开采煤层瓦斯抽放方法的筛选及其适用性

吴芝林

摘要:抽放瓦斯可以降低涌入矿井风流的瓦斯量,防止煤与瓦斯突出,解放高瓦斯矿井生产力,是防治煤矿瓦斯的治本措施。经过数十年的实践与试验研究,我国煤矿抽放瓦斯技术已积累了上百种抽放瓦斯方法,煤矿抽放瓦斯的规模有了很大发展,已具备对各种抽放瓦斯方式方法进行技术筛选的条件。各煤矿也有必要针对本矿的地质、开采条件,选择经济有效的抽放瓦斯方式,以保障煤矿有效治理瓦斯灾害,实现“先抽后采”,确保煤矿安全生产。

关键词:煤层瓦斯抽放方法;瓦斯量;煤矿安全生产

中图分类号:X244文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0069-02

一、煤矿抽放瓦斯方法技术筛选原则

1.把分散的各矿应用试验过的有效抽放瓦斯方法,都归并到同一抽放瓦斯类型中去,只是在阐述适用性时,补充有关地质、开采条件。

2.重点筛选应用范围广、适用性强,便于煤矿采用,效果较好的抽放瓦斯方式方法。

3.对抽放瓦斯方法技术还需改进,但有发展前景的抽放瓦斯方式方法,将筛选介绍,如强化抽放瓦斯方法等。

4.对配合我国煤炭工业技术进步,适应新的开采工艺技术而发展的抽放瓦斯方式方法,将筛选介绍,如综放工作面抽放瓦斯方法等。

5.由于地质开采条件的改变,原来抽放瓦斯效果好,目前己不再应用的抽放瓦斯方式方法,一般不作详细介绍及筛选。

二、开采层未卸压瓦斯抽放方法筛选及适用性

(一)岩巷揭煤层预抽(排)瓦斯方法

1.立井揭煤层超前钻孔抽排瓦斯方法。(1)适用条件:用于倾斜、缓倾斜中厚以上突出危险煤层超前预抽(排)瓦斯;(2)技术工艺参数:沿井筒周边外1.5m处,扇形布置中108mm钻孔,井筒范围内均匀布置中75mm钻孔,孔间距约1m,一般抽排时间约1个月,使煤层瓦斯含量下降30%以上,或煤层瓦斯压力下降到0.74MPa以下。防突措施应遵照《防治煤与瓦斯突出细则规定》;(3)应用说明:用于铁法大兴矿等。抽排瓦斯时,应防止钻孔积水影响瓦斯涌出。

2.石门揭煤层超前钻孔抽(排)瓦斯方法。(1)适用条件:用于石门揭开突出煤层前预抽排瓦斯,煤层倾角、厚度不限,单一煤层,近间距煤层群均可采用;(2)技术工艺参数:主要抽排石门上方(7m～8m)及两侧(5m～6m)保护圈内的瓦斯。孔径75mm,间距1m～2m。抽排时间3个月至一年(与孔间距有关),其它防突措施按《防治煤与瓦斯突出细则》有关规定执行;(3)应用说明:用于重庆天府煤矿。为了提高瓦斯抽排效果,可采用煤层扩孔来扩大煤层钻孔直径;钻孔可与抽放系统联接,用负压进行抽放。

(二)煤巷掘进预抽(排)瓦斯方法

1.煤巷掘进超前钻孔抽(排)瓦斯方法。(1)适用条件:用于突出煤层煤巷掘进工作面前方煤体瓦斯抽排;(2)技术工艺参数:钻孔直径75mm～90mm,软煤选用小直径,孔间距应按钻孔在有效抽放时间内的排放半径确定,一般为0.5m～2.0m,钻孔应控制巷道两帮外2m～3m,还应控制巷道顶部煤层。钻孔长度应超过巷道前方应力集中带。一般为15m～20m。有关防突措施应按《防治煤与瓦斯突出细则》执行;(3)应用说明:平顶山十矿等。该方法为突出煤层煤巷掘进最常用的防突技术措施。

2.煤巷先抽后掘抽放瓦斯方法。(1)适用条件:煤层属于容易或可以抽放煤层,抽放瓦斯的巷道位置应处于钻孔能力范围内,一般不大于20m,下向孔抽放时,煤层应为缓倾斜煤层,否则应采用钻孔排水措施;(2)技术工艺参数:孔径75mm～90mm,间距10m左右,钻孔长度必须超过巷道所在位置处,抽放时间应满足巷道掘进时通风安全或防治突出的预抽瓦斯指标要求;(3)应用说明:随着钻孔能力的提高,该方法结合采煤工作面大面积预抽瓦斯,同时先抽巷道的瓦斯,应是一项较实用的先抽后掘巷道的方法。

三、开采煤层采动卸压瓦斯抽放方法

(一)开采煤层采掘巷道周边卸压瓦斯抽放方法

1.适用条件。受回采工作面前方矿压变化的影响,回采工作面前方一段范围内,煤体被压碎松动卸压,该地段煤体内瓦斯会大量解吸,随着回采工作向前推进,此地段也会不间断的向前移动。因此抽放该地段内的卸压瓦斯,会取得较好的效果。但顺层单一平行钻孔孔口,孔底与回采工作面距离相同,所以钻孔同时被破坏,钻孔抽放卸压瓦斯的时间短。而交叉钻孔中的斜向钻孔,当孔底被回采工作面采过后,仍有部分钻孔段留在卸压煤体内抽放瓦斯,因而能取得较好的抽放瓦斯效果。

2.技术工艺参数。在抽放期间,要严格加强抽放钻孔管理,发现钻孔大量漏气时,必须及时关闭,以免影响整个抽放系统的抽放负压及瓦斯浓度。

3.应用说明。焦作九里山矿等应用效果较好。关键在于对预抽钻孔坚持继续抽放及加强抽放瓦斯的管理。

(二)开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法

1.适用条件。开采煤层群的矿井,有围岩巷道或相邻煤层巷道,开采煤层厚度,倾角不限,煤层为较难抽放瓦斯煤层及突出煤层。有关保护层开采后的保护范围,防突效果,按《防治煤与瓦斯突出细则》有关规定执行。

2.技术工艺参数。穿层钻孔的钻场间距一般为45m,每个钻场布孔4～6个,钻孔角度10°～40°孔底间距15m～20m,孔径75m左右,钻孔长度要求穿过各个抽放瓦斯的煤层,并在保护范围内。顺层钻孔的长度应大于回采工作面长度的一半,间距可为预抽顺层钻孔间距的1～2倍,为单一平行或扇形布孔方式。

3.应用说明。穿层钻孔抽放被保护层瓦斯方法应用较广泛,在天府磨心坡矿穿层钻孔抽放中有应用。

四、人为(强化)卸压瓦斯抽放方法

(一)水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法

1.适用条件。地面钻孔水力压裂方法适用于地表较平坦,具备钻井、压装、抽放施工条件(即有路、有水、有电及瓦斯管道),地面钻孔水力压裂的煤层应为可以及容易抽放煤层。厚度为中厚以上,倾角为缓倾斜煤层。在较难抽放瓦斯煤层中实施水力压裂后,一般效果很差,如阳泉一矿3号煤层;尽管有时钻孔瓦斯流量增加的倍数很大,但总抽放量仍然较小,对开采煤层回采时瓦斯涌出量的减少效果不明显。

2.技术工艺参数。地面钻孔水力压裂及井下钻孔水力破裂技术工艺的差别是:井下钻孔水力破裂过程中不加支撑剂(砂子),其它工艺都相同,有钻井(打钻)—完井(封孔)—压裂—排水—抽放瓦斯。工艺参数中的关键是孔间距、压裂液注入速度、加砂量、排水效果等,因煤层赋存条件不同,各技术工艺参数也不同。

3.应用说明。地面钻孔水力压裂法在我国的白沙红卫矿,抚顺北龙凤及焦作中马矿做过试验,由于煤层透气性较小、工程较大,没有推广应用。近期在晋城地区,有的煤层透气性高达728m2/MPa2·d(约为8.2md),目前30个地面钻孔抽放效果良好,正在进一步扩大试验应用。

(二)水力割缝强化抽放开采煤层瓦斯方法

水力割缝是在顺层抽放瓦斯钻孔(上向水平孔)内,用喷咀形成的高压水射流,对钻孔两侧煤体进行切割形成一个扁平缝槽,相当于开采一个极薄保护层,促使钻孔附近煤体卸压,提高开采煤层瓦斯抽放率。

1.适用条件。中硬或软(打钻不自喷)的厚煤层,采用顺层上向孔及水平孔的煤层均可采用水力割缝强化抽瓦斯措施。

2.技术工艺参数。钻孔布置参数与顺层预抽瓦斯钻孔相同。水射流参数为:水量10～15m3/h时,软分层中割缝,水压为8MPa时,在钻孔两侧形成深0.8m、高0.2m的缝槽;在中硬煤层中,水压超过10MPa才能割出深0.4m的缝。

3.应用说明。在鹤壁、白沙等矿试验应用。鹤壁矿水力割缝的结果表明,割缝前,未卸压煤层钻孔瓦斯抽放量平均为0.041m3/min·百米,割缝后,钻孔抽放量为0.122m3/min·百米,增大3.4倍。瓦斯抽放时间为三个月。

参考文献

[1]袁亮.淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究[J].煤炭学报,2003,(2).

[2]瞿春安.高瓦斯矿井瓦斯抽放方法与工艺改进[J].煤炭技术,2008,(11).

[3]李振璧.石门揭煤瓦斯抽放钻孔设计方法的改进[J].中国矿山工程,2005,(4).