煤矿瓦斯抽采课程设计.doc

煤矿瓦斯抽采课程设计402020年4月19日文档仅供参考，不当之处，请联系改正。课 程 设 计题 目 大平一矿1煤层瓦斯抽采设计 院(系)别 安全工程学院 专业班级 煤层气11-1班 姓 名 杨博 指导教师 陈文胜 年 12 月 26 日目 录1 矿井概况及安全条件11.1 井田概况1 1.1.1 交通位置1 1.1.2 地形与地貌特征1 1.1.3 气候地震等情况21.2 井田地质特征2 1.2.1 地层与地质构造2 1.2.2 岩浆与水文地质2 1.2.3 煤层与煤质4 1.2.4 煤系地层5 1.2.5 煤尘、煤的自燃、煤质51.3 矿井开拓、开采概况61.4 矿井通风系统概况62 矿井瓦斯赋存情况72.1 煤层瓦斯基本参数7 2.1.1 煤层瓦斯含量7 2.1.2 百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数7 2.1.3煤层透气性系数7 2.1.4围岩瓦斯储量系数72.2矿井瓦斯储量及可抽量72.3 瓦斯抽采的必要性9 2.3.1矿井瓦斯涌出量预测9 2.3.2瓦斯抽采的必要性9 2.3.3从矿井瓦斯涌出量预测结果来看瓦斯抽采的必要性10 2.3.4 从矿井通风能力来看瓦斯抽采的必要性10 2.3.5 从资源和环保的角度来看瓦斯抽采的必要性112.4 瓦斯抽采的可行性113 瓦斯抽采施工工艺的确定133.1矿井瓦斯抽采设计的原则134抽采瓦斯方法144.1矿井瓦斯来源分析14 4.1.1回采工作面瓦斯来源及涌出构成144.2抽采瓦斯方法14 4.2.1选择抽采方法的原则14 4.2.2瓦斯抽采方法的选择方案的确定164.3钻场布置、钻孔参数确定17 4.3.1布孔方式及钻孔布置17 4.3.2钻孔直径、长度及个数的确定18 4.3.3钻孔布置平剖图19 4.3.4封孔方式、材料及工艺19 4.3.5封孔方式、材料及工艺选择225 瓦斯抽采基础参数23 5.1瓦斯抽采量计算Qi23 5.2工作面最大抽采量的抽采率d23 5.3抽采瓦斯时间24结 论251 矿井概况及安全条件1.1 井田概况1.1.1 交通位置大平煤矿位于沈阳市康平县境内，位于法库与康平两县之间，大部分隶属于康平县东关屯乡管辖，其地理坐标为：东经123184512330,北纬42354245。大平煤矿距沈阳130Km，距铁岭70Km。入矿公路3.4Km与自井田东南部经过的203国道连接，矿区铁路在大青编组站与国铁连接，交通十分便利。交通位置图见图1-1。图1-1大平矿交通位置图1.1.2 地形与地貌特征大平一矿井田处于北东走向的八虎山和调兵山两个背斜之间，大平煤田的西南部，井田内无较大河流，北部为低缓的丘陵地形，南部为冲积平原。在中生代晚侏罗纪中期该煤田普遍下降形成了湖泊相和泥炭沼泽相沉积沙海组煤系。在白垩纪末期，该区一直限于侵蚀基准面以上，直到第四纪还仍在接受剥蚀堆积。从而构成了现代的剥蚀堆积地貌类型，形成了井田内平缓的剥蚀堆积丘陵地形。 大平矿井田位于康平煤田西南部，东北以F1、F2、F3号断层为界与康平县三台子煤矿、铁煤集团小康矿相邻，东南以第10勘探线和-300水平为界与法库县边家煤矿相邻，其余均以煤层最低可采厚度(0.70米)圈定。井田中赋存有两层煤：煤层2。两层煤间距为9.3米。煤层发育情况呈全区发育。1.1.3 气候地震等情况本区属大陆性气候，多风少雨，春干冬寒。冬季多西北风，春季多西南风，风力79级，瞬时达10级。冻土层最大厚度1.4米。本区地震历年来未超过二级，烈度为度。1.2 井田地质特征1.2.1 地层与地质构造大平矿井田的煤层总体走向为NW向，倾向NE，倾角79。三台子井田整体为一向斜构造，由于受后期构造的影响，致使向斜的东西两翼不对称。向斜轴由于岩层倾角平缓和断裂的破坏而不突出，可是看出向斜轴总的规律是由北向南逐渐加深，其轴向为N35W，向斜轴倾伏角6，轴部最深处可达830米。井田内无陷落柱和火成岩侵入。地层：大平煤田属于中生代陆相沉积，除元古代地层在煤田西侧以低山形式出露，其它地层几乎都被第四系沉积所覆盖前震旦系花岗片麻岩、结晶片岩等变质岩系构成铁法煤田的基底。晚侏罗系地层不整合于变质岩之上，白垩系地层几乎平行不整合于侏罗系地层接触，白垩系及新生界第四系地层不整合于白垩系之上。根据钻孔资料所见：有中生界侏罗系、白垩系及新生界第四系，现由下而上分如下：1)中生界（M2）（1）侏罗系上统阜新组（J3f）为井田内唯一含煤地层，本组分为四段，分别为：底部沙砾岩段（J3f1）、下含煤段（J3f2）中部砂岩、泥岩段（J3f3）、上含煤段（J3f4）。（2）白垩系上统孙家湾组（K1s），本组分为两段，分别为：下部灰绿色砂岩段（K1s1）和上部紫色砂岩、砾岩段（K1s2）。2) 新生界第四系（Q）下部以砂、沙砾岩为主，中夹砂层，底部较粗。1.2.2 岩浆与水文地质1）岩浆活动本区岩浆活动主要有俩期，一期为燕山期，呈多次间歇，喷发之火山岩，构成本区上侏罗统大明山组地层中段覆盖在石炭二迭地层之上，一般对煤层煤质无影响。另一期为喜山期基性浅层侵入岩及挥绿岩，该挥绿岩以断层为通道，多沿煤层或较软弱地层呈岩床和岩脉分别侵入到煤系地层和煤层中，不同程度的破坏了煤层。2）水文地质（1）含水层：大平矿井田划分3个含水层，分别为：侏罗系直接充水承压含水层、白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层、第四系砂岩及砂砾岩承压含水层。（2）侏罗系直接充水承压含水层该层主要由灰白色砂岩及砂砾岩组成。泥质胶结，结构致密质软，赋存于煤层的中下部，一般厚度5 10m。底板平均深度575m。该含水层含水性及透水性很弱，在本采区425号钻孔水位标高是60.77米。从水质分析看：PH值平均8.1，最高达9.1，耗氧量7.78，最高达9.94，矿化度亦很高，这充分说明了该水是处于深层、高压、缺氧、导水性甚微的封闭构造的还原环境。同时亦证明了补给及迳流条件都很迟缓，从而富集了大量的可溶盐，形成了ClHCO3-Na、Cl-Na、ClSO4- Na型水，另外也证明了该含水层与上部含水层无水力联系。（3）白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层该含水层据其岩性和沉积建造环境及水文地质特征等可分为两段，即上部白垩系风化带含水段及白垩系下部微弱含水段。a上部白垩系风化带含水段主要由紫红色砂岩及砂砾岩所组成，其成分以石英、长石为主，结构松散破碎，砾径不一，一般5m/m。其分布西北较深，东南部较浅（45.70 77.25m）。含水层厚度也随赋存深度加深而增厚（10.73 62.34m），含水性及透水性较强。水位标高79.59 84.93m，由东北流向西南，并在该段浅部发现有漏水现象，最大漏水量7m3/h。b白垩系下部微弱含水段主要由灰绿色砂岩及砂砾岩所组成，并为泥质胶结，其结构较上部风化带含水段致密，含水性及透水性比较弱。水质分析表明该层的上部风化带含水段主要来源于大气降水的直接补给，而风化带下部含水段则依靠上部风化带含水段水的垂直渗透补给，因此上段含水性及透水性强于下段，同时迳流条件也好于下部含水段。总之越向采区深部迳流条件越差，排泄条件越差。3）隔水层井田内划分为二个隔水层，即第四系粘土及亚粘土隔水层和侏罗系煤层顶板油页（泥）岩隔水层。（1）第四系粘土及亚粘土隔水层主要由黄色或黄褐色粘土及亚粘土所组成，结构密实，含铁质结核，具可塑性，干硬。在井田内分布西北薄而东南厚（1.30 13.47m，平均7.2m）。水库底部南北两侧较薄，约6m，中部较厚，约11m，平均8m左右。据土工试验成果表明在2.66m以下均起隔水作用。（2）侏罗系煤层顶板油页（泥）岩隔水层主要由黑色泥岩及黑褐色油页岩所组成。结构细腻，并直接赋存于煤层之上，在井田内普遍发育，由西南向东北逐渐加深（136 770m），厚度也随之增厚（10 110m），平均60m左右。本采区内水库底部亦是如此规律，由西南向东北逐渐加深，厚度也随之增厚（30 70m），平均50m左右，为矿床良好的隔水层。4）水文地质类型采区内直接充水含水层主要由侏罗系粗砂岩及砂砾岩微弱的裂隙孔隙承压含水层所组成，虽然粗砂岩疏软多裂隙，但单位涌水量均小于0.0043L/sm，而且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩，含水层间发育着具有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层，因此与地表水以及各主要含水层间无水力联系，故将该井田水文地质条件划分为简单的二类一型。1.2.3 煤层与煤质1）煤层大平矿井田含煤地层，由煤层、煤质页岩、黑色泥岩、油页岩及粉砂岩组成，煤层编号自上而下为1煤层和2煤层。1煤层厚度5m，2煤厚3.0 m。煤层全区发育，结构简单，但到东部边缘较复杂。煤层无伪顶，直接顶为黑褐色油页岩，常夹有13层薄层粘土，厚度0.10 0.30m，其下部含有3 5层菱铁矿薄层，一般厚度为0.200.40m。油页岩结构致密、细腻、无裂隙，其厚度分布变化在本采区西南部1517m，东南部28 30 m。老顶以黑色泥岩为主，夹有深灰色粉砂岩，本层中富含蚌、螺及介形虫等动物化石。本层厚2034m。煤层直接顶板：主要由黑褐色油页岩组成。结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在1030米之间，平均20米左右，按其坚固程度属于软质岩石。煤层直接底板：由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。结构较细致，质软。其厚度变化西南薄56米，东北厚约10米以上，一般510米左右，按其坚固程度属于软质岩石。2）煤质煤质工业牌号为长焰煤，黑色，沥青光泽，条带状结构，块状构造，贝壳状断口或平坦状断口，以亮煤为主，暗煤次之，在亮煤条带中常见两组垂直层面的内生裂隙，一组发育，另一组次之，裂隙面平坦。在裂隙中常有方解石及黄铁矿薄膜充填。煤层顶底板一般为整合接触。1.2.4 煤系地层1）煤层底板和2煤层顶板（即1、2煤层间距）为灰黑色泥岩、灰白色粉、细砂岩组成。泥岩结构较细致，质软；而灰白色砂岩则较坚硬。其厚度变化为西南薄，东北厚，最薄处0.10米，最厚处10.8米左右。薄处岩性单一，为泥岩，厚处岩性稍复杂，由泥岩、粉、细砂岩组成。2）煤层底板岩性与1煤层底板基本相同。本采区煤层顶、底板岩石的抗压强度均小于1000 kg/cm2，岩石硬度为中硬偏软，生产过程中应加强底板的维护，防止巷道底鼓。煤层及厚度：煤层：井田内开采煤层为1、2。：煤厚：1#煤层为5.0m，2#煤层为3.0m。1.2.5 煤尘、煤的自燃、煤质大平一矿井田内的两个可采煤层最小厚度3m，厚度最大5m，煤层平均倾角10，煤层节理不发育，挥发分含量为30.89%，有助于煤层气的产生和贮存。经试验测定，1#煤层和2#煤层密度分别为1.35103t/m3和1.38103t/m3，煤炭自然发火期最短20天，煤尘爆炸指数为48.98%。具体参数见表1-1。表1-1煤层结构与特征表Tab.1-1 Coal layer structure and features table 项目单位指标备注煤层厚度最大-最小/m 5.0-3.0煤层倾角最大-最小/ 513 煤层硬度t3.0煤层层理发育程度发育煤层节理发育程度不发育煤质灰分Ag %21.31挥发分 Vr %30.89容重 t/m31.35（1.38）103含硫量 %1.85胶质层厚度Y值0-5自然发火期月1-3最短20天绝对瓦斯涌出量m3/min4.8煤尘爆炸指数%48.981.3 矿井开拓、开采概况大平一矿设计生产能力1.80Mt/a，设计服务年限为83年。大平一矿工业广场布置在井田的储量中心，且地势比较平坦处。煤层埋藏最深为-700m，因此井田采用立井开拓，井筒数目为主井、副井两个井筒，井筒标高+80米。大平一矿采用长壁采煤法，矿井的通风方式采用中央并列式通风，风井设在井田范围内。井底车场采用立式车场，井田划分为3个阶段，1个开采水平，5个采区，采区分别为S1、S2、S3、N1和N2，首先进行N1采区的煤炭开采，因而本设计针对N1采区的工作面进行瓦斯抽采设计。由于煤层倾角较小，因此采用帯区开采。运输大巷和回风大巷均布置在岩层中，维护方便，带区工作面长度235m，日生产量为5455t，日推进量4m，运输方式采用皮带运输。1.4 矿井通风系统概况大平一矿采用的是中央并列式通风，通风方法为抽出式。风井安装两台GAF26.6/15.8-1型轴流式风机，配套电机1600KW，转速1000转/min。矿井各采区均采用分区通风方式，由主要进风大巷（皮带巷、轨道巷）进风采区石门经采区上山或本煤层上山工作面运输巷工作面工作面回风巷采区上山或本煤层上山采区回风石门到采区回风大巷。2 矿井瓦斯赋存情况2.1 煤层瓦斯基本参数煤层瓦斯基本参数包括：瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽采钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等6。对于以上参数的确定，根据AQ1027- 煤矿瓦斯抽采规范第5.2.2条规定：新建矿井瓦斯抽采工程设计应以批准的精查地质报告为依据，并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料；改(扩)建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据2。2.1.1 煤层瓦斯含量1#煤层瓦斯含量8.5m3/t，残余瓦斯含量3.5m3/t。2.1.2 百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数 钻孔瓦斯流量衰减系数为0.032d-1。2.1.3煤层透气性系数煤层透气性系数为0.45MPa2d。2.1.4围岩瓦斯储量系数煤层的直接顶板主要由黑褐色油页岩组成。结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在1030米之间，平均20米左右。煤层直接底板主要由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。结构较细致，质软。其厚度变化西南薄56米，东北厚约10米以上，一般510米左右。围岩瓦斯储量系数取定为0.08。2.2矿井瓦斯储量及可抽量根据MT5018-96矿井瓦斯抽采工程设计规范第3.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算： (2-1)式中，W矿井瓦斯储量，Mm3； W1可采煤层的瓦斯储量，Mm3； W2受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，Mm3； W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3。（1）可采煤层的瓦斯储量W1 (2-2)式中，A1i矿井可采煤层i的地质储量，Mt X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量，m3/t，（2）受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量W2 (2-3)式中，A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt； X2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3/t； 给定矿井中的所有煤层均为可采煤层，井田面积为18720480m2，煤层平均倾角10，W2取值应为0。（3）受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量W3 (2-4)式中，K围岩瓦斯储量系数，取0.08。按上式计算得出煤层的瓦斯储量及可抽量，计算结果见表2-1所示。表2-1 1#,煤层瓦斯储量及可抽量计算结果汇总煤层工业储量/Mt设计资源储量/Mt可采储量/Mt瓦斯储量 /Mm1#12839251283117772.3 瓦斯抽采的必要性2.3.1矿井瓦斯涌出量预测（1）工作面绝对瓦斯涌出量计算 (2-5)式中，开采煤层涌入工作面的瓦斯量，m3/min； 开采煤层原始煤层瓦斯含量，m3/t； 煤的残余瓦斯含量，m3/t； 煤的容重，=1.45 t/m3 煤层厚度，m； 工作面平均推进速度，m/d； 工作面长度；m； 进、回风巷排放瓦斯带的总宽度m；当煤的挥发分r大于27%时，取=26m。（2）工作面相对瓦斯涌出量的计算A为工作面日产量，根据矿井年产量计算得出：煤层绝对瓦斯涌出量/m3/min相对瓦斯涌出量/m3/t1#19.595.17 2.3.2 瓦斯抽采的必要性根据煤矿安全规程第一百四十五条规定，凡有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽采系统：（1）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m/min，采用通风方法解决不合理的。（2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 大于或等于40m/min； 年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m/min； 年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m/min； 年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m/min； 年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m/min。（3） 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 下面从三个方面来分析板石煤矿瓦斯抽采的必要性。2.3.3 从矿井瓦斯涌出量预测结果来看瓦斯抽采的必要性 从工作面瓦斯涌出量预测结果来看，1#煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量19.59m/min，已超过煤矿安全规程规定回采工作面5m/min的界限。因此对太平一矿来说，为彻底有效地解决瓦斯问题，保证矿井的高效、安全生产，进行瓦斯抽采是非常必要的。2.3.4 从矿井通风能力来看瓦斯抽采的必要性采掘工作面是否有必要进行瓦斯抽采的判断标准是：采掘工作面最大供风量小于稀释瓦斯所需要的风量。因此对通风处理瓦斯量进行核定： （1）工作面能够供给的风量 (2-6)式中，工作面能够供给的风量，m3/min； 最小控顶距，m；取3m采高，m； 有效断面系数；取0.6 规程允许最高风速，4。（2）通风方法能够解决的瓦斯含量 (2-7)式中，工作面能够供给的风量m3/min； 规程允许最高瓦斯浓度，1%； 工作面日产量，t/日；(倾斜长煤厚日推进量容重) 瓦斯涌出不均匀系数，取1.6； 残余瓦斯量，m3/t； （3）工作面所需风量的计算=100 (2-8)式中，绝对瓦斯涌出量，m3/min； 工作面瓦斯涌出不均衡系数，=1.6。 按前面计算结果，工作面所需风量为3134m3/min，而工作面能够供给的风量只有2160m3/min，通风能力不能满足工作面所需风量的要求，难以保证工作面瓦斯不超限。且由于工作面采用综采，如增加风量，会造成风速过高，工作面煤尘太大，将对工作面作业人员的身体健康构成威胁。因此，从通风能力看矿井已具备建立抽采瓦斯系统的必要条件。2.3.5 从资源和环保的角度来看瓦斯抽采的必要性瓦斯是一种优质的能源，将抽出的瓦斯加以利用，能够变害为宝，不但改进能源结构，而且减少了对环境的污染，能够取得显著的经济效益和社会效益。总之，无论是从矿井当前的瓦斯涌出现状、矿井通风能力，还是从资源和环保的角度来看都有必要进行瓦斯抽采，特别是进入深部煤炭开采，瓦斯问题将是制约煤矿安全高效生产的重要因素，提前进行瓦斯抽采工作，对大平一矿安全生产很有必要。2.4 瓦斯抽采的可行性开采层瓦斯抽采的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性，一般来说，其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数；二为钻孔瓦斯流量衰减系数，按和判定开采层瓦斯抽采可行性的标准，如表2-2所示。大平一矿1#煤层瓦斯抽采难易程度评价结果见表2-3。表2-2 煤层瓦斯抽采难易程度分类表 抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数/d-1煤层透气性系数/容易抽采10能够抽采0.0030.050.110较难抽采0.050.1表2-3 大平一矿1#煤层瓦斯抽采难易程度评价结果表煤层钻孔瓦斯流量衰减系数(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2d)煤层抽采难易程度1#0.0320.45能够抽采从表2-3能够看出， 1#煤层属于能够抽采煤层，具备瓦斯抽采的可行性。3 瓦斯抽采施工工艺的确定3.1矿井瓦斯抽采设计的原则矿井瓦斯抽采设计的原则(1)编制矿井抽采瓦斯设计要以上级批准的设计任务书和经审批的矿井瓦斯抽采可行性研究报告提供的瓦斯基础资料为依据，设计任务书一般有生产单位与承担设计任务书的单位共同编制，按隶属关系报有关上级批准后下达。其主要内容为：抽采目的、抽采规模、抽采瓦斯量预计、工程量和投资额概算，以及社会经济效益等。矿井瓦斯抽采可行性分析研究报告，其主要内容包括：矿井地质与煤层赋存资料、开拓方式与采煤方法，通风与瓦斯涌出情况、瓦斯储量与可抽量、抽采规模与服务年限、所需设备、投资概算和社会经济效益等。(2)确定抽采规模与抽采能力时，应能适应矿井生产能力和服务年限的需求，并应满足矿井生产期间最大抽采瓦斯量的要求。如矿井生产期间因井型与生产规模增大，使抽采瓦斯能力和抽采系统与生产需要不相适应时，尚可对抽采系统进行扩展。(3)设计抽采系统与抽采方法时，要有利于多抽采瓦斯，保证矿井生产安全；应结合矿井及煤层的具体地质开采条件，矿井及采区主要瓦斯来源，以选择适宜的抽采方法；要有适宜打抽采瓦斯瓦斯钻孔的地点及充分的施工和抽采时间；抽采瓦斯钻孔的孔口应有足够的抽采负压；要配备一定的抽采瓦斯专业人员和装备，以实施抽采瓦斯工程和进行维护管理工作。钻孔施工和管路敷设应尽量利用生产巷道，以减少抽采瓦斯的工程量与投资额。4抽采瓦斯方法4.1矿井瓦斯来源分析4.1.1回采工作面瓦斯来源及涌出构成回采工作面瓦斯来源主要为回采过程中煤层涌出的瓦斯、采空区涌出的瓦斯、区段平巷涌出的瓦斯及顶底板向工作面涌出的瓦斯。其中采空区涌出和回采过程中本煤层的瓦斯为工作面瓦斯涌出的主要来源。4.2抽采瓦斯方法4.2.1选择抽采方法的原则煤层瓦斯抽采一般是指利用瓦斯泵或其它抽采设备，抽取煤层中高浓度的瓦斯，并经过与巷道隔离的管网，把抽出的高浓度瓦斯，排至地面或矿井回风巷中。当前认为，煤矿瓦斯抽采不但是降低矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，而且抽出的瓦斯还能够变害为利，作为煤炭的伴生资源加以开发利用。因此，从本世纪50年代起，世界上各主要产煤国对煤矿的瓦斯抽采甚为重视，使瓦斯抽采工作得到了较快的发展。近年来，随着煤矿开采深度增大和开采强度的提高，矿井瓦斯涌出量增大，抽采瓦斯已越来越成为高瓦斯煤层开采的一个必不可少的重要环节，并为煤矿瓦斯利用提供了重要条件。瓦斯抽采一般具有如下几个方面的作用： 1)经过抽采，可降低矿井瓦斯涌出量和回采空间中的瓦斯浓度，从而达到矿井安全生产的目的。 2)经过抽采，可降低煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量，防治煤与瓦斯突出，从而减少矿井伤亡事故及重大恶性事故的发生。3)矿井瓦斯是一种优质燃料，具有商业利用价值。 4)经过抽采和瓦斯利用，可减少瓦斯对大气的污染；因此，瓦斯抽采对环境的保护还有至关重要的作用。抽采瓦斯是一项集技术、装备和效益于一体的工作。因此，要做好瓦斯抽采工作，应注意如下原则：1)抽采瓦斯应具有明确的目的性，即主要是降低风流中的瓦斯浓度，改进矿井生产的状况，并使通风处于合理和良好的状况；因此应尽可能在瓦斯进入矿井风流之前将它抽采出来。在实际应用中，瓦斯抽采还能够作为一项防治煤与瓦斯突出的措施单独应用。另外抽出的瓦斯又是一种优质能源，只要保持一定的抽采瓦斯量和浓度，则可加以利用，从而形成“以抽促用，以用促抽”的良性循环。2)抽采瓦斯要有针对性，即针对矿井瓦斯来源，采取相应措施进行抽采。当前认为，矿井瓦斯来源主要包括：本煤层瓦斯抽采；邻近层瓦斯涌出；围岩瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。这些瓦斯来源是构成矿井或采区瓦斯涌出量的组成部分，在瓦斯抽采中应根据这些瓦斯来源，并考虑抽采地点时间和空间条件，采取不同的抽采原理和方法，以便进行有效的瓦斯抽采。3)要认真作好抽采设计、施工和管理工作等，以便获得好的瓦斯抽采效果。因此，在设计时，首先应了解清楚矿井地质、煤层赋存及开采等条件，矿井瓦斯方面的有关参数，预测矿井瓦斯涌出量及其组成来源。在此基础上，选择合适抽采方法，确定可靠的抽采规模，设计一套合理的抽采系统。其次，在抽采瓦斯的开始阶段，还应进行必要的有关参数考查测定，以确定合理的抽采工艺和参数；在正常抽采时，要全面加强管理，积累资料，不断总结经验，从而使抽采瓦斯工作得到不断改进和提高。抽采瓦斯方法、方式的选择，应根据瓦斯及煤层赋存情况、瓦斯来源、巷道布置方式、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合分析比较后确定。1）为提高瓦斯抽采率应采用开采层、采空区相结合的综合抽采方法。2）当井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要来自开采层本身，只有抽采开采层本身的瓦斯才能解决问题时，应采用开采层瓦斯抽采。3）工作面后方采空区瓦斯涌出量大，危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大，向邻近的回采工作面涌出量瓦斯量多，应采取采空区瓦斯抽采。4）对于瓦斯含量大的煤层，在煤巷掘进时，难以用加大风量稀释瓦斯，可在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法。5）对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采边抽或增大孔径和加密钻孔等方法。6）若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂缝带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽采措施。总之，确定瓦斯抽采的方法应先摸清瓦斯来源，采空区瓦斯及顶板瓦斯含量情况，结合情况选用适合本矿井的抽采瓦斯方法。4.2.2瓦斯抽采方法 矿井瓦斯抽采的基本方法分类： 1）按抽采瓦斯的来源分为： （1）本煤层瓦斯抽采（开采层） （2）临近层瓦斯抽采（上下临近层） （3）采空区瓦斯抽采（全封闭、半封闭和钻孔） （4)围岩瓦斯抽采 2）按抽采的机理分为： （1)未卸压瓦斯抽采（本煤层、围岩） （2)卸压瓦斯抽采（采空区） 3）按灰机瓦斯的方法分为： （1)钻孔抽采（各种钻孔） （2)巷道抽采（全封闭、半封闭） (3)综合抽采（巷道与钻孔） 4）按钻孔与煤层的关系分为： (1)沿煤层钻孔 (2)穿层钻孔 5）钻孔角度分为： (1)上向孔 (2)下向孔 (3)水平孔6)回采工作面瓦斯来源及构成回采工作面瓦斯来源主要为回采过程中煤层涌出的瓦斯、采空区涌出的瓦斯、区段平巷涌出的瓦斯及顶底板向工作面涌出的瓦斯。其中采空区涌出和回采过程中本煤层的瓦斯为工作面瓦斯涌出的主要来源。 此仅考虑本煤层瓦斯抽采方法（1）容易抽采及能够抽采的煤层，宜采用本层预先抽采的抽采方法，可采用沿层或穿层布孔方式。 (2 )能够抽采及较难抽采的煤层，宜采用边采边抽的抽采方法。煤层抽采难易程度可按本规范附录A划分。 (3）单一较难抽采的煤层，可选用密集顺层钻孔、密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法强化抽采。（4）对煤与瓦斯突出危险严重的煤层，宜选择穿层网格布孔方式。（5）煤巷掘进时瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法4.2.3瓦斯抽采方法的选择方案的确定 了解了瓦斯抽采的方法后，就应该了解在何种情况下选择何种方法，如表4-1所示表4-1 瓦斯抽放方法选择未卸压开采卸压开采掘进面采煤面围岩掘进面采煤面采空区超前预抽顺层钻孔岩层钻孔边掘边抽边采边抽1、采空区钻孔顺层钻孔交叉钻孔巷道密闭水力割逢临近层钻孔2、巷道抽采扇形钻孔穿层钻孔松动爆破高抽巷内外错尾巷正向钻孔网格钻孔水力压裂卸压钻孔4、高抽巷巷道密闭地面钻孔控制爆破地面钻孔5、隅角埋管参考此次1#煤层情况，计划选择抽采方法： 1层一片走向长度1320m，倾斜长度235m。容重1.35103t/m3，采高5m，具有独立的回风系统，采用本煤层钻场扇形钻孔、边采边抽的方法。在回风巷设钻场钻孔沿走向方向布置30个钻场封孔管径和管材的选择铺设管路进行瓦斯抽采4.3钻场布置、钻孔参数确定4.3.1布孔方式及钻孔布置沿倾斜分布以钻孔和钻场工作面水平所成的角度来划分，有上向孔、下向孔、水平孔三种形式。有关钻孔的角度，根据实际经验，有以下几点应以注意：1)由于深部煤层瓦斯含量比较大，瓦斯向上流动，因此下向式钻孔瓦斯量较大，能够加速瓦斯排放。但下向孔中易积水，对瓦斯涌出有一定阻力，且打钻施工比较困难。2)向上式钻孔内不会积水，瓦斯涌出量也较均衡，但在相同条件下比下向孔略小。3)水平式钻孔处于上述两种方式之间，能够克服上向孔和下向孔的缺点，是当前预抽瓦斯矿井的主要形式。沿走向布置 一般为发挥钻场作用，在钻场内除布置垂直钻孔，还布置斜向钻孔，构成一组扇形钻孔，在宽度便于打钻和接管的巷道中，也可不设专门的钻场，钻孔也可一律平行布置。综上所述该采区边采边抽、走向高位钻孔均采用扇形钻孔1）钻孔开孔部分应圆且光滑。钻孔施工中不得出现三角孔、偏孔、台阶等变形孔。2）抽采开采层未卸压瓦斯时，钻孔间距应按钻孔抽采半径确定，宜增大钻孔的见煤长度。3）高位钻孔抽采时，应将钻孔打到采煤工作面顶板冒落后形成的裂隙带内，并应避开冒落带。4）强化抽采布孔方式应能取得较好的抽采效果，并宜方便施工。5）边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎（交叉钻孔除外），并应避免采动首先破坏孔口或钻场。6）抽采采空区瓦斯的钻孔或插管应布置在采空区回风侧。7）钻场内的钻孔个数应由试验得出，一般顺层钻孔宜采用35个孔；穿层钻孔宜采用69个孔。设计将采用5个钻孔8）穿层钻孔的终孔位置，应位于穿透煤层顶（底）板0.5m处。9）吨煤钻孔工程量应根据抽采方式、钻孔抽采半径、预抽期、煤层厚度等综合确定。顺层钻孔预抽时，吨煤钻孔工程量可取0.040.1m/t。10)钻孔直径宜采用42、50、64、73、89、110、130mm等规格。设计中使用110mm规格。4.3.2钻孔直径、长度及个数的确定1）钻孔直径钻孔直径的大小对抽采瓦斯有一定的影响。直径大的钻孔由于暴露的煤面多，瓦斯涌出量就较大，排放瓦斯的效果也就较好。反之，直径小的钻孔效果较差。2）钻孔长度钻孔越长，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，而钻孔中的瓦斯成分与钻孔长度则无很大的关系。3）钻孔个数 同一个钻场的抽采量随钻孔数增加而增加，但钻孔数超过3-5个时抽采量增加不明显。因此，同一钻孔数为3-5个时较合适。4）钻场间距应略小于或等于钻孔的有效抽采半径的2倍5）计划回采工作面平行钻孔预抽方案：（1）钻孔长度：按回采工作面长度235m考虑，钻孔长度设为130m。（2）钻孔间距、个数：采面抽放钻孔采用扇形钻孔布孔，在矩形工作面内，风巷、机巷长度均为1320m，每隔40m设置一个钻场，共33个钻场，每个钻场钻孔个数5个，钻孔间距10m，每个钻孔长度为130m，封孔长度为8m。（3）钻孔参数：如表4-2表4-2 边采边抽瓦斯抽采钻孔参数钻孔号钻孔直径钻孔深度与回风巷夹角倾角1110mm130m30302110mm130m60303110mm130m90304110mm130m60305110mm130m30304.3.3钻孔布置平剖图4.3.4封孔方式、材料及工艺常规的瓦斯抽采钻孔封孔技术包括采用有机材料或无机材料直接封堵、封孔器封堵。而直接封堵法包括粘土人工封孔、机械注水泥砂浆封孔、发泡聚合材料封孔。现在研究的很多种封孔放法结合了各种封孔技术优点，采用两种或多种技术组合使用，使封孔效果得到改进。同时从一次封孔研究到二次封孔技术，使封孔技术更加丰富，提高了抽采效率。 1）粘土人工封孔常见粘土为黄泥或水泥团，粘土封孔法对封孔的材料要求不高,而且所花费的成本也很低,可是对封孔的工艺要求却很高。其受限于钻孔长度和粘土的软硬度,很难将钻孔封的密闭不透气,稍有一个环节的疏忽都能够导致其钻孔封闭不实。粘土封孔方法封孔长度较短，黄泥遇水变软，密实性不好，容易漏气。采用黄泥、水泥团人工封孔，钻孔密封质量差、作业时间长、劳动强度大，现场已很少采用。 2）机械注水泥砂浆封孔水泥砂浆封孔法是在孔口处安好截止装置后,将水泥砂浆用注浆泵压入钻孔,能够封孔段较长的钻孔。其封孔材料在注入时为液态,等其凝固后为固态,能较好的封闭钻孔周围的一些裂隙和解决粘土法封孔难以解决的一些难题,从而能较好的封实钻孔。用一根回浆管即可检验其封孔长度,操作比较简单省