采动卸压瓦斯分区富集规律及协同抽采技术研究
宝雨山矿保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术实践
（ １ ） 保护层开采过程 中， 上覆煤岩体没有产生 冒落 带 和 明显 的断 裂带 ， 上覆 煤 岩体 随坚 硬 Ｌ ７灰 岩 顶板 产 生 整体 弯 曲下沉 变形 ； （ ２ ） 二 １ 煤 层 位 于保 护 层 老 顶 以 上， 处 于弯 曲 下 沉 带 内 ， 在 宏 观 上 无 明 显 穿 层 裂 隙 产 生， 与保 护层 之 间不 能 形成 垂 直 贯 通 裂 隙 ， 但 由于保 护 层 开采 作 用 ， 二 １煤 层 产 生 卸 压膨 胀 变 形 ， 所 以在 二 １ 煤 层 中形成 大 量 顺 层 张 裂 隙 ， 煤 层 中沿 层 理 方 向 的透 气 性大 大增 加 ， 而 垂 直 于 层 理 方 向透 气 性 较 小 ； （ ３ ） 二 １煤 层 获 得 卸压 保 护 效 果 后 ， 煤 层 瓦 斯解 吸 ， 但 是 由于 在 煤层 中形 成 大量 顺 层 张 裂 隙 ， 所 以煤 层 中 的卸 压 瓦 斯 沿顺 层 张裂 隙 流 动 ， 少 量 卸 压 瓦斯 可 能 会 通 过 采 动 裂 隙涌 人保 护 层 工 作 面 采 空 区。 （ ４ ） 针 对 卸 压 瓦斯 具 有 较好 顺层 流 动条 件 的 特 点 ， 为 了能 够 在 卸 压 瓦 斯 流 动 活跃 期将 二 １ 煤层 中 的瓦斯 高效 均匀 地抽 采 出来 ，
宝 雨 山 矿 保 护 层 开 采 及 卸 压 瓦 斯 强 化 抽 采 技 术 实 践
耿 同伟 （ 河 南 宝 雨 山煤 业有 限公 司 。 河 南 洛阳 ４ ７ １ ３ ０ ０ ）
摘
要： 宝雨山煤矿位于 登封矿区西段 ， 由于宝雨山煤矿 在 １ ２ Ｂ ０ ６工作 面下巷所 测的第一个 被保护层 工作面二 １煤层的瓦斯含
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ５— ０ ８ 作者 简介 ： 耿 同伟 ， 男， 毕业于焦作煤校 ， 现在宝 雨山煤矿 防
煤矿瓦斯抽采技术应用分析
煤矿瓦斯抽采技术应用分析摘要：目前，我国已经进人深部开采时代，煤层中的瓦斯含量逐渐增加，这导致瓦斯引起灾害的可能性也大大增加。
为了保证开采的安全性，必须对煤层中的瓦斯进行治理，一种重要的手段是对煤层中的瓦斯进行预抽。
由于我国煤层大多经历了地质构造的作用，煤层透气性较差，直接抽采煤层中的瓦斯存在着很大的困难，为此，需要应用一些强化瓦斯抽采的技术措施。
基于此，文章对煤矿瓦斯抽采技术的应用进行了研究，以供参考。
关键词：煤矿开采；瓦斯抽采；技术措施1瓦斯抽采技术面临的难点分析地面钻井抽采煤层瓦斯的效果比较差，已经很少采用。
目前，中国大多数矿井采用的是井下钻孔抽采煤层中瓦斯的方法。
但是由于我国煤层透气性较差，采用普通的钻孔来进行瓦斯抽采，存在抽采时间长、抽采效果差的不足。
因此为了强化瓦斯抽采，需要采用一些其他技术。
在当前的煤矿瓦斯抽采工作中，主要面临以下方面难点：（1）顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求。
顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求，使得大量采用抽瓦斯专用岩巷，工程成本高、施工时间长、产生大量废渣。
（2）缺乏长钻孔轨迹测定技术井下钻孔施工存在风险。
缺乏长钻孔轨迹测定技术，使得抽瓦斯难均匀、易留事故隐患；井下钻孔施工存在风险，远程（或地面）操控成为趋势和难点。
（3）井下抽采的瓦斯浓度低及煤层透气性低。
井下抽采的瓦斯浓度低，不利于安全抽采与输运，也给资源利用带来困难；煤层透气性低，抽瓦斯效果较差，提高透气性和抽采效果是难题；用地面井抽采采动影响区瓦斯效果好，但易受采动破坏，提高其高效服务寿命是难题。
2煤矿瓦斯抽采技术的应用研究2.1做好瓦斯监测工作煤矿瓦斯监测是进行瓦斯防治的基础，其有效性对于煤矿安全有着重要影响。
在进行瓦斯监测时，需做好以下几方面工作：（1）要检查一些关键位置处瓦斯探头的完好性。
瓦斯探头是监测瓦斯的重要设备，其主要功能是测量空气中的瓦斯浓度，但由于煤矿井下恶劣的生产环境，瓦斯探头很容易损坏。
中国煤矿瓦斯抽采技术
进风巷
11#煤层
回风巷 保护层
淮南矿业集团上保护层及 被保护层瓦斯治理方法
进风巷
顶板高位抽放巷
回风巷
保护层
尾巷
被保护层
进风巷
回风巷 卸压瓦斯抽放钻孔
底板瓦斯抽放巷
阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采系统
进风平硐
顶板倾 斜钻孔
顶板倾 斜钻孔
顶板倾 斜钻孔
储瓦斯罐 瓦斯管 瓦斯
泵房 安全 出口
瓦斯管
阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采方法
死亡人数 产量
25
23.25
6877
7016
6995
20
6000
4000 4826
4805
4942
13.74 9.99
15
4746
10
2000
5
4.83
0 1976
1981
1986 1991 1996 时间/年
2001
0 2006
全国煤矿百万吨死亡率
5.87 5.53
3.85
3.08
2.77 2.81
收
作
线
机巷
边
界 回 风 上 山
运 轨人 回 输 道行 风 上 上上 上 山 山山 山
上区段机巷 40m
风巷
80m 10m
岩石轨道巷 联络巷
联络石门 岩石集中巷
20m 机巷
8煤层
9煤层
淮南谢桥矿采动区域地面钻井法抽卸压瓦斯方法
井壁结构
地面钻井示意图
单井瓦斯抽采量可达10～25m3/min，抽采 浓度为60～95%，抽采半径超过200m
1.94 2.04 1.98
全国煤矿 乡镇煤矿 国有地方 国有重点
大佛寺煤矿40104工作面瓦斯抽采技术研究
煤 及其 分叉 煤层 ４ 上、 ４ 上、 ４ 上煤 为可 采 或 局 部 可
采 煤层 。
１ ． ２ 煤储 层特征
经测定 ， 大佛寺矿 ４ 上煤 的吸附能力偏高 ， ４ 煤
的 吸附能力 一般 。根 据地 勘 时期 ４ 上煤 层 和 ４ 煤 层
月试 生 产 ， 设 计能力 ６ ． ０ Ｍｔ ／ ａ ， 一期 生产能力 ３ ． ０ Ｍｔ ／ ａ ， 属 特大 型 矿 井 。大 佛 寺煤 矿 采 用 主 、 副斜井 、 立 风井混 合 开拓 方 式 ， 走 向长 壁后 退 式 采 煤 法 。矿
的最 高 瓦 斯 含 量 计 算 含 气 饱 和 度 结 果 较 高 ， 可 达
到１ ０ ０ ％。
瓦斯等级鉴定均属于高瓦斯矿井 ， ２ ０ ０ ８ 年ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ井绝对
瓦斯 涌 出量 达 到 １ ５ ５ ． ４ ９ ｍ ／ ｔ ， 相对 瓦 斯涌 出量 ２ １ ．
１ ． ３ 煤层 瓦斯 含量 ４ 煤层 空 气 干燥基 瓦 斯含 量 为 １ ． ０ ０—５ ． ５ ７
卸压 抽采在 工作 面达产 时瓦斯 抽采 量最高 为 ２ ８ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， 解决 了 上 邻 近 层 和 采 空 区 瓦 斯 过 大 的 问 题， 为工作 面 的正常 生产 发挥 了作用 。
２ ４ ０ １ ０ ４工作面瓦斯抽采技术
２ ． １ 本 煤层 预抽
在 工作 面 回风顺槽 和运 输顺 槽 向工作 面打顺 层
钻孔 ， 工作面开采前进行煤层瓦斯预抽 ， 预抽时间最
好 ６个 月 以上 ， 开 采 时进 行 边 采边 抽 瓦斯 。为 了确
陕
西
煤
炭
一 ｃ ． ＼ 丑磐《皿 越１ ± 担＊ 正
科技成果——采动区煤层气地面抽采技术及装备
科技成果——采动区煤层气地面抽采技术及装备适用范围采动区地面井煤层气抽采是指在煤层回采前施工地面井，充分利用煤层回采的卸压增透作用，抽采煤层采动卸压区、工作面上隅角和采空区瓦斯。
能持续地进行采动区瓦斯抽采，抽采效果好、能够有效进行煤层工作面瓦斯治理和煤层气抽采。
该技术适用于煤层上方无灾害性的承压含水层，煤层赋存状态良好、分布连续性好的煤矿。
采动稳定区瓦斯资源量的评估技术，能够对不同条件采动稳定区瓦斯资源量进行总量评估、可采量评估。
技术原理通过在采煤工作面前方提前施工地面井，并安设配套的地面井负压抽采系统，待采煤工作面推进至地面井一定位置，实施地面井的负压抽采，充分利用煤层回采的卸压增透作用，抽采煤层采动卸压区、工作面上隅角和采空区瓦斯。
为采煤作业的安全及抽采利煤层气提供保障。
关键技术1、采动区瓦斯地面井抽采设计规范及安全监控系统设计；2、采动区覆岩内套管破坏判别模式、套管损伤机理及新型防护结构配套防治措施；3、对不同条件采动稳定区瓦斯资源量进行总量评估、可采量评估。
技术流程通过在采煤工作面前方提前施工地面井，并安设配套的地面井负压抽采系统，待采煤工作面推进至地面井一定位置，实施地面井的负压抽采煤层采动卸压区、工作面上隅角和采空区瓦斯。
主要技术指标（1）建立采动影响下地面瓦斯抽采钻孔变形破坏的综合作用模型，为地面瓦斯抽采钻孔防护措施的制定提供理论基础；获得钻孔在采场空间的变形破坏分布规律和时间变化规律。
获得采动稳定区的抽采量评估系统；（2）形成完善的采动区地面井安全抽采系统及安全监控系统；地面钻孔抽采期间，工作面回风瓦斯浓度降低0.2-0.3%，地面钻孔煤层气抽采浓度达到60%，实现工程示范基地地面抽采试验钻井的有效成功率不低于70%。
典型案例晋煤集团岳城矿1303工作面的2013ZX-YCCD-02地面井实施煤矿采动区瓦斯地面井抽采设计抽采井防护及安全监控成套技术后，岳城矿YCCD-02地面井投运后平均抽采瓦斯量1.54万m3/d，平均瓦斯浓度55.3%，工作面推至井位处时，抽采瓦斯纯量最大3.6万m3/d，抽采时间6个月，累计抽采瓦斯量约为260万m3。
保护层开采卸压瓦斯抽采定向钻孔施工关键技术
保护层开采卸压瓦斯抽采定向钻孔施工关键技术摘要：井下瓦斯爆炸事故时有发生,严重威胁着人的生命健康和安全生产。
同时瓦斯空排造成了能源的巨大浪费,并且对环境产生了破坏,瓦斯发电是煤矿瓦斯利用的重要途径,不仅可以达到节能减排的效果,还可以保护生态环境,促进煤矿行业的良性循环发展。
金鑫等研究表明采用井下定向钻进技术施工煤层底板注浆加固定向钻孔的工艺方法能实现煤层底板超前探测和治理,确保矿区下保护煤层安全开采,但该技术未进行瓦斯治理研究。
李海涛,张哲等仅研究了下保护层开采中的底板卸压深度、卸压效果,并没有针对下保护层卸压技术的实现工艺进行研究。
关键词：保护层开采;卸压瓦斯;定向钻进技术;成孔工艺引言煤炭形成过程中，会有瓦斯气体产生，而在煤层开采时其内部瓦斯会进入采煤工作面，浓度达到一定比例时就会对工作面构成一定的威胁。
面对采煤工作面瓦斯超限情况，瓦斯抽采这一方法能够产生直接的控制效果，而为了进一步提高瓦斯抽采效果，保护层开采成为了有效的瓦斯治理手段。
保护层开采后，受采动影响，被保护层原岩应力平衡状态破坏，产生大量裂隙，卸压煤层。
矿井开采中，矿井瓦斯防治至关重要，而防治工作的关键在于准确把握工作面的瓦斯涌出频率、瓦斯涌出源、源瓦斯涌出量等。
因此，需要监测并分析该工作面回采前期瓦斯涌出规律，对保护层进行开采卸压瓦斯抽采。
1抽采瓦斯的原则想要科学、有效的排除上覆相邻煤层瓦斯流到下覆工作面这一不良问题，同时又能节约成本支出，就需要在瓦斯抽取工作依照以下四大原则进行：第一，根据该区域的实际地质环境，选择和煤层赋存环境相一致的抽取方法。
第二，尽量在瓦斯起源部分完成上覆煤层采空区域瓦斯的抽取方式。
第三，应该尽量选取资金投放量少的方法，对原有的设施进行充分运用，以充分削弱瓦斯的含量。
第四，应该尽最大努力降低工程的施工量，缩减劳动强度。
2高位钻孔参数设计2.1上覆岩层裂隙发育带该工作面冒落带理论高度约为5.8m，最小的裂隙带顶部高度为18.4m，最大为29.6m。
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。
采动裂隙带卸压瓦斯合理抽放效果分析
矿压作用煤岩体孑 Ｌ 隙被压缩 ， 渗透率降低 ， 因此瓦斯解 析强度大大降低 ， 采场漏风也不断降低甚至消失．
３ ） 回采 工 作 面 附近 ， 由于 漏 风 量较 大 ， 在 漏 风
作用下采空区涌出瓦斯 向回风巷一侧运移 ， 从 而使工 作面附近由进风侧起到 回风侧 瓦斯浓度逐渐增加 ； 远 离工作面， 漏风量大大降低 ， 但 由于进 、 回风巷 附近煤
４ ３
模型建立时高抽巷深入采空区的位置与工作面的
水平距 离 为 ７ ５ ｍ， 图 ４分别 是高 抽巷 与 工作 面垂 高 为 ３ ５ ｍ， 与工作 面水平 距 离 ７ ５ ｍ时 ， 高抽 巷 与 回风巷 外 侧水平 距 离为 １ ５ ， ２ Ｏ ， ２ ５ ｉ ｎ位 置 时 的瓦 斯 浓 度垂 直 分
间， 也为瓦斯渗流到采空区和工作面提供 了主要通道． 根据 煤层开 采后采动裂 隙带 的动 态演 化与分 布特征 ， 结 合瓦斯渗流一扩散力学、 多孔介质流体力学等理论 ， 建 立卸压瓦斯运移 ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 数值模型 Ｊ ， 模拟分析确定高抽
巷和尾 巷联 络 巷 最 优 布 置 位 置 ， 对 于提 高 瓦 斯 抽采 效 果， 保 障煤矿安全 ， 具 有十分 重要 的现实 意义．
不 断 升浮 流动 ． 流 动过程 中由于受 工作 面漏 风 的影 响 ， 使 得裂 隙带 中的混 和气 体与外 围环境气 体 的密度 差 不 断 减小 ， 瓦斯 的升浮 过 程 也 就会 慢 慢 趋 于 减 弱直 到停 滞． 再 者 因为气 体垂 直 方 向存 在 密 度 梯 度 以及 空 气 密 度 相对 瓦斯 密度 要 大 ， 造 成采 动 裂 隙 带 瓦斯 由低 浓 度 区不断 升浮 扩散 到高 浓 度 区 ， 因此 高 浓 度 的 瓦斯 便 会 聚 集在裂 隙 带上 部 的裂 隙 区域 ， 从 而 使 裂 隙带 上 部 瓦 斯 浓度 高于 下部 瓦斯 浓度 ． ２ ） 距 离采 煤工 作 面 一倍 周 期来 压 范 围 内 ， 岩 体 孔 隙率 较 大 ， 此 范 围内煤 岩应 力破 坏较 严重 ， 瓦斯 解析 强
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一
要
为了提出合理 的邻近层 瓦斯治理技术 ， 分析 了上覆岩层采 动裂 隙场 演化 与瓦斯运移规律 ， 并进
步得 出了卸压 瓦斯分 区富集规律 ， 提出了通 过高抽巷抽采 高位富集 区瓦斯 ， 通过走 向低位钻孔抽采 低位富
集区瓦斯 ， 并通过现场考察 和数值模 拟等手段确定 了合理 的高抽巷 位置 、 抽 采负压 等参数 。协 同抽放 技术在
０ ． ４ ％ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ Ｏ Ｖ ｌ ￣ ｌ ＇ ＇ｃ ｅ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｄ ． Ｒ ｅ ￣ ． ａ ｒ ｅ ｈ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｏ ｆ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｓ ｉ ｇ ｒ ａ ｔ ｌ ｃ ａ ． ｃ ｅ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｇ Ｂ ８
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周 爱桃 ２ 刘星魁３ 魏高举
（ １ ． 中国矿业大学 （ 北京） 资源与安全工程学院煤炭资源与安全开采 国家重点实验室 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ￣ ２ ． 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建 国家重点实验室培育基地 河南焦作 ４ ５ ４ ０ ０ ３ ； ３ ． 河南工程学院安全工程学院 郑州 ４ ５ １ １ Ｏ Ｏ ）
现场应用效果表明， 工作面、 上隅角以及轨道顺槽的瓦斯浓度都降到了 ０ ． ４ ％以下 ， 工作面的瓦斯超限问题得
到了解决 。研究结论对 控制邻近层采动卸压瓦斯涌 出， 提高 瓦斯抽采量和抽采率具 有重要意义。 关键词 采 动卸压 瓦斯分 区富集 协 同抽采技术 高抽巷
Ｒ瞄
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工业安全与环保
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