单一低透气性煤层顶分层采面卸压抽采技术
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［2 － 8 ］
，但 是 绝 大
多数是针对 煤 层 群 条 件， 而对 于 单 一 低 透 气 性 煤 层而 言， 井下抽采 不 具 备 开 采 保 护 层 的 条 件， 瓦斯抽 采 难 度 较 大， 至今瓦斯抽采效 果 仍然 不 太 理 想， 因此 有 待 于 进一 步 的研 究。鹤壁中泰矿业所采二1 煤层属低透气性，并且具 有 突 出 危险，但又无解 放 层可 采， 因此 瓦斯治 理 一 直 是 制 约 该 矿 。为了彻底解决这一难题，论 文以 安全生产的一大 “瓶颈” 鹤壁中泰矿业 31021 综 采 顶 分 层 工作面 为 例， 通 过 采 用 工 作面卸压 抽 采技术， 实 现 了 单 一 低 透 气 性 煤 层 区 域 消 突， 提高了瓦斯抽采效果。
3 3 涌出量为 5 ～ 9m / min， 原 始 瓦斯 含 量 为 15. 82m / t， 瓦斯
1
工作面卸压带抽放机理
煤层受地应 力 敏 感 性 较强， 主要表 现在煤 层 的 渗透 性
随着地应力 的 变 化 而 发 生 改 变。 地 应 力 增 高，煤 层 渗透 性 降低; 地应力减 少 ( 卸 压 ) 时，煤 层 渗透 性 增加
+ 中图分类号: TD712 . 6
文献标识码: B
004303 文章编号: 1671 － 0959 ( 2012 ) 11-
我国 95% 以上矿区煤 层 瓦斯 赋 存 具 有 低 透 气 性、 可 压 密性和易流变 性 的 “三 性 ” 特征
［1 ］
， 使 得 瓦斯抽放 率、 瓦
斯抽放量以及抽放 浓 度 很 低，煤 层 瓦斯 采前 预 抽 效 果 不 甚 理想。因此，单 一 煤 层开 采 条 件 下，利 用 顶 分 层 工作面 开 采的采动效应来提 高 卸 压 煤 层 的 透 气 性 并 对 卸 压 煤 层 瓦斯 进行抽放是目前 消 除 瓦斯 突 出、 控制回 采 空间 瓦斯 浓 度 的 有效措施之 一。 目前，国 内 外 学 者 利 用 采 动 煤 层 卸 压 和 瓦 斯运移规律指导 瓦斯抽 采 进行过 大 量 研究
2. 2
钻孔施工
1 ) 卸压抽采钻孔布置要充分利用回采工作面ຫໍສະໝຸດ Baidu 方 的 卸
压区，卸压区位置 主要 取 决 于煤 体 抗拉 强 度 和 煤 层界 面的
作者简介: 王惠风( 1984 － ) ，男，河南商丘人，硕士研究生，主要从事瓦斯抽采、采矿等方向研究。
43
生产技术
煤
炭
工
程
2012 年第 11 期
摩擦因素，对中 泰 矿业 31021 工作面 进行 钻 屑 法 测 试 和 观 测超前单体支柱的 压 力 来 综 合 判 定 回 采工作面前 方 的 压 力 变化，得知回采工作面最佳动压抽放范围为工作面前方 6 ～ 30m 处。 本着 “大 钻 孔、 大 密 度 ” 的 钻 孔 施 工 原 则， 随 着 31021 工作面不断推进，在其工作面回风巷、运输巷 距 工作 面前方 6 ～ 30m 区间内开始沿着工作面推进方向布置本 煤 层
带，煤层透气性 显 著 增加，煤 层中 顺 层 张 裂 隙 发 育 并 且 相 互贯通，这些客观因素为抽采高浓 度 瓦斯 提 供 了 便 利 条 件。 在实践中，应用这 一 原 理在工作面前 方 卸 压带 内布 置 卸 压 抽采孔，可以有效 地 指导 工作面的安全 生 产 和改 善 瓦斯抽 采效果。 收稿日期: 2012 － 03 － 12
2012 年第 11 期
煤
炭
工
程
生产技术
单一低透气 性煤层 顶 分层采面 卸压 抽采 技术 研究
王惠风，王正伟，张海权，陈 鑫
( 河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454003 )
要: 鹤壁中泰矿业所采二1 煤层属低 透 气 性，具 有 突 出 危 险，又无 解 放 层可 采，瓦斯 治 。为了彻底解决 这 一 难 题， 文 章研究了 单 一 低 透 气 性 理一直是制约该矿安全生产的一大 “瓶颈” 摘 煤层顶分层采面卸压抽采技术，并实施应用，结果表明，31021 工作面通过采取 “五 大一深 ” 的 抽采措施和钻孔→封孔→联 抽 → 调控的 “四 位一 体 ” 瓦斯抽 采 模式 后， 实 现 了 单 一 低 透 气 性 煤 层区域消突，大幅提高了瓦斯抽采浓度，改善了低透气性煤层工作面的回采条件。 关键词: 采动卸压; 低透气性; 瓦斯抽采; 抽采效果
［10 ］
考虑到研究区煤 层 透 气 性 差 的 客观 因 素， 为 了 确 保 抽 采效果，试验过程中应用了 “五大一深”( 即大 钻孔、 大管 径、大密度、大流量、大负压和深封孔) 的 抽 采 措 施 和 钻孔 →封孔→联抽→调控的 “四位一体” 抽采模式。
，如图 1 所 示。 处 于工作面前 方 10m 范围 内 的 卸 压
［9 ］
。 受 工作
压力为 1. 40MPa。煤的 坚 固 性 系 数 f 值 为 0. 31 ， 瓦斯放 散
2 2 初速度 ΔP 为 12 ，煤层透气性系数为 0. 0314m / MPa ·d。
面采动影响，引 起 工作面前 方 煤 岩 体 地 应 力 重 新分 布，在 工作面前 方 分 别 形 成 了 卸 压 带、 应 力 集 中 带 和 原 始 应 力 带
顺层抽放 钻孔。 钻 孔 孔 径 75mm， 孔 深 70m， 孔 间 距 2m。 开孔位置距巷道顶板 1. 3m，垂 直 于 巷道 煤 壁， 钻孔 倾角 与 煤层顶板倾角基 本保 持 一 致。 工作面 回 风 巷下 帮 和 工作面 轨道巷上帮共施工卸压钻孔 1100 个，控制 范围 为 工作面 回 风巷下向孔与工作面 轨 道巷上向 孔钻孔 对 接， 覆 盖 整 个 工 作面，确保不留 空 白 带。 卸 压带 抽放 钻孔 始 终 保 持 距 工作 面不少于 20m 的超前距。卸压钻孔布置如图 2 所示。
图1
工作面前方煤岩体支承压力分布图
2 2. 1
现场试验 工作面概况
中泰矿业 31021 综 采工作面 位 于 该 矿 三 水 平 一 采 区，
东以切眼为界 与 4F44 断 层 相邻，南 以 31021 回 风 巷为界 与 477 － 1 钻孔相邻， 西 以 设计 停 采 线 为界，北 以 31021 运输 巷为界。该工作面 主 采煤 层为 山西 组二1 煤 层，煤 层 倾角 11° ～ 17° ，平均厚度 8m，工作面平均长度 136m，推进长度 为 550m，埋藏 深度 575 ～ 710. 5m。31021 工作面采 用 倾 斜 长壁采煤方法，综合机械化采煤工艺进行回采。 31021 综采工作面属于突出危险区，工作面的绝对 瓦斯
，但 是 绝 大
多数是针对 煤 层 群 条 件， 而对 于 单 一 低 透 气 性 煤 层而 言， 井下抽采 不 具 备 开 采 保 护 层 的 条 件， 瓦斯抽 采 难 度 较 大， 至今瓦斯抽采效 果 仍然 不 太 理 想， 因此 有 待 于 进一 步 的研 究。鹤壁中泰矿业所采二1 煤层属低透气性，并且具 有 突 出 危险，但又无解 放 层可 采， 因此 瓦斯治 理 一 直 是 制 约 该 矿 。为了彻底解决这一难题，论 文以 安全生产的一大 “瓶颈” 鹤壁中泰矿业 31021 综 采 顶 分 层 工作面 为 例， 通 过 采 用 工 作面卸压 抽 采技术， 实 现 了 单 一 低 透 气 性 煤 层 区 域 消 突， 提高了瓦斯抽采效果。
3 3 涌出量为 5 ～ 9m / min， 原 始 瓦斯 含 量 为 15. 82m / t， 瓦斯
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工作面卸压带抽放机理
煤层受地应 力 敏 感 性 较强， 主要表 现在煤 层 的 渗透 性
随着地应力 的 变 化 而 发 生 改 变。 地 应 力 增 高，煤 层 渗透 性 降低; 地应力减 少 ( 卸 压 ) 时，煤 层 渗透 性 增加
+ 中图分类号: TD712 . 6
文献标识码: B
004303 文章编号: 1671 － 0959 ( 2012 ) 11-
我国 95% 以上矿区煤 层 瓦斯 赋 存 具 有 低 透 气 性、 可 压 密性和易流变 性 的 “三 性 ” 特征
［1 ］
， 使 得 瓦斯抽放 率、 瓦
斯抽放量以及抽放 浓 度 很 低，煤 层 瓦斯 采前 预 抽 效 果 不 甚 理想。因此，单 一 煤 层开 采 条 件 下，利 用 顶 分 层 工作面 开 采的采动效应来提 高 卸 压 煤 层 的 透 气 性 并 对 卸 压 煤 层 瓦斯 进行抽放是目前 消 除 瓦斯 突 出、 控制回 采 空间 瓦斯 浓 度 的 有效措施之 一。 目前，国 内 外 学 者 利 用 采 动 煤 层 卸 压 和 瓦 斯运移规律指导 瓦斯抽 采 进行过 大 量 研究
2. 2
钻孔施工
1 ) 卸压抽采钻孔布置要充分利用回采工作面ຫໍສະໝຸດ Baidu 方 的 卸
压区，卸压区位置 主要 取 决 于煤 体 抗拉 强 度 和 煤 层界 面的
作者简介: 王惠风( 1984 － ) ，男，河南商丘人，硕士研究生，主要从事瓦斯抽采、采矿等方向研究。
43
生产技术
煤
炭
工
程
2012 年第 11 期
摩擦因素，对中 泰 矿业 31021 工作面 进行 钻 屑 法 测 试 和 观 测超前单体支柱的 压 力 来 综 合 判 定 回 采工作面前 方 的 压 力 变化，得知回采工作面最佳动压抽放范围为工作面前方 6 ～ 30m 处。 本着 “大 钻 孔、 大 密 度 ” 的 钻 孔 施 工 原 则， 随 着 31021 工作面不断推进，在其工作面回风巷、运输巷 距 工作 面前方 6 ～ 30m 区间内开始沿着工作面推进方向布置本 煤 层
带，煤层透气性 显 著 增加，煤 层中 顺 层 张 裂 隙 发 育 并 且 相 互贯通，这些客观因素为抽采高浓 度 瓦斯 提 供 了 便 利 条 件。 在实践中，应用这 一 原 理在工作面前 方 卸 压带 内布 置 卸 压 抽采孔，可以有效 地 指导 工作面的安全 生 产 和改 善 瓦斯抽 采效果。 收稿日期: 2012 － 03 － 12
2012 年第 11 期
煤
炭
工
程
生产技术
单一低透气 性煤层 顶 分层采面 卸压 抽采 技术 研究
王惠风，王正伟，张海权，陈 鑫
( 河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454003 )
要: 鹤壁中泰矿业所采二1 煤层属低 透 气 性，具 有 突 出 危 险，又无 解 放 层可 采，瓦斯 治 。为了彻底解决 这 一 难 题， 文 章研究了 单 一 低 透 气 性 理一直是制约该矿安全生产的一大 “瓶颈” 摘 煤层顶分层采面卸压抽采技术，并实施应用，结果表明，31021 工作面通过采取 “五 大一深 ” 的 抽采措施和钻孔→封孔→联 抽 → 调控的 “四 位一 体 ” 瓦斯抽 采 模式 后， 实 现 了 单 一 低 透 气 性 煤 层区域消突，大幅提高了瓦斯抽采浓度，改善了低透气性煤层工作面的回采条件。 关键词: 采动卸压; 低透气性; 瓦斯抽采; 抽采效果
［10 ］
考虑到研究区煤 层 透 气 性 差 的 客观 因 素， 为 了 确 保 抽 采效果，试验过程中应用了 “五大一深”( 即大 钻孔、 大管 径、大密度、大流量、大负压和深封孔) 的 抽 采 措 施 和 钻孔 →封孔→联抽→调控的 “四位一体” 抽采模式。
，如图 1 所 示。 处 于工作面前 方 10m 范围 内 的 卸 压
［9 ］
。 受 工作
压力为 1. 40MPa。煤的 坚 固 性 系 数 f 值 为 0. 31 ， 瓦斯放 散
2 2 初速度 ΔP 为 12 ，煤层透气性系数为 0. 0314m / MPa ·d。
面采动影响，引 起 工作面前 方 煤 岩 体 地 应 力 重 新分 布，在 工作面前 方 分 别 形 成 了 卸 压 带、 应 力 集 中 带 和 原 始 应 力 带
顺层抽放 钻孔。 钻 孔 孔 径 75mm， 孔 深 70m， 孔 间 距 2m。 开孔位置距巷道顶板 1. 3m，垂 直 于 巷道 煤 壁， 钻孔 倾角 与 煤层顶板倾角基 本保 持 一 致。 工作面 回 风 巷下 帮 和 工作面 轨道巷上帮共施工卸压钻孔 1100 个，控制 范围 为 工作面 回 风巷下向孔与工作面 轨 道巷上向 孔钻孔 对 接， 覆 盖 整 个 工 作面，确保不留 空 白 带。 卸 压带 抽放 钻孔 始 终 保 持 距 工作 面不少于 20m 的超前距。卸压钻孔布置如图 2 所示。
图1
工作面前方煤岩体支承压力分布图
2 2. 1
现场试验 工作面概况
中泰矿业 31021 综 采工作面 位 于 该 矿 三 水 平 一 采 区，
东以切眼为界 与 4F44 断 层 相邻，南 以 31021 回 风 巷为界 与 477 － 1 钻孔相邻， 西 以 设计 停 采 线 为界，北 以 31021 运输 巷为界。该工作面 主 采煤 层为 山西 组二1 煤 层，煤 层 倾角 11° ～ 17° ，平均厚度 8m，工作面平均长度 136m，推进长度 为 550m，埋藏 深度 575 ～ 710. 5m。31021 工作面采 用 倾 斜 长壁采煤方法，综合机械化采煤工艺进行回采。 31021 综采工作面属于突出危险区，工作面的绝对 瓦斯