1、2021/8/512021/8/52 我国多数矿区都具备煤层群的开采条件，在首采煤层的采动作用下，会造成邻近煤层的地应力下降、移动变形、裂隙发育和透气性系数的增加，邻近煤层表现出明显的卸压特征；在邻近煤层为矿井主采煤层，且煤层瓦斯赋存丰富、瓦斯灾害严重的情况下，需要对邻近层进行采前抽采，降低邻近煤层的瓦斯压力和瓦斯含量；上述技术即为保护层开采技术；首采煤层为保护层，邻近层为被保护层。2021/8/53 长期的理论研究和突出危险煤层开采实践表明，保护层开采技术是最有效、最安全和最经济的防治煤与瓦斯突出的措施。自1933年法国最先使用保护层开采防治煤与瓦斯突出技术以来，已在许多国家得到了应用。20
2、21/8/541、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律保护层开采后的应力重新分布图保护层开采后的应力重新分布图底板岩层内不同层间距处应力集中系数底板岩层内不同层间距处应力集中系数 在离保护层工作面采空区较近的区域，煤岩体的应力值下降很大，采空区在离保护层工作面采空区较近的区域，煤岩体的应力值下降很大，采空区下部一定深度范围内的煤岩体应力集中系数降至下部一定深度范围内的煤岩体应力集中系数降至0.33以下。在采空区的后部以下。在采空区的后部区域随着顶板矸石的冒落压实，出现应力恢复现象。随着岩层间距即底板深区域随着顶板矸石的冒落压实，出现应力恢复现象。随
3、着岩层间距即底板深度的增加，采空区下部区域卸压程度逐渐减弱，应力逐渐增大，有效卸压范度的增加，采空区下部区域卸压程度逐渐减弱，应力逐渐增大，有效卸压范围也逐渐减小。由此可见，达到一定深度后，保护层采空区下部煤岩体的应围也逐渐减小。由此可见，达到一定深度后，保护层采空区下部煤岩体的应力下降较小、卸压作用减弱。力下降较小、卸压作用减弱。2021/8/55 根据围岩应力分布的不同，沿走向可划分为4个区，从前至后分别为：原始应力区、支撑应力区、卸压区和应力逐渐恢复区。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层
4、的应力分区沿走向顶底板煤岩层的应力分区2021/8/56 1）原始应力区）原始应力区 原始应力区即为未受到保护层开采影响的区域，一般处于保护层工作面前方50100m以外，该带承受正常应力，其承受的垂直应力与埋深成正比。煤层瓦斯动力参数未发生变化，保持原始数值。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区沿走向顶底板煤岩层的应力分区2021/8/57 2 2）集中应力区）集中应力区 指的是保护层工作面附近，由于采动影指的是保护层工作面附近，由于采动影响、应力转移，形成的集中应力区，一般响、应力转
5、移，形成的集中应力区，一般在保护层工作面前方在保护层工作面前方50m至后方至后方20m处，处，其长度取决于工作面的开采深度、工作面其长度取决于工作面的开采深度、工作面长度、开采厚度、倾角和层间距等。大多长度、开采厚度、倾角和层间距等。大多数在工作面前方数在工作面前方10m的范围。潘一矿被保的范围。潘一矿被保护层护层C13煤层的最大压缩变形达煤层的最大压缩变形达3.37 。在保护层开采过程中，防止被保护层在保护层开采过程中，防止被保护层工作面推进速度加快进入保护层工作面形工作面推进速度加快进入保护层工作面形成的支撑应力区，进而引发煤与瓦斯突出成的支撑应力区，进而引发煤与瓦斯突出事故。为确保被保护
6、层的卸压效果，防止事故。为确保被保护层的卸压效果，防止发生意外，发生意外，防突规定防突规定规定，正在开采规定，正在开采的保护层工作面超前于被保护层的掘进工的保护层工作面超前于被保护层的掘进工作面，其超前距离不得小于保护层与被保作面，其超前距离不得小于保护层与被保护层层间垂距的护层层间垂距的3倍，并不得小于倍，并不得小于100m。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区沿走向顶底板煤岩层的应力分区2021/8/58 3 3）卸压区）卸压区 卸压区指的是由于保护层的采动作用，卸压区指的是由于保
7、护层的采动作用，产生应力转移，在采空区顶（底）板一定产生应力转移，在采空区顶（底）板一定范围的煤岩层内形成的应力降低区。范围的煤岩层内形成的应力降低区。在卸压区，被保护层所承受的应力低在卸压区，被保护层所承受的应力低于原始应力，煤层发生膨胀变形，原生裂于原始应力，煤层发生膨胀变形，原生裂隙张开，且随着煤岩体的移动形成次生裂隙张开，且随着煤岩体的移动形成次生裂隙，被保护层透气性呈几何级倍数增加，隙，被保护层透气性呈几何级倍数增加，为被保护层的卸压瓦斯抽采提供了有利条为被保护层的卸压瓦斯抽采提供了有利条件。根据潘一矿考察结果，被保护层膨胀件。根据潘一矿考察结果，被保护层膨胀变形可达变形可达26.3
8、3，煤层透气性系数增加了，煤层透气性系数增加了2880倍，穿层钻孔单孔瓦斯抽采量达到了倍，穿层钻孔单孔瓦斯抽采量达到了1m3/min以上。以上。卸压期有一定的时空效应，要求提前卸压期有一定的时空效应，要求提前施工钻孔，同时进行卸压瓦斯抽采。施工钻孔，同时进行卸压瓦斯抽采。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区沿走向顶底板煤岩层的应力分区2021/8/59 4 4）应力逐渐恢复区）应力逐渐恢复区 应力逐渐恢复区是由于采空区后应力逐渐恢复区是由于采空区后部矸石冒落，顶板岩层充分移动形部矸石冒
9、落，顶板岩层充分移动形成的，位于采空区后部较远处。地成的，位于采空区后部较远处。地应力及透气性与卸压区相比有所恢应力及透气性与卸压区相比有所恢复。复。由于存在应力逐渐恢复区，因由于存在应力逐渐恢复区，因此需要被保护层瓦斯在卸压区内抽此需要被保护层瓦斯在卸压区内抽采掉。采掉。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区沿走向顶底板煤岩层的应力分区2021/8/510 在采空区附近，煤岩层在采空区附近，煤岩层移动量较大，随着层间距移动量较大，随着层间距的加大煤岩层移动量逐渐的加大煤岩层移动量逐渐减
10、小。减小。2、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板围岩的移动变形顶底板围岩的移动变形底板不同深度上岩层的移动变化规律底板不同深度上岩层的移动变化规律2021/8/5112、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板围岩的移动变形顶底板围岩的移动变形 保护层开采厚度为保护层开采厚度为6.14m，层，层间距间距125m，顶板岩层形成了，顶板岩层形成了明显的明显的“三带三带”划分，岩层移划分，岩层移动发展至地面动发展至地面 2021/8/5122、保护层开采后顶底
11、板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板围岩的移动变形顶底板围岩的移动变形 通过图中的参考线可以看出底板岩层的向上移动情况，通过图中的参考线可以看出底板岩层的向上移动情况，由于顶（底）板移动变形的作用机理不同，造成底板岩层由于顶（底）板移动变形的作用机理不同，造成底板岩层移动量小，没有顶板岩层移动变形明显。移动量小，没有顶板岩层移动变形明显。2021/8/5132、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板煤岩层的裂隙发育规律顶底板煤岩层的裂隙发育规律顶板：垮落带顶板：垮落带
12、断裂带，其上限为采高的断裂带，其上限为采高的12-22倍。倍。弯曲下沉带，可直达地面。弯曲下沉带，可直达地面。底板：底鼓裂隙带，其下限为下方底板：底鼓裂隙带，其下限为下方15-25m 底鼓变形带，下方底鼓变形带，下方50-60m 处在不同分带内的邻近煤层裂隙发育状态、透气性变化、瓦斯处在不同分带内的邻近煤层裂隙发育状态、透气性变化、瓦斯的解吸及流动条件均不相同，针对上述情况需选用不同的瓦斯的解吸及流动条件均不相同，针对上述情况需选用不同的瓦斯抽采工艺及参数对邻近煤层进行卸压瓦斯抽采抽采工艺及参数对邻近煤层进行卸压瓦斯抽采 2021/8/5142、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律
13、、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 被保护层的垂向变形规律被保护层的垂向变形规律 当煤层发生膨胀变形时，说明煤体获得卸压效果，膨胀变形量越大，当煤层发生膨胀变形时，说明煤体获得卸压效果，膨胀变形量越大，说明获得的卸压效果越好，反之亦然；当煤层发生压缩变形时，说明说明获得的卸压效果越好，反之亦然；当煤层发生压缩变形时，说明煤体处于支撑应力区，该区内煤与瓦斯突出危险性增大煤体处于支撑应力区，该区内煤与瓦斯突出危险性增大；防突规定防突规定中指出，当煤层膨胀变形大于中指出，当煤层膨胀变形大于3时，可确保煤层获得时，可确保煤层获得了足够的卸压增透效果，在必要的瓦斯抽采措施作用下可实现有
14、效降了足够的卸压增透效果，在必要的瓦斯抽采措施作用下可实现有效降低煤层瓦斯含量和消突煤层突出危险性的目标。低煤层瓦斯含量和消突煤层突出危险性的目标。2021/8/5153、被保护层的透气性变化规律、被保护层的透气性变化规律2021/8/5163、被保护层的透气性变化规律、被保护层的透气性变化规律2021/8/517l 钻孔瓦斯流量随工作面推进的变化规律钻孔瓦斯流量随工作面推进的变化规律3、被保护层的透气性变化规律、被保护层的透气性变化规律2021/8/5184、被保护层的特征参数变化规律、被保护层的特征参数变化规律 2021/8/5191、被保护层卸压瓦斯抽采作用、被保护层卸压瓦斯抽采作用 断
15、裂带、底鼓裂隙带 弯曲带、底鼓变形带被保护层所处层位抽采作用控制卸压瓦斯进入保护层工作面有效降低瓦斯含量，消除其突出危险性有效降低瓦斯含量，消除其突出危险性扩大保护层开采的有效垂距2021/8/5201、被保护层卸压瓦斯抽采作用、被保护层卸压瓦斯抽采作用前苏联开采不同层间垂距的缓倾斜前苏联开采不同层间垂距的缓倾斜保护层时的残余瓦斯压力保护层时的残余瓦斯压力a下保护层；下保护层；b上保护层上保护层1未进行抽采；未进行抽采；2进行抽采进行抽采 通过抽采曲线与未抽采曲线对比分析通过抽采曲线与未抽采曲线对比分析可知，被保护层的卸压瓦斯抽采一方可知，被保护层的卸压瓦斯抽采一方面在相对层间距较小的情况下，
16、可有面在相对层间距较小的情况下，可有效降低煤层残余瓦斯压力，彻底消除效降低煤层残余瓦斯压力，彻底消除煤层的突出危险性；另一方面可扩大煤层的突出危险性；另一方面可扩大保护层的有效垂距，使得较远处的被保护层的有效垂距，使得较远处的被保护煤层瓦斯压力获得下降，消除煤保护煤层瓦斯压力获得下降，消除煤层突出危险性。层突出危险性。2021/8/5211、被保护层卸压瓦斯抽采作用、被保护层卸压瓦斯抽采作用 对于缓倾斜煤层，在层间距为对于缓倾斜煤层，在层间距为40m时，自然排放率几乎为时，自然排放率几乎为0，而进行抽采，而进行抽采后可达后可达38%左右，对于急倾斜煤层，在层间距为左右，对于急倾斜煤层，在层间距
17、为60m时，自然排放率仅为时，自然排放率仅为5%左右，抽采后可达左右，抽采后可达55%左右。当然被保护层卸压瓦斯抽采率与钻孔间左右。当然被保护层卸压瓦斯抽采率与钻孔间距、被保护层卸压程度、抽采时间等因素有关，缩小钻孔间距、增加抽采距、被保护层卸压程度、抽采时间等因素有关，缩小钻孔间距、增加抽采时间可提高被保护层的瓦斯抽采率。时间可提高被保护层的瓦斯抽采率。2021/8/5221、被保护层卸压瓦斯抽采作用、被保护层卸压瓦斯抽采作用 由此可以看出，对被保护层卸压瓦斯进行抽采一方面可控制卸压瓦由此可以看出，对被保护层卸压瓦斯进行抽采一方面可控制卸压瓦斯向保护层工作面的涌入，确保保护层工作面的开采安全
18、，另一方斯向保护层工作面的涌入，确保保护层工作面的开采安全，另一方面可将被保护层中大量卸压瓦斯抽出，有效降低煤层瓦斯含量，彻面可将被保护层中大量卸压瓦斯抽出，有效降低煤层瓦斯含量，彻底消除被保护煤层的突出危险性。底消除被保护煤层的突出危险性。2021/8/5232、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择 由于不同的裂隙分带内裂隙发育程度不同，位于各带内的被保护煤层由于不同的裂隙分带内裂隙发育程度不同，位于各带内的被保护煤层有着不同的裂隙特征，而被保护层的卸压瓦斯流动与汇集受制于煤层有着不同的裂隙特征，而被保护层的卸压瓦斯流动与汇集受制于煤层的裂隙发育特征，且考虑
19、到上、下被保护层与保护层的位置关系，决的裂隙发育特征，且考虑到上、下被保护层与保护层的位置关系，决定了处于不同分带的被保护层需选用不同的卸压瓦斯抽采方法；定了处于不同分带的被保护层需选用不同的卸压瓦斯抽采方法；2021/8/5242、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/5252、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/5262、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/5272、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/
20、5282、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/5292、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/5302、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择2021/8/5313、邻近层瓦斯抽采特性、邻近层瓦斯抽采特性初始卸压增透增流带 卸压充分高透高流带地压恢复减透减流带图图9-28 单钻场瓦斯抽采纯量随时间变化单钻场瓦斯抽采纯量随时间变化关关系系图图9-29 地面钻井瓦斯抽采随时间变化地面钻井瓦斯抽采随时间变化图图9-30 沈阳红菱煤矿瓦斯抽采效果图沈阳红菱煤矿瓦斯抽采效果图图图
21、9-319-31钻孔瓦斯抽采随时间的变化钻孔瓦斯抽采随时间的变化2021/8/532网格式穿层钻孔瓦斯抽采方法网格式穿层钻孔瓦斯抽采方法地面钻井卸压瓦斯抽采方法地面钻井卸压瓦斯抽采方法 高抽巷卸压瓦斯抽采方法高抽巷卸压瓦斯抽采方法 沿空留巷穿层钻孔抽采方法沿空留巷穿层钻孔抽采方法 水平长钻孔抽采卸压瓦斯方法水平长钻孔抽采卸压瓦斯方法 2021/8/5331、网格式穿层钻孔瓦斯抽采方法、网格式穿层钻孔瓦斯抽采方法 四个显著的优点：四个显著的优点：（1）可以机动灵活地布置抽）可以机动灵活地布置抽采巷道，施工瓦斯抽采钻孔，适采巷道，施工瓦斯抽采钻孔，适应性强，易于均匀布孔；应性强，易于均匀布孔；（2
22、）瓦斯抽采效果可靠；）瓦斯抽采效果可靠；（3）底板岩石巷道可作为考）底板岩石巷道可作为考察巷道使用；察巷道使用；（4）瓦斯抽采期长，抽采效）瓦斯抽采期长，抽采效果好。果好。穿层钻孔穿层钻孔底板岩巷底板岩巷被保护层被保护层保护层保护层2021/8/5341、网格式穿层钻孔瓦斯抽采方法、网格式穿层钻孔瓦斯抽采方法冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷 为了抽采被保护层卸压瓦斯，除利用煤层底板巷道或是顶板巷道施工穿层钻为了抽采被保护层卸压瓦斯，除利用煤层底板巷道或是顶板巷道施工穿层钻孔外，还可结合保护层开采的实际情况，从保护层工作面的巷道中向被保护孔外，还可结合保护层开采的实际情况，从
23、保护层工作面的巷道中向被保护层施工穿层钻孔抽采瓦斯。郑州崔庙的极薄钻采保护层开采、淮北巨厚火成层施工穿层钻孔抽采瓦斯。郑州崔庙的极薄钻采保护层开采、淮北巨厚火成岩条件下的保护层开采和淮南李二煤矿的急倾斜保护层开采均是利用保护层岩条件下的保护层开采和淮南李二煤矿的急倾斜保护层开采均是利用保护层工作面巷道施工穿层钻孔对被保护层进行卸压瓦斯抽采。工作面巷道施工穿层钻孔对被保护层进行卸压瓦斯抽采。2021/8/5352、地面钻井卸压瓦斯抽采方法、地面钻井卸压瓦斯抽采方法被保护层组被保护层组保护层保护层地面钻井地面钻井（1）地面钻井将穿过下保护层顶板上覆卸压煤岩层，抽采范围大、抽采效）地面钻井将穿过下保
24、护层顶板上覆卸压煤岩层，抽采范围大、抽采效果好；果好；（2）从地面钻井处在保护层开采的卸压区开始，到地面钻井报废止（钻井）从地面钻井处在保护层开采的卸压区开始，到地面钻井报废止（钻井损坏或抽不出瓦斯），全部为抽采期，抽采期长；损坏或抽不出瓦斯），全部为抽采期，抽采期长；（3）地面钻井施工不受井下巷道工程条件的限制，只要保证保护层工作面）地面钻井施工不受井下巷道工程条件的限制，只要保证保护层工作面推进到钻井设计位置之前，地面钻井施工完成，即可满足瓦斯抽采的需要。推进到钻井设计位置之前，地面钻井施工完成，即可满足瓦斯抽采的需要。2021/8/5363、高抽巷瓦斯抽采、高抽巷瓦斯抽采 主要适用于被抽
25、采的被保护层处在顶板岩层内的断裂带内；在近距离的上保护层开采过程中；有时也可采用倾向高抽巷。2021/8/5374、沿空留巷穿层钻孔抽采方法、沿空留巷穿层钻孔抽采方法 穿层钻孔无法覆盖整个被保护层工作面，因此还需要施工其他岩层抽采巷道，从岩层巷道中施工穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯 2021/8/538图9-137 井下水平长钻孔布置示意图5、水平长钻孔瓦斯抽采方法、水平长钻孔瓦斯抽采方法 高抽巷瓦斯抽采方法需要开掘一条岩石巷道，成本较高，井下水平长钻孔抽采方法在一定程度上可替代高抽巷；但该方式抽采钻孔的断面较小，造成瓦斯抽采能力低，在遇岩层移动时易出现钻孔断裂，堵塞钻孔现象，则无法抽采裂隙瓦斯
26、，因此该抽采方式可靠性较高抽巷差。2021/8/5391、保护范围、保护范围沿倾向的保护范围沿倾向的保护范围沿走向的保护范围沿走向的保护范围2021/8/5402、最大保护垂距、最大保护垂距2021/8/5413、下保护层开采的最小层间距、下保护层开采的最小层间距2021/8/5424、保护范围的扩界、保护范围的扩界 工作面走向、倾向上的扩界工作面走向、倾向上的扩界NoImage 在过渡区域内存在部分区域煤层地应力在过渡区域内存在部分区域煤层地应力低于原始应力，煤层有一定的膨胀变形，低于原始应力，煤层有一定的膨胀变形，显示出一定的卸压增透效果，但从指标显示出一定的卸压增透效果，但从指标来看，其
27、卸压增透效果低于充分卸压保来看，其卸压增透效果低于充分卸压保护范围的煤体；护范围的煤体；采用比充分卸压范围内的抽采钻孔间距采用比充分卸压范围内的抽采钻孔间距小的密集钻孔对扩界区进行强化瓦斯抽小的密集钻孔对扩界区进行强化瓦斯抽采，通过密集钻孔较长时间的强化抽采，采，通过密集钻孔较长时间的强化抽采，可有效降低煤层瓦斯含量，消除过渡区可有效降低煤层瓦斯含量，消除过渡区的突出危险性，加大保护层开采的卸压的突出危险性，加大保护层开采的卸压角度，扩大被保护层的保护范围，进而角度，扩大被保护层的保护范围，进而实现保护层与被保护层的等长、等宽布实现保护层与被保护层的等长、等宽布置。置。2021/8/5434、
28、保护范围的扩界、保护范围的扩界 垂向扩界垂向扩界NoImage 在煤层顶板内，采动影响的煤岩在煤层顶板内，采动影响的煤岩层高度同煤层采高成正比关系，层高度同煤层采高成正比关系，煤层开采厚度越大，则在顶板内煤层开采厚度越大，则在顶板内受到采动影响的煤岩层范围越广，受到采动影响的煤岩层范围越广，则能够保护到的被保护层的层间则能够保护到的被保护层的层间垂距越大；垂距越大；瓦斯抽采对消除煤层突出危险性瓦斯抽采对消除煤层突出危险性的作用在前面已经分析过，瓦斯的作用在前面已经分析过，瓦斯抽采可降低煤层瓦斯含量，因此抽采可降低煤层瓦斯含量，因此在充足的瓦斯抽采能力的保证下在充足的瓦斯抽采能力的保证下可相应扩
29、大保护层的层间距，采可相应扩大保护层的层间距，采用强化的瓦斯抽采作用来弥补抵用强化的瓦斯抽采作用来弥补抵消由于层间距大而造成的被保护消由于层间距大而造成的被保护层卸压增透效果不足。层卸压增透效果不足。2021/8/544l矿井及试验区概况矿井及试验区概况生产能力生产能力300300万万t/at/a。煤与瓦斯突出矿井。煤与瓦斯突出矿井。建有永久瓦斯抽放系统。建有永久瓦斯抽放系统。矿井一水平矿井一水平(-530m)(-530m)以上的主采煤层以上的主采煤层(13#(13#煤层煤层)已已采完，现已转入下山开采。采完，现已转入下山开采。2021/8/545n试验区东一试验区东一/东二下山采区。东二下山
30、采区。n开采煤层开采煤层11#11#煤层工作面煤层工作面2151(1)/2151(1)/2352(1)2352(1)。n工作面走向长工作面走向长1640m1640m，倾斜长，倾斜长190m190m，煤厚，煤厚1.9m1.9m。n瓦斯含量低，无煤与瓦斯突出危险。瓦斯含量低，无煤与瓦斯突出危险。n综合机械化采煤方法，冒落法管理顶板。综合机械化采煤方法，冒落法管理顶板。n卸压煤层卸压煤层13#13#煤层工作面煤层工作面2321(3)/2121(3)2321(3)/2121(3)。n工作面走向长工作面走向长840m840m，倾斜长，倾斜长160m160m，煤厚，煤厚6.0m6.0m。n有煤与瓦斯突出危
31、险。有煤与瓦斯突出危险。n抽放远程卸压瓦斯后采用综放开采。抽放远程卸压瓦斯后采用综放开采。l矿井及试验区概况矿井及试验区概况2021/8/546n13#13#煤层底板巷道和网格式穿层钻孔煤层底板巷道和网格式穿层钻孔n11#11#煤层巷道和倾斜穿层钻孔煤层巷道和倾斜穿层钻孔n13#13#煤层巷道抽放煤层巷道抽放n13#13#煤层底板走向拐弯穿层钻孔煤层底板走向拐弯穿层钻孔n地面钻孔地面钻孔l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/54713#13#煤层底板巷道和网格式上向穿层钻孔煤层底板巷道和网格式上向穿层钻孔l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/54811#11#煤层巷
32、道和倾斜穿层钻孔煤层巷道和倾斜穿层钻孔l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/54913#13#煤层巷道抽放煤层巷道抽放l 瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/55013#13#煤层底板走向拐弯穿层钻孔煤层底板走向拐弯穿层钻孔l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/551地面钻孔地面钻孔l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/552 经技术、经济性对比分析，选择经技术、经济性对比分析，选择13#13#煤层底板巷道和煤层底板巷道和网格式上向穿层钻孔网格式上向穿层钻孔抽采卸压瓦斯。这种方法抽采卸压瓦斯。这种方法n解吸瓦斯沿着煤层卸压与下沉生成的顺层
33、张裂隙流向钻孔解吸瓦斯沿着煤层卸压与下沉生成的顺层张裂隙流向钻孔并进一步汇集到矿井抽放管路中，确保良好的抽放效果；并进一步汇集到矿井抽放管路中，确保良好的抽放效果；n瓦斯抽放工程机动灵活，根据地质变化和抽放需要，调整瓦斯抽放工程机动灵活，根据地质变化和抽放需要，调整后续抽放钻孔的施工，可靠性较高；后续抽放钻孔的施工，可靠性较高；n有专门的抽放巷道，抽放钻孔的施工对生产影响较小，钻有专门的抽放巷道，抽放钻孔的施工对生产影响较小，钻孔工程量相对较小；孔工程量相对较小；n抽放时间长，抽放效果好；抽放时间长，抽放效果好；n抽放巷兼做考察巷，在开采煤层工作面开采初期即可进行抽放巷兼做考察巷，在开采煤层工
34、作面开采初期即可进行考察工作。考察工作。l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/553方案实施程序框图方案实施程序框图l瓦斯抽放方法的选择瓦斯抽放方法的选择2021/8/554l抽放钻场布置抽放钻场布置 在卸压范围内，底板瓦斯抽放巷内每隔在卸压范围内，底板瓦斯抽放巷内每隔40m40m布置一个布置一个远程卸压瓦斯抽放钻场，共布置了远程卸压瓦斯抽放钻场，共布置了3939个钻场。个钻场。在未卸压范围内，底板瓦斯抽放巷内每隔在未卸压范围内，底板瓦斯抽放巷内每隔10m10m布置一布置一个瓦斯抽放钻场，共布置了个瓦斯抽放钻场，共布置了1212个钻场。个钻场。l瓦斯抽放设计瓦斯抽放设计2021/
35、8/555抽放钻孔布置抽放钻孔布置 在卸压范围内，每个瓦斯抽放钻场内呈扇形布置在卸压范围内，每个瓦斯抽放钻场内呈扇形布置4 4个上个上向穿层钻孔，钻孔有效抽放半径取向穿层钻孔，钻孔有效抽放半径取20m20m。l瓦斯抽放设计瓦斯抽放设计2021/8/556抽放钻孔布置抽放钻孔布置 在未卸压范围内，每个瓦斯抽放钻场内呈扇形布置在未卸压范围内，每个瓦斯抽放钻场内呈扇形布置1616个上向穿层钻孔，钻孔有效抽放半径取个上向穿层钻孔，钻孔有效抽放半径取5m5m。l瓦斯抽放设计瓦斯抽放设计2021/8/557 考察内容考察内容 走向方向的卸压边界；走向方向的卸压边界；倾斜方向的卸压边界；倾斜方向的卸压边界；
36、开采及卸压瓦斯抽放过程中瓦斯压力、钻场瓦斯抽放量、开采及卸压瓦斯抽放过程中瓦斯压力、钻场瓦斯抽放量、煤层变形及煤层透气性系数的变化规律。煤层变形及煤层透气性系数的变化规律。l效果考察方案及参数测定方法效果考察方案及参数测定方法2021/8/558走向方向卸压边界考察钻孔布置走向方向卸压边界考察钻孔布置l效果考察方案及参数测定方法效果考察方案及参数测定方法2021/8/559倾向方向卸压边界考察钻孔布置倾向方向卸压边界考察钻孔布置l效果考察方案及参数测定方法效果考察方案及参数测定方法2021/8/560其它考察钻孔布置其它考察钻孔布置l效果考察方案及参数测定方法效果考察方案及参数测定方法2021
37、/8/561 瓦斯压力采用水泥砂浆和膨胀剂机械注浆封孔法；瓦斯压力采用水泥砂浆和膨胀剂机械注浆封孔法；钻孔瓦斯自然涌出量测定采用湿式气体流量计，卸压钻孔瓦斯自然涌出量测定采用湿式气体流量计，卸压瓦斯抽放量测定采用标准孔板流量计；瓦斯抽放量测定采用标准孔板流量计；煤层透气性系数测定采用中国矿业大学流量法；煤层透气性系数测定采用中国矿业大学流量法；煤层变形测定采用深部基点法。煤层变形测定采用深部基点法。参数测定方法参数测定方法l 效果考察方案及参数测定方法效果考察方案及参数测定方法00112233445566002020404060608080100100120120140140160160180
38、180时间/d时间/d抽 放量/m抽 放量/m3 3/min/min2021/8/5620 020204040606080800 0303060609090120120150150180180时间/d时间/d瓦斯抽放率/%瓦斯抽放率/%34#34#钻场瓦斯抽放量随时间变化钻场瓦斯抽放量随时间变化l瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/56334#34#钻场瓦斯抽放率随时间变化钻场瓦斯抽放率随时间变化05101520253011月2 5日1月2 4日3月2 5日5月2 4日7月2 3日9月2 1日11月2 0日1月1 9日3月2 0日5月1 9日抽放日期抽放量/m3/min2
39、121(3)底抽巷l瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/564底板抽放巷瓦斯抽放量随时间变化底板抽放巷瓦斯抽放量随时间变化0 05 510101515202025250 030030060060090090012001200工作面推进距离/m工作面推进距离/m瓦斯抽排量/m 3/m in瓦斯抽排量/m 3/m inl瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/565底板抽放巷瓦斯抽放量随工作面推进距离的变化底板抽放巷瓦斯抽放量随工作面推进距离的变化0 01 12 23 34 45 50 03030606090901201201501502352(1)工作面推
40、进距离/m2352(1)工作面推进距离/m瓦斯压力/M P a瓦斯压力/M P al瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/5663703704004004304304604600 00.20.20.40.40.60.60.80.8160160170170180180190190200200距 采空 区上 边界 距离/m距 采空 区上 边界 距离/m瓦斯压力/MP a瓦斯压力/MP a测压钻孔位置13#13#煤层瓦斯压力随工作面推进距离的变化煤层瓦斯压力随工作面推进距离的变化l 瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/567-100-1000 0100100
41、2002003003000 01001002002003003004004005005002352(1)工作面推进距离/m2352(1)工作面推进距离/m变形/m m变形/m m13#13#煤层残余瓦斯压力沿倾斜方向的变化煤层残余瓦斯压力沿倾斜方向的变化l 瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/568-1.8-1.8-1.5-1.5-1.2-1.2-0.9-0.9-0.6-0.6-0.3-0.30 00 02020404060608080100100120120距2 352(1)工 作面开切眼/m距2 352(1)工 作面开切眼/m底抽巷下沉量/m底抽巷下沉量/m13#13
42、#煤层变形随工作面推进距离的变化煤层变形随工作面推进距离的变化l瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/56913#13#煤层底板巷下沉量沿走向的变化煤层底板巷下沉量沿走向的变化0102030400306090120150180210240270天数d最大钻屑量/k g/m036912瓦斯解吸初速度/L/m i n最大钻屑量最大钻屑量临界值，6 k g/m瓦斯解吸初速度瓦斯解吸初速度临界值，4 L/m i nl瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/570煤层透气性系数变化：煤层透气性系数变化：煤层透气性系数由煤层透气性系数由0.01135m0.01135m
43、2 2/(MPa/(MPa2 2.d).d)增加到增加到32.687m32.687m2 2/(MPa/(MPa2 2.d).d)，增加了，增加了28802880倍。倍。l瓦斯抽放规律及效果分析瓦斯抽放规律及效果分析2021/8/5712121(3)2121(3)工作面下顺槽掘进期间突出预测结果工作面下顺槽掘进期间突出预测结果01020304004080120160200天数/d最大钻屑量/k g/m010203040瓦斯解吸初速度/L/m i n最大钻屑量最大钻屑量临界值瓦斯涌出初速度瓦斯涌出初速度临界值l瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证未卸压区域2021/8/5722121(3)2121(3
44、)工作面回风顺槽掘进期间突出预测结果工作面回风顺槽掘进期间突出预测结果参参数数参参数数确确定定方方法法结结果果规规定定值值突突出出危危险险性性残残余余瓦瓦斯斯压压力力6 68 8.3 3单单一一钻钻场场瓦瓦斯斯抽抽放放量量7 79 9.9 9瓦瓦斯斯抽抽排排率率（%）工工作作面面瓦瓦斯斯抽抽排排平平衡衡5 59 9.5 53 30 0%无无残残余余瓦瓦斯斯压压力力(MPa)实实际际测测定定0 0.5 50 0.7 74 4无无顶顶底底版版相相对对变变形形()实实际际测测定定2 26 6.3 35 5.8 8无无最最大大钻钻屑屑量量(k kg g/m m)5 5.8 86 6下下顺顺槽槽及及切切
45、眼眼掘掘进进验验证证瓦瓦斯斯解解析析初初速速度度3 3.8 84 4无无最最大大钻钻屑屑量量(k kg g/m m)3 33 3.2 2(卸卸压压瓦瓦斯斯抽抽放放不不充充分分)6 6上上风风巷巷掘掘进进验验证证瓦瓦 斯斯 解解 析析 初初 速速 度度(L L/m mi in n)2 27 7.4 4(卸卸压压瓦瓦斯斯抽抽放放不不充充分分)4 4在在 卸卸 压压 瓦瓦 斯斯抽抽 放放 不不 充充 分分的的 局局 部部 地地 点点指指 标标 超超 限限，但但 无无 突突 出出 现现象象发发生生l瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证局部地区卸压瓦斯抽采不充分2021/8/5730 05 51010151
46、5202025250 02020404060608080100100时间/d时间/d瓦斯量/m 3/min瓦斯量/m 3/min风排瓦斯量风排瓦斯量抽放瓦斯量抽放瓦斯量总瓦斯涌出量总瓦斯涌出量l瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证工作面已无煤与瓦斯突出危险性论证工作面已无煤与瓦斯突出危险性论证2021/8/5742121(3)2121(3)工作面回采期间瓦斯涌出量变化工作面回采期间瓦斯涌出量变化0 0100010002000200030003000400040005000500060006000700070000 02020404060608080100100时间/d时间/d产量/t/d产量/t/
47、d0 05 5101015152020252530303535相对瓦斯涌出量/m 3/t相对瓦斯涌出量/m 3/t产量产量相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量l瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证2021/8/5750 00.20.20.40.40.60.60.80.80 02020404060608080100100时间/d时间/d回风流瓦斯浓度/%回风流瓦斯浓度/%2121(3)2121(3)工作面回采期间产量及相对瓦斯涌出量工作面回采期间产量及相对瓦斯涌出量l瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证2021/8/5762121(3)2121(3)工作面回采期间回风流瓦斯浓度变化工作面回采期间回风流瓦斯浓度变
48、化无任何煤与瓦斯突出现象显现无任何煤与瓦斯突出现象显现0 0100010002000200030003000400040005000500060006000700070000 01010202030304040505060607070时间/d时间/d产量/t/d产量/t/d远程卸压瓦斯抽放工作面远程卸压瓦斯抽放工作面未卸压瓦斯抽放工作面未卸压瓦斯抽放工作面l 瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证2021/8/577卸压抽放与未卸压抽放工作面产量变化对比卸压抽放与未卸压抽放工作面产量变化对比0 05 5101015152020252530303535404045450 010102020303040
49、40505060607070时间/d时间/d相对瓦斯涌出量/m 3/d相对瓦斯涌出量/m 3/d未卸压瓦斯抽放工作面未卸压瓦斯抽放工作面远程卸压瓦斯抽放工作面远程卸压瓦斯抽放工作面l 瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证2021/8/578卸压抽放与未卸压抽放工作面相对瓦斯涌出量变化对比卸压抽放与未卸压抽放工作面相对瓦斯涌出量变化对比0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 11.21.21.41.41.61.60 01010202030304040505060607070时间/d时间/d回风流瓦斯浓度/%回风流瓦斯浓度/%远程卸压瓦斯抽放工作面远程卸压瓦斯抽放工作面未卸压瓦斯抽放
50、工作面未卸压瓦斯抽放工作面l瓦斯抽放效果验证瓦斯抽放效果验证2021/8/579卸压抽放与未卸压抽放工作面回风流瓦斯浓度变化对比卸压抽放与未卸压抽放工作面回风流瓦斯浓度变化对比对对比比参参数数远远程程卸卸压压瓦瓦斯斯抽抽放放工工作作面面2121(3)/综综采采放放顶顶煤煤开开采采未未远远程程卸卸压压瓦瓦斯斯抽抽放放工工作作面面2312(3)/综综采采开开采采范范围围3772633510872450产产量量(t/d)平平均均51001700范范围围3.77.614.838.6相相对对瓦瓦斯斯涌涌出出量量(m3/min)平平均均5.025.0范范围围0.320.70.831.42回回风风流流瓦瓦斯
