【文章內容簡介】 40m3/min。 由于回采面、綜掘面瓦斯涌出量大于 5m3/min 和 3m3/min，且回采工作面和綜掘工作面設計風量小于稀釋瓦 斯所需風量， XX 煤礦有必要建立瓦斯抽放系統(tǒng)。 瓦斯抽放的必要性 綜上所述， XX 礦的瓦斯抽放必要性如下： 1） 101 工作面為礦井首采工作面，投產后產量較高，瓦斯涌出量將達到 m3/min，用通風方法解決瓦斯問題比較困難；綜掘工作面掘進速度較快，瓦斯涌出量為 m3/min，用通風方法解決瓦斯問題也比較困難。 2） XX 煤礦采用綜放采煤法，落煤強度較大，工作面后方采空區(qū)瓦斯將大量涌出，上隅角附近很可能出現(xiàn)瓦斯積聚，特別是遇到頂板破碎帶 ，工作面冒頂后高頂內也 將有高濃度瓦斯積聚，給工作面瓦斯 管理工作帶來一定的隱患。 3） XX 煤礦的鄰近礦井下溝煤礦，其四采區(qū)的首采工作面 40401 工作面，由于遇到地質構造帶，出現(xiàn)瓦斯異常涌出，掘進期間瓦斯經(jīng)常超限，對掘進影響很大。在形成工作面后由于瓦斯影響，近一個月無法生產，在建立瓦斯抽放系統(tǒng)以后，才恢復 正常回采。 XX 煤礦的開采技術條件和地質條件 與下溝煤礦相似，很可能存在瓦斯富集區(qū)，如 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 14 遇到地質構造帶，出現(xiàn)瓦斯異常涌出，將嚴重影響礦井的正常生產。 瓦斯抽放的可行性 開采層瓦斯抽放的可行性是指在原始透氣性條件下進行預抽的可能性 ,一般來說 ,其衡量指標有兩個：一為 煤層的透氣性系數(shù)λ；二為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α ,按λ和α判定開采層瓦斯抽放可行性的標準如表 31所示。 表 31 開采層預抽瓦斯難易程度分類表 抽放難易程度 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) （α）(d1) 煤層透氣性系數(shù)（λ） (m2/) 容易抽放 10 可以抽放 ～ 10～ 較難抽放 XX 煤礦實測 8煤層的透氣性系數(shù)為 ，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為～ d1,，對比表 32 可以看出 8煤層屬于可以抽放煤層，具備本煤層瓦斯抽放的條 件，我國除 XX、晉城等少數(shù)礦區(qū)煤層透氣性較好外，其它礦區(qū)煤層透氣性都比較差， XX煤礦的抽放條件還是相對較好的。 采空區(qū)瓦斯抽放屬卸壓抽放，只要抽放工藝合理，一般都會取得較好的抽放效果。 建立瓦斯抽放系統(tǒng)的類型 瓦斯抽放系統(tǒng)分地面永久抽放系統(tǒng)和井下局部瓦斯抽放系統(tǒng)兩類，根據(jù)原煤炭工業(yè)部 1997 年頒布的《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》第 10 條規(guī)定：建立永久瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應同時具備下列 2 個條件： （ 1）瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在 2 m3/min 以 上； （ 2）瓦斯資源可靠、儲量豐富，預計瓦斯抽放服務年限在 10 年以上。 根據(jù) XX 煤礦的抽放條件，預計可滿足上述 2 個條件，但 XX 煤礦屬首次進行瓦斯抽放，建立地面永久抽放系統(tǒng)的條件尚未成熟，因此首先考慮建立井下局部瓦斯抽放系統(tǒng)。主要理由如下： 1） XX 煤礦初期瓦斯涌出量相對較小， 抽放量要求不大，適合進行井下移動抽放； XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 15 2）礦井首次進行瓦斯抽放，經(jīng)驗不足； 3）建設地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)投資較大， 在建立地面抽放瓦斯泵站之前，用移動泵站進行井下試抽，由試驗確定最佳抽放方法和抽放參數(shù)，為建立永久性地面泵站抽放系統(tǒng)提 供可靠的依據(jù)，避免盲目投資造成浪費。 因此 XX 煤礦應首先開展井下移動抽放工作，積累抽放經(jīng)驗，如今后瓦斯涌出量增大，局部瓦斯抽放系統(tǒng)不能滿足要求時，再考慮建立永久瓦斯抽放系統(tǒng)。因此 XX 煤礦首先建立井下移動瓦斯抽放系統(tǒng)。 建議 XX 煤礦在井筒預敷設瓦斯抽放管路為建立地面固定瓦斯抽放系統(tǒng)做準備。 4 抽放瓦斯方法與工藝 礦井瓦斯來源分析 XX 煤礦 101 工作面屬厚煤層一次采全高，采用綜放采煤法。工作面瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯涌出包括丟煤解吸的瓦斯、圍巖涌出的 瓦斯，為此工作面瓦斯主要來源于開采落煤和采空區(qū)（含圍巖）涌出的瓦斯。因此 101 工作面瓦斯抽放的重點應放在預抽本煤層和抽放采空區(qū)瓦斯上。 抽放瓦斯方法 抽放瓦斯方法的選擇，主要是根據(jù)礦井（或采區(qū)、工作面）瓦斯來源、煤層賦存狀況、采掘布置、開采程序以及開采地質條件等因素進行綜合考慮。目前抽放瓦斯方法主要有：開采層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放，選擇具體抽放瓦斯方法時應遵循如下原則： 選擇的抽放瓦斯方法應適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質條件和開采技術條件； 應根據(jù)瓦斯來源及涌出構成進 行，盡量采取綜合治理瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果； 有利于減少井巷工程量，實現(xiàn)抽放巷道與開采巷道相結合； 選擇的抽放瓦斯方法應有利于抽放巷道布置與維修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本； 所選擇的抽放法應有利于抽放工程施工、抽放管路敷設以及抽放時間增加。 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 16 抽放瓦斯方法的確定 根據(jù)抽放方法的選擇原則，結合 XX 煤礦各煤層的賦存、瓦斯來源等特點，考慮到工作面所需的抽放量，提出 XX 煤礦較合理的抽放方法。抽放方法，見表 41： 表 41 抽放方案選擇 類別 抽排放方式 理 由 抽排放工藝 建議 本煤層抽放 采煤工作面預抽及邊采邊抽 煤層瓦斯含量較大，透氣性系數(shù)及鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù)滿足預抽條件 在回風巷內打斜交鉆孔、交叉鉆孔或垂直鉆孔。 首先采用 采空區(qū)抽放 采空區(qū)（上隅角）埋管抽放 采空區(qū)內瓦斯涌出量較大 上隅角淺部或深部插管抽放 首先采用 高位鉆孔（鉆場不爬坡，鉆孔沿底板）及邊孔 采空區(qū)瓦斯涌出量較大 高位鉆孔沿回順掘鉆場，向冒落拱上方打扇形孔。邊孔不設鉆場，沿回風巷向冒落拱上方打鉆孔 如上隅角淺部插管的抽效果不好，再考慮采用。 高位鉆孔抽放 （ 鉆場設在煤層頂 板內） 采空區(qū)瓦斯涌出量較大 在回風巷內向煤層頂板掘一條小上山，然后返平做鉆場，向冒落拱上方打扇形孔。 今后考慮試驗應用 由于 XX 煤礦首次進行瓦斯抽放，缺乏經(jīng)驗，抽放方法需通過試驗來確定，因此首先在 101 工作面采取本層鉆孔抽放與上隅角瓦斯抽放相結合的方法。本層鉆孔抽放采取邊采邊抽與預抽相結合的方式。 抽放瓦斯工藝設計 抽放鉆孔 抽放方法： 在工作面回風側打順層斜向鉆孔，工作面開采前進行煤層瓦斯預抽，預抽時間最好 6個月以上，開采時進行采動卸壓抽放。 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 17 抽放鉆孔布置 ：鉆孔技術參數(shù)，見表 42；抽放鉆孔布置，見圖 41。 表 42 鉆孔技術參數(shù)表 鉆孔 類別 鉆孔與巷道夾角 （ 176。） 鉆孔與水平面夾角 （ 176。） 孔深 （ m） 鉆孔直徑 （ mm） 孔間距 （ m） 軌道巷鉆孔 45 7～ 10 150 94 10 XX 煤礦煤層屬于可抽放煤層，透氣性較好，根據(jù)鄰近礦井下溝煤礦的抽放經(jīng)驗鉆孔間距先取 10m 左右，如沒有達到預期的抽放效果則必須減小鉆孔間距，采用較密集鉆孔抽放。 超前支護單體支柱抽放支管軟管10m～卸壓帶排瓦斯管路一盤區(qū)膠帶輸送機巷一盤區(qū)軌道巷 聯(lián)絡巷軌道巷工作面回風巷工作面抽瓦斯管路抽放泵站圖 41 抽放鉆孔布置圖 封孔工藝： 鉆孔采用聚氨酯封孔 ，聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的簡稱。它的種類繁多，根據(jù)原料配方不同，可以制成多種不同產品。對于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在發(fā)泡后，其內所形成的孔為封閉孔，即孔口不漏氣，另外對發(fā)泡時間、發(fā)泡倍數(shù)、固化后的強度，可塑性等均有一定的要求。 聚氨酯封孔采用卷纏藥液法及鉆孔內封孔管結構，如圖 42所示。 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 18 木塞鐵線10005000~600010005000~6000圖42 聚氨酯纏藥方法及封孔管結構示意圖 水泥沙漿聚氨脂密封段鉆孔10花孔鐵檔板橡膠墊圈毛巾布抽放管 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 19 抽放管為外徑 50mm 的抗靜電塑料管，長為 5～ 6m，在管前端固定上鐵檔板，套上木塞和橡膠墊圈，距前端橡膠墊圈 1m處，再套上木塞和橡膠墊圈，并用鐵線纏 緊固定，在 1m間距內的抽放管上固定一塊毛巾布（ 1m ）。卷纏藥液法封孔操作程序為：先稱出封 一個孔的甲、乙組成藥液，分別裝入兩個容器，再將藥液同時倒入混合桶，立即用棒快速攪拌均勻，當藥液由黃褐色變?yōu)槿榘咨珪r，停止攪拌，將藥液均勻倒在毛巾布上，邊倒藥液邊向抽放管上卷纏毛巾布，并把卷纏好藥液的封孔管迅速插入鉆孔，大約5 分鐘后，藥液開始發(fā)泡膨脹， 20 分鐘后停止發(fā)泡，逐漸硬化固結。為了避免封孔管晃動影響封孔質量，孔口處用木塞楔緊。封一個鉆孔的聚氨酯用量約為 1kg 左右。 鉆孔與管路的連接 聚氨脂封孔 1 小時后，便可與抽放管路連接，而水泥砂漿封孔需經(jīng) 25 小時后才可與抽放管路連接。鉆孔與管路連接處應設置流量計和放水裝置。鉆孔封孔器與抽放管路的連接，如圖 43所示。 超前支護單體支柱抽放支管軟管10m～圖 43 鉆孔與抽放瓦斯管路連接示意圖 開掘鉆場抽放： 工作面正?；夭梢院螅缙л斔蜋C影響鉆機正常施工，這時可沿軌道順槽每隔 70m 開掘一鉆場，在鉆場內向工作面布置扇形鉆孔進行抽放，鉆場規(guī)格長，深 4m，高度與軌道順槽相同， 1＃ ～ 5＃ 孔與軌道順槽巷道夾角分別為 10176。、 20176。、30176。、 40176。、 50176。，其它參數(shù)，同表 42軌道順槽上向孔。鉆場鉆孔布置，見圖 44。 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 20 回風順槽工作面運輸順槽鉆場70 m 圖 44 鉆場抽放鉆孔布置圖 頂板走向鉆孔抽放采空區(qū)或鄰近層（鉆場設在煤層頂板內） 頂板走向水平長鉆孔抽放鄰近層瓦斯技術就是針對高瓦斯無煤柱（無尾巷），綜采或綜放工作面的特點，為解決瓦斯超限問題，采用沿開采層頂板巖層走向布置迎面定向水平長鉆孔代替頂板瓦斯巷抽放上鄰近層瓦斯或采空區(qū)瓦斯。 鉆孔及鉆場布 置，見圖45 。 抽放方法： 采用頂板高位鉆孔抽放采空區(qū)及圍巖的瓦斯。 鉆場施工：在工作面回風巷，沿回風巷走向每隔 80m 處開掘一條垂直回風巷的上山，上山寬 3m，高 2m，坡度約為 30 度，掘 5m后反平，再沿煤層頂板掘 2～ 3m 平巷作為鉆場。 鉆孔布置：每個鉆場內布置 4 個鉆孔，呈扇形布置，詳見圖 45，鉆孔參數(shù)，見表 44。 XX 煤礦局部瓦斯抽放設計 21 回風巷進風巷鉆場 采面切眼BB頂板孔綜放工作面鉆場 A ABB 剖面AA 剖面圖 45 頂板高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯示意圖 表 44 鉆孔技術參數(shù)表 孔號 開徑孔φ（ mm） 終孔徑 φ（ mm） 方位 （176。） 傾角 （176。） 開孔 位置 鉆孔間距 （ m） 孔深 （ m） 1＃ 108 94 0 3 鉆窩上幫距頂梁 150 2＃ 108 94 10 3 150 3＃ 108 94 20 3 150 4＃ 108 94 25 3 150 注：以上技術參數(shù)只供試驗參考，須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。 封孔工藝：鉆孔施工時，先采用直徑 108mm鉆頭開孔，開孔深度 6m。開孔后再鉆直徑 94mm的鉆孔，孔長度 150m。在孔內插入直徑 73mm 的雙抗塑料管作為抽放瓦斯管，封孔采用兩種方法 ：聚胺脂封孔或水泥封孔。頂板高位鉆孔一般采用水泥封孔，在水泥封孔有困難時，采用聚胺酯封孔。為提高抽放瓦斯鉆孔的抽放瓦斯量，防止鉆孔垮