td="14257">

山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱亞城煤業(yè)集團(tuán)），始建于1985年，現(xiàn)有5對(duì)礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1710萬(wàn)t/a ，由東向西開(kāi)采沁水煤田南部井田，東部老區(qū)有古書院、王臺(tái)鋪、鳳凰山三礦、為低瓦斯礦井，新區(qū)有成莊礦、寺河礦，為高瓦斯礦井，在2003年的7月份瓦斯鑒定中，成莊礦絕對(duì)瓦斯涌出量145.97m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量13.29m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量27.88m³/t。隨著生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，瓦斯成為制約公司生產(chǎn)的主要因素，為了解決這一難題，在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出一條適合于自身特點(diǎn)的瓦斯治理的新路子。

1晉城西區(qū)瓦斯賦存及涌出特征

1.1 瓦斯賦存情況

晉城西區(qū)具有本煤層瓦斯含量大，壓力高，透氣性好，煤質(zhì)較硬，厚度適中，整體較好，適合本煤層布孔抽放的特點(diǎn)，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

礦名

煤層透氣性系數(shù)/m²(MPa²·d) ^-1

平均瓦斯含量

/m³·t^-1

硬度

ƒ

平均

煤厚/m

寺河

東區(qū)56.74~195.3865

9.03

2~4

6.5

西區(qū)0.0314~213

16.3

成莊

0.0133~46.1734

6.99

2~4

6.5

表1 礦井瓦斯參數(shù)表

1.2 瓦斯來(lái)源分析

綜放面初采10m左右范圍內(nèi)，一般只推進(jìn)不放頂煤（頂煤不易放下），在此期間瓦斯涌出量為2.29~2.887m³/min，平均為2.67m³/min；開(kāi)始放煤后，工作面瓦斯涌出量增加到3.468~5.933m³/min，平均為5.09 m³/min，這一數(shù)值可以認(rèn)為是開(kāi)采層本身涌出的瓦斯量；當(dāng)工作面推進(jìn)到30m以后老頂初次垮落，鄰近層瓦斯涌入工作面，瓦斯涌出量迅速增加到7.239~10.695 m³/min，平均為8.863 m³/min，此時(shí)的瓦斯量就是臨近層和圍巖卸壓垮落后面涌入工作面的瓦斯量。3308工作面鄰近層瓦斯涌出量占初采時(shí)的瓦斯涌出量的42.57%。由于各工作面煤層存條件、瓦斯含量不同，所以初采瓦斯涌出量也不相同，粗略分析，綜放面初采煤層本身的瓦斯涌出量是主要的，占到工作面瓦斯涌出量的57.43%~71.23%，平均為65.6%。

2區(qū)域性瓦斯抽放

2.1 區(qū)域性瓦斯抽放是國(guó)內(nèi)本煤層抽放方法的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，和其它瓦斯抽放方法相比，其最大特征是，實(shí)施區(qū)域性瓦斯抽放后，采掘活動(dòng)受煤體瓦斯影響將大大降低，能充分發(fā)揮聯(lián)采機(jī)、掘錨一體機(jī)、綜掘機(jī)等現(xiàn)代化掘進(jìn)設(shè)備的快速高效的性能；同時(shí)，實(shí)施區(qū)域瓦斯抽放，也可有效降低煤層瓦斯含量，降低煤層瓦斯壓力，從而削弱瓦斯突出，保證安全生產(chǎn)。

2.2 區(qū)域性瓦斯抽放的應(yīng)用

晉城西區(qū)，從煤層賦存條件上講，煤質(zhì)堅(jiān)硬，煤層整體性好，近水平煤層，起伏不大，厚度適中，可鉆性好，適合區(qū)域性瓦斯抽放的長(zhǎng)鉆孔施工；從技術(shù)上講，區(qū)域性瓦斯抽放所必須的長(zhǎng)鉆孔施工技術(shù)已經(jīng)成熟。

2001年9月集團(tuán)公司與西安煤科院合作采用MK-6鉆機(jī)首先在寺河礦首采面（2301）的23023巷進(jìn)行了順層長(zhǎng)鉆孔施工，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，共完成鉆孔3個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺1163.53m，最大孔深519.5m，其中1^#孔深509.03 m，全孔在煤層中延伸，該孔鉆進(jìn)時(shí)間20.58h，平均鉆進(jìn)時(shí)效24.4m/h。

現(xiàn)寺河礦使用MK-6鉆機(jī)施工順層鉆孔孔深普遍達(dá)300~400m，我們?cè)诠ぷ髅嫒Χㄇ?~3a，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，將兩個(gè)工作面劃定為一個(gè)抽放區(qū)域，布置順層鉆孔進(jìn)行抽放；區(qū)域抽放巷道掘進(jìn)過(guò)程中，每隔150m，在工作面煤層內(nèi)設(shè)鉆場(chǎng)施工扇形長(zhǎng)鉆孔，抽放掘進(jìn)面前方和圈定區(qū)域內(nèi)的瓦斯，鉆孔長(zhǎng)度多在200m左右；區(qū)域模塊圈出后，在另一側(cè)巷道內(nèi)向工作面煤體再布置平行順層孔（平行于工作面或迎向工作面成一定角度）進(jìn)行抽放。針對(duì)工作面走向靠里，開(kāi)采時(shí)間早，采前預(yù)抽時(shí)間短等情況，有意識(shí)加密鉆孔，孔距（2~5m），實(shí)施強(qiáng)化抽放（見(jiàn)圖1、2）。目前寺河礦2、3盤區(qū)各布置一個(gè)瓦斯抽放區(qū)域，成莊礦準(zhǔn)備布置一個(gè)。



圖1 煤層掘進(jìn)中扇形鉆孔瓦斯抽放模式示意

寺河礦東二盤區(qū)瓦斯抽放模塊位于東二盤區(qū)輔助回風(fēng)巷以東500m區(qū)域內(nèi)，共布置鉆孔123個(gè)，鉆孔間距10m，總進(jìn)尺3800m，平均鉆孔長(zhǎng)度為308.9m,最長(zhǎng)達(dá)507m。2003年10月份，鉆孔施工完畢后，聯(lián)孔抽放，區(qū)域內(nèi)瓦斯抽放量為27.13m³/min，目前抽放量為24.85 m³/min，累計(jì)抽放量為1366萬(wàn)m ³，抽放區(qū)域內(nèi)預(yù)抽率為26.75%。



圖2煤層采前順層長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽放模式示意

3雙系統(tǒng)瓦斯抽放

所謂雙系統(tǒng)瓦斯抽放就是針對(duì)不同的瓦斯來(lái)源（本煤層和采空區(qū)），布置兩套抽放系統(tǒng)分別對(duì)其實(shí)施抽放，以解決本煤層高負(fù)壓、低流量和采空區(qū)低負(fù)壓、高流量共用一套系統(tǒng)相互制約的矛盾。

3.1 瓦斯來(lái)源及分布情況分析

成莊礦開(kāi)采的是煤層群，首采3^#煤層其上部存有不可采的1 ^#、2^#煤層，厚0.2~0.3m，與3^#煤層依次相距29m和24.5m；3^#煤層開(kāi)采下部，相距13m有局部可采的5^#煤層。3^#煤層開(kāi)采時(shí)，其上部的1^#、2^#煤層及圍巖塌落，大量瓦斯涌向工作面回采空間；5^#煤層卸壓瓦斯沿裂隙上移到工作面采空區(qū)。因而，回采工作面瓦斯來(lái)自兩個(gè)方面，開(kāi)采煤層瓦斯和采空區(qū)瓦斯。

成莊礦的瓦斯來(lái)源分析見(jiàn)表2。

工作面編 號(hào)

瓦斯涌出量/m³·min^-1

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td="14257">本煤層瓦斯（回風(fēng)巷測(cè)得）

采空區(qū)瓦斯（專用排瓦

斯尾巷測(cè)得）

/m³·min^-1

占總量/%

/m³·min^‑1

占總量/%

2306

9.34

3.64

38.97

5.70

61.08

3304

20.36

4.66

22.89

15.70

77.11

2311

31.59

14.30

45.27

17.29

54.73

3307

20.91

6.41

30.66

14.50

69.34

3308

18.10

4.60

25.41

13.50

74.59

平均

20.06

6.72

33.50

13.34

66.50

表2成莊礦綜放工作面瓦斯來(lái)源分析

從表1可以看出，在綜放面正?；夭善陂g，采空區(qū)涌出的瓦斯量占工作面總瓦斯量的54.73%~77.11%，平均66.5%，是瓦斯治理工作的重點(diǎn)。

3.2 雙系統(tǒng)瓦斯抽放在晉城礦區(qū)的應(yīng)用

采空區(qū)瓦斯抽放屬卸壓瓦斯抽放，要求抽放系統(tǒng)負(fù)壓一般為5~10kPa，流量大，抽放濃度根據(jù)積聚的瓦斯?jié)舛榷?，但一般都不?huì)太高。如果采空區(qū)瓦斯抽放和煤體瓦斯預(yù)抽共用一個(gè)系統(tǒng)，采空區(qū)的低負(fù)壓、高流量便會(huì)使抽放系統(tǒng)的負(fù)壓降低，使預(yù)抽失去效果；如果只考慮預(yù)抽，高負(fù)壓、低流量的抽放系統(tǒng)作用于采空區(qū)，采空的抽放效果將會(huì)削弱，必然會(huì)影響瓦斯瓦斯抽放的效果。因此為了兼顧煤體瓦斯預(yù)抽和采空區(qū)瓦斯抽放，針對(duì)晉城西區(qū)本煤層和采空區(qū)瓦斯是礦井瓦斯主要來(lái)源的實(shí)際情況，我們采取了雙系統(tǒng)瓦斯抽放方法，以解決本煤層高負(fù)壓、低流量和采空區(qū)低負(fù)壓、高流量共用一套系統(tǒng)相互制約的矛盾。

寺河礦于2000年5月建立地面本煤層永久抽放系統(tǒng)，抽放能力為2億m³/a。于2002年底在井下東區(qū)建成了井下采空區(qū)瓦斯永久抽放系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的兩個(gè)井下采空區(qū)泵站正在籌建中，在井下采空區(qū)抽放系統(tǒng)未建立起來(lái)之前，成莊礦現(xiàn)使用移動(dòng)式泵站抽放本煤層瓦斯，用以解決預(yù)抽需要的高負(fù)壓?jiǎn)栴}。

寺河礦井下采空區(qū)抽放泵站，在井下生產(chǎn)區(qū)域就近建立，站內(nèi)安裝了三臺(tái)2BE1-705型水壞式真空泵，兩臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。一臺(tái)用以抽放東區(qū)采空區(qū)瓦斯；另一臺(tái)用于預(yù)抽生產(chǎn)區(qū)域本煤層瓦斯并向地面接力加壓（地面泵站至井下生產(chǎn)區(qū)域管道達(dá)1萬(wàn)m，沿程管道阻力損失大）滿足孔口負(fù)壓要求。目前，該礦泵站抽放瓦斯?jié)舛冗_(dá)50%～58%，抽放瓦斯量在125m³/min以上；井下泵站采空區(qū)抽放濃度在17%～20%，抽放瓦斯量達(dá)15m³/min，全礦瓦斯抽放量達(dá)到140m³/min，礦井的抽放率達(dá)40%～45%。日抽放瓦斯量達(dá)到20萬(wàn)m³以上，全礦井下今年的瓦斯抽放量預(yù)計(jì)達(dá)到6500萬(wàn)m³。

成莊礦地面本煤層預(yù)抽泵站于2002年年底建成，泵站安設(shè)4臺(tái)GBF710型水環(huán)式真空泵，現(xiàn)單泵運(yùn)行，抽放瓦斯量達(dá)20萬(wàn)m³以上，全礦井今年的抽放量預(yù)計(jì)可以達(dá)到1500萬(wàn)m³。

4地面鉆孔瓦斯預(yù)抽放

4.1 地面鉆孔預(yù)抽瓦斯的可行性

地面鉆孔預(yù)抽放一般適用于埋藏較淺、瓦斯含量高、透氣性好的煤系地層。寺河礦潘莊井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，底板起伏幅度小，標(biāo)高變化不大。3^#煤層開(kāi)采深度僅60～250m，最大埋深520m；煤層的上覆巖層為砂巖和泥巖層，封蓋性能良好。

井田內(nèi)已探明煤層瓦斯層瓦斯氣地質(zhì)儲(chǔ)量286億m³，可采儲(chǔ)量223億m³，煤層氣儲(chǔ)層條件好，煤層節(jié)理、裂隙發(fā)育、滲透性好。煤層瓦斯含量3^#煤平均為12.60m³/t，9^#煤平均為17.01m³/t，15^#煤平均為19.98m³/t；煤層瓦斯壓力為2.12MPa（埋深292～362m）；鉆孔流量衰減系數(shù)為0.001～0.05d^-1，屬易抽放煤層，是國(guó)內(nèi)煤層氣開(kāi)發(fā)最具有前景的地區(qū)之一。這樣，一方面，瓦斯預(yù)抽后，煤體的采掘活動(dòng)受瓦斯的影響將大大降低，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

4.

上一頁(yè) [1] [2] [3] 下一頁(yè)

td="14257">2 地面鉆孔預(yù)抽瓦斯的應(yīng)用

1990年我們引進(jìn)美國(guó)地面鉆孔釋壓技術(shù)，開(kāi)始展開(kāi)地面煤層瓦斯氣開(kāi)發(fā)研究工作，首先在潘莊區(qū)井田范圍內(nèi)利用常規(guī)旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)施工了7口Ф244.5mm的示范井，打穿3^#、9#、15#可采煤層，為提高瓦斯抽氣量，同時(shí)采用水力壓裂技術(shù)對(duì)3#煤層氣作了增產(chǎn)處理，支撐劑先后采用了0.3mm和0.6mm的石英砂。井口安裝了250型簡(jiǎn)易的采油樹(shù)進(jìn)行瓦斯氣排采。鉆孔于1995年開(kāi)始施工，到1997年完工，均已產(chǎn)氣，其中最高單井日產(chǎn)量超過(guò)120003/d，單井平均產(chǎn)氣量28503/d。這一燈層瓦斯氣群排采試驗(yàn)的成功，有力地推動(dòng)了沁水煤田煤層瓦斯氣地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)工作。

潘莊區(qū)塊井田地面煤層瓦斯氣抽放開(kāi)發(fā)工程，我們分了3個(gè)階段進(jìn)行，一期施工30口煤層瓦斯氣井，日供氣量達(dá)到6萬(wàn)m3；二期到2005年將煤層瓦斯氣井增加到100口，年產(chǎn)氣量達(dá)到1億m3；三期到2010年完成整個(gè)潘莊區(qū)塊的煤層瓦斯氣開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量3億m3。

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