8第八章鄰近層采前瓦斯抽采方法

1、程遠(yuǎn)平程遠(yuǎn)平 王亮王亮中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)安 全 工 程 學(xué) 院煤礦瓦斯治理國家工程研究中心礦 井 瓦 斯 防 治一、概述一、概述二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果五、保護(hù)范圍的劃定五、保護(hù)范圍的劃定六、卸壓瓦斯抽采實例分析六、卸壓瓦斯抽采實例分析一、概述一、概述一、概述l我國多數(shù)礦區(qū)都具備煤層群的開采條件，在首采煤層的采動作用下，會造成鄰近煤層的地應(yīng)力下降、移動變形、裂隙發(fā)育和透氣性系數(shù)的增加，鄰近

2、煤層表現(xiàn)出明顯的卸壓特征；l在鄰近煤層為礦井主采煤層，且煤層瓦斯賦存豐富、瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重的情況下，需要對鄰近層進(jìn)行采前抽采，降低鄰近煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量； l上述技術(shù)即為保護(hù)層開采技術(shù)；l首采煤層為保護(hù)層，鄰近層為被保護(hù)層。一、概述l長期的理論研究和突出危險煤層開采實踐表明，保護(hù)層開采技術(shù)是最有效、最安全和最經(jīng)濟的防治煤與瓦斯突出的措施。自1933年法國最先使用保護(hù)層開采防治煤與瓦斯突出技術(shù)以來，已在許多國家得到了應(yīng)用。 二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理斯抽采技術(shù)原理二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p 保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的地應(yīng)力變化規(guī)律l在離保護(hù)層工

3、作面采空區(qū)較近的區(qū)域，煤巖體的應(yīng)力值下降很大，采空區(qū)下部一定深度范圍內(nèi)的煤巖體應(yīng)力集中系數(shù)降至0.33以下。在采空區(qū)的后部區(qū)域隨著頂板矸石的冒落壓實，出現(xiàn)應(yīng)力恢復(fù)現(xiàn)象。隨著巖層間距即底板深度的增加，采空區(qū)下部區(qū)域卸壓程度逐漸減弱，應(yīng)力逐漸增大，有效卸壓范圍也逐漸減小。由此可見，達(dá)到一定深度后，保護(hù)層采空區(qū)下部煤巖體的應(yīng)力下降較小、卸壓作用減弱。保護(hù)層開采后的應(yīng)力重新分布圖保護(hù)層開采后的應(yīng)力重新分布圖底板巖層內(nèi)不同層間距處應(yīng)力集中系數(shù)底板巖層內(nèi)不同層間距處應(yīng)力集中系數(shù)二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p 保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的地應(yīng)力變化規(guī)律根據(jù)圍巖應(yīng)力分布的不同，沿走向可劃分為4個區(qū)，從

4、前至后分別為：原始應(yīng)力區(qū)、支撐應(yīng)力區(qū)、卸壓區(qū)和應(yīng)力逐漸恢復(fù)區(qū)。 l沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分帶沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p 保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的地應(yīng)力變化規(guī)律1）原始應(yīng)力區(qū) 原始應(yīng)力區(qū)即為未受到保護(hù)層開采影響的區(qū)域，一般處于保護(hù)層工作面前方50100m以外，該帶承受正常應(yīng)力，其承受的垂直應(yīng)力與埋深成正比。煤層瓦斯動力參數(shù)未發(fā)生變化，保持原始數(shù)值。 l沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分帶沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p 保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的地應(yīng)力變化規(guī)律 2 2

5、）集中應(yīng)力區(qū)）集中應(yīng)力區(qū) 指的是保護(hù)層工作面附近，由于采指的是保護(hù)層工作面附近，由于采動影響、應(yīng)力轉(zhuǎn)移，形成的集中應(yīng)力區(qū)，動影響、應(yīng)力轉(zhuǎn)移，形成的集中應(yīng)力區(qū)，一般在保護(hù)層工作面前方一般在保護(hù)層工作面前方50m50m至后方至后方20m20m處，其長度取決于工作面的開采深度、處，其長度取決于工作面的開采深度、工作面長度、開采厚度、傾角和層間距工作面長度、開采厚度、傾角和層間距等。大多數(shù)在工作面前方等。大多數(shù)在工作面前方10m10m的范圍。潘的范圍。潘一礦被保護(hù)層一礦被保護(hù)層c13c13煤層的最大壓縮變形達(dá)煤層的最大壓縮變形達(dá)3.37 3.37 。 在保護(hù)層開采過程中，防止被保護(hù)在保護(hù)層開采過程中，

6、防止被保護(hù)層工作面推進(jìn)速度加快進(jìn)入保護(hù)層工作層工作面推進(jìn)速度加快進(jìn)入保護(hù)層工作面形成的支撐應(yīng)力區(qū)，進(jìn)而引發(fā)煤與瓦面形成的支撐應(yīng)力區(qū)，進(jìn)而引發(fā)煤與瓦斯突出事故。為確保被保護(hù)層的卸壓效斯突出事故。為確保被保護(hù)層的卸壓效果，防止發(fā)生意外，果，防止發(fā)生意外，防突規(guī)定防突規(guī)定規(guī)定，規(guī)定，正在開采的保護(hù)層工作面超前于被保護(hù)正在開采的保護(hù)層工作面超前于被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于保護(hù)層與被保護(hù)層層間垂距的保護(hù)層與被保護(hù)層層間垂距的3 3倍，并不倍，并不得小于得小于100m100m。l沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分帶沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力

7、分區(qū)二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p 保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的地應(yīng)力變化規(guī)律 3 3）卸壓區(qū)）卸壓區(qū) 卸壓區(qū)指的是由于保護(hù)層的采動卸壓區(qū)指的是由于保護(hù)層的采動作用，產(chǎn)生應(yīng)力轉(zhuǎn)移，在采空區(qū)頂作用，產(chǎn)生應(yīng)力轉(zhuǎn)移，在采空區(qū)頂（底）板一定范圍的煤巖層內(nèi)形成的（底）板一定范圍的煤巖層內(nèi)形成的應(yīng)力降低區(qū)。應(yīng)力降低區(qū)。 在卸壓區(qū)，被保護(hù)層所承受的應(yīng)在卸壓區(qū)，被保護(hù)層所承受的應(yīng)力低于原始應(yīng)力，煤層發(fā)生膨脹變形，力低于原始應(yīng)力，煤層發(fā)生膨脹變形，原生裂隙張開，且隨著煤巖體的移動原生裂隙張開，且隨著煤巖體的移動形成次生裂隙，被保護(hù)層透氣性呈幾形成次生裂隙，被保護(hù)層透氣性呈幾何級倍數(shù)增加，為被保護(hù)層的卸壓

8、瓦何級倍數(shù)增加，為被保護(hù)層的卸壓瓦斯抽采提供了有利條件。根據(jù)潘一礦斯抽采提供了有利條件。根據(jù)潘一礦考察結(jié)果，被保護(hù)層膨脹變形可達(dá)考察結(jié)果，被保護(hù)層膨脹變形可達(dá)26.3326.33，煤層透氣性系數(shù)增加了，煤層透氣性系數(shù)增加了28802880倍，穿層鉆孔單孔瓦斯抽采量達(dá)到了倍，穿層鉆孔單孔瓦斯抽采量達(dá)到了1m3/min1m3/min以上。以上。 卸壓期有一定的時空效應(yīng)，要求卸壓期有一定的時空效應(yīng)，要求提前施工鉆孔，同時進(jìn)行卸壓瓦斯抽提前施工鉆孔，同時進(jìn)行卸壓瓦斯抽采。采。l沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分帶沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p

9、保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的地應(yīng)力變化規(guī)律4）應(yīng)力逐漸恢復(fù)區(qū) 應(yīng)力逐漸恢復(fù)區(qū)是由于采空區(qū)后部矸石冒落，頂板巖層充分移動形成的，位于采空區(qū)后部較遠(yuǎn)處。地應(yīng)力及透氣性與卸壓區(qū)相比有所恢復(fù)。 由于存在應(yīng)力逐漸恢復(fù)區(qū)，因此需要被保護(hù)層瓦斯在卸壓區(qū)內(nèi)抽采掉。 l沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分帶沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)沿走向頂?shù)装迕簬r層的應(yīng)力分區(qū)二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律在采空區(qū)附近，煤巖層移動量較大，隨著層間距的加大煤巖層移動量逐漸減小。l頂?shù)装鍑鷰r的移動變形底板不同深度上巖層的移動變化規(guī)律底板不同深度上巖層的移動變化規(guī)律二、鄰近層（被保護(hù)層）

10、瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律 保護(hù)層開采厚度為6.14m，層間距125m，頂板巖層形成了明顯的“三帶”劃分，巖層移動發(fā)展至地面 l頂?shù)装鍑鷰r的移動變形由于上部存在巨厚火成巖，對上部巖層起到了支撐作用，地表下沉不明顯，造成彎曲帶內(nèi)長時間存在離層區(qū)，為鄰近煤層的卸壓瓦斯抽采提供了充足的抽采時間。二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律通過圖中的參考線可以看出底板巖層的向上移動情況，由于頂（底）板移動變形的作用機理不同，造成底板巖層移動量小，沒有頂板巖層移動變形明顯。l頂?shù)装鍑鷰r的移動變形二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯

11、抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律處在不同分帶內(nèi)的鄰近煤層裂隙發(fā)育狀態(tài)、透氣性變化、瓦斯的解吸及流動條件均不相同，針對上述情況需選用不同的瓦斯抽采工藝及參數(shù)對鄰近煤層進(jìn)行卸壓瓦斯抽采 l頂?shù)装迕簬r層的裂隙發(fā)育規(guī)律頂板：垮落帶頂板：垮落帶 斷裂帶，其上限為采高的斷裂帶，其上限為采高的12-22倍。倍。 彎曲下沉帶，可直達(dá)地面。彎曲下沉帶，可直達(dá)地面。底板：底鼓裂隙帶，其下限為下方底板：底鼓裂隙帶，其下限為下方15-25m 底鼓變形帶，下方底鼓變形帶，下方50-60m二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律當(dāng)煤層發(fā)生膨脹變

12、形時，說明煤體獲得卸壓效果，膨脹變形量越大，說明獲得的卸壓效果越好，反之亦然；當(dāng)煤層發(fā)生壓縮變形時，說明煤體處于支撐應(yīng)力區(qū)，該區(qū)內(nèi)煤與瓦斯突出危險性增大 ；防突規(guī)定中指出，當(dāng)煤層膨脹變形大于3時，可確保煤層獲得了足夠的卸壓增透效果，在必要的瓦斯抽采措施作用下可實現(xiàn)有效降低煤層瓦斯含量和消突煤層突出危險性的目標(biāo)。l被保護(hù)層的垂向變形規(guī)律二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律在保護(hù)層采動作用下，被保護(hù)層的應(yīng)力下降、膨脹變形及裂隙發(fā)育共同促進(jìn)了煤層透氣性的顯著增加，可實現(xiàn)煤層透氣性系數(shù)呈百倍至上千倍的增長。 該規(guī)律是在磨心坡礦進(jìn)行上保護(hù)層開采試驗時測

13、出的，層間距為7080m，煤層傾角為6065。透氣性系數(shù)變化規(guī)律為：初始值小幅下降大幅增加穩(wěn)定。 下被保護(hù)層原始透氣性系數(shù)為0.032m2/（mpa2d），當(dāng)保護(hù)層工作面推進(jìn)超前3倍層間距時，被保護(hù)層的透氣性增大為11.3m2/（mpa2d），為原來的560倍。 l被保護(hù)層的透氣性變化規(guī)律二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律l被保護(hù)層的透氣性變化規(guī)律二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律l鉆孔瓦斯流量隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律被保護(hù)層透氣性系數(shù)的增加促進(jìn)煤層瓦斯解吸速度和流動速度的加快，使得鉆孔瓦

14、斯抽采量顯著提高，為被保護(hù)層卸壓瓦斯高效抽采提供了有利條件。保護(hù)層工作面推過鉆孔后，鉆孔附近煤層獲得卸壓增透效果，鉆孔瓦斯流量大幅增加，說明被保護(hù)層獲得了顯著的“卸壓增透增流”效果。 l被保護(hù)層的透氣性變化規(guī)律二、鄰近層（被保護(hù)層）瓦斯抽采技術(shù)原理p保護(hù)層開采后頂?shù)装迕簬r層的移動變形及裂隙發(fā)育規(guī)律煤層瓦斯壓力一般可降至0.5mpa以下，煤層瓦斯含量可降至6m3/t以下，煤層的堅固性系數(shù)可提高48100，從而使鄰近煤層（被保護(hù)層）由高瓦斯突出危險煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚篃o突出危險煤層，實現(xiàn)鄰近煤層（被保護(hù)層）工作面的安全高效開采。 l被保護(hù)層的特征參數(shù)變化規(guī)律三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作三、鄰近層卸壓瓦斯抽

15、采作用及抽采方法選擇用及抽采方法選擇三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采作用 斷裂帶、底鼓裂隙帶 彎曲帶、底鼓變形帶被保護(hù)層所處層位抽采作用控制卸壓瓦斯進(jìn)入保護(hù)層工作面有效降低瓦斯含量，消除其突出危險性有效降低瓦斯含量，消除其突出危險性擴大保護(hù)層開采的有效垂距三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采作用通過抽采曲線與未抽采曲線對比分析可知，被保護(hù)層的卸壓瓦斯抽采一方面在相對層間距較小的情況下，可有效降低煤層殘余瓦斯壓力，徹底消除煤層的突出危險性；另一方面可擴大保護(hù)層的有效垂距，使得較遠(yuǎn)處的被保護(hù)煤層瓦斯壓力獲得下降，消除煤層突出危險性。 l頂?shù)装?/p>

16、圍巖的移動變形前蘇聯(lián)開采不同層間垂距的緩傾斜前蘇聯(lián)開采不同層間垂距的緩傾斜保護(hù)層時的殘余瓦斯壓力保護(hù)層時的殘余瓦斯壓力a下保護(hù)層；下保護(hù)層；b上保護(hù)層上保護(hù)層1未進(jìn)行抽采；未進(jìn)行抽采；2進(jìn)行抽采進(jìn)行抽采三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采作用l 對于緩傾斜煤層，在層間距為40m時，自然排放率幾乎為0，而進(jìn)行抽采后可達(dá)38%左右，對于急傾斜煤層，在層間距為60m時，自然排放率僅為5%左右，抽采后可達(dá)55%左右。當(dāng)然被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采率與鉆孔間距、被保護(hù)層卸壓程度、抽采時間等因素有關(guān)，縮小鉆孔間距、增加抽采時間可提高被保護(hù)層的瓦斯抽采率。 三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽

17、采方法選擇p被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采作用l由此可以看出，對被保護(hù)層卸壓瓦斯進(jìn)行抽采一方面可控制卸壓瓦斯向保護(hù)層工作面的涌入，確保保護(hù)層工作面的開采安全，另一方面可將被保護(hù)層中大量卸壓瓦斯抽出，有效降低煤層瓦斯含量，徹底消除被保護(hù)煤層的突出危險性。三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇l由于不同的裂隙分帶內(nèi)裂隙發(fā)育程度不同，位于各帶內(nèi)的被保護(hù)煤層有著不同的裂隙特征，而被保護(hù)層的卸壓瓦斯流動與匯集受制于煤層的裂隙發(fā)育特征，且考慮到上、下被保護(hù)層與保護(hù)層的位置關(guān)系，決定了處于不同分帶的被保護(hù)層需選用不同的卸壓瓦斯抽采方法。三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被

18、保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、

19、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p被保護(hù)層（鄰近層）瓦斯抽采方法選擇冒落帶彎曲下沉帶底鼓破碎帶裂隙帶首采煤層地表風(fēng)巷機巷三、鄰近層卸壓瓦斯抽采作用及抽采方法選擇p鄰近層瓦斯抽采特性初始卸壓增透增流帶 卸壓充分高透高流帶地壓恢復(fù)減透減流帶圖圖9-28 單鉆場瓦斯抽采純量隨時間變化單鉆場瓦斯抽采純量隨時間變化關(guān)關(guān)系系圖圖9-29 地面鉆井瓦斯抽采隨時間變化地面鉆井瓦斯抽采隨時間變化圖圖9-30 沈陽紅菱煤礦瓦斯抽采效果圖沈陽紅菱煤礦瓦斯抽采效果圖圖圖9-319-31鉆

20、孔瓦斯抽采隨時間的變化鉆孔瓦斯抽采隨時間的變化四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果法及應(yīng)用效果四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果p網(wǎng)格式穿層鉆孔瓦斯抽采方法l 四個顯著的優(yōu)點：（1）可以機動靈活地布置抽采巷道，施工瓦斯抽采鉆孔，適應(yīng)性強，易于均勻布孔；（2）瓦斯抽采效果可靠；（3）底板巖石巷道可作為考察巷道使用； (4）瓦斯抽采期長，抽采效果好。穿層鉆孔穿層鉆孔底板巖巷底板巖巷被保護(hù)層被保護(hù)層保護(hù)層保護(hù)層四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果p網(wǎng)格式穿層鉆孔瓦斯抽采方法l為了抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯，除利用煤層底板巷道或是頂板巷道施工穿層鉆孔外，還可結(jié)合保護(hù)層開采的實際情況

21、，從保護(hù)層工作面的巷道中向被保護(hù)層施工穿層鉆孔抽采瓦斯。鄭州崔廟的極薄鉆采保護(hù)層開采、淮北巨厚火成巖條件下的保護(hù)層開采和淮南李二煤礦的急傾斜保護(hù)層開采均是利用保護(hù)層工作面巷道施工穿層鉆孔對被保護(hù)層進(jìn)行卸壓瓦斯抽采。 四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果p地面鉆井卸壓瓦斯抽采方法l（1）地面鉆井將穿過下保護(hù)層頂板上覆卸壓煤巖層，抽采范圍大、抽采效果好；l（2）從地面鉆井處在保護(hù)層開采的卸壓區(qū)開始，到地面鉆井報廢止（鉆井損壞或抽不出瓦斯），全部為抽采期，抽采期長；l（3）地面鉆井施工不受井下巷道工程條件的限制，只要保證保護(hù)層工作面推進(jìn)到鉆井設(shè)計位置之前，地面鉆井施工完成，即可滿足瓦斯抽采的需要。被

22、保護(hù)層組被保護(hù)層組地面鉆井地面鉆井保護(hù)層保護(hù)層四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果p高抽巷瓦斯抽采l主要適用于被抽采的被保護(hù)層處在頂板巖層內(nèi)的斷裂帶內(nèi)；l在近距離的上保護(hù)層開采過程中； l有時也可采用傾向高抽巷。四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果p沿空留巷穿層鉆孔抽采方法 l穿層鉆孔無法覆蓋整個被保護(hù)層工作面，因此還需要施工其他巖層抽采巷道，從巖層巷道中施工穿層鉆孔抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯。四、鄰近層卸壓瓦斯抽采方法及應(yīng)用效果p水平長鉆孔瓦斯抽采方法 l高抽巷瓦斯抽采方法需要開掘一條巖石巷道，成本較高，井下水平長鉆孔抽采方法在一定程度上可替代高抽巷；l但該方式抽采鉆孔的斷面較小，造成瓦斯抽采能力

23、低，在遇巖層移動時易出現(xiàn)鉆孔斷裂，堵塞鉆孔現(xiàn)象，則無法抽采裂隙瓦斯，因此該抽采方式可靠性較高抽巷差。圖9-137 井下水平長鉆孔布置示意圖五、保護(hù)范圍的劃定五、保護(hù)范圍的劃定五、保護(hù)范圍的劃定p保護(hù)范圍沿傾向的保護(hù)范圍沿傾向的保護(hù)范圍沿走向的保護(hù)范圍沿走向的保護(hù)范圍五、保護(hù)范圍的劃定p最大保護(hù)垂距五、保護(hù)范圍的劃定p下保護(hù)層開采的最小層間距五、保護(hù)范圍的劃定p保護(hù)范圍的擴界在過渡區(qū)域內(nèi)存在部分區(qū)域煤層地應(yīng)力低于原始應(yīng)力，煤層有一定的膨脹變形，顯示出一定的卸壓增透效果，但從指標(biāo)來看，其卸壓增透效果低于充分卸壓保護(hù)范圍的煤體；采用比充分卸壓范圍內(nèi)的抽采鉆孔間距小的密集鉆孔對擴界區(qū)進(jìn)行強化瓦斯抽采，

24、通過密集鉆孔較長時間的強化抽采，可有效降低煤層瓦斯含量，消除過渡區(qū)的突出危險性，加大保護(hù)層開采的卸壓角度，擴大被保護(hù)層的保護(hù)范圍，進(jìn)而實現(xiàn)保護(hù)層與被保護(hù)層的等長、等寬布置。 l工作面走向、傾向上的擴界五、保護(hù)范圍的劃定p保護(hù)范圍的擴界在煤層頂板內(nèi)，采動影響的煤巖層高度同煤層采高成正比關(guān)系，煤層開采厚度越大，則在頂板內(nèi)受到采動影響的煤巖層范圍越廣，則能夠保護(hù)到的被保護(hù)層的層間垂距越大；瓦斯抽采對消除煤層突出危險性的作用在前面已經(jīng)分析過，瓦斯抽采可降低煤層瓦斯含量，因此在充足的瓦斯抽采能力的保證下可相應(yīng)擴大保護(hù)層的層間距，采用強化的瓦斯抽采作用來彌補抵消由于層間距大而造成的被保護(hù)層卸壓增透效果不足

25、。l垂向擴界六、卸壓瓦斯抽采實例分析六、卸壓瓦斯抽采實例分析 六、卸壓瓦斯抽采實例分析p礦井及試驗區(qū)概況l淮南潘一礦開采11#煤層保護(hù)13#煤層生產(chǎn)能力300萬t/a。煤與瓦斯突出礦井。建有永久瓦斯抽放系統(tǒng)。礦井一水平(-530m)以上的主采煤層(13#煤層)已采完，現(xiàn)已轉(zhuǎn)入下山開采。六、卸壓瓦斯抽采實例分析p礦井及試驗區(qū)概況l淮南潘一礦開采11#煤層保護(hù)13#煤層試驗區(qū)東一/東二下山采區(qū)。開采煤層11#煤層工作面2151(1)/2352(1)。工作面走向長1640m，傾斜長190m，煤厚1.9m。瓦斯含量低，無煤與瓦斯突出危險。綜合機械化采煤方法，冒落法管理頂板。卸壓煤層13#煤層工作面23

26、21(3)/2121(3)。工作面走向長840m，傾斜長160m，煤厚6.0m。 有煤與瓦斯突出危險。抽放遠(yuǎn)程卸壓瓦斯后采用綜放開采。六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇l13#煤層底板巷道和網(wǎng)格式穿層鉆孔l11#煤層巷道和傾斜穿層鉆孔l13#煤層巷道抽放l13#煤層底板走向拐彎穿層鉆孔l地面鉆孔六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇13#13#煤層底板巷道和網(wǎng)格式上向穿層鉆孔煤層底板巷道和網(wǎng)格式上向穿層鉆孔六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇11#11#煤層巷道和傾斜穿層鉆孔煤層巷道和傾斜穿層鉆孔六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇13#13#煤層巷道抽放煤層巷

27、道抽放六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇13#13#煤層底板走向拐彎穿層鉆孔煤層底板走向拐彎穿層鉆孔六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇地面鉆孔地面鉆孔六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇l經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟性對比分析，選擇13#煤層底板巷道和網(wǎng)格式上向穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯。解吸瓦斯沿著煤層卸壓與下沉生成的順層張裂隙流向鉆孔并進(jìn)一步匯集到礦井抽放管路中，確保良好的抽放效果；瓦斯抽放工程機動靈活，根據(jù)地質(zhì)變化和抽放需要，調(diào)整后續(xù)抽放鉆孔的施工，可靠性較高；有專門的抽放巷道，抽放鉆孔的施工對生產(chǎn)影響較小，鉆孔工程量相對較?。怀榉艜r間長，抽放效果好；抽放巷兼做考察巷，在開采煤層工

28、作面開采初期即可進(jìn)行考察工作。六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放方法的選擇方案實施程序框圖方案實施程序框圖六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放設(shè)計六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放設(shè)計l抽放鉆孔布置在卸壓范圍內(nèi)，每個瓦斯抽放鉆場內(nèi)呈扇形布置4個上向穿層鉆孔，鉆孔有效抽放半徑取20m。 六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放設(shè)計l抽放鉆孔布置在未卸壓范圍內(nèi)，每個瓦斯抽放鉆場內(nèi)呈扇形布置16個上向穿層鉆孔，鉆孔有效抽放半徑取5m。六、卸壓瓦斯抽采實例分析p效果考察方案及參數(shù)測定方法l考察內(nèi)容走向方向的卸壓邊界；傾斜方向的卸壓邊界；開采及卸壓瓦斯抽放過程中瓦斯壓力、鉆場瓦斯抽放量、煤層變形及煤層透氣性系數(shù)

29、的變化規(guī)律。六、卸壓瓦斯抽采實例分析p效果考察方案及參數(shù)測定方法走向方向卸壓邊界考察鉆孔布置走向方向卸壓邊界考察鉆孔布置六、卸壓瓦斯抽采實例分析p效果考察方案及參數(shù)測定方法傾向方向卸壓邊界考察鉆孔布置傾向方向卸壓邊界考察鉆孔布置六、卸壓瓦斯抽采實例分析p效果考察方案及參數(shù)測定方法其它考察鉆孔布置其它考察鉆孔布置六、卸壓瓦斯抽采實例分析p效果考察方案及參數(shù)測定方法l參數(shù)測定方法瓦斯壓力采用水泥砂漿和膨脹劑機械注漿封孔法；鉆孔瓦斯自然涌出量測定采用濕式氣體流量計，卸壓瓦斯抽放量測定采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計；煤層透氣性系數(shù)測定采用中國礦業(yè)大學(xué)流量法；煤層變形測定采用深部基點法。 六、卸壓瓦斯抽采實例分析p

30、瓦斯抽放規(guī)律及效果分析34#34#鉆場瓦斯抽放量隨時間變化鉆場瓦斯抽放量隨時間變化0 01 12 23 34 45 56 60 02020404060608080100100120120 140140160160180180時間/ d時間/ d抽放量/ m抽放量/ m3 3/min/min六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析34#34#鉆場瓦斯抽放率隨時間變化鉆場瓦斯抽放率隨時間變化0 020204040606080800 0303060609090120120150150180180時間/ d時間/ d瓦斯抽放率/ %瓦斯抽放率/ %六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分

31、析底板抽放巷瓦斯抽放量隨時間變化底板抽放巷瓦斯抽放量隨時間變化05101520253011月2 5日1月2 4日3月2 5日5月2 4日7月2 3日9月2 1日11月2 0日1月1 9日3月2 0日5月1 9日抽放日期抽放量 / m3/min2121(3)底抽巷六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析底板抽放巷瓦斯抽放量隨工作面推進(jìn)距離的變化底板抽放巷瓦斯抽放量隨工作面推進(jìn)距離的變化0 05 510101515202025250 030030060060090090012001200工作面推進(jìn)距離/ m工作面推進(jìn)距離/ m瓦斯抽排量/ m 3 / m in瓦斯抽排量/ m 3 / m

32、in六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析13#13#煤層瓦斯壓力隨工作面推進(jìn)距離的變化煤層瓦斯壓力隨工作面推進(jìn)距離的變化0 01 12 23 34 45 50 03030606090901201201501502352(1)工作面推進(jìn)距離/ m2352(1)工作面推進(jìn)距離/ m瓦斯壓力/ m p a瓦斯壓力/ m p a370370400400430430460460測壓鉆孔位置六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析13#13#煤層殘余瓦斯壓力沿傾斜方向的變化煤層殘余瓦斯壓力沿傾斜方向的變化0 00.20.20.40.40.60.60.80.816016017017018

33、0180190190200200距采空區(qū)上邊界距離/ m距采空區(qū)上邊界距離/ m瓦斯壓力/ m p a瓦斯壓力/ m p a六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析13#13#煤層變形隨工作面推進(jìn)距離的變化煤層變形隨工作面推進(jìn)距離的變化-100-1000 01001002002003003000 01001002002003003004004005005002352(1)工作面推進(jìn)距離/ m2352(1)工作面推進(jìn)距離/ m變形/ m m變形/ m m六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析13#13#煤層底板巷下沉量沿走向的變化煤層底板巷下沉量沿走向的變化-1.8-1.8-1

34、.5-1.5-1.2-1.2-0.9-0.9-0.6-0.6-0.3-0.30 00 02020404060608080100100120120距2 352(1)工 作面開切眼/ m距2 352(1)工 作面開切眼/ m底抽巷下沉量/ m底抽巷下沉量/ m六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放規(guī)律及效果分析l煤層透氣性系數(shù)變化：煤層透氣性系數(shù)由0.01135m2/(mpa2.d)增加到32.687m2/(mpa2.d)，增加了2880倍。六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放效果驗證2121(3)2121(3)工作面下順槽掘進(jìn)期間突出預(yù)測結(jié)果工作面下順槽掘進(jìn)期間突出預(yù)測結(jié)果01020304003060

35、90120150180210240270天數(shù)d最大鉆屑量/ k g / m036912瓦斯解吸初速度/ l / m i n最大鉆屑量最大鉆屑量臨界值，6 k g / m瓦斯解吸初速度瓦斯解吸初速度臨界值，4 l / m i n未卸壓區(qū)域六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放效果驗證2121(3)2121(3)工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間突出預(yù)測結(jié)果工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間突出預(yù)測結(jié)果01020304004080120160200天數(shù)/ d最大鉆屑量/ k g / m010203040瓦斯解吸初速度/ l / m i n最大鉆屑量最大鉆屑量臨界值瓦斯涌出初速度瓦斯涌出初速度臨界值局部地區(qū)卸壓瓦斯抽采不充分六

36、、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放效果驗證工作面已無煤與瓦斯突工作面已無煤與瓦斯突出危險性論證出危險性論證局部地區(qū)卸壓瓦斯抽采不充分參參數(shù)數(shù)參參數(shù)數(shù)確確定定方方法法結(jié)結(jié)果果規(guī)規(guī)定定值值突突出出危危險險性性殘殘余余瓦瓦斯斯壓壓力力6 68 8. .3 3單單一一鉆鉆場場瓦瓦斯斯抽抽放放量量7 79 9. .9 9瓦瓦斯斯抽抽排排率率（% %）工工作作面面瓦瓦斯斯抽抽排排平平衡衡5 59 9. .5 53 30 0% %無無殘殘余余瓦瓦斯斯壓壓力力(mpa)實實際際測測定定0 0. .5 50 0. .7 74 4無無頂頂?shù)椎装姘嫦嘞鄬ψ冏冃涡? ()實實際際測測定定2 26 6. .3 35 5

37、. .8 8無無最最大大鉆鉆屑屑量量( (k kg g/ /m m) )5 5. .8 86 6下下順順槽槽及及切切眼眼掘掘進(jìn)進(jìn)驗驗證證瓦瓦斯斯解解析析初初速速度度3 3. .8 84 4無無最最大大鉆鉆屑屑量量( (k kg g/ /m m) )3 33 3. .2 2( (卸卸壓壓瓦瓦斯斯抽抽放放不不充充分分) )6 6上上風(fēng)風(fēng)巷巷掘掘進(jìn)進(jìn)驗驗證證瓦瓦 斯斯 解解 析析 初初 速速 度度( (l l/ /m mi in n) )2 27 7. .4 4( (卸卸壓壓瓦瓦斯斯抽抽放放不不充充分分) )4 4在在 卸卸 壓壓 瓦瓦 斯斯抽抽 放放 不不 充充 分分的的 局局 部部 地地 點點指

38、指 標(biāo)標(biāo) 超超 限限 ，但但 無無 突突 出出 現(xiàn)現(xiàn)象象發(fā)發(fā)生生六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放效果驗證2121(3)2121(3)工作面回采期間瓦斯涌出量變化工作面回采期間瓦斯涌出量變化0 05 510101515202025250 02020404060608080100100時間/ d時間/ d瓦斯量/ m 3 /min瓦斯量/ m 3 /min風(fēng)排瓦斯量風(fēng)排瓦斯量抽放瓦斯量抽放瓦斯量總瓦斯涌出量總瓦斯涌出量六、卸壓瓦斯抽采實例分析p瓦斯抽放效果驗證2121(3)2121(3)工作面回采期間產(chǎn)量及相對瓦斯涌出量工作面回采期間產(chǎn)量及相對瓦斯涌出量0 0100010002000200030003000400040005000500060006000700070000 020204040