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【原創(chuàng)】圖解煤礦瓦斯抽采 轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式 技術(shù)上，抽采瓦斯可行性論證有兩個(gè)因素：一是煤層瓦斯壓力，也就是瓦斯從煤層向外釋放的能力，煤層壓力越大，抽采瓦斯也越容易；二是煤層的透氣性能，也就是瓦斯通過煤層的阻力大小，透氣性越低，阻力就越大，抽采瓦斯就越因難。我國(guó)將抽采瓦斯的難易程度分為三類（容易抽采、可以抽采、較難抽采），在較難抽采瓦斯的煤層中進(jìn)行抽采應(yīng)當(dāng)采取增加煤層透氣性的措施，如水力壓裂、水力割縫、深孔爆破、酸性處理、交叉鉆孔等。決定瓦斯抽采難易程度的指標(biāo)有煤層透氣性系數(shù)、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)、百米鉆孔瓦斯涌出量，反映瓦斯抽采效果的指標(biāo)有瓦斯抽采量、瓦斯抽采率。 2、系統(tǒng)組成 主要有瓦斯泵、管道與鉆孔、流量計(jì)、安全裝置組成；典型示意圖如下。
瓦斯抽采泵分離心式、回轉(zhuǎn)式和水環(huán)式3種，其中：離心式適用于瓦斯流量大，負(fù)壓要求不高的抽采瓦斯礦井；回轉(zhuǎn)式適用于瓦斯流量大，負(fù)壓要求較高的抽采瓦斯礦井；水環(huán)式適用于瓦斯流量較小、煤層透氣性低度、管路系統(tǒng)阻力大需要高負(fù)壓抽采瓦斯的礦井，由于安全性高，已使用廣泛。 抽采管路由主管、分支管和附屬裝置組成；附屬裝置有防回火、防回氣和防爆炸作用的'三防'裝置和放水裝置及瓦斯抽采參數(shù)測(cè)定儀表等組成。 二、煤礦井下瓦斯抽采的方法與工藝 按煤礦井下瓦斯聚集區(qū)域，可以在本煤層、鄰近層和采空區(qū)，進(jìn)行煤炭采前（預(yù)抽）、采中、采后（邊采邊抽、邊掘邊抽、采空區(qū)抽采）瓦斯抽采。瓦斯賦存達(dá)到抽采條件的礦井，在生產(chǎn)實(shí)踐中往往采用鉆孔（地面鉆孔、井下鉆孔、沿層鉆孔、穿層鉆孔、拐彎鉆孔）、巷道、鉆孔巷道混合3種抽采方法，抽采效果的好壞，取決于和抽采專用鉆孔或?qū)Ｓ孟锏赖牟贾檬欠穹厦旱V采掘方式與瓦斯賦存特點(diǎn)。 （一）礦井瓦斯抽采方法的確定原則 主要是根據(jù)礦井（或采區(qū)）瓦斯來源、煤層賦存狀況、采掘布置、開采技術(shù)條件等因素綜合確定礦井瓦斯抽采方法。 如果瓦斯主要來源于開采層，可以用鉆孔抽采，也可以用巷道預(yù)抽，多用鉆孔預(yù)抽；如果瓦斯主要來源于頂、底板鄰近煤層，則可以在開采層打穿層鉆孔，或在鄰近層巷道打鉆孔抽采；對(duì)于采空區(qū)瓦斯，可用鉆孔或密閉巷道抽采；對(duì)于掘進(jìn)巷道的瓦斯，可以預(yù)抽或邊掘邊抽；如果煤層賦存較淺（內(nèi)陸經(jīng)驗(yàn)是小于400m），就可以考慮地面垂直鉆孔抽采開采層、鄰近層或采空區(qū)的瓦斯。 （二）本煤層瓦斯抽采鉆孔或巷道布置 就是在煤層開采之前（未卸壓狀態(tài)）或采掘的同時(shí)（卸壓狀態(tài)），用鉆孔或巷道方式進(jìn)行該煤層的瓦斯抽采，稱本煤層抽采。未卸壓煤層自然透氣性對(duì)抽采效果好壞有直接關(guān)系，顯然卸壓煤層能增加透氣性。 1、未卸壓狀態(tài)抽采鉆孔、巷道布置方式 鉆孔方式：主要有穿層鉆孔和沿層鉆孔兩種，穿層鉆孔是抽采鉆孔穿透整個(gè)煤層布置，一般將鉆場(chǎng)設(shè)在開采煤層的底板巖巷（或煤巷）或頂板巖巷中。見下圖 撫順龍鳳礦單層煤穿層鉆孔示意圖 煤層群穿層鉆孔抽放瓦斯示意圖 沿層鉆孔是在巷道進(jìn)入煤層后再沿煤層打鉆，可以在煤巷、石門見煤處沿煤層傾斜打鉆，或是在上山、下山、采煤工作面沿煤層走向打水平孔。沿層鉆孔一般適用于賦存穩(wěn)定的中厚或厚煤層。見下圖 沿層鉆孔
沿層交叉網(wǎng)狀鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯方法 鉆孔直徑一般選75 mm至l00mm，能用大直徑鉆孔的宜用大口徑孔；沿層鉆孔長(zhǎng)度一般為工作面長(zhǎng)度的70-90%；鉆孔間距、數(shù)量、有效抽采時(shí)間可根據(jù)鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(α)、需要抽采瓦斯量(Qx)、鉆孔極限抽出瓦斯量Qj，按規(guī)范計(jì)算確定鉆孔有效抽采時(shí)間(tx)和鉆孔數(shù)量和鉆孔間距；負(fù)壓一般采用13.33至26.66kPa。 巷道方式：主要用高抽巷抽采，就是在開采煤層采煤工作面階段上山沿走向方向先施工一段高抽巷平巷，與工作面回風(fēng)巷水平距離內(nèi)錯(cuò)15至20米，然后起坡施工至采煤工作面頂板15至20米左右變平，再施工至工作面走向邊界。一般高抽巷采用錨網(wǎng)支護(hù)，斷面為4m2,通過在高抽巷外口打密閉墻穿管抽采采空區(qū)積聚的瓦斯。見下圖 走向高抽巷布置 傾斜高抽巷布置 2、卸壓狀態(tài)抽采鉆孔布置方式 煤礦局部區(qū)域受采掘等采動(dòng)影響，煤層和圍巖的應(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，透氣性系數(shù)增加，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)布置鉆孔抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空間。常用邊掘邊抽和邊采邊抽方式。 邊掘邊抽就是在煤巷兩側(cè)掘進(jìn)小鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)布置鉆孔，抽采巷道周圍卸壓煤體的瓦斯，并截取深處煤體涌出的瓦斯。我區(qū)應(yīng)用較多。見下圖
邊掘邊抽示意圖 邊采邊抽就是工作面上下順槽布置鉆場(chǎng)鉆孔，抽采工作面瓦斯。見下圖 厚煤層上行分層邊采邊抽 厚煤層下行分層邊采邊抽
一次采全高邊采邊抽 3、提高本煤層瓦斯抽采量的途徑 一是增大鉆孔直徑：目前各國(guó)的抽采鉆孔直徑都有增大的趨勢(shì)；二是增大煤層透氣性：采用地面鉆孔水力壓裂、水力破裂、水力割縫、交叉鉆孔方式進(jìn)行；三是提高抽采負(fù)壓：提高抽采負(fù)壓是否能顯著增加抽采量，但還存在著不同的看法 。 （三）鄰近層瓦斯抽采 煤層群開采時(shí),由于受開采層采動(dòng)影響,使鄰近圍巖及煤層卸壓并引起這些煤巖層的膨脹變形和透氣性增大,導(dǎo)致這些煤層的瓦斯向開采層采掘空間涌出。見下圖
瓦斯卸壓抽采原理 1、從開采層層內(nèi)巷道打鉆孔抽采 主要有回風(fēng)巷傾斜鉆孔抽采鄰近層瓦斯、運(yùn)輸巷鉆孔抽采鄰近層瓦斯、迎面斜交鉆孔抽采鄰近層瓦斯。例回風(fēng)巷抽采，見下圖
抽放上鄰近層瓦斯（回風(fēng)巷布孔方式） 2、從開采層外打鉆孔抽采鄰近層瓦斯 主要有底板巖巷鉆孔抽采鄰近層瓦斯、頂板巖巷鉆孔抽采鄰近層瓦斯、鄰近層巷道鉆孔抽采鄰近層瓦斯。見下圖 底板巖巷鉆孔抽采鄰近層瓦斯 頂板巖巷鉆孔抽采鄰近層瓦斯
鄰近層巷道鉆孔抽采鄰近層瓦斯 3、抽采鉆孔主要布置參數(shù) 鉆孔間距：鉆場(chǎng)間距多為30m～60m。一個(gè)鉆場(chǎng)可布置一個(gè)或多個(gè)鉆孔。 鉆孔角度：抽采上鄰近層時(shí)的仰角，應(yīng)使鉆孔通過頂板巖石的裂隙帶進(jìn)入鄰近層充分卸壓區(qū)。下鄰近層抽采時(shí)的鉆孔角度沒有嚴(yán)格要求。 鉆孔直徑：抽采鄰近層瓦斯鉆孔直徑，一般都采用75mm左右。 鉆孔抽采負(fù)壓：一般孔口負(fù)壓應(yīng)保持在6.7 kPa 至13.3kPa以上。國(guó)外多為13.3kPa至26.6kPa。 （四）采空區(qū)瓦斯抽采 1、主要有如下布置方式 均壓埋管抽采 地面鉆孔抽采 回風(fēng)巷打鉆抽放采空區(qū)瓦斯 高抽巷瓦斯抽采 高抽巷外口打密閉墻穿管抽采采空區(qū)積存的瓦斯，高抽巷最好位于采空區(qū)裂隙帶內(nèi)，此處透氣性好，并使巷道的水平投影距回風(fēng)巷的平行距離要控制在15至20米范圍內(nèi)，以求最佳抽采效果，并注意要封閉嚴(yán)實(shí)，保證不漏氣，高抽巷抽采解決了頂板走向鉆孔抽采方法中鉆場(chǎng)接替期間抽采效果較差的難題，是解決采空區(qū)瓦斯涌出的有效途徑，主要適用于煤層不自然發(fā)火或發(fā)火期較長(zhǎng)的回采工作面。 后退式老塘埋管瓦斯抽采是將抽采瓦斯管路通過上風(fēng)巷預(yù)先埋在緊靠上風(fēng)側(cè)的采空區(qū)里，當(dāng)抽采管埋入工作面老塘20m時(shí)，將新埋的管路與抽采系統(tǒng)合茬，即管路每40m切換一次。通過抽采使積聚在采空區(qū)上隅角的瓦斯在沒有進(jìn)入回風(fēng)流前被抽出。 利用貫通上階段切眼與下階段上風(fēng)巷進(jìn)行瓦斯抽采是當(dāng)工作面推進(jìn)至上階段工作面開采切眼30m時(shí)，在工作面上風(fēng)巷施工一條煤巷與上階段工作面開采切眼進(jìn)行貫通。當(dāng)工作面推進(jìn)至該巷道位置時(shí)，利用上階段上風(fēng)巷封閉墻處預(yù)埋的瓦斯管路進(jìn)行抽采。通過采用該方法，往往能有效地解決工作面上隅角的瓦斯問題。 2、采空區(qū)抽采注意事項(xiàng) 一是采空區(qū)抽采前應(yīng)加固密閉墻、減少漏風(fēng)。二是抽采時(shí)要及時(shí)檢查抽采負(fù)壓、流量、抽采瓦斯成分與濃度發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。三是發(fā)現(xiàn)一氧化碳濃度有異常變化時(shí)，說明有自然發(fā)火傾向，應(yīng)立即停止抽采，采取防范措施。 隨便提一下報(bào)廢煤礦的瓦斯抽采，由于瓦斯儲(chǔ)量豐富，而且能長(zhǎng)時(shí)間地涌出瓦斯，在法規(guī)允許并保障安全的情況下，制定相應(yīng)安全技術(shù)措施，可以鉆孔、巷道等方法進(jìn)行瓦斯抽采利用。 三、抽采管路與鉆孔施工原則 1、管路原則 一是盡量在曲線最少、距離最短的巷道敷設(shè)；二是安裝在不易被礦車或其他物體撞壞的位置上；三是要考慮抽采設(shè)備或管路一旦發(fā)生故障時(shí)，瓦斯應(yīng)不致于流進(jìn)采掘工作面；四是要考慮抽采管路及設(shè)備的運(yùn)輸、安裝和維修工作上的安全便利。使用PE類塑料管材，必須取得相應(yīng)煤安標(biāo)志，使用無縫鋼管須涂防腐劑；管路底部應(yīng)墊起，高度不低于30cm ；傾斜巷道的瓦斯管路，宜將管子固定在巷道支架上，對(duì)新敷設(shè)管路要進(jìn)行氣密性檢查。 2、鉆孔原則 一是鉆孔嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)孔位及施工措施中規(guī)定進(jìn)行施工；二是鉆頭送入孔內(nèi)開始鉆進(jìn)時(shí)壓力應(yīng)逐漸增大，鉆進(jìn)過程中要準(zhǔn)確測(cè)量距離，以核實(shí)孔深；三是鉆進(jìn)過程中要安設(shè)瓦斯自動(dòng)報(bào)警斷電儀和防止瓦斯大量泄出的防噴裝置，并攜帶便攜式瓦斯自動(dòng)報(bào)警儀、滅火器材，加強(qiáng)巷道的支護(hù)與電氣設(shè)備的檢查；避免夾鉆、埋鉆、煤與瓦斯突出事故、電氣設(shè)備失爆、片幫冒頂、孔內(nèi)出現(xiàn)冒煙、著火等事故的發(fā)生。 鉆孔封孔可用機(jī)械式封孔器封孔或充填材料封孔。封孔前必須清除孔內(nèi)煤、巖粉；封孔時(shí)需下套管，套管可采用鋼管或抗靜電硬質(zhì)塑料管；封孔時(shí)先把套管固定在鉆孔內(nèi)；用封孔器封仰角時(shí)，操作人員不得正對(duì)封孔器，以防封孔器下滑傷人。 四、瓦斯抽采系統(tǒng)的管理 1、重視泵房的安全管理，及時(shí)檢查泵房環(huán)境瓦斯?jié)舛龋⒂涗?；完善各類相關(guān)圖紙資料和瓦斯抽采報(bào)表、臺(tái)帳、制度。供電系統(tǒng)宜使用雙電源供電為好，主要建筑物進(jìn)風(fēng)口要有足夠的安全距離。 2、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，鉆孔、鉆場(chǎng)要做到編號(hào)管理，設(shè)柵欄及警示標(biāo)志，并巡回檢查記錄；封孔材料及長(zhǎng)度要符合設(shè)計(jì)規(guī)定。 3、必須按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定在瓦斯利用側(cè)裝備'三防'裝置，在抽采管路的主干、分支管路上，設(shè)置計(jì)量裝置、觀察嘴、閥門、放水孔等設(shè)施；在抽采泵輸入和利用管路中設(shè)置甲烷傳感器。 4、抽采系統(tǒng)應(yīng)宜作專項(xiàng)設(shè)計(jì)，施工完成后，應(yīng)當(dāng)組織驗(yàn)收后再投入運(yùn)行。 參考文獻(xiàn)： 1、《全國(guó)煤礦安全技術(shù)培訓(xùn)通用教材》 煤炭工業(yè)出版社 金連生主編 2003年 2、《礦井瓦斯綜合治理技術(shù)》 煤炭工業(yè)出版社 張鐵蜀著 2001年 3、《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ 1026-2006）、《煤礦瓦斯抽采規(guī)范》（AQ 1027-2006）、《煤礦安全規(guī)程》 煤炭工業(yè)出版社2006年 4、平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源開發(fā)系、河南理工大學(xué)，教學(xué)課件 （ 作者說明：本文部分圖例引自上述參考文獻(xiàn)，在此一并感謝。）
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