高位钻孔与采空区埋管瓦斯抽放技术探究

高位钻孔与采空区埋管瓦斯抽放技术探究

摘要：为了采取合理的瓦斯抽采技术，实现矿井安全高效开采，对东李煤矿12171综采面17#煤层实行高位钻孔以及上隅角采空区埋管作为抽采瓦斯实验方案。通过对现场工程实践以及实测数据进行分析，得出了实验结果。结果表明:通过高位钻场与埋管抽放瓦斯相结合，有效得解决了该矿回采工作面上隅角及采空

区瓦斯问题。

关键词：高位钻孔；采空区埋管；瓦斯抽放

引言

东李煤矿煤层瓦斯含量高以及瓦斯压力大等问题越发明显，传统的排放瓦斯

技术已经不能满足煤矿安全开采的需要。必须采用新的技术来加强瓦斯抽放，降

低工作面的瓦斯浓度。在“先抽后采、以风定产、监测监控”的方针指引下，引入

综采工作面瓦斯抽放技术，有效地解决上隅角及采空区瓦斯问题，对实现矿井的

安全高效开采具有十分重大的意义。

1 采空区瓦斯来源与分析

1. 1 东李煤矿12171综采面17#煤层采空区瓦斯来源

12171综采面17#煤层采空区瓦斯主要有三个来源

1.1.1开采煤壁的瓦斯

在对12171综采面17#煤层进行回采过程中，受采动的影响，支架上部的煤

体受到应力作用，形成一个卸压带，瓦斯沿着综采支架上部煤壁的卸压带裂隙涌

入采空区，从而使采空区的瓦斯含量增大。

1. 1.2遗煤残留瓦斯

在对12171综采面17#煤层回采过程中，受到采煤工艺的影响，产生一定量

的遗煤，当工作面往前推进时，遗煤遗留在了采空区中，而遗煤中残留的瓦斯从

煤体中释放出来，增加了采空区的瓦斯含量。

1.1.3相邻煤层的瓦斯

由于受12171综采面17#煤层回采采动的影响，围岩产生大量的裂隙，煤层

上下分别与12#、18#煤层相邻，其相邻煤层的瓦斯通过这些裂隙涌进采空区，使得采空区的瓦斯含量增加。

1. 2 12171综采面17#煤层采空区瓦斯的运移分析

如图1所示，随着12171综采面17#煤层回采，顶板冒落，采空区上覆岩层

形成裂隙带，冒落下来的岩石形成多孔介质，多孔介质中富含大量的孔隙和裂隙，这些孔隙和上覆岩层中的裂隙是连通的，采空区的瓦斯在这些孔隙和裂隙中流动。瓦斯在裂隙带里的流动很复杂，我们一般把它看成在多孔介质中的渗流。裂隙带

里的瓦斯渗流律在孔隙压力变化的微段内为线性，遵从达西渗透定律，而整个区

域则符合非线性渗透定律。同时由于瓦斯的密度比空气密度小，瓦斯会上浮，再

加上受到负压的影响，瓦斯会通过裂隙向上渗流，最后在裂隙带积聚。

2采空区瓦斯抽放技术

2. 1、工作面概况

东李煤矿12171综采面17#煤层为主采煤层之一，采用综采一次采全高的回

采工艺。该煤层平均厚度为3.8米，煤层平均倾角20度，煤层瓦斯的平均含量为15.69立方米每吨，透气性系数为0. 0061，抽放前绝对瓦斯涌出量为41.00立方

米每分钟，抽放后绝对瓦斯涌出量为20.27立方米每分钟。

2. 2、高位钻孔抽放瓦斯

2. 2. 1、钻孔的布置

高位钻孔的布置如图2所示，先沿着回风巷走向每隔50m布置一组钻孔，钻孔布置为双排钻孔10个，上下各5个，钻孔的间距为0. 5 m，排距为0. 5m，下排钻孔距底板1米。

2. 2.2、钻孔具体参数

设计的钻孔直径是75mm，钻孔在水平方向以及垂直方向均设计成扇形，上下两排交错布置。水平覆盖的范围沿巷道内帮15 - 20 m，垂直方向为回风巷9-30m。钻孔主要参数见表1。

2. 3、采空区埋管抽放瓦斯

采空区埋放抽放管路如图3所示，架设的管路使用的是φ300PE管，管长为8m，管路埋入的最小长度为4m，埋进的最大长度为24 m。在管与管之间的接头处连接个三通，在三通上接个短管，短管管口距离巷道顶部为0. 5 m。同时用铁沙网包住管头防止吸入煤研等，三通处的管口必须用圆木搭建的垛盘保护。管路要用钢丝绳挂设在巷道上帮顶部的钢带或锚杆上，其与巷道底板的距离不能少于1. 6m 。

3、瓦斯抽放效果及分析

3. 1、高位钻孔抽放瓦斯效果分析

通过现场实测高位钻孔效果，每天记录一次数据。从现场实测我们可以得出随着工作面的推进，其与瓦斯抽采浓度的关系如图4所示。

通过上面的表和图我们能够看出，高位钻孔抽放瓦斯，在刚开始的7m，瓦斯的抽采浓度并不大，抽采效果不是很明显。10m后瓦斯的抽采浓度迅速加大，随后基本趋向稳定。这是由于10m内钻孔的高程在41-38m之间，在初次来压之前钻孔并没有被拉裂，抽放的只是原始煤层里面的瓦斯，而煤层透气性又不高，因此钻孔抽排瓦斯效果不明显。随着工作面的往前推进，采空区上部的煤层和岩层裂隙范围扩大，瓦斯抽排量显著增加。

3. 2、采空区埋管抽放瓦斯效果分析

采空区埋管抽放瓦斯效果见图5。

从图5中可以看出，当工作面向前推进，采空区埋管抽采瓦斯，抽采的瓦斯浓度忽高忽低，非常的不稳定，因此不能持续高效地抽排出瓦斯。

4、结论

采空区埋管抽采瓦斯效果不是太明显，而且对瓦斯抽采忽高忽低的，不是太稳定，易出现上隅角瓦斯积聚超限，高位钻孔抽采瓦斯后期抽采较为稳定，抽采效果较为明显，通过高位钻场与埋管抽放瓦斯相结合，有效得解决了该矿回采工作面上隅角及采空区瓦斯问题。

参考文献

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