1、煤矿瓦斯第三篇 煤矿瓦斯开发利用本层抽采重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采第一节第一节 抽采方式的选择抽采方式的选择第二节第二节 巷道预抽巷道预抽第三节第三节 钻孔预抽钻孔预抽第四节第四节 边采边采(掘掘)边抽边抽重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 第一节第一节 抽采方式的选择抽采方式的选择 开采层瓦斯抽采，是指抽采开采煤层本层的瓦斯；也即当开采层瓦斯含量很高，采掘过程中瓦斯涌出量很大，而单纯依靠通风的方法难以完全解决瓦斯问题时，所采取的可行和有效的措施。开采层的瓦斯抽采包括预抽预抽、边采边采(掘掘)边抽边
2、抽和强化抽采强化抽采等方式，若再细分则预抽又可分为巷道预抽巷道预抽和钻孔预抽钻孔预抽，而钻孔预抽还可分为地面钻孔预抽地面钻孔预抽与井下钻孔预抽井下钻孔预抽。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 一、本煤层抽采方法一、本煤层抽采方法 1.预抽预抽 预抽是在开采煤层采掘之前，预先抽采煤体中的瓦斯的方式是在开采煤层采掘之前，预先抽采煤体中的瓦斯的方式，属于未卸压煤层的瓦斯抽采；是通过巷道或钻孔抽采未受采动影响或未经人为松动卸压的煤层中瓦斯的方法。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第七章第七章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 2.边采边采(掘掘)边抽边抽 边采
3、(掘)边抽，是在未经预抽、或虽经预抽尚未达到最佳效是在未经预抽、或虽经预抽尚未达到最佳效果，包括抽采钻孔数量不够和预抽时间不足等原因致使采掘过程果，包括抽采钻孔数量不够和预抽时间不足等原因致使采掘过程中瓦斯涌出量仍然很大的情况下，在采掘工作进行过程中同时进中瓦斯涌出量仍然很大的情况下，在采掘工作进行过程中同时进行抽采瓦斯工作的抽采方式行抽采瓦斯工作的抽采方式。这种方式的实质是，利用采掘时的卸压效应抽采瓦斯。边采边抽是在开采层回采工作面前方或厚煤层的未采分层(上或下)布置钻孔，依靠工作面推进时的卸压效应抽采工作面前方或未采分层煤体中的瓦斯；边掘边抽是在掘进巷道的两帮布置钻孔，利用巷道掘进的卸压效
4、应，抽采巷道工作面前方和两帮煤体中的瓦斯。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 3.强化抽采强化抽采 强化抽采是针对一些透气性极低、采用常规的预抽方式尚难是针对一些透气性极低、采用常规的预抽方式尚难奏效的煤层而采取的抽采方式奏效的煤层而采取的抽采方式。这种方式是利用专门的措施，人为地提高煤层的透气性能，来提高抽采瓦斯效果的。专门措施包括水力压裂水力压裂、水力割缝水力割缝、松动爆破松动爆破、煤层的物理化学方法处理煤层的物理化学方法处理和钻冲诱发喷孔钻冲诱发喷孔(对于突出煤层)等措施。虽然强化抽采还未完全解决，有待今后继续研究和实践，但已初见成效，显示出好
5、的前景。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 二、煤层瓦斯合理预抽方式确定二、煤层瓦斯合理预抽方式确定 煤层瓦斯合理预抽方式是指在一定的煤层赋存条件下，具有瓦斯抽采效果最好、工程量较小、施工作业相对容易的煤层瓦斯预抽方法。当采用一种以上钻孔方式预抽煤层瓦斯时，合理瓦斯预抽方式的确定主要从如下三个方面着手：(1)相同钻孔密度下的瓦斯抽采率；(2)达到相同瓦斯抽采率所需钻孔密度；(3)钻孔施工作业难易程度。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 总之，开采层瓦斯抽采方式需根据煤层的自然条件(瓦斯压力、含量、透气性、煤
6、层厚度、倾角等)和矿山技术条件(矿井的开采部署和巷道布置等)综合考虑选择确定，应达到适应矿井的总体部署，技术和经济合理、抽采瓦斯效果好的目的。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 第二节第二节 巷道预抽巷道预抽 巷道预抽是20世纪50年代初，我国抚顺矿区成功试验本煤层预抽瓦斯时最初采用的一种抽采瓦斯方式；就是在采区回采之前，按照采区设计的巷道布置，提前把巷道掘出来，构成系统，然后将所有入、排风口都加以密闭，同时，在各排风口密闭处插管并铺设抽采瓦斯管路，将煤层中的瓦斯预先抽采出来。经过一段时期的抽采，待瓦斯降低至规定的范围后，即可回采。抽采瓦斯巷道的设计
7、与布置，除必须完全适应将来开采需要外，还要充分利用瓦斯流动的特性，既能抽采本采段的煤层瓦斯，又能截抽下段煤层瓦斯。基于这一考虑，一般都将瓦斯巷道布置在煤层顶分层和上、下段之间的阶段煤柱中，其巷道布置如图8-1 所示。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-1 龙风矿瓦斯龙风矿瓦斯抽采抽采巷道布置平、断面图巷道布置平、断面图1密闭；2运输巷；3排风巷；4轨道下山；5回风下山；6煤层顶板；7夹矸；8煤层底板重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 一、巷道预抽瓦斯的优点一、巷道预抽瓦斯的优点 (1)可以提前将采区的
8、准备巷道掘出来，不影响生产正常接替。(2)煤壁暴露面积大，有利于瓦斯涌出和抽采。(3)在掘进瓦斯巷道时，对该区的瓦斯涌出形式、地质构造等能进行进一步了解，有利于采取对策，实现安全生产。(4)对下段(或下一个水平)采区和邻区的煤层瓦斯，可起到一定的释放和截抽作用。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 二、巷道预抽瓦斯的缺点二、巷道预抽瓦斯的缺点 (1)掘进时瓦斯涌出量大，施工困难。(2)在掘进瓦斯巷道时，约有占煤层总瓦斯量20%的瓦斯释放出来随风流排掉，减少了可供抽采的瓦斯量。(3)瓦斯巷道中的密闭，由于矿压的作用，很难保持其气密性，空气容易进入密闭内，
9、使抽出瓦斯浓度降低。(4)巷道布置必须符合采煤工作要求，不能随意改变。(5)巷道至少要被封闭23年时间，年久失修，给后期采煤维修巷道增加了工作量，也给煤层顶板管理带来一定困难。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 三、巷道预抽瓦斯的效果三、巷道预抽瓦斯的效果 巷道抽采瓦斯的效果，在一定的煤层条件下与煤巷暴露的煤壁面积大小有关，同时与煤层的厚度和透气性能有关。除在抚顺矿区外，在淮南谢二矿、淮北芦岭矿、焦作李封矿，以及靖远魏家地矿等矿井进行过的巷道法预抽开采层瓦斯的效果也不错，这些矿区的煤层是中厚及厚煤层，透气性都较好。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授
10、第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 表表8-1 焦作李封矿巷道预抽情况焦作李封矿巷道预抽情况表表8-2 淮北芦岭矿巷道预抽情况淮北芦岭矿巷道预抽情况重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 第三节第三节 钻孔预抽钻孔预抽 钻孔预抽是国内外目前抽采开采层瓦斯的主要方式，有地面钻孔抽采和井下布孔抽采2种。地面钻孔抽采方式即由地面向开采煤层打钻抽采瓦斯，美国还试验成功了定向拐弯钻孔的新工艺，在国外以美国和前苏联采用的较多；我国只是少数矿区进行过试验。目前在国内一些矿区已开始着手地面钻孔抽采瓦斯的开发评价试验，被列为煤层气的开发进行部署。重庆大学重庆大学
11、周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 1952 年，抚顺矿务局龙凤矿继试验成功巷道法抽瓦斯之后，又试验成功了预抽开采层瓦斯的钻孔法，不仅在抚顺矿区全面推广，并且在其他不同煤层条件和透气性能的矿井扩大试验和应用。井下钻孔布孔方式在各个矿井并不完全相同，基本方式有穿层钻孔和顺层钻孔2类。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 一、穿层钻孔一、穿层钻孔 布置穿层钻孔时，一般将钻场设在底板岩石巷道或邻近煤层巷道中，也有的将钻场设在顶板岩层中，由钻场向开采煤层打钻，贯穿煤层全厚。开采层在经过预抽后再进行采掘工作，从而解决了掘进和采煤全过程的
12、瓦斯问题。抚顺、中梁山、峰峰、淮南、淮北、六枝、焦作、鹤壁、涟邵、天府、松藻、芙蓉、包头、北票、萍乡、水城、盘江等矿区的一些矿井都有采用。部分矿井抽采钻孔的布置方式如图8-28-5所示。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-2 抚顺抚顺底板底板钻孔预抽瓦斯布置图钻孔预抽瓦斯布置图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-3 中梁山矿底板茅口巷道预抽瓦斯穿层孔布置图中梁山矿底板茅口巷道预抽瓦斯穿层孔布置图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-4 芦岭矿底板穿
13、层钻孔布置图芦岭矿底板穿层钻孔布置图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-5 芙蓉白皎矿底板穿层钻孔布置图芙蓉白皎矿底板穿层钻孔布置图1、2、3221、223、225底板岩巷；42212机巷；6、10、152212、2232、2252风巷；7、12、142212、2232、2252瓦斯巷(兼下区段机巷)：5、8、9、11、13、16四煤层巷道；17二煤层；18四煤层；19二煤层顺层钻孔重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 预抽巷戊8煤戊910煤待掘机巷12m待掘巷道预抽巷道30m30m3m图8-6 平顶山
14、顶板穿层钻孔预抽瓦斯方法平顶山顶板穿层钻孔预抽瓦斯方法重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-7 综合钻场钻孔预抽瓦斯方法综合钻场钻孔预抽瓦斯方法重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-8 立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-9 石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法141618202224 2523211917151324681012 13119753111测压孔石门W14
15、2524221462321171353124101816122015798191113 1415 1617 1819 202521 2223 24161820222425231513115397111281646219012N35m58m5 61 27 8129 103 4重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (一一)钻场钻场 钻场是为穿层钻孔抽采瓦斯而设计的专用硐室，钻场布置的基本要求是：(1)钻场间距应满足有效抽采瓦斯的要求；(2)钻场断面、长度应能满足布孔和便于钻机施工的要求，同时应满足避免钻场积聚瓦斯的要求；(3)在满足不同布孔(上向孔、下向孔
16、或不同方位角的水平孔)要求和钻场所处岩层岩质允许的前提下，钻场断面和长度应力求最小，以降低掘凿费用；(4)钻场应避开岩层破坏带，以便为钻孔封孔严密创造条件，减少不必要的维护费和实现安全、高质量的抽采瓦斯；(5)钻场的支护应牢固可靠。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 表表8-3 部分煤矿抽采瓦斯钻场参数表部分煤矿抽采瓦斯钻场参数表重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (二二)钻孔钻孔 预抽煤层瓦斯的穿层钻孔是指在钻场内开孔、穿过岩层进入并一直穿透全煤层或多个煤层的钻孔。为充分发挥钻场的作用，可根据单孔的有效影
17、响范围和抽采瓦斯需控制的面积，在一个钻场内布置若干个钻孔。1.钻孔布置钻孔布置 为使开采层瓦斯得到有效地抽采，应根据抽采钻孔的效有影响范围(或称有效半径)，在煤层中均匀布孔，于煤层的层面上形成网格式的布置。一般在钻场内都采用沿倾斜和走向的扇形布孔方式。钻孔参数可根据公式8-15及图8-1012所示进行计算。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-10 底板钻场的上向孔底板钻场的上向孔煤层倾角；H上向孔孔升高度图8-11 顶板钻场的上向孔顶板钻场的上向孔煤层倾角；H上向孔孔升高度重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦
18、斯抽采 (1)垂直于煤层走向钻孔的倾角和长度垂直于煤层走向钻孔的倾角和长度 垂直于煤层走向的抽采瓦斯钻孔倾角、长度L按下式计算：式中 钻孔的倾角，；H上向孔的升高高度或下向孔的下降深度，m；L垂直于煤层走向水平钻孔的长度，m；煤层倾角，；l钻孔长度，m。(8-1)(8-2)重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 公式中 前面的号按钻场位置和钻孔方向选取：钻场在底板时，上向孔取“-”、下向孔取“+”；钻场在顶板时，上向孔取“+”、下向孔取“-”。公式中括号内前面的号，按钻场位置和钻孔方向选取：钻场在底板时，上向孔取“+”、下向孔取“-”；钻场在顶板时，上向
19、孔取“-”、下向孔取“+”。tgH重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (2)斜交于煤层走向的夹角、倾角和长度斜交于煤层走向的夹角、倾角和长度 斜交于煤层走向的钻孔夹角、倾角、长度l按下式计算：式中 钻孔夹角，；B垂直于煤层走向钻孔的终点与斜交钻孔终点之间的距离，m；L垂直于煤层走向水平钻孔的长度，m；钻孔倾角，；l钻孔长度，m。(8-3)(8-4)(8-5)重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-12 斜交煤层钻孔示意图斜交煤层钻孔示意图l斜交于煤层走向的钻孔长度；斜交于煤层走向的夹角：斜交于煤层走向的钻
20、孔倾角重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 2.钻孔的有效抽采半径钻孔的有效抽采半径 钻孔的有效抽采半径是指在规定的抽采时间内钻孔抽采瓦斯的有效影响范围，其范围之大小与煤质、瓦斯等因素有关，应从实际抽采中测定。应找出抽采范围与时间的关系，并建立孔中瓦斯压力与流量的关系式，然后根据不同抽采时间的影响距离和钻孔的不同瓦斯压力情况下的瓦斯量确定抽采钻孔合理间距。(1)高透气性非突出煤层高透气性非突出煤层钻孔的有效抽采半径考察钻孔的有效抽采半径考察 高透气性非突出煤层瓦斯抽采钻孔不但流量较大，而且短时间内的有效抽采半径也非常大。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授
21、教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 抚顺矿区在20世纪50年代就进行过这方面的试验考察工作。试验区选择在龙凤矿-520水平的507采区。如图8-13所示，试验结果如图8-14所示。图8-13 龙凤矿龙凤矿507采区钻孔布置平面图采区钻孔布置平面图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-14 抽采时间与抽采半径关系图抽采时间与抽采半径关系图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 根据实测，瓦斯压力p与流量Q的关系式为：式中 p瓦斯压力，MPa；Q瓦斯流量，m3/min。在抚顺矿区龙凤矿，就一个区域或
22、一个煤层而言，当一个钻孔的流量值降到0.1m3/min以下时，在安全上考虑已失去了抽采的必要。因此，可根据8-6式计算出当钻孔瓦斯流最为0.1m3/min时，孔中的瓦斯压力为0.193MPa，即近似于0.2MPa，故可定压力值0.2MPa为“有效抽采压力值”。(8-6)重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 “预抽减压线”与“有效抽采压力线”的交点所对应的距离，就是在规定或允许的时间内抽采瓦斯的“有效影响距离”或抽采“有效半径”。如果把抽采有效压力线绘在图上，即可找出不同抽采时间应取的钻孔间距。设龙凤矿的预抽瓦斯时间为30个月，抽采有效压力为0.2MPa
23、，则它们之交点所对应的距离为42m，那么两个钻孔间的距离应不超过84m。如果在84m的区间内加密钻孔，就可以缩短抽采时间，提高抽采效果。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 在煤层透气性较好的龙凤矿，抽采瓦斯沿走向影响范围很大。单一钻孔，抽采1个月。能使走向距离50m远的煤层瓦斯压力开始下降；一个钻场3个钻孔抽采，经过8个月时间，能使走向距离210m内的煤层瓦斯压力受到影响。经推算得知，如抽采30个月，能使420m内的煤层压力降到有效压力值。抽采时间与走向有效抽采半径的关系见表8-4。表表8-4 抽采时间与钻孔走向有效抽采半径关系表抽采时间与钻孔走向有
24、效抽采半径关系表重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (2)低透气性突出煤层低透气性突出煤层钻孔的有效抽采半径考察钻孔的有效抽采半径考察 低透气性突出煤层瓦斯抽采钻孔不但流量较小，而且长时间内的有效抽采半径也非常小。在“七五”期间，北票矿务局试验低透气性突出煤层预抽瓦斯时也进行了钻孔抽采瓦斯有效半径的考察。试验地点选在台吉竖井-550m水平的2、6号钻场中，以考察东、西翼的有效抽采半径。对照实际抽采瓦斯量的资料若以抽采10#层原始瓦斯含量的20%定为有效半径的依据，则抽采时间为1年时，直径86mm钻孔的有效抽采半径在东、西翼分别约为6.5m和3.5m。
25、重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-15 北票台吉竖井-550m水平6号钻场有效抽采半径考察钻孔布置有效抽采半径考察钻孔布置重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-16 北票台吉竖井-550m水平有效抽采半径考察钻孔瓦斯压力随抽采时间变化曲线有效抽采半径考察钻孔瓦斯压力随抽采时间变化曲线重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 3.钻孔的瓦斯流量钻孔的瓦斯流量 进行开采层瓦斯抽采时，一般都进行钻孔瓦斯流量的测定和考察，包括自然涌出量自然涌出量和抽采量抽采量。实测
26、结果表明，煤层钻孔瓦斯涌出量一般呈现随时间的延长而衰减的变化规律，其变化规律基本上符合负指数方程：式中 q0钻孔的初始瓦斯流量，m3/min；q1排放瓦斯时间为t时的钻孔瓦斯流量，m3/min；钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1；t排放瓦斯时间，d。(8-7)重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 Qt/QiK 由8-7公式可以求出衰减系数、排放瓦斯时间为t的累计排放瓦斯量Qt和排放时间为无穷大时的极限排放瓦斯量Qi。(8-8)(8-9)(8-10)钻孔预抽瓦斯合理时间的确定，一般采用抽采瓦斯有效性系数 来表示：K钻孔预抽瓦斯:1SQK1K钻孔煤壁瓦斯涌出速度
27、S钻孔煤壁煤壁表面积lDS重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 对于具有煤与瓦斯突出危险的煤层，其钻孔的瓦斯流量的变化呈现另外的规律，即初始流量较小，随着时间的延长，逐渐增加至最大值，然后再衰减；上升的速度也有快慢不同。产生这一规律的主要原因是：a)突出煤层打钻过程中往往会发生喷孔，喷孔当时瓦斯涌出较大，过后迅速降低，经一段时间后又逐渐增大，然后再衰减。b)湿式钻进时，水对瓦斯涌出会有一定影响，表现为钻孔初始瓦斯流量较小，随着水的排出，瓦斯涌出相应逐渐增大。c)随着钻孔的钻进，周围煤体产生变形，并且钻孔打完后，变形尚在持续，因而在一段时间内瓦斯涌出量会
28、随着变形和排放瓦斯圈的不断扩展而增大，待稳定后再逐渐衰减。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 4.钻孔直径钻孔直径 随着钻孔直径的增大，孔壁煤的暴露面亦增大，瓦斯涌出量也会增加。经部分矿井的实测，穿层或顺层钻孔都有相同的效果。抚顺龙凤矿曾在同一个钻场内打相同倾角、长度的200mm和108mm钻孔，在相同负压下抽采，200mm的钻孔瓦斯流量为0.086m3/min，108mm的钻孔瓦斯流量为0.034m3/min，直径增加近1倍、瓦斯量增加1.5倍多；阳泉一矿3号层钻孔直径由75mm增加到300mm，瓦斯量增加了2.4倍。扩大钻孔直径对提高抽采瓦斯的效
29、果是明显的，有条件时可采用大直径钻孔抽采瓦斯；但由于随着钻孔直径的增大，容易发生卡钻、塌孔和喷孔等故障，影响钻进效率和降低成孔率，因而在生产实践中并没有推广应用扩大钻孔直径提高瓦斯抽采效果的技术，目前一般采用75108mm的钻孔。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 5.钻孔长度钻孔长度 实践表明，预抽煤层瓦斯钻孔的抽采量是随着钻孔穿入煤体长度的增大而增加的，因此，穿层钻孔应尽量穿透煤层全厚；对厚煤层或特厚煤层也要尽可能地打长钻孔，以提高抽采瓦斯效果。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 6.抽采负压抽采负压
30、采用钻孔法抽采未卸压煤层瓦斯时，抽采负压对瓦斯抽采效果的影响目前尚无统一的认识，从部分矿井对钻孔自然涌出量和抽采量的测定资料对比分析看，负压抽采比自然涌出均有增加。芙蓉白皎矿预抽二、四煤层瓦斯钻孔，按88网格布置的111钻场，平均单孔抽采量和自涌量分别为4.48L/min和1.51L/min，相差2.97L/min。北票台吉竖井预抽10层煤瓦斯的钻孔自然涌出量和抽采量的测定资料见图8-17。由图中可见，抽采时，瓦斯量有明显的增加。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-17 自涌量与抽采量对比情况重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采
31、层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 二、顺层钻孔二、顺层钻孔 顺层钻孔是在巷道进入煤层后再沿煤层所打钻孔，可以用于石门见煤处、煤巷及回采工作面。在我国采用较多的是回采工作面，主要是在采面准备好后，于采面上按不同的布孔方式抽采一段时间后再采煤，以减少回采过程中的瓦斯涌出量。阳泉、淮南、丰城、焦作、六枝及淮北等局矿都曾采用，并取得了较好的效果。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (一一)抽采方式及钻孔布置抽采方式及钻孔布置 1.石门穿煤点抽采石门穿煤点抽采 即在采区煤巷尚未掘进之前，利用石门见煤点向两侧及顶部打顺层扇形钻孔预抽瓦斯。淮北矿务局芦岭煤矿采用的是在溜煤
32、联络眼穿煤点向两帮开钻场打扇形钻孔的布置方式，如图8-18。钻孔平均孔深为36m；孔径75mm。这种钻孔不仅用于预抽，还可在八号煤层一分层开采时继续抽采卸压瓦斯。单孔平均抽采量和抽采总量分别达到0.0269m3/min和5810m3。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-18 中梁山石门瓦斯抽采钻孔示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 2.回采工作面抽采回采工作面抽采 即在采面巷道圈出后或在巷道掘进过程中，于运输巷、回风巷或切眼布置不同方式的顺层钻孔。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章
33、开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-19 联络眼顺层钻孔布置图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-20 阳泉一矿开切眼顺层钻孔布置图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-21 六枝矿区部分矿井预抽瓦斯的顺层钻孔布置示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-22 阳泉本煤层预抽钻孔双侧布置示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-23 淮北芦岭矿预抽瓦斯的顺层钻孔布置示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教
34、授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-24 松藻打通二矿N2801工作面顺层钻孔抽采瓦斯钻孔布置重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-25 阳泉本煤层预抽钻孔单侧布置示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-26 淮南谢二矿预抽瓦斯的顺层钻孔布置示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-27 丰城建新矿预抽瓦斯的顺层钻孔布置示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采图8-28 顺煤层水平长钻孔
35、重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 不同的布置方式各有其优缺点：a)切眼内打沿走向的钻孔只能在采面回采之前预抽一段时间，工作面开始回采抽采瓦斯即要停止；受钻孔深度的限制，难以控制整个采面；b)平行和斜交工作面的钻孔，不仅可在采面回采前预抽，回采期间仍可继续抽采，抽采钻孔只是随工作面推进而逐步报废，并且还可抽采工作面前方的一段卸压瓦斯；c)上向孔打钻排粉容易，孔内不积水，抽采效果好；下向孔相应地排粉条件差，易卡钻，钻孔中若有积水，则影响抽采，需采取排水措施；重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 d)一个钻场内打
36、一个孔，钻孔在面上分布均匀，钻场数量多。一个钻场内打多个孔，钻场数量虽可减少，但钻孔在面上分布不均匀；e)在运输巷打下向孔，可提前预抽下阶段的瓦斯，使预抽有充分的时间。总的来说，顺层钻孔与穿层钻孔相比，具有钻进速度快、费用低和钻孔抽采瓦斯的有效孔段长等优点；但存在封孔不易严密、深孔施工困难等缺点，特别是在松软煤层中打钻，容易塌孔和卡钻，在目前的施工条件下，顺层钻孔长度一般平均只能达到50m左右。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (二二)钻孔瓦斯流量钻孔瓦斯流量 对于顺层钻孔的瓦斯流量，由于各个矿井和煤层的条件不同，包括煤层赋存状态、厚度、瓦斯压力、
37、含量以及钻孔布置方式和长度、直径等的不同，其也有差异。根据部分矿井的考察和测定，可以发现一些基本特点和规律：a)钻孔的自排量和抽采量有数倍之差，见表8-5。b)顺层钻孔与穿层钻孔相比，顺层孔的单孔抽采瓦斯量大，但百米钻孔抽采量小，见表8-6。c)钻孔的自排量和抽采量一般呈随时间的延长而逐渐衰减的规律，基本符合负指数方程。但也有出现一些钻孔瓦斯流量初始小逐渐上升至最大值，然后再衰减的现象。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 表表8-6 穿层钻孔与顺层钻孔瓦斯抽采量对比表穿层钻孔与顺层钻孔瓦斯抽采量对比表表表8-5 顺层百米钻孔自排量和抽采量对比顺层百米
38、钻孔自排量和抽采量对比重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 第四节第四节 边采边采(掘掘)边抽边抽一、边采边抽一、边采边抽 即在开采层未经预抽或预抽时间不够的情况下，为解决开采时瓦斯涌出量大的问题而在回采的同时进行抽采瓦斯的方式。这种抽采方式对厚煤层和特厚煤层更有重要意义。抚顺矿区开采的是特厚煤层，从50年代开始就采取预抽煤层瓦斯的方式进行瓦斯抽采，初期一般预抽23年左右，即可解决开采时的瓦斯问题；但随着生产逐步向深部推移，同样的预抽时间，开采时瓦斯仍严重地威胁着生产的正常进行。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯
39、抽采 (一)抚顺老虎台煤矿505采区边采边抽钻孔布置及抽采效果 1.钻孔布置钻孔布置 抚顺老虎台煤矿505采区边采边抽钻孔布置采用了反斜钻孔、隔离式钻孔、抽钻孔和下截钻孔四种布置方式，如图8-29所示。图8-29 抚顺老虎台煤矿505采区边采边抽钻孔布置平断面图1反斜钻孔；2隔离式钻孔；3抽钻孔；4下截钻孔重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 a)上抽式。在采区上部煤柱中布置钻场，每个钻场内打57个钻孔，一直穿透全煤层。钻孔角度一般为03；b)下截式。将钻孔布置在采区下部阶段煤柱内，布置与上抽式相同；c)反斜式。将钻场设在阶段的下部和煤层的顶部或顶板油
40、母页岩内，然后打斜交上向钻孔；d)隔离式。将钻场和钻孔布置在边界（区间）煤柱中，抽采受采动影响的卸压瓦斯；e)原预抽孔的边采边抽。即利用原有的部分未失效的预抽孔继续抽采。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 2.抽采效果抽采效果 上述几种方式的结合，在采区内形成立体交叉的钻孔布置，综合抽采受采动影响的卸压瓦斯，相应地减少了采区回采过程中的瓦斯涌出量。该区预抽38个月，共抽出瓦斯1500万m3；边采边抽11 个月，共抽出瓦斯826.1万m3，分别占该区瓦斯储量的23.9%和13.9%，总抽采率为37.8%。边采边抽瓦斯量相当于预抽量的55%，即11个月的
41、边采边抽效果相当于20个月的预抽效果。边采边抽是一种行之有效的方法，具有时间快、效果好的特点。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 (二)边采边抽钻孔距工作面不同距离时的抽采效果 当回采工作面开采时，在工作面前方有一段超前的卸压条带，在这一条带内钻孔瓦斯涌出量显著增加，一些矿井的试验和实践都发现有这种变化规律，如图8-30和8-31所示。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-30 如六枝大用矿1376工作面21号钻孔距工作面不同距离时的钻孔瓦斯流量变化规律重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章
42、开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 六枝大用矿1376工作面21号孔。平行工作面布置，孔深37.6m。工作面未接近钻孔前，瓦斯量较稳定，保持在0.02m3/min以下，当工作面推进到距钻孔10m处开始明显增加，距28m处达到峰值，将近增加10倍，在1.5m处又明显下降；此说明工作面前方10m处为在开采作用下形成的卸压条带，此带内煤体裂隙增加、透气性增大，增加了瓦斯的涌出量。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-31 焦作九里山矿13051工作面不同钻孔布置方式条件下钻孔距工作面不同距离时的钻孔瓦斯流量变化规律重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第
43、八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 焦作九里山矿13051工作面A54、A55为平行钻孔，B69、B71为迎工作面方向的斜交钻孔，与工作面的对应距离均按孔口计算。斜交孔的孔底先接近工作面，并逐步被切去，但这一过程中斜交孔仍能较好抽取卸压瓦斯；此说明斜交钻孔抽采采面前方卸压条带的瓦斯的效果比平行钻孔更具有优越性。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 二、边掘边抽二、边掘边抽 由于顺层钻孔抽采方式准备工程量大，且巷道掘进前应采用其它方式对掘进条带的瓦斯进行预抽采。在条件许可的情况下，可采用边掘边抽结合巷道工作面前方预抽的方式降低掘进条带的瓦斯。如图8-32
44、所示。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 预抽钻孔边掘边抽钻孔钻场掘进工作面图8-32 掘进工作面预抽和边掘边抽布孔方式重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 对于厚煤层，可以采用沿煤层层理布置“钻墙”边掘边抽。如铜川矿务局焦坪矿区陈家山煤矿4#-2煤层综采放顶煤掘进工作面，鹤岗矿区南山煤矿5号层底分层掘进工作面等。“钻墙”这种空间布置方式的有效截流面积要比水平扇形钻孔大得多，如果在巷道两帮的钻场中以钻墙方式布置钻孔，原来通过巷壁流向掘进空间的瓦斯将会有80%以上被截流，从而有效地避免瓦斯超限。重庆大学重庆大学
45、 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 图8-32 陈家山煤矿陈家山煤矿4#-2煤层综采放顶煤掘进工作面煤层综采放顶煤掘进工作面“钻墙”边掘边抽瓦斯方式示意图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 根据陈家山煤矿4#-2煤层综采放顶煤掘进工作面“钻墙”边掘边抽考察，平均单孔抽采浓度为35%50%，最高可达62%。单抽采孔瓦斯量一般为0.92 1.58 m3/min，最高可达2.57 m3/min。重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 钻 场工作面工 作 面钻 场顶 板掘 进 巷 道掘 进 巷 道图8-33 鹤岗矿区南山煤矿鹤岗矿区南山煤矿5号层底分层掘进工作面号层底分层掘进工作面边掘边抽钻孔布置图边掘边抽钻孔布置图重庆大学重庆大学 周翔周翔 教授教授第八章第八章 开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采 鹤岗矿区南山煤矿5号层底分层入风巷掘进初期，在入风巷侧布置3个钻场，每个钻场布置20个钻孔，向煤体打全煤孔，进行边掘边抽。经考察瓦斯抽采浓度为68，瓦斯平均抽采率为38.5%，共抽采瓦斯15.5万m3。
