资源描述：
1总则 1 ．0 ．3本条依据煤矿安全规程和煤矿瓦斯抽采达标暂行规定制定。为使瓦斯抽 采系统可靠性高、符合实际情况，达到预期的抽采效果，作为设计依据的基础资料应是可靠 的。 1 ．0 ．6按照瓦斯治理“先抽后采”的方针，瓦斯抽采工程的施工应与矿井建设和生产准 备工程同时施工和建成投产，并预留足够的预抽时间，以保证矿井安全。 1 ．0 ．7瓦斯利用方案主要包括利用方式，如民用或工业利用、利用量、利用规模；主要 设备包括输送瓦斯管网、民用燃气具、储配站、调压站等设备，以及工业利用瓦斯时的相关 设备，均衡安全供气的主要措施和资金估算等。 1 ．0 ．9目前我国煤炭安全生产形势严峻，近期内国务院及各部委出台了多个法规、政策， 对瓦斯治理提出了一系列规定和要求， 并可能日趋严格， 因此要求符合国家现行的有关标准、 规范、政策及法规的要求。 3矿井瓦斯资源量及抽采量 . 3矿井瓦斯资源量及抽采量 3 ．1矿井瓦斯资源量及可抽量 3 ．1 ．1本条是关于矿井瓦斯资源量计算的有关内容。与原规范和现行行业标准煤矿瓦 斯抽放规范A Q1 0 2 7思路一致，矿井瓦斯资源量主要由可采煤层瓦斯资源量、受采动影 响的不可采煤层瓦斯资源量和受采动影响的围岩瓦斯资源量组成。需要说明以下几点 1 不可采煤层往往既无煤炭资源量，也无瓦斯含量，此时可按不可采煤层总厚度占可 采煤层总厚度之比估算不可采煤层瓦斯资源量。 2 围岩瓦斯是指煤层顶底板岩石裂隙中瓦斯，地勘报告中无编号煤层或煤线中瓦斯均 视为围岩瓦斯，需要特别说明的是，各矿井的围岩瓦斯资源量差异性很大，当围岩含瓦斯量 很小时，K值可取 0 ．0 5 ，当围岩含瓦斯量较大时，K值可取 0 ．2 0 ，特殊情况下，如溶洞、 裂隙带储存有大量瓦斯时，K值可取 0 ．2 ～0 ．5 。生产矿井也可按经验取值或实测确定， 如重庆中梁山煤电气公司， 在底板岩层中掘进时即有瓦斯涌出， 其围岩瓦斯可占瓦斯总资源 量的 2 0 ％～3 0 ％。 3 计算可采煤层和不可采煤层瓦斯资源量时采用煤层平均原始瓦斯含量，若开采煤层 瓦斯含量在全井田范围内变化幅度较大时， 可参照煤炭资源量计算方法来计算各水平、 各块 段或首采区瓦斯资源量。 以观音山煤矿一井为例，举例说明矿井瓦斯资源量计算过程 1 可采煤层瓦斯资源量。 根据地勘报告，本矿井可采煤层仅有 C 1 、C 5共 2层，C 1 煤层保有地质资源 量 4 8 ．7 3 Mt ，C 5煤层保有地质资源量 1 5 5 ．9 7 Mt 。全矿井共划分为 4个水平，依据中煤 科工集团重庆研究院有限公司 威信云投粤电煤炭有限公司观音山煤矿一井 C 1 、 C 5煤层瓦 斯基本参数测定报告 ，同时参考原勘探报告和补充勘探报告钻孔瓦斯资料，确定＋8 0 0 m、 ＋5 0 0 m、＋2 5 0 m、 0 m 水平平均瓦斯含量，详见表 1 。经计算，C 1瓦斯资源量为 5 4 5 ．5 0 Mm ，C 5瓦斯资源量为 2 6 7 8 ．4 2 Mm 。 2 不可采煤层瓦斯资源量。 根据地勘报告，该矿井长兴组地层和龙潭组地层均含煤线及薄煤 1 层～8层， 一般可以对比的编号煤层有 C 1 、 C 2 、 C 3 、 C 4 、 C 5 a 、 C 5 b 、 C 6等几层， 长兴组单层厚 0 ． 1 3 m～ 2 ． 3 0 m， 煤层总厚 1 ． 1 9 m～5 ． 1 4 m， 龙潭组地层含煤系数为 3 ％～1 3 ％， 单层厚 0 ． 1 0 m～ 1 1 ． 5 1 m， 普遍集中分布于上段 P 2 I 2 顶部， 煤层总厚 1 ． 8 5 m～1 2 ． 1 7 m， 含煤系数为 2 ％～ 1 2 ％。除 C 1 为局部可采、C 5为全区可采煤层外，其他均为不可采煤层。地勘报告未提供 各不可采煤层煤炭资源量， 按不可采煤层总厚度估算， 本井田内不可采煤层总厚度占可采煤 层总厚度的 3 0 ％左右，不可采煤层瓦斯含量比可采煤层低，因此不可采煤层资源量按可采 煤层的 2 5 ％考虑。经计算，不可采煤层瓦斯资源量为 8 0 5 ．9 8 Mm ，详见表 1 。 3 围岩瓦斯资源量。 根据地勘报告，C 1 煤层顶板为灰白色灰岩、粉晶结构，具缝合线构造，坚硬 致密，底板为灰岩、粉砂质泥岩；C 5煤层顶板为炭质泥岩，老顶为灰色粉砂质泥岩，底板 为灰白色泥岩，岩芯较破碎。因此围岩瓦斯储量系数 K取 0 ．2 。经计算，围岩瓦斯资源量 为 8 0 5 ．9 8 Mm ，详见表 1 。 3 ．1 ．2本条是关于矿井可抽瓦斯量计算的有关内容。矿井可抽瓦斯量是指矿井瓦斯资源 量中在当前技术水平下能被抽采出来的最大瓦斯量。 目前矿井可抽瓦斯量没有统一的计算方 法。本标准计算方法是以原规范为基础修订而成，计算方法和思路与原规范保持一致，分别 计算可采煤层、 不可采煤层和围岩可抽瓦斯量。 可采煤层和不可采煤层瓦斯资源可抽系数依 据该煤层瓦斯最大排放率，再考虑负压抽采作用系数 k 1 ，煤层瓦斯预计可达到的抽采率 k 2 和煤层瓦斯在井下排放率 k 3等系数。其中煤层瓦斯预计可达到的抽采率 k 2系数除应考虑 煤层赋存、 瓦斯含量和煤层透气性系数等因素外， 还应符合 防治煤与瓦斯突出的规定 煤 矿瓦斯抽采达标暂行规定和现行行业标准煤矿瓦斯抽采基本要求A Q1 0 2 6等规程规 范的要求，尤其是突出煤层必须满足防突达标的要求。若不可采煤层缺瓦斯含量等资料，可 按围岩可抽瓦斯量方法计算。 需要说明的是可抽瓦斯量计算看似简单，实际影响因素多，难以准确计算。此外可抽 瓦斯量结果对瓦斯抽采工程实际意义并不大， 既不会决定抽采系统的建立与否， 也不会影响 抽采系统规模大小和抽采系统服务年限的长短。 仍以观音山煤矿一井为例，为简化计算过程，不再分水平计算，C 1 、C 5煤层平均瓦斯 含量分别为 1 2 ．6 2 m / t 、1 8 ．5 0 m / t ，C 1 、C 5煤层残存瓦斯含量均为 2 ．1 6 m / t 。C 1 、 C 5煤层最大瓦斯排放率分别为 0 ．8 2 9 、0 ．8 8 3 ；负压抽采作用系数 k 1 取 1 ．2 ；按防突 要求，C 1 、C 5煤层瓦斯预抽率分别为 3 6 ．6 ％、5 6 ．7 ％，因此 C 1 、C 5煤层瓦斯预计抽 采率分别取 4 0 ％、6 0 ％。C 1 、C 5煤层瓦斯在井下排放率 k 3均按 9 0 ％考虑。围岩可抽瓦 斯量按 3 5 ％计，不可采煤层缺瓦斯含量资料，与围岩一样，可抽瓦斯量按其瓦斯资源量的 3 5 ％计。可抽瓦斯量计算结果详见表 2 。 3 ．1 ．3采用地面钻井抽采采动稳定区瓦斯对井下通风和安全生产关系不密切，主要目的 是瓦斯资源的完全开采。但由于地面钻井抽采投资较大，而煤炭开采及井下瓦斯抽采、通风 等对井下煤层中瓦斯资源造成较大的破坏，因此应估算采动稳定区瓦斯资源量及可抽瓦斯 量， 并根据估算瓦斯资源量及可抽瓦斯量的大小， 评价地面钻井抽采采动稳定区瓦斯的必要 性和可行性，并考虑成本投入和经济效益的平衡。评估过程中，首先是分析采动卸压区域范 围，划定采动稳定区评估范围；其次是收集现场有关资料，确定采动稳定区瓦斯来源种类， 并选择合理的瓦斯资源量评估模型； 再次是确定采动稳定区遗留煤炭总量、 遗留煤炭残余瓦 斯含量、采动稳定区内空隙体积及瓦斯体积浓度、邻近卸压煤层残余瓦斯资源量、采动稳定 区生产时风排瓦斯量、卸压围岩孔隙率等。 3 ．2矿井瓦斯涌出量及抽采量 3 ．2 ．1本条是关于矿井瓦斯涌出量预测方法的有关内容。 3 ．2 ．2本条是关于矿井瓦斯涌出量预测内容和具体要求的有关规定。首先投产初期开采 区域往往位于煤层露头附近，瓦斯含量较小，瓦斯涌出量较小，随着开采深度的增大，瓦斯 含量增加，瓦斯涌出量增大，因此本标准不仅要求预测投产初期瓦斯涌出量，为确保设计的 瓦斯抽采系统规模满足后期抽采的要求， 还应根据煤层瓦斯赋存和开采接替计划安排分析何 时瓦斯涌出量将达到最大，并预测此时采掘工作面瓦斯涌出量、采区或矿井瓦斯涌出量。 此外为分析采掘工作面、 采区或矿井瓦斯抽采效果； 预计采区或矿井瓦斯抽采量和计算 采掘工作面、采区或矿井的需风量，还应预测抽采后采掘工作面、采区或矿井瓦斯涌出量。 3 ．2 ．3本条是关于预计矿井或采区可达到的瓦斯抽采量的有关内容，可达到的瓦斯抽采 量是指设计的抽采方式方法在当前抽采技术条件下所能达到的最大抽采量， 需要说明的是该 值实质是一个抽采强度值，即单位时间内的抽采量，与抽采总量本质不同。可达到的瓦斯抽 采量与抽采方法、钻场及钻孔间距等、煤层透气性系数等密切相关，目前尚无明确统一的计 算方法，有关规程规范、教材、手册等也未涉及如何确定瓦斯抽采量的问题，但该问题又是 确定瓦斯抽采系统能力所必需的，因此，本次修订特补充该项内容。 瓦斯抽采的方式方法很多， 按瓦斯汇集来源分为本煤层抽采、 邻近层抽采和采空区抽采； 按抽采机理分为抽采未卸压瓦斯和抽采卸压瓦斯； 按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽采、 巷道抽 采和混合式抽采；按开采情况分为采前预抽、回采期间的抽采和开采后的采空区抽采等。本 条第一层次按瓦斯抽采与采掘的先后关系来进行预测统计， 分为采掘前预抽、 采掘期间抽采 和采后采空区抽采， 这里采掘前预抽指对尚未形成工作面的区段煤层或已形成工作面的回采 区域预抽和煤巷条带预抽； 采掘期间抽采包括回采工作面生产期间继续预抽本煤层、 上下邻 近层和围岩卸压瓦斯抽采、 煤巷掘进时边掘边抽等； 采后采空区抽采包括现有采空区抽采及 老采空区抽采。 第二层次再按抽采地点统计。 在预计可达到的瓦斯抽采量过程中应注意以下 几点 1 投产初期采掘工作面往往位于煤层露头附近，瓦斯含量较小，瓦斯抽采量较小， 随着开采深度的增大，瓦斯含量增加，瓦斯抽采量增大，因此预计瓦斯抽采量时不能仅考虑 投产初期瓦斯抽采量，应根据采、掘、抽接替计划安排，并结合煤层瓦斯赋存情况和煤层开 采顺序分析确定在瓦斯抽采系统服务年限内何时瓦斯抽采量将达到最大， 并预计此时瓦斯抽 采量。 2 预计采掘前预抽瓦斯量、采掘期间瓦斯抽采量和采后采空区抽采量时，应根据 设计的抽采方式方法和具体抽采点数量确定。 如临近层卸压瓦斯量很小， 设计也并未考虑抽 采临近层卸压瓦斯，即不必预计邻近层卸压瓦斯抽采量。另外采掘期间瓦斯抽采量计算式 3 ．2 ．3 - 6 虽未考虑煤巷掘进时边掘边抽瓦斯量，设计中可根据按钻孔控制范围和抽采时 间按计算式 3 ．2 ．3 - 5 预测或依据类似矿井经验评估煤巷掘进时边掘边抽瓦斯量，并将其 考虑采掘期间瓦斯抽采量中即可。 3 本标准也未考虑到厚煤层分层开采的情况，若开采上分层需抽采下分层卸压瓦 斯时， 可参考预计邻近层卸压瓦斯抽采量的方法预计下分层卸压瓦斯抽采量， 并将其考虑采 掘期间瓦斯抽采量中即可。 4 在预计煤层区段或工作面回采区域预抽瓦斯量、煤巷条带或石门揭煤区域预抽 瓦斯量、 回采期间邻近层和围岩卸压瓦斯抽采量时均有一个瓦斯抽采不均衡系数， 三者含义 完全一致，但取值略有不同。在预计煤层区段或工作面回采区域预抽瓦斯量时，由于抽采的 负压作用可能将围岩或抽采区域范围之外的一部分瓦斯抽出， 但相对于预抽区域而言该部分 瓦斯所占比例较小，因此瓦斯抽采不均衡系数取 1 ．0 5 ～1 ．2 0 ；在预计煤巷条带或石门揭 煤区域预抽瓦斯量时，由于煤巷条带为狭窄的长条状、石门揭煤区域范围较小，在抽采的负 压作用下煤巷条带两侧或石门揭煤区域四周的瓦斯可能运移到煤巷条带或石门揭煤区域中 而被抽采出来，但相对于回采工作面而言，该部分瓦斯所占比例较大，因此瓦斯抽采不均衡 系数取 1 ．5 0 ～2 ．0 0 ；在预计回采期间邻近层和围岩卸压瓦斯抽采量时，同样由于抽采的 负压作用可能将不可采煤层和围岩中瓦斯抽出， 该值与不可采邻近煤层层数、 瓦斯含量大小 和围岩含瓦斯的多少等有关，此时瓦斯抽采不均衡系数可取 1 ．2 0 ～1 ．5 0 ，也可参考对应 地层范围内不可采煤层和围岩瓦斯资源量与可采煤层瓦斯资源量比例的确定。 5 邻近层瓦斯排放率η 1 指不考虑瓦斯抽采效果情况下邻近层瓦斯自然排放率，该 值大小与层间距大小和层间岩石性质有关，应按现行行业标准矿井瓦斯涌出量预测方法 A Q1 0 1 8的要求取值。 邻近层卸压瓦斯抽采率 K y 的大小应根据针对邻近层的卸压瓦斯的抽 采方式方法种类、钻孔对邻近层卸压区域控制范围的大小和钻孔间距等因素确定。 6 回采工作面和煤巷条带预抽时间 t 长短主要受煤层透气性系数大小、设计要求 达到的煤层瓦斯预抽率高低和钻孔间距大小等影响。 目前生产矿井可通过在不同区域布置不 同钻孔间距的抽采钻孔来考察它们抽采效果， 并确定抽采达标的时间。 新建矿井尚无成熟的 计算方法可采用，设计时大多凭经验确定或采用条件类似矿井经验数据。 以观音山煤矿一井为例， 本矿井为煤与瓦斯突出矿井， 设计推荐采用底板穿层 钻孔预抽区段煤层瓦斯（包括工作面回采区域和煤巷条带区域） ，煤巷条带区域钻孔间距 6 m；工作面回采区域因预抽时间充分，沿走向方向钻孔间距 8 m，沿倾斜方向间距 1 0 m。 C 5煤层透气性系数为 0 ．6 0 7㎡/ MP a 2 d ～2 ．6 7㎡/ MP a 2 d ，钻孔瓦斯 流量衰减系数为 0 ．5 9 d - 1 ～1 ．0 d - 1 ，从透气性系数评价 C 5煤层属于可以抽采放煤层， 从钻孔瓦斯流量衰减系评价 C 5煤层属于较难抽采煤层，总体来讲 C 5煤层介于较难抽采煤 层至可以抽采煤层之间。 ＋8 0 0 m水平西一一采区 C 5煤层瓦斯含量为 5 ．2 m / t ～1 3 ．6 2 m / t ，西一 二采区 C 5煤层瓦斯含量为 7 ．1 m / t ～1 4 ．6 m / t ，按防治煤与瓦斯突出规定的要求， 在开采前原煤瓦斯含量应降到 8 ．0 m / t 以下，西一一、西一二采区 C 5煤层最下一个区段 原煤瓦斯含量预抽率应分别不低于 4 1 ．3 ％、4 5 ．2 ％，最下一个区段煤巷条带区域时间均 按 9个月至 1 2个月设计，工作面回采区域预抽时间按 1 2个月至 1 5个月设计。 7 采空区瓦斯抽采包括现有采空区抽采及老采空区抽采，该处现有采空区及老采 空区即现行行业标准矿井瓦斯涌出量预测方法A Q1 0 1 8中生产采区采空区及已开采完 毕采空区，现有采空区抽采主要指正在开采工作面采空区抽采。当采掘前预抽、回采期间预 抽和卸压抽采后工作面瓦斯涌出量仍较大， 通风排放仍有困难时， 应考虑抽采回采工作面采 空区瓦斯，主要是针对回采工作面后方顶底板来压后上、下邻近层涌入采空区的瓦斯，当开 采单一煤层， 采煤工作面瓦斯涌出量主要来自本煤层， 采空区的瓦斯来源仅有残余浮煤和围 岩， 此时采空区瓦斯抽采量宜取小值， 当开采煤层群时， 采煤工作面瓦斯涌出量主要来自上、 下邻近层，而上、下邻近层的卸压主要是通过顶板冒落、底板卸压底鼓后形成的通道进入工 作面，此时采空区瓦斯抽采量宜取大值。 此外， 当确定回采工作面采空区瓦斯抽采量后， 应根据回采工作面过风断面和 风速验算回采工作面瓦斯浓度是否超限， 否则应考虑适当提高回采工作面采空区瓦斯抽采量 或降低回采工作面推进度。 8 如设计有高低负压瓦斯抽采系统，按各系统承担的抽采任务分配高低负压瓦斯 抽采系统可达到的瓦斯抽采量。 9 以观音山煤矿一井为例，举例说明预计可达到的瓦斯抽采量计算过程 观音山煤矿一井达产时共有西一一、西一二两个采区生产，两个采区各布置 1 个综采工作面。 1 采前预抽瓦斯量计算。当开采西一一采区、西一二采区最下一个区段时， 预抽瓦斯量最大。根据采掘抽接替计划安排，西一一采区、西一二采区各考虑一个 C 5煤层 区段预抽瓦斯面（同时预抽工作面回采区域瓦斯和煤巷条带区域瓦斯） 。 西一一采区煤层平均厚 5 ．4 9 m，预抽工作面斜长 2 1 5 m（含煤巷条带） ， 回采工作面长度为 1 2 0 0 m，C 5煤层最大瓦斯含量为 1 3 ．6 2 m / t ，抽采后 C 5煤层最大瓦 斯含量降为 8 ．0 m / t ，预抽时间按 1 5个月考虑，K 1 值取 1 ．2 0 ，西一一采区区段煤层预 抽瓦斯量为 西一二采区东翼煤层平均厚 4 ．6 2 m，预抽工作面斜长 2 1 5 m（含煤巷条 带） ，回采工作面长度为 1 3 2 0 m，C 5煤层最大瓦斯含量为 1 4 ．6 0 m / t ，抽采后 C 5煤层最 大瓦斯含量降为 8 ．0 m / t ，预抽时间按 1 6个月考虑，K值取 1 ．2 0 ，西一二采区区段煤层 预抽瓦斯量为 2 回采期间瓦斯抽采量计算。 ① 回采期间本煤层预抽量。 西一一采区、 西一二采区回采期间工作面继续预抽， 其抽采量按预抽 面的 4 0 ％考虑，故西一一采区、西一二采区回采期间工作面预抽量分别为 1 1 ．3 6 m / mi n 、 1 1 ．5 9 m / mi n 。 ② 回采期间邻近层卸压瓦斯抽采量。 上邻近层部不可采邻近层有 C 1 、C 2 、C 3 、C 3 - 1 、C 3 - 2 、C 4等煤 层，西一一采区回采期间邻近层卸压瓦斯抽采量计算详见表 3 。 经 计 算 ，西 一 一 采 区 回 采 期 间 邻 近 层 卸 压 瓦 斯 抽 采 量 为 4 ．6 2 m / mi n 。同样西一二采区回采期间邻近层卸压瓦斯抽采量为 4 ．7 8 m / mi n 。 ③ 掘进工作面局部抽采量预计。 C 5煤层掘进前已实施底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯，仅对 C 5煤层局 部有突出危险的区域需再实施抽采。 根据同类矿井的经验， 预计每个掘进工作面局部抽采量 为 2 ． 0 m / mi n ， 西一一、 西一二采区最多时各按 2个掘进局部抽采工作面考虑。 即西一一、 西一二采区掘进工作面局部抽采量均按 4 ．0 m / mi n考虑。 西 一 一 采 区 回 采 期 间 瓦 斯 抽 采 量 1 1 ．3 6＋ 4．6 2＋ 4＝ 1 9 ．9 8 m / mi n 西 一 二 采 区 回 采 期 间 瓦 斯 抽 采 量 1 1 ．5 9＋ 4．7 8＋ 4＝ 2 0 ．3 7 m / mi n 3 采空区瓦斯抽采量预计。 采空区瓦斯抽采率通常可取预抽、卸压抽后工作面剩余瓦斯涌出量的 2 0 ％～6 0 ％。本矿井采空区瓦斯抽采量与风排量按 3 7分配，即采空区抽采 3 0 ％，风排 7 0 ％。经预测，西一一采区 C 5煤层工作面量采空区抽采量为 5 ．2 7 m / mi n ，西一二采区 C 5煤层工作面量采空区抽采量为 4 ．1 6 m / mi n 。设计考虑到本矿井煤层厚度变化较大，采 空区浮煤较多，采空区瓦斯抽采量波动范围较大，因此西一一采区、西一二采区采空区瓦斯 抽采量均按 6 ．0 m / mi n考虑。 4 预计可达到的瓦斯抽采量。 西一一采区预计可达到的瓦斯抽采量为2 2 ．7 2 ＋1 9 ．9 8 ＋6 ．0 ＝ 4 8 ．7 0 m / mi n 西一二采区预计可达到的瓦斯抽采量为2 3 ．1 7 ＋2 0 ．3 7 ＋6 ．0 ＝ 4 9 ．5 4 m / mi n 3 ．2 ．4本条是关于满足瓦斯抽采达标要求的瓦斯抽采量计算的有关内容。需要说明的是 该处绝对瓦斯涌出量 Q是指以原煤瓦斯含量预测的瓦斯涌出量值。 以观音山煤矿一井为例， 举例说明满足瓦斯抽采达标要求的瓦斯抽采量计算过程。 观音 山煤矿一井达产时共布置西一一、西一二两个采区，经预测西一一、西一二两个采区最大绝 对瓦斯涌出量分别为 6 7 ．2 6 m / mi n 、6 3 ．9 6 m / mi n ，按表 3 ．2 ．4可知，西一一、西 一二两个采区瓦斯抽采率应大于或等于 4 5 ％。西一一、西一二两个采区满足瓦斯抽采达标 要求的瓦斯抽采量分别为 Q 2 ≥Q η k ＝6 7 ．2 6 4 5 ％＝3 0 ．2 7 m / mi n Q 2 ≥Q η k ＝6 3 ．9 6 4 5 ％＝2 8 ．7 8 m / mi n 3 ．2 ．5本条是关于满足通风要求的瓦斯抽采量计算的有关内容。该处绝对瓦斯涌出量 Q 同样也是指以原煤瓦斯含量预测的瓦斯涌出量值，另外需要说明的是该方法仅仅是近似计 算，实际瓦斯抽采量与风排瓦斯量之和可能大于矿井或采区瓦斯涌出量。 仍以观音山煤矿一井为例，举例说明满足通风要求的瓦斯抽采量计算。西一一、西一二 两个采区设计供风量均为 1 2 0 m / s ，风量备用系数取 1 ．2 5 ，采区总回风巷允许瓦斯浓度 为 0 ．7 0 ％，西一一、西一二两个采区满足通风要求的瓦斯抽采量分别为 3 ．2 ．6本条是关于矿井或采区瓦斯抽采系统规模确定的原则。要求首先预计矿井或采区 可达到的瓦斯抽采量， 再分别计算满足矿井或采区瓦斯抽采达标和通风要求必须抽采的瓦斯 量， 确定瓦斯抽采系统规模应大于瓦斯抽采达标要求的瓦斯抽采量和满足通风要求的瓦斯抽 采量，小于或等于预计可达到的瓦斯抽采量。 以观音山煤矿一井为例，举例说明瓦斯抽采系统规模的确定，西一一、西一二两个采区 满足瓦斯抽采达标要求的瓦斯抽采量分别为 3 0 ．2 7 m / mi n 、2 8 ．7 8 m / mi n ；满足通风要 求的瓦斯抽采量分别为 2 6 ．9 4 m / mi n 、2 3 ．6 4 m / mi n ；西一一、西一二两个采区预计可 达到的瓦斯抽采量分别为 4 8 ．7 0 m / mi n 、4 9 ．5 4 m / mi n 。设计考虑到本矿井瓦斯灾害较 重，C 5煤层厚度变化较大和产量波动，西一一采区、西一二采区两个采区抽采系统规模均 按 5 0 m / mi n设计，西一一采区、西一二采区分别建立高、低负压抽采系统，C 5煤层预抽 由高负压系统负责， 采空区埋管抽由低压抽采系统负责， 故高负压系统规模按 4 4 ． 0 m / mi n 设计，低负压系统规模按 6 ．0 m / mi n设计。 在设计过程中可能出现以下三种情况 1 若预计可达到的瓦斯抽采量大于瓦斯抽采达标和满足通风要求抽采的瓦斯量， 说明矿井或采区煤炭产能设计合理， 拟实施的瓦斯抽采方式方法和抽采点配置合理， 通过瓦 斯抽采可满足安全生产需要。 2 若预计可达到的瓦斯抽采量小于瓦斯抽采达标和满足通风要求抽采的瓦斯量二 者之一，则说明矿井或采区煤炭产能设计过高，或拟实施的瓦斯抽采方式单一，或抽采点配 置偏少，需要采取的措施是降低煤炭产能以减少瓦斯涌出量，或加大抽采力度，增加抽采方 式和抽采点来提高瓦斯抽采量。 3 若预计瓦斯抽采量远远大于瓦斯抽采达标和通风要求抽采的瓦斯量，应考虑瓦 斯抽采的经济性和必要性，最后综合分析确定矿井或采区瓦斯抽采系统规模。 4瓦斯抽采方法 . 4瓦斯抽采方法 4 ．1一般规定 4 ．1 ．1瓦斯抽采方法分类比较多，一般按照瓦斯涌出来源、抽采时序和抽采工艺分类， 如表 4所示。 从 2 0世纪 8 0年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置 方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增 加，尤其是煤层群开采，矿井瓦斯涌出来源多，涌出量大，需要采用分源综合抽采方法治理 瓦斯，确保矿井安全生产。开采突出煤层、瓦斯含量高的煤层和煤层群的矿井，瓦斯灾害严 重，需要通过采前抽采、采中抽采和采后抽采的综合抽采方法来实现各时间段的考核要求。 对于一个矿井、一个工作面而言，需结合煤层地质、瓦斯赋存、巷道布置以及抽采的作 用等因素， 择优选定几种抽采方法进行有机组合， 最大限度地利用时间及空间， 缓解抽、 掘、 采的接替矛盾，增加瓦斯抽采量、提高瓦斯抽采率。 综合抽采方法在我国各大矿区均得到了推广应用， 各矿根据本矿的特点各种抽采方法的 组合不尽相同，表 5中列出了常用的瓦斯抽采方式和使用条件，设计中可参考。 4 ．1 ．2防治煤与瓦斯突出规定第 4 5条规定“预抽煤层瓦斯可采用的方式有地面 井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、 穿层钻孔预抽煤巷条带煤 层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等） 揭煤区域煤层瓦斯、 顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。 预抽煤层瓦斯区域防突措施应当按 上述所列方式的优先顺序选取， 或一并采用多种方式的预抽煤层瓦斯措施。 ”对于“顺层钻 孔预抽煤巷条带煤层瓦斯”在现行煤矿安全规程第 2 1 0条中给出了适用条件。 预抽区段煤层瓦斯的钻孔、预抽煤巷条带煤层瓦斯的穿层钻孔、预抽井巷（含石门、立 井、斜井、平硐）揭煤区域煤层瓦斯穿层钻孔、预抽煤巷条带煤层瓦斯的顺层钻孔，钻孔控 制范围在现行 煤矿安全规程 第 2 0 9条和 防治煤与瓦斯突出规定 第 4 9条均做了规定。 4 ．1 ．3开采保护层必须同时抽采被保护层瓦斯，是因为当开采远距离保护层时，如果不 同时抽采被保护层瓦斯，将可能不足以消除被保护层的突出危险；当开采近距离保护层时， 尽管不存在不足以消除突出危险的问题，但若不抽采，大量瓦斯则会涌入保护层工作面，威 胁生产安全；而且在开采保护层时，被保护层在卸压后瓦斯大量解吸、透气性急剧增加，是 抽采效率最高的时候。在现行防治煤与瓦斯突出规定第 4 7条第 1 款中也把它作为了一 条规定。 4 ．2井下瓦斯抽采 4 ．2 ．1影响选择预抽煤层瓦斯方式的因素很多，应根据煤层突出危险性、抽采时间和抽 采目的等因素确定。 井下预抽煤层瓦斯主要有穿层钻孔和顺层钻孔两种方式， 穿层钻孔是在 抽采煤层的顶底板内的巷道或钻场向抽采煤层施工钻孔； 顺层钻孔是在抽采煤层内的巷道或 钻场沿煤层施工钻孔。突出煤层采掘前，为了避免直接面对突出煤层，在煤层底板或顶板布 置瓦斯抽采巷， 在瓦斯抽采巷道中布置穿层钻孔预抽煤巷掘进条带， 或者网格抽采工作面区 域，降低煤层瓦斯含量，消除突出，保证不掘突出头、不采突出面。由于布置底板或顶板瓦 斯抽采巷，岩巷工程量大，投资高，同时穿层钻孔见煤段较短，抽采时间较长，因此，对于 非突出煤层优先采用顺层钻孔抽采煤层瓦斯。 随着施工钻孔设备和工艺技术的发展， 在煤层中施工大直径、 长钻孔预抽煤层瓦斯得到 了很好的利用； 同时随着定向钻孔技术的发展， 部分矿井利用开拓、 准备巷道施工钻场施工， 利用定向钻孔拐弯的特点，向抽采煤层施工顺层钻孔，替代瓦斯抽采巷施工穿层钻孔，节约 成本。根据全国各地采用定向大直径长钻孔应用情况，在煤层较厚、赋存比较稳定、成孔比 较容易的矿井应用较好。 4 ．2 ．2预抽煤层瓦斯钻孔抽采量高低主要取决于煤层瓦斯压力和透气性两个因素。在透 气性较低的情况下， 提高未卸压煤层抽采率的途径除了增加揭露煤的暴露面、 延长抽采时间 和提高抽采负压外， 还可通过提高煤层透气性来达到提高抽采率的目的。 增加煤层透气性的 方法主要有水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法，近年 来还发展起利用惰性气体二氧化碳、氮气等进行压裂技术来提高煤层的透气性。 4 ．2 ．3在煤层群开采条件下，由于开采层的采动，在上部空间形成上部卸压区（冒落带、 裂隙带和缓慢下沉带）和下部空间形成下部卸压区。在卸压区内，含有瓦斯的煤岩层透气性 增大， 吸附瓦斯解吸， 变为游离瓦斯充满在层间空隙中， 钻孔或巷道进入层间空隙或裂隙区， 在负压作用下，瓦斯很容易被抽出。 对于邻近层的卸压抽采一般有如下两种方式 ①开采层层内巷道施工穿层钻孔抽采； ② 开采层层外巷道（即顶底板瓦斯抽采巷）施工穿层钻孔抽采。顶底板瓦斯抽采巷布置穿层钻 孔开采期间拦截邻近层卸压瓦斯， 避免涌入工作面采场， 开采后钻孔还可继续抽采卸压瓦斯； 由于开采层工作面进、回风巷道向邻近层施工的钻孔，随工作面推进会被破坏，抽采服务时 间短，因此优先利用瓦斯抽采巷布置穿层钻孔抽采邻近层瓦斯。对于上邻近层，开采后上邻 近层卸压范围大，卸压充分，对于上部煤层较多、瓦斯涌出量大，可采用高抽巷抽采或水平 走向（倾向）长钻孔抽采（水平长钻孔使用的目的主要是为了替代高抽巷） ；对于上部煤层 少、瓦斯涌出量小可采用高位钻孔接力抽采。从抽采量来看，一般高抽巷抽采量较大，水平 长钻孔次之，最后是高位钻孔；从服务时间来看，由于工作面采过钻孔后，受采动影响或冒 落，钻孔基本破坏，不能长时间抽采，高抽巷如果层位选择合适，工作面开采期间拦截上邻 近层及围岩卸压瓦斯，开采后可以继续抽采上邻近层及围岩卸压瓦斯。 本煤层卸压瓦斯抽采主要有边掘边抽和边采边抽。 边掘边抽是指 煤巷掘进时瓦斯涌出 量较大的煤层，掘进巷道的同时抽采巷道周围卸压煤体内的瓦斯；边采边抽是指工作面开 采时本煤层瓦斯涌出量较大， 利用原有穿层预抽钻孔或顺层预抽钻孔边采边抽。 本煤层卸压 瓦斯抽采时间较短、区域较小，可作为补充措施。 4 ．2 ．4采空区瓦斯的来源主要有两个①采空区浮煤残存瓦斯；②顶板和周围煤岩中的 瓦斯。在工作面开采过程中，采空区瓦斯会随漏风流带入到工作面上隅角及回风巷，导致瓦 斯浓度超限； 工作面开采完后， 采空区瓦斯会因采动影响或封闭不严， 随漏风流进入回风巷， 造成矿井风排瓦斯量增加。 为了有效地防止采空区瓦斯涌出对矿井安全生产的危害， 同时为 了开发利用瓦斯利用资源，减少对大气环境的污染，对采空区瓦斯进行抽采是十分必要的。 回采工作面采空区瓦斯分布特征为在采空区近工作面区域，由于漏风风流流速较大， 风流对瓦斯的扰动大， 高浓度瓦斯随同被漏风流经上隅角带走的同时， 瓦斯浓度也在这个区 域内重新分布，由于漏风流的冲刷作用，在近进风巷瓦斯浓度低，近回风巷瓦斯浓度高。在 这区域内涌入的瓦斯在随工作面的推进，瓦斯浓度在沿煤层方向上向采空区深部趋于平衡。 在采空区远离工作面的区域， 上、 下邻近煤层涌入采空区的瓦斯， 漏风流较小甚至影响不到， 瓦斯的分布受到的扰动较小， 因而其瓦斯浓度在平行于煤层方向上的瓦斯涌入点附近， 瓦斯 浓度大，梯度大，且这种分布除了受浓度扩散和压力扩散作用外，不受其他作用的扰动而维 持瓦斯在采空区的这种分布。 回采工作面采空区为半封闭空间， 根据瓦斯分布特点和能够利 用或布置的抽采通道，可采用埋管、插管、高抽巷和钻孔抽采。 4 ．2 ．5煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突出危险。 为了施工安全，应超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽采。 4 ．2 ．6突出矿井为了不直接面对突出煤层，一般采用对突出煤层布置穿层钻孔抽采，然 后再掘进煤层巷道进行顺层钻孔预抽，为了能布置穿层钻孔，需要提前设置底（顶）板瓦斯 抽采巷，开采时还可施工穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯。开采煤层群时，为了长时间抽采邻 近层卸压瓦斯， 也有布置顶底板瓦斯抽采巷施工穿层钻孔抽采邻近层瓦斯。 瓦斯抽采巷工程 量大、投资高，因此，在层位和位置选择时应保证有足够的抽采时间和较大的抽采范围，充 分发挥其作用； 同时， 瓦斯抽采巷是治理瓦斯的辅助措施巷道， 其层位选择应保证巷道安全、 快速、低成本掘进，应避免巷道掘进时揭穿有突出危险的可采及不可采煤层，防止因瓦斯抽 采巷距突出煤层太近需采取防突措施，额外增加工期和投资。 4 ．2 ．8瓦斯抽采钻孔直径一般根据煤层硬度、突出危险性和地应力等综合确定。煤层硬 度大、突出危险性大可选择小直径钻孔，煤层较软或地应力大一般选用直径较大的钻孔，瓦 斯抽采钻孔直径一般有 4 2 、5 0 、6 4 、7 3 、8 9 、1 1 0 、1 3 0 mm等规格。钻孔参数应满足抽 采效果的要求，如高位钻孔应打到裂隙带内，避开冒落带；边采边抽钻孔应与开采推进方向 相迎，避免采动首先破坏孔口；抽采采空区瓦斯的钻孔或插管应布置在采空区回风侧等。 4 ．2 ．1 0在选择抽采钻孔封孔长度时，应考虑围岩或煤体的硬度、破碎情况、封孔技术及 抽采孔口负压等因素，一般通过试验和生产实践确定。 防治煤与瓦斯突出规定第 5 0条 规定 “预抽穿层钻孔的封孔段长度不得小于 5 m， 顺层钻孔的封孔段长度不得小于 8 m。 ” 对多个局、矿卸压抽采钻孔封孔长度进行调查均大于 7 m，所以，本条规定不应小于 7 m。 4 ．3地面钻井抽采 4 ．3 ．1现行煤矿安全规程第 3 5条规定，“有突出危险煤层的新建矿井必须先抽后建。 矿井建设开工前，应当对首采区突出煤层进行地面钻井预抽瓦斯，且预抽率应当达到 3 0 ％ 以上”。 新建矿井和生产矿井地面钻井大面积预抽煤层瓦斯， 实际上为煤层气开发。 目前开采煤 层气的钻井技术主要井型有常规直井、 丛式井和多分支水平井， 衍生的新技术主要有定向羽 状分支水平井技术。 直井的井口和井底在同一条铅垂线上， 直井是开发煤层气最常用的方式， 同水平井、丛式井相比，直井与储层接触的面积最小，要想获得理想的产量，对储层有一定 要求，含气量、储层厚度、储层压力以及渗透率中有 1 项较高才行。丛式井又称密集井、成 组井，在一个位置和限定的井场上向不同方位钻数口至数十口定向井，其中可含 1 口直井， 使每口井沿各自的设计井身轴线分别钻达目的层位，通常用于山区、城市、良田、沼泽等地 区，可节省大量投资，占地少，并便于集中管理，可以开发渗透率较低或薄煤层。多分支水 平井的优点为增加有效供给范围、提高有效导流能力、减少对煤层的损害、单井产量高， 经济效益显著，减少占地面积。根据调研，生产矿井在近五年开采区内布置的预抽钻井，一 般采用直井，其主要目的是采前对全煤层群进行超前预抽，降低煤层瓦斯含量、消突；开采 时依据采动抽采井布置原则， 选择条件较好的抽采井作为二次开发井， 加以技术改造成为采 动区抽采井。 采动区瓦斯抽采是基于煤层开采引起的地层剧烈活动， 在采动区上覆岩层中产 生大量的离层、裂隙大幅增加煤岩层的透气性，使得卸压煤层释放的瓦斯能够在其中汇集、 流动。因此为了能满足预抽井能适应采动区抽采的条件，选择直立井型。对于五年以后的开 采区布置的预抽井， 在煤层开采时， 井壁基本锈蚀破坏， 不能再改造为采动区抽采井， 因此， 可以根据预抽需要，选择合适的井型。 有突出危险煤层的新建矿井地面钻井预抽瓦斯、 生产煤矿地面钻井大面积预抽， 属于煤 层气开发，我国经多年煤层气开发技术发展，已形成一套完整的开发技术体系，有比较完备 的技术标准，因此，地面钻井预抽煤层瓦斯设计施工和排采等可遵循煤层气开发相关标准。 4 ．3 ．2采动区地面钻井进行瓦斯抽采可在任意时间施工地面抽采井，既利用了采动区煤 层瓦斯卸压的高效抽采条件， 又没有与井下采掘作业的相互影响和依赖， 是一种抽采效率高、 易于大规模推广实施的新技术方法， 对改变我国煤矿瓦斯治理的技术现状具有重要意义。 淮 南矿业集团公司进行抽采试验的地面钻井共有 9口，抽采采动区卸压瓦斯单孔纯量平均在 1 0 0万 m 以上，单孔最大纯量达到 3 6 3万 m ，抽采 1 0个月至 1 2个月可以达到井下底抽 巷密集穿层孔抽采卸压瓦斯的效果。 经过近十年的理论研究及现场试验， 淮南矿业集团已经 初步形成了一套适用于“煤层群厚表土层”地质条件的采动区煤层气地面井设计、 施工及抽 采成套技术， 并在各大矿区积极推广， 大幅提高了矿区的瓦斯抽采效率和井下生产的安全性， 实现了井下安全生产及经济成本控制的双赢。 晋城矿区普遍具有工作面瓦斯治理难度高、 治 理压力大的困惑， 经过“十一五”及“十二五”期间的国家科技重大专项采动区地面井技术 研究
展开阅读全文
