高效抽采范文

高效抽采范文（精选4篇）

高效抽采 第1篇

1 国内煤层气抽采及利用现状

国内煤层气开发利用较早。1957年我国就组织过煤层气地面开采试验。20世纪70年代、80年代都进行过进一步探索。进入90年代,在党中央、国务院的重视和推动下,煤层气开发利用全面启动,并写进了《矿产资源法》及相关条例。“十一五”以来,煤层气开发利用已经编制、实施了两个“五年规划”。但目前煤层气产业却存在产量远远赶不上规划,上游投资严重不足,下游配套设施也难以辅助,深度阻碍了这一产业的健康发展。“十三五”规划中,将加快煤层气开发放在了突出地位,这不仅是安全生产、构建本质安全型煤矿的需要,也是能源革命的需要。

2 国内外煤层气抽采及利用技术分析

煤层气是优质清洁能源,综合利用价值很高,除高浓度瓦斯直接民用外,可用于燃气发电机组发电、供热制冷、压缩液化后作动力燃料,还可做甲醇、合成氨等化工产品,也是农药、医药、染料等有机化工产品的基础原料。

(1)国外煤层气抽采及利用技术世界上美国、澳大利亚、加拿大、德国等国家的煤层气产业发展比较迅速,用煤层气发电和作为民用燃料比较普遍。美国是商业化开发利用最为成功,规模最大,主要是将煤层气注入天然气管道系统(煤层气允许进入天然气管道的条件是CH4体积分数要高于95%),除此之外,还用来生产汽车燃料及合成氨、甲醇等。加拿大的煤层气资源量占世界第二位,拥有连续油管施工技术和煤层气液氮压裂技术两项关键技术,主要用来发电。德国在煤层气发电利用上较为成功,主要技术特点是模块化燃气发电机组,采用集装箱式设计,便于拆装、运输,对30%浓度以上甚至略低于30%甲烷浓度的气体进行发电利用,实现了热电联产。印度和英国则主要把煤层气用于发电或汽车燃料(CNG)。

同时,各国在研制高性能抽采泵,腐植酸处理煤层结合水力压裂技术,交叉、大直径和放射状钻孔等抽采技术,以及抽采装备方面聚氨酯封孔等新型封孔器都在不断推陈出新。此外,许多国家对煤层气开发给予税收优惠等方面的政策支持,也让煤层气抽采技术不断提升。

(2)国内煤层气抽采及利用技术国内煤矿中普遍采用的煤层气抽采方法是综合抽放瓦斯和地面利用钻孔抽放本层煤层气。综合抽放瓦斯是采矿预抽、过程邻近层及采空区等多种抽采方法。地面钻井开采方式在国外比较成熟,但在国内开采仍有一定困难,主要是我国地形、地貌区域性差异大,除沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘外,其它地区目前实现规模化、产业化开发难度大。但随着国家政策调控,去产能造成的废弃矿井更多,采用地面钻井开采方式变得愈加迫切。

国内当前地面开发抽采技术与重大装备研发技术很多,有构造煤煤层气勘探、低阶煤测试、空气雾化钻、煤层气模块化专用钻机、多分支水平井钻井、水平井随钻测量与地质导向、氮气泡沫压裂、水平井压裂、低压集输等技术。应用效果如:煤矿区地面抽采技术,煤层气(浓度)分级利用技术,在晋城、潞安、松藻等矿区应用并取得良好效果。

3 层气抽采及利用技术主要存在的困难

煤层气的开发需要上游、下游协同发展,要形成产业化基地,形成勘探开发、生产加工(发电、配气、合成C1化工产品等)、输送利用一体化发展的产业体系。煤层气产业已受到各国普遍重视,但煤层气产业发展方兴未艾,整体上处于开发利用的初级阶段。近年来,我国煤层气勘探开发方面取得了很大的进展,但也面临着地质和技术的挑战。我国实现煤层气大规模产业化开发存在瓶颈及解决方法也日渐成熟。如:针对煤层气和煤炭矿权重叠的老大难问题,山西有望借此契机在全国率先走出破解之道。煤层气开发利用存在的问题也引起了国家的重视,未来的发展潜力更加广阔。

4 结语

我国煤层气抽采技术发展速度较快,但是利用率仍然偏低。如何利用先进的瓦斯抽采技术,让瓦斯变废为宝,同样是预防和治理矿井及废弃矿井的必要手段。我国地域广阔,煤层气储量丰富,当前瓦斯抽采中需根据各矿区地质和生产的实际,重点研究综合抽采,中和抽采技术和方法的优化组合,通过对区域抽采煤层气的气体成分进行分析,根据瓦斯浓度的不同,选择不同的利用方式,对中高浓度瓦斯(CH4≥30%)、低浓度瓦斯(30%>CH4≥1%)和乏风瓦斯(CH4<1%)进行高效利用,实现煤层气利用的最大效用。

摘要：在新能源的生产和利用方式都在变革,国家着力构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系形势下,煤层气开发利用不断被推进。但我国的煤层气利用技术还不成熟,高效利用煤层气,优化能源结构,提高能源利用效率,是业界需要探讨的一个重要课题。

关键词：煤层气,高效利用

参考文献

[1]邵凯旋.中国煤层气产业发展分析与展望[J].河南科技,2014,(10).

高效抽采 第2篇

关键词：煤矿,瓦斯抽采,定向长钻孔工艺

一、煤矿瓦斯抽采定向长钻孔工艺的优越性分析

定向长钻孔工艺具有以下优点:其一, 瓦斯抽采效果非常高。定向长钻孔工艺的单孔平均流量能够达到, 百米钻孔瓦斯平均流量能够达到, 这两项数值分别为同等地质条件下穿层钻孔的50倍和9倍。此外, 常规的穿层钻孔瓦斯抽采浓度约为40%左右, 而定向长钻孔的瓦斯抽采浓度高达95%以上, 平均浓度约为80%, 相当于穿层钻孔的2倍;其二, 能够补充较为精确的地质资料信息。定向长钻孔工艺能够借助其分支技术探明井下煤层顶板、底板以及断层等地质情况, 这样便可以为煤矿企业补充较为精确的矿区地质资料信息;其三, 钻孔施工作业具有较强的适应性。常规的穿层钻孔施工工艺经常会受到时间和空间的制约, 一般需要在区段底板岩石集中巷形成之后方可进行钻孔施工, 而定向长钻孔工艺则不会受到这些限制, 其能够在现有的井下巷道内利用钻机精确定向技术施工钻孔, 进而完成对目标区域瓦斯的抽采作业;其四, 钻孔覆盖范围大。常规的穿层钻孔在施工过程中会受到岩石集中巷以及机械设备的制约, 抽采区域范围内大约有50m左右的盲区, 而定向长钻孔由于能够借助其钻进分支技术, 从而可以将钻孔覆盖到整个抽采区域, 这样便能够消除抽采盲区, 同时水平分支孔还能够进一步提高煤层的透气性, 有助于瓦斯抽采效果的提升。综上, 定向长钻孔瓦斯抽采工艺有着穿层钻孔无法比拟的优越性, 值得在各大煤矿推广应用。

二、定向长钻孔高效成孔工艺及瓦斯抽采效果研究

(一) 煤矿井下顶板岩石定向长钻孔瓦斯抽采工艺

1.钻孔布置。定向长钻孔瓦斯抽采工艺成败的关键在于钻孔布置得是否合理。通常情况下, 在确定层位时应充分考虑以下两个方面的因素:其一, 钻孔应当布置在裂隙带内, 最佳布设位置为裂隙带的中上部, 尽可能不要过高或是过低, 这样不仅有助于确保瓦斯抽采的浓度和抽放量, 而且还能够避免钻孔过程中因为岩层强烈移动而被切断使抽放失败的情况发生, 采空区上方裂隙带的高度大致为实际采高的10~30倍左右;其二, 应当尽量选择中硬岩层作为布孔层位, 避免钻孔布设在软弱岩层上, 这样能够显著减少由于跨孔造成钻孔堵塞的情况发生。钻孔在煤层倾斜方向布置可以按照0形圈理论以及采场通风条件对瓦斯流动性的影响, 再结合煤层倾角将孔位布置在距离回风巷0.2~0.3倍工作面长处比较适宜。

2.钻机、钻具以及钻孔施工工艺。采用的钻机为西安煤科院研制的ZDY6000LD, 其钻孔深度为1000m, 钻孔角度范围为-10°~20°, 电动机功率为90k W, 设备重量为10000kg。具体适用范围如下:ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机属于自行式、低转速、大扭矩类型钻机。不仅适于采用孔口回转方式施工大直径长钻孔, 而且也可以采用孔底动力随钻侧斜方式钻进沿煤层定向长钻孔。该设备的结构特点如下: (1) 既适于采用孔口回转方式施工大直径长钻孔, 也可以采用孔底动力随钻侧斜方式钻进沿煤层定向长钻孔; (2) 钻机集主机、泵站、操作台、水泵和电磁启动器于一体, 采用全液压动力头结构, 装有履带行走机构, 搬迁方便; (3) 回转器为通孔结构, 钻杆长度不受钻机结构尺寸的限制; (4) 机械拧卸钻具, 卡盘、夹持器与油缸之间, 回转器与夹持器之间可联动操作, 自动化程度高, 工作效率高, 操作简便, 工人劳动强度小; (5) 采用双泵系统, 回转参数与给进参数独立调整, 提高了钻机对各种不同钻进工艺的适应能力, 用支撑油缸调整机身倾角方便省力; (6) 液压系统保护装置完备, 性能可靠。液压元件, 通用性强, 便于维修。

3.瓦斯抽放效果分析。千米定向钻机主要应用于瓦斯区域预抽, 钻孔孔径为96mm, 负压5k Pa-15k Pa, 浓度范围45%~85%, 自2011年10月开始使用, 至今浓度一直保持这一范围内, 并未出现任何变化情况。

(二) 千米钻机瓦斯抽采施工工艺

1.开孔。 (1) 在进行开孔前, 应当先对钻场内及回风流的瓦斯浓度进行检查, 确保浓度低于0.5%时方可进行开孔施工, 同时还应对供水和供电情况进行检查, 看其是否正常, 排水、排渣以及避灾线路是否畅通, 若是存在安全隐患则不得施工, 必须采取相应措施将隐患清除才能开钻; (2) 操作人员应当在启动钻机前对作业现场进行巡视, 要严格按照设计参数进行开孔, 并将倾角与方位角控制在设计范围3°以内, 开孔时操作应遵循轻压慢进的原则, 保证开孔倾角和方位角与设计要求相符, 这有助于封孔时孔口管的顺利下入; (3) 开孔时先采用Φ96mm的PDC钻头回转钻进12m然后提钻, 在采用Φ153mm的复合片扩孔钻头进行扩孔, 扩至6~7m左右后进行洗孔, 确保孔内清洁无煤渣后推出钻杆, 随后下入Φ108mm孔口管, 关口外端必须超出煤壁30cm; (4) 待孔口管凝固以后, 将孔口三通、收气罐、气水分离器与沉渣池进行连接, 排水和排渣管应当接至回风侧, 所有的连接软管都应当采用钢丝扎紧, 保证严密不漏气, 孔口应使用棉纱以及专用装置封严, 确保钻进过程中无瓦斯和水溢出。

2.钻进要点。 (1) 正式钻进前, 应检查瓦斯、风电闭锁装置是否能够正常工作, 并对钻场的瓦斯浓度进行检测, 开新孔时, 钻具组合完毕以后, 下入马达之前, 应当将马达头朝向正上方, 确保钻具不回转, 下入至15m左右的位置处, 然后点击开新孔, 并自动修正工具面, 若是提钻应当检查钻具, 并重新对组合钻具进行组合; (2) 钻进过程中, 应当始终保持钻压均匀稳定, 加压和减压应连续进行, 不得采用跳跃式加压。同时, 为避免孔口管对测量探管的影响, 首次测量距离应当放在15m, 以此来确保孔口数据准确, 此后每次钻进3m对倾角和方位角进行一次测量, 这样有助于及时对工具面进行调整, 可使钻孔轨迹始终按照设计延伸; (3) 在打孔的过程中, 应当时刻注意水压、水量以及孔口返渣情况, 若是水压过高、水量过低, 则表明钻进速度过快, 应进行相应调整, 钻进时应采用气水分离器, 边抽边钻, 当钻头距离孔底3m左右时, 应减缓速度, 避免损伤钻头的情况发生; (4) 当钻孔施工至设计深度之后, 应进行一次洗孔, 以此来保证顺利退钻和抽放通道畅通。钻孔完毕后, 应通知有关部门进行验收。

参考文献

[1]王平虎.顺层定向长钻孔预抽瓦斯区域防突技术在特大型突出矿井中的应用[J].矿业安全与环保, 2011 (3) .

[2]常江华, 等.煤矿定向长钻孔坑道钻机顶部开放式复合夹持器的研制[J].煤矿机械, 2011 (7) .

高效抽采 第3篇

随着矿井瓦斯抽采监控系统的普及, 瓦斯抽采监控系统实现了精度高、稳定性好、易于安装和维护等特性, 不仅能够实现煤矿井下瓦斯抽采连续实时在线监测, 而且能精确测定瓦斯抽采参数, 为进行瓦斯抽采达标评价、保障矿井安全生产提供了必要手段[9,10]。同时计算机技术的发展使大数据快速、深度的分析得以实现。基于抽采监控系统大数据, 利用计算机模拟分析得出煤矿区域的抽采衰减规律已有部分研究[11,12,13], 但大多数仅对局部抽采区域进行分析计算, 而在实际抽采工作中均有多钻场或多区域的情况, 并且为了降低成本和降低抽放阻力, 对于一个工作面矿方仅统一安装一套监控设备, 无法应用简单的分析模型。为此, 本文提出利用阶梯分析模型解决该问题。

1规律分析模型

在煤层里打孔接管用于瓦斯抽采, 其抽采量与钻孔数量 ( 固定孔深) 呈正比, 单位钻孔长度在时间维度上的抽采量g ( t) 呈衰减至0的规律, 即g ( t) = qt= q0e- βt ( 其中, q0为单位钻孔初始抽采量; β 为常量系数) , 因此单位钻孔的累计量规律f ( t) 为趋近于常数C的函数[14,15,16], 即f ( t) = Qt= α ( 1 - e- βt) = ( 1 440q0) / β ( 1 - e- βt) ( 其中, α为常量系数, α = 1 440q0/ β) 。

实测值为总管路中的累计量 ( 图1) , 它是由各组钻孔中瓦斯汇集得到, 钻孔按时间顺序依次接入总管路, 各组钻孔长度不同, 但单个钻孔累计抽采量均满足f ( t) 。

根据总管路中的累计量拟合求出单个钻孔长度的累计量规律, 一般不用考虑直接拟合第1段累计值, 因为大多数情况仅能获取到后面或者中间的几段准确数据。

根据以上思路可以得出等式:

式中, Li为i段钻孔长度。

式中, ψi (t) 为前i段所有抽采量累加拟合函数。

根据该公式就可以得出第i段的总体累计量规律, 再结合第i段的实际钻孔情况得出单个钻孔累计量规律。其中 ψi - 1 ( t) 和 ψi ( t) 由测量数据实时拟合, 该函数也应该为趋近于常数的指数函数, 因此有:

2模型的数值分析方法

2. 1模型多项式拟合法

为了便于计算, 将2个规律公式的多项式次数均定义为二次多项式。则可得到:

其中, ai、bi、ci为已知常数。

其中, a、b、c为未知常数。

利用多项式的同阶系数对等, 由此等式即可解出常数a、b、c。

2. 2多项式拟合的病态问题

在多项式拟合叠加过程中发现f ( t) = at2+ bt + c并不收敛于f ( t) = α ( 1 - e- βt) , 在超出分析区域后拟合函数值与实际规律函数误差迅速增大, 甚至出现违背实际规律的值, 该误差并不随着拟合次数的增加而减少, 即多项式插值出现病态性质[17]。

为了解决该问题, 首先想到利用分段线性插值的方法, 但经过研究发现在实际中并不实用。瓦斯抽采规律的分析一般需要在抽采初期进行精准的拟合和较为准确的预测, 分析数据在整个抽采周期所占比例较小, 因此要用当前数据分段插值并预测出整个抽采规律并不现实, 所以本文采用趋势拟合法解决这一问题。

2. 3趋势拟合法

在数值分析中非收敛多项式的病态性质导致其无法应用于规律预测中, 但在工程应用中如能预测出大致规律, 则可用规律函数进行趋势拟合。

在区间xi∈[a, b]有一组实测数据{ yi= P ( xi) ( i = 0, 1, …, n) } , 如根据实测数据直接计算结果值进行拟合, 则在区间xi∈[b, c]会遇到病态性质、出现较大偏差, 所以采用以下方法。

3工程实践

3. 1试验区域概况

试验区井田位于沁水煤田西北部, 其中西区瓦斯含量为9. 01 m3/ t, 东区瓦斯含量为12. 21 m3/ t; 从测试的数据来分析, 西区和东区存在局部区域瓦斯偏高的情况。从实验室煤样工业分析报告来看, 西区现场瓦斯解吸量较东区小, 残存瓦斯量较东区大。

3. 2钻孔瓦斯抽采记录

通过对抽采计量的考察, 获取了某工作面2014年5月至2015年1月的抽采数据, 根据抽采钻孔接管时间的不同, 可以分为5个阶段。如果在单一阶段内钻孔也是逐步接入, 则使用最后钻孔接入时间作为该阶段总的钻孔接入时间。

3. 3规律分析

进而拟合得到 ψ6 ( t) 多项式:

通过实测点直接拟合出 ψ7 ( t) 多项式:

将f6 (t) =at2+bt+c代入模型公式得到:

解出a=4.13×10-4, b=0.35, c=23.14。

最终得到f6 ( t) 的趋势函数:

同样可得其他5段的趋势函数, 拟合出工作面最优趋势函数f ( t) = 54 × ( 1 - e- 0. 034t) 。

3. 4抽采半径分析

通过单位钻孔抽采时间与抽采量的关系可以分析工作面控制区域瓦斯含量降低q时抽采半径与抽采时间之间的关系。试验区域抽采达标需将瓦斯含量降低9 m3/ t, 因此有极限排放半径为0. 85 m, 抽采半径与时间的关系为r = 0. 111 7t0. 345 8。

4结语

通过模型的构建实现了基于抽采监控系统数据的组合钻孔抽采规律研究。该规律基于多钻孔的抽采分析, 避免了单个钻孔数据分析的孤立性, 更真实地反映区域抽采的趋势性。

提出了规律分析模型的数值解法, 通过对试验区域的抽采数据实际分析, 得出了试验区域抽采量与时间的关系、抽采衰减规律以及当前工作面最佳钻孔间距与时间的关系。

由于在分析过程中使用了大量数据拟合方法, 造成了一些误差, 需要在实际应用过程中及时修正参数, 使分析结果更贴近真实。

摘要：基于准确有效的抽采监控数据分析瓦斯抽采规律, 得出了样本工作面瓦斯抽采累计量与抽采时间的关系以及钻孔瓦斯抽采的衰减规律。对区域组合钻孔抽采数据进行统一分析, 弥补了单一钻孔抽采分析易受扰动的缺陷。根据抽采规律, 结合瓦斯地质相关资料, 计算出当前工作面最佳钻孔间距, 提高了抽采的有效性和安全性。

高效抽采 第4篇

关键词：立体抽采,先抽后采,煤与瓦斯突出,厚煤层,钻孔布置

综采放顶煤开采技术是我国厚煤层安全高效开采广泛采用的技术,但在高瓦斯及煤与瓦斯突出厚煤层开采过程中,如果采用该技术,就必须首先消除区域煤层的突出危险性。因此,对于具有突出危险的煤层,应采取正确的开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防突措施[1],消除开采区域的突出危险性,进而合理布置开拓开采系统,以保证安全生产。在煤与瓦斯突出厚煤层中如何选择瓦斯抽采方法,确定合理的工艺及抽采参数,对于保证抽采达标、经济高效及技术合理具有重要的现实意义。

煤层瓦斯抽采是解决煤与瓦斯突出的有效手段,其主要分为巷道抽采与钻孔抽采两种方式,并以钻孔抽采为主 [2],而钻孔抽采按钻孔布置方式不同又分为穿层钻孔和顺层钻孔两类[3]。笔者将讨论对于同一区域煤层既采用穿层钻孔又采用顺层钻孔,并且以长短钻孔互相搭配组成立体抽采的钻孔布置工艺,并分析该工艺所产生的实际效果,为有效消除区域厚煤层突出危险性提供一定的借鉴经验。

1 工作面基本情况

鹤岗矿区是我国著名的高瓦斯煤层矿区,长期采用综采技术工艺开采15#和18#煤层,存在开采效率低、瓦斯治理难度大等问题。鹤岗南山煤矿为煤与瓦斯突出、易自燃厚煤层群开采的典型矿井,现主采的15#煤层厚度为11~15 m、18#煤层厚度为12~14 m,平均层间距20~33 m,均属突出危险煤层。煤层不仅瓦斯含量较高,而且具有瓦斯压力大、有突出危险性、透气性低、煤层上部有软夹层结构、无邻近保护层可采等赋存特征。笔者以南山煤矿盆底区南翼15#煤层一分段外延工作面作为试验区域,采用钻孔预抽煤层瓦斯等综合防突技术措施对其防突效果进行研究。

在南山矿15#、18#煤层分别采集煤样送实验室进行瓦斯基础参数测定,结果见表1。

长期以来的实践经验证明,南山煤矿瓦斯预抽率达到30%~60%,即可达到消突效果,瓦斯超限问题就能得到基本解决,而且当配风量减少一半以上时,采空区漏风量明显减少,也有利于防止采空区自然发火[4]。

2 立体钻孔布置工艺

在充分论证国内外防突技术的基础上,结合外延工作面具体条件,提出了采用底板岩石巷施工穿层短钻孔和穿层长钻孔相结合预抽煤层瓦斯的区域防突措施,并采用顺层短钻孔边采边抽的方法治理煤层瓦斯涌出。

2.1 穿层短钻孔预抽

在外延工作面15#煤层底板岩石巷内布置穿层钻孔钻场,钻场间距50 m,共布置20个钻场,每个钻场钻孔15~40个,共布置495个,钻场位置见图1,钻孔参数见表2。钻孔布置采用上下两排设计,孔径75 mm,终孔位于煤层顶板,使钻孔均匀控制外延面煤层,终孔间距15 m。各钻场自2003年10月开始相继投入抽采,至2007年7月全部结束,共计预抽46个月,期间钻孔抽采瓦斯体积分数平均为70%,单孔瓦斯纯量0.009~0.012 m3/min。截至采前共抽采瓦斯355万m3,瓦斯预抽率达到37%。

2.2 穿层长钻孔预抽

为实现预抽效果的最优化,设计在外延面南一段和北二段的进风反上各布置1处穿层长钻孔抽采钻场,共计2个,具体布置如图2和图3所示。

采用ZY-300型全液压钻机钻孔。2个钻场设计均采用扇形布置,设计角度3°~15°。 孔长120~300 m,孔径94 mm,孔数20~22个,钻孔沿煤层走向布孔,钻场开孔位置距15#煤层底板垂距5 m,终孔位置在15#煤层顶板。布孔时尽量确保钻孔与煤层保持较小的夹角,以保证钻孔在煤层中得到最大的直线长度。在实际施工过程中,北二段进风反上钻场共施工钻孔28个,自2005年10月开始抽采,至2006年12月结束,共计预抽15个月,单孔最大瓦

斯流量0.15 m3/min,累计预抽瓦斯达95.8万m3。南一段钻场施工钻孔16个,自2005年12月开始抽采,至2006年8月结束,共计预抽9个月,单孔最大瓦斯流量0.12 m3/min,共计抽采瓦斯84.9万m3。抽采参数见表2。

2个穿层长钻孔钻场在外延工作面共施工钻孔44个,在有效抽采时间内,共抽采瓦斯180.7万m3,瓦斯预抽率为20%,而且长钻孔抽采瓦斯流量稳定,瓦斯浓度较高,能够较好地满足抽采达标的要求。

采用穿层短钻孔和长钻孔预抽煤层瓦斯是有效的区域防突措施[5,6,7,8],通过长时间预抽,煤层瓦斯预抽率可达到40%以上,不仅能够有效解决瓦斯超限问题,同时消除了煤层的突出危险性。

2.3 顺层短钻孔边采边抽

在采用穿层短钻孔和长钻孔预抽瓦斯消除区域煤层突出危险的基础上,设计了同时采用高位钻孔和顺层钻孔相结合的辅助抽采方式。具体设计:在外延面回风巷每隔30 m,布置1处顺层钻孔钻场,共计8处,每个钻场平均施工钻孔10个,累计131个。钻孔布置方式采用顺层和高位抽采两类,每类钻孔由于作用不同在布置工艺上有较大区别。顺层钻孔采用垂直于回风巷向工作面煤体按扇形布置钻孔,终孔位于距离进风巷25 m的煤层顶板内,主要抽采工作面回采期间煤体的卸压瓦斯。高位抽采钻孔采用迎向回采工作面方向向顶板垮落拱上方的垮落破坏区布置钻孔,钻孔为扇形上下2排布置,上排钻孔终孔位于距离煤层顶板25 m处的裂隙带内,下排钻孔终孔位于距离煤层顶板15 m处的垮落带上部,以捕集处于垮落破坏带上部和裂隙带内来自邻近层涌入采空区的高浓度瓦斯,从而形成相对独立的瓦斯抽采系统。钻孔布置如图4所示。钻孔抽采瓦斯体积分数达到45%~56%,单孔瓦斯抽采量为0.035~0.053 m3/min,采场瓦斯抽采率为31%,累计抽采瓦斯量约为56万m3。

3 瓦斯抽采率

根据按钻孔控制范围内煤层瓦斯储量、抽排瓦斯量和按煤层瓦斯含量分别计算煤层瓦斯抽采率。第1种方法计算的瓦斯储量为956.3万m3,抽排量为535.7万m3,抽采率为56%;第2种方法测定的采用立体抽采钻孔布置工艺后煤层瓦斯含量为2.795~5.375 m3/t,瓦斯抽采率为35.7%。综合两种计算结果得出外延工作面的瓦斯预抽率均达到30%以上,同时煤层瓦斯含量小于8 m3/t,符合《防治煤与瓦斯突出规定》的消突指标要求。

4 结语

1) 对于有突出危险性的煤层部分区域采用预抽煤层瓦斯的方法,可以消除其突出危险性,使煤炭物理结构发生变化,简化生产系统的布置与施工,减少工作面安全生产隐患,改善工人作业环境,降低生产成本。由于是基于瓦斯立体抽采技术,因此试验工作面在消除突出危险后采用了综采放顶煤开采技术,简化了生产工艺,提高了经济效益。

2) 采用穿层和顺层布置的长钻孔与短钻孔相结合立体抽采工艺,长期综合抽采,能够有效降低煤层瓦斯含量与压力,相对于单一采用某种工艺,抽采效率与抽采效果有明显提高。试验工作面经立体抽采后,回采期间绝对瓦斯涌出量为1.2~12.0 m3/min,平均为8.1 m3/min;与同区域未采用立体抽采技术煤层相比,减少量高达63%,有效保证了瓦斯抽采工作的达标。

参考文献

[1]陈骥,祖文全,段启刚,等.顺层下向长钻孔预抽瓦斯防突技术[J].矿业安全与环保,2010,37(1):65-68.

[2]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京:煤炭工业出版社,2012.

[3]胡千庭.煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007.

[4]刘林.煤层群多重保护层开采防突技术的研究[J].矿业安全与环保,2001,28(5):1-4.

[5]王海锋,程远平,吴冬梅,等.近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化[J].煤炭学报,2010(4):590-594.

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[7]蔡毅,蒲家全,李秋林.煤层突出危险性鉴定指标分析[J].矿业安全与环保,2011,38(4):87-88.