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1、煤炭科学研究总院重庆研究院煤炭科学研究总院重庆研究院 董钢锋董钢锋 2007.112007.11 煤矿瓦斯抽采和突出防治技术煤矿瓦斯抽采和突出防治技术 1 煤矿瓦斯治理的基本原则 u“先抽后采、监测监控、以风定产 ”的瓦斯治理十二字方针 u“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、 煤气共采”的瓦斯综合治理战略 u“煤矿瓦斯抽采基本指标”（ AQ1026-2006） 2 煤矿瓦斯治理的总体思路 n形成以区域性措施（瓦斯抽采和 开采保护层）为主，局部措施为辅 的综合治理体系 n试验应用瓦斯治理新技术和新装 备，提高总体技术水平 3 提纲 保护层开采 瓦斯抽采技术 瓦斯治理新技术 技术发展思路 4 开采保护
2、层区域防突技术开采保护层区域防突技术 5 开采保护层区域防突技术开采保护层区域防突技术 一、开采保护层的基本理论 二、开采保护层瓦斯综合治理 三、开采保护层实践 6 开采保护层区域防突技术开采保护层区域防突技术 一、开采保护层的基本理论 1、保护层的概念； 2、开采保护层防治煤与瓦斯突出机理； 3、保护效果及保护参数考察； 4、开采保护层应注意的问题。 7 一、开采保护层基本理论 1、保护层的概念 所谓保护层，通常是指在煤层群开采中 ，某部分煤层具有煤与瓦斯突出或冲击地压等动 力显现特点，而另一部分煤层不具有这种动力显 现特点或动力显现特点不明显，这时，根据赋存 关系，选择某一层不具有动力显现
3、特点或动力显 现特点不明显的煤层先行开采，而具有动力显现 特点的煤层在其邻近层开采后再开采。先行开采 的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层 ，保护层位于被保护层上方的称为上保护层，反 之称为下保护层。 8 一、开采保护层基本理论 2、开采保护层防治突出作用机理 保护层开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参 数发生显著变化，从发生变化的时间看，卸压作用是最先出现的，有些 卸压过程甚至在保护层工作面前方1020m处开始，一般在工作面后方 ，当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显著变化。保护层防治 煤和瓦斯突出的原理可用框图表示。 9 一、开采保护层基本理论 3、保护效果及保护
4、参数考察 (1)保护层的有效保护层间距 保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一 临界距离时，保护作用已不明显，该临界距离称之为有效层间 距。我国根据大量试验资料统计分析认为，在采深小于550m ，回采面长度小于120m条件下，保护层的有效保护层间垂距 为：急倾斜煤层上保护层60m，下保护层80m，缓倾斜和倾斜 煤层上保护层50m，下保护层100m。选择保护层时应根据保 护层厚度、顶板管理方法，回采工作面长度和开采深度等因素 确定有效垂距。 10 一、开采保护层基本理论 3、被保护层有效保护范围确定 (2)保护层沿走向的合理超前距 七十年代前苏联的研究认为：以被保护层变形 值等于最大膨胀
5、变形值80%为标准，则上保护层超前于 被保护层不应小于1倍层间距，下保护层超前于被保护层 不应小于0.6倍层间距。我国部分矿井的试验也证实了上 述的结论。考虑到瓦斯排放和抽放，使被保护层不仅能 充分卸压，并能充分排放或抽放瓦斯，认为保护层超前 被保护层的距离不应小于2倍层间距，并不得小于40m， 实践证明，按照这一原则布置，对防治煤与瓦斯突出和 治理瓦斯是有效的。 11 一、开采保护层基本理论 3、被保护层有效保护范围确定 (3)保护层沿走向的卸压保护角 在保护层工作面的始采线与停采线处，由于地压 的传递作用,使得被保护层的有效保护范围应小于保护层 的开采范围，被保护层的始采线与停采线应以保护
6、层始 采线和停采线内退一定距离，该距离与层间垂距有关， 根据试验表明，对上保护层为0.550.67倍层间垂距为 宜，也即保护卸压角为5661为宜，具体数据应实 际考察。但被保护层进入到距保护层始采线与停采线 40m以内时，保护层开采应超前3个月以上。 12 一、开采保护层基本理论 3、被保护层有效保护范围确定 (4)保护层沿倾向的卸压保护角 沿倾斜方向保护范围可按卸压角划定。卸压角大 小与煤层倾角，开采深度，层间岩性等因素有关，各种 条件下的卸压角最好通过实地考察确定，前苏联矿山测 量科学研究所通过现场测定和实验室模拟资料分析得 1=180(+QO+10)，2=+QO10，式中 1、2分别为下
7、保护层上山方向和下山方向卸压角， 为煤层倾角，QO为最大下沉角，可从地表移动观测得 到，也可按细则表17数值确定，表中3、4为上 保护层上山及下山方向卸压角。 13 一、开采保护层基本理论 4、开采保护层应注意的问题 开采保护层时，尽量不留煤柱或尽量留小煤柱（ 46m）。不得已留煤柱时须在采掘工程平面图上标记， 以便划定保护范围。在煤柱影响带，突出危险性比原始 状态更大； 被保护层采掘工作面尽量布置在保护范围内，减少其 突出危险性； 对不同矿井、不同保护层和被保护层，保护层的保护 参数及保护效果应进行实地考察，根据考察结果指导下 一步采掘和防突设计。 14 二、开采保护层瓦斯综合治理 1、范围
8、 保护层（首采层）工作面和被保护层工作面瓦斯 治理，其中首采层工作面瓦斯治理是关键所在。 2、目的 一是减少保护层开采时的瓦斯涌出量，同时也加 大了对被保护层的保护效果。 3、技术途径 可采用底板穿层钻孔抽放、顶板走向钻孔抽放、 高抽巷、沿空留巷抽排、风流排放等技术措施进行首采 层瓦斯综合治理。 15 三、开采保护层的实践与经验 典型工程： 1、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层项目 2、潘三矿远距离开采下保护层项目 16 1、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层 以非突出煤层B8作为首采保护层，依次开采B7a、B7b 煤层，最后 开采受到上保护层采动卸压保护的B6、B4突出煤层。B8煤层开采的 同时，
9、在B6、B4煤层底板施工抽放巷，分别向B6、B7a、B7b和B4 施工穿层钻孔，抽放并拦截煤层卸压瓦斯。 根据卸压层的不同卸压效果，选择抽放方式、确定钻孔布置参数和 抽放时机。现场测定，多重开采B8、B7a、B7b 保护层，突出煤层 B6、B4透气性增大570倍，单孔抽放量增大40倍。在消除突出威胁 的同时，较好地解决了B8煤层回采时的瓦斯治理问题。保护层工作 面单产提高33%，突出煤层掘进月单进由30m提高到90m，安全和 经济效益显著。 17 开采层B8 回风巷 进风巷 下卸压层B7 下卸压层B6 底板岩石巷 抽放钻孔 底板卸压区域 1、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层 18 2、潘三矿远距
10、离下保护层开采技术 开采近水平煤层远距离下保护层上向卸压，低抽巷网格式钻孔抽放 瓦斯技术。潘三矿13-1突出煤层与下伏的11-2层间距平均为77m，煤 层倾角平均为7。11-2煤层厚度平均为1.8m，13-1煤层厚度平均 4.2m。 保护层开采在考虑对被保护层保护效果同时，也要解决保护层自身 开采时的瓦斯治理方法。潘三矿11-2保护层开采，在13-1煤层底板 25m左右布置专用瓦斯抽放岩巷，抽放巷内每间隔30m施工一个抽 放钻场，每个钻场布置5个穿层钻孔，钻孔孔底间距30m，扇形布置 。在11-2保护层回采同时，抽放13-1卸压瓦斯。现场考察结果：11-2 煤层回采后，被保护层13-1煤层透气
11、性增大2880倍，钻孔抽放量增 大160倍，煤体瓦斯压力基本测不出来。 19 2、潘三矿远距离下保护层开采技术 弯曲下沉带 裂隙带 冒落带 底板瓦斯抽放巷 抽放钻孔 开采煤层 卸压煤层 70m 20 煤层瓦斯综合抽采技术煤层瓦斯综合抽采技术 21 煤层瓦斯综合抽采技术 n开采层瓦斯抽采 n邻近层瓦斯抽采 n采空区瓦斯抽采 22 1.开采层瓦斯抽采 大面积预抽瓦斯的基本模式 n穿层网格顶抽 煤层瓦斯综合抽采技术 23 1.开采层瓦斯抽采 大面积预抽瓦斯的基本模式 n顺层长钻孔顶抽 煤层瓦斯综合抽采技术 24 1.开采层瓦斯抽采 大面积预抽瓦斯的基本模式 n穿层条带平行钻孔预抽 煤层瓦斯综合抽采技
12、术 25 1.开采层瓦斯抽采 大面积预抽瓦斯的基本模式 n穿层条带平行钻孔预抽(芙蓉白皎煤矿) 煤层瓦斯综合抽采技术 26 1.开采层瓦斯抽采 大面积预抽瓦斯的基本模式 n模块抽采(晋城寺河矿) 煤层瓦斯综合抽采技术 27 1.开采层瓦斯抽采 提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径 提高预抽瓦斯效果最根本的措施提高煤层透气性 n国内外试验和运用过的方法有： 水力化措施水力压裂、水力疏松、水力割裂、 水力冲孔等 孔内爆破 化学处理 应用前景较好的方法 深孔控制预裂爆破 高压水射流扩孔 煤层瓦斯综合抽采技术 28 1.开采层瓦斯抽采 提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径 n高压水射流扩孔 n原理 在已施工的煤孔
13、中，采用旋转的高压水射 流， 对钻孔周围煤体进行切割 钻孔直径扩大数倍 增大煤体暴露面积 扩大钻孔卸压范围 增加钻孔抽采瓦斯半径 提高预抽瓦斯效果 煤层瓦斯综合抽采技术 29 1.开采层瓦斯抽采 n提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径 n高压水射流扩孔 n效果图 煤层瓦斯综合抽采技术 30 1.开采层瓦斯抽采 提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径 n高压水射流扩孔 n装备SKP型高水射流扩孔器 由高压水射流扩孔头、高压水泵、高压钻杆等组成 煤层瓦斯综合抽采技术 31 1.开采层瓦斯抽采 提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径 n高压水射流扩孔 n效果 在中梁山、芙蓉和松藻等矿务局的试验和 应用表明： 穿层钻孔：
14、n孔径扩大2.55.7倍 n钻孔瓦斯抽采量提高2倍以上 煤层瓦斯综合抽采技术 32 2.邻近层瓦斯抽采 n原理 n在开采层的下部煤岩层，承受的自重应力大大 降低，由压缩状态转为膨胀状态下部卸压区 在卸压区内的煤层，吸附瓦斯解吸形成的游离瓦斯 充满层间空隙，并通过层间裂隙涌入回采空间和采空区 ，这种层间空隙和裂隙不仅是卸压瓦斯的储存地点，也 是良好的流动通道。因此，钻孔穿入或透过这些层间空 隙裂隙就能取得较好的抽采瓦斯效果。因为卸压瓦 斯通过钻孔抽出要比通过层间的纵向裂隙涌向开采空间 和采空区容易得多。这就是利用钻孔抽采邻近层瓦 斯的基本原理。 煤层瓦斯综合抽采技术 33 2.邻近层瓦斯抽采 巷
15、道抽采 n顶板岩石走向高抽巷抽采上邻近瓦斯 l基本情况 阳煤集团综采放顶煤开采15号煤层，工作 面瓦斯涌出量一般在16.2665.16m3/min之间， 最大高达108m3/min。工作面瓦斯涌出量90%以 上来自邻近层和围岩 煤层瓦斯综合抽采技术 34 2.邻近层瓦斯抽采 l走向高抽巷布置 层位确定 原则 n上邻近层瓦斯涌出密集区8号、9 号、10号、11号和K4灰岩 n处于有效瓦斯排放范围内冒落带上 部充分离层层位，水平通道连通性好 n工作面采过后不很快破坏超过冒落 带高度11.5倍采高 层位 自顶板以上4768m，约710倍采 高层位 煤层瓦斯综合抽采技术 35 2.邻近层瓦斯抽采 l走向高抽巷布置 水平位置 原则 n处于充分卸压的裂隙带范围 n考虑矿井通风负压影响 水平距距回风巷外帮水平投影长度52m，约工作面采长1/3距离 l抽采效果 n抽采瓦斯浓度一般60%95%，平均78% n抽采率为86.34%93.44%，平均90.87% n工作面抽采瓦斯量5060m3/min 煤层瓦斯综合抽采技术 36 2.邻近层瓦斯抽采 n顶板岩石倾斜高抽巷抽采上 邻近层瓦斯 l高抽巷布置 n层位：垂高5060m，裂隙 带的中下部 n伸入工作面距离：52m，水 平
