煤矿瓦斯抽采钻孔布置示意图

碾沟煤业综采工作面瓦斯抽采技术研究与应用

2021

年第2

期煤矿#代化

第30

卷

碾沟煤业综采工作面瓦斯抽采技术研究与应用

张克斌

（山西阳煤集团碾沟煤业有限公司，山西清徐030400

）

摘要：为解决碾沟煤业4101

首采工作面瓦斯涌出量较大的问题，通过理论分析确定瓦斯主要来源，

采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、高位钻孔抽采卸压瓦斯的综合治理措施，确定顺层钻孔间距为&0m

及抽采时间为90d

,高位钻孔垂直高度为19m

,布置间距为20m

,成功地将4101

工作面各处的瓦斯浓

度控制在安全范围内。

关键词：高瓦斯；顺层钻孔；穿层钻孔；瓦斯预抽

中图分类号:TD712

文献标志码:A

文章编号：1009-0797( 2021

)02-0144-03

Research and Application of Gas Drainage Technology in Fully Mechanized Coal Face in

Niangou Coal Industry

ZHANG Kebin

(Shanxi Ya7g Coal Group Nia7gou Coal Industry C

o., Ltd. ,

030400 ,

Chi7a)

Absrtact：

In order to solve the problem of large gas emission in the 4101 first mining face of Niangou Coal Industry, the main source of gas

was determined through theoretical analysis. Comprehensive treatment of pre-draining the gas in this coal seam with high-level drilling and

unloading and pressure-relieving gas was adopted through the theoretical analysis. Measures to determine the spacing of boring holes in the

义煤集团瓦斯抽放钻孔设计施工技术标准

义煤集团瓦斯抽放工程设计施工技术标准

为认真贯彻执行《防突规定》中有关瓦斯抽放的各项规定，加强集团公司瓦斯抽放技术管理，提高瓦斯抽放钻孔的施工质量，使各矿在设计和施工抽放钻孔时有据可依，结合集团公司实际，特制定本标准。

第一章瓦斯抽放钻孔设计标准

一、本煤层抽放钻孔

㈠、本煤层抽放钻孔设计标准

在设计工作面巷道布置的同时，必须设计该地区瓦斯抽放工程。

1、瓦斯抽放工程设计原则：

⑴钻孔间距要根据实测的钻孔抽放半径来确定，无实测的钻孔抽放半径时，钻孔孔底间距不得大于3m，钻孔排距根据煤层厚度确定，煤层厚小于3m时仅施工一排钻孔，煤层厚度3～5m时施工两排钻孔，煤层厚度5～8m时施工三排钻孔，煤层厚度大于8m时施工四排钻孔，且吨煤钻孔工程量不得小于0.05m／t。（见图1）

图1 本煤层平行抽放钻孔布置示意图

⑵工作面综合抽放率不得小于30％。

⑶工作面预抽期不少于3个月。

⑷本煤层钻孔孔径不小于75mm。深度根据工作面的倾向长度确定，上、下巷施工的本煤层抽放钻孔必须交手，且交手距离不得小于10m；穿层钻孔孔深以穿透全煤层为标准。

⑸利用巷帮抽放钻场扇形布孔时，必须对两个钻场中间的空白三角区进行补孔（见图2），不得预留空白带。

图2 钻场中扇形抽放钻孔布置示意图

㈡、采煤工作面瓦斯抽放设计包括以下内容：

1、采面巷道布置、平均走向长度、倾向长度、全层煤厚、煤炭储量、巷道掘进起止时间等。

2、瓦斯抽放管路布置（包括抽放管路的管径、长度、敷设位置、放水器、观察孔、调节闸门等附属设施）。

3、钻场、钻孔布置（包括钻场规格、数量、钻场间距及钻孔数量、方位、角度、孔径、孔深、结构、钻孔间距等），且必须有钻场、钻孔布置图等。

4、钻孔总工程量（包括本煤层钻孔、穿层钻孔、高位裂隙钻孔等）、吨煤钻孔工程量、工作面投产时间等。

5、瓦斯储量、预抽瓦斯量、预抽期、预抽率等。

二、顶、底板巷穿层抽放钻孔

鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置数值模拟及应用

第１４卷第９期２０１４年３月　１６７１—１８１５　ｒ２０１４）０９—０００６—０７　科学技术与工程　

Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＶｏＬ　１４　Ｎｏ．９　Ｍａｒ．２０１４　＠２０１４　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　

矿冶技术　

鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置　

数值模拟及应用　

王　磊　

（山西天地王坡煤业有限公司，晋城０４８０００）　

摘要钻孔预抽煤层瓦斯是目前治理矿井瓦斯的主要措施。以瓦斯渗流理论为基础，以钻孔抽采周围流场为径向流场，建　立了钻孔周围瓦斯流动数学方程；并结合鹤煤九矿３１０４工作面具体抽采条件，利用ＣＯＭＳＯＬ　Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ软件对钻孔预抽煤　层瓦斯在不同抽采时间、不同抽采负压和不同钻孔直径下周围瓦斯压力分布进行数值模拟。并将上述模拟结果确定的抽采　钻孔布置参数在３１０４采煤工作面进行煤层瓦斯预抽实践；抽采后经效果检验，残余瓦斯压力、残余瓦斯含量等均与《煤矿瓦　斯抽采基本指标》中的相关规定相符合，３１０４工作面已经消除了煤与瓦斯突出的危险性。　关键词瓦斯　钻孔预抽　数值模拟　钻孔间距　中图法分类号ＴＤＴ１２．６；　文献标志码Ａ　

钻孔预抽煤层瓦斯是防治瓦斯灾害地有效措施　

之一＿ｌＩ２　Ｊ。但是，鹤煤九矿瓦斯抽采钻孔布置参数　

大都采用经验估计数据，预抽消突的效果并不是十　

分理想。因此，如何确定钻孔布置参数和抽采时间，　

显得尤为重要。笔者在鹤煤九矿具体瓦斯地质条件　

的基础上，运用瓦斯渗流理论建立了鹤煤九矿预抽　

煤层钻孑Ｌ周围瓦斯流动数学模型，利用ＣＯＭＳＯＬ　

Ｍｕｈｉｐｈｙｓｉｃｓ软件　分析影响抽采钻孔布置的主要　

因素，从而合理的确定鹤煤九矿预抽钻孔布置参数。　

１钻孔预抽煤层瓦斯数学模型的建立　

１．１　３１０４工作面概况　

３１０４工作面位于鹤煤九矿三水平一采区（见图　

１），工作面的煤层走向１６５。一１７８。，倾向７５。一８８。，　

倾角５。～ｌ０。，为近水平煤层。根据河南理工大学　

煤矿瓦斯抽采图解

【原创】图解煤矿瓦斯抽采转变经济增长方式

2012-01-04 11:28:18| 分类：论文学术 | 标签：煤炭发展科技装备煤矿管理 |字号订阅

吴利军 -------- 感恩矿山、研讨发展（注：2010年发表）

摘要：煤矿瓦斯抽采是矿井瓦斯治理的根本，本文根据国家全生产监管总局发布的《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ 1026-2006）、《煤矿瓦斯抽采规范》（AQ

1027-2006）和《煤矿安全规程》规定的技术指标、抽采规范及安全要求，以矿井典型瓦斯抽采系统建设方式为例，用图解方式汇总介绍当前煤矿井下本煤层、相邻煤层、采空区等不同瓦斯抽采作业地点，瓦斯抽采钻孔、巷道常见布置方法，指出日常安全生产与安全监管中的常见问题，探索新疆煤炭大开发、大发展中矿井瓦斯抽采系统的建设与管理，推动煤矿经济增长方式由单一煤炭开采向煤炭和瓦斯抽采多元并重转变，支撑煤矿建设资源节约型、环境友好型企业。

关键词：抽采系统抽采条件抽采方法管理技术

一、矿井瓦斯抽采系统的建立条件及抽采系统组成

1、建立瓦斯抽采系统条件

达到下列条件之一的煤矿必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽采瓦斯系统：一是在一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3／min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的；二是煤矿绝对瓦斯涌出量达到以下条件数值：① 大于或等于40m3／min；② 年产量1.0～1.5Mt的煤矿，大于30m3/ min；③ 年产量0.6～1.0Mt的煤矿，大于25m3/min；④ 年产量0.4～0.6Mt的煤矿，大于20m3/min；⑤ 年产量小于或等于0.4Mt的煤矿，大于15 m3/min；三是开采有煤与瓦斯突出危险煤层的；否则，可以不考虑装备瓦斯抽采系统。

技术上，抽采瓦斯可行性论证有两个因素：一是煤层瓦斯压力，也就是瓦斯从煤层向外释放的能力，煤层压力越大，抽采瓦斯也越容易；二是煤层的透气性能，也就是瓦斯通过煤层的阻力大小，透气性越低，阻力就越大，抽采瓦斯就越因难。我国将抽采瓦斯的难易程度分为三类（容易抽采、可以抽采、较难抽采），在较难抽采瓦斯的煤层中进行抽采应当采取增加煤层透气性的措施，如水力压裂、水力割缝、深孔爆破、酸性处理、交叉钻孔等。决定瓦斯抽采难易程度的指标有煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、百米钻孔瓦斯涌出量，反映瓦斯抽采效果的指标有瓦斯抽采量、瓦斯抽采率。

以瓦斯防治为重点不断开创安全生产新局面

沈阳煤业（集团）有限责任公司

沈阳煤业（集团）有限责任公司（以下简称沈煤集团）是在2001年由原沈阳矿务局改制而成的国有独资公司。矿区地质条件复杂，自然灾害严重，是一个水、火、瓦斯、煤尘等灾害俱全的企业。全公司现有6对生产矿井，其中红菱矿、红阳三矿、西马矿为煤与瓦斯突出矿井，林盛矿、蒲河矿、清水矿为低瓦斯矿井。各矿井煤层均有自然发火危险，煤层自然发火期一般为1~6个月，最短为20天。各矿井煤尘均有爆炸危险，煤尘爆炸指数为23％~48％。红菱煤矿和西马煤矿煤与瓦斯突出灾害比较严重，红菱煤矿1998年“12.24”煤与瓦斯突出事故最大突出强度达5390吨，瓦斯突出量43万立方米，死亡28人。特别是随着矿井开采范围的扩大和延伸，瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出危险日趋严重，不仅制约了生产发展，也给安全生产带来了极大威胁。

近几年来，我们坚持以科学发展观为指导，认真贯彻落实党的“安全第一、预防为主、综合治理”方针和党中央、国务院关于做好安全生产工作的一系列指示精神，在辽宁省委、省政府的正确领导下，经过公司上下的共同努力，安全生产工作取得了令人满意的成果。2007年，全公司共生产原煤870万吨，安全生产实现了零死亡。特别是在“一通三防”方面，连续3年消灭了死亡事故，为企业经济持续健康发展创造了良好环境。我们的主要作法是：

一、领导重视，强化安全生产方针和政策落实

为了确保党的“安全第一、预防为主、综合治理”方针落到实处，公司领导班子始终坚持把安全生产作为公司的首要大事来抓，切实加强安全生产方针和政策落实，为沈煤集团实现安全生产提供了重要保证。

(一)确立安全工作的中心地位

为了使公司上下切实摆正安全与生产、安全与效益、安全与发展的关系，确保企业实现安全发展的目标，2005年集团公司领导班子站在落实“三个代表”重要思想、落实科学发展观、切实维护职工生命权和建设和谐矿区的高度，将企业“以经济效益为中心”的工作思路转向“以安全工作为中心”。同时，集团公司明确要求，所有工作都要以安全生产为前提，在安全生产与其它工作发生矛盾或冲突时，必须服从和让位于安全生产，进而在全公司确立了安全工作的中心地位。通过工作思路的调整和安全工作中心地位的确立，公司上下进一步统一了思想，提高了认识，增强了抓好安全工作的责任感，保证了安全第一的方针真正落到实处。

防突示意图

保护层区域防突措施效果检验示意图

上、下保护层

示意图

地面井预抽煤层瓦斯区域防突措施

预抽区段煤层瓦斯区域防突措施——用穿层钻孔

预抽区段煤层瓦斯区域防突措施——用顺层钻孔穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施

预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施——用顺层钻孔

预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施——用穿层钻孔

穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施

顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施

保护层采煤工作面超前于被保护层

掘进工作面示意图

保护层不规则煤柱的影响区划分方法

有效保护垂距、保护层沿煤层走向的卸压角

保护层沿煤层倾向的卸压角

预抽区段煤层瓦斯区域防突措施

缓倾斜、近水平煤层控制范围

预抽区段煤层瓦斯区域防突措施

倾斜、急倾斜煤层控制范围

穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施控制范围

顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施

穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施

控制范围

穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施控制范围

顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯

区域防突措施控制范围

厚煤层首先开采下分层时，预抽钻孔控制范围

厚煤层首先开采上分层时预抽钻孔控制范围

穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施检验测试点布置

局部防突

煤矿瓦斯抽采钻孔布置示意图

详见：掘进工作面瓦斯抽采钻孔布置示意图（图3—4—1）。

3m3m3m10m3m3m3m3m3m1m40m50m

图3—4—1 掘进工作面瓦斯瓦斯抽采钻孔布置示意图

详见：邻近层瓦斯抽采顺层钻孔布置示意图（图3—4—2）。

工作面机运巷工作面运输巷工作面回风巷钻场钻孔

图3—4—2 邻近层钻孔抽采布置示意图

8.7120.72

采空区瓦斯抽采管路布置见图3—4—3。

木垛筛孔管支撑垛抽放管路阀门抽放管路进风巷回风巷工作面采空区

图3—4—3 半封闭采空区埋管瓦斯抽采管路布置图

543

21图3—4—3 1--抽放瓦斯支管；2--密闭门；3--阀门；4--流量计5--放水器；2786696--注浆管；7--砂（泥浆）充填物；8--观测管；9--采空区插管；

图3—4—4 全封闭采空区插管瓦斯抽采管路布置图

瓦斯抽采设计

.

;. 吴沟矿井瓦斯抽采方法的选择和参数设计

瓦斯抽采方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前瓦斯抽采方法主要有：开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采，选择具体瓦斯抽采方法时应遵循如下原则：

（1）选择的瓦斯抽采方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；

（2）应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合瓦斯抽采方法，以提高瓦斯抽采效果；

（3）有利于减少井巷工程量，实现抽采巷道与开采巷道相结合；

（4）选择的瓦斯抽采方法应有利于抽采巷道布置与维修、提高瓦斯抽采效果和降低抽采成本；

（5）所选择的抽采方法应有利于抽采工程施工、抽采管路敷设以及抽采时间增加。

1.瓦斯抽采方法的概述

1.1回采工作面瓦斯来源及构成

根据工作面瓦斯涌出量构成预测结果（详见表1-1），工作面瓦斯表1-1表1-1 工作面瓦斯涌出量构成预测结果

工作面总涌出量

(m3/min) 瓦斯涌出量预测值

开采层

（m3/min）邻近层

（m3/min）所占比例（%）

开采层邻近层

前期中央采区 86.77 61.40 25.38 71 29

南部采区 57.49 40.68 16.82 71 29

后期东部采区 153.18 131.59 21.59 86 14 .

;. 一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分来源于采空区丢煤解吸的瓦斯和围岩、邻近层涌出的瓦斯。主要来源于开采层涌出的瓦斯和采空区（含采空区丢煤、围岩及邻近层）涌出的瓦斯。

1.2开采层瓦斯抽采

开采层瓦斯抽采方法包括预抽、边采边抽和强化抽采等方式，预抽主要采用钻孔预抽，是在工作面开采前预先抽采煤体中的瓦斯，属于未卸压煤层的瓦斯抽采，对于透气性及其它预抽条件较好的煤层，预抽会取得较好效果。边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽采本煤层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体由于卸压，透气性大大增加，抽采效率大幅度提高，

上隅角采空区抽放系统图

图五上隅角采空区抽放系统图

图六上隅角抽放末端管路示意图

4、本煤层抽放

本煤层抽放是防治瓦斯超限和瓦斯突出的最有效措施，抽放后的煤层瓦斯压力、瓦斯含量和突出的危险性大大地降低。

在进行本煤层打钻时，为保证钻孔深度，采用压风机排粉和大功率钻机打钻。

在风机两巷沿煤层倾斜方向布置钻孔，钻孔孔径φ75mm，孔距5m，钻孔深度：上行孔70-80m，下行孔50～60 m。

5、采面密集浅孔卸压抽放

由于采掘工作的影响，导致工作面前方应力重新分布，瓦斯压力降低、瓦斯透气性变化以及煤体瓦斯向外排放，由此而形成应力降低带、集中应力带和原始应力带。

在塑性极限应力带，煤体开始破坏，发生扩容膨胀现象，大量裂隙形成并相互贯穿，煤体由三向应力状态转为二向应力状态，煤体发生变形，产生裂纹、松动和膨胀。

矿井瓦斯抽采方法设计方案

第一节抽采瓦斯方法选择

一、抽采方式

目前所承受的煤层气抽采方式主要分为两种 ,一是承受美国地面钻孔煤层气排采技术从地面对煤层气进展抽采,二是在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。我矿承受其次种抽采方式进展瓦斯抽采。

二、抽采瓦斯方法选择

1、选择抽采瓦斯方法的原则

抽采瓦斯方法的选择，主要是依据矿井〔或采区、工作面〕瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进展综合考虑。目前抽采瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等，选择具体抽采瓦斯方法时依据渝阳煤矿煤与瓦斯突出矿井的特点，应遵循如下原则：

（1）抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。

（2）应依据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果。

（3）巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下，应尽可能利用生产巷道，以削减抽采工程量。

（4）选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。（5）选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采本钱。

（6）抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的布置，有利于增加钻孔的抽采时间。

（7）坚持“应抽尽抽、先抽后掘、先抽后采”的瓦斯抽采原则。

（8）坚持“本层抽采、邻近层抽采、采空区抽采和岩溶瓦斯抽采”相结合的综合抽采原则。

（9）坚持掘前预抽、采前预抽、卸压抽采、残抽等综合抽采原则。

（10）坚持“多钻孔、高负压、严封闭、长期抽”的原则。

（11）坚持“大流量、大管径、高抽泵、多回路”的抽采原则。

（12）在关键的地点、工期紧的地点要选择深孔预裂爆破等方法增加煤层的透气性。

（13）坚持试验、推广技术、工艺、钻机、钻具等将钻孔穿透工作面，消退抽采空。

（14）坚持高效抽、有利于开发的原则。2、抽采瓦斯方法概述

瓦斯抽采工作经过几十年的不断进展和提高，人们也提出了各种各样的瓦斯抽采方法。一般按不同的条件进展不同的分类，其主要有：