邻近层采前瓦斯抽采方法

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1、 邻近层采前抽采瓦斯方法邻近层采前抽采瓦斯方法矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治课件课件 我国多数矿区都具备煤层群的开采条件，在首采煤层的采 动作用下，会造成邻近煤层的地应力下降、移动变形、裂 隙发育和透气性系数的增加，邻近煤层表现出明显的卸压 特征； 在邻近煤层为矿井主采煤层，且煤层瓦斯赋存丰富、瓦斯 灾害严重的情况下，需要对邻近层进行采前抽采，降低邻 近煤层的瓦斯压力和瓦斯含量； 上述技术即为保护层开采技术； 首采煤层为保护层，邻近层为被保护层。一、概述一、概述一、概述一、概述 长期的理论研究和突出危险煤层开采实践表明，保护层开采 技术是最有效、最安全和最经济的防治煤与瓦斯突出的措施 。自1933年

2、法国最先使用保护层开采防治煤与瓦斯突出技术 以来，已在许多国家得到了应用。 二、邻近层（被保护层）瓦斯抽采技术原理二、邻近层（被保护层）瓦斯抽采技术原理1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律保护层开采后的应力重新分布图底板岩层内不同层间距处应力集中系数在离保护层工作面采空区较近的区域，煤岩体的应力值下降很大，采空区 下部一定深度范围内的煤岩体应力集中系数降至0.33以下。在采空区的后部 区域随着顶板矸石的冒落压实，出现应力恢复现象。随着岩层间距即底板深 度的增加，采空区下部区域卸压程度逐渐减弱，应力逐渐增大，有效卸压范 围也逐渐减小。由此可见，达到一定深度后，保护层采空区下部煤岩体的应

3、力下降较小、卸压作用减弱。 根据围岩应力分布的不同 ，沿走向可划分为4个区 ，从前至后分别为：原始 应力区、支撑应力区、卸 压区和应力逐渐恢复区。 1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区1）原始应力区原始应力区即为未受到保护层开采影响的区域，一 般处于保护层工作面前方 50100m以外，该带承受正常应力，其承受的垂直应 力与埋深成正比。煤层瓦斯 动力参数未发生变化，保持 原始数值。 1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区2）集中应力区指的是保护层工作面附近，由于采

4、动影 响、应力转移，形成的集中应力区，一般 在保护层工作面前方50m至后方20m处， 其长度取决于工作面的开采深度、工作面 长度、开采厚度、倾角和层间距等。大多 数在工作面前方10m的范围。潘一矿被保 护层C13煤层的最大压缩变形达3.37 。在保护层开采过程中，防止被保护层 工作面推进速度加快进入保护层工作面形 成的支撑应力区，进而引发煤与瓦斯突出 事故。为确保被保护层的卸压效果，防止 发生意外，防突规定规定，正在开采 的保护层工作面超前于被保护层的掘进工 作面，其超前距离不得小于保护层与被保 护层层间垂距的3倍，并不得小于100m。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底

5、板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区3）卸压区卸压区指的是由于保护层的采动作用 ，产生应力转移，在采空区顶（底）板一 定范围的煤岩层内形成的应力降低区。在卸压区，被保护层所承受的应力低 于原始应力，煤层发生膨胀变形，原生裂 隙张开，且随着煤岩体的移动形成次生裂 隙，被保护层透气性呈几何级倍数增加， 为被保护层的卸压瓦斯抽采提供了有利条 件。根据潘一矿考察结果，被保护层膨胀 变形可达26.33，煤层透气性系数增加了 2880倍，穿层钻孔单孔瓦斯抽采量达到了 1m3/min以上。卸压期有一定的时空效应，要求提前 施工钻孔，同时进行卸压瓦斯抽采。1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律

6、l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区4）应力逐渐恢复区应力逐渐恢复区是由于采空区后 部矸石冒落，顶板岩层充分移动形 成的，位于采空区后部较远处。地 应力及透气性与卸压区相比有所恢 复。由于存在应力逐渐恢复区，因 此需要被保护层瓦斯在卸压区内抽 采掉。 1、保护层开采后顶底板煤岩层的地应力变化规律l 沿走向顶底板煤岩层的应力分带沿走向顶底板煤岩层的应力分区在采空区附近，煤岩层移动量较大，随着层间距 的加大煤岩层移动量逐渐 减小。2、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板围岩的移动变形底板不同深度上岩层的移动变化规律2、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形

7、及裂隙发育规律l 顶底板围岩的移动变形保护层开采厚度为6.14m，层 间距125m，顶板岩层形成了 明显的“三带”划分，岩层移动 发展至地面 由于上部存在巨厚火成岩，对上部岩层由于上部存在巨厚火成岩，对上部岩层 起到了支撑作用，地表下沉不明显，造起到了支撑作用，地表下沉不明显，造 成弯曲带内长时间存在离层区，为邻近成弯曲带内长时间存在离层区，为邻近 煤层的卸压瓦斯抽采提供了充足的抽采煤层的卸压瓦斯抽采提供了充足的抽采 时间。时间。2、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板围岩的移动变形通过图中的参考线可以看出底板岩层的向上移动情况，由 于顶（底）板移动变形的作用机理不同，造

8、成底板岩层移 动量小，没有顶板岩层移动变形明显。 2、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 顶底板煤岩层的裂隙发育规律顶板：垮落带断裂带，其上限为采高的12-22倍。弯曲下沉带，可直达地面。 底板：底鼓裂隙带，其下限为下方15-25m底鼓变形带，下方50-60m 处在不同分带内的邻近煤层裂隙发育状态、透气性变化、瓦斯 的解吸及流动条件均不相同，针对上述情况需选用不同的瓦斯 抽采工艺及参数对邻近煤层进行卸压瓦斯抽采 2、保护层开采后顶底板煤岩层的移动变形及裂隙发育规律l 被保护层的垂向变形规律 当煤层发生膨胀变形时，说明煤体获得卸压效果，膨胀变形量越大， 说明获得的卸压效果越好，反

9、之亦然；当煤层发生压缩变形时，说明 煤体处于支撑应力区，该区内煤与瓦斯突出危险性增大 ； 防突规定中指出，当煤层膨胀变形大于3时，可确保煤层获得 了足够的卸压增透效果，在必要的瓦斯抽采措施作用下可实现有效降 低煤层瓦斯含量和消突煤层突出危险性的目标。3、被保护层的透气性变化规律 在保护层采动作用下，被保护层的应力下降、膨胀变形及裂隙发在保护层采动作用下，被保护层的应力下降、膨胀变形及裂隙发 育共同促进了煤层透气性的显著增加，可实现煤层透气性系数呈育共同促进了煤层透气性的显著增加，可实现煤层透气性系数呈 百倍至上千倍的增长。百倍至上千倍的增长。 该规律是在磨心坡矿进行上保护层开采试验时测出的，层

10、间距为该规律是在磨心坡矿进行上保护层开采试验时测出的，层间距为 707080m80m，煤层倾角为，煤层倾角为60606565。透气性系数变化规律为：初始。透气性系数变化规律为：初始 值值小幅下降小幅下降大幅增加大幅增加稳定。稳定。 下被保护层原始透气性系数为下被保护层原始透气性系数为0.032m0.032m2 2/ /（MPaMPa2 2dd），当保护层工），当保护层工 作面推进超前作面推进超前3 3倍层间距时，被保护层的透气性增大为倍层间距时，被保护层的透气性增大为11.3m11.3m2 2/ /（ MPaMPa2 2dd），为原来的），为原来的560560倍。倍。 3、被保护层的透气性变化

11、规律l 钻孔瓦斯流量随工作面推进的变化规律 被保护层透气性系数的增加促进煤层瓦斯解吸速度和流动速度的被保护层透气性系数的增加促进煤层瓦斯解吸速度和流动速度的 加快，使得钻孔瓦斯抽采量显著提高，为被保护层卸压瓦斯高效加快，使得钻孔瓦斯抽采量显著提高，为被保护层卸压瓦斯高效 抽采提供了有利条件。抽采提供了有利条件。 保护层工作面推过钻孔后，钻孔附近煤层获得卸压增透效果，钻保护层工作面推过钻孔后，钻孔附近煤层获得卸压增透效果，钻 孔瓦斯流量大幅增加，说明被保护层获得了显著的孔瓦斯流量大幅增加，说明被保护层获得了显著的“ “卸压增透增卸压增透增 流流” ”效果。效果。 3、被保护层的透气性变化规律4、

12、被保护层的特征参数变化规律 煤层瓦斯压力一般可降至煤层瓦斯压力一般可降至0.5MPa0.5MPa以下，煤层瓦斯含量可降至以下，煤层瓦斯含量可降至6m3/t6m3/t以以 下，煤层的坚固性系数可提高下，煤层的坚固性系数可提高4848100100，从而使邻近煤层（被保护，从而使邻近煤层（被保护 层）由高瓦斯突出危险煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层，实现邻近层）由高瓦斯突出危险煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层，实现邻近 煤层（被保护层）工作面的安全高效开采。煤层（被保护层）工作面的安全高效开采。 三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择1、被保护层卸压瓦斯抽采作用

13、断裂带、底鼓裂隙带弯曲带、底鼓变形带被保护层所处层位抽采作用控制卸压瓦斯进入保护层工作面 有效降低瓦斯含量，消除其突出危险性有效降低瓦斯含量，消除其突出危险性 扩大保护层开采的有效垂距三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择1、被保护层卸压瓦斯抽采作用前苏联开采不同层间垂距的缓倾斜 保护层时的残余瓦斯压力 a下保护层；b上保护层 1未进行抽采；2进行抽采 通过抽采曲线与未抽采曲线对比分析 可知，被保护层的卸压瓦斯抽采一方 面在相对层间距较小的情况下，可有 效降低煤层残余瓦斯压力，彻底消除 煤层的突出危险性；另一方面可扩大 保护层的有效垂距，使得较远处的被

14、 保护煤层瓦斯压力获得下降，消除煤 层突出危险性。 三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择1、被保护层卸压瓦斯抽采作用对于缓倾斜煤层，在层间距为40m时，自然排放率几乎为0，而进行抽采 后可达38%左右，对于急倾斜煤层，在层间距为60m时，自然排放率仅为 5%左右，抽采后可达55%左右。当然被保护层卸压瓦斯抽采率与钻孔间 距、被保护层卸压程度、抽采时间等因素有关，缩小钻孔间距、增加抽采 时间可提高被保护层的瓦斯抽采率。 三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择1、被保护层卸压瓦斯抽采作用由此可以看出，对被保护层卸

15、压瓦斯进行抽采一方面可控制卸压瓦 斯向保护层工作面的涌入，确保保护层工作面的开采安全，另一方 面可将被保护层中大量卸压瓦斯抽出，有效降低煤层瓦斯含量，彻 底消除被保护煤层的突出危险性。三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择 由于不同的裂隙分带内裂隙发育程度不同，位于各带内的被保护煤层 有着不同的裂隙特征，而被保护层的卸压瓦斯流动与汇集受制于煤层 的裂隙发育特征，且考虑到上、下被保护层与保护层的位置关系，决 定了处于不同分带的被保护层需选用不同的卸压瓦斯抽采方法； 走向高抽巷走向高抽巷三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采

16、方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择倾向高抽巷倾向高抽巷三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择倾向穿层孔倾向穿层孔三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择顶板走向孔顶板走向孔三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择地面钻井地面钻井三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择底板巷底板巷穿层钻孔穿层钻孔三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择三、邻近层卸压瓦斯抽采作用及抽采方法选择2、被保护层（邻近层）瓦斯抽采方法选择底板巷底板巷穿层钻孔穿层钻孔三、邻近层卸压瓦斯抽