东曲矿工作面瓦斯抽采技术研究
邹永洺，耿耀强*
作者简介：邹永洺，（1986-），男，山东临沂人，硕士，主要从事矿山压力与岩层控制和煤矿安全高效开
采方面的研究. E-mail: z7766610@126.com
（中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116）
5 摘要：通过理论研究和现场实测的方法，研究了东曲矿12503 工作面瓦斯来源和涌出量；得
出12503 工作面绝对瓦斯涌出量为21m3/min；确定了12503 工作面采用顶板裂隙带钻孔抽采
和本煤层预抽抽采技术。通过现场数据对抽采效果进行分析，12503 工作面可抽出瓦斯
12.27m3/min；工作面抽采率57.6%；工作面的瓦斯抽采效果均符合国家有关规定。通过对
12503.工作面的瓦斯抽采，保证安全高效的生产，并为类似条件下的推广应用提供了经验。
10 关键词：瓦斯抽采；顶板裂隙带抽采；本煤层抽采；抽采率
0 引言
瓦斯治理是煤矿安全高效开采的前提和基础。瓦斯治理问题特别是低透气性煤层瓦斯治
30 理是世界性的难题，很长时间以来没有得到有效的解决，因而导致煤矿瓦斯事故频发、生产
效率低下，矿井安全高效开采难以实现[1] 。
本文根据东曲矿的具体条件，借鉴前人对瓦斯预测和瓦斯抽放研究的基础上，同时借鉴
相关学科的研究成果，主要采用理论研究和现场实测的方法，开展对东曲矿12503 工作面瓦
斯抽采技术的研究工作。
35 1 工程概况
1.1 工作面概况
东曲矿12503 工作面位于王龙沟两侧山梁下，盖山厚度为173~418m。地面标高
1227~1428m，工作面标高1008~1060m，该工作面东北部为随老母北断层，东南部为正在掘
进的12505 工作面，西南为大巷保护煤柱，西北部为目前开采的12501 工作面。
40 该作面走向长1437m，倾向长187.5m，开采面积269451m2，煤层倾角2°~6°，煤层
厚度为0.9~2.30m，煤层结构简单属较稳定型。开采储量：1437×187.5×1.63×1.37×95%=57.1
 万t。工作面沿倾斜方向后退长壁式采煤方法，采用综合机械化采煤。
工作面伪顶为0.30m 厚的炭质泥岩，直接顶为4.90m 厚的砂质泥岩和细砂岩，老顶为
4.70m 厚的砂质泥岩和粉砂岩，12503 工作面柱状图如图1 所示。
02#煤层煤，以光亮型煤为主。
粉砂岩灰色，含云母、黄铁矿及植物根化石碎片。
中粒砂岩灰白色，泥质胶结，层理不明显
粗粒砂岩灰褐色，石英长石为主，含云母粒度不均
粉砂岩灰色，含云母、黄铁矿及植物根化石碎片。
灰色，石英、长石为主，含炭质。
砂质泥岩灰黑色，缓波状层理，含植物根化石。
1#煤层煤，以光亮型煤为主。
砂质泥岩灰白色，含砂质。
灰黑色，缓波状层理，含植物根化石。
地
层
层间距层厚柱状层
号
岩石名称岩性描述
煤，以半亮型煤为主。
灰黑色，碳质含量高，易碎
灰色，石英、长石为主，含炭质。
灰色，含云母、黄铁矿及植物根化石碎片。
细粒砂岩
粉砂岩
细粒砂岩
泥岩
2#煤层
砂质泥岩
下
山
统
叠
二
组
西
45
图1 12503 工作面综合柱状图
Figure1 Synthetic histogram of working face 12503
1.2 工作面瓦斯来源
50 （1）直接来源[2,3]
工作面瓦斯直接来源可划分为煤壁、割煤和采空区三部分，在进行煤层预抽的基础上，
工作面割煤及煤壁涌出的瓦斯可由工作面风排解决，因此，治理工作面瓦斯的关键是治理采
空区瓦斯。
（2）瓦斯原始来源分析
55 采煤工作面瓦斯来源可分为本煤层、邻近层和围岩。
根据东曲矿瓦斯实际观测，12503 工作面瓦斯来源为本煤层和上部邻近层有效卸压区内
及围岩涌出的瓦斯。
1.3 工作面瓦斯参数
根据东曲矿瓦斯抽采可行性研究报告，五采区2 号煤层，瓦斯压力0.3~0.36MPa，煤层
60 透气性系数0.1317m2/MPa2·d，钻孔瓦斯流量0.32m3/(min·hm-1)，衰减系数0.5825d-1。
1.4 工作面瓦斯涌出量预测
瓦斯涌出量预测：根据分源预测法得出12503 工作面回采时相对瓦斯涌出量为
9.29m3/t·d；12503 工作面回采期间按日产量按最高3300t 计算，绝对瓦斯涌出量为21m3/min。
按照《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽采管理规范》的规定，应采取瓦斯抽采措施。
 65 2 工作面瓦斯治理
2.1 工作面瓦斯抽采
根据国家安全生产监督管理总局发布的最新煤矿瓦斯抽采指标的规定，工作面绝对瓦斯
涌出量为10~30m3/min，采用顶板走向钻孔为主，倾向钻孔、上隅角埋管等为辅的综合抽采
措施[4,5]。根据分源预测法所得的结果显示，12503 工作面相对瓦斯涌出量为9.29m3/t·d；绝
70 对瓦斯涌出量为21.3m3/min，符合这一规定。根据我矿瓦斯抽采工作的经验以及相邻12501
工作面的抽采情况分析，12503 工作面抽采方案采用顶板裂隙带钻孔抽采和本煤层预抽。
2.2 顶板裂隙带瓦斯抽采
由12505 尾巷打钻孔进入12503 工作面采空区顶板高位裂隙带进行采空区瓦斯抽采[6]。
（1）钻孔角度
75 根据《矿井瓦斯防治》关于采空区抽采瓦斯方法，利用开采层巷道向冒落拱顶部打钻孔
抽采法计算钻孔的仰角，可用下式计算确定：
ϕ
β α
b nmctg
nm
+
tg( ± ) = （1）
式中：β—钻孔与水平线的夹角，（°）；
α—煤层倾角，（°）；
80 n—开采煤层厚度的倍数；
m—开采煤层厚度，m；
b—防碍岩层卸压的煤柱或岩石垛的宽度，m；
φ—冒落角，(°)。
根据煤层揭露情况，在12503 工作面顶板上方26m 内砂岩及粉砂岩占81%，所以取上
85 覆岩层冒落角为55°。由于12503 工作面是缓倾斜煤层，采用沿倾斜方向后退长壁式采煤
方法，所以不考虑煤层倾角（α=0），取钻孔终孔深度为开采层采厚的8 倍。
ϕ
β
b nmctg
nm
+
tg = =
26 8 1.8 55
8 1.8
+ × × ctg
×
=0.407 （2）
所以当采厚为1.80m，保护煤柱为26m 时，此时钻孔的仰角22°。钻孔施工过程中存在
钻杆下沉量为2~4°，根据不同的采厚，确定钻孔不同的仰角值，钻孔的仰角取24~28°之
90 间。
（2）钻孔长度
钻孔长度L 按下式计算
L=
sin β
nm
=
sin 22
8×1.8
=39.5m （3）
根据以前的经验及工作面采高和钻孔倾角下沉量的变化，钻孔深度取55~60m。
95 （3）钻孔直径
钻孔直径大，钻孔暴露煤的面积亦大，钻孔抽采量相应增大，根据钻机性能，施工速度
与技术水平、抽采瓦斯量等因素确定钻孔直径为113mm。
（4）钻孔间距
根据采空区顶板裂隙带瓦斯抽采方法的要求以及以往的经验，抽采钻孔间距确定为
100 10m，根据现场具体条件和安设钻机处的顶板情况确定钻孔位置，遇地质构造处距构造5m
 处开孔，遇排瓦斯横贯时距横贯2~3m 处开孔。
（5）工作面钻孔数量：该工作面走向长1437m，可采长度1380m，共设计施工138 个
钻孔，合计进尺8280m。所有钻孔必须挂钻孔编号牌。
（6）抽采管路的选型
105 瓦斯抽采管路直径D 应根据绝对瓦斯涌出量、预计的瓦斯抽出量及瓦斯抽采率，采用
公式进行计算：
D Qc v = 4 / 60π （4）
式中：D—瓦斯管内径，m；
Qc—管内气体混合流量，m3/min；
110 v—管内气体经济合理平均流速，取5~15m/s。
这里取Qc=25m3/min，v=10m/s，计算得D=230mm。考虑到一定的备用系数，抽采管路
直径取355mm。抽放管的联接必须做到平、直、稳、严密不漏气，且安装完毕后打压试验
必须符合要求。在管道低洼处必须加设放水器短节，管道安装完毕后，短节、弯头必须进行
防腐处理。在总管道出口处加设一个蝶阀和孔板流量计。顶板裂隙带抽采钻孔布置图见图
115 5-2 所示。
12503工作面裂隙带抽放钻孔
轨道巷
皮带巷
尾巷
裂隙带抽放钻孔
尾 巷皮带巷
24 m
50.89 m
31.8 m
钻孔跨过皮带巷时的垂高15 m
60 m
32°
图2 顶板裂隙带抽采钻孔布置图
Figure 2 The layout of drilling of roof fractured zone gas extraction
120
2.3 本煤层瓦斯预抽采
由12503 皮带巷沿工作面倾向打顺层水平钻孔进入工作面本煤层中进行本煤层瓦斯预
抽[7]，具体如图5-2 所示。
 （1）钻孔角度：
125 按照本煤层瓦斯预抽的方法，所有钻孔均垂直与煤壁施工。根据12503 工作面煤层倾角
以及工作面皮带平巷、轨道平巷标高的变化，考虑到钻杆施工过程中存在一定的下沉量，所
以从工作面切眼往外400m 钻孔倾角度为0 度，其余钻孔倾角取2-3°。
（2）钻孔长度
根据要求本煤层预抽钻孔终孔深度距轨道平巷20m，由于工作面倾向长187.5m，故钻
130 孔长度取170m。
（3）钻孔直径
钻孔直径大，钻孔暴露煤的面积亦大，钻孔抽采量相应增大，根据钻机性能，施工速度
与技术水平、抽采瓦斯量等因素确定钻孔直径为113mm。
（4）钻孔间距
135 根据五采区2 号煤层透气性系数0.1317m2/MP2.d，钻孔间距确定为10m。为了确保工
作面初采初放时的通风安全，在工作面前方200m 范围钻孔间距为7m。根据现场具体条件
和安设钻机处的顶板情况确定钻孔位置，如遇地质构造处距构造5m 处开孔。
（5）工作面钻孔数量
该工作面走向长1437m，可采长度1380m，共设计施工148 个钻孔，合计进尺25160m，
140 所有钻孔必须挂钻孔编号牌。
（6）抽采管路的选型
瓦斯抽采管路直径D 应根据绝对瓦斯涌出量、预计的瓦斯抽出量及瓦斯抽采率，采用公
式进行计算：
D Qc v = 4 / 60π （5）
145 式中：D—瓦斯管内径，m；
Qc—管内气体混合流量，m3/min；
v—管内气体经济合理平均流速，取5~15m/s。
这里取Qc=15m3/min，v=10m/s，计算得D=180mm。考虑到一定的备用系数，抽采管路
直径取255mm。抽放管的联接必须做到平、直、稳、严密不漏气，且安装完毕后打压试验
150 必须符合要求，在管道低洼处必须加设放水器短节，管道安装完毕后，短节、弯头必须进行
防腐处理，在总管道出口处加设一个蝶阀和孔板流量计。
本煤层抽放钻孔
1 2 5 0 3工作面
皮带巷
学术论文网Tag：代写论文 代写代发论文 代写职称论文 论文发表 代发论文