11第十一章__煤矿综合瓦斯抽采方法.ppt

安全工程专业,,程远平,中国矿业大学安全工程学院煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,矿井瓦斯防治,第十一章煤矿综合瓦斯抽采方法,一、煤矿综合瓦斯抽采的必要性二、煤矿综合瓦斯抽采方法概述三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,一、煤矿综合瓦斯抽采的必要性,,煤矿综合瓦斯抽采的必要性,,对于一个突出煤层工作面而言，开采前需要通过采前瓦斯抽采消除煤层的突出危险性.开采期间需要通过采中瓦斯抽采保证工作面瓦斯浓度不超限.开采结束后通过对采空区进行采后瓦斯抽采提高矿井瓦斯抽采率.为了实现上述瓦斯抽采的目标，就需要在采掘活动的各个时期、各个地点进行瓦斯的综合抽采，因此为保证工作面及矿井的安全开采，对高瓦斯及突出煤层进行综合瓦斯抽采是非常必要的。,二、煤矿综合瓦斯抽采方法概述,,二、煤矿综合瓦斯抽采方法概述,,综合瓦斯抽采是各种抽采方法的总称，其最终的目的是为了确保各工作面的采掘安全，同时提高矿井瓦斯抽采率。从时间上来分，综合瓦斯抽采包括采前抽采、采中抽采和采后抽采。从空间上来分，包括井下瓦斯抽采和地面钻井瓦斯抽采。从抽采对象上来分，包括本煤层抽采、邻近层抽采和采空区抽采。,,二、煤矿综合瓦斯抽采方法概述,,综合瓦斯抽采是各种抽采方法的总称，其最终的目的是为了确保各工作面的采掘安全，同时提高矿井瓦斯抽采率。从方式上来分，包括钻孔抽采、巷道抽采和埋管抽采。从煤层卸压抽采来分，包括卸压瓦斯抽采和原始煤层强化瓦斯抽采。对于一个矿井、一个煤层，应结合煤层地质、瓦斯赋存等条件，通过方案论证，择优选定几种抽采方法进行有机组合对煤层进行综合瓦斯抽采，使得抽采结果满足工作面采前、采中、采后各时间段的抽采要求，最终确保工作面的安全采掘，实现高瓦斯或突出矿井的安全生产。,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,祁南煤矿为煤与瓦斯突出矿井，核定生产能力240万t/a，主采煤层为3、7和10煤层，6组煤为局部可采煤层，其中7煤层和3煤层均为煤与瓦斯突出煤层，7煤层曾发生多次煤与瓦斯突出动力现象.矿井现有地面永久抽采系统一套，井下移动抽采系统两套。根据采前抽采、采中抽采、采后抽采的划分原则,祁南煤矿矿井综合瓦斯抽采如图所示。,淮北祁南煤矿综合瓦斯抽采,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,采前瓦斯抽采对于7煤层，在6组煤可采区域，采用保护层开采技术，利用底板岩巷网格式上向穿层钻孔法抽采7煤层瓦斯。对于3煤层，煤层赋存稳定，随着开采深度的增加煤层瓦斯压力和含量逐渐加大，-550m标高以深为突出危险区。由于煤层硬度较高，便于施工顺层长钻孔，在突出危险区的浅部（-550～-650m）采用顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法，该方法已经在采区内推广应用了3～4个工作面，应用效果良好，有效降低了煤层瓦斯含量和压力，确保了工作面的安全高效采掘作业。6、10煤层由于本煤层瓦斯较小，不需要进行采前瓦斯抽采。,淮北祁南煤矿综合瓦斯抽采,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,采中瓦斯抽采采中瓦斯抽采主要是为了防止工作面上隅角瓦斯超限，确保工作面的安全生产，最常用的为顶板走向穿层钻孔抽采方法和采空区埋管抽采方法。在瓦斯涌出量大的7煤层和3煤层工作面还采用了上隅角插管瓦斯抽采方式，714工作面在开采过程中采用了井下水平长钻孔瓦斯抽采方法，获得了良好的效果。为提高采空区瓦斯抽采效果，在3煤层工作面，将采空区埋管抽采改为采空区长立管瓦斯抽采，采空区瓦斯抽采效果显著增加。,淮北祁南煤矿综合瓦斯抽采,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,采后瓦斯抽采采后瓦斯抽采是对工作面采空区瓦斯及上覆煤岩体裂隙瓦斯进行抽采，具体措施是密闭采空区，利用现有巷道，铺设管路或是施工钻孔抽采采空区和上覆岩层裂隙内的高浓度瓦斯，并对抽采的高浓度瓦斯进行综合利用。对部分7煤层和3煤层封闭后的采空区进行了瓦斯抽采，为矿井的瓦斯电厂提供瓦斯。,淮北祁南煤矿综合瓦斯抽采,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,瓦斯抽采效果通过对矿井煤层采取综合的瓦斯抽采措施，矿井瓦斯抽采量大幅度提高，安全生产形势明显改善，近6年来杜绝了煤与瓦斯动力现象的发生，2009年矿井平均瓦斯抽采率达63％，抽采瓦斯量2210万m3，瓦斯超限次数1次，实现了突出矿井的安全高效开采，安全生产原煤256万t。,淮北祁南煤矿综合瓦斯抽采,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,阳泉三矿位于沁水煤田的东北部，太行山背斜的西翼。矿区主要的含煤地层为石炭系太原组及二叠系山西组。矿区共含煤16层（由上往下顺序编号），其中主采3号、12号和15号三个煤层，局部可采的为6号、8号和9号煤层，均为变质程度较高的无烟煤。其中15号煤层为综采放顶煤开采，产量大，效益好，但采高大，采动影响的范围广，造成15号煤层工作面瓦斯涌出量大，最大可达200m3/min，因此15号煤层综放面的瓦斯治理是阳泉矿区的一个重点。另外3号煤层升级为突出煤层，且煤层透气性较低，需充分利用阳泉矿区煤层群开采的条件，对3煤层进行瓦斯治理。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,厚煤层15号煤层综放面瓦斯治理措施由于15号煤层厚度大，邻近层较多，采动影响较大，造成工作面瓦斯涌出量大。从工作面风排瓦斯角度出发，工作面除了施工进风巷和回风巷外，还要施工一条内错尾巷或者是外错尾巷，工作面形成“UI”型或“UL”型“一进两回”的通风方式，保证一定的风排瓦斯量。工作面开采过程中，为控制上隅角瓦斯浓度，需进行采空区埋管抽采。另外从抽采上邻近煤层角度出发，需要在顶板煤岩层内布置一条走向高抽巷，将高抽巷布置在工作面开采后形成的裂隙带内抽采邻近煤层卸压瓦斯，在地质构造带采用倾斜高抽巷或是倾斜大直径钻孔代替走向高抽巷。为保证一个15号煤层综放面的安全生产，共需要施工4条巷道。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,厚煤层15号煤层综放面瓦斯治理措施为保证一个15号煤层综放面的安全生产，共需要施工4条巷道，15煤层典型工作面巷道布置如图11-2所示，该工作面为阳泉三矿K8206工作面。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,图11-3为K8206工作面开采过程中瓦斯抽排情况，图中给出了高抽巷瓦斯抽采量、回风风排量、尾巷风排量和工作面总瓦斯涌出量随工作面推进的变化规律。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,突出煤层3煤层工作面的瓦斯治理措施3号煤层为突出煤层，开采前需要消除突出危险性。3煤层采前瓦斯抽采措施包括顺层钻孔预抽措施和超远距离保护层开采措施。顺层孔预抽技术在煤层巷道掘进时，主要是采用走向顺层钻孔，抽采煤层巷道条带瓦斯，确保煤层巷道施工安全。工作面巷道形成后，在巷道内施工倾向顺层钻孔抽采煤体瓦斯，消除其突出危险性。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,突出煤层3煤层工作面的瓦斯治理措施倾向顺层钻孔直径不小于100mm，钻孔布置方式分单侧和双侧两种布置方式，孔间距不大于5m。回风巷单侧布孔时，钻孔深度小于采长15～20m，如图11-4所示。若采用进回风巷双侧布孔时，钻孔累加深度应大于工作面采长，交叉的中部要重叠15～20m。根据抽采试验表明，本煤层瓦斯抽采的关键是钻孔施工、成孔工艺以及预抽时间。而工作面多采用“一进两回”的通风方式，加大风排瓦斯能力，保证工作面的安全生产。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,突出煤层3煤层工作面的瓦斯治理措施保护层开采技术3煤层为低透气性煤层，预抽瓦斯效果有限，在具备开采条件的区域可考虑采用保护层开采技术。利用保护层开采技术，首先需调整煤层群的开采顺序，从下至上开采，先开采15煤层，将15煤层作为3煤层的保护层开采，两层煤的层间距约为125～136m，为超远距离的保护层开采。通过三矿、新景矿的现场实验，认为开采15号煤层后，可有效提高3煤层的透气性，再配合3煤层的卸压瓦斯抽采可彻底消除3煤层的突出危险性，实现突出煤层的安全高效开采。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,工作面巷道及瓦斯抽采穿层钻孔布置如图所示。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,,三、煤矿综合瓦斯抽采案例分析,,矿井综合瓦斯抽采效果通过对厚煤层15煤层及3煤层工作面的综合抽采，特别是采用保护层开采技术后，工作面安全生产状况显著提高，一方面保证了保护层工作面的开采安全，工作面回风瓦斯浓度控制在0.6以下，产量为8500～10500t/d；另一方面通过卸压瓦斯抽采，降低了3煤层的瓦斯含量，消除了煤层的突出危险性，在保护范围内，3煤层工作面瓦斯涌出量维持在11立方米/天左右，上隅角瓦斯浓度控制在0.5以下，日产量由700～900t/d增加至1400～1600t/d，取得了较好的经济和社会效益。,阳泉三矿综合瓦斯抽采方法及效果,