论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法研究
关于瓦斯抽放方法及效果检验
摘要煤矿矿井中瓦斯涌出量很大，靠通风难以稀释排除时，可用抽放的方法,排除瓦斯,减少通风负担。
40年代末,中国在抚顺煤田进行抽放瓦斯试验,50年代应用于生产，抽出数量逐年增加。
其后阳泉、天府、中梁山、包头、南桐、北票等矿区也陆续开展抽放瓦斯工作。
1981年全国一百多个矿井安设了抽放瓦斯设备，每年抽放瓦斯达3亿米3，供给工业、民用燃料和作化工原料，变害为利。
在地面建立瓦斯泵站，经井下抽放瓦斯管道系统与抽放钻孔连接，泵运转时造成负压，将瓦斯抽出，送入瓦斯罐，或直接供给用户。
如抽出瓦斯数量较小，或很不稳定，可直接排放到大气中。
按瓦斯来源不同，可分三类：①抽放开采煤层本身的瓦斯。
开采高沼气厚煤层时，瓦斯主要来自开采层本身。
抚顺煤矿在煤巷掘进前，从底板岩石巷道打钻穿透煤层,钻孔中插入钢管并将孔口周围密封,瓦斯从插管中抽出。
因抽放超前于掘进、回采，使采掘工作减少了瓦斯威胁，此法又称“钻孔预抽瓦斯”。
②抽放邻近煤层中的瓦斯。
在多煤层矿井，用长壁工作面回采时，顶底板岩层和煤层（包括可采层与不可采层）卸压，瓦斯流动性增加，大量涌入工作面，危害生产。
通常在回采前打钻孔到顶板或底板的邻近煤层，回采后瓦斯大量流入钻孔，通过孔口插管，将瓦斯抽出。
③抽放采空区的瓦斯。
有的矿井采空区大量涌出瓦斯，可在采空区周围密闭墙上插入钢管；也可以从巷道向采空区打钻孔，抽放瓦斯。
在条件适宜时还可从地面钻孔抽放瓦斯。
优点是不受井下采煤工作的限制和干扰，钻孔抽放工作可超前于采掘工作，抽放时间较充裕。
缺点是钻孔较深，需排除孔内积水。
目前中国瓦斯抽放量只占抽放瓦斯矿井全部涌出量的20％。
正在研究瓦斯流动规律，加大煤层的透气性和改进抽放工艺，进一步提高瓦斯抽放量。
关于瓦斯抽放方法及效果检验一、瓦斯抽放的概念、目的和意义1.概念为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁,利用机械设备和专用管道造成的负压,将煤层中存在或释放出的瓦斯抽出来,输送到地面或其他安全地点的做法，叫做瓦斯抽放。
采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究_沈广辉
第4期 2009年4月工矿自动化I ndustry and M ine Automa tionNo .4 Apr .2009 文章编号:1671-251X (2009)04-0095-02采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究沈广辉1, 樊艳虹2, 樊 斌3, 杜 冰1(1.平煤(集团)九矿,河南平顶山 467044;2.平煤(集团)物资供应总公司,3.平煤(集团)平宝煤业有限公司,河南平顶山 467000) 摘要:采空区瓦斯涌出是矿井瓦斯涌出的重要组成部分,文章详细描述了生产采空区和密闭采空区的瓦斯分布规律及其抽采方式,并结合平煤集团九矿采空区瓦斯抽采的实际情况,介绍了顶板走向钻孔抽采和采空区埋管抽采等采空区瓦斯抽采方法的应用。
关键词:采空区;瓦斯涌出;分布规律;瓦斯抽采 中图分类号:TD712.52/712.623 文献标识码:A 收稿日期:2009-01-10作者简介:沈广辉(1975-),男,河南平顶山人,本科,助理工程师,现主要从事煤矿通风安全方面的工作。
E -mail :sgh 2739141@0 引言对一个矿井而言,采空区瓦斯涌出量中的一部分来自现采区的采空区,另一部分则来自已采区采空区。
我国多数矿井采空区瓦斯涌出量占全矿井瓦斯涌出量的20%～45%,少数矿井为50%～60%,个别矿井达到70%,因此,抽采采空区瓦斯对矿井煤层气开发具有重要意义。
笔者在分析生产采空区和封闭采空区瓦斯分布规律的基础上,介绍了平煤(集团)九矿应用较成熟的2种采空区瓦斯抽放方法,对于采空区瓦斯抽放具有一定的指导意义。
1 生产采空区瓦斯分布规律及其抽采在开采煤层采动影响下,煤层和围岩将发生移动变形而卸压,煤层透气性增大,围岩裂隙也随之增加与扩张,邻近煤层和围岩中的瓦斯即通过这些裂隙流动而进入开采工作面空间和采空区。
开采层的采动使周围岩层在倾斜方向上发生移动、破坏和缓慢下沉,引起地层应力重新分布。
这种移动和破坏随着其与开采层距离的增加而减弱,自下而上依次出现冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。
矿山开采瓦斯治理与瓦斯抽采技术
研发自动化抽采设备，实现瓦斯抽采的远程控制和智能调度，提高抽采效率，减少人工 干预和操作失误。
新型瓦斯抽采技术的研发
地面钻井抽采技术
通过地面钻井将瓦斯抽至地面，实现低浓度 瓦斯的集中处理和利用，降低安全风险和环 境影响。
井下瓦斯抽采技术
利用井下抽采设备，将瓦斯从煤层中抽出， 降低煤层中瓦斯压力，提高煤炭开采安全性 。
瓦斯抽采的方法与技术
地面钻孔抽采
通过在地面钻孔，将钻孔与煤层联通，利用负压将煤 层中的瓦斯抽出。
井下钻孔抽采
在井下巷道或工作面布置钻孔，通过负压将煤层中的 瓦斯抽出。
巷道密闭抽采
在井下巷道或工作面设置密闭墙，将需要抽采的区域 隔离，利用负压将隔离区域内的瓦斯抽出。
瓦斯抽采的设备与工具
瓦斯抽采泵 用于提供负压，将煤层中的瓦斯 抽出。根据不同的抽采需求，可 选择不同型号和规格的瓦斯抽采 泵。
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瓦斯抽采技术的应用场景与案例
煤矿瓦斯抽采
煤矿瓦斯抽采是瓦斯抽采技术应用最 广泛的领域，主要用于降低煤矿开采 过程中的瓦斯浓度，预防瓦斯爆炸等 事故的发生。
案例：某大型煤矿采用瓦斯抽采技术 ，通过在煤层中布置瓦斯抽采孔，利 用瓦斯泵将煤层中的瓦斯抽出，降低 了矿井内的瓦斯浓度，提高了矿井的 安全性。
矿山开采瓦斯治理与瓦斯抽 采技术
汇报人：可编辑 2023-12-31
目录
• 矿山开采瓦应用场景与案例 • 瓦斯治理与抽采技术的发展趋势与展望
01
矿山开采瓦斯治理概述
瓦斯治理的定义与重要性
定义
瓦斯治理是指通过一系列技术和管理手段，对矿山开采过程中产生的瓦斯进行控制、管理和利用，以保障安全生 产和减少环境污染。
采空区瓦斯浓度分布规律研究
采空区瓦斯浓度分布规律研究摘要：通过对采空区顶板覆岩活动及空隙介质特征分析，采用现场束管监测的方法来测定采空区瓦斯浓度分布。
根据现场观测结果进行了采空区瓦斯浓度分布状态分区，得出采空区后方0-6m范围内的瓦斯稀释的区域；6～10 m范围内的瓦斯聚集区域；10 m以外的范围是瓦斯稳定区域，并根据这个理论，本文主要分析了采空区后方的岩层活动和瓦斯浓度分布的关系，得出造成采空区瓦斯浓度分布不同的根本原因。
关键词：采空区瓦斯浓度状态分区岩层活动Goaf gas concentration distributionAbstract: Through the roof rock activities in gob and the porosity media features analysis, Using the method of the scene beam pipe monitoring to determine he Distribution of Gas Density in Gob. According to the scene test results divided the gas density in gob into different regions. Reaching conclusion that 0-6m behind gob is gas dilution area and 0-10m behind gob is gas Gathering area and 10m beyond is gas stabilizing area. We analyzed the rough relationship between the distribution of gas density in gob and the strata movement. We get the basic causing that the different on the distribution of gas density in gob.Keywords: Gob; the gas density ; State partitions; Strata movement1 引言随着煤层工作面向前推进，由原始的煤层、围岩与瓦斯流体组成的平衡状态遭到破坏，工作面后方的煤层顶板不断冒落下来形成采空区，采空区上方煤层、岩层产生变形、下沉及断裂等变化形成裂隙、裂纹，从而改变了瓦斯原来的流动状态和赋存状态[1-4]。
采空区瓦斯分布规律及抽采方法
采空区瓦斯分布规律及抽采方法摘要：通过对采空区瓦斯分布规律的研究分析，并结合矿井的实际瓦斯情况，特别是采空区，采取了相应的抽采方法，如高位钻孔抽放，并指出了高位钻孔抽放在顺和煤矿的优化分析关键词：采空区；瓦斯；规律；抽采Abstract：Through the study of goaf gas distribution regularity, and combined with the analysis of mine gas, especially the practical goaf, and take the corresponding extraction methods, such as high drilling drainage, and pointed out the high drilling smoke on forever China two ore optimization analysis.Key words:Mined-out area; Gas; The rule; Extraction1 采空区瓦斯分布规律1.1采空区瓦斯来源分析1.1.1 采空区瓦斯来源煤层开采前，原始的煤层、围岩与瓦斯流体组成的系统处于均衡状态，开采后，随着工作面向前推进，工作面后方的煤层顶板不断冒落下来，形成采空区，采空区上方煤层、岩层产生变形、下沉及断裂等变化，形成裂隙、裂纹，从而改变了瓦斯原来的流动状态和赋存状态，瓦斯从煤层及围岩中通过贯穿的空隙空间向着采空区和工作面流动，甚至大量的涌出。
采空区内瓦斯涌出的能量来源于浓度差(压差)。
由于采空区深部的瓦斯浓度(压力)高于采面瓦斯浓度(压力)，而气体总就从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，直至压力平衡。
此外在采空区靠近采煤工作面的空间内，由于存在着漏风，在采空区内形成通风负压。
采场范围内涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影响着采场的瓦斯涌出量。
综采采空区瓦斯运移规律及抽采研究
瓦斯 超 限 ， 更为严 重 地还 导 致成 分 区总 回风 巷 瓦斯 超 限 ， 重 威胁 到整 个 矿 井 的安 全 生产 ． 于前 人 关 于采 空 区 瓦斯 运移 的 研 究 成果 ， 严 基 采
用ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ数值模拟研究 了某煤业公 司的 ２ ２ 综采工作 面采空区瓦斯运移规律 ， ３８ 并采用同样 的方法数值模拟优化研究 了上隅角瓦斯
程、 质量守恒方程等． 了便于对组成采空 区卸压 瓦斯 为 运移数学模型中层流与湍流流动方程（ Ｎ ． 模型） Ｒ Ｇｊ ｝ 、 连续性方程（ 用渗流速度表示 ）动量守恒方程 、 、 瓦斯质 量守恒方程等主要控制方程进行分析 ， 把瓦斯涌出作 为质量源项加到连续方程中， 并用同一程序对各方程 进行 求解 ， 到各控 制方 程 的通 用形 式翻 得 ：
率等开采因素 ， 及工作面风压 、 风量 、 采空 区内风流分 布规律 、 工作面与采空 区联通程度 、 采空 区内 冒落压
实程度等通风阻力因素影响 ． 一般情况下 ， 如果未受 抽采或采动影响，采空区内空气的压力一般在 １ １ × ． ３ ０
１ ａ ０Ｐ 左右 ，而瓦斯压力 可能高达 １ １ ０ １ １ × ． ３ １６ ． ３ ０ Ｘ ０
第 ２ 卷第 ２ ５ 期 湖南科技大学学报（ 自然科学版 ） ２ １ 年 ６ Ｊｕ ａ ｏ Ｈ ｎｎＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｓｉ ｃ ００ 月 ｏ ｒ ｌ ｆ ｕａ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅ＆Ｔｃｎｌ ｙＮ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｉ ） ｎ ｖ ｓｙ ｅ ｅｈｏ ｇ（ａ ｒ ｃ ｎｅＥｉ ｎ ｏ ｕｌ ｅ ｔ ｏ
型通风方式 ，工作面 回风量为 １ ０ ０ Ｓ ｉ， ０ １ ０ ／ ｎ 绝 ０ ５ ｍｍ
对瓦斯涌出量为 ｌ —１ ｍ／ ｉ ４ ６ Ｓ ｎ ｍ ．
过老巷、采空区瓦斯抽采措施
采掘工作面打透采空区、老空区、老巷排放瓦斯安全技术措施为一进步加强“一通三防”各项工作，防止今后各施工队在施工过程中无计划与采空区、老空区、老巷贯通，造成瓦斯涌出，威胁井下作业人员生命安全，特编制如下安全技术措施：一、组织机构为防止各施工队在施工过程中打透采空区、老空区、老巷，避免瓦斯突然涌出，保障井下作业人员安全，特成立领导组，具体如下：组长：矿长副组长：总工程师矿长助理安全矿长生产矿长机电矿长通风副总成员：通防科、调度室、安全科、机电科、技术科、地测科、相关科室负责人、项目部相关负责人领导组职责：负责解决该项措施在执行过程中出现的各类问题。
组长职责：全面负责打透采空区、老空区、老巷后造成瓦斯涌出，期间各项治理工作的方案制定与统一调度指挥。
副组长职责：具体负责指挥协调、解决打透采空区、老空区、老空区造成有瓦斯涌出后治理工作，并组织制定瓦斯治理技术方案和安全措施；负责瓦斯治理期间各项安全措施的落实及物资供应、人员调配等问题；按照抢险救灾指挥部统一指挥积极配合做好各自分管工作。
领导组下设三个专项工作小组：1、“一通三防”工作组：通风副总负责“一通三防”各项工作。
2、机电工作组：机电副总具体负责各项机电事宜。
3、措施贯彻督察工作组：安全矿长负责各项安全技术措施的贯彻落实工作。
二、预防无计划与采空区、老空区、老巷贯通的安全技术措施1、各施工队在施工前必须按照地测科提供的地质资料进行设计，对在地质资料中存在的采空区、老空区、老巷，必须在设计、施工图纸中标清，同时编制相应的过采空区、老空区、老巷措施。
2、各施工队在施工过程中严格执行“预测预报，有掘必探，先探后掘，长探短掘，先治后采”的原则进行掘进，并且长、短探距离及探眼数量必须符合相关规定。
3、地测科定期利用仪器对各施工队施工的巷道区域采空区进行探测，对已探测到的采空区要及时通知矿方和对组。
4、各施工队在距采空区、老空区、老巷50米前，必须每班绘制巷道贯通前的进度图表，及时准确掌握巷道与采空区、老空区、老巷贯通的具体时间，并通知领导组所有成员。
采空区瓦斯抽放技术
回风煤门 入风煤门
中间顶煤瓦斯道
顶煤瓦斯道 2
回风顺槽
4
-780皮带巷 2
-730流水巷
78001－I巷道 2 布置与瓦斯抽 放系统示意图
-680m流水巷
1--φ219mm瓦斯管 2--φ325mm瓦斯管 3--φ126mm瓦斯管 4--φ159mm瓦斯管
采边抽方法
采空区 积聚瓦斯 抽放方法
工作面上隅角 瓦斯抽放方法
钻孔抽放方式 巷道抽放方式
埋、插管抽放方式
钻孔抽放方式 密闭插管抽放方式
密闭抽放
地面钻孔抽放
我国煤矿采空区抽放瓦斯技术
2、顶板走向钻孔抽放瓦斯
回风巷
抽放钻场 抽放管路 抽放钻孔
工 作 面
进风巷
在工作面回风巷每隔 70～100m布置一个钻 场，钻场在回风巷下 帮开口，以17°倾角 向上施工，掘进4m后 变平，再施工钻场； 每个钻场布置3～8个 钻孔，钻孔直径91mm， 长度120～150m；钻孔 终孔点控制在回风巷 下帮向下3～23m范围 内，终孔距煤层法距 18m左右。瓦斯抽放量 为7.0～12.0m3/min， 平均10.5 m3/min。
21 1.6 80 4 90 105 3~4 <6 14~ 0~20 1.5~ 15~
25
2.5 35
5~8 2.5 75 3~4 108~ 140 3~4 <6 28~ 34~ 15~24 30~ 20~
127
40
47
50 26.6
我国煤矿采空区抽放瓦斯技术
2、顶板走向钻孔抽放瓦斯
淮南潘一矿11#煤层采面采空区顶板钻孔抽放卸压瓦斯示意图
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论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究
摘要:随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,目前一些矿井采空区瓦斯涌出量已经达到全矿井瓦斯涌出总量的50%、甚至70%,极大地增加了矿井的通风负担与潜在危险隐患。
本文在分析生产采空区与封闭采空区瓦斯涌出的不同成因及其分布规律的基础上,提出了采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,保障井下作业能顺畅、安全进行的具体方法。
关键词:采空区瓦斯分布抽采方法
中图分类号:td7 文献标识码:a 文章编
号:1674-098x(2012)04(a)-0005-01
1 采空区瓦斯涌出概述
采空区的瓦斯涌出主要来自现采区与已采区这两个部分,目前我国多数矿井的采空区瓦斯涌出量都在全矿井瓦斯涌出总量的20%～45%左右,然而随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,一些矿井采空区瓦斯涌出量已经超过全矿井的50%,个别矿井甚至达到了70%,极大地增加了矿井作业的通风负担与潜在危险隐患。
因此,管理人员必须在深入理解采空区瓦斯涌出成因的基础上,全面掌握其分布规律,并采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,以保障井下作业能够顺畅、安全地进行。
2 采空区瓦斯分布的规律分析
采空区瓦斯的分布规律主要与煤层开采情况及赋存条件有关,下面将分别对生产采空区与封闭采空区的瓦斯分布规律做一简单分析。
2.1 生产采空区瓦斯分布规律分析
由于煤层和围岩在开采过程中会发生移动变形,使煤层在卸压后透气性增加,同时也使围岩的裂隙呈扩张的趋势,此时瓦斯便可能
通过围岩裂隙渗入开采工作面与采空区。
岩层随生产采动作用沿倾斜方向发生移动,并逐渐引起缓慢下沉及破坏,促使底层应力的分
布发生改变,并最终导致弯曲下沉带、裂隙带及冒落带自上而下依次出现。
通常弯曲下沉带的煤层与岩层都是非破坏性的,而仅仅呈现出整体的弯曲下沉和弹塑性形变,其瓦斯涌出至采空区的量也非常低。
裂隙带中的煤层中部分瓦斯在压力作用下通过贯通裂隙进入采空区,其涌出强度由上至下逐渐增强,大量聚积在采空区顶板附近。
而处于冒落带的煤与岩层则常由于垮落使瓦斯直接进入采空区。
数据显示,采空区瓦斯涌出量在工作面正常开采时可占工作面总涌出量的50%左右,而检修时其占总涌出量的比例还要更高(可达65%以上)。
当采空区距工作面＜20m时,其瓦斯浓度偏低而波动明显,在距工作面20m～50m时,其浓度以一定比例逐渐升高,因此综合考虑抽采效果及抽采安全等因素后,应将抽采位置确定在与工作面相距30m至60m的范围内。
实际作业中常使采空区沿钻孔、以裂隙为通道形成负压环境加速其解吸,再采用钻孔、导入、埋管等抽采方法将高浓度的瓦斯抽离采空区。
抽采时应首先分析弯曲下沉带、裂
隙带及冒落带的分布情况,再根据瓦斯涌出量及采面产量、风量、气压等参数确定抽采强度。
2.2 封闭采空区瓦斯分布规律分析
作为矿井开采工作的副产物,大面积封闭采空区本身就具有积蓄瓦斯气体的特性,一旦其中的高浓度瓦斯随着气压的改变或通风负压的作用从煤柱裂隙或密闭墙渗入到巷道或采区,就极有可能导致严重的安全事故。
因此,必须选用适宜的方法,将其中的高浓度瓦斯抽离。
该类采空区瓦斯的抽采方法一般是以插管法直接抽采,其抽采效果主要受到密闭墙气密性的影响,因此应保证密闭墙具有良好的气密性,并设置好泄水管与观测管。
瓦斯抽采量通常取决于采空区的范围及其封闭时间,通常抽采初期浓度较高,并随着抽采工作的进行而逐渐降低。
抽采中应注意避免漏风等操作引起的残留煤自燃问题。
密闭采空区抽取的高浓度瓦斯可作为煤层气产业的能源产品加以利用,以达到提高开采效率,降低生产成本的节能减排目的。
3 采空区瓦斯抽采的具体措施
目前采空区瓦斯抽采的方法很多,选取时应结合工作面的巷道布置与开采方法等实际生产特征,优选技术较为成熟的方法,并做好相应的安全保护措施。
3.1 引导排放法
引导排放抽采法的工作原理是利用相邻层采空区的瓦斯对现采空区中的瓦斯进行引排。
其使用条件的要求是工作面的煤层不存在自然发火的可能性,当该现采空区上段存在采空区时,可首先考虑
采取引导排放法,通过对上段采空区的瓦斯进行强化抽采,在上段
形成一负压区域,以改变两采空区之间的压力平衡,从而使先采空
区中的瓦斯因负压作用向上区段流动,间接排除了现采空区的瓦斯,具有安全、对现阶段生产作业影响小等优点。
3.2 顶板走向钻孔抽采
顶板走向钻孔抽采法可以控制采空区上隅角瓦斯的涌出状态,通常情况下采用顶板走向钻孔抽采和上隅角埋管抽采联合的抽采方法。
采用顶板走向钻孔法时,钻场距离煤层顶板上方约1m～2m,钻场深度5.5m左右,钻场间距70m～80m,为长短、高低两排孔,终孔位于距离煤层顶板10m～20m、距风巷的水平距离为5m～30m处,钻孔终孔间距为5m～10m,长孔为110m,短孔为75m,钻场间钻孔压茬长度在30m～40m之间。
该抽采方法的抽采效果关键在于高位钻孔终孔位置的合理选择。
综采工作面的顶板钻孔层位布置应根据工作面的推进速度、老顶来压步距、顶板岩性等综合考虑确定。
工作面裂隙带最大发育高度通常为采高的7倍左右,钻孔终孔布置在煤层顶板6倍左右的高度时,钻孔抽采瓦斯浓度可达60%以上,但抽采流量小、阻力大,抽采泵负压达50kpa以上,抽采流量仅为额定流量的10%。
而合适的钻孔位置在冒落拱的顶部,抽采浓度不高,但抽采流量大。
因此,钻孔终孔应布置在3～6倍的采高处,即距煤层顶板10m～20m的位置。
在采空区流场中,瓦斯聚集区一般位于风巷下10m左右,布置在该区域内的钻孔瓦斯浓度较大,因此钻孔在倾向上应布置在该区域,对邻近层瓦斯和采空区瓦斯进行拦截,减少上隅角瓦斯涌出。
3.3 采空区埋管抽采
采空区埋管抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯,尽量减少采空区瓦斯流入工作面。
该方法预先在回风巷安装金属抽采管路与矿井抽采系统相连,金属抽采管直径一般为200mm～300mm。
随着工作面向前推进,管路的末端进入采区。
参考文献
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