浅孔截流瓦斯抽采成套技术及工艺研究

1、高瓦斯煤层综掘煤巷浅孔截流瓦斯抽采成套技术与工艺研究 根据现有矿井通风能力，将配风量由根据现有矿井通风能力，将配风量由380 380 m m3 3/min/min调整到调整到480m480m3 3/min/min时，掘进工作面瓦斯超限问题时，掘进工作面瓦斯超限问题仍不能得到缓解。仍不能得到缓解。 主要研究内容主要研究内容 浅孔截流瓦斯抽采就是充分利用了掘进迎头和两浅孔截流瓦斯抽采就是充分利用了掘进迎头和两帮卸压带煤体中透气性大大增加的特点，在迎头和两帮卸压带煤体中透气性大大增加的特点，在迎头和两帮新暴露的煤壁上，合理的布置钻孔和选择瓦斯抽采帮新暴露的煤壁上，合理的布置钻孔和选择瓦斯抽采参数参数

2、。在抽采负压作用下，钻孔附近煤层瓦斯的流向在抽采负压作用下，钻孔附近煤层瓦斯的流向发生了变化，煤体卸压带内的瓦斯由平行平面流变为发生了变化，煤体卸压带内的瓦斯由平行平面流变为径向流动进入抽采钻孔，当抽采负压作用到达煤层的径向流动进入抽采钻孔，当抽采负压作用到达煤层的顶底板和相邻抽采钻孔之间的所有区域时，煤体完全顶底板和相邻抽采钻孔之间的所有区域时，煤体完全处于抽采负压的作用下，抽采负压对深部煤体向处于抽采负压的作用下，抽采负压对深部煤体向研究初期钻孔抽采研究初期钻孔抽采基本参数基本参数的经验选择的经验选择利用利用利用利用主要开展的井下实测工作主要开展的井下实测工作 3 3小时抽采影响半径小时抽

3、采影响半径1.3m1.3m；8 8小时小时抽抽采采影响半影响半径为径为2.5m2.5m应力极限平衡理论计算应力极限平衡理论计算 或 X0为卸压区宽度；为煤体内摩擦角，取30；C为煤层粘结力，取1.3Mpa；A为侧压系数，取0.4；K为应力集中系数，取2； r为岩石的平均容重，取2.5t/m； f煤层界面摩擦系数； 煤层或软分层的抗拉强度； H为开采深度，取600m；m为煤层厚度，取6.05m。 （4 4）抽采负压抽采负压考察不同负压下钻孔在相同抽采时间内抽采效果。对分别加负考察不同负压下钻孔在相同抽采时间内抽采效果。对分别加负压压 6KPa6KPa、8KPa8KPa、10KPa10KPa、12

4、KPa12KPa、16KPa16KPa的的5 5个钻孔个钻孔，测定，测定在在相同抽相同抽采时间内采时间内抽采效果抽采效果。测定方法是：打钻封孔联网后，利用。测定方法是：打钻封孔联网后，利用利用利用瓦斯流量瓦斯流量、浓度。、浓度。每每隔隔30min30min分别记录一次各钻孔的瓦斯流分别记录一次各钻孔的瓦斯流量量、浓度、浓度，测定时间为，测定时间为8h8h。测定测定结果表明，提高抽采负压结果表明，提高抽采负压，有利于，有利于瓦斯抽瓦斯抽放放。但从不同抽采负压的每个钻孔但从不同抽采负压的每个钻孔8h8h瓦斯抽采纯量来看，孔瓦斯抽采纯量来看，孔口负压为口负压为6KPa6KPa钻孔抽采纯量较小，孔口负

5、压为钻孔抽采纯量较小，孔口负压为8 816KPa16KPa的的4 4个钻孔个钻孔的瓦斯抽采纯量相差不大。考察分析认为：由于卸压区内煤体产生的瓦斯抽采纯量相差不大。考察分析认为：由于卸压区内煤体产生了大量裂隙并相互贯通，透气性大大提高，负压过高导致空气通过了大量裂隙并相互贯通，透气性大大提高，负压过高导致空气通过巷道煤壁裂隙进入钻孔，并且容易导致封孔器漏气。巷道煤壁裂隙进入钻孔，并且容易导致封孔器漏气。这这些些对于提高对于提高抽放效果是不利的抽放效果是不利的。 迎头抽采：迎头抽采：在巷道抽采主管端部设置活动分支器，每一个分在巷道抽采主管端部设置活动分支器，每一个分支器上设置支器上设置1212个分

6、支，分支采用个分支，分支采用DN32DN32的钢管加工，其长度为的钢管加工，其长度为16mm16mm，端部加工成笋字头，每一分支器的末端安一闸阀，分支器的分支端部加工成笋字头，每一分支器的末端安一闸阀，分支器的分支与封孔管间采用与封孔管间采用 50mm 50mm防静电胶管联接。防静电胶管联接。 巷帮抽采：巷帮抽采：巷道抽采主管每隔巷道抽采主管每隔20m20m设置一分支器，每分支器开设置一分支器，每分支器开孔孔3 3个，一个排水，两个与两帮抽采中间连接管的三通相连接。每个，一个排水，两个与两帮抽采中间连接管的三通相连接。每5 5个钻孔为一组，每组通过直径为个钻孔为一组，每组通过直径为50mm50

7、mm中间连接管三通与主管分支中间连接管三通与主管分支器分支相连接。钻孔抽采管与中间连接管三通之间采用器分支相连接。钻孔抽采管与中间连接管三通之间采用 50mm 50mm防静防静电软胶管联接电软胶管联接并安装并安装闸阀。闸阀。（1111）循环作业循环作业 采用“紧跟迎头、两掘一抽”，“三八制”正规循环作业方式。“两掘一抽”即24小时一个循环，1个班迎头打钻抽采，掩护2个班掘进。 每天安排1个抽采班、2个掘支班进行施工，三班完成一个“抽、掘、支”大循环。每小班进4刀，每刀进尺0.7m，小班一掘一支，日进尺5.6m。（1212）优化工序，实现多工序平行作业优化工序，实现多工序平行作业（一）（一）瓦斯

8、抽采效果瓦斯抽采效果 （1）迎头瓦斯抽采效果：测定可知，迎头超前浅孔截流测定可知，迎头超前浅孔截流瓦斯抽采孔口负压为瓦斯抽采孔口负压为10kPa，抽采，抽采4小时，单孔平均混合流小时，单孔平均混合流量为量为0.30m3/min，平均瓦斯浓度为，平均瓦斯浓度为60%，单孔平均纯流量，单孔平均纯流量为为0.18m3/min，240min平均单孔瓦斯抽采纯量达到平均单孔瓦斯抽采纯量达到43.2m3，迎头，迎头12个钻孔个钻孔240min 共抽采瓦斯总量为共抽采瓦斯总量为518.4 m3。按。按巷道掘进断面为巷道掘进断面为12m2，煤体容重为，煤体容重为1.46t/m3，原煤相对瓦，原煤相对瓦斯含量为

9、斯含量为8.67m3/t，钻孔长度为，钻孔长度为10m计算，计算，240min迎头超迎头超前浅孔截流瓦斯抽采率达到了前浅孔截流瓦斯抽采率达到了34.13%。迎头超前浅孔截流。迎头超前浅孔截流瓦斯抽采百米钻孔抽采量最低可达到瓦斯抽采百米钻孔抽采量最低可达到431.83 m3/百米。百米。 （2）巷帮浅孔截流瓦斯抽采效果：经测定计算，经测定计算，巷帮浅孔截流瓦斯抽采时，抽采孔口负压在巷帮浅孔截流瓦斯抽采时，抽采孔口负压在10kPa，单孔混合流量平均为单孔混合流量平均为0.18m3/min，单孔纯流量平均，单孔纯流量平均为为0.03m3/min。如果按单孔瓦斯枯竭最。如果按单孔瓦斯枯竭最长长时间按时

10、间按12天，最天，最短短时间按时间按7天计算，单孔最大抽采纯量已达到天计算，单孔最大抽采纯量已达到518.4m3，单孔最小瓦斯抽采纯量为，单孔最小瓦斯抽采纯量为302.4m3，单孔，单孔平均瓦斯抽采纯量平均瓦斯抽采纯量可可达达410.4m3，（一）（一）瓦斯抽采效果瓦斯抽采效果（二）快速掘进效果 （三）经济效益四、主要结论（一） 四、主要结论（二）（1）理论创新： 该项目首次应用瓦斯流动理论和岩石力学理论，深入探讨了巷道开该项目首次应用瓦斯流动理论和岩石力学理论，深入探讨了巷道开挖后两帮和迎头前方煤体中地应力、瓦斯压力和透气性三者的对应关系挖后两帮和迎头前方煤体中地应力、瓦斯压力和透气性三者的

11、对应关系及其所形成的卸压带、应力集中带和原始应力带三者分布规律，提出了及其所形成的卸压带、应力集中带和原始应力带三者分布规律，提出了浅孔浅孔“钻墙钻墙”截流瓦斯控制机理，是一项煤矿瓦斯治理技术上的理论创截流瓦斯控制机理，是一项煤矿瓦斯治理技术上的理论创新。新。 （2）实践创新： 方法创新：方法创新：在高瓦斯煤巷综掘工作面实施浅孔抽采方法在国内具在高瓦斯煤巷综掘工作面实施浅孔抽采方法在国内具有首创性。该方法有首创性。该方法施工设备通用灵活，施工工艺简单，工序便于协调。施工设备通用灵活，施工工艺简单，工序便于协调。避免了长钻孔瓦斯抽采中开挖钻场、设备搬迁、钻孔塌孔、工艺与工序避免了长钻孔瓦斯抽采中开挖钻场、设备搬迁、钻孔塌孔、工艺与工序复杂等一系列的施工难题，节省了打钻抽采复杂等一系列的施工难题，节省了打钻抽采时间时间，最大限度的为抽采、，最大限度的为抽采、掘进、支护创造了有利条件。掘进、支护创造了有利条件。 工艺创新：工艺创新：该项目提出的该项目提出的“紧跟迎头，两掘一抽紧跟迎头，两掘一抽” ” 的合理配套工的合理配套工艺，很好的解决了高瓦斯综掘煤巷艺，很好的解决了高瓦斯综掘煤巷施工中的掘进速度快与瓦斯经常超限施工中的掘进速度快与瓦斯经常超限的矛盾的矛盾，实现了实现了高瓦斯综掘煤巷快