第6章礦井瓦斯抽放§6.1煤礦瓦斯抽放可行性分析防止瓦斯超限的兩類方法：〔1〕利用礦井主要通風機，將瓦斯沖淡到平安濃度并將烷空混合物排放到地面大氣中〔通風方法〕；〔2〕利用瓦斯泵抽放瓦斯，在負壓下人工抽放高濃度瓦斯并經過巷道隔離的管網抽放到地面〔抽放方法〕。一、抽放瓦斯的目的1、預防瓦斯超限、確保礦井平安；2、開采維護層并具有抽放系統的礦井，應抽放被維護層的卸壓瓦斯；3、預抽瓦斯作為區域性或部分防措施；4、開發利用瓦斯資源，變害為利。二、新建抽放瓦斯礦井應同時具備的條件1、一個回采任務面的瓦斯涌出量大于5m3/min;2、礦井瓦斯涌出量大于15m3/min；3、礦井抽放瓦斯總量應穩定在4m3/min以上；4、瓦斯抽放系統的效力年限＞10年；5、煤層透氣性系數應大于一定值。三、采區抽放瓦斯規范當一個任務面瓦斯涌出量＞5m3/min，或一個掘進任務面瓦斯涌出量＞3m3/min。當采用通風方法處理瓦斯問題不合理時，應抽放瓦斯。四、抽放瓦斯必需遵守以下規定〔1〕利用瓦斯時，瓦斯濃度不得低于30%，且在利用瓦斯的系統中必需裝設有防回火、防回氣和防爆炸作用的平安安裝。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯設備時，抽放瓦斯濃度不得低于25％?！?〕抽放容易自燃和自燃煤層的采空區瓦斯時，必需經常檢查一氧化碳濃度和氣體溫度等有關參數的變化，發現有自然發火征兆時，應立刻采取措施?！?〕井上下敷設的瓦斯管路，不得與帶電物體接觸并應有防止砸壞管路的措施?！?.2瓦斯抽放設計根底一、礦井概略礦井儲量、煤層賦存條件、礦井消費才干、巷道布置、開采方法、通風情況、礦井瓦斯涌出量、瓦斯來源分析等。二、瓦斯根底參數包括：煤層瓦斯含量、瓦斯儲量、可抽瓦斯量、抽放率、煤層透氣系數等。1、瓦斯儲量----礦井開采過程中可以向礦井排放的煤〔巖〕所儲存的瓦斯量。W=W1+W2+W3+W4式中：W1----可采煤層瓦斯儲量；W2----部分可采煤層瓦斯儲量；W3----采動影響范圍內不可采煤層瓦斯儲量；W4----采動影響范圍內圍巖瓦斯儲量。2、可抽瓦斯量概算----瓦斯儲量中能夠被抽放出來的瓦斯量。

式中W----瓦斯儲量；dk----礦井瓦斯率。3、瓦斯抽放率〔1〕礦井抽放率----指礦井的抽出瓦斯量占其風排瓦斯量與抽放量之和的百分比。式中Qky----礦井風排瓦斯量；Qkc----礦井抽放瓦斯量。〔2〕本開采煤層抽放率式中QBy----開采層抽放瓦斯量；QBc----開采層涌出瓦斯量。〔3〕任務面臨近層抽放率

式中QLy----臨近層抽放瓦斯量；QLc----臨近層涌出瓦斯量。

〔4〕任務面總抽放率4、鉆孔瓦斯流量衰減系數----不受采動影響條件下，煤層內鉆孔的瓦斯流量隨時間衰減變化特性系數。作用：可以作為煤層預抽瓦斯難易程度的一個目的。衰減系數的推導過程：∵

tqt5、煤層瓦斯透氣性系數及人工增透方法----是衡量瓦斯在煤層流動難易程度的重要參數。是決議抽放效果的主要要素。測定方法見附錄。人工增透方法：〔1〕使煤層有機物溶解；如：從煤層中取出一部分物質，構成新的裂隙、注入酸液。〔2〕在煤層內注入支撐劑；如：注入高壓水或壓氣，將煤壓裂，然后注入砂等。〔3〕破壞煤的構造。如：水力破裂、深孔松動爆破。三、煤層可抽放性分類根據煤層可抽瓦斯的難易程度分為：〔1〕容易抽放〔2〕勉強抽放〔3〕難以抽放類別鉆孔流量衰減系數（d-1）煤層透氣性系數（m2/MPa2.d）容易抽放<0.003>10可以抽放0.003~0.0510~0.1較難抽放>0.05<0.1§6.3抽放瓦斯方法及工藝參數一、抽放類型、方法和適用條件1、抽放類型的劃分按空間對象分：按地應力劃分：按時間對比劃分〔采掘與抽放〕：

2、抽放方法鉆孔法、巷道法、綜合法。3、各種抽放方法的適用條件抽放方法的選擇主要根據瓦斯來源、地質采礦條件確定。詳細見表6-2~6-4?！?〕未卸壓抽放----預抽A〕巷道法優點：暴露面積大，流量大，穩定，流動阻力小。缺陷：工程量大，掘進費用高。B〕鉆孔法〔i〕穿層鉆孔抽放率約20%〔個別大于30%〕。優點：施工方便，掘進巷道少。缺陷：單孔流量小。適用條件：〔1〕煤層透氣性較大；〔2〕煤層群開采；〔3〕開辟巖巷超前較多；〔4〕可抽放時間長。〔ii〕沿層鉆孔抽放率約20~60%。優點：施工方便。缺陷：可抽時間短，對煤層賦存條件要求高?！?〕卸壓抽放〔采動影響〕特點：卸壓后，煤層的透氣性大大添加。所以必然能抽出瓦斯。主要包括：邊采邊抽邊掘邊抽煤巷鉆場鉆孔臨近層抽放開采層臨近層臨近層二、未卸壓抽放鉆孔參數1、孔徑孔徑愈大煤壁暴露面積大瓦斯流量增大。如：陽泉一礦，φ從73mm300mm，S提高4倍，瓦斯抽放量提2.7倍。普通地，采用瓦斯抽放鉆孔直徑為60~110mm。2、鉆孔長度單一鉆孔瓦斯抽放量與其孔長根本上成正比關系。即：

∴沿層鉆孔，盡能夠長。3、鉆孔間距鉆孔有效排放半徑：規定的排除放時間內，該范圍內瓦斯壓力or瓦斯含量降低到平安允許值，此時的有效范圍。

L≤2R

RL≤2R鉆孔有效排放半徑測定方法。多孔法：R〔m〕P(MPa)P0P’T1T2T3T1、T2、T3為不同抽放時間測定結果。且T1＜T2＜T3R1R2R301抽放孔丈量孔123456784、抽放時間確定根據：鉆孔瓦斯有效抽放率；鉆孔瓦斯衰減系數。計算公式：式中T----抽放時間，d；β----鉆孔瓦斯衰減系數，d-1;k----系數〔or抽放率〕,取0.7~0.8。5、孔口抽放負壓與封孔長度抽放負壓與煤層透氣性系數、封孔質量、管路質量有關。普通取13.6~26.6kPa。封孔長度：巖孔：≮2~5m；煤孔：≮4~10m三、卸壓抽放瓦斯參數〔臨近層抽放〕臨近層：開采煤層頂底板內賦存的能向開采煤層涌出瓦斯的煤層。1、開采煤層回采后對臨近層影響特征〔1〕構成采動裂隙和卸壓帶頂板：冒落、挪動、卸壓、變形底板：膨脹、卸壓變形按裂隙發育情況分為“三帶〞I帶內：瓦斯大量流向開采煤層采空區。當層間距小于8~10m時，煤層處于冒落帶內。II帶：瓦斯流向開采煤層采空區。特點：煤層透氣性大大添加，抽出量大，瓦斯濃度高。III帶：瓦斯不流向開采煤層采空區。特點：煤層透氣性添加較小，抽出量小，瓦斯濃度高?！?〕臨近層采動影響區內透氣性系數煤層透氣性系數添加幾倍~幾百倍?！?〕臨近層剩余瓦斯壓力變化規律由于不同層間距的臨近層瓦斯得到不同程度的排放，其剩余瓦斯壓力變化如圖。

R=層間距/采高PC〔MPa〕RR抽放未抽放2、臨近層瓦斯抽放率分析：煤層群開采條件下，受采動影響，臨近層卸壓，煤層透氣性大大添加，臨近層瓦斯經過層間裂隙，進入開采煤層采空區。臨近層瓦斯涌出量∝1/層間距。當進展臨近層抽放時。沿煤層流向鉆孔抽放巷道地面沿層間裂隙開采煤層采空區回風臨近層瓦斯∵抽放系統壓差＞臨近層與采空區之間的壓差∴大部分瓦斯被抽放，少量進入采空區主要結論：〔1〕臨近層抽放總可以抽出瓦斯，適用于各種條件；〔2〕鉆孔流量決議于采動影響程度〔層間距〕和瓦斯含量?！?〕抽放率的高低，決議于層間距及各種抽放參數的選擇?！?〕臨近層距開采層愈遠，抽放率愈大，抽出的瓦斯濃度愈，可抽時間愈長。3、鉆孔法臨近層抽放的主要參數〔1〕確定可抽放的臨近層上臨近層冒落帶內煤層不可抽放〔8~10m〕。冒落帶高度：緩傾斜煤層hm=k.M式中M----開采煤層厚度，m；k----冒落倍數,硬巖4~5，中硬3~4，軟巖1~2煤層上鄰近層/m下鄰近層/m緩傾斜煤層12080急傾斜煤層6030〔2〕鉆場位置原那么：孔短，抽放瓦斯量多。位于任務面進回風巷。風巷優點：孔短，易打入卸壓帶，抽放量大?？深A防任務面上隅角瓦斯。缺陷：打鉆時，供電、供水、通風困難。位于層間巷道〔3〕鉆孔參數I〕鉆孔間距現場實驗確定。

始抽間隔：----開采層任務面，在臨近層的投影線接近鉆孔或超越鉆孔一定間隔〔ld〕時鉆孔流量時顯添加，即可開場抽放，這一間隔稱為始抽間隔。停抽間隔：----隨著任務面不斷向前推進，臨近層瓦斯含量降低，煤層透氣性恢復，流量明顯下降，可以停頓抽放，此間隔即為停抽間隔〔ls〕ldlsⅡ〕終孔層位決議于上、下臨近層層數及層間距。單一臨近層，終孔于該層頂〔底〕板1~2m。多臨近層，層間距小于30m內的臨近層，且各層間距不大于10m時；或層間距大于30m內的臨近層，且各層間距不大于15m時，可用一孔穿透全層。假設有遠有近，那么分別打鉆抽放。Ⅲ)鉆孔角度原那么：進入采動影響區，不穿過冒落帶。Ⅳ〕孔徑影響不大，75~100mmⅤ〕抽放時間式中L----孔間距,mV----任務面推進速度，m/d。Ⅵ〕抽放負壓6.7~13.3kPa四、采空區抽放目的：〔1〕減少瓦斯涌出，防止任務面回風及上隅角集聚；〔2〕抽出瓦斯進展利用。1、向任務面冒落拱頂部打鉆抽放2、從開采煤層頂板公用巷道打鉆3、回風巷密閉墻插管抽放4、老空區抽放特點：瓦斯壓力小，瓦斯量有限，瓦斯濃度不高，易漏氣。要求：低負壓、小流量、勤檢查。1、抽放花管長度15~20m左右；2、要求采用低負壓抽放；要求瓦斯抽放管路軟管抽放花管采空區任務面回風巷至瓦斯泵采空區上隅角埋管抽放瓦斯機巷風巷泄排巷煤層頂板走向鉆孔〔巷道〕抽放瓦斯1、作用從回風順槽沿煤層走向在煤層頂板向采空區上方施工巷道或鉆孔，抽放采空區頂板裂隙或冒落空間內積存的高濃度瓦斯，經過巷道或鉆孔抽放，可以切斷上臨近層瓦斯涌向任務面的通道，改動采空區流場分布，減少采空區瓦斯涌向任務面，并控制上隅角瓦斯積聚。2、抽放原理根據礦壓實際，煤層開采后其頂底板巖層發生冒落挪動，當上覆巖層下沉穩定后，上覆巖層采動裂隙區劃可分為“豎三帶〞和“橫三區〞，即采動區沿垂直方向由下往上劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶；沿任務面推進方向在任務面風巷和機巷區域分為煤壁支撐影響區、離層區和重新壓實區。隨著任務面不斷向前推進，沿任務推進方向上的“橫三區〞隨之交替向前挪動。離層區的范圍可采用類似資料模型實驗或現場探測。離層區壓實區采空區“O〞區域表示圖120m20~30m3、鉆場及鉆孔布置4、技術參數頂板抽放口最正確位置：法距位于垂直煤層頂板向上8~25m〔位于冒落帶頂部，裂隙帶下部〕，平距位于回風巷內錯8~30m。詳細礦井，要根據其實踐綜合確定。其中鉆孔的終孔位置，可以利用幾何知識，經過計算得到。如圖為謝一礦調查結果；鉆場間距大于100m，鉆孔長度大于120m，抽放負壓16~20kPa。淮南礦區頂板走向鉆孔抽放鉆孔純量普通為5~20m3/min抽放率大于45%。鉆孔角度盡量小?！?-4抽放瓦斯設備、器材及平安安裝一、鉆孔設備包括：鉆機、封孔安裝、管路、抽放泵、檢測儀表二、封孔方法與設備要求：密封性好，操作方便、封孔速度快，資料廉價。1、封孔器封孔主要用于穿層鉆孔巖石段封孔。2、充填資料封孔三、抽放管與瓦斯管路銜接膠管流量計放水器分區管路主管四、瓦斯泵式中Pa----大氣壓；Ps----泵的絕對壓力。1、水環式真空泵任務原理：任務葉輪偏心，旋轉時構成偏心水環，前半圈水環逐漸分開輪轂，構成真空，吸入瓦斯，后半圈，水環接近輪轂，壓出瓦斯。特點：平安、真空度高、流量小。2、回輪式羅茨瓦斯泵兩個葉輪，左輪逆時針轉，右輪順時針轉。PaPs3、離心式瓦斯泵五、抽放瓦斯管路中的平安安裝1、放水器〔1〕人工放水器正常：開1，關2，3放水：關1，開2，3〔2〕自動放水器123hh2、防爆阻火器<規程>規定：干式抽放瓦斯泵吸氣側管路系統中，必需裝設有防回火、防回氣和防爆炸作用的平安安裝，并定期檢查，堅持性能良好。銅網：4~6層孔徑約0.5mm。銅網水CH4CH4六、檢測儀表1、流量計：孔板流量計、文得利流量計、浮子流量計、煤氣表等。2、壓力表§6-5抽放管路與設備選型一、管路選擇主管：地面