煤矿瓦斯抽采技术 河南理工大学安全学院 高保彬,主 要 内 容,一、煤层瓦斯抽采基本指标与抽采方法分类 二、煤矿瓦斯抽采设计及各方法具体内容,重点： 1、抽采指标 2、抽采方法分类 3、各类抽采方法具体内容,难点： 1、各类抽采方法具体内容,我国目前瓦斯抽采及利用情况,2009年全国抽采瓦斯量：74亿m 3 利用量：25.3亿m 3 其中： 井下抽采64亿m 3 地面抽采10亿m 3 2010年全国抽采瓦斯量：88亿m 3 利用量：36亿m 3 其中：井下抽采73.5亿m 3 地面抽采14.5亿m 3,煤层瓦斯抽采基本指标 与抽采方法的分类,煤层瓦斯抽采基本指标,建立瓦斯抽采系统的标准 凡符合下列情况之一者，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽采瓦斯系统(《煤矿安全规程》第145条) 1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的煤层瓦斯抽采基本指标,建立瓦斯抽采系统的标准 矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 大于或等于40m3/min； 年产量1.0~1.5Mt的矿井，大于30m3/min； 年产量0.6~1.0Mt的矿井，大于25m3/min 年产量0.4~0.6Mt的矿井，大于20m3/min 年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的,煤层瓦斯抽采基本指标,瓦斯抽采应达到的目标《煤矿瓦斯抽采基本指标》 在采掘作业前将突出危险区变为非突出区 突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。
若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下控制范围是指与最外轮廓线平行的平面上的投影距离,,掘进工作面前方10m，采煤工作面前方20m,煤层瓦斯抽采基本指标,对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标,煤层瓦斯抽采基本指标,对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标,煤层瓦斯抽采基本指标,煤层瓦斯抽采基本指标,提高矿井瓦斯抽采率，减少风排瓦斯，实现国家减排目标 矿井瓦斯抽采率应达到的指标,采前抽采 预抽 采中抽采 卸压抽采 采后抽采 采空区抽采,瓦斯抽采方法分类,,,,瓦斯抽采方法分类,按瓦斯来源划分 开采层瓦斯抽采 采区大面积预抽 边掘边抽、边采边抽 人为卸压抽采,瓦斯抽采方法分类,邻近层瓦斯抽采 （采动区瓦斯抽采 ） 上邻近层抽采 下邻近层抽采,瓦斯抽采方法分类,采空区瓦斯抽采 全封闭（已采区采空区）式抽采 半封闭（工作面采空区）式抽采 围岩瓦斯抽采 围岩裂隙抽采 溶洞抽采,瓦斯抽采方法分类,按地层采动状态分 未卸压抽采 卸压抽采 按与采掘时间关系分 采掘前预抽 边采边抽、边掘边抽 采后抽采,瓦斯抽采方法分类,,1.开采煤层瓦斯抽采技术 2.邻近层卸压瓦斯抽采技术 3.采空区瓦斯抽采技术 4.围岩瓦斯抽采技术 5.综合瓦斯抽采技术,,瓦斯抽采方法分类 1.开采煤层瓦斯抽采技术,,瓦斯抽采方法分类 2.邻近层卸压瓦斯抽采技术,,瓦斯抽采方法分类 3.采空区瓦斯抽采技术,瓦斯抽采方法分类 4.围岩瓦斯抽采技术,煤矿瓦斯抽采设计,煤矿瓦斯抽采设计,预抽煤层瓦斯的难易程度指标,a的测定计算方法： 选择具有代表性的地区打 75煤孔，先测其初始瓦斯流量qo，经过t时间后再测其瓦斯流量qt，然后按qt=qoe-at计算，则：,煤矿瓦斯抽采设计,矿井瓦斯储量 瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所赋存的瓦斯总量。
瓦斯储量可按下式计算： Wc＝(K1·K2)Ai·Xi 式中 Wc——矿井瓦斯储量，Mm3； K1——不可采邻近层瓦斯储量系数； K2——围岩瓦斯储量系数； Ai ——第i个可采煤层地质资源量，Mt； Xi ——第i个可采煤层平均瓦斯含量， m3/t；,煤矿瓦斯抽采设计,矿井瓦斯可抽量 瓦斯可抽量是指在瓦斯储量中能被抽出的最大瓦斯量， 其计算公式为： W抽＝Wc·K可 式中： W抽——可抽瓦斯量，Mm3； K可——可抽系数； K可＝K1·K2·Kg’ K1——煤层瓦斯排放系数； K1＝K3(XXk)÷X K3——瓦斯涌出程度系数； X——煤层原始瓦斯含量，m3/t； Xk——运到地面煤的残余瓦斯含量，m3/t； K2——负压抽采时抽采作用系数，K2＝1.2； Kg——矿井瓦斯抽采率，%煤矿瓦斯抽采设计,矿井相对瓦斯涌出量 矿井相对瓦斯涌出量按下式计算： Q＝Q1+Q2+Q3 式中 Q ——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t; Q1——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t; Q2——掘进工作面相对瓦斯涌出量，m3/t; Q3——采空区相对瓦斯涌出量，m3/t煤矿瓦斯抽采设计,矿井年抽采量 矿井年抽采量需根据采掘工程计划安排来确定，按照每个工作面应当抽采的瓦斯量或实际所能达到的抽采量来计算矿井年抽采瓦斯量。
从安全的角度考虑，应该抽采的瓦斯量为： ΔI≥I－IP 式中 ΔI——为保证通风安全所需抽采的瓦斯 量，m3/min； I ——矿井瓦斯涌出量，m3/min； Ip——通风所能允许的瓦斯涌出量， m3/min煤矿瓦斯抽采设计,矿井瓦斯来源分析 根据瓦斯涌出量预测，确定矿井相对瓦斯涌出量中回采工作面、掘进工作面、采空区涌出量所占矿井涌出总量的比例； 在回采工作面瓦斯涌出量中，确定开采层瓦斯涌出量、邻近层瓦斯涌出量、围岩瓦斯涌出量占回采面涌出总量的比例； 由此可以得出矿井瓦斯涌出的主要来源煤矿瓦斯抽采设计,选择抽采瓦斯方法的原则 抽采瓦斯方法主要是指抽采巷道、钻孔的空间布置位置和施工技术 选择矿井抽采瓦斯方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、开采巷道布置、采掘时间配合、抽采瓦斯目的及利用要求等因素经技术经济比较确定，并符合以下要求：,煤矿瓦斯抽采设计,1. 选择的抽采瓦斯方法应适合煤层赋存条件和开采技术条件 2. 应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以有利提高瓦斯抽采效果 3.应尽可能利用开采巷道抽采瓦斯，以减少抽采工程量必要时可设布置钻场、钻孔的专用瓦斯抽采巷道。
4. 选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护有利于增加钻孔的抽采时间降低瓦斯抽采成本 5.宜采用综合瓦斯抽采方法 6.在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要煤矿瓦斯抽采设计,（一）开采层瓦斯抽采方法选择 1、容易抽采及可以抽采的煤层，宜采用本层预抽，可采用穿层或顺层布孔方式； 2、可以抽采及较难抽采的煤层，宜采用边采边抽的方法； 3、单一较难抽采的煤层，可选用密集顺层钻孔、密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法强化抽采 4、对煤与瓦斯突出严重的煤层，宜选用穿层网格布孔方式； 5、煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的方法煤矿瓦斯抽采设计,（二）临近层瓦斯抽采方法选择 1、可采用从开采层回风巷或专用排瓦斯巷向邻近层打穿层钻孔进行抽采； 2、当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可采用定（底）板抽采巷道进行抽采，也可在工作面回风侧沿开采层顶板布置水平长钻孔或高位钻孔抽采上邻近层瓦斯煤矿瓦斯抽采设计,（三）采空区瓦斯抽采方法选择 1、老采空区应采用全封闭式抽采方法； 2、现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶（底）板钻孔法、有煤柱及无煤柱钻孔法插（埋）管法等抽采方法，并应采取提高抽采瓦斯浓度的措施。
煤矿瓦斯抽采设计,（四）顶板高抽巷瓦斯抽采方法 在开采的厚煤层、煤层群瓦斯涌出量较大时，可选用“顶板高抽巷”的抽采方法，也可选用直径300—500mm的顶板水平长钻孔进行抽采，不易自燃煤层也可选用尾抽巷进行抽采煤矿瓦斯抽采设计,（五）围岩瓦斯抽采方法 围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯并喷出时，应采取抽采围岩瓦斯的措施煤矿瓦斯抽采设计,（六）地面钻孔抽采瓦斯方法 煤层埋藏较浅，瓦斯含量较高，地面施工钻孔条件交好的厚煤层或煤层群，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、邻近层卸压瓦斯或采空区瓦斯的抽采方法煤矿瓦斯抽采设计,（七）综合抽采瓦斯方法 对瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层透气性差、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽采方法相结合的综合瓦斯抽采方法煤矿瓦斯抽采设计,（八）开采保护层抽采瓦斯 有煤与瓦斯突出危险的矿井开采保护层时，应同时抽采被保护层的瓦斯煤矿瓦斯抽采设计,专用瓦斯抽采巷道、钻场及钻孔 开采煤层群时抽采邻近层卸压瓦斯，可设置专用瓦斯抽采巷道布置钻场和钻孔；专用抽采巷的位置、数量应能满足选用的抽采方法的要求，保证抽采效果；专用抽采巷应保证有足够的抽采时间和较大的抽采范围；在有人员进行工作活动的专用瓦斯抽采巷道内，风速不得低于0.5m/s。
煤矿瓦斯抽采设计,钻场的布置应符合下列规定： 1、不受采动影响，避开地质构造带；同时应便于维护、利于封孔、保证抽采效果； 2、宜利用现有的开拓、准备和回采巷道； 3、顶板钻孔或顶板高抽巷应布置在上覆岩层裂隙带内；走向高抽巷宜布置在工作面偏向回风顺槽1/ 3工作面长度以内的卸压带内煤矿瓦斯抽采设计,钻孔布置及施工应符合下列规定： 1、钻孔开口部分应当圆滑钻孔施工中不得出现三角孔、偏孔、台阶等变形孔； 2、抽采开采层未卸压瓦斯时，钻孔间距应按钻孔抽采半径确定，宜增大钻孔的见煤长度； 3、高位钻孔抽采时，应将钻孔打到采煤工作面顶板冒落后形成的裂隙带内，并应避开冒落带； 4、强化抽采布孔方式应能取得较好的抽采效果，并宜方便施工； 5、边采边抽钻孔的布置方向应与开采的推进方向相迎（交叉钻孔除外），并避免采动首先破坏孔口或钻场；,煤矿瓦斯抽采设计,6、抽采采空区瓦斯的钻孔或插管应布置在采空区回风侧； 7、钻场内的钻孔数目应由试验得出，一般顺层钻孔宜采用3---5个孔；穿层钻孔宜采用6—9个孔；穿层钻孔的终孔位置应位于穿透煤层顶（底）板0.5m处； 8、吨煤钻孔工程量应根据抽采方式、钻孔抽采半径、预抽时间、煤层厚度等综合确定。
使用顺层钻孔预抽时，吨煤钻孔工程量可取0.04—0.1m/ t; 9、钻孔直径宜采用42mm、50mm、64mm、73mm、89mm、110mm、130mm等规格煤矿瓦斯抽采设计,封孔 1、封孔方法应根据抽采方法及孔口所处煤岩层位、岩性、构造等因素综合确定； 2、封孔材料的选择：穿层钻孔宜采用封孔器封孔，封孔器因满足密闭性能好、操作简单、封孔速度快的要求；顺层钻孔宜采用充填材料封孔，封孔材料可选用膨胀水泥、聚氨酯等新型材料；在钻孔所处围岩条件较好的情况下，也可选用水泥砂浆或其它材料；不宜采用黄泥封孔； 3、封孔长度的确定：孔口段围岩条件好、构造简单、孔口抽采负压较低时，封孔长度不应低于3m；孔口段围岩裂隙较发育或抽采负压较高时，封孔长度不应低于5m；在煤壁开孔的钻孔，封孔长度不应低于7m； 4、采空区抽采时插管周围应封闭严密，宜减少外部空气漏入，有条件时可设置均压密闭； 5、采用地面钻孔抽采瓦斯时，抽采结束后应全孔封实煤矿瓦斯抽采设计,地面钻孔抽采 1、容易抽采的煤层，宜采用竖直钻孔或L形钻孔预抽瓦斯； 2、可抽及较难抽采的煤层，宜采用竖直钻孔或L形钻孔抽采邻近层卸压瓦斯或采空区瓦斯；抽采卸压瓦斯时，沿开采层走向钻孔间距宜采用300—350m，并位于开采层工作面中部；两相邻孔抽采瓦斯半径上、下交汇点应超过开采层工作面上、下顺槽5m。
3、地面钻孔预抽瓦斯可选用压裂方法强化抽采,煤矿瓦斯抽采方法,煤矿瓦斯抽采方法 开采层瓦斯抽采,开采层瓦斯抽采,开采层瓦斯抽采方法选择 1、容易抽采及可以抽采的煤层，宜采用本层预抽，可采用穿层或顺层布孔方式； 2、可以抽采。