四川省煤矿瓦斯灾害严重, 基础条件差, 分布范围广, 现有生产和建设煤矿1400多处, 其中高瓦斯矿、煤与瓦斯突出矿井占36%以上。截至2011年底, 四川省已有近400多个矿井建立有地面固定瓦斯抽采系统。由于四川很多小煤矿的煤层的透气性低, 煤层赋存条件差, 煤层厚度多数在2m以下, 开采1.3m以下薄煤层的占70%, 且厚度小于0.8m的极薄煤层约占40%等客观原因, 造成多数矿井的瓦斯抽采效果不理想, 且方法多样无法正确选择。针对四川多对典型小煤矿进行了瓦斯基础参数考察及抽采工艺研究, 现场进行了瓦斯抽采工艺的优化和调试, 综合研究了小煤矿低透气性煤层瓦斯抽采工艺的选择, 通过技术突破, 工艺改正, 提高了矿井瓦斯抽采与利用率, 对四川小煤矿瓦斯抽采工艺的选择和瓦斯抽采系统的建设具有重要参考意义, 同时也为研究四川煤矿的瓦斯抽采技术提供了基础。
瓦斯抽采方法概况起来分为三类:开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采。结合四川煤矿的煤层赋存条件、开采情况等实际, 重点介绍以下三大类型的抽采方法。
穿层钻孔抽采法是指利用煤层底板或顶板巷道、石门或者专用底板抽采瓦斯巷道布置钻场, 向煤层或破坏裂隙带实施穿层钻孔。这种抽采法适用于开采有突出危险的单一中厚煤层的突出矿井或开采煤层群的矿井, 或者煤层瓦斯含量高, 采掘过程中瓦斯涌出量大的高瓦斯矿井。主要介绍常用的4种不同技术。
对于开采保护层的突出矿井, 必须设置专用抽采瓦斯巷道, 抽采被保护层的卸压瓦斯, 且专用抽瓦斯巷道不能因开采保护层而破坏。在被保护层底板抽采瓦斯巷道中, 通常每隔15m~30m设置一个钻场, 钻场规格一般为3m×2m, 抽瓦斯巷道与被抽煤层的垂直距离不得小于10m, 钻孔终孔点以穿透煤层且超过煤层顶板0.5m为准, 终孔点间距一般取15m。
高瓦斯矿井, 通常以开采层回风巷作为专用抽采瓦斯巷道, 每隔20m~35m布置一个钻场, 每个钻场施工3个~5个顶板穿层钻孔, 钻孔必须进入采空区裂隙带内, 裂隙带的高度一般为采高的20~30倍。
对于无保护层、单一中厚煤层开采的突出矿井, 我们通常在煤层底板巷道中每隔15m~30m设置一个钻场, 钻场规格一般为3 (长) m×2 (深) m, 抽采巷道与被抽煤层的垂直距离不得小于10m, 钻孔终孔点以穿透煤层且超过煤层顶板0.5m为准, 终孔点间距一般取10m。
突出矿井, 石门揭煤前, 必须在石门周边5m~12m范围内布置钻孔, 钻孔深度以穿透煤层且超过煤层顶板或底板0.5m为准, 钻孔终孔间距为5m~8m, 钻孔封孔后采用高负压抽采, 抽采时间一般不低于3个月, 且抽采达标, 方可采取安全防护措施揭煤。
顺层钻孔抽采法是指在回采巷道进入煤层后, 沿煤层布置顺层钻孔抽采瓦斯。可以在回采工作面巷道掘进期间实施钻孔, 抽采钻孔一般在垂直于工作面上、下顺槽布置, 钻孔位置首选在下顺槽, 钻孔倾角略大于煤层倾角, 终孔终孔点必须穿越上顺槽外侧10m~20m, 钻孔间距一般为3m~5m。
当邻近层、工作面浮煤丢失等, 向采空区涌出瓦斯, 造成回采工作面上隅角瓦斯超限, 可采用采空区抽采法。如果回采工作面上隅角顶板完整, 且无瓦斯尾巷时, 可以在上隅角每隔30m~50m布置抽采管道。为防止顶板冒落损坏筛孔管, 必须在安设筛孔管处架设木垛。需要注意的是:如果开采易于自然煤层的矿井, 在抽采采空区瓦斯时, 要因地制宜确定抽采负压, 一般不大于8kPa, 并加强瓦斯管道内一氧化碳的检查分析, 预防采空区煤层自然发火的产生。
(1) 根据初步试验, 开采极薄煤层的小煤矿, 矿井的绝对瓦斯涌出量在10~14m3/min采用顺煤层钻孔抽采, 效果并不理想, 且钻孔报废率高。
(2) 针对小煤矿极薄煤层的瓦斯抽采, 宜施工顶 (底) 板钻孔抽采煤系地层卸压瓦斯, 钻孔成功率高;同时辅以采空区埋管抽采, 可以较好地解决回采工作面回风隅角处瓦斯超限的问题, 实现全矿井瓦斯抽采率和抽采浓度的双达标。
(3) 通过跟踪试验矿井瓦斯抽采系统的建设, 研究抽采工艺的优化选择, 为小煤矿极薄煤层的瓦斯抽采建设提供了参考。在后续各矿井瓦斯抽采系统的建设中, 参考本技术, 均达到了良好的抽采效果, 提高了矿井的安全水平, 并通过瓦斯发电取得了较好的经济效益。
摘要：瓦斯抽采是治理煤矿瓦斯灾害最有效的方法之一。针对四川煤田地质条件复杂, 煤层赋存条件差, 瓦斯灾害严重的现状, 对四川小煤矿瓦斯抽采工艺的研究, 得出了适用于四川一些薄煤层、极薄煤层和煤层透气性差的小煤矿几种适用的瓦斯抽采工艺。
关键词：瓦斯抽采工艺选择,瓦斯抽采应用技术,薄煤层,小煤矿
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