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煤礦瓦斯抽放方法以及引起事故危險因素的分析

  
評論: 更新日期:2015年05月25日

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抽放瓦斯方法分類
抽放瓦斯的分類方式和方法多種多樣,目前尚無統(tǒng)一的標準。通常按以下三種方法進行分類。
1、按抽放瓦斯的來源分類
按抽放瓦斯的來源分為:
1)開采層(本煤層)抽放瓦斯;
2)鄰近層抽放瓦斯;
3)采空區(qū)抽放瓦斯。
2、按抽放與采掘的時間分類
按抽放與采掘的時間關(guān)系可分為:
1)采前抽放(也稱為預(yù)抽);
2)采中抽放(也稱邊抽,包括邊采邊抽和邊掘邊抽);
3)采后抽放(也趁舊區(qū)抽放)。
3、按施工工藝和手段分類
按施工工藝和手段可分為:
1)巷道抽放法;
2)鉆孔抽放法;
3)巷道、鉆孔混合抽放法。
瓦斯抽放方法雖然有以上不同分類方法和不同種類,但在現(xiàn)場實際應(yīng)用時,往往是互相結(jié)合、綜合使用,無法截然分開的。如,本煤層抽放中包括巷道預(yù)抽法、鉆孔預(yù)抽法及邊抽(掘)法等;同時,鉆孔抽放法又應(yīng)用于本煤層抽放、鄰近層抽放及預(yù)抽、邊抽等。
?2.1.1?開采煤層的瓦斯抽放分析
開采煤層的瓦斯抽放,是在煤層開采之前或采掘的同時,用鉆孔或巷道進行該煤層的抽放工作。煤層回采前的抽放屬于未卸壓抽放,在受到采掘工作面影響范圍內(nèi)的抽放,屬于卸壓抽放。決定未卸壓煤層抽放效果的關(guān)鍵因素,是煤層的天然透氣系數(shù)。按照煤層的透氣系數(shù)評價未卸壓煤層預(yù)抽瓦斯的難易程度的指標如下表:
表2-1?煤層抽放瓦斯難易程度分級表

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等級
煤層透氣系數(shù)
/㎡·MPa-2·d-1
煤層百米鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù)d-1
容易抽放
可以抽放
較難抽放
>10
10—0.1
<0.1
<0.015
0.03—0.05
>0.05
①??? 未卸壓抽放
本法適用于透氣系數(shù)較大的開采煤層預(yù)抽瓦斯。按鉆孔與煤層的關(guān)系分為穿層鉆孔和沿層鉆孔;按鉆角度分為上向鉆孔、下向鉆孔和水平鉆孔。我過多采用穿層上向鉆孔。
穿層鉆孔是在開采煤層的頂板或底板巖巷(或煤巷),每隔一段距離開一長約10米的鉆場。從鉆場向煤層打3—5個穿透煤層的鉆孔,封孔或?qū)⒄麄€鉆場封閉起來,裝上抽瓦斯管與抽放系統(tǒng)連接。
此方法的優(yōu)點是施工方便,可以預(yù)抽的時間較長。如果是厚煤層下行分層回采,第一層回采后,還可在卸壓的條件下,抽放未分層的瓦斯。
沿層鉆孔適用于賦存穩(wěn)定的中厚煤層。由運輸平巷沿煤層傾斜打鉆,或由上、下山沿煤層走向打水平孔(仰角1°--2°)。這類抽放方法常受采掘接替的限制,抽放時間不長,影響了抽放的效果。國外采用的可彎曲鉆,能由巖巷或地面打沿層鉆孔,大大延長了抽放時間。我國1987年開始了有關(guān)研究工作,著重于井下水平長鉆孔的打鉆工藝。
②??? 卸壓鉆孔抽放
在受回采或掘進的采動影響下,引起煤層和圍巖應(yīng)力重新分布,形成卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。在卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形,透氣系數(shù)大大增加。如果在這個區(qū)域內(nèi)打鉆抽放瓦斯,可以提高抽出力量,并阻截瓦斯流向工作空間。這類抽放方法現(xiàn)場叫隨掘隨抽和隨采隨抽。
隨掘隨抽在掘進巷道的兩幫,隨掘進巷道推進,每隔10—15m開一鉆孔窩,在巷道周圍卸壓區(qū)內(nèi)打鉆孔1—2個,孔徑40-5—60mm,封孔深1.5—2.0m,封孔連接于抽放系統(tǒng)進行抽放??卓谪搲翰灰诉^高,一般為5.3—6.7kPa(40—50mmHg)。巷道周圍的卸壓區(qū)一般為5—15m,個別煤層可達15—30m。
隨采隨抽是在采煤工作面前方由機巷或風巷每隔一段距離(20—60m),沿煤層傾斜方向,平行于工作面打鉆、封孔、抽放瓦斯。孔深應(yīng)小于工作面斜長的20—40m。工作面推進到鉆孔附近,當最大集中應(yīng)力超過鉆孔后,鉆孔附近煤體就開始膨脹變形,瓦斯的抽出量也因而增加,工作面推進到距鉆孔1—3m時,鉆孔處于煤面的擠出帶內(nèi),大量空氣進入鉆孔,瓦斯?jié)舛冉档偷?0%以下時,應(yīng)停止抽放。在下行分層工作面,鉆孔應(yīng)靠近底板,上行分層工作面靠近頂板。如果煤層厚超過6—8m,在未采分層內(nèi)打的鉆孔,當?shù)谝环謱踊夭珊螅钥衫^續(xù)抽放。
這類抽放方法只適用于賦存平穩(wěn)的煤層,有效抽放時間不長,沒孔的抽出量不大。
③??? 人工增加煤層透氣系數(shù)的措施
??? 透氣系數(shù)低的單一煤層,或者雖為煤層群,但是開采順序必須先采瓦斯含量大的煤層,那么上述抽放瓦斯的方法,就很難到達預(yù)期的目的。必須采用專門措施增加了煤層的透氣系數(shù)以后,才能抽出瓦斯。國內(nèi)外都已試驗過的措施有:煤層注水、水力壓裂、水力割縫、深孔爆破、交叉鉆孔和煤層的酸液處理等。
水力壓裂是將大量含砂的高壓液體(水或其他溶液)注入煤層,迫使煤層破裂,產(chǎn)生裂隙后砂子作為支撐劑停留在縫隙內(nèi),阻止它們的重新閉合,從而提高煤層的透氣系數(shù)。注入的液體排出后,就可進行瓦斯的抽放工作。龍鳳礦北井、陽泉、紅衛(wèi)等礦都曾做過這種方法的工業(yè)試驗。
水力割縫是用高壓水射流切割孔兩側(cè)每體(即割縫),形成大致沿煤層擴張的空洞與裂縫。增加煤體的暴露面,造成割縫上、下煤體的卸壓,提高它們的透氣系數(shù)。
深孔爆破是在鉆孔內(nèi)用炸藥爆炸造成的震動力使煤體松動破裂。
酸液處理是向含有碳酸鹽類或硅酸鹽類的煤層中,注入可溶解這些礦物質(zhì)的酸性溶液。
交叉鉆孔是除沿煤層打處置于走向的平行孔外,還打與平行鉆孔呈15°--20°夾角的斜向鉆孔,形成互相連通的鉆孔網(wǎng)。其實質(zhì)相當于擴大鉆孔直徑,同時斜向鉆孔延長了鉆孔在卸壓帶的抽放時間,也避免了因鉆孔坍塌而對抽放效果的影響。在焦作礦務(wù)局九里山煤礦的試驗結(jié)果表明,這種布孔方式較常規(guī)的布孔方式相比,相同條件下提高抽放量0.46—1.02倍。
2.1.2 鄰近層的瓦斯抽放分析
開采煤層群時,回采煤層的頂、底板圍巖發(fā)生冒落、移動、龜裂和卸壓,透氣系數(shù)增加。回采煤層附近的煤層或夾層中的瓦斯,就能向回采煤層的采空區(qū)轉(zhuǎn)移。這類能向開采煤層采空區(qū)涌出瓦斯的煤層或夾層,就叫做鄰近層。位于開采煤層頂板內(nèi)的臨近層叫上臨近層,底板內(nèi)的叫下鄰近層。
鄰近層的瓦斯抽放,即是在有瓦斯賦存的鄰近層內(nèi)預(yù)先開鑿抽放瓦斯的巷道,或預(yù)先從開采煤層或圍巖大巷內(nèi)向臨近層打鉆,將鄰近層內(nèi)涌出的瓦斯匯集抽出。前一方法稱巷道法,后一方法稱鉆孔法。目前國內(nèi)外都廣泛采用鉆孔法,即由開采煤層進回風巷道或圍巖大巷內(nèi),向鄰近層打穿層鉆孔抽瓦斯。當采煤工作面接近或超過鉆孔時,巖體卸壓膨脹變形,透氣系數(shù)增大,鉆孔瓦斯的流量有所增加,就可開始抽放。鉆孔的抽出糧隨工作面的推進而逐漸增大,達到最大值后能以穩(wěn)定的抽出量維持一段時間(幾十天到幾個月)。由于采空區(qū)逐漸壓實,透氣系數(shù)逐漸恢復(fù),抽出量也將隨之減少,直到抽出兩減少到失去抽放的意義,便可以停止抽放。
巷道法抽放時,也可以采用傾斜高抽巷和走向高抽巷抽放上臨近層中的瓦斯。80年代試驗成功的傾斜高抽巷,是在工作面尾巷開口,沿回風及尾巷間的煤柱平走5m左右起坡,坡度30°--50°,打至上臨近層后順煤層走20—40m,施工完畢后,在其坡底打密閉穿管抽放。傾斜高抽巷間距150—200m。這種抽放方式在陽泉礦務(wù)局一礦、五礦和盤江礦務(wù)局山腳樹煤礦的實際應(yīng)用都取得了很好的效果。

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