關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

淺談如何提高我公司3#煤層瓦斯抽放效果
  單位：山西陽城宇昌煤業(yè)有限公司      時(shí)間：2008-9-10  

                                                作者：衛(wèi)國龍

摘  要：本文論述了3#煤層瓦斯抽放方法和措施，取得了良好的抽放效果，對(duì)安全生產(chǎn)起到了重要的作用。

關(guān)鍵詞：  煤層瓦斯壓力  煤層透氣性系數(shù)   平行孔   解吸擴(kuò)散速率   交叉布孔方式

正  文：

我國高瓦斯和瓦斯突出礦井占總礦井?dāng)?shù)的46%。瓦斯抽放是減少礦井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同時(shí)也是開發(fā)利用瓦斯能源、保護(hù)大氣環(huán)境的重要手段。提高3#煤層瓦斯抽放效果，多年來一直是瓦斯抽放工作中難以解決且在努力解決的問題。目前提高本煤層瓦斯抽放率的技術(shù)途徑主要有兩個(gè)，一是采用人為方法預(yù)先松動(dòng)原始煤體，提高煤層的透氣性，主要有水力壓裂、水力割縫等水力化措施以及預(yù)裂爆破等，二是合理布孔和改變鉆孔參數(shù)。那么針對(duì)我公司目前的抽放現(xiàn)狀，如何提高3#煤層抽放效果呢？下面談?wù)剮c(diǎn)看法。

一、根據(jù)礦井目前開采煤層的抽放現(xiàn)狀，合理選擇布置鉆孔方式

1、我公司煤層賦存情況及瓦斯含量情況：井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系山西組和石炭系太原組。總厚156.6m，含煤5～12層，自上而下編號(hào)為：2、3、4、5、6、7、8、9、11、13、15號(hào)。煤層總厚為9.68m，含煤系數(shù)8％。

太原組中僅有15號(hào)煤層為可采煤層，其余7～8層均為不穩(wěn)定不可采的薄煤層。山西組含有本區(qū)主采煤層即3號(hào)煤。目前礦井開采3^＃煤層。該煤層位于山西組下部，上距下石盒子組底砂巖（K₈）52.7m，下距K₅灰?guī)r36.70m，煤層厚4.88～5.95m，一般厚4.54m，傾角2～4o。煤層頂板為厚1.40m的黑色泥巖，底板為粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖。原煤灰份14.99～25.60%，平均為18.15%；揮發(fā)分4.68～5.87%，平均5.18%；容重為1.45m³/t。3^＃煤層屬中灰、低硫、高--難熔灰分、高發(fā)熱量之無煙煤。3^＃煤層無自燃傾向，煤塵無爆炸危險(xiǎn)性。

2004年5月，經(jīng)重慶煤科分院鑒定我公司所開采的3號(hào)煤層為突出煤層，礦井屬于煤與瓦斯突出礦井。同時(shí)采用間接測定法對(duì)我公司3＃煤層瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行了測量。測得3＃煤層原始瓦斯壓力為0.5275MPa,瓦斯平均含量為21.24m³/t,采煤落殘存瓦斯含量4.00 m³/t，煤的孔隙率為19.83%，煤對(duì)瓦斯吸附常數(shù)a=39.16,b=1.235,oa 透氣性系數(shù)1.2642m²/MPa²·d；鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.0021d^-1；百米鉆孔初始瓦斯流量0.1034m³/min·100m，測量結(jié)果表明，3#煤層屬于可以抽放類型。

 2、礦井目前抽放現(xiàn)狀

目前我公司對(duì)本煤層進(jìn)行抽放主要是靠調(diào)整布孔方式和改變鉆孔參數(shù)。

1）回采工作面抽放：回采工作面采用預(yù)抽和邊采邊抽相結(jié)合的抽放方法，即利用工作面回風(fēng)順槽向煤層打平行和交叉于工作面的鉆孔預(yù)抽瓦斯。該預(yù)抽鉆孔還可利用回采工作面推進(jìn)產(chǎn)生的卸壓作用，實(shí)施邊采邊抽煤層瓦斯，從而提高瓦斯抽放率，距離回采面10m時(shí)再拆除鉆孔。其抽放鉆孔布置參數(shù)為：

布置位置：回風(fēng)巷、進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)；

鉆孔角度：垂直巷道布置、進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)鉆孔上仰2～3°，回風(fēng)巷內(nèi)鉆孔0～1°；

開孔直徑：φ89mm；

終孔直徑：φ73mm；

鉆孔長度：100m

鉆孔間距：5—8m；

鉆孔距底板高度：1.2m；

封孔方式：聚胺酯封孔；

封孔長度：6m

2）掘進(jìn)工作面邊掘邊抽

掘進(jìn)工作面邊掘邊抽是在掘進(jìn)巷道兩側(cè)，隔一定距離，施工一個(gè)鉆場，在鉆場內(nèi)施工超前鉆孔，利用鉆孔抽放煤層中的瓦斯。布置參數(shù)為：

同側(cè)鉆場間距：50m；

每個(gè)鉆場鉆孔數(shù)量；3個(gè)

鉆孔位置：距巷道壁2m、2.3m、2.6m，分別為水平、上仰1°，上仰2°～3°；

鉆孔與巷道夾角：0°、3°、5°；

開孔直徑：φ89mm；

終孔直徑：φ73mm；

鉆孔長度：鉆場中60m，聯(lián)絡(luò)巷中35～50m

鉆孔距底板高度：1.2m；

封孔方式：聚胺脂封孔；

封孔長度：5～8m

3）采空區(qū)抽放及密閉巷道法抽放

我公司采空區(qū)瓦斯涌出量很小，可以不考慮，但隨著開采年限的增長，采空區(qū)面積將越來越大，采空區(qū)瓦斯涌出量將在礦井瓦斯涌出中占較大比重。采空區(qū)涌出的大量瓦斯無疑加重了礦井的通風(fēng)負(fù)擔(dān)。

      全封閉采空區(qū)抽放法

對(duì)于采空區(qū)，則采用鉆孔法抽放采空區(qū)瓦斯，即利用回采工作面的進(jìn)風(fēng)順槽，打鉆孔穿透進(jìn)風(fēng)順槽與運(yùn)輸順槽間的隔離煤柱進(jìn)入工作面采空區(qū)，進(jìn)行抽放。即把瓦斯管直接插入采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽放。鉆孔間距30m，每根瓦斯管的末端2m內(nèi)要有孔眼，同時(shí)，施工時(shí)要盡量靠近煤層頂板，使之處于高濃度瓦斯帶。

從抽放的情況看，鉆孔測不出流量或流量極?。▎慰琢髁?/span>0.013m3/min左右），抽放濃度在12%—58%。從抽放效果分析，平行結(jié)合交叉孔比單平行孔抽放效果好，尤其在3131工作面表現(xiàn)最明顯，抽放濃度普遍高于其它工作面，濃度最高達(dá)58%。因此今后布置鉆孔應(yīng)盡量布置平行交叉孔。

二、針對(duì)本煤層抽放存在問題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。
    1、鉆孔的孔深和孔徑問題
    本煤層鉆孔抽放瓦斯主要取決于煤體在鉆孔內(nèi)的暴露面積，因此鉆孔的孔深和孔徑越大，抽放效果越好。從目前情況看，我公司3#煤層鉆孔深度均不大，抽放濃度也都不高，今后我們應(yīng)向大孔徑、大孔深方向發(fā)展，將本煤層鉆孔直徑提高到120mm及以上，孔深按切眼長度減20m設(shè)計(jì)，從而提高抽放效果。
    2、 鉆孔的布置問題
    目前我公司3#煤層鉆孔的噸煤鉆孔量只有0.02m³/t，與國家標(biāo)準(zhǔn)0.03—0.05 m³/t還有一定的距離，因此必須切實(shí)提高本煤層鉆孔的布孔密度，將原有5—8 m的鉆孔問題縮小到3m，真正達(dá)到應(yīng)抽盡抽的效果。另根據(jù)我公司目前施工平行交叉孔比單平行孔抽放效果好的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后本煤層鉆孔應(yīng)盡量布置成平行交叉孔，與此同時(shí)應(yīng)避免施工下山孔，以減少鉆孔積水與積渣對(duì)抽放的影響。為解決瓦斯涌向開采空間的問題，還應(yīng)積極組織施工上鄰近層穿層鉆孔，對(duì)上鄰近層進(jìn)行抽放。
   3、封孔問題
    封孔質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到鉆孔抽放的效果。由于巷道兩幫承受頂板壓力，煤壁往里5m范圍內(nèi)有一個(gè)卸壓帶，在此卸壓帶內(nèi)，鉆孔容易通過產(chǎn)生的裂隙與巷道導(dǎo)通，造成漏氣，因此3#煤層鉆孔封孔深度要求達(dá)到10m，必須采用聚胺脂封孔，切實(shí)提高3#煤層鉆孔的抽放質(zhì)量。
    4、提早拆除鉆孔的問題
    從3#煤層抽放最好的3131工作面抽放情況看，3#煤層抽放鉆孔在距工作面12m左右時(shí)抽放濃度明顯增大。此時(shí)工作面前方煤體正承受采空區(qū)頂板的集中壓力，使煤體產(chǎn)生了較多裂隙，從而增加了煤體透氣性，隨著工作面前移，應(yīng)力集中帶也相應(yīng)前移，前部形成新的卸壓帶，在卸壓帶內(nèi)抽放瓦斯，鉆孔抽放濃度大幅升高。要求在本煤層抽放鉆孔距工作面小于5m時(shí)，方可進(jìn)行鉆孔拆除，盡量避免提早拆除鉆孔，以便在最佳抽放階段抽放瓦斯。
    三、嘗試采用外界干預(yù)和其它技術(shù)手段改善煤層透氣性

1、采用深孔控制預(yù)裂爆破或松動(dòng)爆破改善煤層透氣性

首先在煤體中打爆破孔，然后距爆破孔8—12m打直徑90—120mm的抽放孔，利用炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫高壓爆生氣體，使煤體沿抽放孔方向產(chǎn)生更多的定向裂隙或其它裂隙，使松動(dòng)裂隙區(qū)范圍從裝藥半徑的15—20倍增加到60—250倍，以提高煤的透氣性，達(dá)到提高抽放效果的目的。在抽放后期，當(dāng)回采工作面采至距抽放孔10—30米時(shí)，開始對(duì)抽放孔進(jìn)行低壓注水，利用爆破后煤體內(nèi)裂隙發(fā)育的有利條件，充分濕潤煤體，以抑制回采中瓦斯的涌出，同時(shí)也降低了煤塵。
    2、采用高壓水邊注水邊抽瓦斯改善煤層透氣性。
    鉆孔按10m間距施工，每間隔一個(gè)孔對(duì)鉆孔實(shí)施高壓注水，借助高壓水對(duì)煤體的壓力，使鉆孔周圍煤體中的應(yīng)力重新分布，進(jìn)而產(chǎn)生豐富的微小裂隙，然后對(duì)相鄰未注水的鉆孔實(shí)施抽放，使鉆孔抽放到較為豐富的瓦斯。
    3、采用對(duì)煤體注氣的方法改善煤層透氣性

針對(duì)我公司各開采煤層內(nèi)瓦斯大多以吸附狀態(tài)存在的現(xiàn)狀，通過鉆孔向煤體內(nèi)注入高壓的惰性氣體（如氮?dú)猓?，然后?duì)相鄰的鉆孔實(shí)施抽放，其實(shí)質(zhì)是向煤層注入能量，改變壓力的傳導(dǎo)特性，增大解吸擴(kuò)散速率，從而達(dá)到提高抽放瓦斯量的目的。

4、采用交叉布孔方式布置鉆孔

交叉布孔方式，一是考慮鉆孔之間由于空間交叉，塑性變形區(qū)增大，增加了鉆孔在塑性變形區(qū)的卸壓圈，增大了鉆孔周圍的滲透性；二是鉆孔之間煤體裂隙連通，各抽放鉆孔間建立了瓦斯流通網(wǎng)絡(luò)，避免了某些鉆孔塌孔、堵孔使鉆孔瓦斯抽放量降低的弊端，從而提高鉆孔的瓦斯抽放量。

鉆孔瓦斯流量主要與鉆孔的見煤長度、煤層瓦斯壓力、滲透系數(shù)、鉆孔直徑等因素有關(guān)。決定鉆孔瓦斯流量的關(guān)鍵參數(shù)是瓦斯壓力和煤層滲透系數(shù)，特別是瓦斯壓力。但是煤層原始瓦斯壓力是不能改變的，而且我國目前含瓦斯煤層其原始瓦斯壓力一般都在4 MPa以下，只有極個(gè)別煤層的瓦斯壓力達(dá)到10 MPa以上。因此提高鉆孔抽放瓦斯量的關(guān)鍵在于如何提高煤層滲透系數(shù)和增大鉆孔直徑。只要根據(jù)我公司開采煤層的實(shí)際情況，對(duì)目前存在的問題進(jìn)行研究與探索，同時(shí)嘗試使用趨于成熟或新的技術(shù)手段改善煤層透氣性，從中總結(jié)出一套適合于我公司3#煤層抽放經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后我公司3#煤層抽放技術(shù)能夠起到一定的指導(dǎo)作用。