【文章內(nèi)容簡介】 如水力壓裂、水力割縫等 )，以提高 山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 煤層瓦斯抽放效果。 總之，在選擇瓦斯抽放方法時，應(yīng)綜合加以考慮，既要考慮煤層條件、瓦斯賦存狀況、開拓開采及巷道布置條件，又要 考慮抽放設(shè)備的能力及經(jīng)濟條件，以求達到最佳效果。 適合于康家灘煤礦 8煤層的國內(nèi)主要瓦斯抽放方法介紹 本煤層瓦斯抽放 本煤層瓦斯抽放，又稱開采煤層瓦斯抽放，主要是為了減少煤層中 的瓦斯含量和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，以確保礦井的安全生產(chǎn)；在此基礎(chǔ)上， 通過提高抽放瓦斯?jié)舛燃俺榉帕?，又可為抽放瓦斯的利用?chuàng)造一定的條件。 本煤層瓦斯抽放主要是抽放本煤層中的瓦斯；根據(jù)抽放時間與采掘的關(guān)系，本煤層瓦斯抽放又可分為預(yù)抽煤層瓦斯和邊采 (掘 )邊抽煤層瓦斯；此外，根據(jù)收集瓦斯的方式不同又可分為巷道抽放煤層瓦斯 和鉆孔抽放煤層瓦斯。 預(yù)抽煤層瓦斯一般是屬于末卸壓煤層的瓦斯抽放。雖然掘進巷道或打鉆孔都會造成局部卸壓；但其范圍一般是有限的，特別是鉆孔所引起的松動和卸壓范圍，也只是數(shù)倍鉆孔直徑的距離。因此，在預(yù)抽煤層瓦斯時，基本上仍按原始煤層條件下的瓦斯流動狀態(tài)考慮。而煤層中的瓦斯流動，則是一個比較復(fù)雜的問題。根據(jù)本章內(nèi)容所述可知、煤是一種多孔介質(zhì)，煤中包含著各種不同的孔隙，由直徑幾十 nm的微孔直到肉眼可見的孔隙和裂隙 (＞ 10cm)。瓦斯在煤中的賦存狀態(tài)，包括游離 、 吸附 和 吸收三種狀態(tài)，在一定的瓦斯壓力條件下．僅是游離狀態(tài) 的瓦斯可以流動，而吸附 和吸收 瓦斯只有當(dāng)瓦斯壓力降低時、發(fā)生解吸后轉(zhuǎn)為游離瓦斯才能參與瓦斯流動。 目前的 研究認為 大孔和裂隙中的瓦斯是以層流或紊流形式流動為主；而過渡帶 微孔中，則是以吸附和吸收為主。因此，煤層中瓦斯的流動包括解吸、擴散和滲透幾個過程。而在較小孔隙中的瓦斯擴散速度要比在大孔和裂隙中的滲透速度小得多。因此．一般情況下預(yù)抽煤層瓦斯需要經(jīng)歷較長的時間才能達到預(yù)期的目的。而未卸壓煤層的瓦斯抽放效果，則主要取決于從煤體向鉆孔捅出瓦斯的強度和延續(xù)時間。兩者又取決于煤體中的瓦斯壓力和透氣性。瓦斯壓力是煤層中瓦斯 流動的動力或勢能。透氣性則是反映瓦斯在煤層中流動的難易程度。 (1)巷道預(yù)抽本煤層瓦斯 巷道預(yù)抽本煤層瓦斯，一般是利用回采的準備巷道進行抽放。即、當(dāng)采區(qū)煤巷施工完成后。將其密閉，并插入管子進行抽放；其抽放瓦 斯工作在煤巷掘進以后和回采開始以前進行，該方法最早用于撫順煤礦。 根據(jù)撫山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 順煤礦的實踐。 抽放時間一般要 2 年以上可使回采時瓦斯涌出量有較大幅度的降低。 巷道預(yù)抽本煤層瓦斯雖然是可行和有效的。但也存在一些問題，如當(dāng)掘進瓦斯涌出量很高時，就會給正常掘進工作帶來困難；由于巷道掘進后需較長時間抽放，開采前尚需維修巷道， 故而增加了成本等。因此，是否選擇巷道法預(yù)抽本煤層瓦斯、需認真加以考慮和論證，一般情況下，其考慮的因素包括： ○ 1 礦井的采掘布置方式； ○ 2 巷道抽放瓦斯的有效范圍； ○ 3 煤層的瓦斯含量及其儲量大?。? ○ 4 預(yù)計瓦斯抽出量及其抽放效益； ○ 5 預(yù)計抽放瓦斯的時間。 經(jīng)過綜合考慮上述各項因素，并進行比較論證后瓦斯，才能確定是否采用巷道法預(yù)抽本煤層 (2)鉆孔法預(yù)抽本煤層瓦斯 鉆孔 法預(yù)抽本煤層瓦斯，由于具有施工簡便、成本低、抽放瓦斯?jié)舛容^高的優(yōu)點、在我國煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，鉆孔法預(yù)抽本煤層瓦斯主要有兩種布置方式，即穿層鉆孔布置方式和順層鉆孔布置方式。當(dāng)采用穿層鉆孔布置時鉆場可設(shè)在底板巖石巷道或鄰近 煤層巷道，向開采層打穿層鉆孔，經(jīng)過抽放后再進入煤層進行采掘．從而 可以解決掘進和采煤過程中的瓦斯問題。當(dāng)采用順層鉆孔布置方式時、則一般是利用提前開掘出的采區(qū)煤巷，沿煤層打順層鉆孔，經(jīng)過抽放后再進行回采，以解決回采過程中瓦斯涌出問題。 （ 1） 優(yōu)缺點： ○ 1 鉆 場設(shè)在運輸巷、回風(fēng)巷、開切眼內(nèi)， 沿煤層打鉆孔（上向孔或下向孔；平行孔或扇形孔），鉆孔平行于煤層 里面，層理裂隙不易溝通，影響抽放效果； ○ 2 鉆孔開孔位于煤層中，封孔不以保持嚴密，影響瓦斯?jié)舛龋? ○ 3 在松軟煤層中打鉆，易塌孔卡孔，施工困難；一般情況下，打煤孔速度快費用低； ○ 4 上向孔不會積水，瓦斯涌出均衡；下向孔則相反，涌水量大時尚需排水； ○ 5 在工作面運輸巷打下向孔，可以長時間抽放下階段煤層瓦斯，瓦 斯山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 資源多，抽放效果好；同時可截取深部瓦斯，以免涌入工作面； ○ 6 扇形孔是用一個鉆場打數(shù)個鉆孔?？梢詼p少鉆機搬遷，但在煤體中分布不均；打扇形孔對圍巖破壞較多，封口出易漏氣； ○ 7 平行鉆孔在煤層中分布均勻，抽放效果好；同時工作面采至鉆孔附近時可以用其進行卸壓區(qū)抽放（邊采邊抽），有利于提高抽放效果。 （ 2） 適用條件 ○ 1 單一煤層； ○ 2 煤層透氣性較小有抽放可能； ○ 3 煤層賦存 條件穩(wěn)定，地質(zhì)變化??； ○ 4 鉆孔要提前打好，有較長的預(yù)抽時間。 (3)邊采 (掘 )邊抽本煤層瓦斯 這是在未經(jīng)預(yù)抽或預(yù)抽時間不足的條件下，解決開采煤層采掘過程中瓦斯涌出問題的一種有效抽放方法。實質(zhì)上，主要是利用采掘過程中造成的卸壓作用抽放煤層中的瓦斯、以降低回采或掘進中涌入回風(fēng)流中的瓦斯量。 邊采 (掘 )邊抽本煤層瓦斯的適用條件如下： ○ 1 由于該方法是在回來或掘進的同時，抽放煤層中的瓦斯、因此不像預(yù)抽法那樣受開采時間的限制，可適用于瓦斯涌出大、時間緊、用預(yù)抽 法不能滿足要求的地區(qū)。 ○ 2 在抽放過程中，可借助于回采過程中的卸壓作用，使抽放區(qū)域煤體松動．增大煤層的透氣性，提高煤層瓦斯抽放效果。 ○ 3 該方法是在采區(qū)掘進準備工作完成后 (或掘進過程中 )進行的。因此在實際應(yīng)用中可根據(jù)采區(qū)各局部地點的瓦斯量大小，投入相應(yīng)的邊采 (掘 )邊抽工程。具有較強的針對性。因此，有利于解決生產(chǎn)環(huán)節(jié)中瓦斯涌出量大的問題。 采空區(qū)瓦斯抽放 在開采高瓦斯煤層，特別是開采厚煤層和煤層群時．從鄰近層 (包括圍巖和煤體 )煤柱及采掘空 間丟失的煤中向開采層采空區(qū)大量涌出瓦斯。尤其是近年來，隨著工作面的不斷推進，采空區(qū)面積的日益增大，采空區(qū)瓦斯涌出量占礦井瓦斯涌出總量的比例日益增大．一些礦井達到 40％ —60％，如平頂山礦務(wù)局十礦。這種狀態(tài)對礦井的安全生產(chǎn)造成了很大的威脅。因此，一方面為了減少礦井瓦斯涌出量，提高礦井生產(chǎn)的安全性，另一方面也為了開發(fā)利用瓦斯資源，減少對地面大氣環(huán)境的污染。采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)及裝備已得到了迅速地發(fā)展，一些礦井采空區(qū)瓦斯抽放量占礦井總瓦斯抽放量的比例達到了 60％ — 70％，如撫順龍風(fēng)礦，平頂山礦務(wù)局十礦等，采空區(qū)瓦 斯抽放占有日益重要的地位。 (1)采空區(qū)瓦斯抽放方法 山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 根據(jù)礦井地質(zhì)條件和煤層賦存狀況、開拓方式和采區(qū)瓦斯涌出量的不同、采空區(qū)的瓦斯抽放方法有 4 種： ○ 1 密閉抽放法 這是抽放采空區(qū)瓦斯最常用和最簡單的方法．即首先將采空區(qū)或回采面的進回風(fēng)巷均加以密閉，密閉墻厚 1— 3m，灌以砂、粉塵、泥漿等材料，保證嚴密不漏風(fēng)。然后將抽放管穿過回風(fēng)巷的密閉墻、伸入采空區(qū)內(nèi)進行抽放，伸入深度以 10m以上為好； 抽放時，應(yīng)對密閉內(nèi)的氣體成分、濃度、抽放負壓等參數(shù)經(jīng)常進行監(jiān)測與控制。以防增大漏風(fēng)引起來空區(qū)浮煤 自燃；該方法抽出的瓦斯?jié)舛瓤蛇_ 25％ — 60％。 ○ 2 插管抽放法 該方法是把帶孔眼的管子在頂板冒落前直接插入采空區(qū)內(nèi)進行抽放。一般情況下，插入管于直徑為 475— 1000 mm．處在采空區(qū)內(nèi)的一端長約2— 3m的管干，管壁穿有小孔并用沙網(wǎng)包好，防止抽故中發(fā)生堵塞現(xiàn)象。該管應(yīng)盡量靠近煤層頂部，處于瓦斯?jié)舛容^高的地點。這種瓦斯抽放方法抽出的瓦斯?jié)舛纫话悴桓?，通常只?l0%— 25%，故而一般抽放效率較低，但簡單易行，而且成本低。 ○ 3 向冒落拱上方打鉆孔抽放法 該方 法要求鉆孔孔底應(yīng)處在初始冒落拱的上方．以捕集處于冒落破壞帶中的上部卸壓層和未開采的煤分層或下部卸壓層涌向采空區(qū)中的瓦斯；這種抽放方式，抽出的瓦斯?jié)舛扔袝r可達 50%以上，普遍具有較高的瓦斯?jié)舛?，鉆孔的單孔瓦斯流量可達 2— 4m3/min。 在開采保護層時，常常在打鉆孔抽放鄰近層卸壓瓦斯時，同時打鉆到冒落拱上方，此時，其主要目的是捕集處在冒落帶中的上鄰近層和未開采的煤分層的瓦斯。 ○ 4 在老頂巖石中打水平鉆孔抽放法 當(dāng)涌入采空區(qū)的瓦斯主要來自開采煤層的頂板之上，而頂板為易于破碎的巖石，打 鉆抽放有困難時；可采用從回風(fēng)巷向煤層上部掘一斜巷，一直進入穩(wěn)定的巖層為止；在斜巷的末端作鉆場，逆著工作面推進方向打與煤層平行的鉆孔，如圖 所示，孔徑 248。＝ 90— 100 mm，孔長根據(jù)實際情況而定，一般在 100 m 左右。從鉆孔中心到煤層頂板的距離則取決于直接頂 (不穩(wěn)定巖層 )厚度，一般為 5— 10m。隨著回來工作面的推進，鉆孔底端始終處在冒落拱上部，而孔口處于負壓狀態(tài)，故這種抽放方式可以取得較好的抽放效果。 ○ 5 直接向采空區(qū)打鉆抽放法 該抽放方法主要利用運輸水平或回風(fēng)水平的底板巖巷或 下部煤層的巷道向采空區(qū)打鉆、以抽放采空區(qū)瓦斯，抽放鉆孔進入采空區(qū)的位置應(yīng)在采空區(qū)瓦斯積聚處為宜。 山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 在老頂巖石中打水平鉆孔抽放法布置圖 ○ 6 地面垂直鉆孔抽放法 該方法適用于開采深度淺的高瓦斯煤層。一般要求開采深度＜ 400 m，條件適宜時可從地面打垂直鉆孔抽上鄰近層和采空區(qū)的瓦斯。 (2)影響采空區(qū)瓦斯抽放的主要參數(shù)及分析 由于采空區(qū)內(nèi)透氣性能好，采空區(qū)瓦斯抽放的最大特點是低負壓高流量。因此．只要合理地調(diào)節(jié)好采空區(qū)瓦斯抽放參數(shù)，則可取得較好的抽放效果。根據(jù)采空區(qū)瓦斯 抽放的特點，我們認為影響采空區(qū)瓦斯抽放的主要因素有：采空區(qū)進回風(fēng)巷的密閉、抽放負壓及采空區(qū)瓦斯抽放參數(shù)的監(jiān)測和控制。 ○ 1 采空區(qū)進回風(fēng)巷的密閉 在采空區(qū)進回風(fēng)巷密閉中，由于施工質(zhì)量、礦山壓力等因素的影響，密閉墻及其周圍的煤巖層往往會產(chǎn)生漏氣，致使抽放瓦斯?jié)舛冉档?、甚至?xí)鸩煽諈^(qū)遺煤自燃。因此．為了解決密閉堵的漏氣問題，可采用“均壓密閉”的措施。 ○ 2 抽放負壓 在進行采空區(qū)瓦斯抽放時 應(yīng)注意調(diào)節(jié)抽放負壓。在抽放采空區(qū)瓦斯時，應(yīng)控制一定的抽放負壓，對于 具體抽放地點，采空區(qū)瓦斯抽放負壓多大合適，應(yīng)根據(jù)實際抽放過程進行調(diào)節(jié)。可參照下表 選擇。 山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 表 抽放方式與抽放負壓 序號 抽放方式 建議的負壓值 /?102Pa 1 2 3 4 5 6 密閉抽放法 插管法 向冒落拱上方大鉆抽放法 在老頂巖石中打水平鉆孔抽放法 直接向采空區(qū)打鉆抽放法 地面鉆孔抽放法 50— 70 10— 40 20— 40 20— 40 30— 70 150— 200 在鉆孔抽放期間，孔口負壓應(yīng)逐漸減小，以保證新投入抽放的鉆孔有必要的負壓。 (3)瓦斯抽放參數(shù)監(jiān)測與控制 采空區(qū)瓦斯抽 放，由于一般瓦斯?jié)舛容^低，且屬于低負壓高流量的抽放，故易增大采空區(qū)漏風(fēng)而導(dǎo)致采空區(qū)遺煤的自燃。為此，原中國統(tǒng)配煤礦總公司頒布的《礦井抽放瓦斯管理規(guī)范》中規(guī)定：在有自然發(fā)火危險的采空區(qū)抽放瓦斯時，必須控制抽放負壓，減少漏風(fēng)，并經(jīng)常檢查和掌握CO 和氣體溫度的變化，抽放瓦斯?jié)舛炔坏陀?20％。 小結(jié) 本章對瓦斯的基本理論 從基本概念入手 做了具體的表述，特別是 瓦斯的運移分帶理論和抽放理論 并對 抽放 方法 的分類 、 選擇依據(jù)進行了具體陳述，對基本適合 88203 工作面抽放瓦斯的方法 進行了介紹，為下一步的方法選擇提供了依據(jù)。 山東科 技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 3 康家灘礦簡介及 8煤層開采基本情況 康家灘煤礦概況 康家灘煤礦位于山西省保德縣橋頭鎮(zhèn)境內(nèi)，地處黃河?xùn)|岸，山西黃土高原的西北邊緣，距保德縣東關(guān)鎮(zhèn) 18 公里，距神東公司總部所在地大柳塔鎮(zhèn) 168 公里，韓 俯二級公路及神 朔復(fù)線電氣化鐵路從井田中部穿過，交通十分便利。 康家灘井田范圍由 18 個拐點圈定，開采深度由 940m至 420m標高，面積 平方公里， 地質(zhì)儲量 億噸 ， 可采 儲量 4 億 噸。 井田總體地勢東南高，西北低，最高處地形標高為 ，最低處標高為 910m，最大高差 ，井田內(nèi)地形切割嚴重，屬于黃河流域水系，朱家川河、孫家溝河兩條季節(jié)性河流，從井田北部邊緣通過并匯入黃河。主要可采煤層為 8 號、 13 號煤層，一般在 — ，平均 ，賦存穩(wěn)定，多含 1— 2 層夾矸。 康家灘煤礦原為保德縣橋頭煤礦，神東公司于 20xx 年 4 月租賃并進行技術(shù)改造，利用原礦井主斜井作為主運輸系統(tǒng)，原風(fēng)井（斜井）回風(fēng)，新掘一平硐作為輔助運輸系統(tǒng)，于 20xx 年 7 月份正式投產(chǎn)，配置兩套連續(xù)采煤機，采用旺格維利采煤法開采，設(shè)計生產(chǎn)能力 240 萬噸 /年。 為適應(yīng)市場對優(yōu)質(zhì)煤源的需求，使神東礦區(qū)生產(chǎn)的侏 羅紀煤與石炭二迭紀煤達到合理摻配，以此彌補神華煤種缺陷，提高神華品牌煤的市場競爭力， 20xx 年 11 月，神