采空区瓦斯抽采方法
煤矿专业基础第1章 煤层瓦斯抽采技术及方法
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图9.1.3 随掘随抽的钻孔布置 1—掘进巷道；2—钻窝；3—钻孔
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图9.1.4 随采随抽钻孔布置
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1.3 邻近层瓦斯抽采
邻近层瓦斯抽采技术在我国瓦斯矿井中已经得到广 泛的应用，从20世纪50年代起，先后在阳泉、天府、中 梁山等矿务局取得了较好的效果，但近距离的上、下邻 近层抽采仍沿用一般的邻近层抽采技术，不仅效果欠理 想，而且还会给生产带来一些麻烦。“八五”以来，学 者对近距离邻近层瓦斯抽采难题进行了研究，提出了不 同开采技术条件下的近距离邻近层瓦斯抽采方法，取得 了较好的效果。
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(3)本煤层卸压抽采瓦斯 在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩的 应力会重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区 内，煤层膨胀变形，透气性系数增加，在这个区域内打 钻抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空 间。这类抽采方法现场称为随掘随抽和随采随抽。 1）边掘边抽 2)边采边抽
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1.2 本煤层瓦斯抽采
本煤层瓦斯抽采，又称为开采层抽采，目的是为了 减少煤层中的瓦斯含量和降低回风流中的瓦斯浓度，以 确保矿井安全生产。 1.2.1 本煤层瓦斯抽采的原理 本煤层瓦斯抽采就是在煤层开采之前或采掘的同时， 用钻孔或巷道进行该煤层的抽采工作。煤层回采前的抽 采属于未卸压抽采，在受到采掘工作面影响范围内的抽 采，属于卸压抽采。
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图9.1.1 穿层钻孔抽采瓦斯的示意图 1—煤层；2—钻孔；3—钻场；4—运输 大巷；5—封闭墙；6—瓦斯管路
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图9.1.2 未卸压顺层钻孔抽采开采煤 层示意图 1—运输巷；2—回风巷；3—钻孔； 4—采煤工作面；5—采空区
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(2)巷道预抽本煤层瓦斯(未卸压) 巷道预抽是20世纪50年代初，我国抚顺矿区成功试 验本煤层预抽瓦斯时最初采用的一种抽采瓦斯方式：在 采区回采之前，按照采区设计的巷道布置，提前把巷道 掘出来并构成系统，然后将所有入、排风口都加以密闭， 同时，在各排风口密闭处插管并铺设抽采瓦斯管路，将 煤层中的瓦斯预先抽采出来。经过一段时期的抽采，待 瓦斯浓度降低至规定的范围后，即可回采。抽采瓦斯巷 道的设计与布置，除必须完全适应将来开采需要外，还 要充分利用瓦斯流动的特性，既能抽采本采段的煤层瓦 斯，又能截抽下段煤层瓦斯。基于这一考虑，一般都将 瓦斯巷道布置在煤层顶分层和上、下段之间的阶段煤柱 中。
中国煤矿瓦斯抽采技术
进风巷
11#煤层
回风巷 保护层
淮南矿业集团上保护层及 被保护层瓦斯治理方法
进风巷
顶板高位抽放巷
回风巷
保护层
尾巷
被保护层
进风巷
回风巷 卸压瓦斯抽放钻孔
底板瓦斯抽放巷
阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采系统
进风平硐
顶板倾 斜钻孔
顶板倾 斜钻孔
顶板倾 斜钻孔
储瓦斯罐 瓦斯管 瓦斯
泵房 安全 出口
瓦斯管
阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采方法
死亡人数 产量
25
23.25
6877
7016
6995
20
6000
4000 4826
4805
4942
13.74 9.99
15
4746
10
2000
5
4.83
0 1976
1981
1986 1991 1996 时间/年
2001
0 2006
全国煤矿百万吨死亡率
5.87 5.53
3.85
3.08
2.77 2.81
收
作
线
机巷
边
界 回 风 上 山
运 轨人 回 输 道行 风 上 上上 上 山 山山 山
上区段机巷 40m
风巷
80m 10m
岩石轨道巷 联络巷
联络石门 岩石集中巷
20m 机巷
8煤层
9煤层
淮南谢桥矿采动区域地面钻井法抽卸压瓦斯方法
井壁结构
地面钻井示意图
单井瓦斯抽采量可达10～25m3/min，抽采 浓度为60～95%，抽采半径超过200m
1.94 2.04 1.98
全国煤矿 乡镇煤矿 国有地方 国有重点
综采工作面采空区瓦斯抽放技术
综采工作面采空区瓦斯抽放技术随着煤炭行业的快速发展，为了满足不断增长的能源需求，我国煤炭生产技术不断进步，尤其是综采工作面的瓦斯抽放技术取得关键性突破，大大提高了煤矿的安全生产和煤炭资源利用效率。
综采工作面采空区瓦斯抽放技术的意义在煤矿开采过程中，煤炭的燃烧释放大量的瓦斯，而在综采工作面的采空区，这些瓦斯没有足够的空间扩散，很容易引发爆炸事故。
使用瓦斯抽放技术可以将采空区的瓦斯收集起来再处理或输送走，不仅能减少矿井的瓦斯含量，确保矿井安全，而且可以充分利用这些瓦斯资源，提高资源利用效率。
因此，综采工作面采空区瓦斯抽放技术的研究和应用具有重要的意义。
综采工作面采空区瓦斯抽放技术的分类根据瓦斯抽放技术的不同特点和工艺原理，可将其分类为以下几种：1.自然抽采法自然抽采法是将瓦斯从煤层往外排放，利用自然气压差异或矿井底部温差等力量推动瓦斯流动，然后收集瓦斯。
这种方法需要在地质条件较好的煤层中使用，对矿井气压、地质条件和矿井布局有较高的要求。
2.人工排放法人工排放法是将瓦斯从井下的孔洞或管道中基于人工力量进行排出。
一些煤矿在开拓煤层时便预留孔洞和通道以便排放瓦斯。
这种方法使用方便，成本低，但需要保持有效的通道和管道。
3.机械抽采法机械抽采法是通过风机、压缩机或抽气泵等机械设备产生负压力，使瓦斯流向采空区，并从钻孔中抽出收集。
这种方法采取机械驱动收集瓦斯，所以其大大提高了瓦斯收集效率，而且排放管道可以较好地控制瓦斯流向。
综采工作面采空区瓦斯抽放技术的发展趋势1.现场监测技术的逐步完善现场监测技术的逐步完善，使得瓦斯抽采技术的稳定可靠性有了明显提高。
现在煤炭行业正在积极推广使用瓦斯自燃定位监测系统、瓦斯含量监测系统、瓦斯温压监测系统、瓦斯流量计等现场监测设备，从而实现对各个工作面瓦斯抽放的精细化管理。
2.瓦斯抽采技术的节能降耗瓦斯抽采技术的节能降耗也是未来的发展趋势。
铺设管道能有效地较低抽采设备能耗，同时减少沿程的泄漏或阻力。
煤矿瓦斯抽采指标与规范
瓦斯抽采应遵循“先抽后采、抽采达标”的原 则。
瓦斯抽采时应根据实际情况选择合适的抽采设备 和工艺参数。
瓦斯抽采管理规范
瓦斯抽采管理应建立健全的 规章制度，明确各级管理人
员职责。
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瓦斯抽采管理应建立完善的 档案管理制度，确保资料齐
提高瓦斯抽采效果的措施
优化抽采工艺
根据矿井实际情况选择合适的瓦斯抽采工 艺和技术，提高瓦斯抽采量和浓度，降低
能耗和成本。
A 加强设备维护
定期对瓦斯抽采设备进行检查和维 护，确保设备运行正常，提高瓦斯
抽采效率。
B
C
D
推进科技创新
积极引进和推广先进的瓦斯抽采技术和装 备，加强科研攻关和自主创新，不断提高 瓦斯抽采效果和治理水平。
实时监测
利用在线监测系统对瓦斯抽采过程进行实时监测，及时发 现和解决异常情况，确保瓦斯抽采效果和安全生产。
数据分析
对监测数据进行统计和分析，掌握瓦斯抽采规律和变化趋 势，为优化瓦斯抽采方案和调整治理措施提供科学依据。
效果评估
根据动态监测数据对瓦斯抽采效果进行评估，及时总结经 验教训，提出改进措施，不断提高瓦斯抽采效果和治理水 平。
煤矿瓦斯抽采指标与规范
目录
• 瓦斯抽采概述 • 瓦斯抽采指标 • 瓦斯抽采规范 • 瓦斯抽采设备与设施 • 瓦斯抽采效果评价
01 瓦斯抽采概述
瓦斯抽采的意义
降低煤矿瓦斯事故
风险
通过瓦斯抽采，可以有效降低矿 井内瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸等 事故发生的可能性，保障矿工生 命安全。
提高煤炭开采效率
瓦斯抽采可以降低矿井内的瓦斯 压力，有助于煤炭开采工作的顺 利进行，提高开采效率。
矿井瓦斯抽采的基本方法
第九章矿井瓦斯抽采的基本方法本章培训与考核要点：掌握本煤层，临近层和采空区瓦斯抽采的含义，分类, 布置形式及他点，煤矿瓦斯抽放规范规定，监理抽放瓦斯系统的矿井必须实施先抽后采或边抽边采。
矿井瓦斯抽采的基本方法分类：（一）按抽采瓦斯的来源分为：1、本煤层瓦斯抽采（开采层）2、临近层瓦斯抽采（上下临近层）3、采空区瓦斯抽采（全封闭、半封闭和钻孔）4、围岩瓦斯抽采（二）按抽采的机理分为：1、未卸压瓦斯抽采（本煤层、围岩）2、卸压瓦斯抽采（采空区）（三）按灰机瓦斯的方法分为：1、钻孔抽采（各种钻孔）2、巷道抽采（全封闭、半封闭）3、综合抽采（巷道与钻孔）（四）按钻孔与煤层的关系分为：1、沿煤层钻孔2、穿层钻孔（五）钻孔角度分为:1、上向孔2、下向孔3、水平孔抽采瓦斯方法选择:第一节本煤层瓦斯抽采一、本煤层瓦斯抽采含义：（开采层）本煤层瓦斯抽采孔是在煤层开采之前或采掘的同时。
用钻孔或巷道进行该煤层的抽采工作。
二、本煤层瓦斯抽采的分类：1、按抽采机理分为：未卸压和卸压开采2、按汇集的方法分为：1、钻孔抽采2、巷道抽采3、钻孔与巷道抽采三、本煤层瓦斯抽采和布置形式及特点：一、本煤层未卸压抽采：决定未卸压层抽采效果的关键性因素，是煤层的天然透气性导致（瓦斯抽采的难易程度表，分三类，容易、可以、较难抽采）煤巷掘进瓦斯涌出虽较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。
（预抽）本煤层预抽瓦斯是钻孔打入未卸压的原始煤体进行抽采瓦斯，本煤层未卸压抽采方法有：1、岩巷揭煤时有岩巷向煤层施工穿层钻孔进行抽采2、煤巷掘进时在煤巷掘进面施工超前钻孔进行抽采3、采区大面积预抽时施工顺层钻孔、穿层钻孔、地面钻孔等。
特点：穿层钻孔施工方便，可以预抽的时间长，顺层钻孔常受采掘接替的限制，抽采时间不长，影响了抽采效果。
二、卸压钻孔抽采：在受回采或掘进的采动影响下，煤层和围岩的应力重新分布，形成卸压和应力集中压，在卸压内煤层膨胀变形，透气性泵数增加，在这个区域内打钻抽采瓦斯，可以提高抽采虽，本煤层卸压抽采分为：1、由煤巷俩侧或岩巷向煤层周围施工钻孔进行边掘边抽。
采空区瓦斯分布规律及抽采方法
采空区瓦斯分布规律及抽采方法摘要：通过对采空区瓦斯分布规律的研究分析，并结合矿井的实际瓦斯情况，特别是采空区，采取了相应的抽采方法，如高位钻孔抽放，并指出了高位钻孔抽放在顺和煤矿的优化分析关键词：采空区；瓦斯；规律；抽采Abstract：Through the study of goaf gas distribution regularity, and combined with the analysis of mine gas, especially the practical goaf, and take the corresponding extraction methods, such as high drilling drainage, and pointed out the high drilling smoke on forever China two ore optimization analysis.Key words:Mined-out area; Gas; The rule; Extraction1 采空区瓦斯分布规律1.1采空区瓦斯来源分析1.1.1 采空区瓦斯来源煤层开采前，原始的煤层、围岩与瓦斯流体组成的系统处于均衡状态，开采后，随着工作面向前推进，工作面后方的煤层顶板不断冒落下来，形成采空区，采空区上方煤层、岩层产生变形、下沉及断裂等变化，形成裂隙、裂纹，从而改变了瓦斯原来的流动状态和赋存状态，瓦斯从煤层及围岩中通过贯穿的空隙空间向着采空区和工作面流动，甚至大量的涌出。
采空区内瓦斯涌出的能量来源于浓度差(压差)。
由于采空区深部的瓦斯浓度(压力)高于采面瓦斯浓度(压力)，而气体总就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，直至压力平衡。
此外在采空区靠近采煤工作面的空间内，由于存在着漏风，在采空区内形成通风负压。
采场范围内涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影响着采场的瓦斯涌出量。
抽采瓦斯的方法分类
抽采瓦斯的方法分类更具从时间上、空间上的不同可以分为采前抽采、采中抽采、采后抽采本煤层、临近层、采空区、工作面（回采工作面，掘进工作面）抽采开采层瓦斯抽采选择瓦斯抽采方法的原则开采层、邻近层和采空区瓦斯抽采是目前国内外广泛应用的三种煤矿瓦斯抽采办法。
选择合理有效的瓦斯抽采方法需要综合考虑矿井主要瓦斯来源、煤层赋存特征、采掘布置方式以及煤层开采程序等许多客观因素。
经前人不断探索实践,总结出以下五个选择瓦斯抽采方法的原则首先要与矿井地质条件、煤层基本赋存特征、采掘巷道布置方式和煤炭开采技术条件相符。
其次要考虑煤矿瓦斯涌出主要来源及构成,尽可能应用综合瓦斯抽采技术来提高抽采效果。
然后要做到抽采与采掘巷道相结合,以达到减少井巷工程量的目的。
再次要有助于抽采巷道的布置、维护和维修,己达到降低抽采成本的目的。
最后,应尽量方便于抽采管路的敷设,确保抽采工程的施工安全和增加抽采时间。
、瓦斯抽采方法概述回采工作面瓦斯来源及构成工作面瓦斯涌出量构成预测结果表明其一部分来源于开采层煤壁和落煤解析的瓦斯,另一部分来源于采空区丢煤解析的瓦斯和周围岩层及上下邻近层涌出的瓦斯。
工作面瓦斯主要来源于采空区含采空区丢煤、周围岩层及邻近层和开采层涌出的瓦斯。
采前预抽、边采边抽和强化抽采等方式都属于开采层瓦斯抽采方式。
①采前预抽主要是一项对未卸压的煤层或岩层进行瓦斯抽采的技术手段,它多应用钻孔技术将被采煤体中的瓦斯在煤层开采之前预先抽采出来。
因此说,当煤层透气性较好的时候,其抽采效果十分显著,而煤层透气性较差时,效果不会很理想。
②边采边抽主要是对已经卸压的煤层进行瓦斯抽采。
当综采工作面向前推进的时候,其前方一定范围内的煤体产生大量裂隙,透气性得到了增加,此时应用倾斜钻孔技术抽采综采工作面一前方一定范围内煤体中的卸压瓦斯,抽采效果也是明显。
③强化抽采主要针对透气性较差的煤层,该方法采用煤层强化卸压技术如水力割缝和深孔爆破等技术来增大煤层的透气性,或增加煤层驱动能量如注入等气体,已达到提高煤层压力梯度、置换瓦斯和促进瓦斯渗流、解析的目的。
采空区瓦斯抽采技术标准
采空区瓦斯抽采技术标准1 范围本标准规定了煤矿采空区瓦斯抽采方法、技术标准等要求。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
AQ 1027-2006 煤矿瓦斯抽放规范GB 50471-2008 煤矿瓦斯抽采工程设计规范MT 1035-2007 采空区瓦斯抽放监控技术规范建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000版）3 术语及定义采空区指矿井回采工作面后冒落或封闭的区域。
正在回采工作面的冒落区域称半封闭式采空区或现采空区，已经封闭的回采工作面的区域称老空区。
4 采空区抽采瓦斯方法4.1 埋管法沿回采的采煤工作面回风巷敷设抽采管路由上隅角进入采空区进行瓦斯抽采的一种工艺方法，见图1。
具体可参照以下要求实施：a) 抽采管路上每间隔20m～50m设置一个立管；b) 立管高度根据采高和冒落情况确定，立管上方设置顶端封闭、四周钻孔的筛孔管，筛孔个数根据抽采瓦斯情况确定，同时需对立管采取保护措施；c) 在立管进入采空区20m～30m后打开，接替上一立管依次投入抽采。
图 1 采空区埋管抽采布置剖面示意图4.2 插管法利用抽采管路系统，对回采的采煤工作面封闭采空区部分和已采的采煤工作面全封闭采空区进行抽采的一种工艺方法。
抽采管路可沿回风巷、专用排瓦斯尾巷敷设，见图2、图3.全封闭采空区闭墙还应符合以下要求：a) 闭墙要严密不漏风；b) 插管开孔高度应在闭墙高度的三分之二以上；c) 插管应穿透闭墙超过0.5～1m；d) 插管管材应采用阻燃、抗静电、不导电材质；e) 墙外的管路应加观测孔、阀门。
图 2 现采空区插管抽采布置示意图1——单向阀； 2——孔板流量装置； 3——放水闸阀； 4——放水箱；5——抽采管阀门； 6——观察孔阀门； 7——瓦斯抽采管； 8——采样观察管；9—注浆管图 3 现采空区插管抽采布置示意图4.3 顶板走向（倾向）钻孔法利用采煤工作面巷道及其相邻巷道施工高位瓦斯钻孔对采空区进行抽采的一种工艺方法，其主要布置形式有两种，一是迎向工作面推进方向布置的走向高位钻孔，见图4；二是垂直工作面推进方向布置的倾向高位钻孔，见图5。
采空区瓦斯抽放技术
回风煤门 入风煤门
中间顶煤瓦斯道
顶煤瓦斯道 2
回风顺槽
4
-780皮带巷 2
-730流水巷
78001－I巷道 2 布置与瓦斯抽 放系统示意图
-680m流水巷
1--φ219mm瓦斯管 2--φ325mm瓦斯管 3--φ126mm瓦斯管 4--φ159mm瓦斯管
采边抽方法
采空区 积聚瓦斯 抽放方法
工作面上隅角 瓦斯抽放方法
钻孔抽放方式 巷道抽放方式
埋、插管抽放方式
钻孔抽放方式 密闭插管抽放方式
密闭抽放
地面钻孔抽放
我国煤矿采空区抽放瓦斯技术
2、顶板走向钻孔抽放瓦斯
回风巷
抽放钻场 抽放管路 抽放钻孔
工 作 面
进风巷
在工作面回风巷每隔 70～100m布置一个钻 场，钻场在回风巷下 帮开口，以17°倾角 向上施工，掘进4m后 变平，再施工钻场； 每个钻场布置3～8个 钻孔，钻孔直径91mm， 长度120～150m；钻孔 终孔点控制在回风巷 下帮向下3～23m范围 内，终孔距煤层法距 18m左右。瓦斯抽放量 为7.0～12.0m3/min， 平均10.5 m3/min。
21 1.6 80 4 90 105 3~4 <6 14~ 0~20 1.5~ 15~
25
2.5 35
5~8 2.5 75 3~4 108~ 140 3~4 <6 28~ 34~ 15~24 30~ 20~
127
40
47
50 26.6
我国煤矿采空区抽放瓦斯技术
2、顶板走向钻孔抽放瓦斯
淮南潘一矿11#煤层采面采空区顶板钻孔抽放卸压瓦斯示意图
针对采空区中瓦斯埋管抽采技术应用与分析
针对采空区中瓦斯埋管抽采技术应用与分析采空区瓦斯埋管抽采技术是指在煤矿采空区埋管中存在较高浓度瓦斯时，利用采空区的自然抽采力和其他辅助手段，将瓦斯从埋管中抽采出来，以达到瓦斯抽采和治理的目的。
这种技术是一种有效的瓦斯抽排手段，既能够减少瓦斯的积聚，防止瓦斯爆炸事故的发生，又节约了能源资源。
采空区中瓦斯埋管抽采技术主要应用于采空区埋管较长、存在较高浓度瓦斯的矿井，目前在煤矿安全生产中得到了广泛的应用。
其主要原理是利用采空区埋管中的煤层剩余气体压力和采动工作面开采活动产生的局部负压效应，将瓦斯从埋管中抽采到地面，通过抽采设备进行净化后达到排放标准。
采空区中瓦斯埋管抽采技术的优点主要有以下几个方面：采空区中瓦斯埋管抽采技术可以实现自动化操作，减少人工干预，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率。
该技术可以将瓦斯直接从埋管中抽采到地面，实现了瓦斯从源头到目的地的直接流动，避免了二次污染，减少了瓦斯对环境的影响。
采空区中瓦斯埋管抽采技术能够减少采空区瓦斯积聚导致的矿井瓦斯爆炸事故的风险，提高了矿井的安全性。
该技术能够对抽采出的瓦斯进行净化处理，使其达到排放标准，减少了瓦斯排放对大气环境的污染。
采空区中瓦斯埋管抽采技术也存在一些不足之处：不同矿井的埋管结构、瓦斯浓度和压力等参数存在差异，需要根据实际情况进行定制化设计，增加了运维成本。
抽采出的瓦斯需要进行净化处理，费用较高，需要较大的投入。
该技术只适用于瓦斯浓度较高的采空区埋管，对于瓦斯浓度较低的采空区埋管效果较差。
该技术需要借助辅助设备进行运行，一旦运行故障，可能会导致瓦斯无法正常抽采，增加了矿井安全事故的风险。
采空区中瓦斯埋管抽采技术是一种有效的瓦斯抽排手段，能够减少采空区瓦斯积聚，防止瓦斯爆炸事故的发生，但在实际应用过程中还需要进一步完善和改进。
煤矿瓦斯抽采
第三节 采空区瓦斯抽放方法 一、采空区瓦斯抽放的含义
开采厚煤层或邻近层处于冒落带时，
其中大量的瓦斯会直接进入采空区。当
回采工作面的采空区或老空区积存大量
瓦斯时，往往被漏风带入生产巷道或工
作面，造成瓦斯超限而影响生产，因而
应对采空区的瓦斯进行抽放。采空区抽放
瓦斯：抽放现采工作面采空区和老采空区的
抽放的目的就是通过抽放降低风流中的瓦 斯浓度，来改善矿井的安全生产条件和安全状 况。
3
• 瓦斯抽放的意义
• 1、减少瓦斯涌出，避免瓦斯燃烧或爆炸， 保证矿井安全生产；
• 2、防治煤与瓦斯突出，减少人员伤亡； • 3、瓦斯为工业生产和人民生活服务,变
害为利,创造良好的社会效益和经济效益； • 4、减少瓦斯对大气的污染,有利于生态
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（一）、上邻近层瓦斯抽放
上邻近层瓦斯抽放即是邻近层位于开采层的 顶板，通过巷道或钻孔来抽放上邻近层的瓦斯。 根据岩层的破坏程度与位移状态可把顶板划分为 冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，底板划分为裂隙 带和变形带。冒落带高度一般为采厚的5倍，在 距开采层近、处于冒落带内的煤层，随冒落带的 冒落而冒落，瓦斯完全释放到采空区内，很难
管道附属装置有阀门、钻孔（钻场）连 接装置、排渣放水器等。
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（二）、瓦斯泵 常用的瓦斯泵有水环真空泵、离心
式瓦斯泵和回转式瓦斯泵。水环真空泵的 特点是真空度高、负压大、安全性好（工 作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸）。
由于水环真空泵安全性好，抽放负 压大，所以煤矿使用较为广泛。
ZWY60/90 ZWY105/132
环境的保护
4
二、瓦斯抽放系统的构成
瓦斯抽放系统分为地面固定式瓦斯 抽放系统和井下临时瓦斯抽放系统。
论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究
论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究摘要:随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,目前一些矿井采空区瓦斯涌出量已经达到全矿井瓦斯涌出总量的50%、甚至70%,极大地增加了矿井的通风负担与潜在危险隐患。
本文在分析生产采空区与封闭采空区瓦斯涌出的不同成因及其分布规律的基础上,提出了采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,保障井下作业能顺畅、安全进行的具体方法。
关键词:采空区瓦斯分布抽采方法1 采空区瓦斯涌出概述采空区的瓦斯涌出主要来自现采区与已采区这两个部分,目前我国多数矿井的采空区瓦斯涌出量都在全矿井瓦斯涌出总量的20%～45%左右,然而随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,一些矿井采空区瓦斯涌出量已经超过全矿井的50%,个别矿井甚至达到了70%,极大地增加了矿井作业的通风负担与潜在危险隐患。
因此,管理人员必须在深入理解采空区瓦斯涌出成因的基础上,全面掌握其分布规律,并采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,以保障井下作业能够顺畅、安全地进行。
2 采空区瓦斯分布的规律分析采空区瓦斯的分布规律主要与煤层开采情况及赋存条件有关,下面将分别对生产采空区与封闭采空区的瓦斯分布规律做一简单分析。
2.1 生产采空区瓦斯分布规律分析由于煤层和围岩在开采过程中会发生移动变形,使煤层在卸压后透气性增加,同时也使围岩的裂隙呈扩张的趋势,此时瓦斯便可能通过围岩裂隙渗入开采工作面与采空区。
岩层随生产采动作用沿倾斜方向发生移动,并逐渐引起缓慢下沉及破坏,促使底层应力的分布发生改变,并最终导致弯曲下沉带、裂隙带及冒落带自上而下依次出现。
通常弯曲下沉带的煤层与岩层都是非破坏性的,而仅仅呈现出整体的弯曲下沉和弹塑性形变,其瓦斯涌出至采空区的量也非常低。
裂隙带中的煤层中部分瓦斯在压力作用下通过贯通裂隙进入采空区,其涌出强度由上至下逐渐增强,大量聚积在采空区顶板附近。
矿井瓦斯抽采
35.0
1996
92.8
90.0 135.7 215.0
背景——70年代能源危机
一、概 论
矿井瓦斯抽采现状
国内 ➢ 煤层气资源30~35万亿m3(埋深2000m以内)
加拿大 57~85万亿m3 前苏联 52.1万亿m3 美 国 2.1~11.4万亿m3 波 兰 1.3万亿m3
➢ 抽采量
80年代 2.8~3.8亿m3/a 90年代 4~8.7亿m3/a 2000年起大幅上升
增大近3000倍
工作面瓦斯抽采率η 60%以上
突出危险完全消除
工作面相对瓦斯涌出量 25m3/t—5m3/t
回风流平均瓦斯浓度 1.15%—0.5%
煤巷月进度
40~60m—200m以上
工作面日产量
1700t/d—5100t/d
一、概 论
实例2
淮南矿业集团
方针 可保尽保，应抽尽抽 效果 瓦斯抽采量
一次死亡100人以上的特别重大事故4起，共死亡613人
特别是2月14日，阜新孙家湾煤矿，瓦斯爆炸，死亡214人 建国以来第二次，改革开放以来的第一次，给国家财产和 人民生命带来了巨大损失，在国内外造成了极坏的影响
一、概 论
瓦斯抽采的必要性
煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故主要是瓦斯事故 58起特大事故，瓦斯事故40起，占69% 特大瓦斯事故呈上升趋势
一、概
瓦斯抽采的必要性 确保安全生产 我国煤矿瓦斯灾害非常严重 百万吨死亡率高
1999年 2000年 2001年 2002年 2004年 2005年 2006年
中国 6.08
6 6.02
5 3.08 2.81 2.041
南非 0.13
印度 0.42 12倍
矿井瓦斯抽采方法
矿井瓦斯抽采方法
煤矿抽采瓦斯是减少矿井和采区瓦斯涌出量的有效途径。
瓦斯抽采分为采前抽采、采中抽采及采后抽采三个阶段。
我国煤矿的瓦斯抽采方法大致可以分为以下五类：(1)地面瓦斯抽采；(2)开采层瓦斯抽采；(3)邻近层瓦斯抽采；(4)采空区瓦斯抽采；(5)围岩瓦斯抽采；(6)综合抽放瓦斯。
其中综合抽放瓦斯方式两种以上方式的综合使用。
选择抽采瓦斯方法时，应遵循如下原则：
1）应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；
2）应根据瓦斯来源及涌出构成进行，应尽可能采用综合抽采瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；
3）应有利于减少井巷工程量，实现抽采巷道与开采巷道的结合；
4）应有利于抽采巷道的布置与维护；
5）应有利于提高瓦斯抽采效果，降低抽采成本；
6）应有利于钻场、钻孔的施工、抽放系统管网敷设，有利于增加抽采钻孔的瓦斯抽采时间；
7）选择先进的打钻设备，且根据设备的性能，合理确定抽采巷的层位；
8）合理安排抽采钻孔的钻孔间距，尽可能缩短矿井首采面抽放时间；
9）尽可能避免巷道误穿煤线时，发生煤与瓦斯事故。
选择抽采瓦斯方法，主要根据矿井或采区）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采顺序以及开采地质条件等综合考虑。
根据矿井开拓、开采技术条件，设计设置高、低负压两套瓦斯抽采系统，其中，低负压抽采系统主要用于埋管抽采采空区瓦斯，高负压抽采系统主要采用穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯、石门揭煤预抽煤层瓦斯、高位钻孔抽采回采区高顶瓦斯等相结合的综合抽采方法。
采空区瓦斯抽采问题
采空区瓦斯抽采问题一、邻近煤层及围岩瓦斯和残留煤量的瓦斯都能带来大量瓦斯来源，老采空区内容易积聚着大量瓦斯，随着上邻近层的卸压范围增大，远距离邻近层也会下沉而卸压涌出瓦斯。
为了有效地利用瓦斯资源提高瓦斯抽放率，将采空区予以封闭而进行瓦斯抽放，为此我矿对井下开采区域有可能成为抽采对象的采空区密闭进行抽采。
二、进行抽放地点：1203风巷密闭表1：密闭内参数三、抽放地点的管路安装1203风巷密闭→8#总回→-600西大巷→3#底板→-400清理下山→皮带井→地面四、抽放的具体要求1、氧气浓度不得大于7％。
2、一氧化碳(CO)浓度必须趋于稳定。
3、瓦斯(CH4)浓度不得低于30％。
4、混合气体温度不得大于所在场所(地点)的空气温度；5、回风流的瓦斯和一氧化碳浓度不得超过《煤矿安全规程》的规定。
五、安全技术措施对采空区进行抽采，都存在采空区漏风和自然发火问题。
必须加强采空区的防火管理，有效控制自然发火的发生.为做好1203风巷密闭抽采期间防火安全管理工作，特制定以下安全技术措施：1、准备区对1203风巷密闭进行加固，如发现密闭受压、变形、墙体脱壳、开裂、四周围岩松动、脱落等情况，必须及时修复、粉刷、加固补强，减少密闭漏风。
2、通风队安排专职的密检员每两天检查密闭防火情况。
及时测定CH4、CO、压差和温度等防火有关气体参数。
同时取样送地面化验室进行检测。
3、通风队对该密闭检查情况、建立台帐，每天将检查情况、防火参数报通风调度、通风调度每天将汇报数据上通风报表，化验单呈报矿有关领导审阅。
4、通风队建立防火观测台帐，对1203风巷密闭的主要参数（CO、T、压差）要上图并分析参数的变化情况，发现问题及时向总工程师汇报。
5、机电四队必须在1203风巷密闭等抽采密闭前接好供水管路并确保每天24小时供水，同时还要配备一根20米长的软管。
6、如在抽放过程中一氧化碳浓度出现异常，应立即停止抽放。
7、综合队加强日常抽放瓦斯监测，包括抽放量、瓦斯浓度和抽放负压等参数。
采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采措施
压力作用下进入采 空 区 ， 瓦斯 涌 出强 度随贯通 裂 隙 自 下而上逐渐 减弱而 衰减 ， 积聚 在采空 区顶板 裂 隙带 的
采空 区和上 隅角抽采方法很多 ， 常情 况下 ， 通 可采 用顶板走 向钻孔抽采和 上隅角埋管抽采联合 的抽 采方
法 。采用 顶板走 向钻孑 法时 ， 场距离 煤层 顶板上 方 Ｌ 钻
层 应 力 重新 分 布 。这 种 移 动 和 破 坏 随 着 与 开采 层 距 离
区瓦斯抽采应该通 过钻孔 、 以裂 隙为通道 使抽采 负压 能够加速瓦斯解 吸 ， 再通过 煤壁裂 隙和 顶板裂 隙流入 抽采钻孔 ， 这是能抽到高浓度 瓦斯 的原 因。 生产采空区抽 采普遍 采用 的方法 主要有 瓦斯道抽 采法、 钻孔抽采法 、 导人法 、 管抽采 法 。生 产采 空 区 埋 瓦斯抽采 的应 抽强 度与采 面产量 、 量 、 进距 离、 风 推 瓦 斯 涌出量的大小 、 大气 压力 的变化 以及采 空区三 带分 布状况 等 因素 的影 响有 着 密切关 系。条件 不 同 的采
工作 面测 定 ， 工 作 面 正 常 开 采 时 ， 空 区瓦 斯 涌 出 量 在 采
占工作 面总涌 出量的 ５ ． ％ ； ６ ４ 工作 面检 修时 ， 空 区 采 瓦斯涌出量 占工 作 面瓦 斯 总涌 出量 的 ６ ． ％ 。在 采 ５２ 空区距离工作 面 ２ ｍ范围 内， ０ 瓦斯浓度波动较大 ， 浓 且 度偏 低 ； 在距离工 作面 ２ ５ ｍ范 围内， ０～ ０ 采空 区瓦斯浓
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采空区瓦斯抽入方法与展望
近年来，随着矿井开采程度的提高，工作面瓦斯涌出量逐年增大，特别是采空区瓦斯涌出更为突出。
为解决采空区瓦斯涌出这一难题，采取加大采空区瓦斯的抽放力度，但由于对采空区瓦斯的涌出特征和采空区抽放技术的掌握程度的不同，个别矿井盲目照搬，导致失败的结果。
为此，作者就采空区瓦斯的涌出特点和抽入方法进行探讨及分析，供参考。
2采空区瓦斯运移规律
2.1瓦斯运移数学模型
按照渗流力学理论，将采场视为连续的渗流空间，在孔隙介质空间中可直接运用质量守恒定律和N-S方程；瓦斯在采空区的运移实际是机械弥散和分子扩散引起的散布过程，瓦斯在多孔介质中流动的对流扩散和机械弥散遵循Fick扩散定律；根据质量守恒定律、流体动力弥散定律和采空区瓦斯浓度分布定解条件，可建立瓦斯在采空区流动的微分方程组（数学模型）：
2.2模拟求解
上述数学模型求解采用Galerkin有限单元法编制TurboC计算程序，输入祁东矿7124工作面开采条件边值，经反演优化，可得出7124工作面采空区瓦斯运移规律和浓度分布三带。
（1）I涌出带：采空区瓦斯在工作面切眼0～20m范围内瓦斯浓度变化较大，一般在3％～15％之间，在涌出带中，采空区丢煤的缷压邻近层解吸的瓦斯向工作面和采空区排放，进入涌出带的瓦斯流动速度较快，多以层流形式存在，且这部分几乎全部被工作面风流和采空区的漏风流携带到回风道内；
（2）II过渡带：20～50m范围内瓦斯浓度变化幅度较快，瓦斯浓度一般在20～30％之间，随着工作面的推进，采空区进入过渡带，过渡带的瓦斯在工作面和采空区压差作用下，一部分进入工作面，另一部分暂时或滞留在采空区内，该区域瓦斯流动速度也明显下降，流动呈现出不均衡性，处于层、紊交错阶段；
III滞留带50m以上范围内瓦斯浓度变化较小，瓦斯浓度在35%～50％之间，而进入滞留带时，释放采空区内的瓦斯一般滞留在采空区的深部，流动速度较低。
上述三个带不是固定不变的，随着工作面的推进向前移动，采空区瓦斯涌出三带出现“浪涌”现象，见图1。
图1 采空区瓦斯涌出三带划分图
3采空区处理方法
（1）高位钻孔抽放。
图2是皖北煤电公司祁东矿7124工作面利用高位钻孔抽放采空区瓦斯。
工作面抽放瓦斯量8～12m3/min，累计抽放瓦斯量422万m3。
使工作面配风量由1800m3/min减到1200m3/min，回风流瓦斯浓度保持在0.5％～0.6％之间，该法能抽放出高浓度瓦斯，抽放量稳定，缺点是打钻费用高。
适用于有邻近层开采的工作面，涌出量在15～20m3/min之间。
图2 高位钻孔抽放采空区瓦斯方法
（2）顶板巷道抽放。
煤层群开采的综采或综放工作面，在采空区瓦斯涌出量较大时，可采用顶板走向或倾向巷道抽入采空区瓦斯。
图3是阳泉五矿8204和8202工作面利用顶板巷道抽放采空区瓦斯，使采空区抽放量达30～60m3/min，邻近层抽放率达90％以上。
该方法具有抽放时间长、瓦斯效果较好，但工程量大，需在顶板掘一条或多条巷道，适用于厚煤或有上邻近层开采的工作面，工作面瓦斯涌出量在40 m3/min以上。
倾向高抽巷剖面图
图3 顶板巷道抽放采空区瓦斯方法
（3）综合抽放采空区瓦斯。
根据7124工作面采空区瓦斯模拟，过渡带内20m左右瓦斯涌出比较活跃，而在该范围内瓦斯高位钻孔无法抽出，在原有的高位钻孔基础上，又增加了低位钻孔，使钻孔布置在煤层顶板5～8m范围内，钻孔与采空区冒
落带边连通，用于拦截采空区和围岩涌出的瓦斯，从而很好地解决了高位钻场接替区域涌出带和过渡带的瓦斯涌出，使工作面上隅角瓦斯超限和聚集得到有效地控制，防止采空区瓦斯涌向工作面，抽入采空区瓦斯效果显著。
4抽放采空区瓦斯方法展望
随着生产规模扩大和开采水平延伸，采空区瓦斯涌出将日趋严重。
特别是在低透气煤层抽放瓦斯领域中，采空区抽放瓦斯将起主导地位。
随着矿井的抽放能力和装备水平提高，采空区瓦斯将起主导地位。
随着矿井的抽放能力和装备水平提高，采空区瓦斯抽放将从分散型向单一、高效发展，抽放效率高、技术先进、管理简单、专用巷道抽放被淘汰，大直径（300～500mm）高位顶板水平长钻孔（1000m）将替代顶板高抽巷和目前短距离的高位钻孔及采空区后方埋管抽放。
5结论
通过对采空区瓦斯涌出特征和处理方法分析认为：
（1）目前抽放采空区瓦斯是解决采空区瓦斯大量涌出量有效方法，对采空区瓦斯涌量大的矿井应根据本矿的实际情况，因地制宜，确定适宜抽放采空区瓦斯方法。
在采取抽放措施前，首先摸清采空区瓦斯来源、涌出特征、采空区瓦斯涌出量大小及确定采空区流动带范围等抽放技术指标，做到有的放矢。
（2）采空区瓦斯流动带（涌出带、过渡带和滞留事）三带划分为采空区瓦斯抽放提供理论依据，对类似的矿井可以借鉴。
（3）一般抽放采空区瓦斯最佳位置是距工作面切眼30～50m 范围之间。
但采空区瓦斯流出带的范围不是固定不变的，受煤层开采条件，特别是开采高度、顶板岩性和采空区瓦斯涌出源供给情况等因素的影响，同时，由于受工作面风流和采空区漏风量大小也有一定的影响，划分时应全面考虑。