焦作矿区瓦斯抽采技术研究试验方案

焦作矿区瓦斯抽采技术研究试验方案

焦作矿区瓦斯抽采技术研究试验方案

焦作煤业（集团）公司科学技术研究所

焦作煤业（集团）公司技术管理处

二〇〇五年九月

焦作矿区瓦斯抽采技术研究试验方案

1．前言

煤层瓦斯抽放作为防止煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，于1964年即开始在焦作矿区开展应用，各生产矿井逐步建立了配套的瓦斯抽放系统，以及专业的瓦斯抽放队伍。鉴于本矿区单一煤层开采的特点，焦作矿区在煤层瓦斯预抽方面分别进行了钻孔布置方式、抽放钻孔封孔工艺和抽放钻孔施工机具等方面的技术研究，《抽放瓦斯钻孔固孔工艺技术研究》、《交叉钻孔抽放本煤层瓦斯试验研究》、《钻孔瓦斯参数优化选择研究》等项目的完成，推广应用了工作面交叉钻孔抽放、聚氨酯化学材料封孔及自动变径扩孔钻头等技术，并在一定的时期取得了较好的瓦斯抽放效果。

随着焦作矿区开采深度的延伸，煤层瓦斯含量、瓦斯压力逐步升高，开采期间的煤与瓦斯突出危险性日益严重，煤与瓦斯突出强度、矿井

瓦斯涌出量显著增加。在现有的抽放技术条件下，为有效解除工作面的突出危险，生产矿井往往需要6~8个月，乃至十几个月的时间进行采前预抽，仍无法满足安全生产的需要，因瓦斯问题束缚生产的现象屡屡出现。采前的低抽出率，导致工作面回采期间绝对瓦斯涌出量的增加，单纯依靠提高通风风量解决瓦斯涌出，必然带来风速超限等一系列问题，对矿井安全生产埋下巨大的隐患。

虽然近年来在突出地区煤巷掘进方面进行的一系列技术研究，有力地保证了采掘施工安全，并实现了掘进速度大幅度提高，为工作面抽放赢得了更为充分的时间，但现有的抽放装备及技术仍无法满足高产高效化矿井建设的需要。综合机械化开采试验在焦作矿区的试验成功，其开采强度大、推进速度快、绝对瓦斯涌出量大的特点对工作面的接替及采前抽放提出了更高的要求。从根本上改变焦作矿区瓦斯防治的技术思路，是焦作矿区防突安全面貌发生根本改观的迫切需要。

2.总体技术思路

国家在煤炭行业明确提出了“先抽后采，监测监控，以风定产”的十二字方针，要求突出矿井及高瓦斯矿井必须通过有效的瓦斯抽放技术，治理工作面开采期间的瓦斯问题。瓦斯抽放作为根本的瓦斯防治技术措施，如何得到充分的利用，应提高到战略与战术的高度去重视和贯彻。“焦作矿区瓦斯抽采技术研究”主要技术思路，应将“瓦斯抽放”观念转变为“瓦斯抽采”，并作为焦作矿区瓦斯防治战略的主要内容。

焦作矿区瓦斯防治面貌实现新的突破，主要战略概括为：以科技为先

导、以产业化开发、以利用促抽采、以抽采保安全。具体到瓦斯抽放，应做到“应抽必抽、以用促抽、采前预抽、边采边抽、采后再抽”。采前预抽技术不仅包括采面进行本煤层预抽，而且包括地面钻孔预抽技术的研究与开发；边采边抽则包括工作面回采期间的边采边抽，掘进期间的边掘边抽，工作面卸压带浅孔抽放和高位钻孔抽放等技术；采后再抽则可通过地面钻孔进行采后老塘抽放，以及采空区埋管抽放等。通过在瓦斯抽放上的技术突破，形成焦作矿区瓦斯资源的产业化开发，并形成以利用促抽采、以抽采保[换行]安全的良性循环。

3．瓦斯抽采技术方案

3.1采前预抽技术方案

开采煤层采前进行瓦斯抽放，对于提前解除开采期间的煤层瓦斯突出危险具有重要的作用。结合并借鉴国内外突出（高瓦斯）矿区进行煤层瓦斯预抽的技术经验，提出以下技术方案：

3.1.1地面钻孔瓦斯抽放技术

地面钻孔抽放瓦斯技术，即通过在地表向采掘工作面区域内施工钻孔，经过钻孔、完井、固井、对煤层强化处理、排水、抽气、气水分离等工艺抽取煤层气（瓦斯）。我国在20世纪80年代末借鉴美国的成功经验，开展地面钻孔抽放瓦斯的勘探及试验工作，主要试验垂直钻孔进入煤层或采空区抽放未采动煤层或采空区瓦斯。至今已试验200多口井，其中国外投资21口井，国内投资100多口井。地面钻孔抽放采空区瓦斯在淮北、铁法等矿区都取得成功。淮北矿区1994年底开始在桃

源矿1018首采工作面进行地面钻孔抽放采空区瓦斯试验，前半年平均抽放量577m3/d，以后衰减，共抽14个月，抽出瓦斯180km3，瓦斯抽放率达到64.1%，抽放瓦斯浓度一直保持在90%以上，钻孔抽放半径可达300m以上。铁法矿区首先在大兴矿北一采区405工作面进行地面钻孔抽放采空区瓦斯试验，共打3个试验孔，孔间距150m，钻孔布置在离回风巷约50m处，套管直径180mm。开始抽放时单孔日抽气量3440m3/d，呈递减趋势，停抽1～2天又恢复，抽气瓦斯浓度都在95%以上。目前为止，矿区已施工15口地面钻井抽放采空区瓦斯。

焦作矿区具有丰富的瓦斯资源，通过与国内外具有相关技术与装备的研究院所、公司企业合作，研究适合于焦作矿区的地面钻孔抽放瓦斯技术，是矿区瓦斯抽采的一个重要途径。

3.1.2顶板岩巷预抽煤层瓦斯技术

焦作矿区主采二1煤透气性差，多数矿区煤质松软，在顶底板附近有一软煤分层。煤巷掘进期间及进行本煤层预抽过程中抽放效果差，达不到较好的防治瓦斯效果。顶板岩巷预抽煤层瓦斯技术，即通过在回采工作面设计范围内预先施工一条顶板岩巷，在岩巷内分别向回采巷道掘进区域及回采工作面内施工预抽钻孔，进行煤层瓦斯的抽放。相对而言，该方式进行抽放钻孔的施工，更易达到全面控制回采区域煤层，提高瓦斯抽放效果的目的。同时，利用对回采巷道掘进范围内的瓦斯提前预抽，可提前解除或降低掘进工作面的突出危险性，对于进一步加快煤巷掘进速度有着重要的作用。

研究顶板岩巷预抽煤层瓦斯技术，应根据煤层顶板岩性及采动影响范围合理布置巷道层位。一方面应尽量减少抽放钻孔的岩巷工程量，另一方面充分利用顶板岩巷的作用，实现回采过程中的巷道低负压抽放，降低采空区瓦斯涌出，提高瓦斯资源的利用率。

顶板岩巷预抽煤层瓦斯技术的抽放钻孔布置方式如下图所示。

3.1.3本煤层网格抽放技术

考虑到本煤层施工顺层钻孔的特点，为有效增加煤层预抽钻孔长度，在回采工作面每隔一定距离布置一条中间巷，在该巷道内，沿工作面走向施工顺层抽放钻孔，与工作面上下风道的抽放钻孔形成网格状交叉布置方式。该方式布置抽放钻孔，可提高单位面积内的钻孔抽放强度，同时可利用工作面超前采动影响进行工作面卸压抽放。

该方案布置示意图见下图：

3.1.4低透气性煤层增透技术

低透气性煤层的瓦斯抽放是一项世界性的前沿技术难题。主要采煤国家都在进行探索性研究。增加煤层透气性的措施有两大类，即层内措施与层外措施；在层内措施方面，前苏联曾经实验过盐酸化学法、水力破裂法、深孔松动爆破法、静电场等增透法，但效果不够显著，现在主要采取增加钻孔在煤层内的暴露面积、布孔密度和立体交叉钻孔等措施。美国试验了水力压裂预抽瓦斯技术，在煤层渗透率大于2～3md的煤层收到了较好效果，并得到广泛应用；但该方法用于低透气