煤层气与瓦斯抽采

1 煤层气与瓦斯抽采煤层气与瓦斯抽采 贵州大学教授 刘维舟 林东煤业发展有限责任公司南山煤矿 毛祖彬 摘要 煤矿瓦斯是煤矿安全生产的天敌 它不仅会导致煤矿作业人员窒息 损害人类身心健康 同时它还能引发煤与瓦斯突出 瓦斯煤尘爆炸 造成矿毁人 亡 同时瓦斯还是地球大气的主要污染源 因此有效治理瓦斯 以瓦斯作为资源 实现煤与瓦斯共采 达到消突目的 并充分利用瓦斯 降低其对大气污染 是摆 在当今世界煤炭开采业的一个主要课题 下面就煤层气综合利用 煤层气抽采 煤与瓦斯共采及矿井瓦斯抽采系统等方面作简要阐述 关键词 煤层气综合利用 瓦斯抽采技术 煤与瓦斯共采 瓦斯抽采系统 在成煤地过程中有两个成气阶段 即生化作用和煤化作用均生 成大量的以甲烷为主要成分气体 大部分逸散在空中 剩下的赋存 在煤层孔隙中 或运移积聚与储存于地质构造中 形成瓦斯包 煤 层气 CBM 它们统称煤层气 浓度 95 98 在煤矿生产过程 中煤层气从煤层中或围岩中逸散到生产空间与空气混合形成煤矿瓦 斯 浓度 1 80 纯甲烷热值 37618KJ m3 是新型的洁净能源 又是优质化工原料 它是我国 21 世纪的重要接替能源之一 1 煤层气 煤矿瓦斯 及其综合利用 煤层气 煤矿瓦斯 及其综合利用 1 1 煤层气资源 煤层气资源 煤层是多孔隙介质 具有强吸附能力 在成煤过程中可生成 2 300 400 m3 t 的煤层气 煤层是煤层气的生成层 同时又是煤层气 的储集层 它是典型的自生自储式气藏 我国煤层气藏深 2000m 以浅的煤层气地质资源量 36 81T m3 煤层气地质资源量大于 1 T m3的大型含气盆地 群 有鄂尔多斯 沁水 准噶尔 滇东黔西 二连 吐哈 塔里木 天山和海拉尔盆 地计 9 个 占全国煤层气资源的 84 13 是我国煤层气资源分布的 主体 其中 滇东黔西地质资源 3 47 T m3 可采储量 1 29 T m3 国际能源机构 IEA 资料显示 世界上有 74 个国家蕴藏着丰 富的可供开采利用的煤层气 煤层气可采储量 1 29 T m3占全国总量 的 22 仅次于山西 贵州不仅煤层气资源数量大 而且品位好 甲烷含量高 甲烷含量为 78m3 t 的富甲烷聚积区 集中于六盘水 毕节 占全省煤层气总量的 94 具有良好的开发前景 目前 世界主要产煤国家都十分重视开发煤层气 深孔抽采瓦斯常规技术 同时也是控制矿井瓦斯事故的有效措 施 美国利用现有技术每天煤层气产量 60M m3 澳大利亚 2005 年 产量达 3000 M m3 英国煤层气开发重点已转入地面开发 俄国主 要采用采前预抽和采空区封闭抽采两种方式抽采煤层气 德国主要 采用井下长孔抽采技术 煤层气开发推动煤层气利用 煤层气开发 推动了煤层气利用市场的发展 如澳大利亚 BHP 公司一共装了 94 台煤层气发电机组 每台发电能力 100kw 我国早在 20 世纪 50 年代就开始了煤矿瓦斯井下抽采 近几年 煤矿瓦斯抽采利用发展飞速 2008 年我国煤层气抽采量达到 5 67G 3 m3 是 1994 年的 10 倍 其中山西 辽宁 安徽 河南 贵州等瓦 斯抽采量超过 200 M m3 我国煤层气垂直钻井技术比较成熟 如山 西晋城无烟煤矿业集团在地面开发技术上取得重大成功 拥有煤层 气井 1453 口 2008 年产气量 376 M m3 占全国煤层气的 75 该 技术具有效率高 钻井周期短 施工成本低 对储气层伤害少等特 点 1 2 煤层气开发前景 煤层气开发前景 1 煤层气开发效益 能源效益 煤层气是一种洁净 方便 廉价能源 是高热值的 非常规天然气 还是优质化工原料 综合考虑热值和热效率 250 m3煤层气相当于一吨标煤的热值 而产生的 CO2仅为燃煤的 1 2 而且无渣 无尘 不产生 SO2等有害气体 安全效益 我国煤矿瓦斯地质条件复杂 以高瓦斯和突出矿井 居多 每年瓦斯事故死亡人数占煤矿死亡总人数的比例较大 瓦斯 事故仍然是煤矿的第一杀手 煤矿重特大事故绝大部分是瓦斯事故 煤矿抽采煤层气 减少瓦斯涌出量是防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出 事故的根本措施 环境效益 采取技术先进经济合理方法 将煤层中的瓦斯抽采 出来加以利用 一是减少对环境污染 瓦斯是温室气体 污染是 CO2的 21 倍 二是降低煤层中的瓦斯含量 从根本上清除矿井瓦 斯灾害和隐患 三是获得廉价的能源供应 因此开发煤层气 可将 4 保护环境 防治矿井瓦斯灾害和优质能源供应三方面有机结合起来 取得一举三得的效果 这一方针已在美国 澳大利亚等国家获得成 功 并取得明显的经济效益 同时已形成了一个新的工业门类 煤气工业 2 煤层气开发的影响因素 煤层气开发受地质条件 储存条件 资源和开发规模条件 经 济地理和市场条件等多种因素制约 贵州煤层气资源丰富 由于印度板块的挤压 太平洋板块向西 的俯冲 贵州所以的西南地台现代地应力集中 在地质历史上自印 支运动以来 华南浅海中构造变形岩浆活动十分强烈 西南地区有 规模的玄武岩喷发 成为滇东 黔西 黔北陆生植物十分发育 高 大茂密 郁郁成林 呈现大面积森林沼泽 在地壳平稳下沉条件下 形成具有开发价值的煤层 燕山运动对煤系和盖层进行改造 使之 含气性多地变化较大 六盘水 织纳普 荔波含气量大于 10 m3 t 黔西北含气量大于 8 10 m3 t 黔北含气量大于 6 8 m3 t 使黔西 黔北聚气区成为有利开发的地区 煤层气是一个新兴行业 气价管 网 距用户距离等因素制约其开发 对地面开发煤层气而言 需要 较大的规模 才能实现气田的稳定生产 才能提高经济效益和社会 效益 1 3 煤层气的综合利用 煤层气的综合利用 1 民用和工业燃气 5 煤层气不含量煤炭干馏物质 不需庞大的净化装置进行净化处 理 不腐蚀 不堵塞输气设备和管道 是极好的民用燃气 做为工 业燃料气 替代煤炭和天燃气是优质 清洁 价廉的能源 作为工 业锅炉 陶瓷生产和氧化铝焙烧的工业燃料 煤层气 煤矿瓦斯 民用条件 要有充分的资源保证 可抽储量必须在设计年抽出量 开 发量 20 倍以上 要具备现实的开发能力 开发的气源能长期稳定 至少 20 年 且具有大于最小经济规模所需要的开发量 3 m3 min 纯量 城市煤层储备系统 储气罐 城市煤气输配系统 调压站 用户装置 2 煤层气 煤矿瓦斯 发电 煤层气 煤矿瓦斯 发电是一项多效益型煤层气 煤矿瓦斯 利用项目 能有效地将矿区抽采的煤层气 煤矿瓦斯 变为电能 方便地输送到各地 煤层气 煤矿瓦斯 发电设备简单 运输可靠 已成系列 煤 层气发电机组效率可达 80 以上 1 kw h 电力耗气量在 0 21 0 3 m3之间 如晋城发电厂 120 42Mw 年发电量 840Mkw h 年耗煤层 气 178Mm3 0 21 m3 kw h 煤层气 煤矿瓦斯 发电机组可以直 接使用从矿井抽采的高浓度 过 30 煤层气 有利于建设坑口 电站 煤层气发电可以使用直接燃用煤层气的往复式发电机 燃气 轮机 也可用煤层气作为锅炉燃料 利用蒸汽透平发电 煤层气一 6 般不含或少含硫化物 用以发电不会造成烟气污染 这对贵州酸雨 地区更具有环保效益 电力输送比燃气输送简单易行 远离城市且 开发量大幅度提高矿区建设煤层气发电站是较好的选择 煤层气民 用 系统发电机组是有效的调峰手段 对于冬夏两季用气峰谷差异 很大的地区 建设煤层气发电站 有效地利用夏季低谷期富余气量 燃气内燃机是一种经过实践检验的非常成熟设备 燃气内燃机组 蒸汽轮机发电机组 启动时间短 燃气供气压力低 对燃气浓度适 应范围宽 灵活地适应煤层气浓度波动情况 3 煤层气利用新技术 煤层气 煤矿瓦斯 液化 LNG 煤层气经净化提纯后 脱碳 脱硫 脱汞和脱水后 在一定温 度压力下 从气态变为液态的工艺 煤层气液化后体积将缩小到 1 600 大大降低运输成本 煤层气液化可分为 地面煤层气液化 CBM 和煤矿瓦斯 CMM 液化 煤矿瓦斯一般浓度较低且含有氧气 若直接加压液化会引起爆 炸 采用深冷精馏方法 把含氧煤矿瓦斯分离和液化在低温下同步 完成 提纯制得液化煤层气 该方法可把浓度为 35 50 矿井瓦斯 提纯液化为浓度为 99 8 的 LNG 由北京国能时代公司研发的煤矿 瓦斯液化装置 于 2007 年 8 月完成工业化试验 目前正在山西左权 县建设年产 0 22Mt 的 LNG 的煤矿瓦斯液化项目 4 煤层气 煤矿瓦斯 用于化工原料 煤层气 煤矿瓦斯 用作化工原料主要是生产合成氨 甲醇 7 乙炔 氯甲烷 二硫化碳等下游加工产品 主导产品是合成氨和甲 醇 煤层气 煤矿瓦斯 可作为生产合成氨和尿素的一种经济原料 我国是农业大国 化肥需求量大 为改善环境和提高效益 在煤层 气 煤矿瓦斯 产区附近建设合成氨 尿素装置是相对合理的 尿 素造粒采用品种造粒法生产大颗粒尿素 可提高尿素肥效 甲烷转化为化工产品 一是直接法 通过氧化耦合和热耦合直 接把甲烷转化为液态烃 二是间接法 先把 CH4转化为 CO 和 H2 再利用 CO 和 H2的混合物转化为其它化学产品 间接法工艺相当简 单 已得到工业运用 以煤矿瓦斯为原料制备甲醇合成气的惯用流程如下 脱S后的CMM 自热转化 水蒸汽 外热转化废锅冷却加压 PSAI co co2 加压 PSAII 废氨 H2 加水 去锅炉 去甲醇合成 CMM 气制甲醇合成气流程图 5 低浓度瓦斯的输送和发电利用 由于没有被有效利用 绝大部分低浓度瓦斯直接排放大气 既 浪费大量清洁能源 2 0 109m3 又污染环境 我国煤矿的瓦斯输送设备都是按照 30 浓度设计的 煤矿抽采 的低浓度瓦斯 30 不能直接输送利用 如何安全高效地利用 低浓度瓦斯进行发电必须解决两方面的问题 防爆问题 即采用何种技术措施来保证安全 机组对瓦斯的适应性问题 即采用何种技术保证机组适应 8 低浓度瓦斯的特点并能高效运行 为了使抽采的瓦斯得到利用 必须尽快进行低瓦斯浓度瓦斯安 全输送技术开发与装备研制 淮南矿业 集团 有限责任公司和山 东胜利油田胜动机械有限责任公司联合开发了煤矿低浓度瓦斯细水 雾输送及安全发电技术研究 已取得突破 气水二相流低浓度瓦斯 输送系统工作原理 使瓦斯在水流环绕下沿输送管道向前连续流动 低浓度瓦斯完全处于环形水流包围之中 并且沿输送方向每隔 30 50m 以柱状水团隔断气流形成端面水封 低浓度瓦斯在环形水流 及端面水封中形成间歇性柱塞气流 一直输送到瓦斯发电机组 从 而实现低浓度瓦斯的安全输送 胜动集团低浓度瓦斯输送及发电技术原理 胜动集团 煤矿瓦斯细水雾输送技术及瓦斯发电机组 成功解 决了两个制约低浓度瓦斯发电的瓶颈问题 由于低浓度瓦斯不断变化且处于爆炸界限范围内 细水雾 阻止瓦斯在输送过程中产生火焰和和火焰一旦产生后的灭火机制 瓦斯与水雾分离脱水技术 利用 冷壁淬熄 现象 研制了金属波 纹带瓦斯管道阻火器 利用雷达水位监测水位 保证阻火器可靠工 作 为了适应瓦斯浓度时刻变化的特性 研究了瓦斯与空气二 次混合控制技术 设计了电控燃气混合器 实现了空燃比自动调节 使发电机无条件地适应瓦斯浓度不断变化的特点 还研制了瓦斯发 电机增压器匹配技术及增压方式 形成了低浓度瓦斯发电工艺 该 9 工艺流程采用瓦斯与空气先混合后增压 调低空燃比 配合预燃室 技术 在局部形成点火能量相对优势 放大点火能量 提高了甲烷 燃烧速度 降低了发动机负荷 提升了功率 水城大湾煤矿使用了 该项技术 瓦斯浓度达到 8 以上即可发电 6 通风瓦斯 VAM 利用 我国矿井开采中瓦斯的 70 是通风排出的 回风中一般含有 0 5 1 的甲烷 排出的纯甲烷在 10 15 G m3左右 与西气东 输的 12G m3天然气相当 好比每年有 10 15 Mt 原油或 20 30 Mt 的标准煤炭被白白浪费掉 一个高瓦斯矿区年产百万 吨煤炭矿井 每分钟通过通风瓦斯排出纯甲烷在 25 30 m3 每年排 出的纯甲烷 10 20 M m3 相当于大气排放了 1 3 2 5 Mt 的 CO2 所以 若将通风瓦斯氧化利用技术推广应用 节能效益 环 保效益将十分显著 矿井通风瓦斯利用途径之一是作为抽采煤层气的辅助燃料 也 就是将通风瓦斯混入高浓度的抽采瓦斯中 风排瓦斯的利用方式主 要有三种 作为辅助燃料利用方式 热氧化 催化氧化方式 煤层气 煤矿瓦斯 CDM 项目 CDM 即清洁发展机制 它是 指由发达国家提供资金或技术给发展中国家 用于温室气体减排 通过这种方式发达国家可以得到 CO2减排量来满足其减排承诺 发 展中国家可通过发达国家提供的投资或技术实现可持续发展 10 2 煤矿井下瓦斯抽采 煤矿井下瓦斯抽采 2 1 本煤层瓦斯抽采 本煤层瓦斯抽采 1 抽采瓦斯的可行性与抽采方法 根据未卸压煤层参数 可将煤层瓦斯抽采的通难易程度划 分三类 见下表 抽采难易程度指标 钻孔瓦斯流量衰减系数 d 1 煤层透气性系数 Mpa2 d 百米钻孔瓦斯极限抽采量 Q m3 容易抽采 0 003 10 14400 不易抽采0 003 0 0510 0 114400 2880 较难抽采 0 05 0 1 2880 抽采方法 见下表 瓦斯抽采方法类别及抽采率表 11 适用条件 工作面抽采 率 岩巷揭煤与 煤巷掘进抽 采 由岩巷向煤层打穿层钻孔抽采 由巷道工 作面打超前钻孔抽采 高瓦斯煤层或有 突出危险的煤层 10 30 开采层 瓦斯抽 采 未卸压 抽采 采区 工作 面 大面积 抽采 1 由开采层工作面运输巷 回风巷 煤 门打上下向顺槽层钻孔钻孔抽采或打交叉 钻孔抽采 2 由岩巷 石门 邻近层打穿层钻孔抽 采 突出煤层瓦斯预抽可采用网格布孔 3 地面钻孔抽采 4 密闭开采层巷道抽采 有预抽时间的高 瓦斯煤层 10 30 10 20 10 10 边掘边抽 由巷道两侧或沿巷道向掘进巷道周围打钻 孔抽采 瓦斯涌出量大的 掘进巷道 20 30 1 由运输巷 回风巷向工作面前方卸压 区打钻孔抽采 10 20 2 由岩巷 煤门向开采层上 下部打穿 顺 层钻孔抽采 10 20 1 由工作面运巷打顺层钻孔 用水力割 煤 20 30 2 由工作面运巷或风巷打顺层钻孔松动 爆破 20 30 3 由岩巷或地面打钻孔进行水力压裂 大于30 4 由工作面运输巷或回风巷打打顺层钻 孔控制孔不装药 爆破孔装药进行爆破 大于30 1 由工作面运输巷 回风巷或岩巷向邻 近层打钻抽采 30 60 2 由工作面运巷打斜交迎面钻孔抽采 30 60 3 由煤门打顺层钻孔抽采 30 60 4 在邻近层掘进专用瓦斯巷道抽采 30 60 5 地面钻孔抽采 30 45 全封闭式抽 采 密闭采空区埋管抽采 瓦斯涌出量大的 老采空区 15 1 由现采空区后方设密闭墙插管抽采 30 2 由采空区附近巷道向采空区上方打钻 抽采 30 1 由巷道向裂隙带或溶洞打钻孔抽采 2 密闭巷道抽采 围岩瓦斯抽采 围岩裂隙与 溶洞抽采 有围岩瓦斯涌出 或瓦斯喷出危险 地区 邻近煤层瓦斯抽 采 上下邻近煤 层 瓦斯来源于邻近 层的工作面 采空区瓦斯抽采 半封闭式抽 采 采空区瓦斯涌出 量大的回采工作 面 人为卸 压抽放 水力割缝 松动爆破 水力压裂 控制爆破 多使用于低透气 性煤层预抽 分类方法简述 边采边抽 煤层透气性较 小 预抽时间不 充分的煤层 采动卸 压抽采 根据抽采时间与采掘关系 本煤层瓦斯抽采可分为 预抽煤层瓦斯 边采 掘 边抽煤层瓦斯 根据瓦斯的收集方式又可分为 巷道抽采煤层瓦斯 钻孔抽采 煤层瓦斯 12 2 抽采方法选择 容易抽采的煤层 宜采用本煤层预抽方法 采用顺层或穿 层钻孔布孔方式 可以抽采的煤层 可采用顺层 穿层钻孔预抽或边采边抽 方式 分层开采的厚煤层 可利用先采分层的卸压作用抽采未采分 层的瓦斯 单一低透气性高瓦斯煤层 可选用加密钻孔 交叉钻孔 水力割缝 水力压裂 松动爆破 深孔控制预裂爆破等方法强化抽 采 煤与瓦斯突出危险性较大煤层 应选择穿层网络预抽方式 煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层 可采用边掘边抽或先抽 后掘的抽采方法 3 钻孔法预抽本煤层瓦斯 穿层钻孔布置方式 采用穿层钻孔抽采本煤层瓦斯 透气性较好的煤层 钻孔直径 为 75 120mm 透气性较差煤层 钻孔直径为 200 300mm 钻孔布 置的合理性主要取决于钻孔抽采瓦斯的有效影响范围 抽采钻孔的 合理布置 应根据矿井开拓 开采条件 可能安排的预抽时间 钻 孔必须抽煤层瓦斯的时间和空间 以获得最佳抽采效果 顺层钻孔的布置方式 抽采本煤层中的瓦斯 为顺层布置方式 该方式可用于石门见 煤处 煤巷或采煤工作面 在煤层工作面的开切眼 运输巷和回风 巷均匀布置钻孔 抽采一段时间后再进行回采 以减少回采过程中 13 的瓦斯涌出量 A B C D a bc d 设计回采巷道 已掘回采巷道 顺层钻孔 设计开切眼 2 1 顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施示意图 采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯 钻孔量应符合下表有关规定 吨煤钻孔量 m t 煤层类别薄煤层中厚煤层厚煤层 容易抽采0 050 030 01 可以抽采 0 05 0 1 0 03 0 05 0 01 0 03 较难抽采大于0 1大于0 05大于0 03 顺层钻孔预抽适用于 单一煤层 煤层有抽采效果 煤层赋存 条件稳定 地质变化小 钻孔要提前打好 有较长的预抽时间 4 边采 掘 边抽本煤层瓦斯 边采 掘 边抽本煤层瓦斯是在未经预抽或预抽时间不足的条 件下 解决开采煤层采掘过程中瓦斯涌出问题的一种有效抽采方法 该方法主要是利用采掘过程中形成的卸压作用抽采煤层中的瓦斯 14 以降低回采或掘进中涌入回风流中的瓦斯量 顺层钻孔 2 2 顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域示意图 边采边抽本煤层瓦斯的布置方式 厚煤层边采边抽本煤层瓦斯可采用顶板钻孔布置方式 根据巷 道布置方式不同在煤巷或岩巷内开孔 这些抽采钻孔只要未被采穿 可一直抽采 边采边抽瓦斯抽采量随工作面推进 工作面前方卸压 带钻孔瓦斯涌出量显著增加 当钻孔距工作面过近 因煤体过分破 碎 裂隙沟通 使大量空气进入抽采钻孔 便失去抽采意义 边掘边抽本煤层瓦斯的布置方式 煤巷掘进为了解决工作面瓦斯涌出量大的问题 可采用边掘边 抽本煤层瓦斯的布置方式 利用巷道两帮卸压条带向巷道前方打钻 孔抽采瓦斯 孔径一般为 50 100mm 孔深一般在 200mm 以内 这 种布孔抽采可减少掘进工作面的瓦斯涌出量 同时达到防止瓦斯突 出的目的 边采 掘 边抽采本煤层瓦斯的适用条件 A 适用瓦斯涌出量大 时间紧 预抽法不能满足要求的地区 15 B 在抽采过程中 可借助回采过程的卸压作用 使抽采区域 煤体松动 增大煤层的透气性 提高煤层瓦斯的抽采效果 C 该方法是在采区掘进准备工作完成后或掘进过程中进行 实际应用中可根据采区各局部地点的瓦斯量大小 投入相应的边采 掘 边抽工程量 5 煤层透气性低的增透措施 深孔预裂控制爆破强化抽采瓦斯方法 在采煤工作面的运输巷和回风巷布置平行于工作面 相隔一定 间距 孔深 50m 左右的爆破孔和控制孔 两者交替布置 控制孔内 不装药 爆破孔装药段长 30m 左右 利用压风装药器进行连续耦合 装药 孔内辅以导爆索正向起爆 利用炸药爆炸的能量和控制孔导 向 补偿作用 使爆破孔与控制孔之间煤体产生新的裂隙 并使原 生裂隙得以扩展 从而提高煤层透气性 增加瓦斯抽采量 水力割裂强化抽采瓦斯技术 当工作压力 Pw 10 30Mpa 时 喷嘴直径 d0 3mm 喷射流量最 佳距离小于 100 d0由于煤的坚固性系数不同 水射流切割煤体的实 际效果与工作压力 水压 有关 关键装置 对称式喷嘴活塞式射 流器 试验表明 煤的 f 0 7 1 1 Pw 15 18Mpa 喷嘴直径为 4mm 可在钻孔两侧形成深大于 0 5m 高 0 2 m 的缝槽 对于软煤层直径 为 3mm 喷嘴 割缝深度为 0 5 0 8m 直径为 4 mm 喷嘴 割缝深度 16 0 7 1 1m 在水射流工作压力为 15 18Mpa 喷嘴直径为 4mm 所需 水量可按下式计算 Qw 11 8 d02Pw 式中 Qw 一个喷嘴所需水量 m3 h d0 喷嘴直径 mm Pw 喷嘴工作压力 Mpa 实践表明 经过水力割缝的钻孔 瓦斯涌出强度增加 但瓦斯 涌出衰减系数仍接近未割缝钻孔 水和割缝形成的松动卸压影响范 围可达 1 10m 水力割缝不仅增加了煤层暴露面 而且更扩大了有 效抽采范围 对于透气性低的煤层 水力割缝措施能较好地提高瓦 斯抽采量 为非割缝钻孔的 2 2 倍 2 6 倍 50 多天后割缝钻孔的自 然瓦斯涌出量仍然比非割缝钻孔大 41 井下水力破裂法抽采瓦斯 水力破裂法是在井下施工 压裂液为清水 不带砂 压裂液向 煤体压入的速度一般在 0 5 m3 min 小排管 以下 要求钻孔附近 存在自由暴露面 压裂钻与邻近钻孔和巷道暴露面压通破裂 煤层 内煤 水能顺利地排出 在钻孔周围有卸压作用 水力破裂的孔间距 40 50m 钻孔用澎胀水泥封孔 密封性应能 承受 17 20 Mpa 的压力 套管要下到钻孔内 30 40m 处 井下巷道打钻孔实施水力破裂效果 A 当单纯用水力破裂钻孔抽采瓦斯时 控制范围内的煤层瓦 斯抽采率为 10 20 B 当煤层经水力破裂措施后 在破裂区内补打抽采瓦斯钻孔 17 用水力破裂的钻孔及新补的抽采钻孔联合抽采瓦斯时 抽采率可达 50 60 但采用这一措施时 必须有大功率高压水泵 高压管线 阀门及接头 深孔封孔材料及装置等适合井下应用的装备 水力空穴法抽采瓦斯 以水作动力 在无自由面条件下 强制煤随高压水一起从钻孔 中喷出 使钻孔周围形成空穴 煤体卸压 改善瓦斯流动条件 具 体做法 通过钻孔向煤层快速压入高压水 破碎煤体 然后突然卸 压放水 在高压水放出的同时 钻孔周围煤破碎 并随水一起喷出 形成空穴 为了减少湿润水对煤体瓦斯流动阻抑作用 可以采用高 压惰性气体作动力 利用突然卸压的高压气体破坏煤体关带出煤体 使钻孔周围形成卸压空穴 试验表明 对硬煤层有时带出煤量较小 对软煤层往往堵塞钻孔会影响空穴范围扩大 交叉钻孔抽采本煤层瓦斯 采用平行 2 35m 与斜交钻孔同时布孔方式 称交叉布孔法抽 采瓦斯 它是在密集钻孔及大直径钻孔抽采瓦斯的基础上发展起来 的 对于低透气性煤层 当钻孔孔径加大及数量加密到一定程度后 如再要加大 加密 布孔位置 打钻施工就有困难 经济效益受到 影响 交叉布孔方式 在钻孔空间交叉处的煤体塑性变化增大 相 当增加了钻孔孔径 因而扩大了煤体的松动卸压范围 必须使两钻 孔之间煤体变形互相影响 并保证钻孔不相互贯通 模型试验表明 钻孔交叉点之间的高程差为 5 8D 3 4 5m D 为钻孔直径 65mm 时 效果较好 每一个钻孔的交叉点越多 卸压影响范围也越大 抽采 18 效果越好 预抽瓦斯量增加 56 83 在工作面巷道布置交叉钻孔 时 平行钻孔开孔位置与巷道底板距离 h1 0 8 0 9m 孔径为 75mm 钻孔方向垂直于巷道 孔间距为 5 m 斜向钻孔开孔位置与 巷道底板距离为 1 1 1 3m 孔径为 75 mm 钻孔方向通向工作面与 平行钻孔夹角 15 20 落 孔间距为 5 m 平行钻孔和斜向钻孔孔口 的水平投影间距为 2 5 m 2 2 邻近层卸压瓦斯抽采技术 邻近层卸压瓦斯抽采技术 1 邻近层瓦斯抽采参数的确定 1 邻近层卸压瓦斯抽采钻孔角度与长度 钻孔角度取决于钻孔开孔位置与终孔所要达到的层位 其确定 原则是 钻孔能进入工作面采动影响的裂隙带内 而且伸进工作面 方向的距离 即控制范围 越大越好 抽采上邻近层瓦斯时 钻孔 始终要处于冒落带之外 避免穿入采空区 钻孔角度计算式 tan bhctg h 式中 煤层倾角 钻孔与水平线的夹角 h 开采煤层距邻近层的距离 m 煤层开采后的卸压角度 b 中间巷道隔离煤柱宽度 m hctg 采煤工作面内部已采区一侧阻碍顶板邻近 层卸压的宽度 m 19 钻孔长度以钻孔终点的层位为准 终孔点也可打到主裂隙带 当邻近层瓦斯向工作面采空区涌出时 能被钻孔拦截抽出 2 抽采钻孔间距 抽采钻孔间距的确定 应考虑钻孔开始起作用和有效抽采的距 离 钻孔开始抽出卸压瓦斯时三带后于工作面的距离称为 开始抽 出距离 或可抽距离 从开始抽出卸压瓦斯到钻孔失去作用这段距 离称为 有效抽采距离 开始抽出距离决定第一个抽采钻孔位置的 依据 有效抽采距离是确定钻孔间距的基础 一般合理的钻孔间距 稍小于有效抽采距离 处在 L1 钻孔有效抽采距离 L2 钻孔开 始抽采距离 的范围内 合理孔距 H K L1 L2 K 是系数 与开 始抽采时瓦斯流量不大和抽出量不均衡因素有关 3 钻孔直径 抽采邻近层瓦斯 抽采钻孔仅作为引导瓦斯的通道 以 75mm 为宜 4 钻孔抽采负压 开采层采动后 由于卸压作用和层间裂隙形成 导致邻近层瓦 斯的采空区涌出 瓦斯已处于流动状态 抽采钻孔往往成为一条与 层间裂隙网并联的通道 而抽采负压的作用则是改变层间瓦斯流动 方向 使瓦斯能更多地流向钻孔 实际表明一般孔口负压保持在 6 7 13 3kpa 2 邻近层瓦斯抽采方法 有地面钻孔抽采法 井下钻孔抽采法和顶板巷道结合钻孔抽采 20 法 按与开采层的位置关系又分为本煤层抽采法 上邻近层瓦斯抽 采方法和下邻近层瓦斯抽采方法 目前 主要采用井下钻孔抽采法 和巷道抽采法 1 钻场及抽采钻孔布置在开采层巷道内 回风巷高位抽采钻孔 适于缓倾斜 倾斜煤层走向长壁工作 面 进风巷抽采钻孔 抽采下邻近层瓦斯 2 钻场及抽采钻孔布置在开采层外巷道 钻场设在开采层底板岩层中 打穿层钻孔抽采邻近层瓦斯 该布置方式多用于抽采下邻近层瓦斯 优点 抽采钻孔一般服务时 间较长 除抽采卸压瓦斯外 还可用作邻近层开采前的预抽和邻近 层回采的采空区瓦斯抽采 且不受回采工作面的时间限制 其次一 般处于主要岩石巷道内 减少巷道维修工程量 对抽采设施施工和 维护较方便 钻场设在开采层顶板岩巷中 向邻近层打穿层钻孔抽采邻近 层瓦斯 多用于急倾斜煤层抽采邻近层瓦斯 3 顶板巷道结合钻孔抽采邻近层瓦斯 采用顶板巷道穿层钻孔抽采邻近层瓦斯方法已难解决采区瓦斯 涌出量大 瓦斯抽采率不到 20 的问题 可采取增加顶板岩巷抽采 邻近层瓦斯方法 巷道布置在顶板煤层内 沿走向间隔一定距离 小于 300m 开掘平行或斜交工作面的顶板巷道 这种抽采方法具 有抽采量大 大于 17m3 min 抽采率高 大于 35 有效抽采距 21 离长 215 272m 并能较好地解决综采工作面的瓦斯涌出问题 4 顶板高位抽放巷抽采邻近层卸压瓦斯 该方法用于邻近层瓦斯涌出量大 大于 30 m3 min 用钻孔抽 采瓦斯效果不好的工作面 巷道路布置在顶板裂隙带中 断面面积 大有利于收集瓦斯及减少抽采阻力 走向高位抽放巷 一定要处于采空区裂隙带内 一是透气性 好 二是处于瓦斯富集区 能抽到高浓度瓦斯 抽采率可达 90 高位抽放巷能否起到较好的抽采效果 关键是抽采巷道一定要处于 采空区裂隙带内 距回风巷的平行距离控制在适宜范围内 且密闭 一定保证不漏气 抽采管位置距离密闭里墙面不得小于 0 5m 高度 大于巷高的 2 3 高位抽放巷断面小 施工进度快 施工后可回收大部分支架 费用比较低 管理简单且安全 技术经济合理 抽采效果比上隅角 埋管 打高位钻孔方法理想 斜交高位抽放巷抽采邻近层卸压瓦斯 走向高 中 低位抽瓦斯巷相结合抽采邻近层卸压瓦斯 顶板高位抽放巷的密闭 一般采用 3 道厚度为 1 m 的封闭墙 进行密封 内侧 2 道位置选在坚硬岩石段 净间距 1m 最外一道设 在高位抽放巷变坡点内 5 m 范围内 密封墙抽采系统采用内径 350mm 管路 抽采管预先安设到内侧密闭墙内 10 m 处 管口距巷 道底板高 1500mm 左右 抽采管与回风大巷内的永久管路相连 5 穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯 22 钻孔终孔进入邻近被卸压煤层顶 底 板 0 5 m 处 孔距 20 40m 最佳抽采范围随卸压层开采推进走向 200 300m 6 Y 型通风沿空留巷穿层钻孔抽采邻近层瓦斯 开采下卸压层或工作面上邻近层瓦斯涌出量较大时 可在 Y 型通风的沿空回风巷中向顶板施工倾向钻孔 抽采被卸压层或邻近 层瓦斯 留巷穿层钻孔抽采完全能够满足被保护层卸压瓦斯的抽采需要 而且抽采效率远大于底板抽放巷穿层钻孔 对比同等条件下留巷钻 孔与底板抽放巷穿层钻孔瓦斯抽采效果 同等条件下 在同样 90m 有效抽采范围内 留巷钻孔抽采量增加了 0 93 倍 单孔抽采量增加 了 2 79 倍 7 下邻近层卸压瓦斯抽采方法 煤层开采后 其底板围岩影响为向上 采空区方向 膨胀位移 产生的卸压作用 因此 底板的卸压范围及程度较顶板方向小 其 抽采方法基本上与上保护层开采抽采下被保护层卸压瓦斯抽采方法 相同 一般对下邻近层的卸压瓦斯抽采采用采空区抽瓦斯方法 邻近层卸压瓦斯 尤其是上邻近层瓦斯的涌出量有时会比开采 煤层瓦斯涌出量大几倍甚至几十倍 开采煤层群的矿井 应大力开 展上下邻近层卸压瓦斯抽采 对各种邻近层抽采方法 要根据工作 面及围岩实际情况合理选择 以达到好的抽采效果 23 2 3 采空区卸压瓦斯抽采技术 采空区卸压瓦斯抽采技术 采空区卸压瓦斯抽采 分为 回采工作面采空区瓦斯抽采 老 采空区瓦斯抽采和报报废矿井瓦斯抽采三类 按实施采空区瓦斯抽 采形式分为 钻孔抽采方式 巷道抽采方式 插 埋 管抽采方式 其中回采工作面采空区瓦斯抽采可分为回采工作面上隅角局部积聚 抽采 采空区积聚瓦斯抽采和冒落带 冒落拱 瓦斯抽采三种方法 1 密闭抽采法 首先将采空区或回采工作面的进 回风巷均加以密闭 密闭墙 厚 1 3m 灌入砂 泥浆等材料 保证严密不漏风 然后将抽采管穿 过回风巷密闭墙 伸入采空区内进行抽采 伸入深度大于 10 m 抽 采时 应对密闭内的气体成分 浓度 抽采负压等参数经常进行监 测与控制 以防漏风引起采空区浮煤自燃 该方法抽出的瓦斯浓度 可达 25 60 2 回采采空区插 埋 管抽采法 回采采空区插 埋 管抽采法是把带孔眼的管子在顶板冒落前 直接插入采空区内进行抽采 插入采空区管子直径为 75 100mm 位置处于采空区内的一端长 2 3m 管壁穿有小孔并用纱网包好 阻 止抽采中发生堵塞现象 该法抽出瓦斯浓度为 10 25 简单易行 成本低 回采采空区埋管抽采法是随着回采工作面的移动 将抽采管路 预埋在采空区的回风巷位置 预埋管抽采管口距工作面 30m 时投入 24 抽采 抽采管口的间距 30m 为了减少采空区漏风和提高抽采效时 在采空区运输巷 回风巷位置进行密闭 密闭位置距抽采管口约 5 m 密闭间距 15 m 预埋管路应做到 四防 防水 防堵 防爆 防砸 抽采管口用木垛保护 为了确保抽采效果 可采取以下方法 中的一种 A 双埋管法 B 气动阀门控制法 C 远控胶囊控制 法 3 向冒落带打钻抽采法 要求钻孔孔底处于初冒落拱上方 一般位于直拉顶上方 5 10m 孔间距 10 20m 以抽采处于冒落破碎带中的瓦斯 按煤层 走向或倾向布置 4 在基本顶岩层中打水平钻孔抽采法 采用从回风巷向煤层上部掘一斜巷 在斜巷末端作钻场逆着工 作面推进方向打与煤层平行的钻孔 100m 左右 距煤层 5 10m 这 种抽采方式可取得较好效果 5 直接向采空区打钻抽采法 利用运输水平或回风水平的底板岩巷或下部煤层的巷道向采空 区打钻 抽采空区瓦斯 抽采钻孔进入采空区的位置应以采空区瓦 斯积聚处为宜 6 地面垂直钻孔抽采法 钻井一般布置在工作面的中部 距工作回风巷 30 50m 处 钻 井间距 120 m 左右 25 2 4 埋藏浅 瓦斯含量高的原煤层或煤层群及瓦斯涌 埋藏浅 瓦斯含量高的原煤层或煤层群及瓦斯涌 出来源多 分布广 煤层赋存复杂矿井的卸压瓦斯抽采技出来源多 分布广 煤层赋存复杂矿井的卸压瓦斯抽采技 术术 1 埋藏浅 瓦斯含量高的厚煤层或煤层群 有条件时可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯 抽采卸压邻近层瓦 斯或抽采采空区瓦斯 若煤层透气性较好 可采用地面钻孔预抽煤 层瓦斯 从地面施工垂直钻孔至开采层 钻孔下套管扩孔通过地面 瓦斯抽采泵站和抽采管路对煤层进行瓦斯抽采 根据钻孔抽采半径 确定地面钻孔布置间距 优点 地面钻孔预抽煤层瓦斯技术具有钻 孔施工条件好 孔径大 抽采系统简单 抽采浓度高 流量大的特 点 便于技术管理维护 不影响井下生产系统 利于瓦斯利用 是 煤层气开发的重要发展方向 地面钻孔抽采卸压邻近层瓦斯 是指地面钻孔施工至受开采煤 层影响的卸压邻近层 开采层采动后 邻近层受开采层裂隙带 弯 曲下沉带影响 煤层透气性增加 大量解吸瓦斯沿裂隙或煤层流动 经地面钻孔抽出 淮南某矿 11 2 煤层开采时 采用地面钻孔抽采上 覆 13 1 煤层卸压瓦斯 单井抽采瓦斯量达 22190m3 d 瓦斯浓度达 到 95 单井抽采半径达 211m 地面钻孔抽采采空区瓦斯 钻孔施工至开采层冒落带或裂隙带 内 布孔距工作面回风巷 30 50m 处 钻孔间距 120m 左右 2 瓦斯涌出来源多 分布范围广 煤层赋存条件复杂的矿井 应采用多种抽采方法相结合的抽采方法 根据采场顶底板煤岩 26 移动及裂隙发育特征 瓦斯流动并结合各煤层开采方法 开采顺序 顶板岩层移动规律 卸压瓦斯流动规律 建立煤与瓦斯共采的瓦斯 抽采工程体系 2 5 煤巷掘进工作面瓦斯抽采技术 煤巷掘进工作面瓦斯抽采技术 1 掘进巷道两帮及迎头的瓦斯抽采 在巷道两帮错口开掘钻场 支架宽 2 4m 高 2 4m 深 4m 当 用锚网支护时 可在预打抽采孔位置侧加宽巷道 不需再做钻场 每隔 一定距离设一个钻场 钻场内抽采钻孔深度应根据煤层赋存条 件 钻具能力确定 每个钻场设 4 个抽采钻孔 在掘进迎头布置 5 6 个钻孔抽采迎头前方卸压瓦斯 减少掘进工作面迎头的瓦斯涌 出量 巷帮长孔的主体应处于巷帮煤体卸压区 避开松动区 以提高 煤巷的掘进速度 钻孔与巷帮距离 2 5 4 0 m 时 抽采效果最好 巷帮钻孔边掘边抽 应提高封孔质量 增加封孔长度 适当提 高孔口抽采负压提高瓦斯抽采量 该法的优点 抽采不受掘进 制约 能截住巷道轮廓以外的煤体瓦斯向巷道涌出 能 有效预测掘进工作面前方及巷道两侧地质构造的存在 减少瓦斯涌 出量 消除突出危险性 降低供风量 提高掘进速度 2 掘进工作面穿层钻孔预抽技术 在掘进工作面顶底板巷道布置钻场施工钻孔 条带状或格状 孔距根据抽采半径确定 沿走向每隔 25 30m 施工一个钻场 布置 27 一组穿层钻孔 钻孔穿透煤厚 抽采瓦斯浓度在 30 70 单孔纯 量 0 2 1m3 min 穿层钻孔与煤巷掘进工作面超前距大于 200m 预 抽时间不少于 4 个月 3 煤与瓦斯共采 煤与瓦斯共采 我国煤矿的煤与瓦斯灾害发生次数为世界之最 贵州煤与瓦斯 突出灾害是全国最严重的省份之一 贵州多数是瓦斯矿井煤层群开 采 黔西 黔北多为煤与瓦斯突出矿井 随着开采深度的加深 开 采强度加大 煤层瓦斯压力大 瓦斯含量高 低透气性 可压密性 和易流变性特征越来越明显 煤层瓦斯采前预抽越来越难 在采掘 过程中煤层瓦斯的放散量大 放散速度快 在一定条件下易发生煤 与瓦斯突出事故 瓦斯涌出或突出控制不当将可能导致瓦斯爆炸事 故发生 从而造成更大灾难 解决这个难题的最好途径是煤与瓦斯 共采 煤与瓦斯共采是在煤层群开采中 打破传统的开采程序 选择 一层瓦斯含量小的煤层作为卸压层 保护层 先行开采 利用先采 煤层的采动卸压 形成卸压增透效应 提高其它煤层的透气性 松 动性 对其瓦斯进行强化抽采 实现了煤与瓦斯两种资源共同高效 开采 成为防治突出的有效措施 3 1 卸压开采与关键层理论 卸压开采与关键层理论 卸压开采是选择安全可靠的煤层 保护层 首先开采 由于保 28 护层的开采 使原始应力场 裂隙场 瓦斯场均发生变化 造成上 下煤岩层膨胀变形 松动卸压 煤层透气性增大 形成应力降低区 裂隙发育区和卸压解吸瓦斯流动通道及瓦斯富集区 在采场上覆岩层中 其中一层至数层厚硬岩层对上覆岩层活动 起主要控制作用 则该岩层称为关键层 关键层的裂隙将会导致全 部或相当部分的上覆岩层产生整体运动 其特征 几何特征 相 对其它同类岩层单层厚度较大 岩性特征 相对其它岩层较为坚 硬 弹性模量较大 强度较高 变形特征 关键层下沉变形时 其上覆岩层 全部或局部 下沉量同步协调 破坏特征 关键层 破断导致全部或局部上覆岩层同步破断 引起较大范围的岩层移动 承载特征 关键层破断前以 板 的结构形式作为全部或局部上 覆岩层的承载主体 破断后则成为 砌体 梁结构 继续成为承载 主体 为了弄清采场上覆岩层移动由下往上传递的动态过程及其作用 关键在于弄清关键层的变形破断及其规律 以及在运动过程中与软 岩层间的相互作用关系 关键层理论的提出实现了矿山压力 岩层 移动与地表沉陷 采动煤岩体中水与瓦斯流动研究的有机统一 为 更全面深入地解释采动岩体活动规律与采动损害现象奠定了基础 1 关键层与采动裂隙 O 形圈 保护层开采后 上覆岩层在关键层破断前 其下的覆岩出现离 层裂隙 在岩层下沉过程中出现层间层面裂隙 卸压瓦斯沿离层裂 隙涌出 最大离层位于采空区中部 关键层破断后 位于采空区中 29 部的采动裂隙趋于压实 两侧仍各自保持离层且随工作面的推进离 层区延续移动发展 于是在采空区四周形成一个互相连续的采动裂 隙发育区 从平面看形状为 O 形圈 即顶板煤岩体的裂隙构成 的瓦斯流动通道 对瓦斯抽出率起决定性作用 采动裂隙 O 形 圈能长期保持 其作用相当于形成一个 瓦斯库 周围煤岩体中瓦 斯解吸后不断地汇集于此瓦斯库中 也就是说只要将卸压瓦斯抽采 钻孔打到采场的采动裂隙 O 形圈内 就可以保证钻孔有较长的 抽采时间 较大的抽采范围 较高的瓦斯抽采率 覆岩远距离煤层 也能充分卸压 其卸压瓦斯 煤层气 可通过 O 形圈最大限度 抽采出来 2 关键层运动对上邻近层瓦斯涌出的影响 卸压瓦斯的运移与岩层移动 采动裂隙的分布特征有着紧密关 系 关键层破断后形成贯通的层面裂隙和竖向裂隙 导气裂隙 它仅在覆岩一定高度范围内发育 初采期 上部邻近层瓦斯积聚于 采空区中 在正常回采期位于 O 形圈内 关键层破断前 其下部岩层必将出现膨胀 应力降低的卸压过 程 最大发育高程将止于覆岩主关键岩 即主关键层上部岩层将不 产生卸压 3 覆岩破坏 三带 和移动规律 卸压开采后 采用长壁全部冒落法开采 当采深达到一定深度 条件下 覆岩的破坏和移动形成冒落带 裂隙带和弯曲下沉带 三 带 30 研究表明 卸压层开采后最大冒落带高度为采高的 4 倍左右 岩石垮落不规则 在采空侧 采动裂隙发育高度为 58 7 72m 在距 煤层顶板 0 58 7m 范围内裂隙互相沟通 以上顶板岩层有裂隙发育 但不互相沟通 自煤壁向偏采空区方向裂隙成 50 度左右向上延伸 裂隙发育高度为采高的 17 2 倍左右 裂隙主要以垂直 斜交于岩层 层面的开口向上 向下的裂隙和平行于岩层层面离层裂隙 在裂隙 带下部的岩层内纵向裂隙和横向裂隙是相互沟通的 上部尽管纵向 微细裂隙和横向微细裂隙存在 但相互没有沟通 裂隙带之上为弯曲下沉带 此带内岩层移动基本上成层 整体 性地移动 卸压煤以横向膨胀变形为主 与下部采空区裂隙没有沟 通 卸夺开采覆岩移动是有规律的 主要取决于开采深度 采空区 面积 采煤方法和顶板管理方法 煤层赋存状态 岩层岩性及状态 等因素 在充分采动条件下 上覆岩层移动盆地一般可划分三个区 域 模拟实验了它们的特征 中间区 采空区上方 煤层底板下沉均匀 断裂缝隙不明显 趋于密合 但存在横向膨胀离层裂隙 下沉值最大 内边缘区 底板下沉均匀 但下沉值不相等 底板向盆地中 心倾斜 呈凹形产生拉伸压缩变形 形成断裂裂缝 裂隙发育 按 照一定的方向呈楔形向采空区上方展布 但裂隙沟通性差 外边缘区 煤柱上方 底板下沉不均匀 并向盆地中心倾斜 呈凸形 产生拉伸变形 当超过一定数值时 底板产生裂缝 在内 31 外边缘区连接处为线形拐点 3 2 保护层 卸压层 开采 保护层 卸压层 开采 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 力显现特征 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 选择某一不具有动力显现特点或动力显现特点不明显 煤层先行开采 而其邻近层具有动力显现特点的煤层后开采 先行 开采的煤层 保护层 卸压层 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 反之为下保护层 1 保护层采动作用基本规律 保护层开采后 采空区上 下方煤层向采空区移动 采空区上 方煤岩体冒落 裂隙 弯曲 下方岩体向采空区膨胀松动形成裂隙 使得采空区上 下方煤岩体产生应力 透气性 瓦斯压力和位移等 变化 被保护层的变化大致划分为正常应力带 集中应力带 保护 卸压带和应力恢复带 正常应力带 位于保护层工作面前方 50m 以远 未受采动影 响 应力变形和瓦斯参数基本上处于原始状态 集中应力带 位于保护层工作面前方 2 50m 范围内 煤层承 受的应力高于原始状态 最大应力点位于保护层前方 5 20m 范围内 最大压缩变形达 0 5 2 裂隙封闭 透气性降低 瓦斯流量减小 保护卸压带 被保护层卸压带起点位于保护层工作面后方 32 0 25 0 8 倍间距的位置 最充分卸压点位于保护层工作面后方 20 130m 范围 通常为层间距的 0 8 2 75 倍 然后应力开始恢复 此带煤层承受的应力减小 被保护层变形增大 透气性增加 瓦斯 压力下降 瓦斯涌出量急剧增加 被保护层突出危险性降低 甚至 消除 瓦斯抽采效果极为显著 应力恢复带 位于保护层工作面后方 300 500m 以远 若多重保护层开采 保护多层突出煤层 此情况要复杂得多 未彻底消除突出危险性的煤层参数变化要经过相对稳定的压力带 压力升高带 再次卸压带几个阶段 2 保护层保护范围的确定 1 沿走向的 开采上保护层时 沿煤层走向的保护范围向深度方向收敛 走向卸压角为 73 78 旧区 80 8 84 7 新区 走向卸 压范围的底板发展深度 80m 100m 开采保护层时 沿煤层走向的保护范围向高度方向发散 走 向卸压角为 104 6 109 1 旧区 99 3 100 1 新区 走 向卸压角向顶板方向发展深度 130m 150m 2 沿倾向 开采上保护层时 沿煤层倾向的保护范围向深度方向收敛 倾角卸压角为 82 75 旧区 83 85 新区 卸压范围向 底板方向发展深度 80m 100m 开采下保护层时 沿煤层倾向的保护范围向高度方向发散 33 卸压角为 110 2 118 9 旧区 102 0 110 0 新区 倾向 卸压范围向顶板方向发展的高度 130m 150m 煤柱影响可能传播到 100m 以远 20m 宽的煤柱具有较强的支 撑能力 6m 煤柱在回采过程中基本被压碎 宽煤柱的影响范围可 按走向 倾向卸压角确定 由岩石所圈定的的卸压带内 地层应力降低 垂直煤层层面方 向呈现膨胀变形 在煤层和岩层内 产生裂缝 原有裂缝张开扩大 煤层透气性增高数十到数百倍 由于保护层与被保护层之间岩层卸 压后发生垂直层面的膨胀变形 平行层面方向岩层发生复杂的变形 导致岩层裂隙沟通 为解吸瓦斯向采空区流动提供通道 被保护层卸压提高了瓦斯排放能力 引起瓦斯压力下降和煤的 力学性质增强 卸压作用是引起其他因素