采空区瓦斯抽放.doc

采空区瓦斯抽放    摘要：我国煤矿采空区瓦斯抽放方法种类较多，称谓也不十分统一；适用条件不同，在各矿区抽放效果也不尽相同。通过系统梳理和总结我国现在比较成熟的采空区瓦斯抽放技术，分析其特点及应用情况扣条件，从中优选出先进的技术，并进行适用性研究。优选出的抽放技术可在全国范围内推广使用。    关键词：采空区；瓦斯抽放；优选    采空区瓦斯是回采工作面瓦斯涌出主要来源之一，而采空区瓦斯抽放具有抽放流量大、来源稳定等特点，成为回采工作面瓦斯治理的重要手段。尤其是对于本煤层预抽效果不理想、采空区瓦斯涌出量大的工作面，采空区抽放方法是首选的抽放方法。近年来，国内外对高瓦斯矿井采空区瓦斯抽放进行了大量的研究，随着煤矿安全生产以及对瓦斯利用的重视，采空区抽放比例正在逐步增大。    目前，我国煤矿采空区抽放方法种类较多，称谓也不十分统一；适用条件不同，在各矿井抽放效果也不尽相同。如果系统梳理和总结我国现在比较成熟的采空区瓦斯抽放技术，分析其特点及应用情况和条件，从中优选出先进的技术并进行适用性研究，并在典型矿区推广使用，其意义是深远的。    1 采空区瓦斯抽放方法分类    如图1所示，采空区瓦斯抽放方法根据采空区类别按瓦斯来源可分成3类：回采工作面采空区瓦斯抽放方法、老采空区瓦斯抽放方法、报废矿井瓦斯抽放方法。其中回采工作面采空区瓦斯抽放方法又为冒落带(冒落拱)瓦斯抽放、采空区积聚瓦斯抽放及回采工作面上隅角局部积聚瓦斯抽放等3种方法。而采空区瓦斯抽放方法又根据实施方式的不同分为钻孔抽放方式、巷道抽放方式、插(埋)管抽放方式。本文主要依据瓦斯来源分类方式展开。    2 采空区瓦斯抽放可行性    向冒落带打钻或用低位集瓦斯巷道方式比邻近层瓦斯抽放率低，抽放瓦斯浓度也要低，但比埋管抽放采空区积聚瓦斯的抽放率及浓度要高，抽冒落带邻近层瓦斯及插埋管抽采空区积聚瓦斯，技术上都是可行的。        图1 采空区抽放瓦斯方法分类    插管抽放(排)上隅角瓦斯，在技术上也是可行的，但一般浓度较低(<20%)，所以需要单设一趟抽放瓦斯管路进行抽放。    此外，当煤层属于容易自燃及自燃煤层时，采空区瓦斯抽放时，必须实施采空区自然发火监测，抽放负压不能过大，以防止采空区煤的自燃。    3 采空区瓦斯抽放方法优选原则    采空区瓦斯抽放方法优选遵循以下原则：以图1列出的分类方案为基础，系统的进行优选，重点优选应用范围广、适用性强，便于煤矿采用，效果较好的抽放瓦斯方式方法；优选对抽放瓦斯方法技术还需改进，但有发展前景的抽放瓦斯方式方法；优选配合我国煤炭工业技术进步，适应新的开采工艺技术而发展的抽放瓦斯方式方法。由于地质开采条件的改变，原来抽放瓦斯效果好，目前已不再应用的抽放瓦斯方式方法，不作介绍。    4 采空区瓦斯抽放方法技术优选及适用性    4.1 回采工作面采空区瓦斯抽放方法    4.1.1 采空区冒落拱(带)卸压瓦斯抽放方法    抽放采空区冒落拱(带)卸压瓦斯的手段有两种：抽放钻孔与顶板走向巷道抽放。    钻孔布置方法可以从回风巷布孔抽放冒落拱(带)瓦斯(如图2)，也可以从回风巷高位钻场布孔抽放冒落拱瓦斯。当存在近距离邻近层卸压瓦斯大量涌向回采工作面采空区时，可采用打钻孔到冒落拱上方抽放采空区卸压瓦斯的方法。        图2 从回风巷布孔抽放冒落拱瓦斯方法    若从回风巷掘-36m长的钻场，向上爬高层位后再打孔，抽放效果会更好。缺点是：增加了斜巷钻场掘进量；钻场掘在回风巷下帮，机采面过该斜巷时有一定困难；且高位钻场内存在通风问题；钻机斜巷搬运困难。    利用顶板走向煤(岩)巷道抽放采空区瓦斯主要用于邻近层瓦斯涌出量大(一般达30m3/min以上)用钻孔抽放瓦斯效果不好的工作面。巷道方式与钻孔相比，巷道可以曲线拐弯避开顶板冒落带，防止开口段与开采巷道连通；巷道断面积远大于钻孔，所以有利于收集卸压瓦斯及减少抽放阻力。缺点是增加了矿井的岩巷掘进量，如图3。    顶板走向巷道的层位决定抽放瓦斯效果，原则上应选择在邻近层瓦斯涌出密集区，还应满足工作面采过后不会很快被破坏。根据回风巷岩石移动卸压角及通风负压影响，顶板走向巷道距回风巷的投影距离应大于24m，小于工作面长度的1/2，一般位于1/3工作面长度处。顶板走向巷道抽放采空区瓦斯在阳泉、淮南、铁法多个矿区应用较成功。        图3顶板走向巷道抽放(a平面图，b剖面图)    4.1.2 回来工作面采空区积聚瓦斯抽放方法    (1)插(埋)管抽放采空区瓦斯方法。一般有：密封回风巷与尾巷间横贯插管抽放采空区积聚瓦斯方法(图4a)、密闭尾巷抽放采空区积聚瓦斯方法(图4b)、埋管抽放采空区积聚瓦斯方法(图4c)3种，都属于边采边抽采空区瓦斯方法，而前两种适用于适用于有尾巷布置的工作面。    上隅角埋管的方法为每隔30m左右在回风巷抽放管上留一个三通接口，当回采工作面推进到三通前一个班时(放顶前)，用胶管连接抽瓦斯埋管，埋管直径100mm，前端为割有20mm×30mm的小缝隙筛管。埋管尽量插入采空区，而且筛管应抬高距底板有一定高度，以防止积水，煤泥堵塞筛管裂缝。插(埋)管法为辅助抽放瓦斯措施，缺点有：受插(埋)管位置影响，抽放量渡动较大，抽放浓度有时处于爆炸范围，必须加强安全管理，一般另设专用管路抽放；加强自然发火检测。    (2)顶煤专用巷道抽放采空区积聚瓦斯方法。即在煤层中施工顶煤专用巷道，用以抽放采空区积聚瓦斯的方法，如图5所示。有时也采用专用巷与埋(插)管相结合抽放采空区积聚瓦斯方法，如图6。        图4 抽放采空区积聚瓦斯方法        图5 顶煤专用巷道抽放采空区职聚瓦斯        图6 顶煤专用巷与埋(插)管相结合    顶煤专用巷道适用于采空区积聚瓦斯涌出量很大的特厚煤层综放工作面抽放瓦斯。这种方法宜在厚煤层应用。如老虎台回采初期只采用埋管抽放瓦斯方法；走向长度增大后，采用顶煤专用抽瓦斯巷抽放瓦斯方法；在走向长度更加长时，采用顶煤巷道与埋管相结合抽放瓦斯方法，取得了很好的效果。该二种抽采空区瓦斯方法同样要加强对煤自然发火的监测。    (3)工作面上隅角瓦斯抽放方法。上隅角局部积聚瓦斯处理方法除改变回采工作面通风方式外，应采用专用装备抽排上隅角瓦斯，如引射器，移动抽放泵站等。目前较常用的井下移动泵站插管抽放(排)上隅角瓦斯方法如图7所示。    抽放管插入上隅角的最大深度可根据上隅角瓦斯浓度分布点确定。为了移动方便，可用伸缩软管与抽放管相联接，插管可以一根，也可以多根。    插管抽(排)放上隅角低浓度瓦斯在我国许多高瓦斯高产工作面广泛应用。由于浓度低，混合量大，所以要求抽放系统(泵及管路)能力较大。        图7 井下移动泵站抽放上隅角瓦斯方法    4.2 老采空区瓦斯抽放方法    老采空区内容易积聚着大量瓦斯。随着上邻近层的卸压范围增大，远距离邻近层也会下沉而卸压涌出瓦斯。    (1)密闭插管大面积老采空区瓦斯抽放方法。当相邻多个工作面采完时，时常会互相联通。故可在最后一个工作面的回风尾巷密封处，增设一道密封，插入大直径管予进行抽放。    (2)井下钻孔抽放老采空区瓦斯方法。抽放瓦斯钻孔可以从已采区的保留巷道向老采空区打高仰角走向钻孔，也可以从下一工作面回风巷或尾巷打高仰角的穿层钻孔。    (3)地面钻孔抽放老采空区瓦斯方法。一般在地面钻孔抽放上邻近层瓦斯后，可以在工作面回采结束后继续再抽放老采空区瓦斯12s，国内外应用效果都较好，不再赘述。    4.3 报废矿井瓦斯抽放方法    报废矿井瓦斯抽放方法是指全矿井封闭后，利用原有的井巷，根据瓦斯涌出地点进行抽放瓦斯工程布置开展瓦斯抽放，我国至今还没有进行。而法、英等国，由于报废矿井的瓦斯储量丰富、而且长时间向大气涌出瓦斯，故对报废矿井进行了瓦斯抽放及利用。如法国中央煤矿报废后，抽放瓦斯达5a，抽出总量达73.42Mm3。将来，对我国报废的高瓦斯矿井，也可考虑进行瓦斯抽放。    5 结语    总之，对于不同抽放方法，均要根据工作面、采空区实际情况，针对不同的瓦斯来源对症下药，才能达到预期目的。