矿井瓦斯抽放设计手册 - 图文(7)

开 采 层 瓦 斯 抽 放 ⑵由石门或底板岩巷向开采层下部未采分 层打钻抽放（可实现预抽和卸压抽的结合） 边采 边抽 ⑶由煤门或联络眼钻场向开采层上（下） 部尚未开采的分层打顺层钻孔抽放 1.孔底；打至离上分层底板1～2m处； 2.孔口负压：预抽阶段113300～20000pa；采上分层后可降为4000～26700pa； 33.抽放时间：保证一定预抽时间，直至上分层采完 1.钻孔； 2.上分层顺槽；3.石门 4封孔：水泥砂浆或膨胀水泥，封深3～5m 1.钻孔：扇形孔，孔底间3II-I剖面距10～15m,每个钻场22120～30个孔，沿上下分13层打钻； 452. 孔口负压：预抽3I 1.钻孔； 2.上分层工作面；3.顺槽；10700～16000pa；卸压 4.煤门或联络眼； 5.未采的下分层4000～6700pa； 3.抽放时间：保证一定预抽时间，直至上分层采完 4.封孔：聚胺脂或膨胀水泥，封深7～10m 1.钻孔：沿层扇形钻孔，孔长60～80m；2.水射流压力：7840～11760kpa(软煤层取低值，硬煤层则取上限)；3.水射流流量：10～315m/h 1.钻孔：可丛抽放层的岩石平巷、下层的煤巷或岩石平巷向抽放层打3钻；2.水压：4900～17640kpa；流量：0.4～0.7m/min；3.封孔后应能承受19600 kpa的压力 1.钻孔：150～200m；2.炸药：采用8号硝胺炸药；3.每个钻孔内装爆破筒数：2～3个；4.爆破筒长：2.5m L利用盐酸（HCl）与煤体中的碳酸钙（CaCO3）反应生成易溶解的氯化钙（CaCl2）原理增大煤的孔隙率，从而提高其透气性 可实现预抽、边采边抽和上分层采空区的抽放， 时间长，效果好、系统可靠。但终孔位置难以掌握，采过上分层后抽放浓度可能急剧下降，适用于透气性较低，有一定倾角的分层开采特厚煤层（煤厚10～20m以上） 可实现预抽、边采边抽和上分层采空区的抽放，效果好。但打钻及封孔施工困难，系统可靠性较低，适用于透气性较低，有一定倾角的分层开采特厚煤层（煤厚10～20m以上） 人 为 卸 压 抽 放人 为 卸 压 抽 放 水力割缝 水力压裂 松动爆破 酸洗煤层 对煤体实施水力割缝，水力压裂，松动爆破等人为卸压措施后，可提高煤层透气性，使钻孔瓦斯流量大幅度增加，是单一低透气性高瓦斯煤层的有效卸压方法，但人为卸压措施工艺较复杂，成本较高，限于解决局部瓦斯问题。随着该技术的发展和完善，今后将会得到普遍采用 由于盐酸在运输、泵注过程中的困难较多，腐蚀问题不好解决，所以没有得到推广应用 2.邻近层抽放

邻近层瓦斯抽放是国内外应用最广泛的抽放类型，就首采层与邻近层的相互位置来看，通常把邻近层分为上邻近层和下邻近层两种，抽放上邻近层的效果一般较下邻近层为好。 1）邻近层瓦斯来源。

邻近层瓦斯来源，一般是根据回采工作面开采过程中的瓦斯涌出变化来区分。开采初期的瓦斯涌出不大且比较平稳，可以认为是本煤层涌出的瓦斯(Q1);当工作面推进一段距离(L)后，瓦斯逐渐增加，随着老顶的冒落，瓦斯大量泄出而使其达到最高值(Q2),则邻近层的瓦斯量近似为Q3?Q2?Q1。 邻近层的瓦斯涌出，随着开采层工作面的推进，沿走向方向的变化，可划分为几个带（见图1-23）。正确掌握每个带的位置对邻近层抽放瓦斯的布孔角度和间距有着重要关系。、

2）邻近层的选择

邻近层的选择主要考虑岩层的卸压和瓦斯变化，邻近层的层位与开采层的距离、层间岩性、倾角等因素年，一般数值见表1-35

表1-35 邻近层的可抽距离 煤层倾角 上邻近层m 下邻近层m <120 <80 缓倾斜（25o以下） <60 <60 急倾斜（45o～90o）

3）邻近层抽放方法及钻孔布置 （1）邻近层抽放钻孔布置原则。

A.钻孔的孔底要位于卸压带内，保证能有充足的瓦斯源进行抽放。 B.钻孔孔口部分要严密不漏气，孔身位于未卸压的非裂隙带内。 （2）抽放方法及钻孔布置。

抽放方法及钻孔布置方式见表1-37

(三)采空区抽放

采空区抽放瓦斯的方法较多,选择适宜的抽放方法的同时,更应注意合理的钻孔布置方式. 1.采空区瓦斯抽放布孔原则 1) 瓦斯抽放钻孔或插管应布置在采空区回风侧(压能低)位置,以便利用通风压力及采空区内漏

风对瓦斯起运移作用,以便提高瓦斯抽放浓度和效果. 2) 向采空区(冒落后)插管或打钻孔抽放瓦斯,并利用瓦斯密度小的特点,钻孔或插管应尽量偏向

冒落带上部,以提高瓦斯抽放浓度. 3) 插管式钻孔蕊管周围应封闭严密,尽量减少外部空气漏入,有条件地点(如老空区插管抽放),

可设置均压密闭等. 4) 采空区瓦斯抽放的孔口负压应适当,以瓦斯浓度满足要求为前提,并注意防止局部漏风引起煤

炭自燃.

2.采空区瓦斯抽放的钻孔参数计算

当采用斜交钻孔向采空区冒落拱上方打钻孔抽放时,钻孔倾角?可用下式计算:

tg(???)?m?n?cos? (1-75)

b?n?m?ctg?式中: α--- 煤层倾角,(o),沿煤层倾斜方向打钻孔时取正值,沿煤层仰斜方向打钻孔时取负值,倾斜长

壁工作面取α=0;

n --- 采高的倍数, n=4～11; m --- 采高, m; ￠ --- 斜交角, (o);

b --- 煤柱宽度, m,采用矸石垛护巷,当矸石带宽度小于12 m时,取b=0; 当矸石带宽度大于12 m

时, b取0.5倍矸石带宽度; φ--- 岩石冒落角, (o),可参照下表.

表1-38 几种岩石冒落φ值 层间岩性 砂岩及粉砂岩 泥质页岩 岩石所占百分比,% ≥80 50 40 50 60 ≥80 冒落角φ, o 50～55 60～65 65～70 60～65 65～70 70～80 钻孔孔底一般应位于直接顶上方5～10 m处;钻孔近似长度L (m)按下式计算: Lm?n (1-76)

sin(???)?cos?式中: L --- 钻孔长度, m;

n --- 采高的倍数, n=4～11; m --- 采高, m;

β--- 钻孔倾角, (o) α--- 煤层倾角,(o) ￠ --- 斜交角, (o). 3.采空区抽放方式 1) 密闭老采空区抽放

(1) 设密闭墙插抽放管抽放

将回采完毕得采煤工作面有关巷道关闭,在回风巷道侧设抽放密闭进行抽放. (2) 向密闭的采空区打钻孔抽放

开采急倾斜煤层时,可从运输水平或回风水平的岩石平巷直接向采空区打钻抽.

生产中,若开采层距岩石平巷较远,也可从下部煤层的巷道向采空区打钻,抽放钻孔穿过采空区的地点,距运输水平的垂高一般按阶段高度的7/10考虑.

钻孔倾角β和孔长L0按下式确定: 从运输水平打钻时:

0.7H0sinα

tgβ= ------------- (1-77) M－0.7H0cosα

0.7H0

L0= -------- (1-78)

sinβ

从回风水平打钻时:

0.3H0sinα

tgβ= ------------- (1-79) M＋0.3H0cosα

0.3H0

L0= -------- (1-80)

sinβ

式中: H0 --- 阶段高度, m;

M --- 孔口到开采层的法线距离, m; α --- 煤层倾角,(o)

2) 预埋管抽放采空区瓦斯

开采缓倾斜煤层时,可采用在顺槽预埋管抽,利用配风巷向采空区打钻抽. 3) 利用配风巷抽放采空区瓦斯 4) 随采随抽采空区瓦斯

随采随抽采空区瓦斯可分为两种类型,一种是用顶板裂隙钻孔抽采空区瓦斯.另一种是直接在工作面回风顺槽预埋管抽.

该种方式抽放钻孔的布置形式有以下三种: 1. 邻近巷道打钻孔抽放;

2. 在钻场内向工作面上方打钻孔抽放; 3. 直接从回风巷向工作面上方打钻孔抽放. 5) 采空区抽放孔口负压及抽放率

表8-7-41采空区抽放孔口负压表 抽放负压KPa 6.7～9.33 1.3～5.33 向冒落拱上方打钻孔抽 2.6～5.33 在老顶岩石中打水平钻孔抽 2.6～5.3 直接向采空区打钻抽 4.0～9.33 顶板巷道抽 2.0～4.0 地面垂直钻孔抽 20～26 抽放方式 密闭采空区隔离抽放 插管抽 抽放率% 10～30 10～15 10～25 10～20 10～20 15～30 15～30

3.围岩瓦斯抽放

围岩瓦斯几乎全处于游离状态，且溶洞或裂隙对瓦斯流动的阻力很小，所以抽放围岩瓦斯是较容易的。

围岩瓦斯抽放的关键是在于对矿井地质构造的准确分析和对围岩裂隙带或溶洞位置的准确预测，然后打钻或插管进行抽放。

（四）综合抽放

略·

二． 抽放钻场布置 (一）钻场（钻孔）的间距 1. 开采层抽放钻孔布置

1） 沿倾斜布孔

以钻场和钻孔工作面水平所成的角度来划分，有上向孔、下向孔、水平孔三种形式。 三种形式的优缺点：

（1）下向式钻孔瓦斯流量较大，可以加速排放瓦斯，但下向孔中易积水，打钻施工困难。 （2）上向式钻孔不会积水，瓦斯涌出量较均衡，但在相同条件下比下向孔略小。

（3）水平孔处于两者之间。 2） 沿走向布孔

沿走向布孔的间距，决定于抽放瓦斯的影响范围，即抽放半径B，而影响范围的大小与煤质、瓦斯等诸因素有关。

表1-42 提高矿井瓦斯抽放率主要措施一览表 类 单 一 煤 层 多 煤 层 措 别 勉强抽放～较难抽放 可以抽放 勉强抽放～较难抽放 可以抽放 施 1.人为卸压抽：①水力割缝②水力压裂 ③水力冲孔④煤体化学处理（注酸） 2.密集钻孔预抽（时间1年以上），厚煤 层时穿层钻孔，中厚及薄煤层顺层钻孔 1.巷道抽 2.加强预抽（时间 6个月以上），厚煤 层时穿层钻孔，中厚 及薄煤层顺层钻孔 1.开采解放层 2.密集钻孔预抽（时间1年以上） 1.加强预抽（时间 6个月以上） 2. 开采解放层 3.合理选择抽放方法； 4.合理布置开拓，开采几抽放巷道； 5.边掘边抽； 6.边采边抽； 7.采空区抽：①由回风顺槽向煤层顶板裂隙带打钻抽；②由配风巷向煤 层顶板裂隙带打钻抽；③由回风顺槽直接向采空区打钻抽；④由岩石回 风巷向煤层顶板裂隙带打钻抽；⑤由岩石回风巷向采空区打钻抽；⑥密 闭老采空区抽； 8.工作面长度>100m(倾斜～急倾斜煤层)，可设抬高钻场或增设中间巷 抽；工作面长度>150m(缓倾斜煤层)，工作面回风，运输顺槽应同时布 孔抽； 9.穿层钻孔开孔点应按钻孔抽放半径沿工作面走向和倾斜方向均匀分布 10.合理选择钻场，钻孔间距； 11.采用聚胺脂封孔； 12.封孔长度：岩石>3m,煤层>5m; 13.孔口负压宜>13Kpa,(>100㎜Hg); 14.选用新型高效钻机，打钻时有自喷孔和卡钻现象的煤层，可选用风 动钻孔； 15.吨煤钻孔工程量应>0.12m; 16.抽放管路中设置自动放水器； 17.瓦斯管路中设置自动监控器； 18.选用高负压、大流量新型抽放瓦斯泵。 3.合理选择抽放方法； 4.合理布置开拓，开采几抽放巷道； 5.合理选择钻场，钻孔间距； 6.有条件时建立底板岩巷抽放系统； 7.在多煤组条件下，对主采层抽放的同时，还应同时对受采动影响 范围内其它煤层进行抽放； 8.上邻近层抽放，煤层埋藏较浅，可采用地面钻孔抽； 9.边掘边抽； 10.边采边抽； 11.采空区抽：（同单一煤层采空区抽）； 12.穿层钻孔抽：①钻孔应向采空区方向略为偏斜；②在钻机能力范 围内，应穿透各抽放煤层； 13.下向钻孔抽； 14.穿层钻孔终孔点应钻透所抽煤层并进入岩层1米，钻孔沿工作面 走向和倾斜方向均匀布孔； 15. 工作面长度>100m(倾斜～急倾斜煤层)，可设抬高钻场或增设中 间巷抽；工作面长度>150m(缓倾斜煤层)，工作面回风，运输顺槽应 同时布孔抽； 16.缓倾斜近距离煤层群①巷道抽②“网格”布孔抽（即密钻孔抽） 17. 采用聚胺脂封孔； 18. 封孔长度：岩石>2m,煤层>5m; 19. 孔口负压：勉强抽放～较难抽放煤层>13Kpa,(>100㎜Hg)；可以 抽放煤层>6.7Kpa,(>50㎜Hg)； 20. 选用新型高效钻机，打钻时有自喷孔和卡钻现象的煤层，可选用风 动钻孔； 21. 吨煤钻孔工程量应>0.1m; 22. 抽放管路中设置自动放水器； 23.瓦斯管路中设置自动监控器； 24.选用高负压、大流量新型抽放瓦斯泵。 2. 邻近层抽放钻孔间距 决定钻孔间距主要是根据钻孔的抽放影响范围。在一定条件下，上邻近层的影响范围要大些，下邻近层要小些，远距离邻近层要大些。

1） 抽放影响距离L，它是随开采层工作面的推移，瓦斯量逐渐增加，当达到最大值后又逐渐下降，

直至恢复到原来的水平，此时钻孔至回采工作面的距离为“抽放影响距离”。

2） 有效抽放距离L1，当满足下列条件，工作面推过钻孔的距离称为“有效抽放距离”。

（1） 钻孔抽出的瓦斯浓度不应小于30%。

（2） 回采工作面回风流中的瓦斯可以维持在允许限度之内。

3

（3） 钻孔瓦斯流量不应小于一个常数，一般小到0.3～0.5m/min以下时，即不再抽放。 3） 可抽距离L2，钻孔能够抽出瓦斯是在回采工作面采过钻孔一定距离后才开始的，这个距离称为

“可抽距离”。

钻孔的可抽距离，为设计布置采区内第一个抽放钻场位置提供了依据，而钻孔的有效抽放距离，决定着工作面的钻场个数。 钻场间距M

M=K（L1-L2） （1-81）

式中：K—— 抽放不均衡系数。见下表。

表8-7-46 钻孔间距参数 层间距(m) 上 邻 近 层 下 邻 近 层 10 20 30 40 60 80 10 20 30 40 80 有效抽放距离 可抽距离 L1(m) L2(m) 30～50 10～20 40～60 15～25 50～70 20～30 60～80 25～35 80～100 35～45 100～120 45～55 25～45 10～15 35～55 15～20 45～60 20～25 70～90 30～35 110～130 30～60 K 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 合理孔距 (m) 16～24 20～28 27～36 32～41 42～50 50～60 12～24 18～32 23～41 36～50 54～83

（二）钻孔角度的确定

1.本煤层抽放钻孔角度计算（表1-47）

表1-47 本煤层抽放钻孔角度计算

表图示 公式 1- 48 垂直煤层走向钻孔 邻H?1顶??tgl1. 近HH?L?L层底tg?钻 sin?孔2.l?L sin(???)角度计算 表 ?符号注释 （o）； ?——煤层倾角，（o）； ?——钻孔角度，L——钻场至煤层顶、底板的水平距离， 可在井巷平面图上量取，m； ?号——钻场在底板时，上向孔取负下 向孔取正，钻场在顶板时，上向 孔取正下向孔取负。公式2中的 符号与1中符号相反； H——钻孔终孔高度，m； l——钻孔长度，m。 ?'——垂直煤层走向钻孔与斜交煤层走向钻孔的水平投影的夹角，（o）； 图示 邻近层 B斜交煤层走向钻孔 ?1钻ll'孔NL开采层??'?'???ab B参数及符号注释 l——垂直煤层走向钻孔的长度，m； lcos?B——孔底分布距离，m，由钻孔N抽放半径确定； H??tg?1??sin?') ?'——斜交煤层钻孔的角度，2.?'?tg(（o）； ?——钻孔与水平线的夹角，（o）； Nctg??bB H ——同上； ?、m；HN——层间距离，N3.l'? ——煤层倾角，tg(???)?（o）； ?l'——斜交煤层钻孔长度，m； sin?'a?b b——未卸压范围长度，m； ?——垂直煤层走向钻孔与斜交煤2.急倾斜钻孔角度计算 ?——邻近层卸压角，参见表1-49 层走向钻孔的夹角，（o） 从开采水平的运输巷道打钻时 a——工作面内部煤柱一侧阻碍邻近层卸压的N宽度，m； tg(180?????')? b'——煤柱宽，再加10～15m备用； b'?'——钻孔角度，（o） 从开采水平的上部回风巷打钻时 Ntg(???)? b'1.?'?tg1.缓倾斜煤层钻孔角度计算 H公式

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