远程瓦斯抽采

远程瓦斯抽采（共9篇）

远程瓦斯抽采 篇1

0 引言

瓦斯钻孔抽采是防治瓦斯灾害事故, 实现瓦斯综合治理与利用的根本措施[1]。目前, 瓦斯钻孔抽采是由操作人员通过瓦斯抽采钻机在现场施工实现的, 这样易于发生煤与瓦斯突出、打钻机械伤人事故。为了杜绝此类事故的发生, 研发地面控制井下瓦斯抽采钻机钻进技术与装备具有重要的意义。为此, 笔者设计了一种井下瓦斯抽采钻机远程控制系统。

1 远程控制系统设计概况

井下瓦斯抽采钻机远程控制系统由电气控制系统、视频监视系统及通信网络组成。电气控制系统将实现对矿井下瓦斯抽采钻机的控制和钻机工作状态的监控;视频监视系统实现矿井下现场视频的采集和现场与地面操作站之间声音的双向传输, 增强操作人员在远程控制时的临场感, 便于操作人员随时掌握钻机工作及现场的情况;通信网络可实现地面和矿井下各类数据及信息的远距离传送, 组建钻机远程控制的信息传输网络系统。

该系统通过通信网络与现有煤矿综合监控系统联网, 实现系统图像、声音实时传输, 操作人员在地面可远程监控和操作钻机, 通过电气控制系统控制钻机防爆电磁阀及液压系统, 实现钻杆的自动装卸和钻机的钻进。

2 电气控制系统的设计

2.1 系统组成及工作原理

电气控制系统由远控箱 (地面操作台) 、主控箱、电磁阀和传感器等组成, 如图1所示。

远控箱设在地面控制室, 起到人机交互作用, 主要由箱体、控制器、人机界面 (以下简称HMI) 、操作面板、视频服务器等组成。操作人员通过远控箱的操作面板向主控箱发送控制信号, 并能通过HMI观察到钻机工作状态。主控箱设在钻机上, 起到控制钻机现场的作用, 主要由箱体、控制器、配电元件等组成。

2.2 远控箱设计

(1) 硬件设计

远控箱控制器选用西门子的S7-200 226型PLC, 并配置开关量输入模块、模拟量输入模块, HMI选用MP277触摸显示屏[2,3,4]。

在箱体上配置工控机作为视频服务器, 工控机通过通信网络与矿用本安网络摄像仪相连, 适时监测钻机周围的视频及声音状况, 并显示在操作台显示器上。同时, 内置大容量硬盘, 对周围的视频情况进行录制存储, 以备需要时查看。

(2) 程序设计

程序设计主要包括PLC的控制程序设计和HMI的组态设计2个部分。 PLC控制程序由STEP7-Micro/WIN开发完成, HMI组态设计由WinCC Flexible完成[5]。

PLC控制程序设计主要包括输入点地址块的选择、与主控箱PLC通信时数据对应关系的确定、PLC和HMI通信时变量关联的确立。

HMI组态设计主要包括各个传感器的组态设计、钻机动画模拟的设计以及与远控箱PLC通信方式的选择。设计的HMI主画面如图2所示。

2.3 主控箱设计

(1) 硬件设备选型及配置

由于主控箱设在井下钻机机体上, 所以主控箱及箱内硬件设备选型和设计时须考虑防爆、防振问题。控制器选用西门子的S7-200 226型PLC及其数字量输出模块、模拟量输入和输出模块。

由于电气控制系统需要测量钻机工作和环境相关参数以作为操作人员及系统自身逻辑判断的参考依据, 这些参数分别为系统压力、旋转压力、推进压力、动力头位置、油温、油位、瓦斯浓度及转速等, 所以选用的传感器要可靠, 全部为本安防爆形式。

本安和非本安之间采用安全栅进行隔离[6]。

(2) 主控箱PLC程序设计

主控箱PLC程序主要包括与地面操作台之间的通信模块设计及将通信传来的数据与输出点对应关系的程序设计。

3 视频监视系统的设计

视频监视系统包括对现场视频图像和声音的监视, 由远控和主控2个部分组成, 如图3所示。主控部分设置在主控箱附近, 由拾音器和喇叭设备以及4个视频摄像仪 (矿用本安网络摄像仪) 组成;远控部分设置在远控箱上, 主要由拾音器和喇叭设备以及监视器组成。视频信号采用光纤传输, 音频信号由2套功能相对应的拾音器和喇叭设备 (均为本安防爆形式) 采集传送。

视频摄像仪输出全电视信号, 该信号经过最新的数字媒体处理专用芯片对图像进行压缩, 经过TCP/IP处理后可直接通过网口输出信号。另外, 网络信号又可进入光纤转换板, 经过调制后输出光信号, 由光纤直接传输[7]。该摄像仪内部电路进行了本安处理。

声音监视的主要作用是将钻机工作的声音及钻场环境声音传给操作者, 使操作人员增强临场感, 便于随时掌握钻机工作的情况 (包括各机构的动作、孔口返渣、钻机工作的声音及环境的画面和声音等) , 同时操作人员可以将声音传到钻机现场, 便于处理突发事件。

4 通信网络的设计

通信网络包括有线通信和无线通信2个部分, 其原理框图如图4所示。有线通信部分包括井下防爆交换机和地面交换机组成的以太环网通信网;无线通信部分由井下主控箱内无线通信基站和井下钻机及以太环网上的无线通信基站组成。

4.1 有线通信网络

远控钻机系统有线通信网络将与煤矿综合监控系统联网, 利用矿上已有的综合监控系统传输平台双向实时传输各种数据和控制指令。

4.2 无线通信

无线通信选用KTW118型无线通信基站实现数据的无线通信。该基站采用IP接入方式, 可以通过地面管理主机远程控制;采用WiFi无线技术, 无线信号带宽达到54 M;基站全部采用本安型设计, 最大限度保障系统安全性;基站间有效距离达到1 km[8]。

5 结语

井下瓦斯抽采钻机远程控制系统具有以下特点:

(1) 采用PLC作为控制器对钻机施工进行控制, 控制可靠。

(2) 采用矿用本安网络摄像仪进行视频监视, 方便联网和图像传输。

(3) 采用WiFi矿用无线通信与TCP/IP技术相结合的地面远控钻机数据传输方式, 在煤矿井下实现了无线数据的高速远程以太网传输。WiFi无线传输技术与钻机钻探技术相结合, 保证了钻机移动钻探的灵活性。

目前, 该系统已在重庆能源集团石壕煤矿井下投入试用, 运行良好, 对于预防瓦斯抽采过程中发生伤人事故将起到积极的作用。

摘要：为了能够有效杜绝煤与瓦斯突出、打钻机械伤人事故的发生, 设计了一种井下瓦斯抽采钻机远程控制系统。该系统采用PLC控制技术、视频及声音监视技术和远程数据无线传输技术, 操作人员利用地面操作台操作手柄和按钮, 借助远程视频和声音监视完成远程控制钻机的钻进和钻杆的自动装卸, 从而实现了井下瓦斯的无人化抽采。井下试运行结果表明, 该系统运行稳定、可靠。

关键词：矿井,瓦斯抽采钻机,无人化抽采,远程控制,视频监视,声音监视,无线传输

参考文献

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[7]方志豪.光纤通信原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[8]唐雄燕.宽带无线接入技术及应用:WiMAX与WiFi现代通信网实用丛书[M].北京:电子工业出版社, 2009.

远程瓦斯抽采 篇2

为防止150万吨改扩建井煤与瓦斯突出的发生及揭煤工作的顺利开展，现将自9月26至10月25日这一个月期间，一九三〇煤矿对此做出的一系列相关瓦斯抽放工作总结如下：

1、本月完成钻孔数量125个，抽放进尺3244.58m。计划瓦斯抽放混合量27.42万方，实际完成瓦斯抽放混合量75.90万方，计划瓦斯抽放纯流量0.82万方，实际完成瓦斯抽放纯流量1.39万方。瓦斯抽采率35.4%，抽采效果达标。但结合瓦斯抽采实际情况任存在以下主要问题需要解决：

1.1、150万吨改扩建井由于地质条件所限，涌水量过大，特别在所抽采的5号煤层、2号煤层中含水量大，抽放孔内积水多，这样从而导致抽放效果不理想。

1.2、因主、风斜井为独头巷道，预抽煤层瓦斯随风流涌向工作面和整条巷道，容易造成工作面瓦斯超限。因此，需要加大掘井工作面风量或调整产量。

1.3、针对软煤层抽采钻孔施工工艺还有待于进一步改进。

2、副斜井完成通风系统的改造，敷设两趟Ф800mm的风筒，合计：836*2米。

3、副斜井完成供电系统的改造，保证副斜井能够正常进行瓦斯抽采。

一九三〇煤矿

远程瓦斯抽采 篇3

笔者以朱集矿远程卸压开采为工程背景,通过监测采空区埋管抽采、高位钻场抽采和地面钻井抽采中瓦斯抽采的特征,结合钻孔切孔、支架压力监测等矿压规律,研究了卸压瓦斯的抽采规律与采动裂隙演化之间的效应关系,以期在理论和实践中对卸压开采设计提供指导。

1 工程概况

朱集矿为“三高一深”矿井,一水平标高-906 m,主采煤层为13-1煤层、11-2煤层。其中13-1煤层瓦斯含量8.08 m3/t,瓦斯压力3.2 MPa,为低透气强突煤层;11-2煤层瓦斯含量5.15 m3/t,先行开采该煤层作为13-1煤层的卸压保护层。首采工作面煤层平均厚1.32 m,南倾3°~5°,标高-879.7~-923.1 m,推进长度1 608 m,工作面长220 m,采高2.0 m。该工作面与上覆13-1煤层平均间距66 m,相对层间距33 m。采用“一面四巷”(轨道巷、胶带巷及其对应的底抽巷)布置,轨道巷沿空留巷,轨道巷与胶带巷进风,轨道底抽巷回风,形成Y型通风方式。

2 抽采系统设计

首采工作面回采前,施工顺层钻孔对11-2煤层进行预抽消突,在轨道巷和胶带巷内对向施工334个钻孔,钻孔设计深度115 m,交错10 m,孔径113 mm,瓦斯预抽率38.0%,残余瓦斯含量3.19 m3/t,残余瓦斯压力0.05 MPa。回采期间,采用地面钻井结合井下顺层、穿层钻孔及采空区埋管的立体抽采方法,开展首采工作面及13-1煤层的防突和瓦斯治理工作。地面钻井抽采13-1煤层卸压瓦斯,顺层钻孔抽采低位裂隙带内瓦斯,胶带底抽巷、轨道巷留巷采用上向穿层钻孔拦截抽采13-1煤层卸压瓦斯,留巷段充填墙埋管抽采采空区瓦斯,实现整个开采区域的密集强抽。

初采90 m期间高位钻场及留巷埋管抽采设计见图1。1#钻场共施工22个钻孔。其中,1#~10#钻孔为11-2煤层顶板走向钻孔,1#~5#钻孔孔底距离11-2煤层顶板12 m,6#~10#钻孔孔底距离11-2煤层顶板15 m;11#~19#钻孔为上向穿层钻孔,穿越13-1煤层并进入顶板岩层0.5 m;20#~22#钻孔为倾向中程穿层拦截钻孔,孔底距离13-1煤层底板22 m。7#联络巷上口留巷充填初期,采用木垛密集充填进行里段封闭,该处周边冒放不彻底,采用密集埋管集中抽采,连接轨道底抽巷两路抽采干管。2#钻场1#~10#顺层钻孔与1#钻场相同,但未布置20#~22#倾向穿层拦截钻孔,而是将11#~22#均布置为13-1煤层穿层钻孔,每排3孔共4排,初排11#~12#钻孔终孔位置距开切眼45 m,后续间距30、30、20 m,侧向几何参数同1#钻场。

轨道巷穿层钻孔及地面钻井设计见图2。其中,1#地面钻井距开切眼205 m,沿轨道巷内错70 m。轨道巷高位穿层钻孔每隔25 m一组,初期在1#和2#钻场间施工了6组共14个钻孔,与巷道中线夹角为左45°;为加大单孔控制范围,后续钻孔调整为左30°,钻孔倾角40°,并在原有控制范围补充3个抽采孔,钻孔控制到轨道巷轮廓线向工作面内约40 m位置,沿巷道延伸方向约70 m范围。

3 钻孔抽采及瓦斯涌出规律分析

对13-1煤层整个回采期间的瓦斯抽采进行了系统检测。各措施瓦斯抽采纯量与工作面推进距离的关系如图3所示。

结合图3,对钻孔抽采及瓦斯涌出规律进行分析。

3.1 高位钻场抽采

1#和2#钻场表现截然不同。1#钻场穿层钻孔瓦斯抽采纯量有一递增期,之后保持抽采纯量均值在6.04 m3/min进行稳定抽采,而顺层钻孔平均瓦斯抽采纯量仅为0.26 m3/min。在各钻孔中,1#、11#、12#、13#钻孔始终保持高浓度抽采,其他钻孔抽采浓度在50%以下,抽采量差别较大。

2#钻场顺层钻孔平均瓦斯抽采纯量3.56 m3/min,穿层钻孔瓦斯抽采纯量均值不足3.0 m3/min。

3.2 留巷埋管抽采

留巷埋管主要抽采支架后方15~60 m内的采空区瓦斯。在工作面推进至0~39.3 m时,瓦斯抽采浓度及纯量逐步增长,之后瓦斯抽采纯量基本保持在10.0 m3/min,整体效果比较稳定;当回采至59.8、102.0、157.2 m时,发现有3个瓦斯抽采浓度和纯量较高的特征峰,推断与顶板周期性活动及13-1煤层的卸压瓦斯涌入冒裂区有关。

后续监测发现,当工作面推进至270 m左右时,瓦斯抽采浓度与纯量显著下降,推断是由于1#钻井有效抽采了13-1煤层的卸压瓦斯所致。当工作面推进至310 m左右时,留巷埋管瓦斯抽采浓度与纯量又逐渐上升并趋于稳定。

整个回采期内,瓦斯抽采浓度可维持在6%左右,抽采纯量平均在11.0 m3/min左右,留巷采空区埋管抽采效果稳定。

3.3 7#联络巷上口密闭墙内埋管抽采

该处埋管自抽采监测之日起,瓦斯抽采浓度和纯量较为稳定,均值分别为13.0%和7.3 m3/min,后续更是高达30.0%和18.0 m3/min,效果稳定。

3.4 胶带底抽巷穿层钻孔抽采

胶带底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采浓度及纯量波动不大,浓度均值为3.4%,纯量均值1.05 m3/min。在工作面推进至44.5~91.3 m有一参数值较大的平缓稳定区,浓度均值为4.47%,纯量均值为2.17 m3/min。

3.5 初采期间各抽采措施综合分析

初采期间埋管抽采参数稳定,是较可靠的瓦斯治理措施,而穿层钻孔出现部分弯折或剪断,导致无法有效抽采。计算发现,11-2煤层回采期间释放的瓦斯量远低于风排瓦斯和留巷埋管抽采量,说明远程13-1煤层的瓦斯,可经由竖向采动裂隙下涌进入11-2煤层的采空区,突破了经典理论计算的断裂带高度,这一点尚需深入研究。

采煤工作面支架压力显示,当工作面推进至46.9 m时,有一明显的老顶来压现象,支架最大压力为6 009.1 k N,加权压力为3 729.8 k N,动载系数分别为1.27和1.31,与文献[12]中工作面来压后瓦斯涌出大幅增加的结论较为一致。特别在工作面推进至50 m左右时,有一个显著递增期,说明该处顶板发生了剧烈活动。

3.6 地面钻井抽采

地面钻井间距260 m,1#钻井距开切眼205 m,在回采工作面前200 m采用高位钻场抽采13-1煤层卸压瓦斯。

在采煤工作面距钻井20 m时1#钻井开始服务,工作面推过钻井48 m时,瓦斯抽采浓度升至45%,瓦斯抽采纯量在18 m3/min;过钻井95 m时,瓦斯抽采纯量达峰值25.9 m3/min;过钻井127 m时,瓦斯抽采浓度达峰值81%;过钻井130 m时,瓦斯抽采浓度及纯量开始衰减,随后瓦斯抽采浓度稳定在65%左右;过钻井约270 m后,瓦斯抽采纯量衰减至5 m3/min以下。

由此确定钻井相对服务期,工作面与钻井相距0~48 m时为抽采增长期,抽采纯量平均10.5 m3/min;48~130 m为抽采稳定期,抽采纯量平均18.1 m3/min;130 m后为衰减期,抽采纯量平均10.2 m3/min,如图4所示。

至2011年9月工作面过1#、2#钻井分别为290、30 m;其中1#钻井瓦斯抽采浓度75%,抽采纯量5 m3/min,累计抽采112.68万m3;2#钻井瓦斯抽采浓度60%,抽采纯量12 m3/min,累计抽采14.34万m3。

综合采用上述措施后,首采工作面及回风巷风流中瓦斯浓度控制在0.4%以下,13-1煤层卸压充分,瓦斯含量由8.08 m3/t降至5 m3/t以下,瓦斯压力由3.2 MPa降为0.5 MPa以下,成功实现了远程卸压消突。

4 采动裂隙演化的数值模拟

采用UDEC4.0软件对首采工作面采后裂隙演化进程进行研究。为消除边界加载效应,模型顶底简化设定150 m厚泥岩,左右边界留60 m煤柱,推进距离200 m,几何尺寸为320.0 m×272.4 m。各岩层的力学参数见表1,依据胶带底抽巷地应力实测结果(铅直应力19 MPa,最大水平应力22 MPa),上方加载应力-13.19 MPa,左右边界及底部零位移约束,重力梯度-0.025 MPa。块体本构为应变软化模型,节理选5号具有库伦滑移失效功能的弹塑性接触。

滑动裂隙和张开裂隙演化进程见图5。slip节理线为滑移失效线,可解释为两种微破裂机制:第一种是水平滑移线,对应于层面或层理的剪切失效特征,岩层压弯过程中,因顺层面或层理剪力过载引发,主要分布于开挖区的上方;第二种是竖向滑移线,该线对应于垂直方向节理产生失效或者是破裂面的特征,该特征由岩层垂直方向发生剪断或结构出现折断所引发,主要分布于模型边界上方的楔形区内。open节理线为张开失效线,竖向发育较少,在岩板结构性折断的上部发育,之后可转化为slip型,水平顺层发育较多并能长期保持,主要分布于采空上方的倒“V”型区域或梯台区域(后期),对应于采空区上方的离层区,下位发育为边界明显的宏观裂隙区(sep节理分离线)。sep节理分离线和开挖块体的边界线,可分别表示采动宏观裂隙的前期和后期。

图5中选取了模型裂隙典型突变的开挖时步,裂隙演化过程分析如下:

1)开挖24 m对应于实际工作面推进至17 m时(切眼宽7 m),宏观离层突破10.19 m泥岩直接顶第一分层,渐次垮塌,支架受力表明工作面推进至17.2 m时,有一次直接顶初垮落来压,动载系数为1.78,验算吻合度较好。

2)开挖56 m时,厚层泥岩直接顶被宏观离层裂隙整体突破并垮落触底,对应于老顶的初次来压,裂隙演化特征明显,离层微裂隙发育到距13-1煤层26.26 m的灰白色细砂岩内,10 MPa的卸压sep节理分离线开始进入12煤层和13-1煤层区域,但采空区上方竖向微裂隙没有下向贯通,边界垮落角55°,楔形卸压区外边界近似垂直。留巷内的穿层钻孔大多穿越切断或滑移裂隙发育的剧烈活动区,出现大量折弯和剪断,间接说明了顶板垮落角的发育特征。

3)开挖80 m时,离层微裂隙区的尖端已经进入13-1煤层,煤层里宏观开裂隙中垂直压力不足5 MPa,卸压效果明显,竖向微裂隙可贯通下部宏观裂隙区,说明13-1煤层得到卸压的同时,可向下沿微裂隙涌入采空区,这与已有的导水断裂带发育高度预计有所差异,推断是因为钻孔冲洗液耗散法或双端堵水法的断裂带实测中,岩层遇水膨胀导致微裂隙闭合,而瓦斯气体能沿微裂隙下涌所致。

4)开挖120 m时,后回采方向边界附近的边界线和sep节理分离线宏观裂隙部分消减,说明采空区上部离层裂隙开始重新被压实,边界线宏观裂隙的大量保持验证了“O”型圈理论“M”型裂隙演化的科学性,但消减之势显示了边界结构性宏观裂隙也有闭合,边界垮落角近似为50°,这是部分瓦斯抽采钻孔流量和浓度快速衰减的重要原因,应予以足够重视。

5 结论

1)在朱集矿远程卸压开采瓦斯治理中,留巷埋管和地面钻井抽采是较可靠的措施,穿层钻孔抽采因顶板垮落会造成钻孔折断或剪断,尚不能较好地实现远程定点抽采,瓦斯抽采纯量和浓度差异较大,在钻孔布位和维护方面,仍有较大的优化空间。防突和瓦斯治理措施的综合应用,可保障远程卸压面的安全生产,实现突出煤层的充分卸压和瓦斯抽采。

2)在相对层间距离较大的条件下,朱集矿13-1煤层的瓦斯随着回采可向下涌入11-2煤层采空区,既为13-1煤层的卸压抽采开辟了通道,又加大了11-2煤层的治理措施的抽采量,需要在拦截抽采设计和卸压面瓦斯治理方面,给予足够重视。

3)UDEC模拟表明采动裂隙演化中,“O”型圈及楔形卸压膨胀区客观存在并动态发展,后期有闭合趋稳态势,顶区离层逐渐发展至13-1煤层,实现应力释放和横竖微裂隙贯通,边界垮落角50°~55°,穿层钻孔破断是阻碍远程卸压瓦斯有效抽采的技术难题,有待进一步深入研究。

参考文献

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瓦斯抽采效果考核奖惩办法 篇4

为进一步规范瓦斯抽采现场管理，严格落实《贵州水城矿业股份有限公司“一通三防”综合管理制度》中瓦斯抽采管理的有关规定，使瓦斯抽采工作进一步达到标准化、规范化、制度化管理，提高瓦斯抽采效果，结合我公司瓦斯抽采具体工作实际，对原实施的瓦斯抽采相关管理办法进行修改、补充完善重新下发，望涉及到的单位（部门）认真组织落实，监督考核对照执行。

第一条：抽放钻孔设计统一由通防部进行设计，矿抽采队、通防副总、地测副总、总工程师进行签字审核把关。

第二条：设计必须图文并茂，科学合理，切合现场实际，设计内容应包括：钻孔数量、方位、倾角、间距、开口高度、封孔工艺等。

第三条：每处钻孔施工现场必须悬挂该钻孔施工点经审核签字的钻孔设计图牌板，否则施工的钻孔不能进行验收。

第四条：钻孔施工前由矿抽采队技术人员进行放线定孔，抽放钻孔的方位可允许±1º的误差。特殊地点需要施工地质钻孔（前探钻孔）必须由公司生产技术部出具正规设计，施工地质孔时地测部门安排人员现场跟班。第五条：施钻人员必须详细记录钻进过程中的煤岩情况以及钻进过程中出现的异常情况。钻孔施工过程中发现异常时，施钻人员要及时向抽采工队及矿安全指挥中心进行汇报。

第六条：施工钻孔进行编号管理，施工完成的钻孔必须悬挂对应的单孔管理牌板，牌板记录清楚孔号、孔深、方位、倾角、瓦斯浓度、负压、施工人员等参数。

第七条：采煤工作面两巷、掘进工作面抽采管路不得小于14吋，迎头分抽器管径必须与抽采管路匹配，保证最佳抽放效果，两帮钻场分支管不得小于8吋。所有支管必须安装流量检测装置及放水器，设置抽采参数检测牌板，按规定进行抽采参数检测。所有瓦斯抽采钻孔施工地点抽采管路安装到位后方可施钻。分抽管、分抽器安设必须低于钻孔，分抽器末端必须安设放水器，单孔连接钢丝长度不能大于1米，钻孔连接钢丝管与分抽器、分抽管接头连接必须成一条直线，不准成兜，不准交叉连接。

第八条：钻孔施工地点必须安设监控视频，监控视频能实时反映钻孔施工的真实情况，视频图像能上传到调度指挥中心，通防部在安控中心建立钻孔验收原始记录，抽放钻孔由调度员、监控员、瓦检员和安检员四人共同对照设计共同进行验收，钻孔施工完成，施钻人员必须找到现场瓦检员或安检员，并电话通知调度室，申请对钻孔进行验收，得到调度室同意才允许拔钻杆。在钻孔验收过程中，安检员、瓦检员现场验收钻孔长度，调度员和监控员通过视频验收钻孔长度，验收结束把验收结果如实填写在验收记录上，并履行验收签字手续。井下验收人员在验收单上履行签字手续。验收单一式三份，一份送安全站留存。

第九条：抽放钻孔拔钻后，必须根据设计封孔工艺及时及时进行封孔连抽。地质钻孔、取芯钻孔均必须预埋封孔管，凡孔口瓦斯浓度超过5%的钻孔必须进行连抽，否则钻孔不予验收支付工资，同时造成瓦斯超限由抽采工区承担。

第十条：封孔时必须保证封孔质量，所有钻孔都必须全程下筛管，穿层岩孔封孔深度不得低于10米，顺层煤封孔深度不得低于20米，预埋注浆管进行二次带压注浆封孔。

第十一条：施钻人员必须积极与瓦检员、安检员配合，钻孔的施工及封孔均必须接受监督，严禁弄虚作假。验收人员必须严格按要求验收，并积极监督施钻过程，施钻完毕，积极主动及时进行验收，出现问题及时向矿安全指挥中心汇报。

第十二条：由通工区牵头，安检站、矿通防副总、抽采队安排管理人员参加，每旬组织对钻孔深度至少抽查1次，出具钻孔抽查验收单据，经现场验孔人员签字后送矿总工程师、安全矿长。

第十三条：钻孔施工地点必须悬挂瓦斯抽放参数检测牌板，牌板上填写的各种参数必须与实际参数相符，严禁弄虚作假。第十四条：每施工结束一个钻孔，抽采队工程技术人员必须及时上图，逐日统计抽放量、预算抽放时间，及时出具竣工资料，经理论计算抽采效果达标后，及时通知通防部出具取芯设计，对预抽块段煤层进行取芯测定煤层残余瓦斯含量。经理论计算和实测残余瓦斯含量均小于8m3/t时，由通风工区负责出具循环消突评价报告。瓦斯抽采达标评判报告和消突评判报告必须经矿审定报文家坝公司相关部门审批执行。

第十五条：对违反钻孔设计、施工、验收规定的处罚

1、钻孔设计错误或不符合现场实际或因设计缺陷不能指导现场施工的，每次给予设计人员罚款200元。

2、钻孔施工现场未悬挂经审核签字的设计图牌板而施工钻孔的，每次给予责任人罚款100元，同时该钻孔不允许验收，视为废孔。若发现钻孔设计冒充矿领导笔迹进行签字，每次处罚责任人500元。钻孔施工未进行编号管理的，每次每孔对责任人罚款50元。

3、瓦斯管路连抽不规范，未按规定安设分支管、分抽器及放水器，每处处罚抽采队分管负责人100元；连接胶管长度过长或出现交叉连接现象，每孔处罚抽采队责任人50元；未按规定安设控制闸阀、检测孔，每处处罚队分管负责人100元，支管及分抽器未按规定安设流量检测装置，每处处分管负责人200元；因抽采连抽质量差被上级部门或公司查出导致公司领导被处罚时，矿总工程师、通防副总、抽放队队长比照公司领导被处罚金额进行处罚，副职0.8；技术员0.6系数比照处罚。

4、施钻人员必须如实汇报钻孔进尺，严禁弄虚作假，虚报钻孔进尺的一律解除劳动合同。

5、瓦检员、安检员必须严格按设计验收钻孔进尺，严禁弄虚作假，若瓦检员、安检员与施钻人员共同作假，对参与作假人员一律解除劳动合同。

6、抽放钻孔未及时进行封孔和连管抽放的，每次给予相关责任人罚款200元，造成瓦斯超限的按相关规定进行追查分析。

7、若因验收人员坚持验收标准而被施钻人员漫骂或打击报复的，每次给予施钻人员罚款1000元，情节严重的送司法机关进行处理。

8、施工钻孔前抽放管路必须接到施钻地点，每发现一次抽放管路不到位而施工钻孔的，处罚矿1000元，由矿追查报责任人到通防部处罚。

9、验收人员无故不及时验收钻孔或故意刁难，每次罚款200元，同时承担钻孔施工工资。

10、施工地点无瓦斯参数检测牌板，每处处罚流量检测工100元；钻孔深度、倾角、方位、瓦斯浓度、负压、压差等检测作假（与现场检测实际不相符），每次处罚流量检测工200元。第十五条：本煤层钻孔、穿层钻孔进尺与瓦斯抽放浓度挂钩进行考核。在施工抽采钻孔前，先施工取芯钻孔，凡原始瓦斯含量达8m3/或瓦斯压力达0.74Mpa的均按以下标准进行考核，在孔口负压大于13Kpa的前提下，抽放队每施工完一组钻孔后，通风工区组织对瓦斯抽采浓度进行考核，考核标准如下：

1、不管是穿层钻孔还是本煤层钻孔，单孔瓦斯浓度低于10%的，一律不予支付工资；单孔浓度在11%——20%，钻浓度达21%及以上按100%计算工资；特殊地点递进式抽采工艺按原办法考核。

2、钻孔进尺工资与生产进尺挂钩进行考核。不管是穿层抽放钻孔还是本煤层顺层抽放钻孔，抽放达标出具抽采达标评判报告和循环消突评价报告，确定循环允许掘进距离，在掘进过程中，若出现考察指标超限或炮后瓦斯超限导致实际掘进进尺小于允许掘进进尺的，本循环抽放钻孔进尺按实际掘进进尺/允许掘进尺寸*本循环钻孔进尺支付工资。

3、检查发现存在下列情况之一时，一律视为无效钻孔，考核不支付钻孔进尺工资：

a、钻孔未达到设计深度的；

b、未按设计开孔（指开孔间距和方位）； c、钻孔封孔不严、存在串孔、漏气的； d、冒充验收人员签字或未经验收的钻孔。

4、所施工的钻孔，检测瓦斯浓度低于5%的及时关闭，瓦斯浓度在6%以上时，必须控制负压进行抽放，否则每处处罚流量检测工100元。

高瓦斯煤层瓦斯抽采的研究 篇5

在以往的煤矿开采中, 大多将煤矿瓦斯进行抽放处理, 这样会造成环境污染, 随着科学技术的进步, 瓦斯抽采技术应运而生, 随着煤炭矿井开采深度的加大, 矿井瓦斯浓度也在增加, 为此, 需对高瓦斯煤层采取行之有效的方式来进行瓦斯抽采处理。国内外在进行高瓦斯煤层瓦斯抽采时一般通过采用煤层瓦斯预抽、保护层开采、采空区埋管、高位钻孔、地面压裂钻孔等方法来增加瓦斯抽采率, 由于不同的抽采方法都具有一定的局限性, 在对高瓦斯煤层瓦斯抽采中仅使用单一方法效果会很有限, 需根据实际工作情况, 采取综合的瓦斯抽采方法。

1 开采层瓦斯抽采技术分析

1.1 深孔控制预裂爆破

在实施深孔控制预裂爆破技术前, 需对煤体应力分布进行合理调整, 留有一定长度的卸压带, 这样可很好地避免煤层突出的形成, 可更好地发挥炸药的爆炸能量, 形成多种新裂隙, 从一定意义上可消除煤层突出危险性的作用。不过这种技术的要求也比较高, 一般在爆破开始时会很快摧毁煤体的抵抗能力, 形成破裂带及裂纹, 这样可为接下来的破坏煤体做好基础, 如果两爆孔距离比较近, 爆孔间裂纹得到较为充分的发育, 就会加快煤体破坏速度;反之, 如果两爆孔之间距离比较远, 那么爆孔间裂纹就会表现出独立发育的特征。通常, 两爆孔在5 cm~6 cm间距时, 就可形成足够多的裂纹, 为瓦斯的顺利运移提供通道。此外, 两爆孔间的裂纹可提高煤体透气性, 有利于瓦斯抽采, 因此, 运用深孔控制预裂爆破技术可形成相互沟通的裂纹, 有助于解决煤层瓦斯抽采问题。

1.2 水力割缝

水力割缝技术一般应用于透气性系数低、瓦斯含量大的煤层。具体步骤为:在定向水平钻机的帮助下对煤层中实施水平钻孔处理, 完毕后, 通过高压水射流对钻孔两侧方向的煤层实施合理切割处理, 以便能在煤层中形成1条扁平缝槽, 通过这条缝槽可使煤层应力得到释放。同时, 在切割时, 受地应力影响, 煤层很容易出现不均匀沉降现象, 也可形成很多裂隙, 从而起到改善煤层渗透性的作用。同时也为瓦斯的解析及流动提供了一条比较方便的通道, 可大幅度提升煤层透气性。

1.3 顺层密集长钻孔

顺层密集长钻孔技术可减少煤层瓦斯含量, 有效地应对工作面消突的问题, 一般在区域性抽采和综采面中有所应用, 钻孔深控制在不低于80 m以下, 孔间距维持在3 m~5 m之间, 在布孔时一般采用交叉钻孔或斜向孔的方式, 这样可增强抽采质量。采用斜向布孔时, 可边采边抽, 采用交叉式布孔时, 可在不对任何工程量带来影响的情况下增强本煤层瓦斯抽采效果, 有效防止钻孔坍塌或堵孔等不良因素对抽采效果带来的负面影响。

1.4 旋转水射流扩孔

利用旋转水射流扩孔技术进行施工的过程中, 设备在沿着螺旋线做轨迹运动的同时, 还可向周围环境介质中扩散。这种技术的主要优势在于射程短、扩散角大, 且具有很强的卷吸和掺混能力。旋转水射流扩孔技术通常是通过扩大钻孔直径来增大钻孔煤层暴露面积, 提高卸压范围的目的, 可增加钻孔的抽排瓦斯量, 使得钻孔作业取得良好抽排效果。以下是工作流程:a) 根据工作需要钻好钻孔, 注意在退出后, 应把扩孔射流器及过滤装置等设备的高压扩孔钻杆以适当速度送入孔内, 同时还需借助手动推进泵的作用来对送达孔内的深度做出一个合理范围的调整;b) 借助手动推进泵尾部的帮助将阀门和高压水管之间进行有效连接, 通过高压水泵供给水源, 同时借助调压阀门的作用使之被传送到螺旋叶轮的喷嘴。这一过程中, 喷嘴喷出的流体实际上本身带有三维速度的特征, 因而能在高压水作用下完成对其周围孔壁的旋转切割;c) 等扩孔已达到某一个程度时, 根据设计要求如果不能满足需要, 也可采用增加或减去一定数量钻杆的方式来继续进行扩孔。工作人员应根据扩孔段长度设计需求来对手动推进泵作出合理调节, 确认能达到实际要求后, 才可算做完成一个钻孔的扩孔[1,2]。

2 邻近层瓦斯抽采技术分析

邻近层瓦斯抽采技术又称卸压层瓦斯抽采技术, 即在煤层群条件下, 在开采层的采动因素作用下, 它的上部或下部邻近层煤层就会出现一种卸压现象, 从而产生不同程度的膨胀变形, 这种情况下煤层透气性就会得到大大提升。邻近层瓦斯抽采的基本原理是利用煤层开采以后, 在上部空间产生冒落带、裂隙带和弯曲下沉带形成上部卸压区, 在卸压区内的煤层会产生一定变形使煤层的透气性大幅度提高, 同时开采层以下也会产生一些膨胀变形, 释放的瓦斯可在层间裂隙流动, 这样在卸压区内布置钻孔或抽放巷就可取得良好的抽放效果。同时煤层和岩层间还会出现一定的空隙和裂缝, 它们不仅能用于储存卸压瓦斯, 也可充当良好的瓦斯流动通道, 为有效避免邻近层瓦斯向开采层的工作面方向涌出, 相关工程人员还可根据抽采方式对这部分瓦斯进行再次处理。

3 采空区瓦斯抽采技术分析

采空区瓦斯抽采分为全封闭式和半封闭式, 对于老采空区瓦斯抽放, 必须严格保证采空区密闭的质量, 还要随时监测采空区内温度气体动态, 如有发火征兆应暂停或停止抽放。由于瓦斯量多, 所以可确保高量瓦斯抽采的完成, 对于邻近层及岩层逸出的瓦斯量则可通过采空区来开展大量瓦斯抽采。通常情况下, 采空区瓦斯抽采技术是以埋管方式完成。在没有发生内部漏风的条件下, 采空区瓦斯含量一般会非常高, 尤其是采空区上部含量最高, 上部流线分布是整个区域中最密集的地方, 能预见在采空区上部瓦斯会发生富集, 因此, 实际瓦斯抽排处理工作也是针对该区域而进行的。现阶段大量研究和时间已证明, 在流场数值模拟的指导下, 通过使用各方位有效立体抽排, 可大幅度提高瓦斯抽排效率。

4 围岩瓦斯抽采

集聚瓦斯的围岩主要分为两类:a) 裂隙非常发达的围岩, 里面可能有较多瓦斯, 采掘巷道进入该区域后可能有大量瓦斯涌出;b) 石灰岩地层中可能有溶洞存在瓦斯。煤矿溶洞瓦斯涌出量最高时达到20m3/min, 这样只能把溶洞密封起来进行抽放。对于围岩内的瓦斯, 主要是通过钻孔进行抽放。

5 结语

矿井内瓦斯的处理是煤矿开采的一项关键任务, 瓦斯抽放是一项综合性系统工程, 尤其是在中国高瓦斯、低透气煤层条件下, 需配合多种方法才能保证抽放效果。低瓦斯矿井随着开挖深度的增加不断变成高瓦斯矿井, 瓦斯处理难度也变得更加复杂。为解决目前高瓦斯煤层瓦斯抽采过程中的问题, 煤炭企业和科研院校要加大瓦斯抽采理论和相关技术的完善, 提高煤层透气性技术的研究, 提高煤矿抽采作业安全, 加强高瓦斯煤层瓦斯抽采技术的研究, 选择合适的瓦斯抽采方法, 形成一整套完善的抽采技术体系并推广应用, 从而保证工程的安全顺利开展, 更好地进行瓦斯治理工作, 实现中国煤矿的安全、高效、绿色开采。

摘要：随着中国社会经济的快速发展、煤炭矿井的不断挖掘及煤炭产量的日益提高, 很多煤炭矿井逐渐变成了高瓦斯矿井, 在对高瓦斯煤层进行抽采时, 需预防瓦斯中毒和爆炸的危险, 加强瓦斯抽采的治理工作。就高瓦斯煤层瓦斯抽采的相关技术应用进行简要分析探讨, 从而给相关工作人员提供借鉴。

关键词：高瓦斯煤层,瓦斯抽采,技术

参考文献

[1]张永, 徐坤, 李元章, 等.高位钻孔抽放瓦斯技术[J].煤矿安全, 2012, 33 (3) :30-31.

顶板抽采巷瓦斯抽采影响因素研究 篇6

谢桥矿位于淮南潘谢矿区, 是一座设计年产400万吨的特大型现代化矿井。矿井现开采第一水平-610m, 上、下山开采, 下山下界标高-720m。采用走向长壁综采一次采全高和放顶煤开采。随着开采深度的增加, 瓦斯含量和瓦斯涌出量亦明显增大, 矿井的瓦斯防治问题日益突出, 为解决这一问题, 谢桥矿在1151 (3) 工作面第一次设计施工了顶板高抽巷, 以提高采面瓦斯抽采率, 提高采面单产。

1 基本概括

1151 (3) 工作面位于13-1煤层-720m水平, 东一采区。走向长1674m, 倾斜长231.8m, 煤层平均厚度约5.4m, 煤层平均倾角12.8°, 煤容重为1.34t/m 3, 回采率93%, 可采储量2689210t。工作面顶板为粉、细砂岩, 并见裂隙节理, 直接顶岩石f=9.0, 直接底岩石f=7.0, 工作面地质构造简单。将该工作面煤样送试验室进行相关瓦斯参数测定, 软分层煤样的瓦斯放散初速度△P和煤的坚固性系数f分别为12和0.49, 并根据间接法计算得到煤层瓦斯压力1.03MP。全断面煤样在试验室测定的工业性分析指标。孔隙率和瓦斯吸附常数a、b等测定结果如表1所示。并综合现场分析和试验测定, 确定C13煤层的原始瓦斯含量为5.79m3/t。

1151 (3) 综放工作面高抽巷内错回风顺槽, 距回风顺槽平距22m, 以3%坡度施工至距切眼56m处, 巷道底板距13-1煤层顶板法距21-31m, 净断面7.4m 2, 是该矿首个长距离抽采巷。。工作面回采前, 在抽采巷里敷设一趟8寸抽采管与矿井永久抽采系统合茬, 并距迎头300m处封闭, 以防止抽采巷抽采效果不理想时在抽采巷内施工钻孔分段封闭抽采, 8寸抽采管深入封闭墙以里1m。为考虑抽采巷抽采效果, 谢桥矿抽采队工程技术人员从工作面回采之日起即对该面抽采效果进行跟踪考察。

2 考察方法

此次考察主要是通过定期测定抽采巷瓦斯抽采量、工作面回采距离、日产量、风排瓦斯量等参数, 以定期了解这些参数之间的内在联系。抽采巷瓦斯抽采量考察途径主要通过以下两种: (1) 利用地面抽采泵房瓦斯抽采自动监控装置考察; (2) 利用CDLU型智能涡街气体流量计配合100%瓦斯机、抽气筒、负压表考察。

3 抽采影响因素分析

根据对1151 (3) 综放工作面回采过程的跟踪考察, 发现高抽巷的抽采效果与高抽巷距离C13煤顶板距离、工作面距开切眼距离及工作面产量有密切的关系, 在实验过程中还发现, 抽采泵的抽采能力对抽采效果也有一定的影响。

3.1 工作面产量与抽采量、抽放浓度、抽采率的关系

从现场考察数据来看, 瓦斯涌出量与工作面产量几乎成正比关系, 且随着工作面单产的提高, 工作面瓦斯涌出量也有大幅度的提高, 瓦斯抽采量与瓦斯涌出量随产量的增加其增长规律是一致的。但瓦斯抽采率并没有随着产量的大幅度提高而快速上升, 也就是说, 一旦提高综放工作面的产量势必引起风排瓦斯的压力。由此可见, 提高工作面单产不仅要在瓦斯抽采技术上加强科研攻关, 提高瓦斯抽采率, 同时也需研究合理的工作面通风方法, 才能有效治理提高工作面单产而带来瓦斯威胁问题。

3.2 高抽巷位置与抽采量、抽采浓度、抽采率的关系

抽采巷层位直接关系到抽采流量的大小[1]。根据现场考察结果, 1151 (3) 抽采巷抽采期间, 层位在一定的高度范围内抽采效果较好, 如层位在30-31m时抽采巷纯流量28.0～40.12m 3/m in, 平均33.9m 3/m in, 浓度平均达到36.8%, 完全能满足发电需要;而层位在20-21m时, 抽采巷抽采纯流量9.47-23.1m3/min, 平均14m3/min, 浓度平均只有15.1%。另外, 在工作面回采超过首道封闭墙后, 通过对设置在该密闭墙上的抽采管抽放效果考察结果, 也证明了该面抽采巷层位23m以下时已出于冒落带范围内, 表现在该抽采管内瓦斯浓度呈规律性忽大忽小, 最大时达36%, 而最小时仅有9%, 并且该管内出现了52ppm的CO。

3.3 工作面位置与抽采量、抽采浓度、抽采率的关系

从现场考察数据可看出, 在工作面刚开始推挤的25m范围内, 几乎抽不到瓦斯, 根据实测1151 (3) 工作面初次来压步距为21.5m[2,3], 因此, 在前21.5m左右高抽巷并没有发挥作用。而当工作面顶板跨落后, 采空区蓄积的大量瓦斯很快得到了泻排, 表现为在25～50m左右时, 瓦斯抽采浓度较高, 基本在60%～70%之间。之后, 随着工作面的正常推进瓦斯抽采纯量和抽采率有规律的波动, 瓦斯浓度维持在20%～30%之间。另外还可以看出瓦斯的抽采量与工作面的推进速度的表现一致, 瓦斯抽采量的高峰比工作面的推进速度高峰稍微滞后一段时间, 这主要是回采速度刚开始下降时, 采空区抽采范围内仍有大量的瓦斯。

4 结论

通过对1151 (3) 顶板抽采巷的抽采效果考察, 可以得出以下结论: (1) 工作面瓦斯涌出量和瓦斯抽采量随着工作面推进速度的增加而增加, 即便如此, 提高工作面产量仍会造成工作面风排瓦斯量的剧增。因此, 高瓦斯工作面的高产的实现必须在实行瓦斯抽采的基础上加大工作面通风方式的研究, 才能有效治理瓦斯问题。 (2) 高抽巷的位置对抽采效果影响较为明显, 对谢桥矿来说, 当高抽巷距离煤层顶板30m左右时, 瓦斯抽采效果最佳; (3) 高抽巷的瓦斯抽采效果只有在工作面初次来压以后才能发挥作用, 因此, 在工作面初次来压前, 必须加大瓦斯治理力度和安全保卫措施, 有效控制瓦斯事故的发生。

参考文献

[1]翟成, 林柏泉, 吴海进.顶板高位钻孔抽放在瓦斯治理中的应用 (J) .煤炭工程.2005. (9) :4-6.

[2]董善保.综采工作面采空区瓦斯抽放技术 (J) .矿业安全与环保.2005. (5) :62-63.

远程瓦斯抽采 篇7

目前我国瓦斯治理的基本理念是贯彻“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理工作方针, 实施“可保尽保、应抽尽抽”瓦斯综合治理战略[1]。合理设计抽采钻孔的布孔方式对提高煤层瓦斯抽采率及科学制定瓦斯防治技术措施等工作都具有重要的意义。文章采用数值模拟和现场测试相结合的方法, 确定了常村煤矿3#煤层抽采半径的大小, 为矿井合理布置抽采钻孔提供了理论依据。

1 钻孔抽采半径的定义及界定指标

1.1 抽采半径的定义

钻孔抽采半径按抽采影响程度可分为抽采影响半径和有效抽采半径, 如图1所示。抽采影响半径, 是指在规定的时间内煤层原始瓦斯压力开始下降的测试点到抽采钻孔中心的距离;有效抽采半径, 是指在规定时间内以抽采钻孔为中心, 该半径范围内的瓦斯压力或含量降到安全容许值的范围。钻孔的有效抽采半径与煤层瓦斯压力、透气性系数、煤层吸附性能以及抽采孔径、抽采负压、抽采时间等因素有关[2]。

R.钻孔抽采影响半径;r.钻孔有效抽采半径;r0.钻孔半径

1.2 抽采半径界定指标

钻孔抽采半径一般采用直接测定法和间接计算法。直接测定法主要是采取钻孔测试法, 间接计算法主要采取计算机模拟的方法。在钻孔抽采半径的确定上, 国内外所采用的界定指标主要有:瓦斯压力、瓦斯含量、钻屑瓦斯解吸指标等。

(1) 钻孔抽采影响半径的界定。钻孔抽采煤层瓦斯过程中, 在抽采钻孔周围布设测量孔, 当测量孔位置处的瓦斯含量降低至原始瓦斯含量的90%以下时, 即表明该测量孔处于抽采钻孔的影响范围内[3]。根据瓦斯压力与含量的换算关系可得:当某一位置瓦斯含量减小10%时, 该处的瓦斯压力会下降19%左右。因此, 抽采影响半径可以通过下述方法确定:当测压钻孔中瓦斯压力稳定后, 开始进行瓦斯抽采, 记录各观测孔瓦斯压力的变化情况, 压力表读数下降19%以上的钻孔即处于抽采影响范围内, 距抽采孔最远的观测钻孔到抽采孔的距离视为抽采影响半径。

(2) 钻孔有效抽采半径。根据我国现行规定, 煤层预抽率需达到30%以上, 即残余含量为原始含量的70%, 换算可得, 残余瓦斯压力应为原始压力的49%, 煤层瓦斯压力应下降51%以上[3,4]。所以有效抽采半径可以通过下述方法确定:在测压孔压力稳定后, 开始抽采瓦斯, 观察各测压表读数变化情况, 压力表读数下降51%以上的钻孔均为有效抽采半径内钻孔, 与抽采钻孔距离最远的钻孔到抽采孔的间距即为有效抽采半径的大小。

2 抽采半径的数值模拟分析

2.1 数值模型及材料物理力学参数

数值模型以常村矿试验区3#煤层煤系地层为基础, 模型尺寸和层位关系按现场实际地质条件确定。建模后划分网格单元26 400个, 节点28 245个。X轴水平向右, Y轴正方向为煤层走向, Z轴正方向垂直向上, 模型尺寸20 m×30 m×16 m。钻孔φ94 mm。所建数值模型如图2所示。

常村矿试验区3#煤层厚5.7~7.3 m, 平均厚6.13 m, 含夹矸1层, 平均厚0.15 m, 直接顶为细砂岩, 平均厚2.8 m;老顶为粉砂岩, 平均厚3.63 m;直接底为粉砂岩, 平均厚1.7 m;老底为细砂岩, 平均厚3.2 m。岩层物理力学参数如表1所示。

模型本构关系采用莫尔-库仑模型, 应力边界条件分别为:竖直方向施加覆岩自重应力;水平方向应力取0.8倍自重应力。位移边界条件分别为:模型顶面为自由边界, 底面完全约束, 四周为水平单约束。模型中瓦斯渗流是以达西定律为基础进行建模的。本文主要模拟钻孔抽采条件下孔周围煤体内瓦斯压力的变化和分布情况。

2.2 数值模拟结果分析

钻孔抽采条件下钻孔周围煤体内应力、位移和瓦斯压力的分布情况如图3~5所示。

由图3可以看出:在煤层抽采钻孔周围, 沿水平方向距孔壁4 cm左右的煤体内出现最大垂直应力, 沿垂直方向距孔壁2 cm左右的煤体内出现最大水平应力。

由图4可以看出:沿垂直方向距孔壁7 cm左右的煤体内出现最大垂直位移0.229 mm, 沿水平方向距孔壁7 cm左右的煤体内出现最大水平位移0.2 mm。

由图5可得:在煤层抽采钻孔周围, 由于抽采负压的作用, 煤体内部与抽采孔壁间存在着压力梯度差, 孔壁周围煤体中的瓦斯向钻孔流动, 进而导致煤层瓦斯压力逐渐降低;在距抽采钻孔中心1.2~1.5 m之间, 瓦斯压力开始明显下降;在距抽采钻孔中心约1.0 m处, 瓦斯压力由原始的0.6 MPa下降至0.3 MPa以下, 下降了50%以上。

数值模拟结果显示, 常村煤矿3#煤层的合理抽采钻孔间距应位于2.0~3.0 m之间。

3 抽采半径现场测试

由于受煤层地质条件和周围开采扰动影响, 煤层瓦斯参数测值波动很大, 以绝对量大小表示的瓦斯压力指标法和瓦斯含量指标法在现场很难应用。但是当抽采钻孔作业时, 周边的测压孔压力值会比其原始测值有相应降低。因此, 选用压降指标法进行现场测定。现场施工情况如图6所示。

1#抽采孔孔径94 mm, 孔深30 m, 与1#和2#测压孔平行, 分别距1#测压孔1.2 m、离2#测压孔1.5 m。将1#抽采孔接入抽采系统后, 抽采负压8~9 k Pa。1#和2#测压孔瓦斯压力变化曲线如图7、8所示。

由图7、8可以看出:在1#抽采孔抽采负压8~9 k Pa、抽采时间为30 d的条件下, 1#测压孔的瓦斯压力由原来0.60 MPa下将到0.45 MPa, 下降了25%;而2#测压孔的瓦斯压力由原来0.50 MPa下降到0.45 MPa, 仅下降了10%。1#测压孔瓦斯压力下降了25%, 说明有效抽采半径<1.2 m。而2#测压孔瓦斯压力下降了10%, 说明抽采影响半径在1.2~1.5 m之间。

为了更加准确地考察有效抽采半径的大小, 在将1#抽采孔关闭之后, 又在1#测压孔左侧与之相距1.0 m的位置重新施工了2#抽采孔, 在2#测压孔右侧与之相距2.0 m的位置重新施工了3#抽采孔, 如图6所示。2#、3#抽采孔的施工参数与1#抽采孔相同。将2#抽采孔接入抽采系统后, 在相

同的抽采负压下, 经过10 d的抽采, 1#测压孔瓦斯压力又由之前0.45 MPa下降为0.05 MPa, 下降了88.9%, 瓦斯压力变化曲线如图9所示。2#测压孔瓦斯压力基本无变化。

由图9可以看出, 在2#抽采孔抽采负压8~9 k Pa、抽采时间10 d的条件下, 1#测压孔瓦斯压力下降了88.9%, 说明有效抽采半径>1.0 m。将3#抽采孔接入抽采系统后, 在相同的抽采负压下, 经过10 d的抽采, 2#测压孔瓦斯压力基本无变化, 说明抽放影响半径<2.0 m。

综上分析可知:在抽采孔孔径94 mm、抽采负压8~9 k Pa、抽采时间30 d左右的条件下, 钻孔抽采影响半径在1.2~1.5 m之间, 有效抽采半径在1.0~1.2 m之间。因此, 合理的钻孔间距应在2.0~3.0 m之间, 此结果与数值模拟结果基本一致。

4 结论

(1) 常村煤矿抽采钻孔周围最大垂直应力位于距孔壁4 cm左右处, 最大水平应力位于距孔壁2 cm左右处, 在距抽采钻孔中心1.2~1.5 m之间, 在抽采30 d的条件下, 常村煤矿3#煤层合理的抽采钻孔间距应在2.0~3.0 m之间。

(2) 经现场测试验证, 采用FLAC3D数值模拟软件对抽采半径大小进行模拟分析是可靠的, 数值模拟结果可以为现场考察钻孔合理间距的确定提供参考。采用数值模拟和现场测试相结合的方法能够方便、快速地确定抽采钻孔的合理间距, 可以大大节省抽采半径的测定时间。

参考文献

[1]陈金玉, 马丕梁, 孔一凡, 等.SF6气体示踪法测定钻孔瓦斯抽采有效半径[J].煤矿安全, 2008 (9) :23-25.

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[3]刘三钧, 马耕, 卢杰, 等.基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术[J].煤炭学报, 2011, 36 (10) :1715-1719.

远程瓦斯抽采 篇8

1 矿井概况

双柳矿现开采煤层为 (3+4) #合并层属二叠系山西组下段顶部煤层, 煤层平均厚度3.75m;直接顶为泥岩, 厚度约2.80m。其特征为灰黑色泥岩, 性脆, 中厚层状, 半坚硬, 含植物根茎叶化石及菱铁矿结核;老顶为细粒砂岩, 厚度为1.91m。其特征为深灰色细粒砂岩, 中厚层状, 水平层理, 层面含云母碎片, 坚硬;直接底为泥岩, 厚度10.51m, 其特征为灰黑色泥岩, 薄层状, 具滑面, 裂隙发育, 含植物化石;老底为细粒砂岩, 其特征为浅灰色细粒砂岩, 夹薄层粉砂岩, 下部裂隙发育, 厚度8.60m。

2 瓦斯来源

(1) 矿井在掘进期间, 由于煤层为二叠系下统山西组下段顶部煤层 (3+4) #合并层, 煤体松, 透气性好。瓦斯来源包括巷道煤壁瓦斯涌出和掘进落煤中的瓦斯涌出两部分。

(2) 回采期间瓦斯来源包括本煤层、围岩和邻近层。

本煤层瓦斯涌出:目前双柳矿所采314工作面煤层煤体透气性良好, 瓦斯在此种条件下便于瓦斯涌出, 不利于瓦斯储存。本煤层瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的45%左右。

围岩瓦斯涌出:煤层顶板为孔裂隙发育的砂质泥岩, 在成煤过程中储存的瓦斯在工作面回采时, 顶板随着老顶周期来压, 分别升至裂隙带和采空区的漏风带的工作面, 加大了回采工作面和上隅角瓦斯量, 占瓦斯总涌出量的55%。

邻近层瓦斯涌出:下邻近煤层离本开采层距离较大 (约80余米) , 对本开采层瓦斯涌出无影响;上邻近2#煤层距本煤层约13.77m, 开采后随顶板垮落, 应力重新分配后主要涌向采空区, 对工作面无太大影响, 一并计入采空区瓦斯涌出量中。

3 瓦斯抽采

3.1 掘进工作面瓦斯治理

巷道掘进长度均在2000m以上, 因此掘进时采用双巷掘进方式, 在掘进过程中分别采用了递进区域预抽、煤体钻场超前预抽等抽采方法进行掩护式掘进, 同时采用边掘边抽的方法进行掘进期间的瓦斯抽采。在保证巷道钻孔预抽时间的前提下, 两条巷道交替掘进。

3.1.1 迈步式递进区域预抽

在掘进巷道开口前, 在巷道左右两帮各施工了一个区域预抽钻场, 使用千米钻机在钻场内沿工作面走向施工预抽钻孔, 每个钻场施工2-4个长度为500m的钻孔, 进行前500m范围内区域掩护掘进;同时巷道每掘进300m左右两帮各布置一个区域预抽钻场, 每个钻场布置2-4个孔, 单孔深度400m (允许掘进380m, 保留20m的超前距) , 在工作面掘进距离达到允许掘进长度后继续施工区域预抽钻场, 具体的布置与前一个钻场一致, 始终保持掘进工作面在区域预抽掩护范围内掘进。

3.1.2 煤体钻场超前钻孔预抽

掘进巷道掘进期间在煤体另一侧 (回采时采面侧) 每隔60m施工一个煤体钻场超前进行预抽, 每个钻场施工2-6个斜向钻孔, 单孔平均深度100m, 钻孔呈扇形布置, 超前抽采掘进巷道前方煤体中的瓦斯, 保证掘进工作面在掩护范围内掘进。

3.1.3 掘进期间边掘边抽

在掘进工作面运巷、抽采巷两巷巷道开口100m往里依次施工本煤层钻孔, 每隔6米施工一个本煤层钻孔, 本煤层钻孔开孔8m用Φ89mm钻头施工, 后换用Φ75mm钻头, 孔径75mm, 孔深100m。

在回采工作面过程中, 在314专用抽采巷内向工作面上隅角施工穿层钻孔, 钻孔穿过煤柱进入冒落带, 抽放上隅角瓦斯。每12m布置一个钻孔, 钻孔深度35m。钻孔孔径75mm。钻孔总数137个。采空区钻孔施工后, 及时加设挡板;在回采时根据回采进度依次连接抽放。

3.2 裂隙带用抽采巷高、低位钻孔抽采

裂隙带钻孔布置在专用314工作面抽采巷前进方向的右帮, 钻孔从停采线依次往工作面布置, 每隔6m布置一个钻孔。钻孔终孔高、低位度控制在22m-25m左右, 高位孔控制在30m-40m左右。钻孔深入工作面煤壁20m, 孔高1.7m, 终孔为75mm。钻孔从停采线往工作面依次编号, 在专用抽采巷距切割巷60m范围内施工密集高、低位顶板钻孔, 孔间距变为3m。在施工过程中可根据工作面实际情况对钻孔参数进行调整 (在初采时、掘进期间地测资料确定的顶板变化与地质变化带, 将钻孔间距缩小至3m) 。

3.3 回采时采用边采边抽的抽采方法进行回采

用材料巷、运输巷在掘进期间已施工好的本煤层钻孔及区域预抽钻孔进行预抽, 运巷煤体钻场裂隙带钻孔抽采, 抽采巷高、低位裂隙带钻孔抽采, 抽采巷采空区钻孔等抽采方法进行工作面的瓦斯治理。

4 抽采效果

目前矿井瓦斯绝对涌出量为88.47m3/min, 其中矿井瓦斯抽采量50.42m3/min, 风排瓦斯量为38.05m3/min, 瓦斯抽采率为56.99%。高浓系统抽采浓度30.2%, 抽采量38.56m3/min;低浓系统抽采浓度7%, 抽采量11.86m3/min。各工作面的抽采情况见表1。

按照抽放率大小, 我国主要瓦斯抽放矿区可以划分为3类。

Ⅰ类矿区:瓦斯抽放率>40%, 抽放效果好。

Ⅱ类矿区:瓦斯抽放率25%~40%, 抽放效果一般。

Ⅲ类矿区:瓦斯抽放率<25%, 抽放效果差。

矿井的实际瓦斯抽采情况与我国主要瓦斯抽放矿区的分类划分对此, 双柳矿瓦斯抽放效果良好。

5 结论

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇9

随着经济的不断发展和社会的不断进步, 我国煤矿产业随之得以迅速发展, 煤矿能源也逐渐占据着我国能源的主要地位, 成为了不可或缺的一部分。但煤矿井下瓦斯爆炸事故常有发生, 社会各界由此提高了对煤矿井下瓦斯抽采技术的重视程度。同时, 也对煤矿井下瓦斯抽采技术提出了更高的要求。所以, 要通过更为有效、创新的方法提高煤矿井下的瓦斯抽采率, 尽可能地降低煤矿井下的瓦斯含量和煤矿井下瓦斯涌出含量, 这对于实现煤矿井下作业稳定安全有着至关重要的作用, 同时也对煤矿安全生产有着积极的促进作用。

1 多分枝地面水平抽采技术

多分枝地面水平抽采技术是一种应用在天然气、石油的抽取技术, 这种技术通过其不断的发展和进步, 更加广泛的应用在多个能源领域, 在能源领域具备着诸多相同点和不同点, 通过不断地总结规律和方法, 将多分枝地面水平抽采技术应用于煤矿井下瓦斯抽采, 并在不断的发展和进步中, 总结经验并大胆创新, 以此创建出多种多分枝水平井的瓦斯抽采技术, 多分枝地面水平抽采技术, 有效地与煤矿井下瓦斯抽采相结合。其中, 多分枝水平井是其应用的主要部分。多分枝水平井包括许多组成部分, 其中包括集束分枝水平井、径向分枝水平井、反向分枝水平井、叠状分枝水平井和羽状分枝水平井这五种组成部分 (如图1所示) 。

多分枝地面水平抽采技术在一定程度上也存在着许多问题。首先, 相当多的煤矿企业在应用多分枝地面水平抽采技术时, 容易出现煤矿顶部边缘地带的损坏。煤矿顶部边缘地带的损坏会影响煤矿的整体结构, 并且由于这种损坏的发生容易引起相应的裂缝, 导致煤矿产生脱落的现象, 进而产生更大的危险, 这便大大增加了煤矿井下的危险性。因此, 多分枝地面水平抽采技术对于煤矿环境的条件限制要求相对较高, 同时也为煤矿井下开采产生了一定的危险性, 从而影响煤矿井下瓦斯抽采的效果;其次, 多分枝地面水平抽采技术需要在一定的接触面积上才可以实现煤矿井下的瓦斯抽取, 这种和煤矿层面的直接接触, 容易破坏相应的煤矿层面, 继而导致煤矿层面的表面破坏程度增大, 不利于保护煤矿井下的整体结构, 由此增大了煤矿井下安全事故的发生率, 但多分枝地面水平抽采技术将不同领域的技术应用于煤矿井下瓦斯抽采中, 能够在很大程度上拓宽煤矿产业的领域宽度, 由此提供了一种更为新颖的方法解决煤矿井下瓦斯抽采问题, 但多分枝面水平抽采技术尚且需要进一步予以完善, 其与多分枝地面垂直抽采技术相比而言, 缺乏保护煤矿整体结构的能力, 所以, 多分枝地面水平抽采技术需要相关人员进行全方位的创新和优化。

2 多分枝地面垂直抽采技术

多分枝地面垂直抽采技术对于煤矿层面的接触面积要求相比而言较少, 能够提高煤矿井下做业的安全性, 但多分枝地面垂直抽采技术需要以一条垂直井作为抽采的核心, 通过多条侧面井的辅助进行更为有效的抽采, 提高煤矿井下瓦斯的抽采量, 不仅需要保证煤矿层面的最小化破坏, 同时也要求卸压瓦斯抽放钻孔可以更准确地达到采动裂隙“O”型圈内, 因此, 垂直井需要其他侧面井位置的确定来确定, 也要根据侧面井的具体位置确定垂直井的位置, 根据侧面井的具体情况确定最为合适的垂直井的方向和角度, 选择侧面井的具体位置, 并且根据要钻孔的稳定性来确定。一般而言, 应当将侧面井的位置置于靠近回风侧的一面, 同时注意将终孔落在“O”形圈内, 以便充分保证垂直井、侧面井的准确与有效性 (如图2) 。

多分枝地面垂直抽采技术具备着诸多优点。首先, 多分枝地面垂直抽采技术能够更大限度的抽采瓦斯。同时, 扩大了煤矿井下瓦斯的抽采范围, 多分枝地面垂直抽采技术可以最大限度地抽采更大范围的瓦斯, 以便减少煤矿井下瓦斯抽取的时间, 从一定程度上提高煤矿井下瓦斯抽采的效率, 提高对煤矿井下瓦斯抽采的抽采量, 同时大幅度提升煤矿井下作业的效率, 并且也为煤矿企业提供了更为高效的抽采方法;其次, 多分枝地面垂直抽采技术更具备相应的完整性。在多分枝地面垂直抽采的过程中, 若其中一条侧面井出现了堵塞的情况并不影响整个煤矿井下瓦斯抽采的进度, 这也就充分保证了多分枝地面垂直抽采技术受到煤矿环境限制的制约更小, 从而减小环境对于多分枝地面垂直抽采的影响, 保证多分枝地面垂直抽采的有效运行;再次, 多分枝地面垂直抽采技术的核心是垂直井, 垂直井对于煤矿井下瓦斯的抽采可以贯穿整个煤矿范围, 因此, 垂直井的抽采更大幅度地提高了煤矿井下瓦斯抽采的效率, 继而减少煤矿企业对煤矿井下瓦斯抽采的相关支出, 降低煤矿井下瓦斯抽采的成本, 从一定程度上提高煤矿企业的经济效益。但是, 多分枝地面垂直抽采技术也存在着一系列的缺点, 多分枝地面垂直抽采技术要求分枝井的开窗口拥有一定的规则性, 同时, 这种分枝井的开窗口要求一次成功, 以此保证完井工具可以更加顺利的通过, 否则会对多分枝地面垂直抽采带来负面的影响, 影响抽采工作的正常运行。

3 斜向钻孔瓦斯抽采技术

斜向钻孔瓦斯抽采技术, 是在工作面的回风侧打顺层斜向钻孔, 并且在工作面开采前进行煤层瓦斯预抽, 然后在开采时进行采动卸压抽采, 这种斜向钻孔瓦斯抽采技术需要一定的技术参数, 其中需要钻孔与巷道的夹角为60°, 同时需要钻孔与水平面的夹角和煤层的倾角相一致, 通常钻孔孔深为120 m, 孔径为94 mm, 孔距为5 m, 但其具体情况还应不同的施工结构而进行改动, 其中钻口需要采用聚氨酯封孔, 其封孔的深度为5~10m, 封孔端的长度最好为1 m, 采用相应指标的PE管, 同时需要铠装胶管与支管相连接, 然后再连接到主管上, 最后连接到地面的泵房, 根据煤矿的具体环境条件确定钻孔之间的间距, 其斜向钻孔的布置图如图3所示。

斜向钻孔瓦斯抽采技术需要对抽采的管路进行有效的管理, 这要求当抽采钻孔在接近切眼并不断报废的过程中, 要进行相应的卸压抽采, 根据抽采的管路将管路予以卸载, 利用法兰片将端头密封。在回采阶段时, 要提前拆除相应的管理以保证煤矿井下的生产运作, 并且要将靠近切眼的钻孔通过软胶管和抽采管相连接, 在抽采管的末端需要特制2~3 m的短管, 同时在短管上制作相应的变径三通, 在钻孔报废时, 保证短管始终在抽采管路的末端位置, 斜面钻孔抽采技术可以大量抽取煤矿井下的瓦斯, 同时也可以提高煤矿井下瓦斯抽采效率, 斜面钻孔抽采技术可以更有效的抽采本煤层的瓦斯, 从而为煤矿井下作业提供更为安全稳定的作业环境, 斜面钻孔抽采技术的要求更为严格, 并且对钻孔的要求程度较高, 需要进行严格的数据分析, 根据煤矿井下的具体情况, 确保斜面钻口抽采的正常运行。

4 结语

综上所述, 在煤矿作业中, 相关人员要了解煤矿井下瓦斯抽采技术, 通过更为科学有效的方法和技术对煤矿井下的瓦斯含量和涌出含量加以控制, 正确应用煤矿井下瓦斯抽采技术, 促进煤矿产业的安全生产和有序运行, 创新煤矿井下瓦斯抽采技术, 并且可以借鉴国外先进的抽采技术, 不断总结抽采经验, 进行深入的创新和分析, 为煤矿井下工作人员提供安全保障, 提高煤矿井下的工作效率, 从而促进煤矿企业的全方位发展。

摘要：主要分析了煤矿井下瓦斯抽采的相关技术, 重点介绍了多分枝地面水平抽采技术、多分枝地面垂直抽采技术和斜向钻孔瓦斯抽采技术的相关特点, 旨在更准确地掌握煤矿瓦斯的相关规律。通过对其相关技术的具体应用及有效实施, 减少煤矿井下的瓦斯事故, 增加煤矿井下的安全性和稳定性, 促进煤矿事业的持续发展与进步。

关键词：煤矿,井下,瓦斯,抽采技术

参考文献

[1]王小荣.煤矿井下瓦斯抽采技术研究[J].山东煤炭科技, 2014 (2) :64-65.

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