矿井瓦斯抽采工艺设计方案

矿井瓦斯抽采方法及工艺

一、矿井瓦斯来源分析

根据对新丰煤矿瓦斯涌出量的预测，本矿井在生产时瓦斯来源由以下三部分组成：回采工作面的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出和采空区的瓦斯涌出。各瓦斯来源涌出的瓦斯占矿井瓦斯的涌出比例与矿井的开采深度和矿井的生产接续布局、采掘强度等有关。根据《新丰煤矿2011年矿井瓦斯等级鉴定和CO2鉴定报告》得出的结果表明本矿井瓦斯涌出构成为：回采工作面瓦斯占50～54%，掘进工作面瓦斯占15～20%，采空区瓦斯约占30%。

根据新丰煤矿煤层赋存情况、矿井开拓开采技术条件以及预测的瓦斯涌出情况，新丰煤矿采取本煤层抽放的瓦斯抽放方法。

二、抽放瓦斯方法选择

（一）、抽放瓦斯方法的选择原则

抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和几种抽放方法综合应用的综合抽放方法，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：

1、抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质和开采条件；

2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；

3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；

4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；

5、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。

（二）、瓦斯抽放方案的确定

表1-1 瓦斯抽放方案选择

1部的一3煤层作为保护层提前开采来解放二1煤层的措施，制定了新丰煤矿瓦斯抽放方案。

1、回采工作面预抽

对于矿井主采煤层二1煤层进行本煤层抽放。可供选择的本煤

层瓦斯抽放方式包括钻场平面扇形钻孔、底板岩巷穿层钻孔、正向平行钻孔和迎面平行钻孔四种方式。结合工作面的巷道布置特点，并充分考虑预抽钻孔的边采边抽效率，选择迎面平行钻孔方式进行本煤层瓦斯抽放。迎面平行钻孔方式的优点在于：既可保证瓦斯预抽的均衡性，还可充分利用工作面超前采动卸压效应，实行边采边抽，提高本煤层瓦斯抽放率。

具体布孔方法：利用工作面上、下副巷，向回采工作面切眼方向打迎面平行钻孔，如图1-2所示。

下副巷

上副巷

图1-2 回采工作面瓦斯预抽方式示意图

设计的本煤层预抽钻孔布置参数如下：

钻孔长度 工作面倾斜长度的一半；

钻孔直径 ∮75mm；

钻孔与工作面夹角 3°～4°；

钻孔间距 2.4m；

封孔深度 6～7m；

封孔长度 2m；

封孔方式 聚氨酯封孔。

（1）施工方法

由于受煤层赋存条件影响，施工长钻孔存在困难，迎面平行钻孔；由于钻孔的有效抽放半径为2ｍ，钻孔开孔水平间距根据经验值取２.４m，为了能使钻孔布置更加合理，我矿在预抽工作开始以后进行实际测量；工作面开采前进行瓦斯预抽，开采时进行边采边抽。

（2）封孔及连接工艺

钻孔采用聚氨脂封孔，封孔管为直径25mm的铁管，再用高压管或与之配套的埋线波纹管管连接到抽放支管上，再连接到干管上，最后到达地面泵房。

（3）预抽时间确定

考虑到本设计本煤层使用平行钻孔对煤层进行瓦斯进行预

抽，因保护层开采引起煤体变形使煤层透气性有所增加，抽放时间可以适当延长，结合工作面巷道掘进速度综合考虑，本矿井二1煤层预抽时间应为１８０天以上，实际的有效抽放时间我矿应在实际抽放过程中进行考察确定。

（4）抽放管路管理

工作面开采后，随着工作面的推进，靠近切眼的抽放钻孔不断报废，当钻孔距工作面切眼60m时，预计抽放钻孔进入卸压区，进行卸压抽放，随着抽放管路不断变短，靠近切眼的管路要逐段

卸下来，端头用法兰片密封。由于工作面在回采时，回风巷需进行超前支护大约20m，为了不影响生产，需提前拆除管路，给瓦斯管路的管理造成一定困难，在靠近工作面切眼30m内的钻孔用软胶管与抽放管未端相连，抽放管未端特制一段2～3m长的短管，短管上做几个变径三通，与靠近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后再向前移动短管，保持短管始终在抽放管路的未端，见图1-3。这样一来，工作面的预抽钻孔可以抽取大量的卸压瓦斯，

图（二）、掘进工作面瓦斯抽放

本矿属于煤与瓦斯突出矿井，为降低掘进头前方煤体瓦斯涌出量，消除煤与瓦斯突出威胁，可进行超前钻孔预抽瓦斯，因此在巷道掘进时采用边掘边抽的方法。掘进工作面布孔方式如图1-4所示。在掘进巷道两侧打钻场进行边掘边抽，钻场单侧间距40m，钻场内钻孔数为4个，钻场规格长3.5m，深4m，高与掘进巷道相同，掘进工作面钻孔布置始终超前巷道工作面10m，据此选取抽放钻孔的参数如表1-4。封孔工艺与预抽工作面钻孔封孔方法相同。

图1-4 掘进工作面边掘边抽方法示意图

表1-5 边掘边抽钻孔技术参数表

（三）、邻近层瓦斯抽放

利用在二1煤层底板布置的岩石大巷，可以先预先在二1煤层底板岩石巷向二1煤层打穿层孔进行预抽，同时当下保护层一3煤层开采时，会造成二1煤层卸压，此时会有大量的卸压瓦斯被抽出，从而达到降低二1煤层瓦斯含量及压力的目的，降低在二1煤层中掘进煤巷难度，解决煤巷掘进及回采面瓦斯超限及瓦斯突出问题，预计可以取得很好的效果。见图1-6。

图1-6 穿层抽放钻孔布置图

表1-7 钻孔技术参数表

三、抽放工程施工设备及检测仪表

我矿所采用的抽放瓦斯方法：采用开采层预抽（采前预抽）及穿层钻孔抽放，抽放瓦斯主要工程是钻孔施工和钻场工程，打钻工程所需的设备为：

（一）、钻机

煤矿抽放瓦斯钻机应符合下列要求：

1、电动机及附属电器设备必须是防爆的；

2、钻机要体积小，轻便或解体方便，以利于搬迁；

3、钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。

在综合分析我国煤矿常用钻机性能和现场实际使用情况的基础上，考虑新丰煤矿煤、岩硬度以及设计抽放钻孔的长度，设计选择全液压钻机。根据钻孔数量和钻孔长度，配备ZYG-150型液压钻机3台、ZY-750型液压钻机2台、ZY-650型液压钻机2台、ZDY650型液压钻机2台。

配套钻杆选用φ50mm或Φ42mm，每节长度0.76m或1m的钻探钻杆，钻头选用金钢石钻头。打钻施工供水采用由地面供水池向采区直接敷设管路，利用静压水直接供水，供水管路采用高压胶管供水。

(二）、主要检测仪器、仪表配置

井下抽放瓦斯主要检测仪器、仪表包括孔板流量计、U型水柱计（汞柱计）、瓦斯浓度检定器和高负压取样器等。

四、矿井抽放瓦斯量预计

(一）、预抽工作面瓦斯抽放量预计

根据钻孔流量衰减规律及钻孔有效排放系数等诸多因素综合考虑，本矿井预抽期暂定为１８0天。当预抽期为６个月时，二1煤层瓦斯预抽率按30%来计算。回采工作面的瓦斯抽放量按下式计算：

q＝n〃L〃D〃M〃γ〃X〃η/T〃1440 （1-3）

式中：q—预抽期间平均瓦斯抽放量，m/min；

n—钻孔数量，个，n=600个；

L—钻孔的有效长度，m，取钻孔平均有效长度L=75m；

D—钻孔间距，m，m=3m；

M—煤层平均厚度，m，M=4.60 m；

γ—煤层平均容量，t/m，γ=1.40 t/m；

X—预抽煤层瓦斯含量， m/t，取最大值X=23.25 m/t； η—瓦斯预抽率，η＝30%；

T－钻孔预抽期，取T=360d。

计算得出一个工作面预抽瓦斯量为6.61m/min。

(二）、回采工作面边采边抽瓦斯量预计

本煤层预抽钻孔在工作面开始回采后，仍可在工作面前方形成的卸压带内继续发挥抽放作用，相当于一组边采边抽到钻孔对本煤层瓦斯进行抽放。因工作面回采所引起应力重新分布，在工333333

作面前方有一条超前卸压带，卸压带内煤体裂隙增加，透气性增大，处于此卸压带内钻孔瓦斯涌出量会显著增加，在矿井的抽放工作考察中得到证实。工作面预抽钻孔单孔平均瓦斯抽放量为0.011m/min，一般在卸压带内单孔抽放量可提高到平时预抽时的5～6倍，预计届时卸压带内单孔平均抽放量可达为0.07m/min左右。根据本矿井工作面布孔方式，预计处于卸压带内起到卸压抽放起作用的钻孔数为10个，随着工作面回采的推动，此起边采边抽的钻孔同样在随之移动并且一直存在，同时工作面原有的预抽钻孔仍有一部分在预抽。通过计算，得出回采工作面边采边抽十个钻孔共抽放瓦斯量为0.70m/min。

(三）、掘进工作面抽放量预计

根据我矿煤巷掘进的实际情况，掘进工作面边掘边抽的抽放量可以达到掘进工作面煤壁瓦斯涌出量的20－30%，结合其他透气性系数与衰减系数相当的地区边掘边抽的经验，按煤壁瓦斯涌出量的30%预计抽放量。

本矿井以两个二1煤掘进工作面、两个一3煤掘进工作面来保证矿井的生产能力为60Mt/a，此期间两个二1煤掘进工作面煤壁瓦斯涌出量总共约为4.68m/min，预计该时期矿井两个二1煤掘进工作面边掘边抽瓦斯量为1.40m/min。

(四）、邻近层（穿层钻孔）抽放量预计

根据矿开采保护层经验，开采保护层后，卸压钻孔流量可增33333

大100倍左右，新丰煤矿保护层开采以后造成二1煤卸压，煤层透气性会急剧增加，这时利用二1煤底板的穿层钻孔进行抽放，会取得良好的效果，根据设计的钻孔数量，钻孔有效抽放长度计算，预计穿层卸压钻孔抽放瓦斯总量为5.60m/min。

按2个回采工作面布置穿层卸压钻孔计算，得瓦斯抽放总量为11.20 m/min。

(五）、矿井抽放瓦斯量预计

根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》中的有关规定，既采用采空区瓦斯抽放方法又采用本煤层瓦斯抽放方法的矿井，且矿井设计抽放量大于或等于10m/min的矿井，宜采用两套管路，分别建立高、低负压瓦斯抽放系统。

本矿瓦斯抽放系统形成，有一个预抽工作面、一个边采边抽工作面、四个边掘边抽工作面、两个穿层卸压抽放工作面，本次设计中将本煤层预抽及边采边抽、边掘边抽并入高负压系统，将穿层卸压抽放并入低负压系统，各系统抽放量预计结果见表1-8。

表1-8 抽放量预计结果表

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当矿井产量达0.6Mt/a时，矿井开采至深部时瓦斯涌出量最大41.51m/min，矿井的瓦斯抽放总量预计最大为19.91m/min，

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那么可得矿井瓦斯抽放率在47.96%左右。 (六）、接替关系

未来两年内矿井在±0水平以浅回采复采煤，复采区域由于地应力和瓦斯已得到了充分、大规模的释放，已基本消除了突出危险性，只需对复采煤区域加强煤柱的探测，然后采取有针对煤柱区域采取的措施；在矿井-70m～±0m开采解放层和抽放巷施工穿层钻孔，进行区域瓦斯治理果。

区域治理实行分步走战略，其步骤如下：第一阶段是在2014年以前在±0m以浅采复采煤为主，完善采区生产系统。在此期间主要是完善工作面通风可靠性和独立性，保证其安全防护保障；同时加强复采煤区域中煤柱的探测，并采取有针性的措施对煤柱进行处理。通过挖掘±0m以浅非突出区域内的复采煤储量潜力，为矿井深部开采解放层实现瓦斯治理提供时间和空间；同时加快解放层工作面的进度和被保护煤层的抽放钻孔施工。

第二阶段是在完善大系统的前提下，一是保证开采保护层超前于被保护层三倍层间距（即120m）以上，以保证被保护煤层的瓦斯和地应力充分释放。二是在底板抽放巷按5*10m的孔间距施工25021工作面上下巷剩余段的掘进条带钻孔，并进行水力冲孔，从而实现掘进、采煤区域瓦斯抽采达标。并达到抽、掘、采平衡的良性循环局面。 (七）、接替计划治理措施

1、治理措施

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（1）区域措施

矿井区域防突-措施主要采取开采下保护层配合抽放被保护 二1煤层的卸压瓦斯的方案，我矿一5煤层为无突出危险性煤层，因此先开采一5煤作为二1煤层解放层；在开采解放层同时抽采被保护二1煤层内的瓦斯，对受保护区域进行区域防突治理。

首先在保护层回采前在底抽巷内施工底板穿层钻孔，在保护层回采期间利用底抽巷钻孔进行穿层卸压瓦斯抽放，有效地抽放该区域内瓦斯，为二1煤层采掘进行消突。

在底板瓦斯抽采巷内垂直于底板巷布置一个钻场。在钻场内向二1煤层布置一列扇型穿层抽放钻孔，钻孔直径89～100mm，掘进条带钻孔间距暂按为5*10m设计，并进行水力冲孔，采面网格按10*10m设计,钻孔终孔进入二1煤层顶板0.5m，在保护层与被保护层保持120m以上的超前距，将被保护区域内的煤层瓦斯含量降至8m/t以下和瓦斯压力降为0.74MPa以下，经区域检验达标后方可采掘活动。

（2）局部措施

采取“工作面顺层钻孔抽采回采区域煤层瓦斯”的区域防突措施，根据煤层透气性、抽放半径及工作面接替情况确定抽放钻孔孔间距为2m。

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六、组织保障措施

为保证抽采工程的顺利开展，特成立抽采达标领导小组。 组 长：矿长 副组长：总工程师

成 员：生产矿长、安全矿长、机电矿长、防突矿长、技术副总、通风副总、生产科长、通风科长、防突科长、供应科长以及各生产基层队负责人。

领导小组下设办公室为防突科，负责日常防突管理工作。每月由矿长组织一次防突例会，及时解决人、财、物存在的问题和平衡相关工作，由矿总工程师负责具体实施。

抽采达标项目管理制度

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七、资金投入

新丰煤矿区域瓦斯治理工程抽采设备设施资金计划明细表

八、矿井瓦斯抽放规模及抽放年限

(一）、矿井抽放规模

通过对矿井瓦斯抽放效果预计，设计矿井年抽放365天，日工作班数为三班，每班工作八小时，每天抽放24小时，当矿井抽放瓦斯量达到设计要求时，全矿井瓦斯抽放量为19.91m/min，即年抽放量为10.47Mm。

(二）、矿井抽放年限

由于矿井设计采用本煤层预抽与穿层钻孔瓦斯抽放相结合的综合抽放方法，抽放工作与矿井开拓相互联系紧密，受矿井开拓影响，因此其抽放服务年限将与矿井生产服务年限相当。

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