浅谈如何提高我公司3#煤层瓦斯抽放效果
单位：山西阳城宇昌煤业有限公司 时间：2008-9-10
作者：卫国龙
摘 要：本文论述了3#煤层瓦斯抽放方法和措施，取得了良好的抽放效果，对安全生产起到了重要的作用。
关键词： 煤层瓦斯压力 煤层透气性系数 平行孔 解吸扩散速率 交叉布孔方式
正 文：
我国高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井数的46%。瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。提高3#煤层瓦斯抽放效果，多年来一直是瓦斯抽放工作中难以解决且在努力解决的问题。目前提高本煤层瓦斯抽放率的技术途径主要有两个，一是采用人为方法预先松动原始煤体，提高煤层的透气性，主要有水力压裂、水力割缝等水力化措施以及预裂爆破等，二是合理布孔和改变钻孔参数。那么针对我公司目前的抽放现状，如何提高3#煤层抽放效果呢？下面谈谈几点看法。
一、根据矿井目前开采煤层的抽放现状，合理选择布置钻孔方式
1、我公司煤层赋存情况及瓦斯含量情况：井田内主要含煤地层为二叠系山西组和石炭系太原组。总厚156.6m，含煤5～12层，自上而下编号为：2、3、4、5、6、7、8、9、11、13、15号。煤层总厚为9.68m，含煤系数8％。
太原组中仅有15号煤层为可采煤层，其余7～8层均为不稳定不可采的薄煤层。山西组含有本区主采煤层即3号煤。目前矿井开采3＃煤层。该煤层位于山西组下部，上距下石盒子组底砂岩（K8）52.7m，下距K5灰岩36.70m，煤层厚4.88～5.95m，一般厚4.54m，倾角2～4?。煤层顶板为厚1.40m的黑色泥岩，底板为粉砂质泥岩和粉砂岩。原煤灰份14.99～25.60%，平均为18.15%；挥发分4.68～5.87%，平均5.18%；容重为1.45m3/t。3＃煤层属中灰、低硫、高--难熔灰分、高发热量之无烟煤。3＃煤层无自燃倾向，煤尘无爆炸危险性。
2004年5月，经重庆煤科分院鉴定我公司所开采的3号煤层为突出煤层，矿井属于煤与瓦斯突出矿井。同时采用间接测定法对我公司3＃煤层瓦斯基本参数进行了测量。测得3＃煤层原始瓦斯压力为0.5275MPa,瓦斯平均含量为21.24m3/t,采煤落残存瓦斯含量4.00 m3/t，煤的孔隙率为19.83%，煤对瓦斯吸附常数a=39.16,b=1.235,oa 透气性系数1.2642m2/MPa2·d；钻孔瓦斯流量衰减系数0.0021d-1；百米钻孔初始瓦斯流量0.1034m3/min·100m，测量结果表明，3#煤层属于可以抽放类型。
2、矿井目前抽放现状
目前我公司对本煤层进行抽放主要是靠调整布孔方式和改变钻孔参数。
1）回采工作面抽放：回采工作面采用预抽和边采边抽相结合的抽放方法，即利用工作面回风顺槽向煤层打平行和交叉于工作面的钻孔预抽瓦斯。该预抽钻孔还可利用回采工作面推进产生的卸压作用，实施边采边抽煤层瓦斯，从而提高瓦斯抽放率，距离回采面10m时再拆除钻孔。其抽放钻孔布置参数为：
布置位置：回风巷、进风巷内；
钻孔角度：垂直巷道布置、进风巷内钻孔上仰2～3°，回风巷内钻孔0～1°；
开孔直径：φ89mm；
终孔直径：φ73mm；
钻孔长度：100m
钻孔间距：5—8m；
钻孔距底板高度：1.2m；
封孔方式：聚胺酯封孔；
封孔长度：6m
2）掘进工作面边掘边抽
掘进工作面边掘边抽是在掘进巷道两侧，隔一定距离，施工一个钻场，在钻场内施工超前钻孔，利用钻孔抽放煤层中的瓦斯。布置参数为：
同侧钻场间距：50m；
每个钻场钻孔数量；3个
钻孔位置：距巷道壁2m、2.3m、2.6m，分别为水平、上仰1°，上仰2°～3°；
钻孔与巷道夹角：0°、3°、5°；
开孔直径：φ89mm；
终孔直径：φ73mm；
钻孔长度：钻场中60m，联络巷中35～50m
钻孔距底板高度：1.2m；
封孔方式：聚胺脂封孔；
封孔长度：5～8m
3）采空区抽放及密闭巷道法抽放
我公司采空区瓦斯涌出量很小，可以不考虑，但随着开采年限的增长，采空区面积将越来越大，采空区瓦斯涌出量将在矿井瓦斯涌出中占较大比重。采空区涌出的大量瓦斯无疑加重了矿井的通风负担。
全封闭采空区抽放法
对于采空区，则采用钻孔法抽放采空区瓦斯，即利用回采工作面的进风顺槽，打钻孔穿透进风顺槽与运输顺槽间的隔离煤柱进入工作面采空区，进行抽放。即把瓦斯管直接插入采空区进行瓦斯抽放。钻孔间距30m，每根瓦斯管的末端2m内要有孔眼，同时，施工时要尽量靠近煤层顶板，使之处于高浓度瓦斯带。
从抽放的情况看，钻孔测不出流量或流量极小（单孔流量0.013m3/min左右），抽放浓度在12%—58%。从抽放效果分析，平行结合交叉孔比单平行孔抽放效果好，尤其在3131工作面表现最明显，抽放浓度普遍高于其它工作面，浓度最高达58%。因此今后布置钻孔应尽量布置平行交叉孔。
二、针对本煤层抽放存在问题，应及时进行改进。
1、钻孔的孔深和孔径问题
本煤层钻孔抽放瓦斯主要取决于煤体在钻孔内的暴露面积，因此钻孔的孔深和孔径越大，抽放效果越好。从目前情况看，我公司3#煤层钻孔深度均不大，抽放浓度也都不高，今后我们应向大孔径、大孔深方向发展，将本煤层钻孔直径提高到120mm及以上，孔深按切眼长度减20m设计，从而提高抽放效果。
2、 钻孔的布置问题
目前我公司3#煤层钻孔的吨煤钻孔量只有0.02m3/t，与国家标准0.03—0.05 m3/t还有一定的距离，因此必须切实提高本煤层钻孔的布孔密度，将原有5—8 m的钻孔问题缩小到3m，真正达到应抽尽抽的效果。另根据我公司目前施工平行交叉孔比单平行孔抽放效果好的经验，对今后本煤层钻孔应尽量布置成平行交叉孔，与此同时应避免施工下山孔，以减少钻孔积水与积渣对抽放的影响。为解决瓦斯涌向开采空间的问题，还应积极组织施工上邻近层穿层钻孔，对上邻近层进行抽放。
3、封孔问题
封孔质量的好坏直接关系到钻孔抽放的效果。由于巷道两帮承受顶板压力，煤壁往里5m范围内有一个卸压带，在此卸压带内，钻孔容易通过产生的裂隙与巷道导通，造成漏气，因此3#煤层钻孔封孔深度要求达到10m，必须采用聚胺脂封孔，切实提高3#煤层钻孔的抽放质量。
4、提早拆除钻孔的问题
从3#煤层抽放最好的3131工作面抽放情况看，3#煤层抽放钻孔在距工作面12m左右时抽放浓度明显增大。此时工作面前方煤体正承受采空区顶板的集中压力，使煤体产生了较多裂隙，从而增加了煤体透气性，随着工作面前移，应力集中带也相应前移，前部形成新的卸压带，在卸压带内抽放瓦斯，钻孔抽放浓度大幅升高。要求在本煤层抽放钻孔距工作面小于5m时，方可进行钻孔拆除，尽量避免提早拆除钻孔，以便在最佳抽放阶段抽放瓦斯。
三、尝试采用外界干预和其它技术手段改善煤层透气性
1、采用深孔控制预裂爆破或松动爆破改善煤层透气性
首先在煤体中打爆破孔，然后距爆破孔8—12m打直径90—120mm的抽放孔，利用炸药爆炸瞬间产生的高温高压爆生气体，使煤体沿抽放孔方向产生飞禽走兽老虎机的定向裂隙或其它裂隙，使松动裂隙区范围从装药半径的15—20倍增加到60—250倍，以提高煤的透气性，达到提高抽放效果的目的。在抽放后期，当回采工作面采至距抽放孔10—30米时，开始对抽放孔进行低压注水，利用爆破后煤体内裂隙发育的有利条件，充分湿润煤体，以抑制回采中瓦斯的涌出，同时也降低了煤尘。
2、采用高压水边注水边抽瓦斯改善煤层透气性。
钻孔按10m间距施工，每间隔一个孔对钻孔实施高压注水，借助高压水对煤体的压力，使钻孔周围煤体中的应力重新分布，进而产生丰富的微小裂隙，然后对相邻未注水的钻孔实施抽放，使钻孔抽放到较为丰富的瓦斯。
3、采用对煤体注气的方法改善煤层透气性
针对我公司各开采煤层内瓦斯大多以吸附状态存在的现状，通过钻孔向煤体内注入高压的惰性气体（如氮气），然后对相邻的钻孔实施抽放，其实质是向煤层注入能量，改变压力的传导特性，增大解吸扩散速率，从而达到提高抽放瓦斯量的目的。
4、采用交叉布孔方式布置钻孔
交叉布孔方式，一是考虑钻孔之间由于空间交叉，塑性变形区增大，增加了钻孔在塑性变形区的卸压圈，增大了钻孔周围的渗透性；二是钻孔之间煤体裂隙连通，各抽放钻孔间建立了瓦斯流通网络，避免了某些钻孔塌孔、堵孔使钻孔瓦斯抽放量降低的弊端，从而提高钻孔的瓦斯抽放量。
钻孔瓦斯流量主要与钻孔的见煤长度、煤层瓦斯压力、渗透系数、钻孔直径等因素有关。决定钻孔瓦斯流量的关键参数是瓦斯压力和煤层渗透系数，特别是瓦斯压力。但是煤层原始瓦斯压力是不能改变的，而且我国目前含瓦斯煤层其原始瓦斯压力一般都在4 MPa以下，只有极个别煤层的瓦斯压力达到10 MPa以上。因此提高钻孔抽放瓦斯量的关键在于如何提高煤层渗透系数和增大钻孔直径。只要根据我公司开采煤层的实际情况，对目前存在的问题进行研究与探索，同时尝试使用趋于成熟或新的技术手段改善煤层透气性，从中总结出一套适合于我公司3#煤层抽放经验，对今后我公司3#煤层抽放技术能够起到一定的指导作用。
