煤矿瓦斯防治

1、煤矿瓦斯防治煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系人与瓦斯共创和谐体系 煤科总院沈阳研究院煤科总院沈阳研究院 胡光龙胡光龙 研究员研究员 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 安全重在实现人与自然的和谐 频频发生的生产安全事故，就是大自然及其 所固有的规律对人类逆行的惩罚。只有正确 认识客观规律，顺应客观规律的要求，才能 掌握安全生产的主动权。 煤矿瓦斯事故发生同理 什麽是事故： 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 事故：事故：是指造成死亡、疾病、伤害、损坏或者其 他损失的意外情况。 事故是人(个人或集体)在为实现某种意图而进行的 活动过程中，突然发生的、违反人的意志的、迫 使活动暂时或永久停止的事

2、件。 事故的发生具有随机性质。事故是一种动态事件， 它开始于危险的激化，并以一系列原因事件按一 定的逻辑顺序流经系统而造成的损失 。 事故危害：事故危害： 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 1、事故损害了劳动者的基本权利 我国宪法、劳动法和安全生产法赋于 劳动者保证人身安全的各项权利，发生各类伤亡事 故就是损害了劳动者的安全与健康的权利。 2、伤亡事故给劳动者及其家庭带来灾难 一次伤害、一片血泪，伤亡事故夺走了职工的生 命，留下孤儿寡母，含泪度日，终生凄惨，幸福家 庭倾刻破碎。严重工伤造成劳动者终身残疾，等于 夺走半条生命，使他们不能像健全人那样工作和生 活，完全、大部分或部分丧失谋生能力，

3、在经济上、 生活上和精神上等方面都陷入长期的困难和痛苦之 中。 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 3 伤亡事故影响企业的生产和工作 “事故猛如虎”，一方面是企业资产的严重破坏和 损失；另一方面使事故善后处理问题极为棘手。 4 伤亡事故使企业遭受重大经济损失甚至破产 事故经济损失包括直接经济损失和间接经济损失。 一起特别重大事故经济损失都在几千万元，甚至 上亿元以上。 5 伤亡事故加大了企业的生产成本，降低了企业在 市场中的竞争力 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 6 伤亡事故成为企业改革的障碍 7 伤亡事故制约国民经济可持续发展 对于一个企业来说，发生一场重大以上伤亡事故， 可以由盈利变为

4、亏损，根本谈不上可持续发展。对 于国家来说，伤亡事故除造成人员、财产和资源的 巨大损失外，也污染了环境，破坏了生态，制约了 国民经济的可持续发展，为打造和谐社会制造了障 碍。 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 8 伤亡事故影响社会安定 长期以来，工伤工亡问题的争议纠纷和上访，一直 都是影响社会安定的因素之一，成为各级政府信访 部门和劳动争议仲裁部门的经常性工作，而且处理 时最棘手、最复杂、最困难。职工及家庭在心理上 很难承受伤亡事故带来的痛苦。所以说，伤亡事故 影响社会安定，就是政治问题。 9 伤亡事故成为各级政府、企业领导的一个难题 为官一任，保一方平安”。一个地方出了事故，处 理事故就成

5、为当地政府和事故单位的一件紧急大事。 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 10 伤亡事故使一些领导受到行政处分，甚至丢掉官 帽 11 伤亡事故影响国家形象 大事故多发，情况严重，必然有损于国家形象。特 别是在媒体的监督作用下，事故发生后，能够立即 向社会公布，消息传播的更快更广，给国家带来了 很坏的影响。 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 煤矿事故：煤矿事故： 瓦斯事故：爆炸、燃烧、突出、窒息瓦斯事故：爆炸、燃烧、突出、窒息 煤尘事故：爆炸、尘肺病煤尘事故：爆炸、尘肺病 火灾事故：火灾事故： 水灾事故：水灾事故： 顶板事故：顶板事故： 冲击地压事故：冲击地压事故： 机电运输事故：机电运输事故

6、： 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 防止瓦斯事故防止瓦斯事故 瓦斯灾害的隐患主要表现在两个方面：第一是矿井 作业空间的瓦斯积聚；第二是煤与瓦斯突出。 井下瓦斯积聚的原因井下瓦斯积聚的原因： 1、煤层瓦斯含量大，在采掘过程中瓦斯大量涌出致使采掘 空间通风能力不能将瓦斯稀释到安全界限以下； 2、地质构造带异常瓦斯涌出； 3、大气压降低使采空区瓦斯涌出； 4、发生瓦斯动力现象； 5、冲击地压和冒顶使破碎煤体瓦斯大量涌出； 6、爆破落煤瓦斯集中涌出； 煤矿瓦斯防治 人与瓦斯共创和谐体系 7、通风失控导致瓦斯不能正常排放而积聚： 8、违章作业 煤与瓦斯突出的原因：煤与瓦斯突出的原因： 1、开采煤层具

7、有突出危险性； 2、邻近煤层具有突出危险性； 3、对突出危险性认识不清； 4、冲击地压或矿压所致； 5、残存动力平衡失稳（疲劳失稳）或构造应力释放； 6、预测指标不准确； 7、抽放瓦斯不到位。 瓦斯事故 瓦斯爆炸、燃烧、窒息 瓦斯爆炸的形成 瓦斯爆炸界限在空气中的浓度5-16%，但混入可爆性气体爆炸界限可扩大， N=100/(c1/N1+c2/N2)%，N、N1、N2、等为混合气体和各可燃气体的爆 炸上下限，c1、c2各可燃气体占混合气体%； 引火温度650-7500C。火源：明火、自燃火、电火、摩擦和撞击火及吸 烟等； 氧气浓度：空气中氧气在12%以上均可发生瓦斯爆炸，“规程”规定采掘面进

8、风氧气浓度不低于20%； 瓦斯爆炸的感应期：即在采掘面的风流中形成可爆性瓦斯积聚，在一定的瓦斯 浓度和火源温度下，发生爆炸的时间，如瓦斯为8%，火源为7000C，发生爆 炸时间为14秒，10250C为0.08秒。瓦斯压力大或混入促使爆炸化学反应的气 体感应期短甚至立即爆炸。 瓦斯事故 瓦斯爆炸的危害 高温、高压：瓦斯9.5%在采掘空间爆炸温度可达18500C，爆炸压力 可达0.74MPa； 危害：破坏系统，引发火灾、人员伤亡、井巷和设备损坏。 可形成多次连续爆炸及引发煤尘爆炸。 瓦斯燃烧：即未爆现象，是局部高浓度瓦斯扩散性遇明火燃烧。 瓦斯窒息：瓦斯涌入空气中，使空气中的氧气浓度下降，当瓦斯浓

9、度 为43%时，氧气浓度为12%人员即刻处于昏迷和死亡危险。 煤与瓦斯突出的危害 煤岩流、瓦斯流产生的冲击波，破坏矿井系统、风流逆转、人员伤亡、 井巷和设备损坏；造成瓦斯积聚可引起瓦斯爆炸；大的突出孔洞可引 发冒顶；自燃煤层由于突出产生细小的煤粒极易氧化易发生自然发火； 清理突出孔洞，由于应力不均衡，会发生再突出的危险性等。 事故案例 建国以来全国煤矿一次死亡100人以上事故简介 事故案例 事故案例 瓦斯爆炸： 2000年9 月27日20时38分，贵州省水城矿务 局木冲沟煤矿发生瓦斯爆炸事故。事故波 及除+1800m水平大巷以外的所有井下地点。 井下作业的224名矿工中，162人遇难，11 人

10、重伤，83人生还。 该矿为高瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量 为19.9m3/t。 木冲沟矿事故（循环风违规排瓦斯打 开矿灯） 事故案例 事故案例 煤矿几起特别重大瓦斯事故及导致的原因： 1、2004.10.22 郑州大平矿难 死亡148人（突出引 起进风区瓦斯爆炸）； 2、2004.11.27 铜川陈家山矿难 死亡166人 （强 制放顶瓦斯爆炸）； 3、2005.2.14 阜新孙家湾矿难 死亡214人 （冲击 地压引起原低瓦斯风道带电作业瓦斯爆炸）； 4、2005.12.7 唐山刘家屯瓦斯爆炸矿难死亡108人。 5、1999年河南白庄瓦斯爆炸事故简析： A、B为常闭风门，C为爆炸点。A风门打开风

11、流短 路使C点瓦斯积聚，带电作业发生爆炸。 事故案例 运煤下山 材料下山 事故案例 按事件树分析是一条事故链和五条防止事故的途径。 从以上事故可以认识到一个规律：从以上事故可以认识到一个规律： 大部分事故往往发生在大部分事故往往发生在正常状况下是正常状况下是“安安 全的全的区域区域”，但是由于突发事件的出现，但是由于突发事件的出现， 如瓦斯异常涌出、突出，使得原来的如瓦斯异常涌出、突出，使得原来的“安安 全全”区域转变为存在重大隐患的危险区域，区域转变为存在重大隐患的危险区域， 然而这种动态变化未能为职工所发现，或然而这种动态变化未能为职工所发现，或 未能及时处理，基于侥幸心理，违章作业，未能

12、及时处理，基于侥幸心理，违章作业， 导致特别重大事故的发生导致特别重大事故的发生。 煤矿瓦斯防治 与瓦斯共创和谐体系 如何防止瓦斯事故如何防止瓦斯事故 煤矿瓦斯防治 与瓦斯共创和谐体系 充分认识瓦斯 有效抽排瓦斯 科学管理瓦斯 充分认识瓦斯 1、什麽是瓦斯 瓦斯是矿井有害气体，这里讲的是甲烷CH4。 是成煤过程中伴生气体，主要是CH4。可赋存 于煤层中，也可存在于其它岩石的空、孔隙 中。甲烷气生成量也不同，从褐煤到无烟煤、 吨煤生气量为（68419）m3。 充分认识瓦斯 煤阶褐煤长焰煤气煤肥煤焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤 累计 产气量 68168212229270 287 333 419 2 2、

13、甲烷的性质、甲烷的性质 甲烷的化学分子式：CH4。它是无色、无味、无 嗅，可燃、可爆炸气体（515% ） ，对人呼吸的 影响同氮气相似，可以使人窒息。 CH4分子直径0.41nm， 密度（标况）0.716kg/m3，是空气的0.5547倍（00C）， 扩散速度是空气的1.34倍。空气中CH4达43%时O2则小于 12%，人窒息。 CH4与空气混合形成气团时，该气团较周围气体的密度轻， 它将边上浮、边扩散。 充分认识瓦斯 3、煤层瓦斯赋存规律 煤层瓦斯垂直分带组分、含量（下表）： 充分认识瓦斯 甲烷带以下煤层中的瓦斯含量随着煤层埋藏深度的增加而增 加。 瓦斯在煤层中的状态：瓦斯以游离和吸附状态赋

14、存于煤的孔 隙中。 煤的多孔性：煤中孔隙有可见和不可见孔，其体积以m3/m3或 % 为K1 ； 下式中：p-煤的视密度t/m3；t-煤的真密度t/m3。 t pt k 1 充分认识瓦斯 各种牌号煤的孔隙率见下表： 充分认识瓦斯 压汞测定煤的孔径： r孔隙半径， A；汞对煤的湿润边缘角，平均为1400；汞的表 面张力，4.810-3N/cm=4.810-11N/A；p汞的压力，MPa。 由： r2p=-2rcos 得： r=7500/p 由压汞测定各种破坏类型的煤样得知，随着煤破坏程度的提高，过渡孔 （1001000A）和中孔（100010000A）容积皆增大，而且孔径越大增 大的程度越大。 煤

15、吸附瓦斯性： 煤吸附瓦斯等温线，符合朗格缪尔方程式： bp abp X 1 0 充分认识瓦斯 X0在某一温度下，瓦斯压力为p时，单位质量（或体积）纯煤（去水和 灰分）吸附的瓦斯量，m3/t(m3/m3)； a吸附常数，纯煤极限吸附量；m3/t.r； b吸附常数，MPa-1； p瓦斯压力，MPa。 原煤瓦斯含量：原煤吸附瓦斯（考虑水分和灰分的影响）+游 离瓦斯。（见下式） r KpMA Mbp abp w adad ad 10 100 100 31. 01 1 1 0 充分认识瓦斯 式中：Mad煤中水分，%；Aad煤中灰分，%；K 孔隙率，m3/ m3； r煤的视密度（容重）t/ m3。 煤中瓦

16、斯含量赋存规律：随着煤层埋藏深度的增加 而增加。 煤层瓦斯含量的测定：直接和间接测定方法，直接 法即按标准采取煤样测定瓦斯解吸量并计算解吸损 失量和在实验室测定煤样残存瓦斯量来确定煤层瓦 斯含量；间接法即测定瓦斯压力和有关参数用上式 计算煤层瓦斯含量。 充分认识瓦斯 直接测定法煤样解吸法 瓦斯含量=解吸量+损失量+残存量 解吸量：在每次钻孔中取煤样装罐，进行解吸量测 定（用排水取气法测定）； 残存量：（实验室测定） 损失量：作图推定，煤样解吸测定前的暴露时间为 t0， t0 =t2-t1；不同时间t下测定的Vt值，绘制全 部测点(t0 +t)0.5， Vt曲线图，将测点的直线关系 段延长与纵坐

17、标轴相交，直线在纵坐标轴上的截 距即为瓦斯损失量。 如下图： 充分认识瓦斯 损失量图示法： 充分认识瓦斯 损失量计算法： Vt=a+bt 按上述的图示确定直线段的数值,按最小二乘法确 定a、b值。t=0时a值即为损失量。 幂函数计算损失量法： qt=q0.(1+t)-n (此法即将t、 Vt转化为解吸速 度 (ti+ ti-1)/2、qt） 损失量 : Vs= n t n 1 11 q 1 0 0 充分认识瓦斯 4、矿井瓦斯涌出规律 煤层瓦斯由吸附和游离状态赋存，其数量均决定于 瓦斯压力即游离瓦斯作用于孔隙壁的气体压力，当 矿井采煤时，由于煤岩碎裂、巷道和采空区的存在 则形成煤层瓦斯解吸和流动

18、的条件，而导致矿井 （采区、工作面）风流中含有瓦斯，其含有量称之 为矿井（采区、工作面）瓦斯涌出量。绝对瓦斯涌 出量为m3/min，相对瓦斯涌出量为m3/t。 充分认识瓦斯 1）矿井瓦斯来源 对一个生产矿井，必须清楚矿井瓦斯来源，了解各瓦斯源涌出瓦斯量。 充分认识瓦斯 2）矿井瓦斯涌出影响因素 煤层和岩层瓦斯含量：含量大涌出量大 开采深度：由于深度增加瓦斯含量增加 开采规模：开采规模越大绝对瓦斯涌出量越大 开采顺序与开采方法：煤层群首采层，特厚煤层 第一分层瓦斯涌出量大，冒落比充填大 大气压力的变化是采空区瓦斯涌出量发生变化： 气压变低采空区瓦斯涌出量加大；反之变小。 充分认识瓦斯 采掘煤炭时

19、受采动影响的煤、岩层中的瓦斯必然要 释放到采掘空间，称之谓瓦斯涌出，这是瓦斯流动这是瓦斯流动 的重要特性。的重要特性。 防治瓦斯事故的重矢之的是：控制瓦斯涌出或出现防治瓦斯事故的重矢之的是：控制瓦斯涌出或出现 的动力现象。的动力现象。 瓦斯涌出量预测可用矿山统计法和分源预测法。 充分认识瓦斯 分源预测法： 采煤工作面瓦斯涌出量；掘进工作面瓦斯涌出量；采 区瓦斯涌出量；矿井瓦斯涌出量。计算式分别如下： 采面和邻近层瓦斯涌出量计算： 10 1 0 3211 XX m m kkkq )( 10 1 1 2iii n i i XXk m m q 充分认识瓦斯 掘进面煤壁和落煤瓦斯涌出量计算： 煤壁：

20、q3=nmvq02(L/v)1/2-1 落煤： 2 0 0 0.026 (0.00040.16) daf XVq 0 4 () c S vXXq 充分认识瓦斯 回采工作面：q5=q1+q2；掘进面：q6=q3+q4。 采区瓦斯涌出量： 矿井瓦斯涌出量： 0 1 6 1 5 7 / )1440() 1 (AqAqkq n j i i n i i n i i n i ii A Aqk q 1 0 1 07 8 ) 1( 充分认识瓦斯 4、煤层瓦斯动力特征 动力（突出）预兆： 有声预兆：煤体中的闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声等（统称煤炮）。 地压预兆：支架来压、掉渣、片帮、煤壁开裂、煤壁外臌、底臌和

21、钻孔 变形装不进药等。 瓦斯预兆：风流瓦斯浓度增大、忽大忽小、打钻时顶钻、钻孔喷孔、喷 瓦斯等。 煤结构变化：煤层层理紊乱、煤变松软、暗淡无光泽、煤变干燥和煤尘 增多等。还有会出现煤壁和工作面温度降低、特别气味等。 动力现象： 煤与瓦斯突出：动力效应明显，破坏性大，喷出大量瓦斯和煤（有分选 性，煤堆积小于自然安息角），孔洞口小腔大 压出：煤位移和抛出的距离较小，无分选性，瓦斯增大，无孔洞或口大 腔小。 倾出：煤就地按自然安息角堆积，无分选性，瓦斯增加明显，口大腔小。 充分认识瓦斯 瓦斯动力现象判定：AQ1024-2006煤与瓦斯突出鉴定规范突出鉴定： 根据前述的动力特征；根据抛出煤炭的瓦斯涌出

22、量30m3/t或发生 动力区域煤层瓦斯含量的2倍以上；根据煤的破坏类型、f、P、P。 矿井瓦斯动力现象规律： 突出危险性随深度增加而增大，北票200m，24次和12.4t/次。600m为 321次和51.8t/次；随煤层厚度增大而增大，南桐6煤厚1.01.5m，4 煤2.53.2m突出次数和强度分别为97次、325次，4.3t/次、88t/次； 突出大多发生在掘进工作面；突出大多发生在爆破作业；突出多发 生在地质构造带，北票951次突出，44.5%在断层带、29.3%在火成岩侵 入区、21.4%在煤厚变化区。 充分认识瓦斯 煤矿采掘过程中，掌握煤层瓦斯含量和受采 动影响的煤岩及采空区瓦斯涌出量

23、；掌握 煤层瓦斯动力规律是充分认识瓦斯的根本 所在，是人与瓦斯共创和谐体系的基础。 有效抽排瓦斯 瓦斯大的矿井，煤与瓦斯突出矿井，治理瓦斯主要技措是有 效抽排瓦斯。 有效的量化指标： 1 1、必要性之一是符合矿井通风的要求即：、必要性之一是符合矿井通风的要求即： 当 qjqt=0.6vSC/K 式中： qj、qt工作面绝对瓦斯涌出量和通风可允许的瓦斯量， m3/min； v巷道或工作面允许的最大风速，m/s； S风流通过的最小断面，m2； C规程允许的风流瓦斯浓度，%； K瓦斯涌出不均衡系数，1.2-1.7。 有效抽排瓦斯 应抽瓦斯量qc， m3/min ：（必须满足工作面配风量要求） qc

24、qj-qt qj工作面实际涌出量或预测涌出量，m3/min； qt工作面风量允许的瓦斯涌出量， m3/min。 2 2、必要性之二是符合煤矿瓦斯抽采基本指标（、必要性之二是符合煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006AQ1026-2006 标准）和防突规定的要求：标准）和防突规定的要求： 对于具有突出危险的煤层，采面抽排瓦斯指标：小于始突深 度瓦斯压力或含量，参考指标即瓦斯压力0.74MPa，或含 量8m3/t。石门和煤掘面范围符合规定49条。 有效抽排瓦斯 3、煤层抽采瓦斯可能性 煤层预抽瓦斯难易程度分类： 有效抽排瓦斯 ：是1m长的煤体上当压力平方差为1MPa2时，通过 1m2煤层断面

25、每日流过的瓦斯m3。 1m2/MPa2.d=0.025md。 ：是钻孔瓦斯流量随时间呈衰减变化的系数， qt=q0e-t =（lnq1-lnq2)/(t2-t1)。 Q t=1440q0(1-e-t)/。t时间钻孔瓦斯抽采量 Qj：Qj= t=1440q0/。钻孔极限抽采量m3。 Qt/ Qj=K=1-e-t。 有效抽采时间ty：当K=0.8时， ty=1.609/。 K=0.9时， ty=2.303/。 因此，煤层预抽瓦斯是有限度的。 有效抽排瓦斯 瓦斯抽采方法 按抽采瓦斯源：本煤层瓦斯抽采；邻近层瓦 斯抽采；采空区瓦斯抽采。 按抽采瓦斯方法：钻孔法抽采瓦斯；巷道法 抽采瓦斯；埋管法抽采瓦斯

26、 筛选41种抽采瓦斯方法如下： 有效抽排瓦斯 一、开采煤层瓦斯抽采方法： 1.立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法 2.石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法 3.煤巷掘进预抽（排）瓦斯方法 4.煤巷先抽后掘抽放瓦斯方法 5.穿层钻孔大面积预抽瓦斯方法 6.顺层上向钻孔预抽瓦斯方法 7.顺层下向孔预抽瓦斯方法 8.顺层走向水平孔预抽瓦斯方法 9.顺层交叉网状钻孔抽放瓦斯方法 10.边掘边抽卸压瓦斯方法 11.边采边抽卸压瓦斯方法 12.开采上保护层抽放开采煤层（被保护层）瓦斯方法 13.开采下保护层抽放开采煤层瓦斯方法 14.混合式抽放上、下保护层瓦斯方法 15.水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法 16.水力

27、割缝强化抽放开采煤层瓦斯方法 17.长钻孔控制预裂爆破强化抽放开采煤层瓦斯方法 有效抽排瓦斯 二、邻近层卸压瓦斯抽放方法： 1.平行穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯方法 2.迎面斜交钻孔抽放上邻近层瓦斯方法 3.顶板走向长钻孔抽放上邻近层瓦斯方法 4.地面垂直钻孔抽放上邻近层（含采空区）瓦斯方法 5.走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯方法 6.倾斜高抽巷抽放上邻近层瓦斯方法 7.走向高、中、低位抽瓦斯巷相结合的抽放上邻近层瓦斯方法 8.下向孔抽放下邻近层瓦斯方法（因为底板涌水，投放效果一般较差） 9.上向孔抽放下邻近层瓦斯方法 三、围岩瓦斯抽采方法： 1.邻近围岩瓦斯抽放方法（与邻近层瓦斯抽放相结合） 2.钻

28、孔抽放地质构造裂隙带瓦斯方法 3.钻孔抽放围岩孔洞（溶洞）瓦斯方法 4.密闭瓦斯喷出巷道抽放围岩瓦斯方法 有效抽排瓦斯 四、采空区瓦斯抽采方法： 1.从回风巷布孔抽放冒落拱（带）瓦斯方法 2.从回风巷抬高钻场布孔抽放冒落拱（带）瓦斯方法 3.低位专用抽瓦斯巷抽放采空区冒落拱（带）瓦斯方法 4.密闭回风巷横贯插管抽放采空区积聚瓦斯方法 5.密闭尾巷抽放采空区积聚瓦斯方法 6.埋管抽放采空区积聚瓦斯方法 7.顶煤专用巷道抽放采空区瓦斯方法（放顶煤采煤方法） 8.顶煤专用巷与埋（插）管相结合抽放采空区瓦斯方法（放顶煤采煤 方法） 9.钻孔抽放老采空区瓦斯方法（井下钻孔及地面钻孔） 10.密闭插管抽放

29、老采空区瓦斯方法 11.上隅角工作面瓦斯抽放方法 共41种方法。 有效抽排瓦斯 我国现主要使用的瓦斯抽出方法：钻孔法；顶板巷道法。 下面介绍几种有效地抽采瓦斯方法： 例一：交叉钻孔预抽开采层瓦斯例一：交叉钻孔预抽开采层瓦斯 焦作九里山矿13051工作面走向长677m，倾斜长 5690m， 煤层厚平均5.6m，倾角1618。钻孔布置在进风巷，顺 煤层倾斜方向共打177个钻孔，交叉孔132个，总长8296m， 平行钻孔45个，总长2995m，孔径65mm，孔长50m80m， 孔间距39m。100m钻孔瓦斯抽放量q随时间t的变化规律 为：平行布孔：平行布孔：q=0.04eq=0.04e 0 . 0

30、0 9 t 0 . 0 0 9 t 交叉布孔：交叉布孔： q=0.1012eq=0.1012e0.0104t 0.0104t 有效抽排瓦斯 布孔方式： 有效抽排瓦斯 交叉钻孔合理参数确定百米交叉孔累计抽瓦斯量： min)/)(1 (14012 )1 ( 0104.0 14401012.0 1012.0 30104.0 0104.0 0104.0 00 me e dttdtqQ t t t x tt 交交 有效抽排瓦斯 若钻孔抽放有效系数K=0.8=（1t0.0104t） 时： Q交=11209.6m3/hm K=0.9时： Q交=12610.8m3/hm 若钻孔有效长度为L，则钻孔累计抽量Q孔

31、： Q孔=Q交 .L/100（m3） 每孔控制范围内煤层瓦斯储量为QC： QC=mwoLgH（m3） m煤层厚度，m；煤容重，t/m3； w0煤层原始含量，m3/t； H孔间距， m； Lg工作面原始瓦斯含量带长，m； 工作面钻孔控制范围内瓦斯抽放率，: n钻孔数量 )(155 0104. 0 609. 1 dtx )(221 0104. 0 303. 2 dtx cc Q Q Qn Qn 孔孔 有效抽排瓦斯 则： 交叉布孔方式利用钻孔交叉时产生的卸压带叠加影响， 相当于加大了钻孔直径，提高了抽放效果。比平行钻孔 可提高抽放量1.5倍以上。 LgHmrw dt LgHmrw Q t 0 010

32、4. 0 0 )1 (140 100/ 交 有效抽排瓦斯 例二、淮南潘一矿开采保护层穿层钻孔抽采瓦斯效果例二、淮南潘一矿开采保护层穿层钻孔抽采瓦斯效果 经开采B11保护层（距被保护C13煤层70m左右）后，抽放C13 煤层瓦斯，对C13煤层掘进工作面进行防突效果检验，卸压 区域内钻孔瓦斯涌出初速度的最大值小于临界值4 L/min， 钻屑量最大值低于临界值6kg/m，消除了突出危险性。煤巷 平均月掘进速度提高2.5倍，达到200m/月以上，瓦斯涌出量 仅1.8m3/min 。回采工作面产量提高3倍左右，达到5100吨/ 天。瓦斯涌出量由25m3/min降低到5m3/min。回风流平均瓦 斯浓度由

33、1.15%降低到0.5%。 有效抽排瓦斯 卸压煤层底板岩巷和网格式上向穿层钻孔布置图卸压煤层底板岩巷和网格式上向穿层钻孔布置图 有效抽排瓦斯 例三、例三、 顶板高位钻孔抽放采空区或上邻近层瓦斯顶板高位钻孔抽放采空区或上邻近层瓦斯 钻孔迎工作面的推进方向布置，钻孔覆盖工作面长度的1/3或1/2；钻 孔的倾角和方位角必须使钻孔终孔在冒落拱顶的裂隙发育带内；两个 钻场之间的钻孔重叠长度应保持在30m以上。抽放效果：抽放效果：铁法晓南矿 开采4号煤层，采用顶板高位长钻孔抽2号上邻近层瓦斯抽放率达 73.1%，426d抽出瓦斯2068km3。布置如下图： 有效抽排瓦斯 例四、阳泉顶板高抽巷抽上邻近层瓦斯

34、例四、阳泉顶板高抽巷抽上邻近层瓦斯 有效抽排瓦斯 巷道一般应处在顶板裂隙带的中上部即65米左右，高抽巷的水平投影距 回风巷一般为60米，高抽巷的抽出率在8090%，最大抽放量可达 80m3/min以上，一般在4060m3/min之间。 例五、尾巷抽放例五、尾巷抽放 采空区尾巷抽放是边抽边采主要应用手段之一，也是老虎台矿近年来综 放开采瓦斯抽放较为成功的经验。 尾巷抽放就是在工作面后部掘进一条 专用巷道至开切眼上方1020m处。然后在巷道内设325mm、426mm瓦斯管 路与抽采系统连接，并将巷道用河砂充填封闭，工作面推进510m后， 其顶板与尾巷巷道冒通，形成较大的瓦斯赋存空间，随着工作面的推

35、 进，空间越来越大，然后进行低负压大流量高浓度抽放。解决上隅角、 架后及回风流的瓦斯超限。应用尾巷抽放以来，综放面回风流的瓦斯浓 度降至规程规定以下。 有效抽排瓦斯 布置图： 有效抽排瓦斯 例六、淮南地面钻井抽采采动区和采空区瓦斯淮南地面钻井抽采采动区和采空区瓦斯 开采11-2下保护层，采用地面钻井抽采上覆的13-1煤层松动区域瓦 斯。下保护层采后，继续抽采其卸压瓦斯，被保护层回采，抽采 采空区瓦斯。如右图：抽采效果： 第一口井日平均抽出瓦斯14943m3， 最高22190m3/d，共抽出瓦斯1225207m3。 实测单井抽采有效影响半径 211m。正常条件下，抽采浓度95%左右。 淮南矿区已

36、经应用地面钻井 20口，其中潘三矿14102（1） 地面钻井单井平均抽采量达15 m3/min， 潘一矿2361（1） 地面钻井单井平均抽采量达18.2m3/min。 有效抽排瓦斯 钻孔法抽瓦斯增效技术措施钻孔法抽瓦斯增效技术措施 系指用钻孔预抽煤层瓦斯，当煤层透气性较低、抽放困 难且抽放时间有限时，可采用钻孔人为增效措施，我国试 验有效措施有以下几种： （1）扩大钻孔直径； （2）控制预裂爆破； （3）水力割缝或冲孔； （4）煤层水力压裂； （5）交叉钻孔，网格钻孔，密集钻孔等。 为了有效抽采瓦斯增加钻孔密度是首选技措。如： 有效抽排瓦斯 晋城寺河煤矿大面积预抽瓦斯寺河矿X1301X1301

37、工作面预抽钻孔工作面预抽钻孔 布置图：布置图： 有效抽排瓦斯 寺河煤矿西井区3号煤层的瓦斯含量达16.6m3/t，最大瓦斯 压力达2.12MPa，瓦斯放散初速度P为3347；寺河煤矿 （西井）3号煤层为煤与瓦斯突出煤层。X1301工作面共施工 23个水平羽状长钻孔。再是在X13013巷打顺层钻孔钻孔覆盖 6m煤厚，设计钻孔长度150m，开孔间距2m，施工钻孔150 个，钻孔总长度为22500m。X13011巷施工钻孔320个。钻孔 总长度为48000m。如前图所示。 有效抽排瓦斯 抽排瓦斯有效性评价指标： 1、预抽煤层瓦斯评价指标（防突规定） 第五十三条 对预抽煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，

38、应当根据经试 验考察（应符合本规定第四十二条要求的程序）确定的临界值进行评 判。在确定前可以按照如下指标进行评判：可采用残余瓦斯压力指标 进行检验，如果没有或者缺少残余瓦斯压力资料，也可根据残余瓦斯 含量进行检验，并且煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa或残余瓦斯含量 小于8m3/t的预抽区域为无突出危险区，否则，即为突出危险区，预 抽防突效果无效；也可以采用钻屑瓦斯解吸指标对穿层钻孔预抽石门 （含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验，如果所 有实测的指标值均小于表4的临界值则为无突出危险区，否则，即为 突出危险区，预抽防突效果无效。 有效抽排瓦斯 第五十五条 采用直接测定煤层残余瓦

39、斯压力或残余瓦斯含量等参数进行 预抽煤层瓦斯区域措施效果检验时，应当符合下列要求： （一）对穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施进行检验 时若区段宽度（两侧回采巷道间距加回采巷道外侧控制范围）未超过 120m，以及对预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时若回 采工作面长度未超过120m，则沿回采工作面推进方向每间隔30 50m至少布置1个检验测试点；若预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的 区段宽度或预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的回采工作面长度大 于120m时，则在回采工作面推进方向每间隔3050m，至少沿工作 面方向布置2个检验测试点。 当预抽区段煤层瓦斯的钻孔在回采区域和煤巷条带

40、的布置方式或参数不 同时，按照预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施和穿层钻孔预抽煤巷 条带煤层瓦斯区域防突措施的检验要求分别进行检验； （二）对穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，在 煤巷条带每间隔3050m至少布置1个检验测试点； 有效抽排瓦斯 (一）小于120m一排检测点；大于120m两排检测点。（检测点布置应根据 抽放钻孔布置而定） 120m 30-50m （二） 底板穿层钻孔 30-50m检一个 底板巷 15m 15m 15m 15m 20m巷道 停掘线 （四）顺层条带20-30m检测 检测点3个 60m 有效抽排瓦斯 （三）对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层

41、瓦斯区域防突措施进行检验时，至少布置4个检验测试点， 分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧，并且至少 有1个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的 范围； （四）对顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行 检验时，在煤巷条带每间隔2030m至少布置1个检验测试 点，且每个检验区域不得少于3个检验测试点； （五)各检验测试点应布置于所在部位钻孔密度较小、孔间 距较大、预抽时间较短的位置，并尽可能远离测试点周围 的各预抽钻孔或尽可能与周围预抽钻孔保持等距离，且避 开采掘巷道的排放范围和工作面的预抽超前距。在地质构 造复杂区域适当增加检验测试点。 有效抽排瓦斯 例：寺河矿X1301X

42、1301工作面预抽区域效果检验钻孔布置图工作面预抽区域效果检验钻孔布置图 有效抽排瓦斯 有效抽排瓦斯 2、突出煤层局部排放瓦斯钻孔效果检验 参照规定采用下列方法：钻屑指标法；复合指标法；R值指 标法；其他经试验证实有效的方法。主要是钻屑指标法，采 用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、 缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个，在倾斜或急 倾斜煤层至少施工2个直径42mm、孔深810m的钻孔，测定 钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量。指标： 钻屑瓦斯解吸指标 h2 (Pa ) 钻屑瓦斯解吸指标K1 （mL/gmin1/2） 钻屑量 S （kg/m） （L/m） 2000.565.4 有效

43、抽排瓦斯 我国矿井抽排瓦斯存在的主要问题我国矿井抽排瓦斯存在的主要问题 煤层透气性低，瓦斯抽排困难煤层透气性低，瓦斯抽排困难 构造煤打钻喷孔、塌孔、夹钻等造成打长钻孔构造煤打钻喷孔、塌孔、夹钻等造成打长钻孔 困难困难 半封闭采空区抽采瓦斯浓度低，控制难半封闭采空区抽采瓦斯浓度低，控制难 瓦斯赋存不均衡，布孔密度选择难瓦斯赋存不均衡，布孔密度选择难 封孔效果差，抽排时效控制难封孔效果差，抽排时效控制难 下面简要说一说防突严格执行防突规定即可。 防突 防突规定124条，主要是以下12点，要记住。 1、区域防突为主，局部防突为辅，不掘突出头，不采突出 面。这是措施和目标的统一。 2、突出煤层和突出危

44、险区的确认。 瓦斯动力现象及突出的瓦斯量与突出煤量之比大于 30m3/t或超过突出点处煤层2倍的瓦斯含量；四个单项指 标：破坏类型、，P10，f0.5，P 0.74MPa(相对） ；瓦斯含量和压力W0 8m3/t， P 0.74MPa。 3、矿井系统合理：井巷布置、开采系统、通风系统、抽放 系统、防突管理系统等 防突 4、突出危险区预测和校检可靠。h2（干煤200Pa，湿煤 160Pa）K1值（干煤0.5ml/g.min1/2，湿煤0.4ml/g.min1/2）， S(6kg/m或5.4l/m），q（5l/min)，R(6，在R为负时以S和 q单项指标判定)。矿井要根据本矿实际情况确认敏感指标

45、 和临界值，如抚顺老虎台矿h2干煤150Pa，S 4kg/m，指 标比规定的数值小安全性高。一般不放大。 5、区域防突措施应优先开采保护层，原则是有保护层一定 开采保护层并进行保护层和被保护层瓦斯抽放。 6、突出煤层在无保护层开采的情况下，必须进行大面积预 抽瓦斯，优先采用底（顶）板岩石巷道打穿层钻孔进行煤 巷条带式预抽和快段强化（水力化措施）抽瓦斯。也可实 施煤巷条带式和块段顺层钻孔抽瓦斯。 防突 底板巷穿层钻孔抽瓦斯： 防突 7、密切注视构造带。封闭性构造带主要特征：煤层破碎、 变软、变形、煤变质程度提高、瓦斯含量大尤其是游离瓦 斯比重加大、潜在残余构造应力，构造带是应力专递的弱 面，阻遏

46、集中应力连续专递，使应力梯度和瓦斯梯度加大， 加速煤层破坏，因而最容易发生突出。我国绝大部分突出 发生在构造带。如：抚顺老虎台矿统计21次突出20次发生 在构造带，1次是揭石门。 防突 序 号 时 间 (年.月.日) 突 出 地 点突 出 原 因 突出强度伤亡(人) 煤(岩)()瓦 斯(3)伤亡计 11978.9.21东第三流水道-540m车场遇B层煤拐点处、放炮诱导63017000 21980.10.23-580m西第五探巷遇断层、软分层、炮后装车452369011 31990.4.12-580m512#10煤门遇断层、煤层破碎、放炮诱导277.5 41991.4.14-730m西第一检修硐室B层煤玄武岩侵入、放炮诱导231.62166 51991.4.1-680m副探巷向斜轴附近破碎带、放炮诱导50 61991.7.11-680M主探巷向斜轴附近破碎带、放