礦井瓦斯抽放技術簡介

煤礦安全科技周專題講座
主要內容
1、礦井瓦斯抽放的重要意義
2、我國煤礦抽放瓦斯技術的發展
3、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
4、低透氣性煤層強化抽放瓦斯技術研究
5、鶴崗礦區瓦斯抽放技術評價及建議

二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展

二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展

二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展

二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
撫順老虎台礦：
礦井是一座“水、火、瓦斯、煤塵、煤與瓦斯突出、衝擊地壓”六害俱全的礦井，相對瓦斯湧出量52.76m3/t，絕對湧出量314.21m3/min。綜放麵瓦斯湧出高達200m3/min；煤與瓦斯突出嚴重，1997年10月3日，-780m運輸石門揭煤在煤層中掘進時由於構造應力的作用發生突出，突出煤量1,067t，湧出瓦斯10萬m3；衝擊地壓每年發生近4000次左右，1993年至2002年共發生衝擊地壓38,383次，其中大於3級（裏氏震級）44次，最大達3.7級。
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
瓦斯抽放：
撫順礦區開采的是特厚煤層，從20世紀50年代開始就采取預抽煤層瓦斯的方式進行瓦斯抽放，一般預抽2～3年左右，主要有采前預抽、邊采邊抽和采空區抽放等方法。
2003年礦井瓦斯抽放量為105.06Mm3，平均抽放速度為199.89m3/min，平均抽放濃度為50%，生產噸煤抽放量為29.18m3/t。
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
晉城寺河礦：
2004年7月礦井瓦斯鑒定，礦井絕對湧出量為386m3/min，抽放量為130m3/min，風排量256.30m3/min，相對瓦斯湧出量21m3/t。
抽放方法有三種，即地麵抽放、本煤層預抽和采空區抽放。
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
（1）地麵鑽孔抽放
2004年在寺河礦潘莊井田施工30口煤層氣井，井距為310×250m，控製麵積為3.64km2,2004年度累計產氣量538萬m3。二期工程的70口煤層氣井於2004年底開工，於2005年10月份完工，年底形成了0.8～1.5億m3/a的煤層氣生產能力；2010年完成三期工程，進行整個潘莊井田的煤層氣開發，實現年產氣量3億m3。
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
二、我國煤礦抽放瓦斯技術發展
（3）采空區瓦斯抽放
通過采空區密閉插管進行半封閉抽放，有效的改變上隅角風流運移方向，達到治理上隅角瓦斯的目的。
工作麵回采結束後，對密閉工作麵采空區繼續進行全封閉抽放，以減小采空區瓦斯湧出量。
采空區抽放瓦斯混合量：75～80m3/min；抽放CH4濃度：13～17%；抽放純瓦斯量11～14m3/min。
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
1、煤礦抽放瓦斯類型按抽放瓦斯來源可分為4個類型：
開采煤層瓦斯抽放類型
鄰近層瓦斯抽放類型
圍岩瓦斯抽放類型
采空區瓦斯抽放類型
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
2、開采煤層瓦斯抽放方法技術
（1）開采煤層未卸壓瓦斯抽放方法
岩巷揭煤層預抽（排）瓦斯方法
煤巷掘進預抽（排）瓦斯方法
回采工作麵大麵積預抽瓦斯方法

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
☆適用條件：用於石門揭開突出煤層前預抽排瓦斯，煤層傾角、厚度不限，單一煤層，近間距煤層群均可采用。
☆技術工藝參數：主要抽排石門上方（7～8m）及二側（5～6m）保護圈內的瓦斯。孔徑75mm，間距1～2m.抽排時間3個月至一年（與孔間距有關），其它防突措施按《防治煤與瓦斯突出細則》有關規定執行。
☆應用說明：用於重慶天府煤礦。為了提高瓦斯抽排效果，可采用煤層擴孔鑽擴大煤層段鑽孔直徑；鑽孔可與抽放係統聯接，用負壓進行抽放。
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
順層鑽孔預抽開采煤層瓦斯方法
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
2、開采煤層瓦斯抽放方法技術
（2）開采煤層采動卸壓瓦斯抽放方法
開采煤層采掘巷道周邊卸壓瓦斯抽放方法
開采保護層抽放開采煤層卸壓瓦斯方法

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
☆適用條件：適用於容易抽放瓦斯煤層，煤巷掘進工作麵區域瓦斯湧出量較大（超過3m3/min）時。
☆技術工藝參數：巷幫鑽孔主要應避開巷道周圍鬆動圈，且處於巷幫煤體卸壓範圍內，鑽孔封孔段長度應超過巷道鬆動圈範圍。孔徑75～100mm，孔長50～100m，鑽場間距30～50m，每個鑽場內布置2～4個孔，孔底距巷幫平距8～15m。
☆應用說明：在雞西穆梭礦掘進1.7～1.9m厚的煤巷時，掘進巷道瓦斯湧出達8.2m3/min，采用該方法後，抽出瓦斯5～7m3/min，巷道瓦斯湧出量降低60～70%。
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
☆適用條件：適用於煤與瓦斯突出危險煤層，用於消除掘進工作麵突出危險性。
☆技術工藝參數：巷幫鑽孔主要應避開巷道周圍鬆動圈，且處於巷幫煤體卸壓範圍內，鑽孔封孔段長度應超過巷道鬆動圈範圍。孔徑75～100mm，孔長50～100m，鑽場間距30～50m，每個鑽場內布置2～4個孔，孔底距巷幫平距8～15m。
☆應用說明：在淮南局各礦應用，潘三礦掘進巷道平均抽放瓦斯1.5m3/min，最高3.2m3/min，抽放率達35～50%,一年內累計安全掘進1080m，平均月進90m，最高115m，認為這是防治掘進過程中瓦斯超限和防治突出的治本措施。

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
邊采邊抽卸壓瓦斯抽放方法
☆適用條件：受回采工作麵前方礦壓變化的影響，回采工作麵前方一段範圍內，煤體被壓碎鬆動卸壓，該地段煤體內瓦斯會大量解吸，隨著回采工作向前推進，此鬆動卸壓地段也會不間斷的向前移動。因此抽放該地段內的卸壓瓦斯，會取得較好的效果。但順層單一平行鑽孔孔口，孔底與回采工作麵距離相同，所以鑽孔孔口與孔底同時被破壞，鑽孔抽放鬆動卸壓區內瓦斯的時間短。而交叉鑽孔中的斜向鑽孔或斜交鑽孔，當孔底被回采工作麵采過後，仍有部分鑽孔段留在卸壓煤體內抽放瓦斯，因而能取得較好的抽放瓦斯效果。
☆技術工藝參數：與回采工作麵大麵積預抽瓦斯方法抽瓦斯方法相同，在抽放期間，要嚴格抽放瓦斯鑽孔管理，發現鑽孔大量漏氣時，必須及時關閉，以免影響整個抽放係統的抽放負壓及瓦斯濃度。
☆應用說明：焦作九裏山礦等應用效果較好。關鍵在於對預抽鑽孔堅持繼續抽放及加強抽放瓦斯的管理。
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
開采保護層抽放瓦斯的作用：
減少被保護層卸壓瓦斯向保護層回采工作麵湧出，等於抽放了下鄰近層湧出的卸壓瓦斯，保障了保護層安全開采；
消除被保護層煤與瓦斯突出危險；
減少被保護層（主開采煤層）巷道掘進及回采的瓦斯湧出，消除瓦斯威脅。
開采保護層抽放開采煤層卸壓瓦斯的方法:
上保護層開采抽放被保護層（開采層）瓦斯方法；
下保護層開采抽放被保護層（開采層）瓦斯方法；
混合式抽放上、下被保護層瓦斯方法。

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
☆適用條件：開采煤層群的礦井，有圍岩巷道或相鄰煤層巷道，開采煤層厚度，傾角不限，煤層為較難抽放瓦斯煤層及突出煤層。
☆技術工藝參數：穿層鑽孔的鑽場間距一般為45m，每個鑽場布孔4-6個，鑽孔角度10°～40°孔底間距15～20m，孔徑75mm左右，鑽孔長度要求穿過各個抽放瓦斯的煤層，並在保護範圍內。
順層鑽孔的長度應大於回采工作長度的一半，間距可為預抽順層鑽孔間距的1～2倍，為單一平行或扇形布孔方式。
☆應用說明：穿層鑽孔抽放被保護層瓦斯方法應用較廣泛。
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
混合式抽放上、下被保護層瓦斯方法
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
3、開采煤層瓦斯抽放方法技術及適用性
（3）人為（強化）卸壓瓦斯抽放方法
水力壓裂強化抽放開采煤層瓦斯方法
水力割縫強化抽放開采煤層瓦斯方法
長鑽孔控製預裂爆破強化抽放開采煤層瓦斯方法

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
1）水力壓裂強化抽放開采煤層瓦斯方法
☆適用條件：地麵鑽孔水力壓裂方法適用於地表較平坦，具備鑽井、壓裂、抽放施工條件，地麵鑽孔水力壓裂的煤層應為可以及容易抽放厚度為中厚以上、傾角為緩及傾斜煤層。井下水力破裂法適用條件較廣。
☆技術工藝參數：地麵鑽孔水力壓裂及井下鑽孔水力破裂技術工藝的差別是：井下鑽孔水力破裂過程中不加支撐劑（砂子），其它工藝都相同，有鑽井（打鑽）——完井（封孔）——壓裂——排水——抽放瓦斯。工藝參數中的關鍵是孔間距、壓裂液注入速度、加砂量、排水效果等，因煤層賦存條件不同，各技術工藝參數也不同。
☆應用說明：地麵鑽孔水力壓裂法在我國的白沙紅衛礦，撫順北龍鳳及焦作中馬礦做過試驗，由於煤層透氣性較小、工程較大，沒有推廣應用。晉城地區抽放效果良好。

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
2）水力割縫強化抽放開采煤層瓦斯方法
☆適用條件：中硬或軟（打鑽不自噴）的厚煤層，采用順層上向孔及水平孔的煤層均可采用水力割縫強化抽瓦斯措施。
☆技術工藝參數：鑽孔布置參數與順層預抽瓦斯鑽孔相同。
水射流參數為：水量10～15 m3/h時，軟分層中割縫，水壓為8Mpa時，在鑽孔兩側形成深0.8m、高0.2m的縫槽；在中硬煤層中，水壓超過10MPa才能割出深0.4m的縫。
☆應用說明：在鶴壁、白沙等礦試驗應用。鶴壁礦水力割縫的結果表明，割縫前，未卸壓煤層鑽孔瓦斯抽放量平均為0.041m3/min·百米，割縫後，鑽孔抽放量為0.122 m3/min·百米，增大3.4倍。瓦斯抽放時間為三個月。

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
3）長鑽孔控製預裂爆破強化抽放開采煤層瓦斯方法
☆適用條件：工作麵長度為100～150m，在煤層中打孔深30～70m鑽孔，成孔率應大於80%。
☆技術工藝參數：當爆破孔徑為75mm，控製孔徑為90mm，連續耦合裝藥時，爆破貫迫裂隙長度可達8m左右，所以合理孔間距為5～8m，鑽孔長度應根據工作麵長度及是否進、回風巷均布孔的方式確定。爆破孔封孔長度10—12m，控製孔封孔長度1m，一次起爆孔數2—3個孔，爆破孔裝藥量可達60—170kg。
☆應用說明：在焦作、淮南等礦試驗應用。在焦作對比結果表明，預裂爆破區的鑽孔瓦斯抽放量90d內為0.067m3/min 百米，未預裂爆破區為0.036m3/min百米，比值為1.86；6個月內，預裂爆破區抽放瓦斯總量為未預裂爆破區的2.5倍。

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
3、鄰近層卸壓瓦斯抽放方法技術及適用性
（1）上鄰近層卸壓瓦斯抽放方法
鑽孔抽放上鄰近層瓦斯方法
頂板專用巷道抽放上鄰近層卸壓瓦斯方法

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
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三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
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三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
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三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
4、采空區瓦斯抽放方法技術及適用性
（1）回采工作麵采空區瓦斯抽放方法
采空區冒落拱（帶）卸壓瓦斯抽放方法
回采工作麵采空區積聚瓦斯抽放方法
工作麵上隅角瓦斯抽放方法
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
回采工作麵采空區積聚瓦斯抽放方法
①插（埋）管抽放采空區瓦斯方法
②頂煤專用巷道抽放采空區積聚瓦斯方法
③專用巷與埋(插)管相結合抽放采空區積聚瓦斯方法

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
工作麵上隅角瓦斯抽放方法
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
（2）老采空區瓦斯抽放方法
密閉插管大麵積老采空區瓦斯抽放方法
井下鑽孔抽放老采空區瓦斯方法
地麵鑽孔抽放老采空區瓦斯方法

三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介
三、我國煤礦抽放瓦斯主要技術簡介

一、我國煤層瓦斯賦存特點
從我國煤層瓦斯滲透率分布比率來看，我國的絕大部分煤層瓦斯儲層屬於低滲透儲層。這正是我國瓦斯預抽率低的主要原因。
我國95％以上的高瓦斯和突出礦井所開采的煤層屬於低透氣性煤層，透氣性係數隻有l0-3～10-4 mD，即0．04～0．004 m2／(MPa2·d)，透氣係數均小於0．1 m2／(MPa2·d)，絕大部分礦井煤層均屬難以抽采煤層。

1、“十一五”國家科技支撐計劃專題“低透氣性煤層增透及強化抽采瓦斯技術與裝備”
主要研究水射流割縫、擴孔卸壓增透抽放煤層瓦斯技術，通過理論和實際應用研究，最終形成一套技術裝備，提高瓦斯抽放效果。

2、國家重大技術裝備研製和重大產業技術開發項目“煤礦瓦斯綜合治理與利用重大關鍵技術研發與裝備研製”專項“低透氣性煤層瓦斯抽采增效技術開發”

（1）低透氣性煤層瓦斯抽采“空氣彈造穴”增效技術與裝備；
（2）深孔控製水壓爆破提高低透氣性煤層瓦斯抽采效率技術；
低透氣性煤層增透和抽采技術提供一整套裝備與技術，解決低透氣性煤層抽采難題，使低透氣性煤層瓦斯抽采率提高40%～50％。

抽采瓦斯工藝技術主要包括鑽孔工藝技術和抽采係統參數設定技術。
鑽孔工藝技術：低透氣性煤層具有煤質較軟、鑽孔極易塌孔的特點，為防止抽采瓦斯鑽孔塌孔，造成抽采瓦斯通道堵塞，影響抽采係統整體效果，本項目擬采用帶壓衝孔工藝，即利用高壓空氣衝孔尾氣壓力對鑽孔進行護孔。
抽采係統參數設定技術：主要通過試驗、考察得出抽采低透氣性煤層具體參數（包括抽采量、抽采負壓等），最終確定出合理抽采瓦斯係統參數值。

本項技術研究的基本思路是：
在原有“深孔控製預裂爆破”技術的基礎上，開發形成“深孔控製水壓爆破”技術及裝備。原有的深孔控製預裂爆破技術，采用可連接式塑料被筒實現了60m以上深孔連續裝藥；爆破封孔是采用研製的壓風噴泥封孔器和抗靜電阻燃塑料管進行連續快速封孔；起爆、傳爆是采用了雙起爆藥包正向起爆，爆破孔全段敷設煤礦許用型導爆索加強傳爆的裝藥結構。

可連接式塑料被筒圖

封孔裝備圖

深孔爆破裝藥結構示意圖

定向聚能炸藥被筒示意圖

井下中間試驗鑽孔布置示意圖

井下工業試驗鑽孔布置示意圖
五、鶴崗礦區瓦斯抽放技術評價及建議
1、鶴崗礦區瓦斯賦存情況
鶴崗礦區瓦斯湧出量大，且有突出危險性。2004年瓦斯湧出量達到了278.9 m3/min，2005年4月礦井絕對瓦斯湧出量高達398 m3/min，其中單井最大絕對湧出量為119.7 m3/min，采煤工作麵最大絕對瓦斯湧出量為48.5 m3/min，掘進工作麵最大絕對瓦斯湧出量為7 m3/min。目前9個生產礦井中，就有3個突出礦井（南山礦、益新公司、興安礦）和3個高瓦斯礦井（峻德礦、興煤公司、振興公司二井），瓦斯災害十分嚴重。

2、南山煤礦瓦斯情況
南山煤礦是高瓦斯突出礦井，瓦斯湧出量大，且有突出危險性。礦井絕對湧出量為119.7 m3/min，采煤工作麵最大絕對瓦斯湧出量為48.5 m3/min，掘進工作麵最大絕對瓦斯湧出量為7 m3/min，是鶴崗礦區礦井瓦斯災害最嚴重、但瓦斯治理工作開展得比較全麵的具有廣泛代表性的典型礦井。
南山礦煤層透氣性係數為:0.776～1.558毫達西.相當31.04~62.32 m2/(Mpa2.d)，屬於易抽瓦斯煤層。

3、瓦斯爆炸
1970年至今，南山煤礦共發生瓦斯災害事故13起，死亡92人，傷25人。特別是1994年235采煤工作麵的“9.17”瓦斯爆炸事故，一次死亡56人。當年的“11.30”自然發火事故，火區連續爆炸26次，當時大半個礦井被迫封閉，導致全礦停產，嚴重幹擾了全礦正常工作的開展，當年全礦虧損9700萬元。
4、煤與瓦斯突出
南山煤礦1983年鑒定為煤與瓦斯突出礦井，到目前為止，共發生瓦斯突出5起，死亡1人，其中最大一次突出為發生在1983年7月18日在二水平-110 m總機道的大型煤與瓦斯突，最大突出煤量627噸，湧出瓦斯量11830m3。

5、瓦斯抽放方法
南山礦瓦斯抽放以本煤層預抽為主，主要采用立體抽放方法。立體瓦斯抽放采用的主要方法有：煤層底板岩巷預抽方法；本煤層鑽孔預抽方法；煤層頂板高位鑽孔（仰角鑽孔）邊采邊抽方法；瓦斯尾巷抽放方法；頂板巷道抽放方法；巷道掘進邊掘邊抽方法等，使瓦斯抽放效果明顯提高，保證了安全生產。
全礦井瓦斯抽出率為26%。一般采煤工作麵抽放率達到30%以上。

（1）煤層底板岩巷采前預抽方法

（2）本煤層內布置鑽孔采前預抽方法
在煤層內的運輸和回風巷道內、或在中間巷道內布置鑽孔，鑽孔垂直巷道，或向采空區方向傾斜20～30度的角度。具體鑽孔間距6m～10m 。這種鑽孔布置方法最合理，鑽空分布均勻，鑽孔利用率高，抽放效果好。但是，有時受到巷道布置與正常生產的影響。
五、鶴崗礦區瓦斯抽放技術評價及建議
在煤層巷道或底板岩巷中向15或18號煤層布置順層鑽孔進行預抽。一般利用深孔（300）鑽機沿煤層走向施工近水平長鑽孔進行遠距離深孔預抽。做到采前采區瓦斯抽放率達到25%以上。

6、評價與建議：
（1）抽放方法符合實際，抽放效果較好；
（2）針對透氣性好的條件，應大力發展水平長鑽孔采前預抽技術；如有條件可發展地麵鑽孔預抽瓦斯技術。
（3）采用綜合瓦斯抽放技術，提高礦井瓦斯抽放率，並充分利用瓦斯資源。

謝謝大家