瓦斯防治3.ppt

1、瓦斯抽放,安全教研室,一、矿井瓦斯抽放的目的、条件及评价指标 瓦斯抽放是防止瓦斯灾害的治本措施，通过抽放不仅可以降低矿井瓦斯的涌出量，有效防止瓦斯超限或爆炸事故，又能从根源消除煤与瓦斯突出的危险性。 矿井瓦斯抽放的实质就是减少和消除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤层中存在或释放出来的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点。,1、抽放瓦斯的目的 (1)预防瓦斯超限，确保矿井安全生产 (2)开采保护层并具有抽放瓦斯系统的矿井，应抽放被保护层的卸压瓦斯 抽放近距离被保护层的瓦斯，可减少卸压瓦斯涌入保护层工作面和采空区，保证保护层安全顺利地回采。 抽放远距离被保护层的

2、瓦斯，可以扩大保护范围与程度，并于事后在被保护层内进行掘进和回采时，瓦斯涌出量会显著减少。 (3)无保护层可采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用 (4)开发利用瓦斯资源，变害为利,2、抽放瓦斯的条件 (1)一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。 (2)矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的应进行抽放瓦斯。 40m3min； 年产量100150万t的矿井，30m3min； 年产量60100万t的矿井，25m3min； 年产量4060万t的矿井，20m3min； 年产量40万t的矿井，15m3min。 (3)

3、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 (4)开采保护层时，应同时抽放被保护层的瓦斯。,3、煤层瓦斯抽放难易程度的指标 煤层瓦斯抽放的可行性取决于两个因素 煤层瓦斯压力，也就是瓦斯从煤层向外释放的能力，瓦斯压力越大，瓦斯抽放也越容易； 煤层的透气性能，也就是瓦斯通过煤层时的阻力大小，透气性越低，阻力就越大，瓦斯抽放就越困难。 煤层的抽放难易程度划分,在较难抽放的煤层中进行瓦斯抽放工作，必须采取增加煤层透气性的措施。,钻孔流量衰减系数是表示钻孔瓦斯流量随时间延长呈衰减变化的系数。,式中qt经过t时间的钻孔瓦斯流量，m3/d； q0钻孔初始瓦斯流量，m3/d； 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1； t时间，d。

4、,4、瓦斯抽放效果评价指标 (1)矿井(采区)抽放率 指矿井(采区)的抽出瓦斯量占其风排瓦斯量与抽放瓦斯量之和的百分比，即,式中dk矿井(采区)抽放率，%； Qkc矿井(采区)抽放瓦斯量，m3/min； Qkf矿井(采区)风排瓦斯量，m3/min。,(2)工作面本开采层的抽放率 开采层的抽放率是指从开采层抽出的瓦斯量占开采层瓦斯涌出量与抽出量之和的百分比，即,式中dB开采层(本层)抽放率，%； QBc从开采层抽出的瓦斯量，m3/min； QBy开采层涌出的瓦斯量，m3/min。,(3)工作面邻近层的抽放率 邻近层的抽放率是指从邻近层抽出的瓦斯量占邻近层涌出与抽出量之和百分比，即,式中dL邻近层

5、的抽放率，%； QLc从邻近层抽出的瓦斯量，m3/min； QLy从邻近层涌出的瓦斯量，m3/min。,(4)可抽瓦斯量 可抽瓦斯量是指瓦斯储量中能被抽出来的瓦斯量。 WkWdk/100 式中Wk矿井可抽瓦斯量，m3； W矿井瓦斯储量，系指矿田开采过程中能够向矿井排放的 煤(岩)所储存的瓦斯量，m3； dk矿井瓦斯抽放率，%。 根据矿井瓦斯抽放管理规范，煤层瓦斯抽放率规定如下： 预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽放率20%，采面抽放率25%。 邻近层卸压抽放瓦斯的矿井：矿井抽放率35%，采面抽放率45%。,5、抽放瓦斯的方法 (1)按抽放中瓦斯来源分类 本煤层抽放、邻近层抽放、采空区抽放和围岩瓦斯抽放

6、。 (2)按抽放瓦斯的煤层是否卸压分类 未卸压煤层抽放瓦斯和卸压煤层抽放瓦斯。 (3)按抽放瓦斯与采掘时间关系分类 煤层预抽瓦斯、边采(掘)边抽和采后抽放瓦斯。 (4)按抽放工艺分类 钻孔抽放，巷道抽放和钻孔巷道混合抽放。,二、本煤层瓦斯抽放 煤层回采前的抽放属于未卸压抽放，在受到采掘工作面影响范围内的抽放，属于卸压抽放。 1、未卸压煤层瓦斯抽放 未卸压煤层瓦斯抽放，是指通过巷道或打钻孔抽放未受采动影响或未经人为松动卸压的煤层中瓦斯的方法，也可称为预抽瓦斯。 其特点是被抽放煤层未卸压，抽放效果与煤体瓦斯压力和透气性有关。 煤体透气性越小，瓦斯压力越低，越难抽出瓦斯。,(1)巷道抽放 巷道抽放瓦

7、斯是在煤体中提前布置采区巷道，封闭后插入管子进行抽放。 这种方法抚顺在50年代采用较多，采用此法，巷道周围卸压范围大，暴露面积大，抽放效果比较好。 但在瓦斯含量大的煤层中，巷道掘进时瓦斯涌出量大，掘进困难，有突出危险的煤层困难更大，抽放后巷道维修量大。 巷道抽放不用作主要方法，但仍有一些矿井将其作为辅助方法应用。,它主要适用于煤层的透气性系数较大，且有较长预抽时间的近距离煤层群或厚煤层。,(2)未卸压钻孔抽放瓦斯 地面钻孔抽放瓦斯是从地面向煤层打钻抽放瓦斯，为了扩大一个钻孔的抽放范围，在国外使用拐弯钻，即当钻孔进入煤层后拐弯，沿煤层钻进数百米以上。 井下钻孔的布孔方式有穿层钻孔和顺层(沿层)钻

8、孔。 穿层钻孔抽放 穿层钻孔抽放是在开采煤层的顶底板岩石巷道或邻近煤层巷道中，每隔一段距离开一长约10m的钻场，从钻场向煤层打35个穿透煤层的钻孔，封孔或将整个钻场封闭起来，插上瓦斯抽放管并与抽放系统连接进行抽放。,顺层钻孔抽放 顺层钻孔是在巷道进入煤层后，再沿煤层打钻孔。可用于石门见煤处、煤巷及采煤工作面，采用较多的是采煤工作面。 主要适用于煤层赋存条件稳定、地质变化小的单一厚煤层。,钻孔抽放参数 a.钻孔方向 多采用上向钻孔布置，孔内不易积水，抽放效果好。在含水较大的煤层内打下向孔时，如孔内静水压力大于煤层瓦斯压力，将会造成抽放瓦斯困难，必须排除孔内积水。 b.钻孔间距 钻孔有效排放半径是

9、指在规定的排放时间内，在该半径范围内的瓦斯压力或瓦斯含量降到 安全容许值。 钻孔间距应略小于或等 于钻孔有效排放半径的2倍。,c.抽放负压 一般取13.6 26.6 kPa，最低不小于6.7kPa。 d.钻孔直径 孔径大，钻孔暴露面积也大，则钻孔瓦斯涌出量较大。 据阳泉一矿3号煤层测定结果，孔径由73mm提高到300mm，钻孔暴露面积增至4倍，而钻孔抽放量仅增至2.7倍。 孔径应根据钻机性能，施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定。 一般钻孔直径为70100mm。,2、卸压钻孔抽放瓦斯 卸压钻孔抽放瓦斯主要是依靠采掘工作的影响，构成对周围煤体的卸压作用而增加煤体透气性，来实现抽放瓦

10、斯的目的。 (1)随掘随抽 在煤巷掘进巷道两帮每隔一定距离交错掘一钻场，在钻场向工作面推进方向打12个超前钻孔，然后插管、封孔进行抽放。 钻场间距1015m，孔径4560mm，钻孔深1520m。,(2)随采随抽 随采随抽是利用工作面煤壁前方形成的卸压带，应力集中带与工作面之间有10m左右的卸压带，通过钻孔抽放工作面卸压带的瓦斯，以阻截煤体卸压瓦斯，减小瓦斯涌出量。 工作面推进到钻孔附近，当最大集中应力超过钻孔后，瓦斯的抽出量增加，工作面推进到 距钻孔l3m时，大量空气开 始进入钻孔，瓦斯浓度降低 到30%以下时，应停止抽放。 每一钻孔有效抽放时间 不长，抽放效率不高。,1-卸压带 2-应力集中

11、带 3-原岩应力带,3、人工增透措施 (1)水力压裂 水力压裂是将大量含砂的高压液体（水或其它溶液）注入煤层，迫使煤层破裂，产生裂隙后砂子作为支撑剂停留在缝隙内，阻止它们的重新闭合，从而提高煤层的透气系数。 (2)水力割缝 水力割缝是用高压水射流在煤层钻孔两侧割出各有宽0.30.6m的缝，以提高煤层透气性和瓦斯抽放量。水力割缝措施可使煤层透气系数增加12个数量级。,(3)深孔爆破 利用钻孔内炸药爆炸产生的能量使煤体形成新的裂隙，并使原生裂隙得以扩展，从而提高透气性，增加瓦斯抽放量。 (4)酸液处理 向煤层注入酸液以溶蚀煤内的碳酸钙等物质，形成空洞，增加透气性。 (5)交叉钻孔 交叉钻孔是除沿煤

12、层打垂直 于走向的平行孔外，还打与平行 钻孔呈150200夹角的斜向钻 孔，形成互相连通的钻孔网。,三、邻近层的瓦斯抽放 1、邻近层和顶底板围岩的变化 (1)邻近层的含义 煤层群开采时，能向开采层采掘空间和采空区涌出瓦斯的煤层或夹层，就称为邻近层。 邻近层瓦斯抽放是在有瓦斯赋存的邻近层内预先开凿抽放瓦斯的巷道，或预先从开采煤层或围岩大巷内向邻近层打钻，将邻近层内涌出的瓦斯抽出。,(2)邻近层的岩层移动与瓦斯涌出 煤层开采后 顶板形成：冒落带、裂隙带和变形带。 底板形成：膨胀、卸压变形。 冒落带距开采层很近，瓦斯完全释放到采空区内，难以进行瓦斯抽放。冒落带的高度为采厚的5倍。 裂隙带内煤体卸压充

13、分，煤层 透气性大大增加，瓦斯大量解吸， 流向采空区，是抽放瓦斯最好的地 带。裂隙带的高度为采厚的830倍。 变形带距开采层远，可直达地 表，卸压程度低，瓦斯不流向开采 煤层采空区，抽放效果次于裂隙带。,(3)邻近层距离对瓦斯抽放率的影响 如图所示是我国部分矿井不同层间距的邻近层与抽放率之间的关系汇总。 从图中可以看出，近距离邻近层瓦斯抽出率比较低，因其距开采层太近，大裂隙发育，瓦斯流向采空区的流动阻力小于流向钻孔的阻力。抽放率最高是邻近层处于3050m层间距范围。,瓦斯抽放率与层间距的关系 1-中梁山；2-北票；3-阜新；4-阳泉；5-包头；6-南桐；7-鸡西；8-天府,问题：抽放邻近层瓦斯

14、，其层间距对瓦斯抽放率如何影响，抽放率最好的层间距应是多少？,2、邻近层瓦斯抽放的分类和方法 按邻近层的位置分 上邻近层(或顶板邻近层)抽放和下邻近层(或底板邻近层)抽放； 上邻近层瓦斯抽放 上邻近层瓦斯抽放即是邻近层位于开采层的上部。 下邻近层瓦斯抽放 邻近层位于开采层的下部。 按汇集瓦斯的方法分 钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合抽放三类。,(1)钻孔布置原则 钻孔位置应选择在冒落拱的上部和卸压角以内的范围内； 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； 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)钻孔布置方法 分为开采层外巷道打钻和开采层内巷道打钻两种方式

15、。 开采层外巷道打钻孔 a.钻场设在开采层的底板岩巷内，由钻场打钻抽放下邻近层瓦斯，如图a所示。 b.钻场设在开采层的顶板岩巷内，由钻场打钻抽放上邻近层瓦斯，如图b所示。,a,b,c.利用石门、联络巷作钻场向上、下邻近层打钻孔抽放的方式，如图c所示。 d.利用联络巷(煤门)沿邻近煤层布量顺层钻孔抽放的方式，如图d所示。,c,d,1-穿层钻孔；2-运输巷道； 3-石门或联络道,1-顺层钻孔；2-运输巷道； 3-联络道,开采层内巷道打钻孔 a.钻场设在工作面副巷内，由钻场向邻近层打穿层钻孔的布置方式，如图e所示。 b.钻场设在工作面的进风巷内，然后由钻场向邻近层打穿层钻孔的布置方式，如图f所示。此

16、种布孔方式多用于抽放下邻近层的瓦斯。,e,f,1-抽放钻孔；2-工作面副巷；3-运输巷道；4-回风巷；5-进风巷,3、巷道抽放邻近层瓦斯 巷道抽放邻近层瓦斯是指在开采层的顶部由于采动影响形成的裂隙带内，掘进出专门用于抽放瓦斯的巷道(也叫集瓦斯巷或高抽巷)，用以抽放上邻近层的卸压瓦斯和开采层采空区的瓦斯。 根据巷道布置方式不同，分为倾斜高抽巷和走向高抽巷。 (1) 倾斜高抽巷,在工作面回风巷与尾巷间的煤柱与工作面推进方向平行掘进5m左右起坡，坡度为30500，施工至 上邻近层后顺煤层施工2040m。 施工完毕后，在其坡底打封闭墙， 然后从封闭墙上穿管进行抽放， 如图所示。,(2) 走向高抽巷 在

17、采区回风上山， 沿采区大巷间煤柱打一平巷，然后起坡至上邻近层，顺采区走向全长掘进巷道，施工完毕后，在其坡底打密闭墙穿管抽放，如图所示。,4、钻孔抽放邻近层瓦斯 (1)邻近层的极限距离 邻近层抽放瓦斯的上限与下限距离，通过实际观测，确定冒落带、裂隙带和变形带三带的高度。 上邻近层取冒落带高度为下限距离，裂隙带的高度为上限距离。 下邻近层不存在冒落带，不存在上部边界，下部边界一般不超过6080m。 (2)钻场位置 钻场位置应根据邻近层的层位、倾角、开拓方式以及施工方便等因素确定，要求能用最短的钻孔，抽出最多的瓦斯。,钻场位置 位于开采煤层的运输平巷内(图a)。 位于开采煤层的回风巷内(图b)。 位

18、于层间岩巷内(图c)。 位于开采煤层顶板，向裂隙带打平行于煤层的长钻孔。 混合钻场，上述方式的混合布置。,1-运输巷道；2-回风巷道；3-岩巷；4-钻孔,(3)钻孔抽放参数的确定 钻孔或钻场间距 钻孔间距主要取决于层间距离，层间距离越小，抽放半径就越小；层间距越大，抽放半径就越大。 因为层间距越小，瓦斯流动阻力小，抽放层的瓦斯就越容易流向开采层采空区，抽放半径就应小些。 上邻近层抽放钻孔间距可大些，下邻近层抽放，钻孔间距可小些。 通常通过试验，确定钻孔间距。 也可参考，钻孔间距为12倍层间距。 钻场间距3060m，一个钻场可布置1个钻孔或多个钻孔。,钻孔角度 钻孔角度是指钻孔与水平线的夹角(倾

19、角)和钻孔水平投影线与煤层走向或倾向间的夹角(偏角)。 布置钻孔时应遵循以下基本原则： a.钻孔必须深入到邻近层的卸压带内，但不穿过冒落带； b.保持钻孔不受地压活动影响而中断； c.考虑打钻过程中操作是否方便。 可通过作图法确定。,钻孔进入的层位 决定于上、下邻近层层数及层间距。 对于单一邻近层，钻孔穿透该层即可。 对于多邻近层，钻孔穿透多层： a. 30倍采高以内的邻近层，且各邻近层间的间距小于10m； b.30倍采高以外的邻近层，且互相间的距离小于1520m。 否则应向瓦斯涌出量大的各层分别打钻 孔径和抽放负压 钻孔直径多为5775mm，孔口负压应13.3kPa。,四、采空区瓦斯抽放 目

20、的： 减少瓦斯涌出，防止工作面回风及上隅角集聚； 将抽出瓦斯进行利用。 采空区抽放瓦斯的方法 1、全封闭式抽放 密闭式抽放 将采空区或回采面的的进回风巷均加以密闭，然后安放抽放管进行抽放。,钻孔式抽放 要求钻孔孔底应处在初始冒落拱的上方，或者直接向采空区打钻抽放。 综合式抽放(密闭与钻孔结合) 2、半封闭式抽放 随着回来工作面的向前推进，其后面的采空区范围逐渐增大。若能将采空区瓦斯抽出，则能直接减少涌向工作面的瓦斯量。 工作面尾巷抽放 即将平行于回风巷道的 排瓦斯巷进行逐段密闭，并 插管抽放采空区瓦斯的一种 方式，如图所示。,1-瓦斯抽放尾巷 2-瓦斯管 3-联络巷 4-密闭 5-回风巷,巷道

21、埋管抽放 所谓埋管抽放方法，一般是沿工作面的回风巷道敷设一条瓦斯管路，随着工作面的推进，瓦斯管的一端逐渐埋入采空区，瓦斯管路外套水泥管，以防瓦斯管在顶板冒落时被砸坏，每隔100m左右向采空区伸入一短管，边回采边抽放采空区瓦斯。,1-回风巷 2-抽放瓦斯管路 3-水泥套管 4-短管,五、抽放瓦斯设备 抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检测仪表。 1、钻机 煤矿井下常用的钻机类别主要有SGZ-1型钻机、MK系列钻机及ZSM-250型和ZYG-50型钻机等。 MK系列钻机 主要用于煤矿井下钻进地质勘探孔、抽放瓦斯孔、注水孔及其他工程用孔。 SGZ系列钻机 适用于工程钻孔和地

22、质勘探取芯钻孔，机身小，尤其适应于煤矿井下作业。,返回本节,钻机性能参数表,2、抽放瓦斯的管道 一般用钢管或铸铁管 (1)管道直径确定 管道内径D (m)应根据预计的抽出量，用下式计算： D(4Qc)/(60v)1/2 式中 Qc管内气体流量，m3/min ； v管内瓦斯流速，m/s 。 管内瓦斯流速，一般取v1015 m/s 。 大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为：采区的100150 mm ，大巷的150300 mm ，井筒和地面的200400 mm 。,(2)管道阻力计算 管道铺设路线选定后，进行管道总阻力的计算，选择阻力最大的一路管道，分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起来即为整个系统的总阻力。 摩擦阻力hf (Pa)可用下式计算： hf(10.00446C)LQc2kD5 ( ) 式中 L管道的长度，m； D 管径，cm； Qc管内混合气体（瓦斯与空气）的流量，m3/h； k系数，根据管径由表9-7-3(P224)查取； C瓦斯浓度。,局部阻力一般不进行个别计算，而是以管道总摩擦阻力的1020%作为局部阻力。管道的总阻力为： hR (1.11.2)hfi 式中 hfi i段管道的摩擦阻力，Pa 。,3、瓦斯抽放泵 矿用瓦斯抽放泵大致可