開采煤層瓦斯抽放方法的篩選及其適用性

吳芝林

摘要:抽放瓦斯可以降低涌入礦井風(fēng)流的瓦斯量,防止煤與瓦斯突出,解放高瓦斯礦井生產(chǎn)力,是防治煤礦瓦斯的治本措施。經(jīng)過數(shù)十年的實踐與試驗研究,我國煤礦抽放瓦斯技術(shù)已積累了上百種抽放瓦斯方法,煤礦抽放瓦斯的規(guī)模有了很大發(fā)展,已具備對各種抽放瓦斯方式方法進行技術(shù)篩選的條件。各煤礦也有必要針對本礦的地質(zhì)、開采條件,選擇經(jīng)濟有效的抽放瓦斯方式,以保障煤礦有效治理瓦斯災(zāi)害,實現(xiàn)“先抽后采”,確保煤礦安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞:煤層瓦斯抽放方法;瓦斯量;煤礦安全生產(chǎn)

中圖分類號:X244文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)10-0069-02

一、煤礦抽放瓦斯方法技術(shù)篩選原則

1.把分散的各礦應(yīng)用試驗過的有效抽放瓦斯方法,都?xì)w并到同一抽放瓦斯類型中去,只是在闡述適用性時,補充有關(guān)地質(zhì)、開采條件。

2.重點篩選應(yīng)用范圍廣、適用性強,便于煤礦采用,效果較好的抽放瓦斯方式方法。

3.對抽放瓦斯方法技術(shù)還需改進,但有發(fā)展前景的抽放瓦斯方式方法,將篩選介紹,如強化抽放瓦斯方法等。

4.對配合我國煤炭工業(yè)技術(shù)進步,適應(yīng)新的開采工藝技術(shù)而發(fā)展的抽放瓦斯方式方法,將篩選介紹,如綜放工作面抽放瓦斯方法等。

5.由于地質(zhì)開采條件的改變,原來抽放瓦斯效果好,目前己不再應(yīng)用的抽放瓦斯方式方法,一般不作詳細(xì)介紹及篩選。

二、開采層未卸壓瓦斯抽放方法篩選及適用性

(一)巖巷揭煤層預(yù)抽(排)瓦斯方法

1.立井揭煤層超前鉆孔抽排瓦斯方法。(1)適用條件:用于傾斜、緩傾斜中厚以上突出危險煤層超前預(yù)抽(排)瓦斯;(2)技術(shù)工藝參數(shù):沿井筒周邊外1.5m處,扇形布置中108mm鉆孔,井筒范圍內(nèi)均勻布置中75mm鉆孔,孔間距約1m,一般抽排時間約1個月,使煤層瓦斯含量下降30%以上,或煤層瓦斯壓力下降到0.74MPa以下。防突措施應(yīng)遵照《防治煤與瓦斯突出細(xì)則規(guī)定》;(3)應(yīng)用說明:用于鐵法大興礦等。抽排瓦斯時,應(yīng)防止鉆孔積水影響瓦斯涌出。

2.石門揭煤層超前鉆孔抽(排)瓦斯方法。(1)適用條件:用于石門揭開突出煤層前預(yù)抽排瓦斯,煤層傾角、厚度不限,單一煤層,近間距煤層群均可采用;(2)技術(shù)工藝參數(shù):主要抽排石門上方(7m～8m)及兩側(cè)(5m～6m)保護圈內(nèi)的瓦斯?？讖?5mm,間距1m～2m。抽排時間3個月至一年(與孔間距有關(guān)),其它防突措施按《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行;(3)應(yīng)用說明:用于重慶天府煤礦。為了提高瓦斯抽排效果,可采用煤層擴孔來擴大煤層鉆孔直徑;鉆孔可與抽放系統(tǒng)聯(lián)接,用負(fù)壓進行抽放。

(二)煤巷掘進預(yù)抽(排)瓦斯方法

1.煤巷掘進超前鉆孔抽(排)瓦斯方法。(1)適用條件:用于突出煤層煤巷掘進工作面前方煤體瓦斯抽排;(2)技術(shù)工藝參數(shù):鉆孔直徑75mm～90mm,軟煤選用小直徑,孔間距應(yīng)按鉆孔在有效抽放時間內(nèi)的排放半徑確定,一般為0.5m～2.0m,鉆孔應(yīng)控制巷道兩幫外2m～3m,還應(yīng)控制巷道頂部煤層。鉆孔長度應(yīng)超過巷道前方應(yīng)力集中帶。一般為15m～20m。有關(guān)防突措施應(yīng)按《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》執(zhí)行;(3)應(yīng)用說明:平頂山十礦等。該方法為突出煤層煤巷掘進最常用的防突技術(shù)措施。

2.煤巷先抽后掘抽放瓦斯方法。(1)適用條件:煤層屬于容易或可以抽放煤層,抽放瓦斯的巷道位置應(yīng)處于鉆孔能力范圍內(nèi),一般不大于20m,下向孔抽放時,煤層應(yīng)為緩傾斜煤層,否則應(yīng)采用鉆孔排水措施;(2)技術(shù)工藝參數(shù):孔徑75mm～90mm,間距10m左右,鉆孔長度必須超過巷道所在位置處,抽放時間應(yīng)滿足巷道掘進時通風(fēng)安全或防治突出的預(yù)抽瓦斯指標(biāo)要求;(3)應(yīng)用說明:隨著鉆孔能力的提高,該方法結(jié)合采煤工作面大面積預(yù)抽瓦斯,同時先抽巷道的瓦斯,應(yīng)是一項較實用的先抽后掘巷道的方法。

三、開采煤層采動卸壓瓦斯抽放方法

(一)開采煤層采掘巷道周邊卸壓瓦斯抽放方法

1.適用條件。受回采工作面前方礦壓變化的影響,回采工作面前方一段范圍內(nèi),煤體被壓碎松動卸壓,該地段煤體內(nèi)瓦斯會大量解吸,隨著回采工作向前推進,此地段也會不間斷的向前移動。因此抽放該地段內(nèi)的卸壓瓦斯,會取得較好的效果。但順層單一平行鉆孔孔口,孔底與回采工作面距離相同,所以鉆孔同時被破壞,鉆孔抽放卸壓瓦斯的時間短。而交叉鉆孔中的斜向鉆孔,當(dāng)孔底被回采工作面采過后,仍有部分鉆孔段留在卸壓煤體內(nèi)抽放瓦斯,因而能取得較好的抽放瓦斯效果。

2.技術(shù)工藝參數(shù)。在抽放期間,要嚴(yán)格加強抽放鉆孔管理,發(fā)現(xiàn)鉆孔大量漏氣時,必須及時關(guān)閉,以免影響整個抽放系統(tǒng)的抽放負(fù)壓及瓦斯?jié)舛取?/p>

3.應(yīng)用說明。焦作九里山礦等應(yīng)用效果較好。關(guān)鍵在于對預(yù)抽鉆孔堅持繼續(xù)抽放及加強抽放瓦斯的管理。

(二)開采保護層抽放開采煤層卸壓瓦斯方法

1.適用條件。開采煤層群的礦井,有圍巖巷道或相鄰煤層巷道,開采煤層厚度,傾角不限,煤層為較難抽放瓦斯煤層及突出煤層。有關(guān)保護層開采后的保護范圍,防突效果,按《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2.技術(shù)工藝參數(shù)。穿層鉆孔的鉆場間距一般為45m,每個鉆場布孔4～6個,鉆孔角度10°～40°孔底間距15m～20m,孔徑75m左右,鉆孔長度要求穿過各個抽放瓦斯的煤層,并在保護范圍內(nèi)。順層鉆孔的長度應(yīng)大于回采工作面長度的一半,間距可為預(yù)抽順層鉆孔間距的1～2倍,為單一平行或扇形布孔方式。

3.應(yīng)用說明。穿層鉆孔抽放被保護層瓦斯方法應(yīng)用較廣泛,在天府磨心坡礦穿層鉆孔抽放中有應(yīng)用。

四、人為(強化)卸壓瓦斯抽放方法

(一)水力壓裂強化抽放開采煤層瓦斯方法

1.適用條件。地面鉆孔水力壓裂方法適用于地表較平坦,具備鉆井、壓裝、抽放施工條件(即有路、有水、有電及瓦斯管道),地面鉆孔水力壓裂的煤層應(yīng)為可以及容易抽放煤層。厚度為中厚以上,傾角為緩傾斜煤層。在較難抽放瓦斯煤層中實施水力壓裂后,一般效果很差,如陽泉一礦3號煤層;盡管有時鉆孔瓦斯流量增加的倍數(shù)很大,但總抽放量仍然較小,對開采煤層回采時瓦斯涌出量的減少效果不明顯。

2.技術(shù)工藝參數(shù)。地面鉆孔水力壓裂及井下鉆孔水力破裂技術(shù)工藝的差別是:井下鉆孔水力破裂過程中不加支撐劑(砂子),其它工藝都相同,有鉆井(打鉆)—完井(封孔)—壓裂—排水—抽放瓦斯。工藝參數(shù)中的關(guān)鍵是孔間距、壓裂液注入速度、加砂量、排水效果等,因煤層賦存條件不同,各技術(shù)工藝參數(shù)也不同。

3.應(yīng)用說明。地面鉆孔水力壓裂法在我國的白沙紅衛(wèi)礦,撫順北龍鳳及焦作中馬礦做過試驗,由于煤層透氣性較小、工程較大,沒有推廣應(yīng)用。近期在晉城地區(qū),有的煤層透氣性高達728m2/MPa2·d(約為8.2md),目前30個地面鉆孔抽放效果良好,正在進一步擴大試驗應(yīng)用。

(二)水力割縫強化抽放開采煤層瓦斯方法

水力割縫是在順層抽放瓦斯鉆孔(上向水平孔)內(nèi),用噴咀形成的高壓水射流,對鉆孔兩側(cè)煤體進行切割形成一個扁平縫槽,相當(dāng)于開采一個極薄保護層,促使鉆孔附近煤體卸壓,提高開采煤層瓦斯抽放率。

1.適用條件。中硬或軟(打鉆不自噴)的厚煤層,采用順層上向孔及水平孔的煤層均可采用水力割縫強化抽瓦斯措施。

2.技術(shù)工藝參數(shù)。鉆孔布置參數(shù)與順層預(yù)抽瓦斯鉆孔相同。水射流參數(shù)為:水量10～15m3/h時,軟分層中割縫,水壓為8MPa時,在鉆孔兩側(cè)形成深0.8m、高0.2m的縫槽;在中硬煤層中,水壓超過10MPa才能割出深0.4m的縫。

3.應(yīng)用說明。在鶴壁、白沙等礦試驗應(yīng)用。鶴壁礦水力割縫的結(jié)果表明,割縫前,未卸壓煤層鉆孔瓦斯抽放量平均為0.041m3/min·百米,割縫后,鉆孔抽放量為0.122m3/min·百米,增大3.4倍。瓦斯抽放時間為三個月。

參考文獻

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