山西某煤業(yè)有限公司礦井瓦斯抽采工程初步設計

1、山西xxxxxx煤業(yè)有限公司礦井瓦斯抽采工程初步設計（修改版）說 明 書煤炭科學研究總院xx研究院二o一o年二月目 錄前 言51 礦井概況71.1位置與交通71.2 地形地貌、河流及氣候81.2.1 地形地貌81.2.2 河流81.2.3 氣候及地震情況81.3 井田地質(zhì)91.3.1 地層91.3.2 地質(zhì)構造91.4 煤層與煤質(zhì)91.4.1 煤層賦存91.4.2 煤質(zhì)121.5 礦井開拓與開采121.5.1礦井生產(chǎn)能力及服務年限121.5.2 礦井開拓及開采122 礦井瓦斯涌出量預測142.1 礦井瓦斯基礎參數(shù)142.2 礦井瓦斯儲量152.3 礦井瓦斯涌出量預測173 礦井瓦斯抽放必要性及

2、可行性223.1礦井瓦斯來源分析223.2 瓦斯抽放必要性233.3 抽放瓦斯的可行性243.4 建立礦井地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)的結(jié)論254 瓦斯抽放方法的選擇254.1 瓦斯抽放方法的選擇254.2 瓦斯抽放效果預計354.3 瓦斯抽放效果評價364.4 礦井瓦斯抽放服務年限384.5 建立抽放系統(tǒng)的類型384.6 抽放施工設備、檢測儀表及施工量395 瓦斯抽放管路系統(tǒng)布置及選型405.1 抽放管路布置及選型405.2 抽放設備布置及選型465.3 抽放管路、設備的安裝要求526 瓦斯抽放泵站536.1 抽放泵站場地平面布置536.2 瓦斯泵房設備布置537 礦井瓦斯抽放工程工期預計547.1

3、 瓦斯抽放工程547.2 施工進度指標及工期預計548 瓦斯抽放安全技術措施548.1 抽放系統(tǒng)安全措施548.2 抽放泵站安全措施559 環(huán)境保護與瓦斯綜合利用569.1 環(huán)境保護569.2 瓦斯綜合利用5810 瓦斯抽放的配套設施6110.1 給排水、采暖及供熱6110.2 泵房的供電系統(tǒng)及通訊6310.3 檢測、監(jiān)測系統(tǒng)6510.4 地面建筑及環(huán)境保護6711 瓦斯抽放管理6811.1 管理與規(guī)章制度6811.2 瓦斯抽放人員配備6911.3 圖紙、常用記錄和技術資料7011.4 常用記錄和報表格式7112 經(jīng)濟概算及投資7212.1 概算編制范圍及依據(jù)7212.2 概算投資及明細731

4、2.3 投資來源7312.4 技術經(jīng)濟分析及評價7312.5 主要技術指標表743前 言一、概況根據(jù)晉煤重組辦發(fā)200945號“關于xx市xx縣、xx縣煤礦企業(yè)兼并重組整合方案（部分）的批復”的文件精神，山西xxxxxx煤業(yè)有限公司由原xx縣裕祥煤業(yè)有限公司和原xx縣裕安煤業(yè)有限公司重組整合而成，兼并重組主體單位為山西大土河焦化有限責任公司。重組整合山西省國土資源廳頒發(fā)的采礦許可證，井田面積為9.1156km2，批準開采4、10號煤層，生產(chǎn)能力為120萬t/a。整合后開采煤層為10號煤層，設計采用斜立井綜合開拓，單水平開采，通風方式為分列式，通風方法為機械抽出式。 2006年度礦井瓦斯等級鑒定

5、結(jié)果為：煤層瓦斯相對涌出量為135.16m3/t，絕對涌出量為42.07m3/min，礦井為高瓦斯礦井。根據(jù)對兼并重組后的礦井瓦斯涌出量預測，礦井相對瓦斯涌出量在34.57m3/t，礦井絕對涌出量在91.66m3/min，大量的瓦斯涌出會對工作面安全構成嚴重的威脅，制約綜合機械化采煤效能的發(fā)揮。xx煤礦10#煤層的工作面瓦斯涌出較大，上隅角瓦斯經(jīng)常超限，濃度達23%，用通風方法解決很困難，對安全生產(chǎn)構成了嚴重威脅。為此，xx煤礦研究決定，建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)，對礦井進行瓦斯抽放，降低回風流瓦斯?jié)舛龋_保礦井安全生產(chǎn)。二、任務來源xx研究院受xx煤礦的委托，承擔了“xx煤礦礦井瓦斯抽采工程初

6、步設計”任務。xx研究院的設計人員認真研究和分析了xx煤礦煤層的賦存及開拓開采情況后認為：xx煤礦完全具備建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件，同意接受“xx煤礦瓦斯抽放工程初步設計”任務的委托。通過對xx煤礦地質(zhì)及生產(chǎn)資料的收集，周密細致的現(xiàn)場調(diào)研及實地考察，對xx煤礦實際情況進行充分分析、論證和技術方案比較的基礎上，提出了xx煤礦瓦斯抽放工程初步設計。三、設計的主要依據(jù)1、煤礦安全規(guī)程2009版；2、煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范（gb50471-2008）； 3、礦井瓦斯抽放管理規(guī)范（1997版）；4、煤礦瓦斯抽采基本指標（aq1026-2006）；5、煤礦瓦斯抽放規(guī)范（aq1027-2006）；6

7、、xx煤礦改擴建初步設計說明書（合肥設計院）；7、xx煤礦礦井瓦斯涌出量預測及xx煤礦提供的其它地質(zhì)資料和實測資料；四、設計的指導思想1、在符合規(guī)范要求，滿足使用的前提下，盡可能降低成本，節(jié)省工程投資；2、設備、管材選型留有余地，能充分滿足礦井安全生產(chǎn)的需要；3、盡量利用原有的巷道、不增加開拓費用；4、采用的工藝技術具有先進性，且符合實際。5、設備、管材選型留有余地，能充分滿足工作面瓦斯抽放的需求；五、設計的主要內(nèi)容通過對xx煤礦生產(chǎn)及通風瓦斯資料的收集、現(xiàn)場調(diào)研、實地考察以及分析、論證和技術方案比較，提出了xx煤礦抽放瓦斯工程初步設計。設計選用高、低負壓抽放系統(tǒng)對xx煤礦瓦斯進行抽放，泵房內(nèi)

8、布置四臺2bec72型水環(huán)式真空泵。礦井瓦斯抽放量為52.4m3/min，礦井初期風排瓦斯量為55.25 m3/min。礦井瓦斯抽放率為48.7%。本次瓦斯抽放工程初步設計主要包括設計說明書、機電設備與器材清冊、概算書和圖紙四部分。六、瓦斯抽放工程設計簡介本次設計主要包括瓦斯抽放工程設計說明書、瓦斯抽放工程機電設備和器材清冊、瓦斯抽放工程設計概算書和瓦斯抽放工程相關圖紙等四部分。設計的具體內(nèi)容為：1、xx煤礦瓦斯賦存情況、瓦斯抽放的可行性及必要性、瓦斯抽放方法的確定、瓦斯抽放量預計等進行詳細闡述；2、瓦斯抽放管網(wǎng)、瓦斯抽放鉆場與鉆孔參數(shù)設計；3、瓦斯抽放系統(tǒng)的設備、儀器、儀表及附屬裝置選型及安

9、裝設計；4、地面抽放站總平面布置及給供電、排水、通訊及安全監(jiān)測輔助設施；5、瓦斯抽放管理及安全措施；6、技術經(jīng)濟分析；7、設備清冊與工程投資概算；1 礦井概況1.1位置與交通xx煤業(yè)有限公司位于xx縣張子山鄉(xiāng)xx村西南0.5km處，地理坐標為東經(jīng)11106151110857，北緯372701372836。2009年11月山西省國土資源廳頒發(fā)的采礦許可證(證號c1400002009111220041618)，批準開采4、10號煤層，開采深度+847m+535m。資源整合后開采范圍由下列4拐點坐標點依次連線圈定：表1-1 礦區(qū)范圍拐點坐標 拐點編號經(jīng)距(y)緯距(x)119509149.76414

10、9451.40219513129.794149451.41319513129.804146501.80419510929.784146501.38東西最長3.98km，南北最寬2.95km，井田面積9.1156 km2。礦井南與朱家店煤礦為鄰，東與坤龍煤業(yè)為鄰，礦井四鄰關系見圖1-1。井田西部邊界外有307國道、209線和孝（義）柳（林）鐵路通過，交通較為便利。交通位置圖見圖1-2。圖1-1 兼并重組后四鄰關系圖井田西部邊界外有307國道、209線和孝（義）-柳（林）鐵路通過，交通較為方便（見圖1-2）。圖1-2 礦井交通位置圖1.2 地形地貌、河流及氣候1.2.1 地形地貌xx煤礦地處晉西黃

11、土高原，地形主要以黃土臺、塬、峁、梁及黃土沖溝為主，侵蝕切割嚴重，地形復雜，地勢總體東高西低。最高點位于井田東南部，海拔標高+1147.3m，最低點位于井田西北部，海拔標高+970.0m，相對高差約177.3m，屬低中山區(qū)。1.2.2 河流礦井屬黃河流域，三川河水系。井田內(nèi)無常年性水流，僅在雨季，溝谷中有短暫性洪流，由東向西流入井田西部以外的南川河，最后在晉陜交界處的軍渡匯入黃河。1.2.3 氣候及地震情況井田地處晉西北黃土高原，為溫帶大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，冬季少雪，春季多風，夏季雨量集中，秋季陰雨天較多，年平均降水量為537.8mm，年最大降水量811.5mm，年最小降水量326

12、.9mm，降水量多集中在7、8、9三個月內(nèi)。年蒸發(fā)量1482-1941mm，蒸發(fā)量大于降水量。最高氣溫32.5，多出現(xiàn)在7月份，最低氣溫-21.7，多出現(xiàn)在一月份。11月份結(jié)冰，次年3月解凍。最大風速日平均3.1m/s。據(jù)山西省地震局編印的山西省地震烈度區(qū)劃表，xx縣屬6度區(qū)。據(jù)記載，1829年4月，xx、離石地區(qū)曾發(fā)生5-5.9級地震，震中在離石城東。1.3 井田地質(zhì)1.3.1 地層 井田內(nèi)地表幾乎全為第三系上新統(tǒng)，第四系中、上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)所覆蓋，僅在較大溝谷兩側(cè)有零星的二疊系上統(tǒng)上石盒子組出露。1.3.2 地質(zhì)構造井田處于xx-離石向斜的東翼，靠近軸部。井田構造簡單，基本上為一寬緩的不對

13、稱向斜，向斜軸位于井田西部，軸向北北東，西翼傾角平緩，一般1-2；東翼傾角較西翼為陡，一般8-9，局部可達19左右。井田在開發(fā)10號煤層中，發(fā)現(xiàn)有數(shù)條正斷層，走向北東或北西，落差較小，一般1-3m，屬層間斷層，這些斷層對礦井開采有一定影響。井田內(nèi)未見陷落柱、巖漿巖等其它構造現(xiàn)象，總體構造屬簡單類。1.4 煤層與煤質(zhì)1.4.1 煤層賦存（一）含煤性井田內(nèi)的含煤地層主要為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。其中山西組平均厚約71.53m，共含煤7層，自上而下依次為01、02、03、3、4、4下、5號煤層，煤層總厚2.70m，含煤系數(shù)3.27%。太原組平均厚度80.84m，共含煤7層，自上而下依次為

14、6、7、8、9、10、11、12煤層，煤層總厚度7.80m，含煤系數(shù)9.65%。其中10號煤層為全區(qū)可采煤層；4號煤層為局部可采煤層；其余煤層均為不可采煤層。（二）開采煤層特征整合后批準開采4、10號煤層，礦井井田內(nèi)4號煤層為局部可采煤層，在原裕安井田范圍內(nèi)，該礦現(xiàn)開采10號煤層，其厚度、結(jié)構及煤層間距等特征見表1-2。10號煤層位于太原組中下部，頂?shù)装鍘r性為細砂巖、砂質(zhì)泥巖。該煤層厚度為4.147.12m，平均厚度為5.74m。該煤層結(jié)構復雜，含夾矸15層，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。表1-2 可采煤層特征表 煤組煤層號煤層厚度最小最大平均(m)平均層間距(m)結(jié)構頂板底板可采性穩(wěn)定性山西組40-2

15、.000.6062.880.1770.10簡單（0-1）泥巖、砂質(zhì)泥巖、中砂巖泥巖、砂質(zhì)泥巖、中砂巖局部可采較穩(wěn)定太原組104.14-7.125.74復雜（1-5）細砂巖、砂質(zhì)泥巖細砂巖、砂質(zhì)泥巖全區(qū)可采穩(wěn)定xx煤礦煤層柱狀圖見圖1-3。圖1-3 xx煤礦煤層綜合柱狀圖1.4.2 煤質(zhì)一、物理性質(zhì)及煤巖特性井田內(nèi)10號煤層顏色為黑色，條痕為褐黑色，強玻璃光澤，內(nèi)生裂隙不發(fā)育，斷口呈參差狀、不規(guī)則狀，視密度1.301.36t/m3，硬度中等，一般為2-3。10號煤層一般以亮煤為主，少量為鏡煤、絲炭。宏觀煤巖類型主要為半亮型和半暗型，一般呈條帶狀、線理狀結(jié)構，均一狀結(jié)構次之，層狀結(jié)構為主，塊狀結(jié)構

16、次之。二、化學性質(zhì)、工藝性能及煤類 表1-4 煤質(zhì)特征表 煤層號原/浮煤工業(yè)分析（%）粘結(jié)指數(shù)gr.i工業(yè)用途煤類水分mad灰分ad揮發(fā)分vdaf全硫std10原煤0.46-0.990.6712.24-35.3223.0617.11-22.5519.491.23-3.962.0055.0-63.059.0煉焦配煤sm浮煤0.42-0.980.612.62-5.994.5415.51-16.9516.201.00-1.861.181.4.3瓦斯及煤的自燃傾向性瓦斯：礦區(qū)內(nèi)黃土沖溝縱橫交錯，切割較深，含煤巖系山西組地層和太原組地層少有出露，井田構造雖為寬緩向斜構造，但井田東部外不遠即為煤層露頭，煤

17、中瓦斯可沿煤層向上遷移到地表失散。礦井2004年度5月礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為：煤層瓦斯相對涌出量為56.43m3/t，絕對涌出量為12.58m3/min；二氧化碳相對涌出量為2.24m3/t，絕對涌出量為0.50 m3/min。屬高瓦斯礦井。2009年4月山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對xx煤礦10煤層進行了煤塵爆炸性與自燃傾向性試驗。根據(jù)煤塵爆炸性試驗結(jié)果，火焰長度70，巖粉用量70，10煤層煤塵有爆炸危險性；根據(jù)自燃傾向性試驗結(jié)果，自燃等級為類，10煤層為容易自燃煤層。1.5 礦井開拓與開采1.5.1礦井生產(chǎn)能力及服務年限礦井設計生產(chǎn)能力為1200kt/a，礦井服務年限為33a。 1.5.2

18、 礦井開拓及開采該礦始建于1998年，采用一對立井開采井田東南部10號煤層，生產(chǎn)能力為15萬t/a。井下布置膠帶、輔助運輸、回風三條大巷，采用炮采采煤?，F(xiàn)除三個井筒及兩條集中大巷施工外，其它各系統(tǒng)尚未動工?；旌咸嵘本簝魧?.8m，凈斷面17.96m2，傾角22.5，斜長960m，現(xiàn)已開掘到底；回風立井（原有副井）：井筒凈直徑3.0m，垂深310m，現(xiàn)井筒裝備一個0.5t單繩罐籠，擔負人員、材料升降任務，并裝備一臺bdk-n0-6型軸流式通風機，兼做回風；進風立井（原有主立井）：凈直徑4.5m，垂深310m，現(xiàn)井筒內(nèi)裝備一對2t立井箕斗，擔負煤炭提升任務,兼做進風。進風立井、回風立井下部分別

19、設有進風巷和回風巷，矩形斷面，巷道斷面均為4.2m3.5m=14.7 m2，長度分別為815m、675m?，F(xiàn)進風巷與混合提升斜井下部車場已經(jīng)貫通。井田內(nèi)無其它小煤礦開采，但在其周圍邊界鄰近分布有2個煤礦，南與朱家店煤礦為鄰，東與山西坤龍煤業(yè)有限公司為鄰。其余周邊皆為煤層實體，沒有越界開采現(xiàn)象?，F(xiàn)有三個井筒不進行刷大，主斜井和進風立井系統(tǒng)保持不變，僅將現(xiàn)有直徑4.5m回風立井井筒改造為副立井，擔負人員及小型材料輔助提升兼進風。在主斜井井底西側(cè)100m附近位置新開一回風立井，凈直徑6.5m，凈斷面33.16m2，垂深460m，裝備梯子間，用于回風，兼做安全出口?；仫L立井：x=4147780.000

20、，y=19512250.000，z=+1085.000，改造后3個進風井，1個回風井。全井田共布置1個水平，水平標高為644m。4個井筒落底10號煤層后，以主斜井落底標高為10號煤層開采水平標高。在主斜井井底車場附近，沿東西方向布置5條大巷，3條進風巷，2條回風巷，分別為回風大巷、軌道大巷、進風大巷、運輸大巷和回風大巷；運輸大巷、軌道大巷和進風大巷沿10號煤層底板布置，2條回風大巷沿10號煤層頂板布置。另外，將現(xiàn)有的兩條進、回風巷均改為進風巷，與副立井聯(lián)通的大巷改造為集中軌道大巷，與進風立井聯(lián)通的大巷改造為集中進風大巷。這2條大巷與全井田東西向的軌道大巷和進風大巷聯(lián)接，構成主要進風系統(tǒng)。井田以

21、原裕安煤業(yè)西邊界和主斜井及集中大巷為界劃分為東、西兩個采區(qū)。此采區(qū)劃分主要依據(jù)各礦地質(zhì)報告4號煤的可采線，初期擬首先開采西采區(qū)，可以有效避免4號煤開采時形成蹬空開采。待對4號煤勘測工作完成后，可以在東采區(qū)打斜巷到4號煤層進行資源回收。開采順序為：西采區(qū)東采區(qū)回收煤柱。工作面布置在采區(qū)內(nèi)采用前進式，回采工作面采用后退式開采。礦井移交生產(chǎn)及達到生產(chǎn)能力時，在一采區(qū)10號煤層布置1個綜放工作面，2個綜掘工作面，采掘比為1：2。 圖1-4 xx煤礦開拓及采樣點位置示意圖2 礦井瓦斯涌出量預測礦井瓦斯涌出量是礦井通風設計、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎參數(shù)，本次采用分源預測法對礦井瓦斯涌出量進行預測，

22、該方法是根據(jù)煤層瓦斯含量，按礦井瓦斯主要涌出源回采（包括開采層、圍巖和鄰近層）、掘進及采空區(qū)瓦斯涌出量進行計算，從而達到預測工作面、采區(qū)瓦斯涌出量之目的。xx煤礦開采10#煤層，設計布置1個綜采工作面，2個掘進工作面，年產(chǎn)煤炭1200kt/a。2.1 礦井瓦斯基礎參數(shù)煤層瓦斯基礎參數(shù)是礦井瓦斯防治和瓦斯抽放設計的依據(jù)，主要基礎參數(shù)有：煤對瓦斯吸附常數(shù)、煤層孔隙率、煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、煤中殘存瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔瓦斯流量及其衰減系數(shù)。本次設計所依據(jù)的煤層瓦斯基礎參數(shù)數(shù)據(jù)取自xx煤礦礦井瓦斯涌出量預測（xx研究院），詳見表2-1、表2-2、表2-3。表2-1 10煤層瓦斯含量

23、實測結(jié)果表取樣地點采樣深度（m）煤樣中氣體組分(%)煤瓦斯含量（m3/t）ch4co2n2c2-c8回風巷掘進頭10m處40090.301.597.960.1510.08進風巷距回風聯(lián)絡巷60m45093.023.343.430.2111.50井底車場2#交叉點東18m51596.660.872.400.0712.20表2-2 10#煤層煤樣吸附瓦斯試驗與工業(yè)分析結(jié)果地點標高（m）吸附常數(shù)灰分aad(%)水份mad( %)揮發(fā)份r(%)真密度(t/m3)視密度(t/m3)孔隙率(%)a(ml/g.r)b(mpa-1)回風大巷10m處+74040.3710.8845.970.2615.791.4

24、51.338.3表2-3 煤層瓦斯壓力與含量測定煤層測定地點標高（m）瓦斯壓力(mpa)煤層瓦斯含量（m3/t）10#進風巷距回風聯(lián)絡巷60m6800.7611.50井底車場2#交叉點東18m6500.8112.20表2-4 煤層瓦斯自然涌出特征及煤層透氣性系數(shù)測定地點標高（m）煤層透氣性系數(shù)（m2/mpa2.d）鉆孔自然瓦斯流量率減系數(shù)d-1)北回風巷掘進工作面6800.5110.0422.2 礦井瓦斯儲量礦井瓦斯儲量是指在煤田開發(fā)過程中，能夠向開采空間排放瓦斯的煤巖層所賦存的瓦斯總量。瓦斯儲量計算公式如下： wk=w1+w2+w3 式中 wk礦井瓦斯儲量，萬m3；w1可采層的瓦斯儲量總和，

25、萬m3； w1a1i礦井每一個可采煤層的煤炭儲量，萬t；n礦井可采煤層數(shù)；x1i礦井每一個可采煤層的瓦斯含量，m3/t；w2可采煤層采動影響范圍內(nèi)的不可采鄰近煤層的瓦斯儲量總和，萬m3；w2a2i可采煤層采動影響范圍內(nèi)的每一個不可采鄰近煤層的煤炭儲量，萬t；x2i可采層采動影響范圍內(nèi)的每一個不可采鄰近煤層的瓦斯含量，m3/t；m可采層采動影響范圍內(nèi)的不可采煤層數(shù)；w3圍巖瓦斯儲量，萬m3。計算礦井瓦斯儲量時，按以下原則考慮：(1)鄰近層的瓦斯含量視為與其鄰近的開采層相同，各煤層的瓦斯含量均取其間接法測定結(jié)果的平均值；(2)圍巖瓦斯因無實測值，故根據(jù)經(jīng)驗取w1+w2的10。礦井可抽瓦斯量是指瓦斯

26、儲量中在當前技術水平能被抽出來的最大瓦斯量。它反映著礦井資源的開發(fā)程度，與抽放工藝技術和抽放能力密切相關?？沙橥咚沽繛殚_采層的瓦斯儲量與抽放率之積；鄰近層可抽瓦斯量為鄰近層的瓦斯儲量、瓦斯涌出系數(shù)與抽放率三者之積；圍巖瓦斯可抽瓦斯量按巖層瓦斯儲量和涌出系數(shù)計算。為使計算的可抽量能較符合實際，瓦斯涌出系數(shù)，應考慮由于層間距、巖性不同而導致鄰近層卸壓程度的差別等因素，抽放率可參照我國的實際情況與經(jīng)驗確定。礦井瓦斯儲量、可開發(fā)瓦斯量的計算基礎數(shù)據(jù)與計算結(jié)果詳見表2-5。表2-5 礦井瓦斯儲量計算表煤層地質(zhì)儲量(萬t)實測最大瓦斯含量(m3/t)瓦斯儲量(萬m3)可抽瓦斯量(萬m3)5#525.312

27、.20640936796#787.912.209612551710#4337.512.205291830375小計6356.16893939571巖層68943957合計7583343528xx煤礦瓦斯總儲量75833萬m3，可抽瓦斯量43528萬m3。計算結(jié)果表明，xx煤礦瓦斯資源較豐富，同時可開發(fā)瓦斯量亦比較可觀，能為瓦斯利用提供充足的氣源，應盡快開展礦井瓦斯抽放工作。2.3 礦井瓦斯涌出量預測礦井瓦斯涌出量預測的任務是確定新礦井、新水平、新采區(qū)投產(chǎn)時瓦斯涌出量的大小，為礦井和采區(qū)提供通風及瓦斯管理方面的基礎數(shù)據(jù)，它是礦井通風設計、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎參數(shù)。目前礦井瓦斯涌出量預

28、測方法可概括為兩大類：礦山統(tǒng)計預測法和分源預測法。本次采用分源預測法，其實質(zhì)是根據(jù)煤層瓦斯含量，按礦井瓦斯主要涌出源回采（包括開采層、圍巖和鄰近層）、掘進及采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律對礦井各回采工作面、掘進工作面的瓦斯涌出量進行計算，達到預測各采區(qū)及全礦井瓦斯涌出量的目的。2.3.1 回采工作面瓦斯涌出量預測回采工作面瓦斯涌出量包括開采層瓦斯涌出量和鄰近層瓦斯涌出量。式中：回采工作面噸煤瓦斯涌出量，m3/t ； 開采層瓦斯涌出量，m3/t； 鄰近層瓦斯涌出量，m3/t。1、開采層相對瓦斯涌出量（包括圍巖瓦斯涌出量）計算瓦斯涌出量時按下式計算：式中：開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，m3/t；圍巖瓦斯

29、涌出系數(shù)，綜采取k1=1.3；工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率的倒數(shù)，綜采取k2=1.2；準備巷道預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)，按下式計算：k3=l工作面長度，取150m；h巷道預排瓦斯寬度，取14m；煤層厚度，5.74m；煤層開采厚度，5.74m；煤層瓦斯含量，12.20 m3/t；煤的殘存瓦斯含量，取3.25 m3/t。2、鄰近層相對瓦斯涌出量 式中：鄰近層瓦斯涌出量，m3/t； 第個鄰近層厚度，m；開采層的開采厚度，m；第 鄰近層的瓦斯含量，m3/t；第 鄰近層的殘存瓦斯含量，m3/t；第鄰近層瓦斯排放系數(shù)，根據(jù)開采煤層與鄰近層之間距離、開采層頂?shù)装鍘r性等關系選取。 1

30、上鄰近層 2緩傾斜煤層下鄰近層 3傾斜、急傾斜煤層下鄰近層 圖2-1 鄰近層瓦斯排放率與層間距的關系曲線10號煤層開采時可向該煤層涌出瓦斯的鄰近層有4、4下、5、6、7、8、9號6個上鄰近煤層和11號下鄰近層。其瓦斯涌出量計算詳見表2-7。表2-6 10號煤層各鄰近層瓦斯涌出量計算表煤 層名 稱煤 厚采厚距10號煤層的距離瓦斯排放率備 注mmm%4號0.6092.4025上鄰近層4下號0.2580.20355號0.6565.50406號0.6841.14557號0.2133.64708號0.4226.16759號0.2415.638310號5.745.74開 采 層11號0.316.3480下

31、鄰近層 表2-7 回采工作面瓦斯涌出量預測結(jié)果 生產(chǎn)時期回 采工作面瓦斯含量（m3/t）日產(chǎn)量(t/d)瓦斯涌出量開采層（m3/t）鄰近層（m3/t）合 計（m3/t）（m3/min）一采區(qū)北翼16.00363616.114.7220.8352.59南翼16.00363616.114.7220.8352.59二采區(qū)北翼12.20363611.313.2814.5936.84南翼12.20363611.313.2814.5936.842.3.2 掘進工作面瓦斯涌出量預測掘進工作面的瓦斯主要來源于煤壁和落煤兩部分，其計算公式為： 式中：煤壁瓦斯涌出量，m3/min；落煤瓦斯涌出量，m3/min。(

32、1) 掘進工作面煤壁瓦斯涌出量 在巷道掘進過程中，巷道周圍煤層中的瓦斯壓力平衡狀態(tài)遭到破壞，煤體內(nèi)部到煤壁間存在著壓力梯度，瓦斯就會沿煤體裂隙及孔隙向巷道泄出。單位時間內(nèi)單位面積暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）隨著煤壁暴露時間的延長而降低。通常暴露6個月后煤壁瓦斯涌出基本穩(wěn)定。其計算公式為： 式中 q3掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；d巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面周長長度，m；厚煤層d=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度，綜掘順槽工作面d=23.2+4=10.4m；v巷道平均掘進速度；按設計的300m/mon即0.007m/min；l掘進巷道長度；取800m； q0煤壁瓦斯涌出初速度

33、，m3/m2min,按下式計算：式中 vr煤中揮發(fā)份含量；取采樣實測值15.79%； w0煤層瓦斯含量，m3/t；一采區(qū)順槽掘進取16.00 m3/t，二采區(qū)順槽掘進取12.20m3/t；q01=0.026(0.0004(15.79)2+0.16)16.00=0.108m3/m2minq02=0.026(0.0004(15.79)2+0.16)12.20=0.082m3/m2min一采區(qū)煤壁瓦斯涌出量：q3=10.40.0070.108(2(800/0.007)1/2-1)=5.31 m3/min；二采區(qū)煤壁瓦斯涌出量：q3=10.40.0070.082(2(800/0.007)1/2-1)=

34、4.03 m3/min； (2) 掘進工作面落煤瓦斯涌出量 式中 q4掘進巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；v巷道平均掘進速度，按設計的500m/mon即0.011m/min；s掘進巷道斷面積，m2，s=3.24=12.80；煤的密度 t/m3；取1.32 t/m3；w0煤層瓦斯含量，m3/t；一采區(qū)順槽掘進取16.00 m3/t，二采區(qū)順槽掘進取12.20m3/t；wc煤層殘存瓦斯含量，m3/t，wc取3.25m3/t。一采區(qū)落煤瓦斯涌出量：q4=12.800.0071.32(16.00-3.25)=1.51 m3/min；二采區(qū)落煤瓦斯涌出量：q4=12.800.0071.32(12.20

35、-3.25)=1.06 m3/min；表2-8 掘進工作面瓦斯涌出量預測結(jié)果 生產(chǎn)時期掘進工作面煤厚（m）瓦斯含量（m3/t）巷長(m)掘進速度（m/mon）瓦斯涌出量（m3/min）煤壁落煤合計一采區(qū)北翼順槽5.7416.008003005.311.516.82南翼順槽5.7416.008003005.311.516.82二采區(qū)北翼順槽5.7412.208003004.031.065.09南翼順槽5.7412.208003004.031.065.09從以上各式可看出，掘進工作面瓦斯涌出量在煤層瓦斯含量不變的情況下，與巷道掘進速度有關，掘進速度越快，其瓦斯涌出量越大；在煤巷掘進速度相同的情況下

36、，所掘進煤層的瓦斯含量越大，巷道絕對瓦斯涌出量越大。按xx煤礦各煤層巷道的瓦斯含量及掘進速度情況，預計各煤層瓦斯涌出量計算結(jié)果見表2-8。2.3.3 采區(qū)瓦斯涌出量預測生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量系采區(qū)內(nèi)所有回采工作面、掘進工作面（巷道）和生產(chǎn)采空區(qū)瓦斯涌出量之和，按下式計算：式中：生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t； 生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)； 第i個回采工作面的瓦斯涌出量，m3/t； 第i個回采工作面的平均日產(chǎn)量，t/d；第i個掘進工作面（巷道）的瓦斯涌出量，m3/min； 生產(chǎn)采區(qū)回采煤量和掘進煤量的總和，t/d。表2-9 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預測結(jié)果 生產(chǎn)采區(qū)日產(chǎn)量(t/d)采區(qū)瓦斯涌出量回采(m3/

37、t)產(chǎn)量（t）掘進(m3/min)采空區(qū)系數(shù)合 計(m3/min)(m3/t)一采區(qū)381820.8336366.821.3086.1232.48二采區(qū)381814.5936365.091.30 61.1123.052.3.4 礦井瓦斯涌出量預測礦井瓦斯涌出量是礦井內(nèi)全部生產(chǎn)采區(qū)和已采采空區(qū)瓦斯涌出量之和，按下式計算：式中：礦井瓦斯涌出量，m3/t； 已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，根據(jù)本礦實際取1.25； 第i個生產(chǎn) 采區(qū)的瓦斯涌出量，m3/t； 第i個生產(chǎn)采區(qū)的產(chǎn)煤量，取3818t。表2-10 礦井瓦斯涌出量預測結(jié)果 生產(chǎn)時期生產(chǎn)區(qū)域日產(chǎn)量(t/d)瓦斯涌出量生產(chǎn)采區(qū)(m3/t)已采采區(qū)系數(shù)合 計

38、(m3/min)(m3/t)前期一采區(qū)381832.481.25107.6540.60后期二采區(qū)381823.051.2576.3928.81由表2-10可以看出，礦井初期的絕對瓦斯涌出量為107.65 m3/min。3 礦井瓦斯抽放必要性及可行性3.1礦井瓦斯來源分析根據(jù)前面的10#煤層回采工作面瓦斯涌出預測結(jié)果，礦井、工作面的瓦斯涌出量構成結(jié)果見表3-1、3-2。表3-1 礦井瓦斯涌出量構成預測結(jié)果礦井總涌出量(m3/min)掘進面涌出量(m3/min)采空區(qū)涌出量(m3/min)回采面涌出量(m3/min)掘進面所占比例（%）采空區(qū)所占比例（%）回采面所占比例（%）107.6513.64

39、41.4252.5912.6738.4848.85表3-2 工作面瓦斯涌出量構成預測結(jié)果工作面采面總涌出量(m3/min)本層涌出量(m3/min)采空區(qū)及鄰近層涌出量(m3/min)本層占比例（%）采空區(qū)及鄰近層占比例（%）一采區(qū)工作面52.5940.6811.9177.422.6注：采空區(qū)瓦斯包括圍巖與鄰近層瓦斯。煤礦抽放瓦斯是減少礦井和采區(qū)瓦斯涌出量的有效途徑，抽放瓦斯不僅為井下安全生產(chǎn)和更好地發(fā)揮采掘機械效能提供了條件，同時對抽出的瓦斯加以利用，也會取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。根據(jù)表3-1、3-2，工作面瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區(qū)和上鄰近層，采

40、空區(qū)瓦斯涌出包括丟煤解吸的瓦斯、圍巖涌出的瓦斯，為此工作面瓦斯主要來源于開采落煤、上鄰近層和采空區(qū)（含圍巖）涌出的瓦斯。一采區(qū)掘進工作面瓦斯涌出量也較大，掘進工作面瓦斯主要來源于掘進工作面的煤壁及落煤。3.2 瓦斯抽放必要性根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局2009年頒布的煤礦安全規(guī)程第145條規(guī)定：有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng)：(一) 1個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1個掘進工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風方法解決瓦斯問題不合理的。(二)礦井絕對瓦斯涌出量達到下列條件的： 大于或等于40m3/min； 年產(chǎn)量1.0mt1.5mt的礦井

41、，大于30m3/min； 產(chǎn)量0.60mt1.0mt的礦井，大于25m3/min； 年產(chǎn)量0.4mt0.6mt的礦井，大于20m3/min； 年產(chǎn)量小于或等于0.4mt的礦井，大于15m3/min；（三）開采具有煤與瓦斯突出危險煤層的。3.2.1 從瓦斯涌出現(xiàn)狀及預測情況看抽放瓦斯的必要性從生產(chǎn)現(xiàn)狀看，如前所述2006年度礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為：煤層瓦斯相對涌出量為135.16m3/t，絕對涌出量為42.07m3/min。從預測瓦斯涌出狀況看，xx煤礦10#煤層一采區(qū)工作面相對瓦斯涌出量為17.83m3/t，日產(chǎn)3636t/d時工作面絕對瓦斯涌出量為45.02m3/min。一采區(qū)作為首采區(qū)，在

42、掘進工作和以后的回采工作中靠通風方法稀釋工作面瓦斯比較困難且不合理，按照“先抽后采”的方針，應采用抽放。故從礦井瓦斯涌出情況看，建立抽放瓦斯系統(tǒng)是非常必要的。3.2.2 從通風能力看抽放瓦斯的必要性采掘工作面實行瓦斯抽放的必要性判斷標準是：采掘工作面設計風量小于稀釋瓦斯所需要的風量，即下式成立時，抽放瓦斯才是必要的。q0 (3-1) 式中 q0采掘工作面供風量，m3/min； q采掘工作面瓦斯涌出量，m3/min； k瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取1.5； c采掘工作面允許的瓦斯?jié)舛?，。掘進工作面通風量在400m3/min左右，根據(jù)上式計算通風所能解決的瓦斯量為2.67m3/min左右，而根據(jù)涌出量預

43、測一采區(qū)10#煤層運輸順槽掘進工作面最大瓦斯涌出量為6.82m3/min，單獨依靠通風不能解決掘進工作面的瓦斯問題；同時，10#煤層工作面的通風量在1200m3/min左右，根據(jù)上式計算通風所能解決的瓦斯量為8m3/min左右，而根據(jù)涌出量預測采煤工作面的瓦斯涌出量為52.59m3/min，單獨依靠通風不能解決采煤工作面的瓦斯問題，所以需要建立瓦斯抽放系統(tǒng)來抽放通風無法解決剩余瓦斯。3.2.3 從資源利用和環(huán)保角度看抽放瓦斯的必要性瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)潔凈能源，將抽出的瓦斯加以利用，可變害為利，改善能源結(jié)構，保護環(huán)境，取得顯著的經(jīng)濟和社會效益。根據(jù)前面的計算，xx煤礦瓦斯總儲量758330km3，可

44、開發(fā)瓦斯量435280km3。表明xx煤礦瓦斯資源較豐富，同時可開發(fā)瓦斯量亦比較可觀，為瓦斯利用提供充足的氣源。因此，從資源利用和環(huán)保角度看建立瓦斯抽放系統(tǒng)是必要的。3.3 抽放瓦斯的可行性煤層預抽瓦斯難易程度分類見表3-3。表3-3 煤層預抽瓦斯難易程度分類指標難易程度 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) （d-1）煤層透氣性系數(shù)（m2/mpa2d）容易抽放0.00310可以抽放0.0030.05100.1較難抽放0.050.1xx煤礦實測的10#煤層的百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.042d-1；10#煤層透氣性系數(shù)為0.511m2/mpa2d。根據(jù)上面的數(shù)據(jù)綜合分析可知xx煤礦開采煤層屬于可以抽放煤層。

45、通過以上分析，xx煤礦具備建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。3.4 建立礦井地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)的結(jié)論如前所述，xx煤礦瓦斯資源可靠、儲量豐富，滿足煤礦瓦斯抽放規(guī)范中4.2的規(guī)定，即：建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應同時具備下列2個條件：1、 瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在2m3/min以上。2、 瓦斯資源可靠、儲量豐富，預計瓦斯抽放服務年限在5年以上。所以結(jié)論是：xx煤礦符合建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。4 瓦斯抽放方法的選擇4.1 瓦斯抽放方法的選擇瓦斯抽放方法的選擇，主要是根據(jù)礦井（或采區(qū)、工作面）瓦斯來源、煤層賦存狀況、采掘布置、開采程序以及開采地質(zhì)條件等因素進行綜合考慮。目前瓦斯抽放

46、方法主要有：開采層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放，選擇具體瓦斯抽放方法時應遵循如下原則：1、選擇的瓦斯抽放方法應適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質(zhì)條件和開采技術條件；2、應根據(jù)瓦斯來源及涌出構成進行，盡量采取綜合瓦斯抽放方法，以提高瓦斯抽放效果； 3、有利于減少井巷工程量，實現(xiàn)抽放巷道與開采巷道相結(jié)合；4、選擇的瓦斯抽放方法應有利于抽放巷道布置與維修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本； 5、所選擇的抽放方法應有利于抽放工程施工、抽放管路敷設以及抽放時間增加。 4.1.1 瓦斯抽放方法概述1、回采工作面瓦斯來源及構成根據(jù)工作面瓦斯涌出量構成預測結(jié)果（詳見，表3-2），工作面瓦斯一部分來

47、源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區(qū)丟煤解吸的瓦斯和圍巖、鄰近層涌出的瓦斯。工作面瓦斯主要來源于采空區(qū)（含采空區(qū)丟煤、圍巖及鄰近層）和開采層涌出的瓦斯。2、開采層瓦斯抽放開采層抽放包括預抽、邊采邊抽和強化抽放等方式，預抽主要采用鉆孔預抽，是在工作面開采前預先抽放煤體中的瓦斯，屬于未卸壓煤層的瓦斯抽放，對于透氣性及其它預抽條件較好的煤層，預抽會取得較好效果。邊采邊抽利用工作面開采時的卸壓效應抽放本層瓦斯，當工作面推進時，工作面前方煤體由于卸壓，透氣性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向鉆孔，抽放工作面前方煤體的卸壓瓦斯。xx煤礦為高瓦斯礦井，10#煤層透氣性系數(shù)為0.511m

48、2/mpa2d，為可以抽放煤層，并且xx煤礦開采層瓦斯涌出量占回采工作瓦斯涌出量的77%左右，開采層是工作面瓦斯涌出的最主要來源，為了保證礦井安全高效開采，應進行采前預抽。同時，為了保證抽放效果，xx煤礦應加強邊采邊抽，并適當加大布孔密度和增加抽放時間的方式來提高預抽效果，也可采用預裂爆破等強化抽放的方式來提高預抽效果。xx煤礦掘進工作面瓦斯涌出量較大，可采用邊掘邊抽的抽放方法治理工作面瓦斯。3、鄰近層瓦斯抽放鄰近層瓦斯抽放就是通常所說的卸壓層瓦斯抽放。在煤層群條件下，受開采層的采動影響，其上部或下部的鄰近層煤層得到卸壓，而產(chǎn)生膨脹變形，煤層透氣性大幅度提高。此時煤層與巖層之間形成的空隙與裂縫

49、，不僅可儲存卸壓瓦斯，而且也是良好的瓦斯流動通道，為防止鄰近層瓦斯向開采層工作面涌出就應當用抽放的辦法來處理這部分瓦斯。實踐證明，鄰近層瓦斯抽放效果好，如果抽放參數(shù)選取得當，抽放率可達到7080%，甚至更高。根據(jù)工作面瓦斯涌出量預測結(jié)果，xx煤礦鄰近層瓦斯涌出量占回采工作瓦斯涌出量的22%左右，鄰近層是工作面瓦斯涌出的來源之一，據(jù)xx煤礦的煤層賦存與開采條件，可采用由開采層層內(nèi)鉆場向鄰近層打穿層鉆孔抽放鄰近層瓦斯。4、采空區(qū)瓦斯抽放鄰近層及圍巖瓦斯的大量涌出，使回采工作面采空區(qū)瓦斯涌出量較大；井下老采空區(qū)內(nèi)存在大量瓦斯，老采空區(qū)瓦斯大量涌出會增加采區(qū)及礦井的通風壓力。采空區(qū)瓦斯抽放屬于卸壓抽放

50、，采空區(qū)瓦斯抽放具有抽放量大、來源穩(wěn)定等特點。xx煤礦老采空區(qū)瓦斯涌出量占礦井總涌出量的38%左右，現(xiàn)采空區(qū)瓦斯涌出量占回采工作面瓦斯涌出量的22%左右，所以采空區(qū)瓦斯抽放尤為重要。根據(jù)10#煤層煤層賦存條件和巷道布置情況，xx煤礦可采用頂板高位鉆孔、斜交鉆孔法、采空區(qū)插管法等抽放方法治理現(xiàn)采空區(qū)及鄰近層瓦斯。抽放過程中應根據(jù)抽放效果不斷調(diào)整抽放參數(shù)，提高瓦斯抽放效果。xx煤礦老采空區(qū)瓦斯涌出量較大，應選用全封閉式抽放方法。在抽放過程中必須經(jīng)常檢測抽放管路中co濃度和氣體溫度等相關參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，必須采取防止煤自燃的措施。4.1.2 可選瓦斯抽放方法及參數(shù)設計根據(jù)抽放方法的選

51、擇原則，結(jié)合xx煤礦各煤層的賦存、瓦斯來源等特點，考慮到工作面所需的抽放量，提出xx煤礦較合理的抽放方法。1、斜向鉆孔抽放（1）抽放方法：在工作面回風側(cè)打順層斜向鉆孔，工作面開采前進行煤層瓦斯預抽，開采時進行采動卸壓抽放。（2）抽放鉆孔布置：鉆孔技術參數(shù)見表4-1，抽放鉆孔布置見圖4-1。表4-1 斜向鉆孔技術參數(shù)表鉆孔類別鉆孔與巷道夾角（ ）鉆孔與水平面夾角（ ）孔深（m）鉆孔直徑（mm）孔間距（m）斜向鉆孔60與煤層傾角相同140945注：以上技術參數(shù)供工作面試驗用，須根據(jù)實際效果考察來確定合適的參數(shù)。圖4-1 斜向鉆孔布置圖（3）封孔工藝鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔深度59m，封孔段長度1m，封孔管為直徑50mm的pe管（阻燃、抗靜電），再用鎧裝膠管連接到支管上，再連接到主管上，最后到達地面泵房。抽放鉆孔間距應進一步考察，確定合理鉆孔間距，預抽時間預計為9個月。聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的簡稱。它的種類繁多，根據(jù)原料配方不同，可以制成多種不同產(chǎn)品。對于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在發(fā)泡后，其內(nèi)所形成的孔為封閉孔，不漏氣，另外對發(fā)泡時間、發(fā)泡倍數(shù)、固化后的強度，可塑性等均有一定的要求。聚氨酯封孔采用卷纏藥液法及鉆孔內(nèi)封孔管結(jié)構，見圖4-2。圖4-2 聚氨酯纏藥方法及封孔管結(jié)構示意圖（4）抽放管