边抽边掘技术在高瓦斯突出危险煤层掘进中的实践与应用培训课件

边抽边掘技术在高瓦斯突出危险煤层掘进中的实践与应用培训课件CONTENTS目录01工程背景与问题提出02边抽边掘技术原理03钻场及钻孔布置设计04抽放系统配置与运行管理CONTENTS目录05应用效果分析06技术优化建议与应用前景01工程背景与问题提出谢桥煤矿概况与1151（3）工作面特征

谢桥煤矿基本概况谢桥煤矿位于淮南潘谢矿区西翼，是一座设计年产量400万t的特大型现代化矿井，2003年实际生产能力达到560万t。

1151（3）工作面地质条件1151（3）工作面是矿井东翼-610m下山采区13-1煤层首采面，走向长1900m，标高-590～-660m，煤层赋存稳定，平均倾角12°18′，设计采煤方法为综采放顶煤。

13-1煤层突出危险性井田内13-1煤层为突出危险煤层，对矿井安全生产构成重大威胁，需采取针对性防突措施。

工作面初期掘进面临的问题下顺槽掘进初期采用加大风量排放瓦斯、施工超前排放钻孔消突，但消突效果不明显，预测指标频繁超标，瓦斯频繁超限，严重影响掘进进度，造成工作面接替紧张。13-1煤层突出危险性分析煤层基本赋存特征

13-1煤层为谢桥煤矿突出危险煤层，赋存稳定，走向倾角97°～107°，平均倾角12°18′，透气性低，是高瓦斯突出危险治理的重点对象。原始瓦斯治理措施局限性

初期采用加大风量排放瓦斯及施工超前排放钻孔消突，实践表明消突效果不明显，预测指标频繁超标，防突工程量巨大，且瓦斯频繁超限，严重影响掘进进度。突出风险核心因素

高瓦斯压力与地应力是13-1煤层突出的主要动力因素，煤层透气性低导致瓦斯抽放困难，传统措施难以有效降低瓦斯压力和地应力，突出危险性持续存在。治理需求迫切性

1151（3）工作面作为13-1煤层首采面，走向长1900m，若突出问题不解决，将导致工作面接替紧张，制约矿井560万t实际生产能力的发挥。传统掘进工艺存在的问题与挑战

消突效果不明显，预测指标频繁超标谢桥煤矿1151（3）工作面下顺槽掘进初期，采用加大风量排放瓦斯及施工超前排放钻孔消突，3个月实践显示预测指标经常超标，防突措施工程量巨大且耗时费力。

瓦斯超限现象频发，安全风险高2002年1-3月未实施边抽边掘技术时，共发生瓦斯超限6次，瓦斯浓度最高达4%，正常情况下也达0.8%，严重威胁掘进施工安全。

掘进进度缓慢，工作面接替紧张传统工艺下月平均进尺仅61.2m，导致工作面贯通工期长达16个月，造成矿井东翼-610m下山采区13-1煤层首采面接替紧张，影响矿井生产计划。

防突人力物力投入大，经济性差传统措施需大量施工超前排放钻孔，月平均防突预测指标超限次数达5.75次，防突措施既费时又费力，增加了矿井生产成本和管理难度。边抽边掘技术应用的必要性

传统瓦斯治理措施的局限性1151(3)工作面下顺槽掘进初期，采用加大风量排放瓦斯和施工超前排放钻孔消突，3个月实践显示消突效果不明显，预测指标频繁超标，防突工程量巨大且费时费力，瓦斯频繁超限，严重影响掘进进度。

高瓦斯突出煤层的安全威胁13-1煤层为突出危险煤层，未实施边抽边掘技术时，2002年1-3月共发生瓦斯超限6次，瓦斯浓度最高达4%，正常情况下也达0.80%，存在严重的煤与瓦斯突出风险，威胁矿井安全生产。

生产接替的迫切需求未采用边抽边掘技术前，月平均进尺仅61.2m，导致工作面接替紧张。实施该技术后，月平均进尺提升至156.8m，最高达182m/月，贯通工期比原计划提前近3个月，有效缓解了生产接替压力。02边抽边掘技术原理技术核心目标与作用机制01核心目标一：消除煤与瓦斯突出危险通过降低煤体瓦斯压力和地应力，从根本上消除瓦斯突出的动力条件，保障掘进工作面安全。02核心目标二：降低风流瓦斯浓度减少煤体向巷道空间的瓦斯涌出量，降低风排瓦斯负担，杜绝瓦斯超限现象，改善作业环境。03核心目标三：保障掘进进度稳定在有效控制瓦斯和突出风险的前提下，减少因防突措施反复施工导致的工期延误，确保掘进连续高效推进。04作用机制一：瓦斯抽放与压力释放通过施工长钻孔抽放瓦斯，直接减少煤体中的瓦斯含量，使瓦斯压力得到释放，降低突出发生的可能性。05作用机制二：地应力转移与卸压抽放瓦斯后煤体物理力学性质改变，应力集中带前移，增加迎头前方煤体卸压带宽度，降低地应力对掘进工作的威胁。06作用机制三：拦截与引流瓦斯巷帮钻场钻孔形成瓦斯拦截屏障，减少周边煤体瓦斯向巷道涌入，配合抽放系统将瓦斯高效引流排出，降低风流瓦斯浓度。瓦斯抽放与地应力释放原理

01瓦斯抽放核心机制通过在巷道两帮钻场及迎头施工长钻孔，建立负压抽采系统，直接抽放煤体中游离及吸附态瓦斯，减少向巷道空间的瓦斯涌出量，降低风排瓦斯压力。

02地应力释放作用机理抽放瓦斯过程中，煤体瓦斯压力降低导致其物理力学性质改变，应力集中带向煤体深部前移，扩大迎头前方卸压带宽度，同时提高煤层透气性，从根本上消除瓦斯突出的动力源。

03协同防突原理通过瓦斯抽放与地应力释放的协同作用，既降低瓦斯浓度超限风险，又削弱地应力对煤体的破坏作用，双重抑制煤与瓦斯突出的发生条件，保障掘进作业安全。风排瓦斯量降低的技术路径长钻孔抽放拦截瓦斯源通过在巷道两帮钻场及迎头施工长钻孔（孔深60m），直接抽放煤体中的瓦斯，减少瓦斯向巷道空间的涌出量，从源头降低风排瓦斯负荷。高负压抽放系统强化抽采效率针对13-1煤层透气性低的特点，采用地面永久抽放泵（抽放负压25～30kPa）及Φ159mm抽排管，形成高效抽采系统，提升瓦斯抽放量以替代风排。24小时不间断抽放保障持续效果钻场钻孔实施24小时不间断抽放，迎头钻孔至少抽放24小时，通过持续抽采使煤体瓦斯压力释放，减少动态涌出，降低对风量排放的依赖。与传统防突措施的技术差异瓦斯治理方式对比传统措施以加大风量排放瓦斯为主，被动应对瓦斯涌出；边抽边掘技术通过长钻孔主动抽放瓦斯，从源头降低煤体瓦斯含量，减少风排瓦斯量。消突原理不同传统超前排放钻孔仅局部释放瓦斯，难以彻底消除地应力；边抽边掘技术通过持续抽放使煤体瓦斯压力释放、地应力降低，应力集中带前移，增加卸压带宽度。措施工程量与效率差异传统措施需频繁施工大量超前钻孔，消突效果不明显且预测指标常超标；边抽边掘技术以50m为循环施工钻场及钻孔，钻场钻孔24h不间断抽放，迎头钻孔至少抽放24h，大幅减少重复作业，提升掘进效率。技术系统性对比传统措施缺乏系统性抽放系统；边抽边掘技术配套地面永久抽放泵（抽放负压25～30kPa）、Φ159mm抽排管及封孔工艺（聚胺脂封孔深度≥5m），形成完整抽放体系，确保抽放效果稳定可控。03钻场及钻孔布置设计掘进循环与钻场设置规范

掘进循环划分标准巷道掘进以50m为一个标准循环单元，结合煤层赋存条件与施工效率确定，确保抽采与掘进工序有序衔接。

钻场布置原则顺槽两帮每隔50m施工2个对称钻场，采用巷帮钻场布置方式，形成立体抽采空间，有效覆盖掘进前方煤体。

钻场规格参数钻场设计尺寸为长×宽×高=5m×4m×2.2m，满足钻孔施工操作空间需求，保障设备布设与人员作业安全。

钻孔交叉设计考虑钻孔成孔工艺差异，每掘进循环钻孔交叉10m，确保抽采区域无盲区，形成连续有效的瓦斯治理屏障。钻场规格与空间布局参数钻场基本尺寸标准钻场采用对称布置形式，规格统一为长×宽×高=5m×4m×2.2m，确保钻孔施工操作空间及设备安置需求。循环掘进与钻场间距设计巷道掘进以50m为一个施工循环，顺槽两帮每隔50m施工2个对称钻场，形成规律性的瓦斯抽采控制单元。钻孔交叉与覆盖范围参数考虑成孔工艺差异，每掘进循环钻孔交叉10m，钻场钻孔与迎头钻孔深度均为60m，实现对工作面前方煤体的连续抽采覆盖。钻孔数量与方位角设计

钻场与迎头钻孔数量配置每个钻场施工4个钻孔，迎头施工6个钻孔，孔深均为60m，孔径94mm，形成立体抽采网络覆盖掘进区域。

钻场对称布置与循环交叉设计顺槽两帮每隔50m施工2个对称钻场，每掘进循环钻孔交叉10m，确保抽采区域无盲区，弥补成孔工艺差异影响。

方位角与走向匹配原则钻孔沿工作面走向方向施工，结合13-1煤层平均倾角12°18′设计方位角，保证钻孔轨迹与煤层赋存形态适配，提升瓦斯抽采效率。孔深、孔径与封孔工艺要求

钻孔深度标准边抽边掘技术中，钻场及迎头钻孔深度统一为60m，每掘进循环（50m）钻孔交叉10m，确保抽放区域连续覆盖无盲区。

钻孔直径参数采用Φ94mm孔径设计，兼顾抽放效率与成孔稳定性，适用于13-1低透气性突出煤层的瓦斯抽采需求。

封孔材料与深度要求钻孔施工完毕后，必须采用聚胺脂封孔，封孔深度严格控制在不低于5m，有效防止瓦斯泄漏，保障抽放负压稳定。钻场及钻孔布置示意图解析

钻场布置参数巷道掘进每50m为1个循环，顺槽两帮每隔50m施工2个对称钻场，钻场规格为长×宽×高=5m×4m×2.2m。

钻孔设计参数每个钻场施工4个钻孔，迎头施工6个钻孔，孔深60m，孔径94mm，每掘进循环钻孔交叉10m。

封孔与抽放要求钻孔施工完毕采用聚胺脂封孔，封孔深度不低于5m；钻场钻孔24h不间断抽放，迎头钻孔至少抽放24h。

抽放系统配置利用地面永久抽放泵抽放，工作面抽排管直径Φ159mm，抽放负压25～30kPa，定期考察抽放浓度、流量、负压等参数。04抽放系统配置与运行管理抽放设备选型与技术参数

地面永久抽放泵应用针对13-1煤层透气性低的特点，选用地面永久抽放泵进行瓦斯抽放，以提高瓦斯抽放量，为高效抽采提供动力保障。

抽排管直径规格工作面抽排管直径选用Φ159mm，该规格管道能够满足瓦斯抽放过程中的流量需求，保障抽放系统的稳定运行。

抽放负压参数范围抽放负压控制在25～30kPa之间，此负压条件可有效应对低透气性煤层，促进瓦斯从煤体中解吸并被抽出。

抽放效果提升建议由于煤层透气性低，可设大流量专用移动抽排泵抽放，通过加大孔口负压来增强抽放效果，进一步提高瓦斯抽采效率。抽排管路系统设计与安装

抽排管路选型工作面抽排管直径选用Φ159mm，以适应高瓦斯抽放需求，确保瓦斯抽放过程中的通畅性和安全性。

抽放设备配置利用地面永久抽放泵进行抽放，抽放负压控制在25～30kPa，为瓦斯抽放提供稳定的动力支持。

管路安装要点管路安装需保证严密性，定期检查连接处是否泄漏，同时合理布置管路走向，避免弯曲过多影响抽放效果。

参数监测要求定期考察抽放浓度、流量、负压等基本参数，实时掌握抽排系统运行状态，确保抽放效果达到预期目标。抽放负压控制与参数监测

抽放负压设定标准针对13-1煤层透气性低的特点，采用地面永久抽放泵进行抽放，工作面抽放负压控制在25～30kPa范围，以提高瓦斯抽放量。

抽排系统配置参数工作面抽排管直径选用Φ159mm，确保抽放管路的流通能力与抽放负压相匹配，满足瓦斯抽采需求。

关键监测指标体系定期考察并记录抽放浓度、流量、负压等基本参数，实时掌握抽放系统运行状态，为优化抽放效果提供数据支撑。钻孔抽放时间与周期管理钻场钻孔抽放时间要求钻场钻孔需每天24小时不间断抽放，确保对巷道周边煤体瓦斯的持续有效抽采，以充分释放瓦斯压力，降低突出风险。迎头钻孔抽放时间标准迎头施工的钻孔至少需抽放24小时，保证在掘进作业前，迎头前方煤体的瓦斯得到初步释放，为安全掘进创造条件。掘进与抽放循环周期设计巷道掘进每50米为一个循环，考虑到钻孔成孔工艺差异，每掘进循环钻孔交叉10米，形成持续的抽放覆盖区域，实现边抽边掘的有序衔接。05应用效果分析瓦斯抽放量与抽放率统计累计瓦斯抽放量从2002年4月到2003年2月，1151（3）下顺槽掘进面累计抽放瓦斯5.81×105m³，平均每分钟抽放1.2m³。工作面瓦斯抽放率该期间工作面瓦斯抽放率达到19.3％，有效降低了煤体瓦斯含量，为掘进安全提供了保障。瓦斯浓度控制效果对比

01未实施边抽边掘技术时的瓦斯超限情况2002年1～3月，谢桥煤矿1151（3）工作面下顺槽掘进期间，共发生瓦斯超限6次，瓦斯浓度最高达到4％，正常情况下瓦斯浓度也达到0.80%。

02实施边抽边掘技术后的瓦斯浓度控制效果采取边抽边掘措施后，巷道掘进期间未发生一次瓦斯超限事故，瓦斯浓度最高不超过0.70%，正常情况下稳定在0.60%，有效解决了瓦斯超限问题。

03瓦斯浓度控制效果的核心原因钻场钻孔拦截了部分巷道周边煤体涌入巷道的瓦斯，大大降低了风流中的瓦斯浓度，从源头上减少了瓦斯涌出量，保障了掘进工作面的瓦斯浓度处于安全范围。防突预测指标改善情况实施前预测指标超限情况在未执行边抽边掘防突措施时，月平均防突预测指标超限次数为5.75次，预测指标经常超标，防突措施工程量巨大，既费时又费力。实施后预测指标改善效果采取深孔抽放措施后，月平均防突预测指标超限次数降至2.25次，月平均防突预测超限次数降低61%，显著减少了防突人力、物力投入。指标改善的核心原因通过抽放使煤体的物理力学性质得到改变，应力集中带前移，增加了迎头前方煤体的卸压带宽度和透气性，降低了发生突出的动力即瓦斯压力和地应力。掘进进度提升与工期优化

实施前后月进尺对比未实施边抽边掘技术前，月平均进尺量为61.2m；采取深孔抽放措施后，月平均进尺稳定在150-160m，最高达到182m/月，是采取措施前的2-3倍。

工作面贯通工期优化成果实施边抽边掘技术后，1151（3）工作面下顺槽贯通工期比原计划提前了近3个月，有效缓解了采面接替紧张的局面。

关键影响因素：效率提升机制通过降低瓦斯超限频次、减少防突预测指标超标次数（月均从16次降至0次），大幅减少了因安全问题导致的停工时间，保障了掘进作业连续性。地质风险预警与断层探测效果

长钻孔断层探测能力通过施工长钻孔，基本能探出工作面前方落差小于3m的较小断层，解决了传统手段难以判断的地质风险问题。

断层探测对安全掘进的作用提前探明小断层等地质构造，可有效避免因地质异常导致的瓦斯突出风险，为巷道安全掘进提供地质保障。

探测技术与掘进协同优势边抽边掘技术中钻孔施工与地质探测同步进行，在抽放瓦斯的同时实现地质风险预警，提升了掘进作业的安全性与效率。边抽边掘技术效果比较表分析

月平均瓦斯超限次数对比实施边抽边掘技术前月平均瓦斯超限2次，实施后降至0次，彻底杜绝了瓦斯超限现象。

月平均防突预测指标超限数对比实施前月平均防突预测指标超限16次，实施后降至0次，防突效果显著提升。

月平均进尺量对比实施前月平均进尺量为61.2m，实施后达到150m，掘进效率提升约2.45倍，最高月进尺达182m。

工作面贯通工期对比实施前工作面贯通工期预计16个月，实施后提前至13个月，缩短了近3个月，缓解了采面接替紧张局面。06技术优化建议与应用前景封孔质量提升与抽放效率优化

封孔材料与深度要求钻孔施工完毕采用聚胺脂封孔，封孔深度不低于5m，确保瓦斯抽放过程中不漏气，保障抽放效果。

抽放设备与参数设置针对13-1煤层透气性低的特点，利用地面永久抽放泵进行抽放，工作面抽排管直径Φ159mm，抽放负压控制在25～30kPa。

抽放效果提升建议为提高抽放效果，可设大流量专用移动抽排泵抽放，加大孔口负压；抽放钻孔孔径应尽量大，迎头钻孔可通过增加数量、降低深度、增加施工循环次数解决抽放时间短的问题。

封孔质量的重要性封孔质量要求较高，良好的封孔是保证瓦斯抽放效率的基础，能有效防止瓦斯泄漏，确保抽放工作的顺利进行。钻孔参数优化方向与实施方案01孔径优化：增大孔径提升抽采效率抽放钻孔孔径应尽量大，以提高瓦斯抽采量和效率，针对13-1煤层透气性低的特点，可在现有94mm孔径基础上探索更大孔径的应用可行性。02迎头钻孔参数调整：平衡抽放时间与覆盖范围由于迎头钻孔抽放时间短（至少24h），可通过增加钻孔数量、降低钻孔深度、增加钻孔施工循环次数来