【導(dǎo)讀】七一煤礦礦井瓦斯抽方工程初步設(shè)計。山西省襄垣縣七一煤礦。煤炭科學研究總院沈陽研究院

　　

【正文】 放 ～ 10～ 較難抽放 ＞ ＜ 七一煤礦實測的 2 號煤層的參數(shù)分別為 :百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為 ～。煤層透氣性系數(shù)為 ～ d 左右。根據(jù)上面的數(shù)據(jù)綜合分析可知七一煤礦開采煤層屬于可以抽放煤層。 通過以上分析，七一煤礦具備建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。 建立礦井地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)的結(jié)論 如前所述 ，七一煤礦瓦斯資源可靠、儲量豐富，滿足《 煤礦瓦斯抽放規(guī)范》中 的規(guī)定 ，即： 建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應(yīng)同時具備下列 2 個條件： 瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在 2m3/min 以上。 瓦斯資源可靠、儲量豐富，預(yù)計瓦斯抽放服務(wù)年限在 5 年以上。 所以結(jié)論是：七一煤礦符合建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。 4 瓦斯抽放 方法的選擇 瓦斯抽放 方法 的選擇 瓦斯抽放 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(zhì)條件等因素進行綜合考慮。目前 瓦斯抽放 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 瓦斯抽放 方法時應(yīng)遵循如下原則： 選擇的 瓦斯抽放 方法應(yīng)適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件； 應(yīng)根據(jù)瓦斯來源及涌出構(gòu)成進行，盡量采取綜合 瓦斯抽放 方法，以提高 瓦斯抽放 效果； 指 標 難 易 程 度 七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 22 有利于減少井巷工程量，實現(xiàn)抽放巷道與開采巷道相結(jié)合； 選擇的 瓦斯抽放 方法應(yīng)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； 所選擇的抽放方法應(yīng)有利于抽放工程施工、抽放管路敷設(shè)以及抽 放時間增加。 瓦斯抽放方法概述 回采工作面瓦斯來源及構(gòu)成 根據(jù) 工作面瓦斯涌出量構(gòu)成預(yù)測結(jié)果（詳見，表 32），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)丟煤解吸的瓦斯和圍巖、鄰近層涌出的瓦斯。工作面瓦斯主要來源于 采空區(qū)（含采空區(qū)丟煤、圍巖及鄰近層） 和 開采層涌出的瓦斯。 開采層瓦斯抽放 開采層抽放包括預(yù)抽、邊采邊抽和強化抽放等方式，預(yù)抽主要采用鉆孔預(yù)抽，是在工作面開采前預(yù)先抽放煤體中的瓦斯，屬于未卸壓煤層的瓦斯抽放，對于透氣性及其它預(yù)抽條件較好的煤層，預(yù)抽會 取得較好效果。邊采邊抽利用工作面開采時的卸壓效應(yīng)抽放本層瓦斯，當工作面推進時，工作面前方煤體由于卸壓，透氣性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向鉆孔，抽放工作面前方煤體的卸壓瓦斯。 七一 煤礦 為 高瓦斯 礦井 ， 3煤層透氣性系數(shù)為 ～ d 左右 ， 為可以抽放煤層， 并且七一煤礦開采層瓦斯涌出量占回采工作瓦斯涌出量的 60%左右 ，開采層是工作面瓦斯涌出的最主要來源， 為了保證礦井安全 高 效開采，應(yīng)進行采前預(yù)抽。 同時， 為了保證 抽放效果，七一 煤礦應(yīng)加強邊采邊抽，并適當加大布孔密度和增加抽放時間 的方 式來提高預(yù)抽效果 ，也可 采用預(yù)裂爆破等強化抽放的方式 來提高預(yù)抽效果。 七一 煤礦 掘進工作面瓦斯涌出量 較大 ， 可采用邊掘邊抽的抽放方法 治理工作面瓦斯 。 鄰近層瓦斯抽放 鄰近層瓦斯抽放就是通常所說的卸壓層瓦斯抽放。在煤層群條件下，受開采層的采動影響，其上部或下部的鄰近層煤層得到卸壓，而產(chǎn)生膨脹變形，煤層透氣性大幅度提高。此時煤層與巖層之間形成的空隙與裂縫，不僅可儲存卸壓瓦斯，而且也是良好的瓦斯流動通道，為防止鄰近層瓦斯向開采層工作面涌出就應(yīng)當用抽放的辦法來處理這部分瓦斯。實踐證明，鄰近層瓦斯抽放效果好 ， 如果抽放參 數(shù)選取得當，抽放率可達到70~80%，甚至更高。 七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 23 根據(jù)工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果， 七一 煤礦鄰近層瓦斯涌出量占回采工作瓦斯涌出量的 30%左右 ，鄰近層是工作面瓦斯涌出的主要來源 之一 ， 據(jù) 七一 煤礦的煤層賦存與開采條件，可采用由開采層層內(nèi)鉆場向鄰近層打穿層鉆孔抽放鄰近層瓦斯 。 采空區(qū)瓦斯抽放 鄰近層及圍巖瓦斯的大量涌出，使回采工作面采空區(qū)瓦斯涌出量較大；井下老采空區(qū)內(nèi)存在大量瓦斯，老采空區(qū)瓦斯大量涌出 會 增加采區(qū)及礦井的通風壓力。采空區(qū)瓦斯抽放屬于卸壓抽放，采空區(qū)瓦斯抽放具有抽放量大、來源穩(wěn)定等特點。 七一 煤礦老采空區(qū) 瓦斯涌出量占礦井總涌出量的 %，現(xiàn)采空區(qū)瓦斯涌出量占回采工作面瓦斯涌出量的 40%左右，采空區(qū)瓦斯抽放 尤為重要 。 根據(jù) 3煤層 煤層賦存條件和巷道布置情況， 七一 煤礦 可采用頂板 高位鉆孔 、 斜交鉆孔法 、采空區(qū)埋 管法等抽放方法 治理現(xiàn)采空區(qū)及鄰近層瓦斯 。抽放過程中 應(yīng) 根據(jù)抽放效果 不斷調(diào)整抽放參數(shù)， 提高瓦斯抽放 效果 。 七一 煤礦老采空區(qū)瓦斯涌出量較大 ，應(yīng)選用全封閉式抽放方法。 在抽放過程中 必須經(jīng)常檢測抽放管路中 CO 濃度和氣體溫度等 相關(guān) 參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，必須采取防止煤自燃的措施。 可選 瓦斯抽放 方法 及 參數(shù)設(shè)計 根據(jù)抽放方法的選擇原則，結(jié)合 七一 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 七一 煤礦較合理的抽放方法。 斜向鉆孔抽放 （ 1） 抽放方法：在工作面回風側(cè)打順層斜向鉆孔，工作面開采前進行煤層瓦斯預(yù)抽，開采時進行采動卸壓抽放。 （ 2） 抽放鉆孔布置：鉆孔技術(shù)參數(shù)見表 41，抽放鉆孔布置見圖 41。 表 41 斜向鉆孔技術(shù)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） 斜向 鉆 孔 60 與煤層傾角相同 120 94 5 注：以上技術(shù)參數(shù)供工作面試驗用，須根據(jù)實際效果考察來確定合適的參數(shù)。 七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 24 超前支護單體支柱抽放支管膠管5m～1.5m卸壓帶抽瓦斯管路回風巷進風巷 圖 41 斜向鉆孔布置圖 （ 3） 封孔工藝 鉆孔采用聚氨 酯 封孔，封孔深度 5～ 9m，封孔段長度 1m，封孔管為直徑 φ50mm的PE 管（阻燃、抗靜電）， 再用鎧裝膠管連接到支管上，再連接到主 管上，最后到達地面泵房。 抽放鉆孔間距應(yīng)進一步考察，確定合理鉆孔間距， 預(yù)抽時間 預(yù)計為 7 個月。 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(chǎn)品。對于井下封孔 而言，主要要求聚氨酯在發(fā)泡后，其內(nèi)所形成的孔為封閉孔，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(nèi)封孔管結(jié)構(gòu)，見 圖 42。 七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 25 1 0 005 00 0 90 001 0 005 00 0 90 00橡膠墊圈鐵檔板 木塞 鐵線毛巾布 抽放管 水泥沙漿聚氨脂密封段鉆孔 10 花孔 圖 42 聚氨酯纏藥方法及封孔管結(jié)構(gòu)示意圖 （ 4） 抽放管路管理 工作面開采后，隨著工作面的推進，靠近切眼的抽放鉆孔不斷報廢，當鉆孔距工作面切眼 60m 時，預(yù)計抽放鉆孔進入卸 壓 區(qū)，進行卸壓抽放，隨著抽放管路不斷變短，靠近切眼的管路要逐段卸下來，端頭用法蘭片密封。由 于工作面在回采時，回風巷需進行超前支護大約 20m，為了不影響生產(chǎn)，需提前拆除管路，給瓦斯管路的管理造成一定困難，所以可以考慮在靠近工作面切眼 30m 內(nèi)的鉆孔用軟膠管與抽放管相連，抽放管未端特制一段 2～ 3m長的短管，短管上做幾個變徑三通，與靠近工作面的鉆孔用軟管相連，鉆孔報廢后再向前移動短管，保持短管始終在抽放管路的末端，這樣一來，工作面的預(yù)抽鉆孔可以抽取大量的卸壓瓦斯，使本煤層預(yù)抽取得較好的抽放效果。 采空區(qū)（上隅角）插管抽放 上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一個負壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯由抽放管 路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風流不暢（或微風）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用 6m長的鎧裝軟管與主抽放管路連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高），抽放軟管與木棒綁在一起，用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽放濃度，上隅角處應(yīng)采用擋風簾，提高抽放效果。隨著工作的推進，拆下前端一段主管路，移動抽放軟管，如此反復(fù)。抽放工藝如圖七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 26 43 所示。軟管可采用 8 吋管。抽放管伸入上隅角長度及位置應(yīng)根據(jù) 實際抽放效果，不斷調(diào)整，得到合理的參數(shù)。 如前所述，上隅角插管瓦斯抽放是制造一個負壓區(qū)，讓周圍瓦斯向負壓區(qū)流動，然后通過排放管路，抽出工作面，負壓區(qū)在什么地方最合適，頂板巖性不同，頂板的冒落程度不同，對負壓區(qū)的選擇都將有較大影響，為確保抽放點的合適位置（使吸入口瓦斯?jié)舛容^高），在抽放管路負壓始端的接一個帶 4～ 8 個分支的一段管路，分支出幾個支管，支管出口接 4 吋或 6 吋膠皮軟管，軟管插入上隅角后呈發(fā)散排列，可提高抽放效果，如圖 44 所示。 圖 43 上隅角插管抽放瓦斯示意圖 圖 44 上隅角分支插管抽放瓦斯示意圖 抽放管路擋風簾鎧裝軟管支架采空區(qū)抽放管 擋風簾 鎧裝軟管3001 回風巷3001 工作面3001 回風巷抽放管路擋風簾擴散器 單體支架采空區(qū)膠管擋風簾 鎧裝軟管抽放管 擴散器30 01 回風巷30 01 工作面30 01 回風巷七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 27 全封閉采空區(qū)抽放 七一煤礦老采空區(qū)瓦斯涌出量較大，是礦井主要的瓦斯來源 之一 ，為防止采空區(qū)向礦井、采區(qū)涌出瓦斯，打密閉墻時，向采空區(qū)密閉墻內(nèi)插管，進行老采空區(qū)瓦斯抽放。抽放方法，詳見圖 45。 圖 45 全封閉采區(qū)瓦斯抽放示意圖 （ 1）密閉墻插管布置參數(shù) 采空區(qū)閉墻插管抽放瓦斯，是解決采空區(qū)瓦斯向外涌出的一項行之有效的措施，但要求閉墻密閉性好，以保證抽放瓦斯的濃度。密閉墻兩端用料石或普通建筑用磚砌成，里外圍墻，厚度不小于 。密閉墻總厚度為 ，為保證密閉性，將巷道四周墻壁挖出深約 的槽溝，將料石鑲嵌進去，中間留有不小于 lm的空間用土夯實，將瓦斯管放在閉墻的上部。瓦斯管外口安設(shè)閥門，未抽放前將閥門關(guān)閉，以免向外泄漏瓦斯。 （ 2）插管與主管的連接與管理 由于采空區(qū)密封性較差，瓦斯?jié)舛炔粫?，并且波動很大，為確保整個抽放系統(tǒng)的瓦斯不低于安全濃度以下，所以插管與主管連接處必須設(shè)閥門，節(jié)流孔板和濃度檢測口，以便于及時檢測抽出的瓦斯?jié)舛?、流量? 掘進工作面瓦斯抽放 根據(jù)對七一煤礦 3煤層煤巷掘 進工作面瓦斯涌出量預(yù)測達 7m3/min 以上，僅靠通風方法解決不合理，特別是在掘進工作面進入地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)時，掘進工作面涌出量可七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 28 能增大，應(yīng)邊掘邊抽， 其優(yōu)點是抽放時不影響掘進，且抽放效果較好， 以便減輕工作面的通風負擔，掘進工作面抽放瓦斯方法見圖 46 和附圖。 鉆場規(guī)格 尺寸 為：寬 ，長4m，高 ， 鉆場掘成后，在開口處架設(shè)一架抬棚進行支護 ，鉆場間距為 25m。抽放方法，見圖 46，參數(shù)見表 42。 10 0m15004000250035 0035 00鉆場鉆孔掘進巷道抽放管路鉆場示意圖圖 46 掘進面邊掘邊抽示意圖 表 42 邊掘 邊抽鉆孔技術(shù)參數(shù)表 鉆孔 類別 鉆孔與巷道中心線夾角 （ 176。） 鉆孔仰角 （ 176。） 孔深 （ m） 鉆孔直徑 （ mm） 邊掘邊抽 β1 5176。 β2 10176。 β3 15176。 β4 20 同煤層傾角 100 94 注：以上技術(shù)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)。 （ 1） 鉆場鉆孔布置原則 1） 鉆場的布置應(yīng)免受采動影響，避開地質(zhì)構(gòu)造帶，便于維護，利于封孔，保證抽放效果。 2） 盡量利用現(xiàn)有的開拓、準備和回采巷道布置鉆場。 （ 2） 鉆孔與抽放管路連接 鉆孔與抽放管路連接方式 ， 見圖 47。 七一煤礦礦井 瓦斯抽放工程 初步 設(shè)計 29 抽放管路軟管鉆孔封孔材料封孔管閥門 圖 47 邊掘邊抽 鉆孔與管路連接示意圖 （ 3） 封孔工藝 封孔工藝與斜向鉆孔相同 。 高位鉆孔抽放采空區(qū)或鄰近層 瓦斯 （鉆場布置在煤層內(nèi)） 高位鉆孔抽放鄰近層瓦斯技術(shù)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。 鉆場及鉆孔布置 1）抽放方法：