煤矿瓦斯抽采设计
封孔方式：聚胺脂封孔。
回风顺槽抽采管路控制阀门回采工作面A钻孔A运输顺槽平 面 图A—A回采工作面钻孔煤层剖 面 图图5-1 回采工作面本煤层平行钻孔抽采示意图
Fig.5-1 The drainage schematic diagram of the parallel holes in the working face along seam
5.5.2.2 回风巷高位钻孔抽采
采用高位钻孔抽采就是在回采工作面的回风巷布置钻场，在钻孔中向上隅角打高位钻孔，把回采工作面上部分采空区中的瓦斯通过钻孔抽采到瓦斯抽采泵站。现场在施工高位钻孔时还应当充分考虑以下方面：
1．回采工作面瓦斯涌出一般集中分布在上隅角以下10 m范围，因此，本设计建议钻孔覆盖的有效范围为回风巷口以下20 m。
2．根据相关科研成果及经验，煤层顶板的3~5倍采高范围内为受采动影响后岩层破碎、充分卸压区，因而在采面和采空区上部形成了一个彼此相通的、具有很高透气性的区域，有利于瓦斯抽采；结合华泰煤矿当前的回采方法、工艺及作业规程，该区域的钻孔终孔高度为5~6倍采厚，取25 m。
3．生产过程中应及时补充测定二1煤层瓦斯抽采半径等指标对抽采钻孔的布置进行调整，以达到最佳的抽采效果。
4．适当增加封孔深度及钻孔中套管长度可以有效提高瓦斯抽采的浓度。
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华泰煤矿回采工作面回风巷高位钻孔布置方式如图5-2所示。
5050回风顺槽控制阀门抽采管路A20A采空区回采工作面运输顺槽平面图A—A采空区钻孔钻场回采工作面煤层剖面图 图5-2 回风巷高位钻孔抽采采空区瓦斯示意图
Fig.5-2 The schematic diagram of the highlylocated holes in the return airway to drainage gas in the goaf
目前，由于各个矿井（采场）的条件不同，暂无法准确地预知最佳的钻孔间距和钻孔倾角，所以在设计阶段只能借助于相似条件的经验数据来暂定。在具体的施工中应该通过不断的试探和总结得出适合本矿井的最佳钻孔间距和倾角。
最佳钻孔间距可以通过以下步骤和方法获得：
① 一般钻孔间距（终孔距离）选取2～3m。在距回风巷20m的工作面控制范围内每个高位抽采钻场可施工6～8个钻孔。
② 在抽采期间关闭其中的任意一个钻孔，同时观察相邻第二个钻孔的瓦斯流量。如果瓦斯流量（或浓度）显著增加，就可以判断钻孔间距太近；如果没有明显变化，则可以逐渐缩小间距，直到寻找到最佳间距。
选择较合适的钻孔倾角应注意以下两点：如果抽采钻孔倾角太小，当回采工作面推过以后在直接顶板中由于岩层的离层，可能将钻孔错断而造成吸入低浓度瓦斯；如果钻孔倾角过大，有可能只钻进到卸压区，而没有打到采空区（和工作面）上面涌出瓦斯较大的区域。
推荐的回风巷高位钻孔布置参数如下： 钻场间距：50m； 钻场尺寸：4×4×2m；
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钻孔倾角：8°；
钻孔直径：Φ75～Φ130 mm； 钻孔深度：55～65 m； 封孔深度：大于或等于5 m；
套管长度：视施工难易程度而定，以下到抽采钻孔末端即工作面后方采空区顶板内效果最好。
5.5.2.3 采空区埋管抽采
采空区埋管是将带孔眼的管子在顶板冒落前直接插入采空区内进行抽采。根据二
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煤层顶板的岩性特征和回采工艺，从实用和经济方面考虑，插入管子一般可选用直径Φ150～Φ200 mm、壁厚1 mm的镀锌螺旋瓦斯抽采管。采空区抽采管端头布置小孔并用纱网包裹，纱网包裹长度为2~3m，防止抽采过程中发生堵塞现象。一般情况下，抽采管子插入采空区的长度在15～30m之间，根据埋管的瓦斯抽采浓度进行不断试探，寻找比较理想的插管长度，以尽量提高瓦斯抽采效率。该管应尽量靠近煤层顶部，处于瓦斯浓度较高的地点，瓦斯抽采浓度为10%～25%。该方法简单易行，且成本低。
采空区抽采时抽管周围应封闭严密，宜减少外部空气漏入，有条件时可设置均压密闭。
采空区抽采时钻孔布置方式如图5-3所示。
AA采空区瓦斯抽采管路控制阀门回风顺槽30瓦斯抽采头3015密闭回采工作面15平 面 图运输顺槽A—A剖 面 图图5-3 采空区抽采时钻孔布置示意图
Fig.5-3 The schematic diagram of the drainage boreholes in the goaf
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5.5.2.4 掘进工作面瓦斯抽采
掘进工作面瓦斯抽采的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽采两种方式。根据《河南省郑州市大峪沟矿务局三号井改扩建初步设计说明书》第五章提供的掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0.8m3/min以及本设计中计算所得的掘进工作面的瓦斯涌出量为0.94m3/min。相比较而言，瓦斯涌出量不是很大，结合本矿的实际生产情况，所以在掘进工作面采用边掘边抽的抽采方式。在巷道两侧打挂耳钻场，在钻场中布置超前抽采钻孔进行掘工作面的瓦斯抽采。
掘进工作面抽采钻孔布置方式如图5-4所示。
A抽 采 钻 场控 制 阀 门抽 采 管 路A平 面 图A — A抽 采 钻 场2#钻孔1#钻孔3#钻孔4#钻孔掘 进 巷 道6#钻孔7#钻孔5#钻孔8#钻孔煤 层剖 面 图 图5-4 掘进工作面瓦斯钻孔布置示意图
Fig.5-4 The schematic diagram of the gas boreholes in the heading face
推荐的钻场、钻孔布置参数如下： 钻孔长度：55~65 m； 钻孔直径：Φ75 mm； 相邻孔间夹角：0°~5°； 钻场间距：50 m； 钻场内钻孔数：8个； 封孔深度：大于或等于5m； 封孔方式：聚胺脂封孔。
在掘进工作面后巷道两帮各施工一个钻场，钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽采钻孔布
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置的要求，选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定。根据别的矿井的布置经验以及该矿的具体情况，每组钻场在煤巷两侧错开布置，其规格为：4m×4m×2m，采用工字钢或U型刚U型钢支护。巷帮的每钻场内沿走向布置8个预抽顺层钻孔，8个钻孔的控制范围距巷帮应大于或等于8m；同一侧的相邻钻场间距为50m，掘进时留有10 m的超前距。
掘进工作面抽采钻孔布置的原则就是保证将钻孔布置在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度向上或向下倾斜。当掘进工作面抽采钻孔数量较多时，为扩大钻孔覆盖范围，抽采钻孔应以巷道中线为基准，向周围煤体呈放散状排列，以提高抽采效果。 5.6 封孔方法 5.6.1 封孔材料
钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。 封孔方法的选择应根据抽放方法及孔口所处煤（岩）层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜地选用新方法、新工艺，并应符合下列要求：
1．岩壁钻孔，宜采用封孔器封孔。
2．煤壁钻孔，宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下，可选用水泥砂浆或其它封孔材料。 5.6.2封孔长度
封孔长度应根据钻孔孔口段煤(岩)性质、裂隙发育程度及孔口负压等因素确定，并应符合下列要求：
1．孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时，封孔长度可取2m~3m； ２．孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压很高时，封孔长度可取4m~6m； ３．在煤壁开孔的钻孔，封孔长度可取5m~8m；
４．采用聚氨酯外的其他材料封孔时，封孔段长度与封孔深度相等； ５．采用聚氨酯封孔时，封孔参数见表5-2。
表5-2 聚氨酯封孔参数表
Tab.5-2 The table of the hole sealing parameters of polyurethane 封孔材料 聚氨酯
钻孔条件 孔口段较完整 孔口段较破碎
封孔段长度（m） 钻孔深度（m）
0.8 3~5 1.0 4~6
当采用地面钻孔抽放瓦斯时，抽放结束后应全孔封孔。
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