低透气性煤层瓦斯抽采技术与应用(精)
低透气性煤层瓦斯抽采技术
对 白沙矿区具体的地 质情况、煤层的差异以及瓦斯赋存的
具 体情况 ，采取的不 同抽采技术 ，主要有以下五类：水力 切割、深孔控制爆破技术、旋转水力扩孔技术、密集长钻 孔技术 、网格式穿层钻孔技术。 目前白沙矿 区抽放瓦斯采 用 的主 要 方法 是 开采 层 瓦斯 抽采 和 邻近 层 瓦斯 抽 采两 个种 类。前面三类属于探索性的抽采 ，后面两类 （ 密集长钻孔
和径向这两个方向上分别产生对应的动 力分量 ，另外还会 产 生 切 向的速 度 ，旋 转 射流 就 因此 形 成 了 。旋 转 水 力扩 孔
技 术 主要 是通 过 旋转 射 流的 原 理将 钻 孔 的直径 进 行 扩大 ， 以此 来增 加钻 孔 煤 层泄露 瓦 斯 的面 积 ，实现增 加 抵 御应 力 的 作 用 。旋转 水 力扩 孔 技术 可 以增 加 生产 层面 上 钻 孔排 除
王 双 开
摘 要
在煤矿 开采过程 中，瓦斯 的泄漏 以及爆炸从 古至今 都是造成煤矿 安 全事 故的
主要原 因。特别是 到 了最近 几年 ，随着我 国采煤技 术的不 断发展 以及煤矿开
Байду номын сангаас
采深度 的不 断增加 ，开 采煤层 的透 气性却逐渐 降低 ，这直 接 降低 了煤矿 瓦斯 的抽 采效率 。本文作者在 自身 多年 的工作 经历基础 上 ，针对 白沙矿 区及工作 过 的单位探 讨 了如何 在低透 气性煤层开展 瓦斯抽 采技 术 ，希 望给 相 关领 域 的 研 究者和工作者提供参 考和借 鉴。 关键词
一
煤矿井下 抽采技 术概述
目前 ，从 我 国矿 区 的煤 层来 说 ，绝大 部 分都 属 于低 透 气 性 的煤 层 ，这 直接 给 瓦 斯 的抽 采 工作 以及 利 用带 来 了严
低透气性煤层综合强化高效抽采应用技术
步 提高 抽采 效 果 ， 如 采用 水 力 压 裂 、 水 力 割缝 、 松
动爆 破 和深孔 控制 卸压 爆破 等 。瓦斯抽 采设 备 中央
瓦斯 泵 站 有 Ｓ Ｋ ． ２ ０ ０型 水 环 式 真 空 泵 、 Ｓ Ｋ 一 ８ １ ０型 水
环式 真 空泵 和瓦斯 泵 ， 各 设 备 相 互 之 问 可 以 自由切 换 。瓦斯 管路 可根 据 计 算 确 定 主管 、 分 管 和支 管 管
（ １ ） 低 透气 性煤 层 瓦 斯强 化 抽 采 阶段 。上世 纪 末 的瓦斯 抽采 初 期 ， 试 验 了地 面 、 井 下水 力 压 裂 ， 水 力割 缝 ， 松动 爆破 ， 大 直径 （ 扩孔 ） 钻孔 ， 网格 式 密集
达到 预设 抽采 效果 ， 所 以应 采 取 卸 压 临 近层 专 用 巷
径及 管厚 。
２ ． ３ 强化 综合 抽 采方法 应 用
预先 抽放 瓦斯 、 临近 被解 放 煤 层 专 用 巷 道 安 全抽 采 瓦斯 、 采 空 区抽采 瓦斯 ； 瓦斯 抽放 管路 设备 优 化和地
高校基本科研 业务费专项 资金 资助项 目（ 编号 ： ２ ０ １ ３ Ｄ Ｘ Ｓ ０ ２ ） 。
Ｓｅ ｉａ ｆ Ｉ Ｎｏ． ５３ ９ Ｍａ ｒ ｃ ｈ． ２ ０１ ４
现
代
矿
业
总 第５ ３ ９期 ２ ０ １ ４ 年 ３月 第 ３期
Ｍ０Ｄ ＥＲＮ ＭＩ Ｎ Ｉ ＮＧ
低 透 气 性 煤 层 综 合 强 化 高 效 抽 采应 用 技 术 水
任 砚 东 武 晓 东 高 伟 王 青 祥
完毕 ， 采动 活动 已稳 定 ， 对下覆 １ ２ 煤层 的开 采 影 响
较小 。 ２ ． ２ 瓦斯 抽采 设计 及抽 放设 备
低透气性煤层瓦斯治理技术获重大突破
表 面活性 剂 和阻燃 剂 ， 变 了煤 体 的 力 学特 征 和 孔 改
隙结 构 ， 加 了煤 层 透 气 性 ， 小 了煤 层 发 火 危 险 增 减 性 ， 工业 性试 验表 明 ， 经 该项技 术具 有广 阔的推广应 用前 景 ， 究成 果达 到 了 国际领先 水平 。 研
（ 自《 炭 信 息 》 刊 ） 摘 煤 周
１ ０ ０型大 采高掩 护式 强力 液 压 支 架 与过 去 的 ２０
综采 放顶 煤 ６ ０ ０ ０型 、 ０ ０型 、 ０ ０型 等架 型 相 比 ， ７０ ８０ 除外 型更 整齐美 观外 ， 还有 四大优势 ： １高度 可达 ６ ２ 以上 ， 、 ．ｍ 突破 了以前先 采后 放 的
和减 少煤 壁片 帮发 生 ， 时在 采 煤 过 程 中可 以增 大 同
通风 断面 面积 ， 防止 瓦斯 积 聚 ， 安全 系 数高 。
（ 自《 炭 信 息 》 刊 ） 摘 煤 周
煤巷掘进 自动化控制技术达到国际领 先水平
近 日， 由潞 安 集 团王庄煤 矿联 合 国 内有 关研 究 项 目“ 煤巷 自动 化 快速 掘 进 自动 纠偏 与煤 岩 识 别 技 术研 究 与 实 践 ” 利 通 过 了 山西 省 技 术 成 果 鉴 定 。 顺
第２ 期
铁
法
科
技
２０ 年１月 ０９ ２
低透气性煤层瓦斯治理技术获重大突破
近 １ 中国煤炭工 业协 会组 织专 家 ， 北京 对河 ３， 在 南 省煤 层 气 开发 利 用 公 司 等 单 位 承 担 的 “ 矿 井 煤
下定 向压 裂增 透 消 突 成 套 技 术 ” 究 项 目进 行 了 研 鉴定 。专家 们 一 致认 为 ： 项 目为 我 国低 透气 性 、 该 无保 护 层开 采 的 煤层 区 域 瓦斯 治 理 和 利 用 开 创 了
松软、低透气及底板易变形煤层瓦斯治理实践
松软、低透气及底板易变形煤层瓦斯治理实践铁煤集团小青煤矿15煤层煤质软，透气性低，底板易变形。
软煤在巷道掘进过程中容易剥落，导致瓦斯超限事故;在施工和抽采过程中，钻孔遇到软煤，导致抽采效果差;煤层底板遇水变形后，闭壁出现裂缝，存在漏风、喷井的隐患。
针对上述问题，小青煤矿研究并提出了15煤层瓦斯治理的综合措施，取得了良好的效果。
标签：软煤层;瓦斯抽采;钻孔施工;技术实践一、15煤层工程概况小青煤矿隶属于铁煤集团，核定生产能力1.2Mt/a，主要开采4#、7#、15#煤层，属于高瓦斯矿井。
15煤层煤厚1.07～1.84m，平均1.36m，全区可采。
一般含夹石1～2层，局部3～4层，夹石厚度在0.30m以下，结构属较简单—复杂。
煤层直接顶板为K2灰岩，厚度9m左右。
伪顶为泥岩、砂质泥岩，偶为粉砂岩。
底板以黑灰色泥岩、铝土质泥岩为主。
煤层在局部地段存在煤质变松软现象，变松软厚度0.20～0.80m。
原始瓦斯含量6.23～7.15m3/t，瓦斯压力0.25～0.42MPa，透气性系数为1.01～2.05m2/（MPa2·d），平均1.53m2/MPa2·d）;钻孔瓦斯流量衰减系数为0.040～0.101d-1，平均0.071d-1，属较难抽放—可以抽放煤层。
二、15煤层掘进巷道遇松软煤层瓦斯治理为防止因软煤片帮出现的瓦斯超限事故，需从两方面着手解决，一方面是减少软煤层中瓦斯含量，另一方面是预防煤体片帮。
1、松软煤层施工瓦斯排放钻孔掘进区域经过有效预抽后，在掘进巷道遇软煤期间，应补充施工瓦斯排放钻孔，减少软煤中瓦斯含量。
瓦斯排放钻孔的效果是否明显，取决于钻孔孔径和钻孔有效影响半径，钻孔直径越大，其有效影响半径越大，排放瓦斯能力越强。
通常钻孔有效影响半径为钻孔直径的4～5倍，当钻孔孔径为75mm时，有效影响半径0.4～0.5m。
钻孔施工长度一般为10m。
如图1示，矿井在生产实践过程中软煤层内瓦斯排放钻孔直径75mm，钻孔布置间排距0.4m，钻孔深度10m，排放时间不少于4h。
低透气性煤层瓦斯抽采技术研究与应用
煤在二 煤下部 ， 相距 ２ ０ ｍ 。 为了安全回采二 煤层 ， 消除二 煤层 的突出危险 ， 矿决定将一 ， 煤
一
抽放巷 布 置在一 煤和 二 煤层 中间 ， 距 离上 下煤 层为 １ ０ ｍ， 抽放 巷 断面为 高ｘ 宽＝ ３ ｍ ｘ ３ ｍ， 每
钻孑 Ｌ 形成 的扇形平 面与工作 面走 向方 向垂 直相 交 。钻孔直 径 为 １ ２ ０ ｍ ｍ， 钻孔 终孔 点形 成 的连线
要 将 上部 二。 煤 层工 作面 全部包 括 。
２ 两层 煤 工 作面 巷道 及 瓦斯 抽 放巷 道 的 布置
２ ． １ 一 煤 工作 面巷 道布 置
顶板 ５ ｍ， 钻孑 Ｌ 终孔 点沿 二 煤工 作面倾 斜方 向均 匀布 置 ， 钻孔 终 孔距 离为 ２ ０ ｍ， 钻 孔 呈扇 形 布置 ，
通过开采解放层 ， 使得被解放层透气性增加 ，
将 不 易抽 采煤 层变 为容 易抽 出煤 层 。开采 解放 层 的 同 时要 根据 瓦斯 涌 出量 的规 律及 时进 行 抽 采 ， 可 以降低被 解放 层 内 的瓦斯含 量 ， 减小 瓦斯 压 力 ， 从 根本 上 消除 了煤层 的突 出危 险性 。
锚杆 间排 距为 １ ． ０ ｍｘ １ ． ０ ｍ。 ２ ． ２ 二 煤 工作 面巷 道布 置
１ 概
况
金 岭煤 矿是郑 州 市磴槽 企业 集 团下 属 的一个 煤 矿 企业 ， 井 田走 向 ４ ． ５ ｋ ｍ， 倾斜宽 ２ ． １ ｋ ｍ， 面积 ９ ． ４ ５ ｋ ｍ ２ ， 井 田可 采储 量 ０ ． ５ ３亿 ｔ ， 矿井 采 用斜 井 、
３ 瓦斯抽 采 系统
３ ． １ 地面 建立 瓦斯抽 放 泵站
高瓦斯低透气性煤层抽采增透技术研究现状与发展方向
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技 经 济 市 场
高瓦斯低 透气 性煤层抽 采增透技术研 究现状与发展方 向
钟 敏
（ 西 南科 技 大 学环境 与 资 源学 院 ， 四川 绵阳 ６ ２ １ ０ １ ０ ）
摘 要： 我国高瓦斯矿 井所采煤层普遍为低透 气性煤层 ， 要对瓦斯充分抽采利用 ， 必须研究增透 技术。 本 文总结 了高 瓦斯 低透气性煤层增透传统技术 ， 研 究 了高 瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采及增透技术新进展 ， 提 出 了瓦斯抽采及增透技术 的研 究方 向。 关键词 ： 低透 气性煤层 ； 瓦斯抽采 ； 增透技术
瓦 斯 矿井 所开 采 的煤 层都 属 于低 透 气 性煤 层 ， 煤 层 的 低 透气 性 导致 大 部分 煤层 抽 采 困难 ， 严 重 影 响 了瓦斯 的抽采 利 用率 ， 制 约着 这 个 清洁 能 源 的开 发利 用 的发 展 。所 以 ， 研究 增加 煤层 的透 气性 的技 术 ， 从 而 加大 瓦
经 济市 场
采 动 卸 压 增 透技 术 主要 是 指 利 用 临 近煤 层 或 临 近 区域 开 采 、 保 护层 开 采 ， 使本 区域 煤 岩 体 或位 于被
钮， 提供 随时查 阅操作 及评 分 ， 并 有 聊 天输 入 框 ， 可 实
了本课程 的教学结构 ， 解决 了传统教学中理论与实践 不能结合 的问题 ， 并且通过半实物仿真技术将虚拟仿 真与实操训练有机结合 ， 创新了实验实训 的模式。该 教学软件 已在教学 中投入使用 ， 经过对 比， 运用该软 件 教 学后 ， 该 课 程教 学 由传统 的 １ ２周 共 计 ９ ６课 时 缩
寿阳地区81#煤低透气性煤层瓦斯抽采技术实践与探索
寿阳地区81#煤低透气性煤层瓦斯抽采技术实践与探索[摘要]阳煤集团控股的平舒煤业属新建矿井，开采81#煤时发生瓦斯动力现象，严重制约了掘进速度，影响采掘衔接。
后本矿决定掘进期间采用抽放技术治理瓦斯，后扩展到采煤工作面进行抽放。
经过不断的试验改进，取得良好效果，也使本煤层抽放技术的应用趋向成熟。
81#煤层瓦斯抽放技术，结合四位一体防突措施，成功地为寿阳地区利用抽放技术开采低透气性煤层，积累了成熟的经验。
【关键词】瓦斯；抽采工艺；抽放技术山西平舒煤业有限公司温家庄煤矿为阳煤集团控股的新建矿井，设计能力为0.90Mt/a，目前开采81#煤，2007年5月21日在南二正巷掘进时发生瓦斯动力现象，经鉴定为煤与瓦斯突出煤层。
一、矿井状况温家庄井田位于寿阳县北部的温家庄乡盘湾底村至灵芝镇界石村一带，井田面积约27.9km2。
太原组及山西组为本井田主要含煤地层。
本井田内煤层赋存稳定，主采81#煤，煤质为无烟煤和贫煤，均厚1.83m，平均倾角5度左右，为缓倾斜煤层。
开采时上邻近层3#、4#、6#煤，下邻近层有82#、12#煤瓦斯将会涌入采场空间。
本矿采用倾斜长壁综采一次采全高方法，后退式开采，全部垮落法管理顶板。
煤科总院抚顺分院分源预测法测定，81#煤瓦斯含量为12.89m3/t，透气性系数为0.1281（m2/Mpa2·d），钻孔百米流量衰减系数为0.3209（d-1），综合评价81#煤层属较难抽放煤层。
二、抽采技术的试验1、掘进期间抽采技术的试验2007年3月份本矿改变以往炮掘工艺，开始使用综掘机掘进煤巷顺槽，瓦斯涌出量高达5.5m3/min，利用风排难以有效治理瓦斯，开始进行掘进期间抽放试验，即施工钻场并向正前打长钻孔接管进行抽放。
2、首采面本煤层瓦斯抽放的试验首采面在采用邻近层钻孔抽放瓦斯的同时，利用掘进期间的钻场向煤体打扇形进行提前抽放瓦斯。
三、81#煤抽采应用技术的逐步改进1、邻近层钻孔工艺技术的改进原设计中小直径钻孔参数：开孔直径∮94mm，钻孔角度：上仰13o～19o，钻孔长度30m。
低透气性煤层保护层开采瓦斯治理(防突)技术
井 ： 于 加 戛 背 斜 北 东 冀 中 段 、 １ 层 北 冀 ， 层 整 体 为 位 Ｆ 断 地
（８ ７ ８人） 住房墙体和地基开裂变 形； 两条小型沟谷泥石流 ， 有 还 １ ８个弃渣场和 ４ 个老煤窑 （ ３ 老硐） ３ 、 １家小煤矿形成的地下 采 空区， ３ Ｏ分 １ ． 在 纳 雍县 德 科 发 生 过 ５７秒
二井北低南高， 田内最高点为南山顶， 井 最低点位于 丫口田西北 边河坝 ， 山势与岩层走 向基本一致 ， 地貌特 征受地质构造 、 岩石 性质和气候条件 等所控 制， 煤系地层 易风化剥蚀 ， 形成反 向坡 ，
～
ｋ ２其 中落 差 大 于 ３ ｍ 的 断层 共 ３条 。 ｍ； ０
总体看来 ， 一井浅部构造较复杂 ， 地层走 向变化 大， 多数断
雍 县城 １ｋ 纳 雍至毕节 １９ ｍ、 ６ ｍ， ０ ｋ 大方 ７ ｋ 织金 ９ ｋ 交通 ６ ｍ、 ３ ｍ，
方便。
层落 差由浅 向深逐渐变小 以至消失，岩层倾角 由浅 向 深逐渐变 小， 内构造类型属中等构造 。二井西北部构造较复杂， 区 地层走
地质・ 勘察・ 测绘
建材与装饰 ２１年 ０ 月 ０９
．
低透气性煤层保护层开采瓦斯治理（ 防突 技术
王 斌
摘 要： 本文通过对 中岭矿井的全面分析 ， 探讨 了关于低透气性煤层保护层 开采瓦斯的治理 （ 防突） 技术 。 关键词 ： 中岭矿井； 瓦斯治理 ； 技术
１ 矿 井概 况
地形 ， 一井和二井交界处地势较低， 两翼较高 。单从・井 （ 中岭）
地形地貌来看， 沿煤层露头 ， 地势东 高西低 ， 最高点为马 中岭， 最
高压脉动水锤压裂技术抽放低透气性煤层瓦斯在1562(3)底板巷的应用
４ 水锤 压裂 实验过 程 选定１ ２（ ） ５ ３ 底板巷第４组钻场的错钻孔进行高压水锤压裂，１： ０ ６ ０ ４ ０ 开始注水 ，１ｍｒ ，注水压力达到稳定３ Ｍ ａ 水表流量计转速缓慢 ， ２ｉ ￣ ． Ｐ， ８ 可 以认定此时钻孔 已注满水 ，共注入水量约０ ｍ 。第４ ＃ 钻场参数如表 ． ３ ８ ０ｔ
瓦斯突出矿井。当前 以１— 煤为主采煤层 ，１－ 煤及８ ３１ １２ 煤配采。１— 煤 ３１ 层 、１— 煤层 以及８ １２ 煤层均为突出煤层。２０ 年瓦斯等级鉴定最大绝对瓦 ０９ 斯涌出量 １４ ３ ｎ ３ｍ／ ，最大相对瓦斯涌 出量为 １． ３ｒｎ ｍｉ ６ ｍ／ｌ 。 ４ ｒ ｉ １６ ３ ５２（ ）运顺为一水平东三采 区煤巷掘进工作面 ，处于１— 煤突出 ３１ 危险区域，瓦斯压力为２ Ｍ ａ ． ｐ ，瓦斯含量７ ｍ ／ ２ ． ，在进行掘进作业前 ， ３ ｔ 必须预抽煤层瓦斯。由１６ ３ 底板巷测得的该处 １ １ ５ ２（ ） ３ 煤透气性系数仅 — 为０ １ ２（ ｔ ） ． ３ ／ ａ ｄ ，属于低透气性难抽放煤层，必须通过其他手段进行 ０ ｍ ２ 钻孔增透 ，从而增加煤层透气性 ，以提高１ ６ ３ 运顺煤层瓦斯预抽 ５ ２（ ） 效果 ，我矿在 １６ ３ 底板巷选择了高压脉动水锤压裂技术进行钻孔 ５ ２（ ） 增透 。
１ ２ ８
应 用 科 学
高压脉动 水锤压裂 技术抽放低透气性煤层瓦斯
在 １６ ３）底板巷 的应用 ２（ ５
梁 家 福 ，吴 宏 勇 （ 安徽省淮南市淮南矿业集 团潘三矿 ，安徽淮南 ２ ２ ９ ） ３０ ６
摘 要 阐述在 １６ ３） ５２（ 底板巷 采用 “ 高压 脉动水锤 ”对 煤层注水 ，使 １６ ３） ５２（ 运顺煤层 裂化 ，从 而增加煤层透气 性 ，提高 １６ ３ 运 ５２（ ）
煤矿瓦斯抽采技术应用分析
煤矿瓦斯抽采技术应用分析摘要：目前，我国已经进人深部开采时代，煤层中的瓦斯含量逐渐增加，这导致瓦斯引起灾害的可能性也大大增加。
为了保证开采的安全性，必须对煤层中的瓦斯进行治理，一种重要的手段是对煤层中的瓦斯进行预抽。
由于我国煤层大多经历了地质构造的作用，煤层透气性较差，直接抽采煤层中的瓦斯存在着很大的困难，为此，需要应用一些强化瓦斯抽采的技术措施。
基于此，文章对煤矿瓦斯抽采技术的应用进行了研究，以供参考。
关键词：煤矿开采；瓦斯抽采；技术措施1瓦斯抽采技术面临的难点分析地面钻井抽采煤层瓦斯的效果比较差，已经很少采用。
目前，中国大多数矿井采用的是井下钻孔抽采煤层中瓦斯的方法。
但是由于我国煤层透气性较差，采用普通的钻孔来进行瓦斯抽采，存在抽采时间长、抽采效果差的不足。
因此为了强化瓦斯抽采，需要采用一些其他技术。
在当前的煤矿瓦斯抽采工作中，主要面临以下方面难点：（1）顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求。
顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求，使得大量采用抽瓦斯专用岩巷，工程成本高、施工时间长、产生大量废渣。
（2）缺乏长钻孔轨迹测定技术井下钻孔施工存在风险。
缺乏长钻孔轨迹测定技术，使得抽瓦斯难均匀、易留事故隐患；井下钻孔施工存在风险，远程（或地面）操控成为趋势和难点。
（3）井下抽采的瓦斯浓度低及煤层透气性低。
井下抽采的瓦斯浓度低，不利于安全抽采与输运，也给资源利用带来困难；煤层透气性低，抽瓦斯效果较差，提高透气性和抽采效果是难题；用地面井抽采采动影响区瓦斯效果好，但易受采动破坏，提高其高效服务寿命是难题。
2煤矿瓦斯抽采技术的应用研究2.1做好瓦斯监测工作煤矿瓦斯监测是进行瓦斯防治的基础，其有效性对于煤矿安全有着重要影响。
在进行瓦斯监测时，需做好以下几方面工作：（1）要检查一些关键位置处瓦斯探头的完好性。
瓦斯探头是监测瓦斯的重要设备，其主要功能是测量空气中的瓦斯浓度，但由于煤矿井下恶劣的生产环境，瓦斯探头很容易损坏。
低透气性薄煤层瓦斯综合抽放技术实践与应用
的 目的 。
针对 以上 实 际情 况 ， 新立 煤 矿 在开 采 ９ 层 煤 ０号 时， 瓦斯抽放成 为必不可少 的措施 。对 于 ９ ０号煤层 主 要 采取抽采 治理 的方法 。采用底 板抽 放 、 高位 钻场 抽 放、 仰角钻场抽放 、 本煤层预抽及尾排抽放技术初 步构 建起了上下结合 、 动静配合 、 采前 、 中、 采 采后全过 程的 立体瓦斯抽采体 系。
瓦斯抽放 薄煤层 文献标识码 Ｂ
起 了上下结合 、 动静配合、 采前、 中、 采 呆后全过程 的立体 瓦斯抽采体 系。 关键词 中图分类号 Ｔ ７ ２ ６ Ｄ １ ．２
Ｌｏ — ｐ ｒ ｅ ｖ ｌｔ ｈｉ ｏ ｌｓ ａ ｇ ｓ ｄ ａ ｎａ ｅ ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ｗ — ｅ ｍ ｅ ｂｉ ｙ ｔ ｎ ｃ ａ ｅ ｍ ａ ｒ ｉ ｇ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｉ ｐｒ ｃ ｉ ｅ ａ ｐｌ ａ ｉ ｎ ｆｉ ｅ ｒ ｔ ｄ ａ ｔｃ ｐ ｉ ｔｏ ｏ ｎｔ ｇ ａ ｅ ｃ
Ｉ ９ ０层煤 基本 情况
６７ 倾斜长度为 １５ ６ 平 均煤层 采高 １ １ 煤 体 ８ ｍ， ９ ． ｍ， ． ｍ， 容重 １３ ｔｍ 。９ ．５ ０层煤与下部 ９ 层煤层 间距 ４ ２ ／ １ ．ｍ。 该 工作面 为采用单一 走 向长壁后 退式 采煤法 、 全 部垮落 法控制顶板 的高档普通机械化采煤工作面。
一
主采煤层 ９ ０号层 煤及顶 板粉 砂岩 在走 向上是 东
薄西厚 。煤层顶底 板均 为粉砂 岩和细 砂岩 组成 ， 度 硬
中等 ， 较稳定 ， 围岩干燥 时坚 固易 于支 护 ， 易发生 冒 不 顶 和底鼓 ， 但遇水易膨胀 ， 出现坍塌掉块现象。 ９ ０号层煤 的 瓦斯 含量较 高 ， 煤层 透 气性 系数 差 ， 属较难抽放煤层 。且随 着矿井开 采深 度 的增加 ， 瓦 其 斯 涌出量会有所增加 。采空区瓦斯涌 出及工作 面生产 时从煤体 中释放 出的瓦斯是造成工作面上 隅角及 回风
尾巷抽放技术在“三软”低透气性煤层中的应用
１ 矿 井概 况
义 络公 司矿 井开 拓方 式为 平硐一 暗立 井一 暗斜
态， 即游 离状 态 和 吸 附状 态 。 瓦 斯 在煤 体 中存 在 的
状 态不 是静 止不 变 的 ， 而是 处 于动 态 平衡 之 中 。 当
井多水 平联 合开 拓 ， 层底 板 岩石 运输 大巷 、 煤 底板 集
俯 斜 放顶 煤一 次采全 高采 煤法 ， 风镐 落 煤 。
３ ０ ０工 作 面位 于义 络 公 司 矿 井 井 田 的 西 部 ， ８３ 上部 为采 空 区 ， 下部 为 ３ ０ ０工作 面 ， ８５ 东为 ３ ０ ０采 ６０
采用一 次 采全 高放 顶 煤 采 煤法 ， 部 垮落 法 处 理 采 全 空 区。高 浓度 瓦斯 积聚 采空 区顶板 裂 隙及 冒落 区间
高瓦斯 矿 井是 瓦 斯 治理 工作 的重 点 单 位 ， 是 也 煤 矿 生产过 程 中 安 全 工 作 的 重 点 ， 严 格 执 行 “ 要 先 抽 后 采 、 测监 控 、 风定 产 ” 监 以 的原 则 。在 高瓦 斯 矿 井 中， 放顶煤 工 作 面 瓦斯 治 理 更 是 重 中之 重 。其 主 要原 因是工 作 面在 回采 过程 中瓦 斯不仅 从煤 炭 中涌 出 ， 且也 从顶 板 围岩裂 隙等地 方 涌 出 ， 而 呈现 出瓦斯 涌 出多 元 化 的趋 势 。另 外 ， 回采 方法 、 落煤 工 艺 、 顶 板控 制等 各环 节对 瓦斯 涌 出量 的 大小也 有 明显 的影 响 。生产 过 程 中 ， 斯 动 态 的 治 理 工 作 尤 其 重 要 。 瓦 义络 公 司矿井 回采 二 煤 层 ， 因煤 层 透气 性 差 ， 放 抽 困难 ， 作面经 常 发生超 限现象 ， 工 严重 制约 着矿 井 的
潞安矿区低透气性松软单一煤层立体化瓦斯抽采技术探索
瓦 斯 抽 采 是 解 决 矿 井 瓦 斯 问 题 的 一 项 有 效 措 施 ， 立 体 化 瓦 斯 抽 采 ，体 现 在 空 间 上 是 上 下 结 合 ，即 地 面 与 井 下 瓦 斯 抽 采 的 结 合 ；体 现 在 时 间 上 是 采 前 、采 中 、采 后 瓦 斯 抽 采 的全 过 程 ；体 现 在 方 式 上 是 动 静 配 合 ，即 固定 与 移 动 瓦 斯 抽 采 的 配 合 ；体 现 在 效 益 上 是 由 安 全 抽 采 向利 用 抽
平分枝井的试验 。为实 现立体化 抽采 瓦斯 ，潞安 矿 区所有
的 高 瓦 斯 矿 井 均 建 立 了 矿 井 瓦 斯 抽 采 系 统 ，具 有 高 瓦 斯 区 的 低 瓦 斯 矿 井 建 立 了 移 动 式 瓦 斯 抽 采 系 统 。潞 安 集 团 为 实 现 开 采 ３煤 层 的地 面 超 前 预 抽 和 井 下 超 前 预 抽 、随 采 随 抽 ，
地 面 提 前 抽 采 瓦 斯 是 实 现 高 瓦 斯 向低 瓦 斯 转 变 的 根 本 之 路 ，即 只 有 采 取 地 面 提 前 抽 采 的 措 施 ，才 能 解 决 整 个 抽 采 与 生 产 的 良好 衔 接 ，实 现 南 开 采 前 的 高 瓦 斯 向 开 采 时 的 低 瓦 斯 转 变 。 潞 安 集 团 先 后 在 屯 留 矿 开 展 了 地 面 钻 孔 煤 层 压 裂 瓦 斯 抽 采 、地 面 钻 井 动 压 采 空 区 瓦 斯 抽 采 以 及 地 面 水
区 目前主采 ３煤层属低 透气性 松软单 一煤 层 ，具有 瓦斯 吸
附 性 强 、衰 减 快 、难 抽 放 、煤 体 破 落 时 瓦 斯 异 常 涌 出 的 特
科技成果——低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术
科技成果——低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术适用范围截止2008年12月底，该技术已在两淮矿区的9个煤矿16个采面工作面成功推广应用，正在推广应用此项的矿区有重庆能源集团、冀中能源集团、辽宁铁煤集团、山西华晋焦煤集团等，此项技术可覆盖煤炭行业领域3亿吨左右的煤炭开采量，节约煤炭生产成本10亿元。
技术原理基于大量现场矿压测试和三维数值模拟分析得出沿空留巷存在明显的阶段性矿压特征，研究指出不能简单地描述沿空留巷处于低值应力区，在受工作面采动影响的留巷过程中存在一个强烈的应力调整期，这一时期留巷帮顶出现显著的剪切应力集中，合理的巷内支护形式应适应这种剪切破坏，抗剪切能力强的新型高性能锚杆组合支护配合新型巷内辅助加强支架，具有很好的适应性。
关键技术（1）首次提出了无煤柱煤与瓦斯共采技术原理；（2）创建了无煤柱沿空留巷Y型通风钻孔法煤与瓦斯共采技术体系；（3）系统地研究并获得了Y型通风采空区的流场与瓦斯浓度场；（4）创新性的提出了无煤柱沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采技术；（5）提出了煤与瓦斯共采覆岩卸压、渗透率分布以及瓦斯抽采动态运移三个基本规律模型。
技术流程针对我省淮南矿区煤层瓦斯赋存条件复杂多变的总体背景，以矿井深部开采安全保障技术及装备为研究主线，立足于降低煤矿重大瓦斯事故和开发有效防治新技术和装备的根本目的，完成了六个方面的研究内容，分别为：深部矿井强突出煤层区域预抽消突技术、打钻技术、快速揭煤防突技术、卸压开采技术研究；低透气性煤层地面钻井抽采瓦斯技术研究；深井煤与瓦斯突出的机理及动力学理论研究；微震监测及煤与瓦斯突出预测预报技术研究；深部开采通风系统结构、模式及技术装备；深部矿井瓦斯赋存规律的研究。
此六项研究内容分为三个层次，分别为理论与基础研究、监测与预报技术研究以及抽采消突及装备研究。
主要技术指标研制出强突出煤层打钻防喷装置和瓦斯含量法预测突出危险快速取样装置。
建立深部煤矿瓦斯地质区域分布及采动影响区瓦斯流动场理论、高瓦斯低渗透性煤层高效抽采瓦斯技术和瓦斯综合治理成套技术；低透气高瓦斯煤层卸压瓦斯抽采率达到50-60%。
低透气性突出煤层顺层钻孔预抽瓦斯及防突技术
铜 仁 学 院 学 报
Ｊ ｏｕ ｒ ｎ ａ Ｉ ｏ ｆ Ｔｏ ｎ ｇｒ ｅｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ１ ．１ ７． Ｎ Ｏ． ４
２ ０ １ ５年 ７ 月
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ５
【 土木 工程与机械工 程 】
低透 气性 突 出煤 层顺 层钻孔预抽 瓦斯及 防突技术
１ ４ ２
铜 仁学院学报 表 ２ 瓦斯压 力测定钻孔参数表
２ ０ １ ５年
煤层 瓦 斯 。钻 孔直 径 ｃ Ｉ ） ７ ５ ｍｍ。钻孔 沿煤 层走 向或倾
向布置 ，钻 孔 间距 ０ ． ８ ｍ。 对２ ０ ９ ３回风巷 的瓦 斯浓 度进 行统 计分 析 ，得 出
斯 浓度 居 高 不 下且 有 超 限现 象 ；且采 煤 时 ， 瓦斯 涌 出量加 大 ，不 开采 时 ，瓦斯 涌 出量相 对 较 小 ，不 利 于 该采 面 的安 全 回采 ，经煤 矿 提 供数 据 抽采 率仅 为 ２ ４ ． ５ ６ ％， 因此对现 有 措施进 行优 化 是十 分必 要 的 。。结 果表 明 ：回风 巷 瓦
ｊ ． ２
工 Ｄ ． ８
Ｄ ． ６
Ｄ ． ４ Ｄ ． ２ Ｏ
７ ／ １ ２ ７ ／ １ ４ ７ ／ １ ６ ７ ／ Ｉ ｓ ７ ／ ２ ０ ７ ／ ２ ２ ７ ／ ２ ４ ７ ／ ２ ６ ７ ／ ２ ８ ７ ／ ３ ｏ ８ ／ Ｉ ８ ／ ３ ｓ ／ ｓ ８ ／ ７ ａ ／ ９ ８ ／ １ １
１ ． 引言
目前 ，我 国 ９ ５ ％以上 的 高瓦 斯和 突 出矿 井 所 开 采 的煤 层 属 于 低 透气 性 煤 层 ，而低 透气 性 突 出煤 层 在 开采 过 程 中面 临 两大 难 题 ：一 是低 透 气 性 导 致 瓦
低透气性煤层工作面瓦斯抽放技术研究
距煤层底板 １ ． ０ ｍ ， 两巷煤壁 — 阡： … ： ： 夹角８ ５ 。 ， 钻孔间距５ ｍ ， 开 ｌ Ｉ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ¨＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ 孔 孔径１ １ ３ ｍ ｍ ， 终孔９ ４ ｍ ｍ ，Ｊ ｌ ｌ 山ｌ ｉ Ｉ ｌ Ｉ ｌ ｌ ＾ ｌ ｌ
３ ． １ 本 煤 层 工 作 面 边 采 边 抽 本煤层边采边抽是利用在工作 面两巷沿煤层布置顺层钻孔 预抽钻孔 ， 通过工作 面采 动影 响 ， 造成超 前工作 面煤壁卸压 ， 形 成发育裂隙抽放本煤层卸压带 的解吸瓦斯 。 抽放钻孔距工作面从切 ４ ０ １ １ 运料巷 ．
３ ． ２ ． ２ 采面冒落带、 裂隙带高 度计算
孔深 ６ ５ ～ ７ ０ ｍ； 聚氨酯 封孔 ， ————
。 ”
— — 一
眼煤壁 １ ０ ｍ开始布置， 运料 ｝ 厂ｒ 丁 ］ ＇ ｒ ７ ］ ＿ 『 ＿ 丌 丁 丁 Ｔ ｆ ｒ 丌厂 卜 ＿ ＿ 一 巷 距煤层底板 １ ． ５ ｍ ， 溜子道 ｆ ｉ ｆ ｆ ｆ …ｆ ｆ …ｆ ｆ ｆ ／ ／ ｆ ／
式中： 为采高 ， 按采 高 ４ ． ３ ｉ ｎ 计算 ， 根据上述 公式计算可得 冒落带最大高度为 １ ４ ｉ ｎ ， 裂隙带最 大高度为 ２ ８ ｍ。
随工作面 的采动影响 ，在工作面周围将形成了一个采动压力场 ， 采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成垂三带 ，即 冒落带 、 裂隙带和顶板弯 曲下沉 带 ； 在水平 方 向上形成平 三 区， 即煤壁 支 撑影 响区、 离层 区和重新压实区 。“ 三带” 和“ 三区” 内的煤岩层变 形和破坏各具特征 ， 但急剧发育 的裂 隙为瓦斯 的解 吸和 流动提供
根据 以往工作面经验 ， 该采面 回采后 冒落带最大高度计算公 式为 ： Ｈｌ ＝ １ ０ ０Ｍ／ （ ６ ． ２ Ｊ ） ｌ １ ０ ． ０ ） ±２ ． ５ ． （ １ ）
低透气性煤层瓦斯抽采技术的研究
对高 突矿井 ． 突矿 井开 采深度 均 在 １ ０ 以下 ． 高 ｏｍ ０ 煤层 透 气性 系 数 为 ０ １８～０ ２ ６ｍ，（ ａ・ ）煤 ．７ ． ３ ／ ＭＰ ｄ ， 的坚 固性 系数 厂 ． ， 低 透 气性 软 煤 层 ， ＜０ ５ 属 且煤 层
埋藏 深 ． 地应 力大 ， 瓦斯抽 采难度 大 。瓦斯抽采 是从 源头 上治理 瓦斯危 害 的最 根本措 施 因此 ， 究低 透 研
混 合排 碴工艺 ．提 高排碴 效果 。四是选 用大功 率钻
机． 配套 使用 移动 式 空压 机等 设 备 ， 高 钻进 能 力 。 提
五是探 索打钻 过程 中 出现 的各类 异常情 况及解 决方
气性 高应力 软煤层 瓦斯抽 采技 术是一 个亟待解 决 的
问题 。
１ 本 煤层 深孔 打 钻 技 术 攻 关
（ ） 三班 经 常 冲洗 纱 窗 的情 况 下 ， 对 ５ ０ ２在 经 ｌ３ 材料巷 纱窗前 后 的风 量进行 测定 ．纱窗 的安装 未影
响 材 料 巷 的风 量
４ 结 论
（） １ 纱窗 降尘技 术适用 于低 瓦斯 、 高浓度煤 尘作
业 区域 ， 安全 可靠 ． 果 明显 ， 不影 响 风量 的回采 效 在 工作 面 回风 巷可 以推广使 用
２ 增加 到 目前 的 ６ ０ｍ ５ｍ．最 深钻 孔 达 到 １ｏｍ。 ０ 缩 小 了本煤 层 瓦斯抽 采盲 区
上 １ ０～２ ０ｍ．抽 采范 围为 工作 面 回风巷 向下 ２ ０ｍ． 前后 钻场 交 叉 抽 采 工 作 面 顶 板 裂 隙 带 内 积 存 的 瓦
斯 。分析 瓦斯 抽 采效 果 可知 ， 位倾 斜钻 孑 两端 ｌ 高 Ｌ ５
矿 业有 限公 司 工程 师。
低透气性煤层的瓦斯抽采工艺研究
０ 引 言
提 高煤层 的瓦斯 抽 放 效 果 ，特 别 是 低 透 气 性煤 层 ，一 直是 瓦斯 抽 放 工 作 中难 以解 决 的 问题 … ， 目前提 高煤层 瓦斯 抽放 率 的技 术途 径主要 是采 用人 为方法 预先 松动 原始煤 体 ，提高煤 层 的透气性 ，常
ｎ ｌｇ ａ ａ ｔ ｒ ｆｇ ｓ ｄ ａ ｎ ｇ ｎ ｅ ｓ ｎａ ｌ ｏ ｅ ｓ ａｉ ｇ ｔｃ ｏｏ ｙ ａ ｅ ａｌｄ ｔ ｒ ｉ ｄ． Ｂｙ ｃ ａ ｇ ｎ ｈ ｏ ｏ ｙ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ａ ｒ ｉ ａ ｅ ａ ｄ ｒ ａ ｏ ｂ ｅ ｈ ｌ ｅ ｌ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｒ ｌ ｅｅ ｍ ｎｅ ｎ ｈ ｎ ｉｇｔｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｒ ｄ ａｎｉｇ ｂ ｒ ａ ａ ｔｒ ｆｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｅ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｆｌ ｗ ｐ ｒ ｅ ｂ ｌ ｙ ｉ ｖ ｒｏ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｅｍ ａ ｉｉ ｓｏ ｅ ｃ ｍｅ．Ａｔｔ ｅ ｓ ｍ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ａ ｉ ｍｅ，ｔ ｅ ｌｗ ｆｇ ｓ ｈ ａ ｏ ａ ｄ ａｎ ｇ ｓ ｓｕ ｉ ｄ．Ｔｈ ｏ ｇ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ，ｇ ｓｄ ａｎ ｇ ｆｅ ｔｈ ｓｂｅ ｎ ｍａ ｋｅ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｒ ｉ ａ ｅ ｉ ｔｄ ｅ ｒ ｕ ｈ ｏ ｔｍｉａｉｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ａ ｒ ｉ ａ ｅ ｅｆ ｃ ａ ｅ ｒ ｄ ｙ ｉ ｒ ｖ ｄ，ｗｈ ｃ ｉｈ ｃ ｎ ｅｆ ｃｉ ｅｙ ｅ ｓ ｒ ｈ ａｅｙ ｐ ｏ ｕ ｔｏ ． ａ ｆｅ ｔｖ ｌ ｎ ｕ ｅ ｔｅ ｓ ｆｔ ｒ ｄ ｃｉ ｎ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： ｇ ｓｄ ａｎ ｇ ｙｗ ｒ ａ ｒ ｉａ ｅ；ｌｗ ｅ ｍ ｅ ｂｌｔ ｏ ｌｓ ａ ；ｐａ ａ ｔｒ ｆｐ ｅ ａｎｉｇ ｂ ｒ ｏ ｐ ｒ ａ ｉ ｙ ｃ ａ ｅ ｍ ｉ ｒ ｍｅ ｅ ｓｏ ｒｄｒ ｉ ｎ ｏ ｅ
综合抽采瓦斯方法在低透气性薄煤层矿区的应用研究
Ｔｈｅ ａ ｌｃ ｔｏ ｅ ｅ ｒ ｈｉ ｂ ｕ ｏ ｐ ｅ ｎｓｖ ａ ｘ ｒ ｃ ｉ ｎ ｍ ｅ ｈ ｄｓ ｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｎｇ ａ ｏ ｔ ｃ ｍ ｒ ｈｅ ｉ ｅ ｇ ｓｅ ｔ ａ ｔｏ ｔ ｏ
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提高抽 出量 ， 并阻截瓦斯流 向采掘工作空 间。
新建煤矿 ０ １ ９ 工作 面掘 进 时 ， 回风流 瓦斯 经常 其 超限报警 ， 响安全作 业 。该矿 在掘进 巷道 两帮 卸压 影
０ ２ １ —１２ ３ ＭＰ ｄ 为低透气 性煤层 。通 过 ．４ ５ ．５ ５ｉ ／ ａ ｎ ， 近几年的不断摸 索和实 践 ， 已经 初步形 成 了一 套符 合
１ 在 巷帮卸 压 区 内边 掘边 抽 在 掘进巷 道时 ， 煤层 在采动影 响下 引起 围岩应 力 的重新分布 ， 形成卸压区和应力集 中区 ， 而在卸压 区 内 煤层膨胀变形 ， 透气性 系数增 加 。在该 区域 内打 钻抽 采瓦斯 ， 游离瓦斯 和解 析瓦斯 能直接 被钻孔 吸走从 而
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专 科技 戚晨
２１年 期 ０ 第１ ２
综合 抽 采 瓦斯 方 法 在低 透 气性 薄煤 层 矿 区的应 用研 究
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低透气性煤层瓦斯抽采技术与应用陈静, 王继仁, 贾宝山(辽宁工程技术大学安全科学与工程学院, 辽宁阜新123000摘要:在煤矿开采中, 瓦斯灾害一直是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一。
随着煤层开采深度的增加, 煤层透气性随之减小, 从而严重影响了煤层瓦斯的抽采率和瓦斯抽采效果。
针对我国煤矿绝大部分煤层属于低透气性煤层的情况, 论述和分析了低透气性煤层瓦斯抽采的各种技术原理及应用。
给低透气性煤层瓦斯抽采提供技术指导, 解决矿区实际问题。
研究低透气性煤层瓦斯抽采具有广阔的应用前景与应用价值。
关键词:瓦斯灾害; 低透气性煤层; 瓦斯抽采中图分类号:TD712文献标识码:A文章编号:1008-8725(2009 03-0070-04T echnology and Application on G as Drainage in Low -permeabilityCoal SeamCHEN Jing , WANGJi -ren , J IA Bao -shan(C ollege of Security Science &Engineering , Liaoning T echnical University , Fuxin 123000, ChinaAbstract :G as disaster is always one of the main disasters to threaten the security of coal mine in the coal ex 2ploitation. With the increase in the depth of coal mining , the permeability decrease consequently , it affects the drainage rate and efficiency. The various technical principles and applications of gas the low -per 2meability coal seams are expounded according to the reality that m ost of the coal are low -per 2meability coal seams. The conclution can be used to provide in low -permeability coal seams and res olve practical problems in prospect and using value to study gas drainage in low gas K ey w ords :gasdisaster ; low -permeability coal 0引言。
同时随着煤矿的开采深度的增加, 地应力增高, 使煤层及围岩的透气性变差, 瓦斯含量增加, 相对瓦斯涌出量增高, 瓦斯的危险性增2:表2各指标的关联度的排序各指标关联度排序瓦斯放散初速度(Δp0. 833煤的坚固性系数(f 0. 625煤层瓦斯压力(p 0. 931瓦斯解析特征(k 10. 922钻屑量(s0. 7744. 6结果分析由关联度的排序可以看到各指标在煤与瓦斯突出中所起的作用大小:煤层瓦斯压力>瓦斯解析特征>瓦斯放散初速度>钻屑量>煤的坚固性系数。
这说明该矿区煤层瓦斯压力指标最灵敏, 其次是瓦斯解析特征。
在进行煤与瓦斯突出预测中, 应该首选煤层瓦斯压力作为预测指标; 当同时利用多个指标进行综合预测时, 应该以瓦斯压力作为主要依据, 兼顾其它指标; 当多个指标测量结果发生冲突时, 应按以上关系从大到小进行考虑。
5结论(1 系统的灰色性不但包含了随机性和模糊性,还包括了这两种不确定性以外的系统的更为广泛的特性。
对于煤与瓦斯突出预测方法的选择, 灰色关联度分析提供了新的途径。
(2 灰色关联分析简便可行, 评价结果直观、可靠, 又弥补了模糊综合评判法的不足。
(3 应用灰色关联分析找出引起煤与瓦斯突出预测的最灵敏指标, 使预测指标选择不再盲目, 同时很好地降低了预测结果的灰度, 对守好煤与瓦斯突出防治的第一关意义重大。
参考文献:[1]林伯泉, 崔恒信. 矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998. [2]王学萌, 罗建军. 灰色系统方法简明教程[M].成都. 成都科技大学出版社,1992. [3]刘树林, 邱莞华. 多属性决策基础理论研究[J].系统工程理论与实践,1998, (3 :118-122. [4]刘思峰, 郭天榜, 党耀国, 等. 灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,1991.[5]肖新平, 宋中民, 李峰. 灰技术基础及应用[M].北京:科学出版社,2005. [6]胡坤. 灰色预测评价方法与应用研究[D ].南京航空航天大学硕士学位论文,2004.(责任编辑王凤英收稿日期:2008-10-15; 修订日期:2008-12-19作者简介:陈静(1985- , 女, 重庆云阳人, 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院在读硕士研究生, E -mail :chenjing2613@163. com 。
第28卷第3期2009年3月煤炭技术C oal T echnologyV ol 128,N o 103M ar ,2009加。
我国煤层气储量巨大, 有30～35万亿m 3, 但由于普遍属于低渗透煤层, 致使煤层气预抽难以实施, 效果很差。
煤层中储存的大量瓦斯气体溢入大气层, 这不仅严重地影响人类的生存环境, 而且浪费了大量的不可再生能源。
1煤矿井下抽采技术概况介绍我国大部分矿区煤层属低透气性难抽煤层, 给瓦斯治理和利用带来困难。
因此, 强化抽放技术的研究与推广是我国煤矿瓦斯治理工作的十分迫切的需求。
几十年来, 国内外科研人员和生产技术人员都对低透气性煤层瓦斯抽放技术进行过研究, 其研究的基本出发点是提高煤层透气性或增加单位煤体钻孔长度, 以达到提高抽放率的目的。
根据我国煤层地质条件和瓦斯赋存特点, 不同的煤层, 采取不同的抽采技术, 比如我国开展技术包括:水力割缝、深孔控制预裂爆破、旋转水射流扩孔、水力压裂、密集钻孔技术等。
而抽采瓦斯方法的选择, 主要是根据矿井(或采区、工作面瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。
目前抽放瓦斯方法主要有开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采及采空区瓦斯抽采。
2开采层瓦斯抽采开采层抽采包括预抽、方式。
预抽主要采用钻孔预抽采。
, 预抽, 当工作面推进时, 工作面前方煤体由于卸压, 透气性大大增加, 抽放效率大幅度提高。
2. 1水力割缝强化抽采水力割缝是对透气性系数低、原始瓦斯含量大的煤层进行预前割缝。
其过程是:利用定向水平钻机在煤层中进行水平钻孔, 钻孔完成后, 再在煤层中利用高压水射流对钻孔两侧的煤层进行切割, 在煤层中形成一条具有一定深度的扁平缝槽, 使煤层应力得到释放。
在切割过程中, 煤层在地应力的作用下发生不均匀沉降, 在煤层中形成大量裂隙, 从而达到改善煤层渗透性的目的, 为瓦斯的解析和流动提供通道, 进而增强煤层的透气性[1]。
对于单一煤层而言, 则只有在煤层内部采取措施, 张开原有裂隙、产生新裂隙以及局部卸压, 进而改善煤层的透气性。
由于高压水割缝的切割、冲击作用, 钻孔周围一部分煤体被高压水击落冲走, 形成扁平缝槽空间, 这一缝槽可以使周围煤体发生激烈的位移和膨胀, 增加了煤体中的裂隙, 改变了煤体的原始应力和裂隙状况, 大大改善了煤层中的瓦斯流动状态, 为瓦斯的抽排提供了有利条件[2]。
2. 2深孔控制预裂爆破强化抽采深孔控制预裂爆破对于松软低透气性煤层的增透效果是非常明显的。
在采掘工作面的推进过程中, 要防止突出的发生, 必须改变工作面前方煤体的应力分布, 保持足够长的卸压带, 同时尽可能地增加煤体的透气性, 使煤层瓦斯得以充分预排。
理论分析和现场试验表明:对于低透气性突出危险煤层, 采用深孔预裂控制松动爆破能充分合理地利用炸药的爆炸能量, 起到控制孔的导向与补偿作用; 预裂爆破后使煤体中原生裂隙得以扩展, 同时产生新的裂隙, 较大地提高了煤层透气性, 能有效降低或消除煤层突出危险性[3]。
在爆破初始阶段, 爆破产生的动压迅速摧毁爆孔附近煤体的抵抗, 在其周围产生破裂带和少量裂纹, 为进一步破坏煤体提供弱面。
由爆破产生的应力波在煤体中以爆破孔为中心呈同心圆状向煤体中传播, 应力波相交后产生叠加效应, 加速了煤体的破坏。
由于两爆孔距离不同, 爆破产生的相互影响也不同。
当两爆孔较近时, 爆孔间裂纹充分发育, 并最终相互沟通, 加速了煤体的破坏; 而当两爆孔较远时, , 最终只有少量裂纹相互沟通。
5～6m 时, 两爆, 为。
两爆孔间的裂纹, 为瓦斯抽放提供了通道。
, 再加上, 为松软低透气性煤层瓦斯抽采提供了一个较好的解决方案[4]。
2. 3旋转水射流扩孔强化抽采旋转水射流扩孔基本原理:旋转射流是指在射流喷嘴不旋转的情况下产生的具有三维速度射流的质点, 一面沿着螺旋线轨迹运动, 一面向周围环境介质中扩散而形成的射流。
在流场中, 除了射流中的轴向和径向速度分量外, 还具有切向速度分量, 这就形成了螺旋流动。
旋转射流具有扩散角大, 射程短, 卷吸和掺混能力非常强, 且存在回流区等特性。
旋转射流扩孔的工艺流程:旋转射流扩孔只用于对已完成的小直径钻孔进行扩孔, 扩大其钻孔直径; 因此, 旋转射流扩孔的操作需在钻孔施工完成后进行(如图1所示 , 其工艺过程如下:(1 先用钻机按设计要求钻好钻孔, 退出钻杆后, 将扩孔射流器、过滤装置及连接手动推进泵的高压扩孔钻杆送入孔内, 并用手动推进泵来调节送达孔内的深度。
(2 手动推进泵的尾部接上高压水管, 由高压水泵提供高压水源, 经调压阀门最终送达带螺旋叶轮的喷嘴, 从带螺旋叶轮的喷嘴喷出的流体具有三维速度, 在高压水驱动下对四周的孔壁进行旋转切割。
(3 当扩孔完成一定长度时, 如果不满足实际需要, 通过增加或卸掉1根或几根钻杆, 继续进行扩孔。
调节手动推进泵, 直到扩孔段的长度达到要求, 完成一个钻孔的扩孔作业。
旋转射流扩孔通过扩大钻孔直径, 达到增加钻孔的煤层暴露面积和卸压范围, 增加钻孔的抽排瓦第3期陈静, 等:低透气性煤层瓦斯抽采技术与应用・71・斯量, 提高钻孔的抽排效果, 为提高低透气性煤层的瓦斯抽采效果和扩大防突起措施的效果提供了一个可行的技术途径。
随着高压水旋转射流技术的不断革新, 它在煤矿预抽防突领域中的应用前景非常广阔[5]。