍ㊂为了使煤层的增透效果最优化，钻孔间距应为３．７０ｍ㊂然而，由于多孔抽采孔间互扰的影响，钻孔间距过小会降低每个钻孔的抽采效率㊂因此，为确定合理的钻孔间距，模拟了钻孔间距为３ １０ｍ共８种工况下的瓦斯抽采情况㊂不同钻孔间距下抽采１０ｄ后煤层瓦斯压力云图如图５ａ所示，煤层中间监测线瓦斯压力分布如图５ｂ所示㊂根据图５可以看出，钻孔间距为３ｍ时，４个钻孔间煤层瓦斯压力最低，随着钻孔间距的增大，瓦斯图５㊀不同钻孔间距的煤层瓦斯压力分布Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ压力逐渐增加㊂以消除煤层突出危险性的瓦斯压力界限０．７４ＭＰａ为界，钻孔间距小于７ｍ均符合要求㊂不同钻孔间距下１０ｄ内的抽采瓦斯累积量（图６）㊂相同时间内，瓦斯抽采总量随着钻孔间距的增９７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷加而增加，但增加量逐渐减小㊂钻孔间距为３㊁４㊁５和６ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为２８９５．２８㊁３５３４．４７㊁４０９１．７５和４５０３．４４ｍ３，相比于前一种工况分别增加２２．０７％㊁１５．７７％和１０．０６％㊂钻孔间距为７㊁８㊁９和１０ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为４７８２．１３㊁４９４８．１５㊁５０３９．９８和５０７９．９８ｍ３，相比于前一种工况分别增加６．１９％㊁３．４７％㊁１．８６％和０．７９％㊂因此，为减少钻孔之间互相干扰的影响，若以增长率１０％为标准，合理的钻孔间距为６ｍ；若以增长率５％为标准，合理的钻孔间距为７ｍ㊂图６㊀不同钻孔间距的瓦斯抽采量Ｆｉｇ．６㊀Ｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｖｏｌｕｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ３ 现场应用试验考察地点位于阳泉矿区寺家庄煤矿１５号煤层北翼辅助运输大巷㊂在巷道的掘进过程中，由于煤层的起伏，需要进行石门揭煤㊂揭煤区域全长２２０ｍ，平均煤厚５．４７ｍ，煤层原始瓦斯含量为８．２１ １０．３８ｍ３／ｔ，煤层具有突出危险性㊂在大巷掘进前，沿着巷道方向分别布置普钻区和造穴区，以穿层钻孔的方式进行瓦斯抽采㊂普通钻孔区域长度为６５ｍ，钻孔间排距为５ｍ，布置１ １４共１４排瓦斯抽采钻孔，每排含９个瓦斯抽采钻孔，巷道两侧钻孔布置范围分别为２０和１５ｍ㊂在普钻区之后，布置造穴钻孔区，钻孔区域长度为５０ｍ，巷道两侧钻孔布置范围不变㊂造穴区布置１５ ２５共１１排钻孔，钻孔排间距为５ｍ㊂在奇数排（１５㊁１７㊁１９㊁２１㊁２３㊁２５排）施工１㊁３㊁５㊁７㊁９号钻孔并进行水力钻扩造穴，在偶数排（１６㊁１８㊁２０㊁２２㊁２４排）施工２㊁４㊁６㊁８号钻孔并进行水力钻扩造穴㊂图７为普钻钻孔与造穴钻孔布置平面图和剖面图㊂造穴钻孔施工过程中，钻杆通过穿层钻孔的方式深入到巷道周围煤体内，同时打开高压水射流泵，高压水射流从钻冲两用钻头上的造穴喷嘴喷出，形成造穴孔洞，并在钻穴孔段中往复钻进－回退钻杆，通过水流的作用将破碎煤冲出孔洞㊂当孔洞出煤停止，冲出的水流变清时，停止造穴，从而实现煤体的高效卸压增透㊂巷道造穴区施工过程中造穴水压为１６ ２０ＭＰａ，平均水压约１８ＭＰａ；单穴造穴时间和出煤量分别为７０ ２９０ｍｉｎ㊁５ １９ｔ；根据出煤量㊁煤层厚度和煤的密度计算出实际单穴造穴半径平均值为０．６５ｍ㊂然而，第２．２节确定的最优单穴造穴半径为０．６０ｍ，这是由于现场施工过程中采用机械和水力联合造穴，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６０ｍ，而高压水射流增大了造穴半径，因此实际造穴半径均大于设计的０．６０ｍ㊂图７㊀普钻钻孔与造穴钻孔布置平剖面示意Ｆｉｇ．７㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｓ０８王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期在寺家庄矿１５号煤层不同区域的瓦斯抽采过程中，对普钻区和造穴区的瓦斯抽采数据进行了计量，普钻区瓦斯抽采时间约６个月，造穴区瓦斯抽采时间约２个月㊂图８记录了瓦斯抽采措施实施６０ｄ以来，普钻区和造穴区的瓦斯抽采纯量和抽采浓度的情况㊂图８ａ表明，抽采过程中，普钻区瓦斯抽采纯量为０．１０ ０．２５ｍ３／ｍｉｎ，而造穴区瓦斯抽采纯量为０．７５ １．２６ｍ３／ｍｉｎ，明显高于普钻区，且修正后造穴区的平均瓦斯抽采纯量约为普钻区的５．７倍㊂图８ｂ表明，普钻区瓦斯抽采体积分数为１１％ ３８％，平均瓦斯抽采体积分数约２５％；而造穴区瓦斯抽采体积分数为２６％ ５８％，平均瓦斯抽采体积分数可达５０％，相对普钻区提高了２倍左右㊂图８㊀普钻区和造穴区瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度对比Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｕｒｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｄｒａｉｎｇａｇｅｉｎｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｈｏｌｅｓ北翼辅运底抽巷普通穿层钻孔和水力钻扩造穴钻孔瓦斯抽采技术的经济效益情况如图９所示㊂对普钻区进行６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；而对造穴区进行２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍；瓦斯抽采率由原来的２０．９％提高到目前的５６．４％，提高了约２．７倍；瓦斯抽采纯量由原来的０．１５ｍ３／ｍｉｎ提高到目前的０．８５ｍ３／ｍｉｎ，提高了约５．７倍㊂采用新技术之后，瓦斯抽采周期由原来的１８０ｄ降低为目前的６０ｄ（含钻孔施工过程中的瓦斯抽采）；钻孔施工工程量由原来的３．１ｋｍ（煤中进尺１５３９ｍ）降低为目前的约１．０６ｋｍ（煤层中进尺４７７ｍ）；５０ｍ长度区域的钻孔数量由原来的９９个减少为目前的５０个㊂以上结果均表明，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采经济效益显著提高㊂图９㊀瓦斯抽采技术经济效益对比分析Ｆｉｇ．９㊀Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ４㊀结㊀㊀论１）以弹性力学应变软化模型为基础建立了钻孔钻扩造穴后煤层的渗透率演化方程，分析了钻孔造穴的增透机理，并以扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础建立了穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂２）利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件求解了寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道对１５号煤层进行钻扩造穴情况，分析了造穴钻孔周围煤层渗透率分布和瓦斯抽采情况，并得出了合理的造穴半径０．６ｍ，钻孔间距６．０ ７．０ｍ㊂３）经现场工程试验１５号煤层的瓦斯抽采过程，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；普钻区经６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；造穴区经２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍，施工工程量和瓦斯抽采周期降低了约２倍㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＡＧＵＡＤＯＭＢＤ，ＮＩＣＩＥＺＡＣＧ．Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，Ｒｉｏｓａ－ＯｌｌｏｎｉｅｇｏＣｏａｌｆｉｅｌｄ，Ｓｐａｉｎ［Ｊ］．Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，６９（４）：２５３－２６６．［２］㊀ＰＡＮＺＪ，ＣＯＮＮＥＬＬＬＤ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏａｌｒｅｓｅｒ⁃ｖｏｉｒｓ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１２，９２：１－４４．［３］㊀ＮＩＧｕａｎｈｕａ，ＤＯＮＧＫａｉ，ＬＩＳｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｓｔｉｃｓｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｃｏａｌ［Ｊ］．Ｆｕ⁃ｅｌ，２０１９，２３６（３）：１９０－２００．［４］㊀ＬＵＹｉｙｕ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｌｏｎｇ１８２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｉｔｓｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１０，８４（２）：９４－１０２．［５］㊀王永革，令狐建设．地面井水力压裂增透技术在立井快速揭煤中的应用［Ｊ］．矿业安全与环保，２０２０，４７（５）：７７－８０．ＷＡＮＧＹｏｎｇｇｅ，ＬＩＮＧＨＵＪｉａｎｓｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｗｅｌｌｉｎｑｕｉｃｋｃｏａｌ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４７（５）：７７－８０．［６］㊀曹建军．超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（６）：８８－９４．ＣＡＯＪｉａｎｊｕｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｌｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｒｅｌｉｅｆｄｒａｉｎａｇｅａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（６）：８８－９４．［７］㊀邓㊀强．水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０２１，５２（１）：９８－１０２．ＤＥＮＧＱｉａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎｔｉ－ｏｕｔｂｕｒｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０２１，５２（１）：９８－１０２．［８］㊀刘明举，崔㊀凯，刘彦伟，等．深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４５－４８．ＬＩＵＭｉｎｇｊｕ，ＣＵＩＫａｉ，ＬＩＵＹａｎｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｄｅｅｐａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４５－４８．［９］㊀王㊀峰，陶云奇，刘㊀东．水力冲孔卸压范围及瓦斯抽采规律研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１０）：９６－１００．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＴＡＯＹｕｎｑｉ，ＬＩＵＤｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｅａｓｅｄｓｃｏｐｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇａｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｌａｗ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１０）：９６－１００．［１０］㊀ＹＩＮＧｕａｎｇｚｈｉ，ＪＩＡＮＧＣｈａｎｇｂａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｏｆＳｔｒｅｓｓ，Ｐｏｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｍｅｔｈａｎｅｐｅｒｍｅ⁃ａｂｉｌｉｔｙｉｎａｎｔｈｒａｃｉｔｅｃｏａｌ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａ，２０１３，１００（１）：１－１６．［１１］㊀ＷＡＮＧＳｈｕｇａｎｇ，ＥＬＳＷＯＲＴＨＤ，ＬＩＵＪｉｓｈａｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔａｃｔｃｏａｌａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｎ⁃ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｓｅａｍｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１３，５８：３４－４５．［１２］㊀刘㊀东，刘㊀文．水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．ＬＩＵＤｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｈｙｄｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆａｎｄｐｅｒｍｅａ⁃ｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．［１３］㊀孙四清，张㊀俭，安鸿涛．松软突出煤层穿层洞穴完井钻孔瓦斯抽采实践［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．ＳＵＮＳｉｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ，ＡＮＨｏｎｇｔａｏ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｗｉｔｈｃａｖｉｔｙｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｓｏｆｔａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．［１４］㊀杜昌华，冯仁俊．低透松软破碎厚煤层水力扩孔增透技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．ＤＵＣｈａｎｇｈｕａ，ＦＥＮＧＲｅｎｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｒｅａｍｉｎｇｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｆｔｆｒｉａｂｌｅｔｈｉｃｋｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．［１５］㊀牟全斌，赵继展．基于机械造穴的钻孔瓦斯强化抽采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．ＭＯＵＱｕａｎｂｉｎ，ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｇａｓｂａｓｅｄｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅａｍｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．［１６］㊀郝从猛，刘洪永，程远平．穿层水力造穴钻孔瓦斯抽采效果数值模拟研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（５）：１－４．ＨＡＯＣｏｎｇｍｅｎｇ，ＬＩＵＨｏｎｇｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｂｙｔｈｒｏｕｇｈ－ｂｅｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｈｏｌｅ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（５）：１－４．［１７］㊀赵继展．井下瓦斯抽采钻孔机械造穴技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃａｖｉｔｙ－ｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎ⁃ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．［１８］㊀于宝种．松软低透煤层高压射流造穴强化抽采技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．ＹＵＢａｏｚｈｏｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｊｅｔｉｎｓｏｆｔａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．［１９］㊀张㊀浩．构造煤层掘进工作面区域性顺层水力造穴强化瓦斯抽采机理与工程应用［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０２０．［２０］㊀ＡＬＯＮＳＯＥ，ＡＬＥＪＡＮＯＬＲ，ＶＡＲＡＳＦ，ｅｔａｌ．Ｇｒｏｕｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｕｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＧｅ⁃ｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００３，２７（１３）：１１５３－１１８５．［２１］㊀ＨＡＪＩＡＢＤＯＬＭＡＪＩＤＶ，ＫＡＩＳＥＲＰ．Ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＴｒｅｎｃｈｌｅｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２００３，１８（１）：３５－４８．［２２］㊀ＬＥＥＹＫ，ＰＩＥＴＲＵＳＺＣＺＡＫＳ．Ａｎｅｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎａｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２３（５）：５８８－５９９．［２３］㊀ＬＡＢＵＺＪＦ，ＺＡＮＧＡ．Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂｆａｉｌｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４５（６）：９７５－９７９．［２４］㊀ＳＯＭＥＲＴＯＮＷＨ，ＳＯＹＬＥＭＥＺＯＧＬＵＩＭ，ＤＵＤＬＥＹＲＣ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｏｎｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｒａｃｔｓ，１９７５，１２：１２９－１４５．［２５］㊀ＷＡＮＧＪＡ，ＰＡＲＫＨＤ．Ｆｌｕｉｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｒｏｃｋｓｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００２，６３（３／４）：２９１－３００．［２６］㊀ＡＮＦｅｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｄｓｏｒｂｅｄｇａｓｏｎｃｏａｌｄｅ⁃ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｔｅｃｈ⁃ｎｉｃｓ，２０１３，５４（１０）：２２２－２３１．［２７］㊀ＰＥＲＥＲＡＭＳＡ，ＲＡＮＪＩＴＨＰＧ，ＣＨＯＩＳＫ，ｅｔａｌ．Ａｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙｏｆｃｏａｌｍａｓｓａｎｄｃａｐｒｏｃｋｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｆｌｏｗｄｕｒｉｎｇａｎｄａｆｔｅｒｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１０６（２）：１２９－１３８．［２８］㊀ＹＥＺｈｉｈｕｉ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ，ＷＡＮＧＪＧ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ－Ｄａｒｃｙｅｆｆｅｃｔｉｎｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１４，１２１（２）：１－１０．２８。
薄煤层群煤与瓦斯共采技术研究
进 行 开采 ， 同时结合 沿 空 留巷 穿 层 钻孑 抽 采技 术 ， Ｌ 对 邻 近层 卸 压瓦 斯 进 行 抽 采 ， 现 连 续 抽 采 卸 压 瓦 斯 实
与回采工作面采煤 同步推进 ， 实现高效 的工业化煤 与瓦斯 共采 ， 将抽 采 的高 、 浓度 瓦 斯分 别 输 送 到地 低
６０ｍ， ０ 且
经验 ， 过 固 、 ２套 系统进 行 煤与 瓦斯 安全 高 效共 通 气 采 的矿井 瓦斯 治 理理念 与 方法 ， 即通 过 “ 首采 煤 层 ” 的开采 ， 在煤 系地 层 中产生 “ 卸压 增透 增 流” 效应 图 ， 形成 瓦斯 “ 吸一 扩 散一 渗 流 ” 解 活化 流 动 的条 件 ， 并 通过 合理 高效 的瓦 斯 抽 采 方 法 和 抽 采 系 统 ， 时实 同 现瓦斯 资 源 的高效 抽采 。 瓦斯 资源 的 抽采 可 大 幅度
煤 层开 采将 引起 岩 层 移 动 与破 断 ， 在 岩层 中 并
形 成采 动裂 隙。 按 采 动裂 隙性 质 可分 为 ２类 ： 层 离 裂 隙 ； 向破 断 裂 隙。 当采空 区顶 板 充 分垮 落后 ， 竖 采
空 区 中部岩 层 和 下方 的矸 石 紧密 接 触 ， 而使 得 采 从 空 区 中部顶板 岩 层 裂 隙基 本 被 压 实 ， 四周 形 成 一 其 个环 形 的 采 动 裂 隙 发 育 区 ， 之 为 “ 形 圈 。在 称 Ｏ”
究 。应用 结果 表 明 ， 技术 能够 实现 煤 与瓦 斯安全 高 效共采 。 该 关键词 ： 与瓦斯 共采 ； 煤 保护 层 开采 ； 空 留巷 穿层 钻孔 ； 沿 瓦斯抽 采
中 图分 类 号 ： Ｄ １ ．７ Ｔ ７ ２ ６ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ８— ４ ５ ２ １ ）４— ０ ７— ３ １ ０ ４ ９ （０ １ ０ ０ ４ ０
煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术研究
煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术研究摘要：瓦斯事故灾害是我国煤矿生产的六大灾害之首，严重影响矿井安全生产。
随着矿井开采深度和强度的不断加大，工作面瓦斯涌出量不断增加，瓦斯涌出异常导致工作面瓦斯超限，成为矿井生产过程中的重要安全隐患。
本文主要分析探讨了煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术，以供参阅。
关键词：煤矿；井下；瓦斯抽采；钻孔施工技术引言随着我国煤矿产业随之得以迅速发展，煤矿能源也逐渐成为了不可或缺的一部分。
但煤矿井下瓦斯爆炸事故常有发生，社会各界由此提高了对煤矿井下瓦斯抽采技术的重视程度。
同时，也对煤矿井下瓦斯抽采技术提出了更高的要求。
所以，要通过更为有效、创新的方法提高煤矿井下的瓦斯抽采率，尽可能地降低煤矿井下的瓦斯含量和煤矿井下瓦斯涌出含量，这对于实现煤矿井下作业稳定安全有着至关重要的作用。
1高位瓦斯抽采钻孔施工技术近年来随着工作面推进速度的加快，以及钻探工艺水平和设备能力的提高，很多矿区开始因地制宜地探索采用顶板高位水平长钻孔进行临近层瓦斯的抽采（放工作。
顶板高位钻孔抽采（放瓦斯的理论基础是卸压抽采（放，主要抽采上临近层赋存或受采动影响开采煤层涌出的瓦斯，并包括部分采空区瓦斯。
根据煤层覆岩移动规律和瓦斯流动规律，煤层回采后顶板裂隙带中下部裂隙发育充分，是临近层瓦斯和冒落区瓦斯的主要聚集区，具有瓦斯含量高、浓度大的特点，是抽采瓦斯的最佳层位，也是布置高位钻孔的最佳区域。
一般而言，这个位置应在3~5倍采高的范围以内。
1.1钻孔层位的选择高位瓦斯抽采钻孔施工主要是在裂隙带、采空区以及受开采影响较大的邻近层，这样将能够更大限度的减少煤矿开采工作中瓦斯的含量，避免了煤矿事故的发生。
裂隙带中下部的裂隙发展的较为充分，是瓦斯的主要聚集区，该地区的瓦斯含量较高，最有利于瓦斯的抽采。
为了使得瓦斯抽采的效果更加显著就需要在钻孔的过程中选用稳定的岩层，这样就能够使得瓦斯抽采的效果更加良好。
另外，要保证钻孔的抽放效果，首先应保证成孔和后期钻孔的完整性，钻孔布置层位选择时，通过对有效区域内岩层性质和成孔性的分析，尽量使钻孔布置在相对稳定的岩层中。
极薄煤层采空区瓦斯治理试验研究
区， 一定 范 围 内煤体 应 力 降 低 、Ｌ 隙 沟通 、 气 性增 孑裂 透 加， 形成 卸压 带 Ｊ同时 ， 深部 一 定 范 围 内 的煤 体则 ， 其
出现应力 升 高 ， 成 应 力 集 中 ， 层 出现 扩 容 膨 胀 现 形 煤 象， 煤层 透气性 显著 提高 而在集 中应 力 峰后 区 ， 煤层 整
的推进 ， 瓦斯将 沿离层 区的 冒落 带 向上 飘移 ， 而在 冒 从
相对 瓦斯 涌出量 ２ ３ ３ ｔ为高瓦斯 ６～ Ｏｒ ／ ， ｎ
矿 井． 可采煤 层 为 ３层 ， 即为二 叠 系龙 潭 组 的 Ｃ ９ Ｃ４ １ ，２
及 Ｃ５煤 层 （ 浅 至 深 编 号 ） Ｃ ９距 Ｃ ４煤 层 平 均 ２ 从 ，１ ２
多项试验 ， 究极 薄煤 层采 空区瓦斯 治理． 验结果表 明高位钻孔抽放 瓦斯方 法较好 ， 研 试 能使 瓦斯浓度 降至 ｌ 以下． ％ 高位钻 孔抽 放瓦 斯试验研 究发现 ： 钻孔 内瓦斯浓度 变化具有先缓慢上升 ， 到最大值 后趋 于稳定 ， 最后再下降的规律 ； 钻孔有效长度 与顶板来压有关． 关键词 ： 极薄煤层 ； 采空 区； 高位钻孔 ； 卸压 瓦斯 ； 有效长度
落带 和裂 隙带 内大量 积 存 ． 些 瓦斯 一 部 分 永久 滞 留 这 在采 空 区内 ， 一部 分 又 在通 风 负 压 的作 用 下 从 老塘 和 隅角 涌 出进 入 回风流 ． 不 仅煤层顶板受 到采动影响 ， 底板也 会受采 动影 响 发生破坏 ， 产生裂 隙． 当底部煤层 与开采层较 近时 ， 邻近 层 的瓦斯 由于上部 煤层开采 的影 响 ， 瓦斯 由吸 附状 态变 成游离状态 ， 过裂 隙漂 移 到开采 层 ， 响开采 层 的生 透 影 产ｌ ， ８ 因此对于煤层群联合开采 ， Ｊ 采用高位钻孑 抽放采 Ｌ 空 区瓦斯 ， 可有效 降低 工作 面和回风巷瓦斯浓度 ． 对 中厚 煤层采 空 区钻 孔进 行 瓦斯 抽 放 ， 目前 取 得
极薄煤层综合瓦斯治理技术的研究与应用
律， 确定 钻场 间距为２ ｏ － 一 ３ ｏ 米一个 ， 每 个钻 场施工 １ ０ － ３ ６ ｔ ｉ ＇ － ￣ Ｌ ， 抽放半 径８ —１ ０ 米， 开 孔间距 为０ ． ５ 米。 为 了保 证钻 孔的抽 放浓度 ， 施工钻 孔终 孔位置必 须深 入 到８ ７ 层 顶板岩石 １ 米， 沿煤层 倾角作 网格式布 置 ， 保 证一采 区８ ７ 层六 区段 采煤期 间安 全 生产 ， 实 现先抽 后 采（ 图１ ） 。
综 合治 理措 施 ， 取得 了 良好效 果 。 ［ 关键词 ］ 一 面五 巷 极 薄煤 层 岩 抽巷 瓦斯 治理 中图分类 号 ： Ｔ Ｇ ３ ３ ． ７ 文献 标识 码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ １ ５ ５ — ０ ｌ
新建矿 是煤 与瓦斯 突 出矿井 ， 矿 井绝对 瓦斯 涌 出量７ ６ ． ３ ３ ｍ？ ／ ｍｉ ｎ， 随着 工 作面 单产 的提 高 ， 高强 度 的回采 给工作 面瓦 斯管理 带来 难度 ， 工 作面上 隅角 和
回风 瓦斯难 以控 制 ， 影响 了矿井 安全生 产 。 我们， ３ ￣ ４ ０ ０ １ １ 得 了 良好 的效 果 。 １ ， 工 作面概 况 ４ ０ ０ １ １ 回采一 采 区８ ７ 层 右六 区段 ， 上 部 为８ ５ 层 实 体未 采 区 ， 层 间距 平均 ｌ ５ 米。 工作 面走 向长］ Ｊ ￣ ４ ２ ０ ｍ， 倾 向长度 １ ４ ０ ｍ， 煤层 倾角２ ５ 度， 煤层 厚度 平均 １ ． １ ｍ。 回风道 和运 输巷 沿煤层布 置 ， 采 用锚杆 支护 。 回采 中瓦斯涌 出异 常， 尤其 是工作 面周 期来压 期 间和大 气压力 突然 下降 时 ， 最大 时工作 面风 流瓦斯 浓度 １ ％， 上 角 瓦斯 浓度 为 １ ． ８ ％， 回风 瓦斯浓 度 １ ． ５ ％， 工 作面采 用 “ Ｕ” 型全风 压通 风 ， 有效 风
保护层开采卸压瓦斯抽采定向钻孔施工关键技术
保护层开采卸压瓦斯抽采定向钻孔施工关键技术摘要：井下瓦斯爆炸事故时有发生,严重威胁着人的生命健康和安全生产。
同时瓦斯空排造成了能源的巨大浪费,并且对环境产生了破坏,瓦斯发电是煤矿瓦斯利用的重要途径,不仅可以达到节能减排的效果,还可以保护生态环境,促进煤矿行业的良性循环发展。
金鑫等研究表明采用井下定向钻进技术施工煤层底板注浆加固定向钻孔的工艺方法能实现煤层底板超前探测和治理,确保矿区下保护煤层安全开采,但该技术未进行瓦斯治理研究。
李海涛,张哲等仅研究了下保护层开采中的底板卸压深度、卸压效果,并没有针对下保护层卸压技术的实现工艺进行研究。
关键词：保护层开采;卸压瓦斯;定向钻进技术;成孔工艺引言煤炭形成过程中，会有瓦斯气体产生，而在煤层开采时其内部瓦斯会进入采煤工作面，浓度达到一定比例时就会对工作面构成一定的威胁。
面对采煤工作面瓦斯超限情况，瓦斯抽采这一方法能够产生直接的控制效果，而为了进一步提高瓦斯抽采效果，保护层开采成为了有效的瓦斯治理手段。
保护层开采后，受采动影响，被保护层原岩应力平衡状态破坏，产生大量裂隙，卸压煤层。
矿井开采中，矿井瓦斯防治至关重要，而防治工作的关键在于准确把握工作面的瓦斯涌出频率、瓦斯涌出源、源瓦斯涌出量等。
因此，需要监测并分析该工作面回采前期瓦斯涌出规律，对保护层进行开采卸压瓦斯抽采。
1抽采瓦斯的原则想要科学、有效的排除上覆相邻煤层瓦斯流到下覆工作面这一不良问题，同时又能节约成本支出，就需要在瓦斯抽取工作依照以下四大原则进行：第一，根据该区域的实际地质环境，选择和煤层赋存环境相一致的抽取方法。
第二，尽量在瓦斯起源部分完成上覆煤层采空区域瓦斯的抽取方式。
第三，应该尽量选取资金投放量少的方法，对原有的设施进行充分运用，以充分削弱瓦斯的含量。
第四，应该尽最大努力降低工程的施工量，缩减劳动强度。
2高位钻孔参数设计2.1上覆岩层裂隙发育带该工作面冒落带理论高度约为5.8m，最小的裂隙带顶部高度为18.4m，最大为29.6m。
如何开采薄煤层保护层工作面技术探讨
矿井的实际情况决定 ：①Ｃ ３煤通过开采上覆极 薄煤层 Ｃ ４煤解 巷 充 填 垛 内每 间 隔 ３ ｍ 预 留一 埋 管 ， 实现 采 空区 高 浓 度 瓦斯 的埋 １ １ ０ 放。② Ｂ组煤通过先开采极薄煤层 Ｂ （ ９ 局部缺失 ） Ｂ ０煤 ， 或 １ 解放 管 抽 放 。
Ｂ１ １ ｂ和 Ｂ ８煤 ， 后 先 开 采 Ｂ １ 然 １ ｂ煤 ， 依 次 开 采 Ｂ 后 ８煤 、 ７ 、 ６ Ｂ ａＢ 、 ４２３ 倾 向钻 孔 抽 采被 保 护层 卸 压 解 吸 瓦斯 和 采 空 区积 聚 的瓦 ．． Ｂ ４煤， 达到依次解放的 目的。这样极薄煤层保护层开采技术势在必 斯 在 工作 面 回 风巷 留巷 内每 间隔 ２ ｍ 布 置倾 向钻 孑 ， 孑 穿过 煤 ０ Ｌ钻 Ｌ 行， 这项技术的研究与应用矿井发展 的关键所在。 层 的冒落带、 裂隙带至弯 曲下沉带 ， 解决 顶板 走向抽采瓦斯钻孔布 ２ 煤层赋存情 况 置 层 位 受煤 系地 层 覆 岩结 构 影 响 需 准确 研 究 确 定 和 有 效 抽 采 长 度 Ｃ ４煤 层 ： １ 煤层结构简单 ， 煤层 平均 厚度 ０６ ｍ， Ｃ ３煤 层 短 的问题， ．８ 距 １ 抽采瓦斯效果得到保证。倾向钻孔抽采瓦斯替代顶板走 法距平均 １ ｍ， ８ 属不稳定煤层 ， 层位对 比可 靠， 直接顶 为砂 质泥岩 向高 抽 巷 。
一
隔 １ ｍ布置一个钻 孔， ５ 预抽被保护层瓦斯。运输顺槽下帮、 轨道顺 槽 内布置钻窝向上覆 、 下覆煤 层沿走向、 倾向每隔 煤 层 ， 钻孔 封 孔 应 为 ４ ５倍 采 高 。 ～ ４２２ 采 空 区埋 管抽 采 高 浓 度 瓦 斯 考 虑 到沿 空 留巷 Ｙ型 通 风 ．． 采 空区上部积聚大量 高浓度瓦斯 ， 为保证较高的瓦斯抽采率 ， 保证 个合理 的瓦斯 治理 方式 ， 该矿生产极其被动 ， 此情况下 ， 在 该矿根据 工 作 面 本 质 安 全 型 生产 ， 留 巷 内 （ 在 回风 巷 ） 内布 置 抽 采 管 路 ， 留 在
极薄保护层开采及卸压瓦斯抽采现场试验研究
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ７１ ３ ． ３ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ３—０ ５ ０ ６ （ ２ ０１ ３ ） ０ ４—０ ０ ９ ５—０ ３
２ ０ １ ３ 年第 ４期 保 护 层 开 采 及 卸 压 瓦 斯 抽 采 现 场 试 验 研 究
冯 雷 ， 李 振 ， 刘 光雨
（ １ ． 河 南理 ＿ Ｔ － 大学， 河南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ０；２ ． 郑 煤 集 团公 司 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ２；
１ 矿 井 试 验 区 概 况
１ ． １ 试 验 区 范 围
根 据相 似 材 料 和 数 值模 拟 试 验 的研 究 结 论 ， 确
定采 用钻 采法 开 采保 护 层 ， 即使 用螺 旋 钻 采 机 开 采 二． 煤层 下 部 平 均 厚 ０ ． ５ ｍ 的一。煤 线 来 解 放 上 覆 二， 煤层 。根 据 钻 采 开 采 保 护 层 的 条 件 ， 为 了 满 足 钻采 的需 要 ， 最 终 确 定将 保 护 层 工 作 面布 置 方 式 由 走 向布置 调整 为 条带钻 采 Ｔ作 面 。保 护 层开 采试 验 范 围定在 该矿 １ １采 区工 作 面 ， 即在保 护层 工 作面 施 工保 护 层 回采 巷 道 ， 沿 Ｌ 。灰岩 底 板 掘 进 ， 保护层 回
３ ． 河 南省 煤炭 科 学 研 究 院 有 限公 司 ， 河南 郑州
４ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘要 ： 为 了解 决 二 煤 层 透 气 性 差 、 瓦斯吸附 能力极 强、 瓦斯放 散速度很 大 、 消 突 难 度 大 的 问题 ， 采 用 钻 爆 法 开 采二． 煤 层 下部 一。 煤 线保 护 层 ， 使 上 部 二．煤 层 卸 压 、 膨胀 变 形， 以达 到增透 卸压 、 增 加煤 层透 气性。 同
四川煤矿须家河组极薄煤层瓦斯抽采方法
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｃ ｏ ｄｎ ｏ ｔ ｅ ｆａ ｕ ｅ ｆｔ ｅ ｔｉ ｅ ｍ ， ｃ ｍｐ ｉａｅ ｔ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｍｅ ｂ ｌ ｙ ｉ ｉｈ ａ ｎ ， ａ ｓｒ ｃ ： ｃ ｒ ｉ ｇ Байду номын сангаас ｈ ｅ ｔ ｒ ｓ ｏ ｈ ｈ ｎ ｓ ａ ｏ ｌ ｔｄ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｏ ｒ ｐ ｒ ａ ｉ ｔ ｎ Ｓ ｃ ｕ ｎ Ｍｉ ｅ ｃ ｕ ｉ ｎ
（ ． ｃｏｌ ｆ ｅｈｏｏｙ ｉｈ ａ ｏｍ ｌ ｎｖｒｔ，Ｃ ｅｇｕ６ ０ ０ ，Ｃ ｉａ １Ｓｈ ｏ ｏ ｃ ｎｌ ，Ｓｅ ｕｎＮ ｒ ａ Ｕ ｉ ｓｙ ｈｎｄ １ １０ ｈｎ ； Ｔ ｇ ｅｉ ２ Ｓｃ ｕｎＴＭ ｉｇＣ ｎｅ ｆＭｉｅＳｆｔ Ｔ ｃｎｌｇ ，Ｃ ｅｇｕ６ ０ ７ ｈｎ ） ． ｉｈ ａ ｒ ｎｎ ｅｔｒ ｎ ａ ｙ ｅｈ ｏ ｙ ｏ ｅ ｏ ｈｎｄ １ １ ，Ｃ ｉａ
２１ ０ 第 １ １年 ０期
煤
炭
工
程
四 川 煤 矿 须 家 河 组 极 薄 煤 层 瓦 斯 抽 采 方 法
李维光 吕俊 高 ，
（ ．四川 师 范 大 学 工 学 院 ，ｌＪＩ 都 １ ￣ ｆ成 ｌ ６ ０ ０ ；２ １ １ １ ．四川 矿 山安 全 技 术 培 训 中心 ， 四川 成 都 ６０１ ） １０ ７
ｇ ｓｄａ ａ ｅｉ ａｊｃ ｎ ｒｔ ｗ ｕ ａ ｅｍ ｒ ｅ ｅ ｅ ｅ ｔ ｆ ｈ ａ ｒｓｕｅｒｌ ｓｄ Ｔ ｅｅ ｒ ，ｔｅｂ ｒｈ ｌ ｄ ｌ ｄ ａ ｒｉ ｇ ｄａｅ ｔ ｔ ａ ｏ ｌ ｈ ｖ ｏｅｂ ｔ ｒ ｆ ｃ ｏ ｔｅｇ ｓ ｅｓ ｒ ｅ ａｅ ． ｈ ｒ ｏｅ ｈ ｏｅ ｏ ｒ ｌ ｎ ｎ ｓａ ｄ ｔ ｐ ｅ ｆ ｅ ｉ ｅ
分析井下瓦斯抽采钻孔施工技术
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应用于煤矿开采工程中的技术，主要用于控制和抽采煤矿井下积聚的瓦斯，以确保矿井的安全运行。
本文将对井下瓦斯抽采钻孔施工技术进行分析，包括其原理、施工过程以及应用。
井下瓦斯抽采钻孔是指通过钻孔的方式将地表的瓦斯抽采到地面，以减少井下瓦斯积聚的压力，防止瓦斯爆炸等事故的发生。
其原理是通过钻孔将井下瓦斯管道直接与地表瓦斯抽采管道连接，在地表安装相应的瓦斯抽采设备，利用负压抽排的方式将井下瓦斯抽出来。
该技术具有简便、高效、经济等优点，可以大大提高矿井的安全性。
井下瓦斯抽采钻孔施工技术的施工过程主要包括以下几个步骤：首先是钻孔选址，需要根据矿井的地质条件和瓦斯积聚的情况确定钻孔的位置和数量。
一般来说，选择矿井最集中瓦斯积聚的地方作为钻孔点位，同时要考虑矿井运营的需要和瓦斯抽采管道的布置。
其次是进行钻孔，钻孔需要使用钻探设备进行操作，一般有地面钻探设备和井下钻探设备两种方式。
钻孔的深度和直径要根据瓦斯积聚的情况和抽采需求进行确定，通常直径为100毫米至300毫米，深度一般在500米以上。
然后是安装瓦斯抽采管道，该管道需要与钻孔的空心部分连接，将井下瓦斯输送到地表。
管道一般采用高强度的钢管，连接方式可以是焊接或者螺纹连接，同时需要进行密封处理，以防止瓦斯泄漏。
最后是安装瓦斯抽采设备，包括抽采风机、排气管道和防爆设备等。
抽采风机可以通过机械或者电动方式提供吸力，将井下瓦斯抽出到地表，并通过排气管道排放到安全区域。
同时需要安装防爆设备，以保证瓦斯在抽采过程中不会引发火灾和爆炸。
井下瓦斯抽采钻孔施工技术的应用非常广泛，不仅适用于煤矿开采工程，还可以用于金属矿山、隧道工程等地下施工项目中。
它能够有效控制和抽采井下瓦斯，提高矿井的安全性和工作效率，减少事故的发生。
该技术还可以回收利用抽采的瓦斯，用作能源供应，具有环保和经济效益。
较薄保护层开采技术及瓦斯综合治理技术
２００６年第３期一、前言薄煤层是指开采时贮存厚度小于１．３ｍ的煤层，属难采煤层范畴。
淮南矿区Ｃ１５、Ｂ１０、１１－２、５等槽别均属薄煤层，同时它们又是理想的保护层。
由于煤层薄、空间小，断层及地质构造对回采的影响极大，对采煤方法与工艺要求较高，工人体力劳动强度大，回采安全系数较低，大多数矿井非到万不得已时一般不安排回采。
近年来，随着矿区采场的快速下延，瓦斯涌出量逐年递增，煤与瓦斯突出威胁越来越大。
淮南矿业集团公司提出了“可保尽保、应抽尽抽”的瓦斯治理和突出区域防治战略，开采保护层被提到了重要的议事日程。
保护层开采的核心是薄煤层采煤工艺及瓦斯治理技术，谢一矿在５１１１Ｃ１５工作面尝试薄煤层综采开采保护层工作。
二、工作面装备选型及回采工艺１．工作面装备选型液压支架支护高度在０．９～１．８ｍ，能有效地支护顶板，支护强度要符合要求，且顶梁要相应加长，（因无伸缩前探梁）；支架底座设计要薄，且推移千斤顶后方能排掉矸石；支架上的操纵阀设置要为增加行人空间提供便利。
为此，选用了沈阳煤科院设计、淮南煤矿机械公司生产的ＺＹ３２００’９’１８型两立柱支掩式液压支架。
采煤机厚度要降低，机身长度尽可能缩短，以适应工作面高低起伏的条件，同时也是为了保证支架煤机配套时的过机高度在采高１．３ｍ时不小于０．２ｍ；由于薄煤层赋存条件变化较大，如断层、夹矸、变薄带较多，薄煤层采煤机截割坚硬矸石的机会比中厚煤层要多，带来震动、冲击也要比中厚煤层频繁和剧烈，因此整机的结构要更高、更强，其中最重要的是滚筒割煤问题是装备配套的技术关键；煤机要有电脑工作状况显示板，并配有遥控。
为此，选用辽源煤机厂生产的ＭＧ２×７０’３３０－ＢＷＤ双滚筒采煤机。
工作面输送机要满足：在电缆架满足存放电缆、水管的前提下，结构尽可能低、窄，以增加行人空间，要防止非正常情况下支架底座与电缆架干涉，溜槽强度要高且检修方便。
经过充分论证，选用张家口煤机厂生产的ＳＧＺ－６３０’２６４型运输机。
保护层穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯试验研究
８ｅ咖
ｇａｓ．ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｒｎｌｉｎ帮０ｒ１ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂｏｒｅｓ ｔｈｉｇｈ ｔｈｅ ｒｏｃｋ
ｆａｉｌｕｒｅ． ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｏｏ日ｌ ８∞ｍ
ｇａｓ
顾桥煤矿为了对１３—１煤层的卸压瓦斯尽可能多 的抽放，在１１１７（１）工作面回采期间进行了保护层上风 巷穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯的试验研究，并取 得了比较好的效果。 １保护层工作面概况 １１１７（１）工作面为顾桥矿１１—２煤层首采工作面， 走向长２７００ｍ，倾斜长２４０ｍ，平均煤厚２．６ｍ，煤层平均 倾角７０。该面为首个保护层开采工作面，对应的被保 护层为１１１７（３）工作面，实测瓦斯压力２．８ＭＰａ，瓦斯含 量８．４７ｍ３／ｔ。 １１１７（３）工作面煤层老顶为浅灰色粉细砂岩，厚度 ８．０８ｍ，直接顶为浅灰～灰白色砂质泥岩，厚度３．４２ｍ， 直接底为灰色砂质泥岩，厚度１０．３２ｍ。１３—１煤层厚 度１．９３．８．２８ｍ，１１—２煤层位于１３—１煤层下方。 ２瓦斯综合治理 １１１７（１）工作面瓦斯治理设计分为保护层瓦斯治 理和被保护层瓦斯治理两个方面。保护层瓦斯治理主 要为顶板走向钻孔和上隅角埋管抽放，被保护层瓦斯 治理主要为地面钻井和底板抽采巷抽放。 设计在开采１ｌ一２保护层同时对１３—１煤层进行 卸压瓦斯抽采。１１１７（１）工作面东段１６００ｍ采用专用 底板巷抽采，西段１４００ｍ采用地面钻井抽采，地面共布 置５口钻井，抽采半径按２００ｍ设计，１’钻井位于１１１７ （１）切眼东５０ｍ，依次向外间隔３００ｍ一个，在倾斜方向 每口钻井都位于１１１７（１）面水平投影的中央，见图１。
１１２
＾童撼差舛技
２００８年第３期
保护层穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯试验研究
四川煤矿极薄煤层提高瓦斯抽采效果关键技术研究
煤 层 瓦斯 含 量 低 、 层 透 气 性 差 、 层 钻 孔 施 工 困 煤 顺
表 １ 试验 矿井基本情况
由表 １ 知 ， 试 验 矿 井 均 开 采 极 薄煤 层 ， 可 ５对 矿
收 稿 日期 ：０ １ ０ ２ １ — １—１ ２ １ ０ ０ ０；０ １— ６— ３修 订
基金项 目： 四川 省 安 全 科 技 项 目（ ０ ７—１ ，０ ８— ２ ２０ ０ ２０ ２ ）
２１ 年 ｌ ０ １ ０月
矿 业 安 全 与 环 保
第３ ８卷第 ５期
四 川煤 矿 极 薄 煤 层 提 高 瓦 斯 抽 采 效 果 关 键 技 术 研 究
刘 生 龙
（ 川省 安 全 生 产 监 督 管 理 局 （ 川 煤 矿 安 全 监 察 局 ） 全 技 术 中心 ， 川 成 都 ６ ０ ４ ） 四 四 安 四 １０ ５
造 区加快 沿煤 层掘 进 速 度 ，０ ８年 ５月 在 处 于地 质 ２０
构造 区的 ４ １７回采 工作 面 的 已掘 巷 道 内 ， ３０ 向两 侧 布置 下 向顺煤 层 钻孔 ６ ０个 ， 长 ５ Ｉ水 泥 砂浆 封 孔 ０１， Ｔ
孔 １ Ｉ 用家 用煤 气 表 测定 单 孔 抽 采量 ， 得平 ０ Ｉ。使 Ｔ 测
难 、 易 封孔 、 采 瓦 斯 浓 度 低 、 采 瓦斯 量 小 等 技 不 抽 抽 术 难题 ， 择 了 ５对试 验矿 井 ， 过 近 ３年 多 的不 断 选 通 摸 索 和多 种抽 采 瓦 斯 技 术 的现 场 试 验 ， 成 了 提 高 形 矿井 瓦斯 抽采 率 和抽采 浓度 的关 键 技术 。
卸压瓦斯抽采效果浅析
卸压瓦斯抽采效果浅析作者：宁天新来源：《中国科技博览》2014年第17期[摘要]在解决煤炭开发中出现的高瓦斯问题，卸压瓦斯抽采技术的应用取得显著的成效。
卸压瓦斯的抽采一方面提高了煤矿的经济效益，同时降低煤矿安全开采方面的风险，另外在我国保护环境以及新能源的开发利用中也占有很大的比重。
[关键词]卸压瓦斯；新能源；卸压抽采中图分类号：TD712+16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0004-01随着经济的不断发展，我国面临了越来越大的能源问题，对于能源的需求也日益增长，所以煤炭行业的重要性也日渐彰显。
在开采煤炭的过程中，瓦斯长期被视为有害气体，从未从能源资源等角度加以认识。
上世纪70年代末由于能源危机的爆发，美国政府采取优惠政策，大力扶持美国的瓦斯开发工作，从而推动了瓦斯的研究和开发试验，并于上世纪80年代初取得重大突破，成为第一个进行大规模商业性生产瓦斯的国家[9]。
进而推动了全世界瓦斯产业的发展。
然而由于我国的煤层透气性普遍较低[3]，属于难抽采煤层，为了提高煤层中瓦斯的抽采效果，降低煤层中瓦斯含量、增加煤矿开采过程中的安全性、并且尽最大限度减少空气污染、充分利用资源，必须实现瓦斯的安全高效的抽采。
采用保护层开采技术，可使被保护煤层卸压，煤层透气性增加，被保护煤层的瓦斯具备流动条件，在配合卸压抽采技术，便可实现煤层中瓦斯的高效抽采。
在保护层开采过程中，常见的被保护层卸压瓦斯抽采方式为高抽巷、顶底板岩巷网格式穿层钻孔抽采[1]。
从抽采实践来看，抽采效果较好，但抽采工程量大，施工工期长，费用高。
所以，本文重点研究了地面钻井抽采被保护层卸压瓦斯方法。
1 卸压抽采理论1.1 卸压开采围岩活动规律卸压开采是针对多煤层特点，选择瓦斯含量小、突出危险性低的薄煤层首先开采（称卸压层或保护层），利用顶底板岩层冒落、移动，产生裂隙，使其他被保护层内的瓦斯卸压、解吸，增加透气性[4]。
松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势
松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势松软突出煤层是一种典型的煤矿安全隐患，其不仅会影响煤矿的正常生产，还会引发各种矿井事故。
因此，钻孔瓦斯抽采技术在煤矿安全生产中具有非常重要的作用。
本文将从钻孔瓦斯抽采的技术原理、施工技术及发展趋势进行探讨。
一、钻孔瓦斯抽采的技术原理钻孔瓦斯抽采是指在煤矿井下将瓦斯抽采管通过钻孔安装到煤层底部，将瓦斯从井下运出。
其技术原理是利用钻孔穿过煤层，使得煤层底部形成一定的负压环境，在煤层中形成一个瓦斯抽采区，将瓦斯集中抽采并运出井口，从而达到排放瓦斯的目的。
1、钻孔布置根据煤层的特点，选择合适的钻孔位置和方向，一般选择在煤层下部或有较多瓦斯涌出的地点进行钻孔。
2、钻孔开孔钻孔开孔时需要根据煤层的深度和性质选择合适的钻头，定期更换切削刃，加强钻头冷却，避免钻孔卡钻。
3、安装管杆安装管杆时要选择质量较好的材料，并按照要求进行对接，保证管杆的牢固性和密闭性。
4、安装瓦斯抽采管将瓦斯抽采管依次安装到钻孔内，通常采用“一管一孔”原则，尽量避免弯曲。
5、连接管道连接管道时应选择合适的管道材料，保证管道的密闭性，避免瓦斯泄漏。
在瓦斯抽采管上安装瓦斯抽采机，进行瓦斯抽采，并将抽采的瓦斯运至地面。
1、自动化技术随着煤矿自动化程度的不断提高，自动化钻孔瓦斯抽采技术将越来越受到重视。
自动化钻孔瓦斯抽采设备能够实时监测瓦斯浓度、温度、压力等参数，并自动调节瓦斯抽采的参数，大大提高了瓦斯抽采的效率和安全性。
2、微波技术利用微波技术进行钻孔瓦斯抽采是目前研究的热点之一。
微波技术可以快速加热煤层，使煤层内部温度升高，从而促进瓦斯释放。
与传统钻孔瓦斯抽采相比，微波钻孔瓦斯抽采具有速度快、效率高、破坏小的优势。
3、环保技术传统的钻孔瓦斯抽采技术存在一定的环境污染问题，如大量使用煤油、柴油等燃料，排放大量废气、废水等。
因此，未来钻孔瓦斯抽采技术需要发展环保型技术，如采用太阳能、风能等清洁能源，减少对环境的污染。
卸压开采下瓦斯抽采方法和钻孔布置研究
卸压开采下瓦斯抽采方法和钻孔布置研究摘要：国内外学者对卸压开采下瓦斯抽采方法和钻孔布置进行了很多研究，刘军对远距离下保护层卸压瓦斯抽采时空规律进行了研究，采用现场考察和数值模拟的方法，分析了被保护层煤层卸压瓦斯抽采钻孔合理布孔位置、膨胀变形分布、应力场演化规律及卸压抽采时空规律;王海阔研究了潘一矿远距离下保护层开采卸压瓦斯抽采技术，根据煤岩瓦斯耦合理论，采用ＲFPA2D数值模拟软件，分析了下保护层开采后上覆煤岩层的卸压瓦斯运移规律和变形及裂隙发育规律。
关键词：卸压开采;瓦斯抽采;钻孔布置引言现阶段煤矿矿井开采作业中，瓦斯问题始终是重大的安全隐患，要确保作业期间瓦斯浓度控制在一定浓度以下，才能保障矿井作业的安全开展，避免煤矿开采受到瓦斯的影响。
要想实现对瓦斯浓度的有效控制，需结合科学瓦斯抽采方法来降低瓦斯浓度。
但是因矿井地下空间地质条件较为复杂，瓦斯抽采工作的开展存在一定困难。
基于此，需在抽采前制定科学抽采方案，施行安全措施，合理应用抽采工艺，提升瓦斯抽采工作效果。
1矿井瓦斯抽采方法阐述1.1跨层钻孔抽采当前井下瓦斯抽采工作开展过程中，跨层钻孔抽采技术的应用较为常见，该技术主要适用于存在突出危险的特厚煤层。
纵观当前我国煤矿开采事业的发展，其中部分煤层缺少开采保护层，这就导致开采期间极易出现煤层突出的现象，存在较大的风险隐患。
而针对此类煤层，跨层钻孔抽采技术的应用可以实现对瓦斯的有效抽采。
在具体应用过程中，可以依据巷道种类的不同而分为底板岩巷密集跨层钻孔抽采、底板岩巷大面积跨层钻孔抽采两种。
在瓦斯抽采作业期间，跨层钻孔抽采技术应用具备安全性高、灵活性高等特点，在各种地质类型的矿井中都可以良好应用。
并且在具体抽采作业期间，虽然涉及到钻孔作业，但是其钻孔工程量相对较小，不会在钻孔期间对周围地质构造造成破坏和影响。
通过跨层钻孔抽采瓦斯，可以在最短时间内进行瓦斯浓度的降低，减少瓦斯问题的安全隐患，所以该技术俨然成为当前突出煤层瓦斯抽采中常用的技术之一。
低透性煤层穿层钻孔高效抽采配套技术研究
低透性煤层穿层钻孔高效抽采配套技术研究发布时间：2021-12-22T03:03:24.062Z 来源：《中国科技人才》2021年第26期作者：马鹏飞[导读] 孟津煤矿属煤与瓦斯突出矿井，采深达700多米，主采二1煤层为三软构造煤层，透气性差，瓦斯较难抽出，为强化瓦斯治理过程和施工环节的标准化管理，提升瓦斯治理工程施工效率和瓦斯治理效果，实现由工程的数量和质量向治理效率、效果转变，矿井在12000工作面底抽巷对“穿层钻孔高效抽采配套技术”进行研究，实践证明：12000轨道底抽巷“瓦斯抽采配套技术”已初具成效，治理效果显著提升，单孔浓度达到85%以上，分单元计量抽采浓度达到70%以上，提高了瓦斯抽采效果。
义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司河南孟津 471100摘要：孟津煤矿属煤与瓦斯突出矿井，采深达700多米，主采二1煤层为三软构造煤层，透气性差，瓦斯较难抽出，为强化瓦斯治理过程和施工环节的标准化管理，提升瓦斯治理工程施工效率和瓦斯治理效果，实现由工程的数量和质量向治理效率、效果转变，矿井在12000工作面底抽巷对“穿层钻孔高效抽采配套技术”进行研究，实践证明：12000轨道底抽巷“瓦斯抽采配套技术”已初具成效，治理效果显著提升，单孔浓度达到85%以上，分单元计量抽采浓度达到70%以上，提高了瓦斯抽采效果。
一、工作面概况12000工作面沿煤层倾向布置，切眼长度190m，倾斜长度526m，底抽巷布置在二1煤层以下8～15m的层位，工作面煤层厚度较为稳定，煤厚为8m～13m，煤层透气性系数为0.0489m2/(MPa2?d)，最大原始含量为13.01m3/t，最大原始压力1.58MPa。
瓦斯含量较高，瓦斯压力较大，煤体松软呈粉末状，在钻孔施工期间，扰动煤体时会有大量瓦斯解析，造成钻孔初始抽采浓度较高。
二、瓦斯治理技术的研究1、底抽巷布置及层位选择12000轨道底抽巷布置在二1煤层以下8～15m的层位，与煤巷内错10m，巷道采用综掘工艺掘进，锚网喷支护；12070工作面、12030工作面底抽巷布置在二1煤层以下8～13m，与煤巷相错15～23m，采用炮掘工艺掘进，锚网喷支护。
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２７
极 薄煤 层穿层钻孔抽 采卸压 瓦斯 技术研 究
王炎伟 ，朱鹏 飞
（ 国投新登 郑州煤业有限公 司，河 南 登封
摘 要
４ ５ ２ ４ ７ ０ ）
针 对小煤矿极 薄煤层开采过程 中工作面 瓦斯超 限频繁 的问题 ，该文以四川 白鹤煤矿 为例 ，采 用顶底板 穿层钻孔技
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｏ ｖ ｅ ｒ ｒ ｕ ｎ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｔ ｈ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ａ ｋ ｅ ｓ Ｂａ ｉ ｈ ｅ ｍｉ ｎ ｅ ｉ ｎ Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ａ ｓ ａ ｎ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ｂ ｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｒ ｏ ｏ ｆ ａ ｎ ｄ ｆ ｌ ｏ ｏ ｒ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｇ ａ ｓ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｅ ａ ， ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｓ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ｅ ｆ ｇ ａ ｓ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｈｅ ｔ ｇ ａ ｓ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｅ ｗａ ｓ ３ ３ ％； ｈｅ ｔ ｇ ａ ｓ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｎ ｂ ｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｐ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｒｏ ｈ ｕ ｇ ｈ ｂ ｏ ｓｏ ｍ ｉ ｓ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏｒ ｆ ｇ ａ ｓ ｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ｅ ｆ ａ ｒ ｅ ａ ， ｏ ｎ ｈｅ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｒ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ
术进行 了卸压瓦斯抽 采试验 ，结果表 明 ：顶板穿层钻孔抽采卸压 瓦斯效果理 想，瓦斯抽 采率达到 了 ３ ３ ％；底板 穿层钻 孔抽 采 卸压瓦斯的单孔瓦斯流量较 小，浓度较 高。通过 顶底板 穿层 钻孔对邻近层进行 瓦斯抽采 ，工作 面瓦斯超 限问题得 到 了有
效解决 ，保障 了安全生产 ，为相似条件下的 瓦斯抽采提供 了依据 。 关键 词 卸压瓦斯抽采 中图分类号 穿层钻孔 瓦斯超限 文献标识码 安全生产 Ｂ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ － ２ ８ ０ １ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ４ ３
Ｗａ ｎ ｇ Ｙａ ｎ— ｗｅ ｉ ， Ｚｈ ｕ Ｐｅ ｎ ｇ －ｆ ｅ ｉ
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