煤与瓦斯共采

100 80 60 40 20 0 -20 -50 0 50 100 150 200 250 300
关键层初次破断前 关键层初次破断后
切眼
距切眼距离 /m
采动裂隙分布的 O”形圈
阳泉三矿K8206工作面上部12#煤层未采。工 走向长1579m，倾斜长252.2m。工作面煤层总厚 7.08米，，煤层倾角10～70，平均50，采用走向 长壁后退式开采，综采放顶煤工艺，全部垮落法 管理顶板。工作面布置图见图2。工作面综合柱 状和上覆岩层关键层的判别见图3所示。
(6) 关键层运动对瓦斯涌出的影响 利用关键层岩层运动,通过“O”形圈实施大面
积抽放淮北芦岭矿8煤采空区卸压瓦斯方案,揭示
了阳泉15煤综放面岩层移动对邻近层瓦斯涌出的 影响规律，提出并实施了阳泉矿区15煤综放面上 邻近层卸压瓦斯高抽巷布置优化方案及初采期瓦 斯超限治理方案。
离层量 /mm
关键 层破 断前 后的 离层 分布
（5）开采保护层技术 72煤层瓦斯压力1.8～3.5MPa，瓦斯含量10～ 14m3/t;煤层普氏系数f为0.18，为松软煤层;钻孔 流量衰减系数为0.0512d-1，煤层透气性系数为 0.0486m3/(Mpa2· d)，属难以抽放煤层。采用开 采上部6煤层组保护层的下行开采卸压技术。
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在被卸压煤层底板布置巷道，施工穿层钻孔 穿透72，71煤层至顶板0.5m处(图1)，拦截抽放 71，72煤层的卸压瓦斯。由于6煤保护层开采的 卸压作用，7煤层纵向裂隙、离层裂隙高度发育， 煤层透气性提高数百倍，瓦斯抽放半径提高近20 倍，抽放钻孔工程量因此大幅减少，抽放效果十 分明显。通过预抽使煤层瓦斯含量降至5m3/t以 下。
在工作面上、下顺槽从切眼向收作线位置依 次平行于工作面倾向施工顺层长钻孔，提前对煤 层进行预抽和卸压，各孔孔间距5m，部分3m。采 用SGZ-IB或MKD-4型钻机，φ 91合金片组合钻头、 φ 73麻花钻杆、压风排渣法钻进，钻孔深度:上 顺槽1OOm，下顺槽12Om。
顺层孔施工期间，从孔内返出的压风中 CH4 浓 度 4.5% ～ 9.6% ， 纯 流 量 可 达 0.02 ～ 0.1m3/min 。各孔再经过 80 余天的合茬预抽后， 到回采前煤层预抽率平均达 34.2% 。当钻孔距 工作面 17 ～ 44m 时，瓦斯流量 0.1 ～ 0.32m/min ， 效果较好，其中20～30米时效果最佳。
（4）穿层孔瓦斯抽放 为抽采13槽卸压瓦斯，在13-1煤层底板20～ 31m的砂岩中布置一条底抽巷，每隔25m布置一个 钻场(如图一所示)。
底抽巷最大抽放量为 28m3/min ，平均抽采量 为 22 ～ 26m3/min ，占 13-1 卸压可解析瓦斯的 65% 以上。
在底抽巷施工下向穿层钻孔抽采保护层采空 区。即在被保护层13-1底板抽排巷内的钻场中， 向 2171(1)采空区施工下向穿层钻孔，终孔位置 落在2171(1)工作面上风巷向下5～25m,采空区向 里30m范围内，如图2所示。抽采平均瓦斯浓度达 到26%，最高达34%，瓦斯抽采量达14m3/min，
（2）瓦斯爆炸三个条件：
① 混合气体中瓦斯浓度在5~16%内；
② 具有高温热源650~750度；
③ 混合气体中氧气>12%。
（3）防治瓦斯爆炸的措施 ① 防止瓦斯积聚：
② 防止瓦斯引燃：
③ 限制瓦斯爆炸范围扩大 ：
2 矿井瓦斯防治技术 国家局提出了，坚持"先抽后采，监测监控， 以风定产"12字工作方针，致力于建立防范瓦斯 事故的长效机制。"先抽后采"是瓦斯防治工作的 基础，是从源头上治理瓦斯灾害的治本之策和关 键之举，体现了瓦斯治理预防为主、关口前移的 要求。
3 煤与瓦斯共采 1）我国煤矿瓦斯抽放方法 矿井瓦斯抽放方法： 钻孔法、巷道法、管路法和综合法。 按抽放对象的空间位置来分有： 开采煤层 (本层)、邻近煤层、采空区和围岩抽放; 按地应力对比来分有：
未卸压和卸压抽放;
按时间对比来分有：
采 ( 掘) 前预抽、边采 ( 掘) 边抽（随采随抽）和采
后抽放。
2) 地面采空区抽放技术
淮北海孜矿选用地面钻孔、底板穿层钻孔抽 放卸压7，8煤岩层瓦斯方法，钻孔布置如图所示。 地面钻孔分别布置在离开切眼120m和375m处， 两钻孔间距255m，钻孔穿过7，8，9煤层至10 煤层顶板以上4～5m时止。 Ⅱ1021工作面于2006年3月日回采，至2007 年3月工作面回收，历时12个月，地面钻井绝对 瓦斯抽放量为5～12m3/min，抽放纯瓦斯累计 3.1X106m3。
采矿新技术
煤与瓦斯共采
1 矿井瓦斯 矿井瓦斯:是指煤层和煤系地层中以甲烷（沼 气） CH4为主的有害气体的总称。 （1）瓦斯的性质 ① 无色、无味、无臭、无毒的气体，比空气轻； ② 一定的浓度，遇火燃烧或爆炸，爆炸界限为 5～16%，9.1～9.5%时爆炸威力最大； ③ 引火温度为650～750℃，当氧气浓度低于 12%时，混合气体失去爆炸性。
全国煤矿瓦斯灾害分布
高瓦斯及煤与 瓦斯突出
低瓦斯
国有煤矿高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井约占50％
全国煤矿瓦斯（煤层气）抽采量
单位：亿立方米 阳泉、淮南、水城、 盘江、松藻、晋城、 抚顺 、淮北等矿业 集团年抽采量均超 过1亿立方米 地面抽采量约2亿立 方米
30 23 18.7 12
2003年
2004年
我国煤层气资源丰富,在陆上烟煤和无烟煤田 中,埋深在300-2000米范围内的资源36.7万亿立 方米，是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三大煤 层气储藏国,相当于天然气储量.
我国大部分煤层透气性低,难以在开采前抽采。 因此,在开采高瓦斯煤层的同时，利用岩层运动 的特点将煤层气开发出来将是我国煤层气开发的 一重要途径。在开采时形成采煤和采瓦斯两个完 整的系统，则不仅有益矿井的安全，而且采出的 还是洁净能源。
（3） 顶板高抽巷瓦斯抽放 由于受小直径钻孔通过能力和“密钻孔”不 可能太密的限制，大量的卸压瓦斯不能及时抽出 而涌向工作面，采用掘巷道直接通往原抽放孔的 终孔位置。 用巷道抽放代替 "密钻孔"抽放，这种专门用 于抽上邻近层瓦斯的巷道称为 " 高抽巷 " 。 " 高抽 巷"有两种∶
倾向高抽巷在尾巷内或尾巷与回风巷的联络 巷内向瓦斯裂隙带的层位掘巷，到达裂隙带高度 后，再沿倾向方向掘一段平巷，如图所示。高抽 巷距回采层底板47m，伸入工作面距离不小于30m
4)
回风井回收瓦斯。
低含量瓦斯的利用和提纯就成为关键技术。 目前在4方面进行研究:变压吸附;膜分离;燃烧 脱氧相低温精馏分离。我国采用低温分离将瓦 斯从含氧煤层气中分离和液化获得成功，问题 还在成本。
德国 过去煤矿瓦斯都随主风机排入大气，到 20世纪80年代，认识到温室气体排放对全球气 候变暖的危害，而瓦斯的危害比二氧化碳又大2l 倍。为了变废为宝,据1998年统计，全年煤矿瓦 斯产量达10.7亿立方米，(生产矿井抽放3.72 亿立方米，通风井回收4.67亿立方米，报废矿井 回收1．8亿立方米—实质上包含了煤与瓦斯共采 的三项技术)。
淮南矿区在开采下保护层时，利用地面钻孔 抽出被保护层卸压范围内的瓦斯，试验主要在潘 一矿进行，试验结果表明:地面钻孔抽出卸压区 瓦斯初期单孔日产气量达到100O0m3/d以上。 显然，地面钻孔抽出采空区瓦斯的技术是成 功的，只要有充足气源，并合埋设计孔间距和平 面位置，能够取得好的抽出效果。尤其对近距离 煤层群开采条件，煤层气资源量能够满足地面钻 孔抽出采空区瓦斯的要求。
高抽巷观测结果表明，工作面采过高抽巷19m 时，高抽巷开始抽瓦斯，随高抽巷附近隙裂不断 增加。第一高抽巷抽放时间为5个月，抽放量平 均为27.12m3/min，最大时达60.81m3/min，瓦斯 平均抽出率为85.71%。
走向高抽巷是布置在回采煤层顶板的不可采 煤层 (或岩层)内，该巷始端是从采区回风巷与 停采线呈正交地拉门起坡，达预定标高后，沿工 作面走向掘进，如图所示。走向高抽巷末端至切 眼水平距不应大于25m。
抽放浅钻孔沿采煤工作面推进方向平行布置， 钻孔深度依据采面卸压区范围而定，一般为8～ lOm，孔径φ 89mm，钻孔间距依据钻孔有效抽放 半径而定，一般为1～2m，先抽后采，抽放时间 为8h，两班采煤，一班抽放，边打钻孔边封孔联 网抽放。
（2）利用工作面瓦斯尾巷排放瓦斯 瓦斯尾巷与工作面回风巷呈平行布置，两巷 间隔煤柱lOm～l5m。通常工作面回风巷与尾巷是 在同一层位内。采用综采放顶煤开采时，尾巷改 为沿顶板布置。 沿尾巷每隔 40m 与尾巷呈正交地沿顶板掘一 联络巷。采场采用一进一回加尾巷的通风排放系 统，又称为 U+L 型通风系统，当采场瓦斯涌出量 为5m3/min～l5m3/min时，采用该系统比较合理。
铁法矿区在大兴矿北一采区 405 工作面进行 地面钻孔抽出采空区瓦斯试验，共打 3 个试验孔， 孔间距 15Om ，钻孔布置在离回风巷约 50m 处，套 管 直 径 18Omm 。 开 始 抽 出 时 单 孔 日 抽 气 量 3440m3/d ，呈递减趋势，抽气瓦斯浓度都在 95% 以上。目前为止，矿区己施工15口地面钻井抽出 采空区瓦斯。
2005年
2006年
1) 采前抽采 若能在开采前将煤层内瓦斯抽出,当然是利 用瓦斯改善煤矿安全的最好办法.但由于我国 大部分煤体空隙度小,在本层内抽采瓦斯有难 度。 地面煤层气钻井技术（包括垂直井，洞穴 井，羽状分枝水平井等）煤层气水力压裂工艺 技术（氮气泡沫压裂和二氧化碳压裂等）及排 采技术。
淮北芦岭矿试验运用了地面压裂钻井提前预抽瓦斯新 技术，如图3所示。选择在三水平东部Ⅲ101采区进行压 裂试验。该采区走向长1900m，倾斜730m,面积 0.72km2，采区将在2015年后开采。Ⅲ101采区地面共 布置7口井，组成正方形井网及矩形网，正方形网井距 300mx300m，并布置1口中心井。第1口井于2005年开 始打孔，最高日产瓦斯600m3，平均400m3，现累计产 气量1.3x106m3。新增6口井于2008年2月份完成压气裂， 共对2个含煤组3个煤层进行压裂，7口井同时排采，煤 层产气排采量将达到5600m3/d。
图7-6、图7-7为回采工作面顶板钻孔抽放卸 压瓦斯布置示意图。煤层回采后卸压邻近煤层、 遗煤释放的瓦斯绝大部分积聚在采空区，并随工 作面漏风集中由工作面上隅角流出，造成工作面 上隅角瓦斯超限而形成安全隐患。实践表明煤层 群或综放开采采空区的瓦斯涌出 比例大大增加， 通常占回采工作面总瓦斯涌出量 50～60%，最 高可达70～80%。
先地面采气，后地下采煤条件是煤层气透气 性好 。我国大部分煤层透气性极低，按照美国 标准，地面抽采瓦斯时煤层透气性不得低于 0.987毫达西。以晋城矿区为例地面采气40亿m3， 投资120亿(3元/m3)，还存在着很大风险。 因此在我国大部分不能先在地面采集。
2) 煤与瓦斯共采 鉴于开采后围岩压力降低,大量瓦斯在采空 区释放。导致瓦斯抽采的好机遇.因此形成煤 与瓦斯共采体系。
3)煤矿井下抽放技术 根据我国煤层地质条件和瓦斯赋存特点，我国 自主开展了： ① 高透气性本煤层瓦斯抽放，
② 利用工作面瓦斯尾巷排放瓦斯，
③ 顶板高抽巷瓦斯抽放，
④ 穿层孔瓦斯抽放，
⑤ 开采保护层技术。
（1）本煤层顺层孔抽放 谢 桥 矿 13-1 煤 层 透 气 性 系 数 为 8.7*1O4m2/MPa2d ，钻孔百米流量减系数为 0.014d-1 ，属 难以抽放煤层，预抽期在30天左右时，抽排孔有 效半径2m，预抽期在50天左右时，抽排孔有效半 径2.5m。
显然，采空区卸压瓦斯的运移与岩层移动及 采动裂隙的动态分布特征有着紧密的关系。由 关键层理论建立的关键层破断后形成“O”形通 道理论，在一些矿区和废弃矿井中抽放卸压瓦 斯对钻孔布置起到指导作用。
3) 废弃矿井抽采瓦斯---鉴于废弃矿井煤层经过 采动而充满瓦斯,因而可以利用采动后岩体内 裂隙场的分布,利用钻孔并将瓦斯抽排管装在 井下、封闭井口后，抽出瓦斯.