【正文】 順層鉆孔 交叉鉆孔 巷道 抽采 領(lǐng)近層 抽采 地面鉆井 穿層鉆孔 順層鉆孔 傾向巷道 水平鉆孔 煤礦瓦斯綜合 抽采 回采工作面抽采 地面鉆井 穿層鉆孔 順層鉆孔 巷道 抽采 采空區(qū) 埋管 采空區(qū) 抽采 掘進(jìn)工作面抽采 巷幫鉆孔 迎頭鉆孔 地面鉆井 抽采 密閉插管 抽采 密閉鉆孔 抽采 相鄰巷道 表 14 礦井瓦斯抽采方法適用條件 抽采 分類 抽采 方法 適用條件 本 煤 層 抽 采 瓦 斯 未 卸 壓 抽 采 巖巷揭煤 煤巷掘進(jìn)預(yù)抽 由巖巷向煤層打穿層鉆孔 煤巷工作面打超前鉆孔 突出危險(xiǎn)煤層 高瓦斯煤層 采區(qū)大面積預(yù)抽 由開(kāi)采層進(jìn)、回風(fēng)巷或煤門等 打上向、下向順層鉆孔 有預(yù)抽時(shí)間的 高瓦斯或突出煤層 由石門、巖巷、鄰近層煤巷等 向開(kāi)采層打穿層鉆孔 “勉強(qiáng) 抽采 ”煤層 地面鉆孔 高瓦斯易抽煤層淺埋深 密封開(kāi) 采巷道 高瓦斯易抽煤層 卸 壓 抽 采 邊掘邊抽 由煤巷或巖巷向煤層打防護(hù)鉆孔 高瓦斯煤層 邊采邊抽 由進(jìn)、回風(fēng)巷向工作面前方打鉆 高瓦斯煤層 由巖巷、煤門等向開(kāi)采分層上部 或下部未采分層打穿層或順層孔 高瓦斯煤層 水力割縫、壓裂， 松動(dòng)爆破 由開(kāi)采層進(jìn)、回風(fēng)巷等打順層鉆孔，由巖巷或地面打鉆孔 高瓦斯難抽煤層 鄰 近 層 抽 采 瓦 斯 卸 壓 抽 采 開(kāi)采層工作面推過(guò)后 抽采 上、下鄰近煤層 由進(jìn)、回風(fēng)巷或巖巷向鄰近層 或采空區(qū)打斜交鉆孔 鄰近層瓦斯涌出量大 影響開(kāi)采層安全時(shí) 由煤門打沿鄰近層鉆孔 由鄰近層掘匯集瓦斯巷道 鄰近層瓦斯涌出量大，鉆孔能力不滿足 抽采 要求 從地面打鉆孔 地面打鉆優(yōu)于井下 采 空 區(qū) 邊采邊抽 密封采空區(qū)插管 抽采 無(wú)自燃危險(xiǎn)或 采取防火措施 現(xiàn)采采空區(qū)設(shè)密閉墻插管 采空區(qū)打鉆、預(yù)埋管 抽采 圍 巖 超前鉆孔 由巖巷兩側(cè)或正前向溶洞或 裂隙帶打鉆、密閉巖巷 瓦斯涌出量大或有溶洞 裂縫帶儲(chǔ)存高壓瓦斯 ④ 煤 礦 瓦斯 抽采 存在的問(wèn)題： 目前，我國(guó) 煤礦 總體瓦斯 抽采 效果不佳，具體表現(xiàn)為瓦斯 抽采 率低。導(dǎo)致我國(guó) 煤礦 瓦斯 抽采 率低的原因有 2 個(gè)方面：一方面是客觀原因，我國(guó) 95％以上的高瓦斯和突出礦井所開(kāi)采的煤層屬于低透氣性煤層，煤層透氣性系數(shù)只有 ～ ㎡ /（ MPa2d ），瓦斯 抽采 （特別是預(yù)抽）難度非常大 ， 具體表現(xiàn)為，技術(shù)上，由于煤層賦存較為復(fù)雜，以及 抽采鉆孔施工和設(shè)備上的落后，導(dǎo)致了鉆孔質(zhì)量差、封孔質(zhì)量差的現(xiàn)狀；在管理上，抽采 單一， 抽采 時(shí)間不足，管理松散等常見(jiàn)問(wèn)題。另一方面是主觀原因，主要表現(xiàn)為 抽采 時(shí)間短、鉆孔工程量不足、封孔質(zhì)量差、 抽采 系統(tǒng)不匹配和管理不到位 [78]。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 為滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，世界各國(guó)煤炭生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量正在不斷擴(kuò)大。而礦井瓦斯 抽采 效果和效率是制約礦井增產(chǎn)的重要因素，與此同時(shí)，隨著井下開(kāi)采深度的不斷增加，低透氣性高瓦斯煤 層也越來(lái)越多。因此，怎樣卸載瓦斯壓力、增加煤層透氣性、加快瓦斯 抽采 速度、提高其 抽采 效率并最大限度的預(yù)防和控制煤與瓦斯突出事故的發(fā)生頻率和危害性己經(jīng)成為礦井安全工作人員和煤礦瓦斯防治專家所關(guān)注和研究的重中之重。 瓦斯 抽采 頻率和危害性己經(jīng)成為礦井安全工作人員和煤礦瓦斯防治專家所關(guān)注和研究的重中之重。歷史上最早的瓦斯 抽采 記錄顯示，英國(guó) WhiteHaven煤礦 Saltom 在十八世紀(jì)就己經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行了瓦斯 抽采 。礦井技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)豎井掘至 深時(shí)，井下有大量瓦斯涌出。因此人們用直徑為 50 管密后，將瓦斯引至井外，以 供當(dāng)?shù)匾晃粚W(xué)者的實(shí)驗(yàn)使用。 日本北海道地區(qū)于第二次世界大戰(zhàn)前（ 1934 年）就開(kāi)始進(jìn)行瓦斯 抽采 工作，二戰(zhàn)即將結(jié)束時(shí)（ 1943 年），德國(guó)引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)并開(kāi)始應(yīng)用于礦井生產(chǎn)過(guò)程中。隨后煤礦瓦斯 抽采 技術(shù)得到前所未有的快速發(fā)展，并成為保障礦井安全生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的技術(shù)手段。 上個(gè)世紀(jì) 80 年代，美國(guó)率先采用地面鉆井瓦斯 抽采 技術(shù)，對(duì)未投入生產(chǎn)的礦井進(jìn)行采前預(yù)抽工作，并得到了較好的收效。總的來(lái)說(shuō)，世界煤炭主要生產(chǎn)國(guó)根據(jù)各自的煤地質(zhì)狀況，相應(yīng)采取不同的瓦斯 抽采 方法，如煤層預(yù) 抽采 瓦斯，掘進(jìn)面 抽采 瓦斯、工作面 抽采 瓦斯、采空區(qū) 抽 采 瓦斯、和地面鉆井 抽采 瓦斯等。 隨著瓦斯 抽采 技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界各國(guó)的可 抽采 瓦斯礦井和瓦斯 抽采 量也有了顯著的提高。 1949～ 1950 年間，比利時(shí)和英國(guó)先后進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的瓦斯 抽采 ，年 抽采量達(dá) 5700 m179。 1951～ 1987 年間，世界煤礦瓦斯 抽采 量呈線性增加，自 1951年的 1024 億 m179。增至 1987 年的 54031 億 m179。， 抽采 瓦斯的礦井由 68 個(gè)增加到619 個(gè)，單個(gè) 抽采 礦井的平均年 抽采 量由 1951 年的 198 萬(wàn) m179。/井，增至 1987年的 877 萬(wàn) m179。/井。到目前為止，世界上已有 17 個(gè)采煤國(guó)家進(jìn)行了瓦斯 抽采 ，年 抽采 量 超過(guò) 1 億 m179。的國(guó)家有 10 個(gè)，如原蘇聯(lián)、德、英、法、中、美、波、日、澳等。其中原蘇聯(lián) 抽采 量最多，達(dá) 2102 億 m179。，德、英年 抽采 瓦斯量均在5 億 m179。以上 [10]。 最新數(shù)據(jù)表明，從全世界范圍來(lái)看，應(yīng)用瓦斯 抽采 技術(shù)的國(guó)家己達(dá)到 17個(gè)之多（美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、波蘭、澳大利亞、加拿大等），前蘇聯(lián)的 抽采 量最大，一年就高達(dá)為 24 億 m179。左右，而且更多的國(guó)家開(kāi)始致力于該項(xiàng)技術(shù)的研究。瓦斯 抽采 工作己經(jīng)被這些國(guó)家作為預(yù)防礦井災(zāi)害發(fā)生，保證安全生產(chǎn)工作的基本技術(shù)手段和必不可少的煤炭生產(chǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)。 平煤四礦瓦 斯抽采存在問(wèn)題 （ 1）煤層瓦斯含量大，呈不均勻分布， 瓦斯賦存情況復(fù)雜。 （ 2）四礦為低透氣性高瓦斯煤礦，煤巷掘進(jìn)過(guò)程中，瓦斯難以排出，煤層中 存在 較高的瓦斯壓力，易誘發(fā)突出。 （ 3）四礦整體由南到北呈單向傾斜，并有褶曲構(gòu)造，煤層斷層多、頂板破碎， 井巷壓力大、構(gòu)造多， 易形成較大的壓力梯度，易發(fā)生瓦斯突出事故。 因此，瓦斯 抽采 技術(shù)對(duì)治理其煤層瓦斯尤其重要。 研究?jī)?nèi)容、研究方法與技術(shù)路線 研究?jī)?nèi)容 （ 1）研究低透氣突出煤層條件下，瓦斯賦存及涌出規(guī)律，運(yùn)用分源預(yù)測(cè)的方法，計(jì)算出工作面的最大瓦斯涌出 量，并 對(duì) 瓦斯 抽采 的必要性與可行性 進(jìn)行 分析 。 （ 2）分析工作面瓦斯涌出影響因素，選取合理的煤層瓦斯 抽采 方法，確定相關(guān)瓦斯 抽采 參數(shù) 。 （ 3）瓦斯 抽采 工藝的效果分析，根據(jù)瓦斯 抽采 的影響因素，提出優(yōu)化管理的方法 。 研究方法 在前人對(duì)瓦斯預(yù)測(cè)和瓦斯抽采研究的基礎(chǔ)上，參考大量文獻(xiàn)資料 及 總結(jié)國(guó)內(nèi)外礦井瓦斯預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井瓦斯的基本參數(shù)以及實(shí)習(xí)期間收集到的瓦斯實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合考慮煤層瓦斯的賦存條件，分析影響礦井瓦斯涌出因素，計(jì)算瓦斯涌出量。 理論分析不同抽采方法的適用條件，綜合考慮煤層透氣性、瓦斯壓力和含量 、鉆場(chǎng) 和 鉆孔設(shè)計(jì)、采煤方法與工藝、開(kāi)采規(guī)模和強(qiáng)度 等 因素，以提高礦井瓦斯抽采 率 為目的，經(jīng)過(guò)分析研究，提出可行的工作面瓦斯抽采技術(shù)。以降低開(kāi)采過(guò)程中瓦斯的涌出量，降低煤層瓦斯突出的危險(xiǎn)性，確保煤礦的安全高效生產(chǎn)。 技術(shù)路線 首先要進(jìn)行瓦斯的涌出量預(yù)測(cè)分析，根據(jù)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》 (AQ1018 2021)， 采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)礦井瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè) 。計(jì)算煤層最大瓦斯涌出量，根據(jù)國(guó)家關(guān)于煤礦抽采的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行瓦斯抽采的必要性和可行性分析，選取合理的 瓦斯 抽采方法，并確定相關(guān)抽采參數(shù) ，最后進(jìn)行瓦斯抽采的效果預(yù)測(cè)和效果分析，并優(yōu)化瓦斯抽采管理。具體技術(shù)路線參考圖 圖 技術(shù)路線圖 確定瓦斯抽采參數(shù) 瓦斯抽采的效果預(yù)測(cè)和分析 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)與瓦斯涌出量計(jì)算 瓦斯抽采的必要性和可行性分析 瓦斯抽采方 法研究 根據(jù)實(shí)際情況確定合理的抽采方法 本煤層瓦斯抽采 鄰近層瓦斯抽采 采空區(qū)瓦斯抽采 2 平煤四礦礦井概況 礦區(qū)概況 地理位置 平頂山天安煤業(yè)股份有限公司四礦位于平頂山市區(qū)西北 6km 處，位于平頂山礦區(qū)中部，東與一、二礦相接，南與三礦為鄰，西鄰六、五礦。礦區(qū)東西長(zhǎng)約，南北長(zhǎng)約 ，礦區(qū)面積 ㎡ 。 地形地貌 平頂山煤田地處汝河以南、沙 河以北的低山丘陵地帶。北部主要由二迭紀(jì)平頂山砂巖組成的低山，自西向東有紅石山、龍山、擂鼓臺(tái)、落鳧山、平頂山、馬棚山等，為地表分水嶺，最高點(diǎn)擂鼓臺(tái)標(biāo)高 +，龍山 +；南部主要由震旦紀(jì)片巖和片麻巖及寒武紀(jì)灰?guī)r組成走向西北的丘陵山地，有蝎子山、蘆山和九里山，海拔 +150～ 158m。井田位于低山丘陵的槽形谷地之間，為一北高南低的傾斜平原。標(biāo)高 130m。 氣候條件 本區(qū)屬大陸性半干旱氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，四季分明。最高氣溫℃ (1996 年 7 月 19 日 )，最低氣溫 ℃ （ 1955 年 1 月 3 日），歷年平均氣溫℃ ，冰凍期一般為 11 月到次年 3 月。年最大降雨量 （ 1964），年最小降雨量 （ 1966），年平均降雨量 ，月最大降雨量 366mm（ 1971年 6 月），雨季多集中在七、八、九月份，約占年降雨量的 50%。年最大蒸發(fā)量（ 1959），年最小蒸發(fā)量 （ 1964），月最大蒸發(fā)量 408mm（ 1959年 7 月），月最小蒸發(fā)量 （ 1957 年 1 月）。平均絕對(duì)濕度 ，平均相對(duì)濕度 67%，最大凍土深度 14mm（ 1977 年 1 月 30 日）。冬季多北風(fēng)和西北風(fēng)，最大風(fēng)速 24m/s，平均風(fēng)速 。 平頂山煤田是以李口向斜為主體的向斜含煤盆地，其北西、南東、北東及南部邊緣分別受落差數(shù)百米至上千米的郟縣斷層、落崗斷層、襄郟斷層及魯葉斷層等構(gòu)造的切割，形成相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。平頂山礦區(qū)于李口向斜南翼，北部以紅石山、龍山、擂鼓臺(tái)、落鳧山、馬棚山、平頂山等低山組成地表分水嶺，標(biāo)高 300～ 500m，坡度 8176?！?50176。，以北渡山、九里山、扣皂山等殘丘組成西南部地表分水嶺，標(biāo)高 130～ 160m，坡度 15176?！?30176。，震旦系石英巖與寒武系灰?guī)r在西部零星出露，大氣降水可直接補(bǔ)給地下水。南北分水嶺之間為西窄東寬的槽形谷地，其間多被第四系坡積沖積物覆蓋。地勢(shì)西高東低，地層傾向北北東，傾角12176。左右。含水層井田內(nèi)按地層由老到新的順序分為 4 個(gè)含水層，據(jù)井田及鄰區(qū)資料將含水層敘述如下： ① 寒武系碳酸鹽巖巖溶裂隙含水層 主要為中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥巖、砂質(zhì)泥巖，井田內(nèi)厚度大于 200m，埋深大于 239m。主要含水層段為寒武系中統(tǒng)張夏組鮞狀灰?guī)r和上統(tǒng)崮山組白云質(zhì)灰?guī)r，兩組灰?guī)r厚度為 200m 左右，為 含煤地層基底，己 16 煤層底板間接充水含水層。據(jù)《河南省平頂山煤田一、四、六礦井深部擴(kuò)勘地質(zhì)報(bào)告》和鄰區(qū)資料，該含水層在 150m 以上的淺部巖溶裂隙較發(fā)育，深部巖溶裂隙不發(fā)育，地下水補(bǔ)給和逕流條件差，灰?guī)r含水層富水性明顯弱于淺部。 ② 二疊系己煤組頂板砂巖裂隙含水層 本含水層共有兩層砂巖含水層，自下而上為大占砂巖、香炭砂巖，大占砂巖距 己 16煤層 5～ 15m，一般為 7m，為 己 16煤層頂板直接充水含水層，主要為中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖，硅質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)。香炭砂巖下距 己 16煤層 5～ 30m，一般為 20m，為 己 16 煤層的間接充水 含水層。水質(zhì)類型Ｈ CO3Na。本含水層屬砂巖裂隙弱含水層。 ③ 二疊系平頂山砂巖裂隙含水層 平頂山砂巖位于煤系頂部，總厚 ～ ，上部中粗粒砂巖，中部中粒砂巖，下部中粗粒砂巖，底部有 5～ 10m 含礫粗砂巖。平頂山砂巖埋藏淺，在分水嶺有出露，厚度大，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，主要接受大氣降水補(bǔ)給，但由于該含水層補(bǔ)給區(qū)地形較陡，不利于裂隙水的補(bǔ)給，故含水性較差，水質(zhì)類型Ｈ CO3Na 型，本含水層屬砂巖裂隙弱～中等含水層。 ④ 第四系松散孔隙含水層 第四系厚度 0～ 43m，系出露地表巖層經(jīng)風(fēng)化后 堆積于山麓，主要由砂礫石組成，在溝谷地帶有季節(jié)性下降泉出露，泉流量 ～ 3L/s，水質(zhì)類型Ｈ CO3Ca型。 地質(zhì)構(gòu)造 本井田內(nèi)地層層序由老至新依次為：寒武系崮山組、石炭系本溪組、太原組和二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組、石千峰組和第四系。 寒武系崮山組系石炭、二疊系含煤地層的沉積基底，厚度大于 68 米，為灰色厚～巨厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。 石炭系本溪組上界為太原組Ｌ 7 灰?guī)r底面，下界為崮山組白云質(zhì)灰?guī)r的頂面，厚度平均為 米，主要為淺灰色～灰白色鋁土質(zhì)泥巖和深灰色、灰黑色炭質(zhì)泥巖。 石炭系太原組 上界為Ｌ 1 灰?guī)r的頂面，或?yàn)樯轿鹘M底部砂質(zhì)泥巖的底面，下界為本溪組鋁土質(zhì)泥巖