瓦斯抽采設(shè)計(jì)

1、礦井瓦斯抽采課程設(shè)計(jì)目錄1 瓦斯抽采必要性與可行性論證11.1瓦斯抽采的必要性論證11.2瓦斯抽采的可行性論證11.3瓦斯抽采設(shè)計(jì)的依據(jù)22 區(qū)域防突措施32.1礦井概況32.2區(qū)域防突措施的選擇32.3保護(hù)層開(kāi)采的可行性分析32.4保護(hù)范圍的劃定43 瓦斯抽采方法83.1煤層B瓦斯抽采設(shè)計(jì)83.2煤層A瓦斯抽采設(shè)計(jì)103.3未保護(hù)區(qū)卸壓瓦斯抽采設(shè)計(jì)114 瓦斯抽采參數(shù)125 瓦斯抽采管網(wǎng)135.1瓦斯管路135.2管路阻力計(jì)算135.3抽采泵選型145.4抽采瓦斯泵確定151 瓦斯抽采必要性與可行性論證1.1瓦斯抽采的必要性論證 突出煤層瓦斯含量大，必須建立瓦斯抽采系統(tǒng)且必須是地面瓦斯抽采系

2、統(tǒng)以保降預(yù)抽煤層瓦斯的有效性、可靠性，?防治煤與瓦斯突出規(guī)定?以下簡(jiǎn)稱?防突規(guī)定?，突出礦井必須建立滿足防突工作要求的地面永久瓦斯抽采系統(tǒng)。高瓦斯礦井采掘過(guò)程中瓦斯涌出大,需要根據(jù)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量、工作面產(chǎn)量和礦井瓦斯絕對(duì)瓦斯涌出量的要求,建立地面瓦斯抽采系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽采瓦斯系統(tǒng),但地面瓦斯抽采系統(tǒng)可靠性更高、能力更強(qiáng),必要時(shí)應(yīng)在高瓦斯礦井建立地面瓦斯抽采系統(tǒng) 。 ?防突規(guī)定? 規(guī)定，一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5 m3 /min或一個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問(wèn)題不合理的，必須建立地面永久抽采瓦斯系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽采瓦斯系統(tǒng)。 ?煤礦瓦斯抽放標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)

3、定：有以下情況之一的礦井，必須建立地面永久抽采瓦斯系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽采瓦斯系統(tǒng)： a) 一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m 3 /min 或一個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m 3 /min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問(wèn)題不合理時(shí)； b) 礦井絕對(duì)涌出量到達(dá)以下條件的： 大于或等于 40m 3 /min； 年產(chǎn)量 1.01.5Mt 的礦井，大于 30m 3 /min； 年產(chǎn)量 0.61.0Mt 的礦井，大于 25m 3 /min； 年產(chǎn)量 0.40.6Mt 的礦井，大于 20m 3 /min； 年產(chǎn)量等于或小于 0.4Mt 的礦井，大于 15m 3 /min； c) 開(kāi)采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層。1.2瓦斯

4、抽采的可行性論證 傳統(tǒng)的瓦斯抽采需進(jìn)行抽采可行性論證，論證指標(biāo)有3項(xiàng)，分別為煤層透氣性系數(shù)，孔瓦斯流量衰減系數(shù)和百米鉆孔瓦斯極限抽放量衰減系數(shù)Qi并根據(jù)上述指標(biāo)，將煤層瓦斯抽采的難易程度進(jìn)行分類，如表所列。表煤層瓦斯抽采難易程度分類 指標(biāo)難易程度鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)百米鉆孔瓦斯極限抽量煤層透氣系數(shù)容易抽放<0.003>14400>10可以抽放0.0030.05144002880100.1較難抽放>0.05<2880<0.11.3瓦斯抽采設(shè)計(jì)的依據(jù)1國(guó)家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦平安監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定，2021年2國(guó)家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤

5、礦平安監(jiān)察局,煤礦平安規(guī)程， 2001 年3國(guó)家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，煤礦瓦斯抽采標(biāo)準(zhǔn)AQ10272006， 2006 年4國(guó)家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，煤礦瓦斯抽采根本指標(biāo)AQ10262006 2006 年5國(guó)家煤礦平安監(jiān)察局.煤礦瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)五十條.2005年（6） 國(guó)務(wù)院平安生產(chǎn)委員會(huì)辦公室，關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦瓦斯治理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)，安委辦202117號(hào)，2021年7國(guó)家平安生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，煤礦低濃度瓦斯管道輸送平安保陣系統(tǒng) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)AQ1076_2021, 2021 年2 區(qū)域防突措施2.1礦井概況 煤系地層從上到下有煤層A和煤層B，煤層傾角12°，為貧煤；煤層A厚2.6m，煤

6、層B厚2.8m，均具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。A煤層與B煤層距離為75m，A煤層和B煤層工作面均設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)1500m，面長(zhǎng)120m，其中A煤層工作面平均瓦斯含量為15m3/t，煤層透氣性系數(shù)為0.003mD；B煤層工作面平均瓦斯含量為10m3/t，煤層透氣性系數(shù)為0.1mD。2.2區(qū)域防突措施的選擇 ?防突規(guī)定?第四十五條 區(qū)域防突措施是指在突出煤層進(jìn)行采掘前，對(duì)突出煤層較大范圍采取的防突措施。區(qū)域防突措施包括開(kāi)采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩類。 開(kāi)采保護(hù)層分為上保護(hù)層和下保護(hù)層兩種方式： 預(yù)抽煤層瓦斯可采用的方式有：地面井預(yù)抽煤層瓦斯以及井下穿層鉆孔或順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層

7、瓦斯、順層鉆孔或穿層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽石門含立、斜井等揭煤區(qū)域煤層瓦斯、順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯等。 預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施應(yīng)當(dāng)按上述所列方式的優(yōu)先順序選取，或一并采用多種方式的預(yù)抽煤層瓦斯措施。 由于A煤層的煤層透氣性系數(shù)=0.003<0.1，在不采取其它增透卸壓措施的前提下較難抽放，而B(niǎo)煤層的煤層透氣性系數(shù)=0.01，可以抽采。所以可選B煤層為首采煤層作為保護(hù)層，進(jìn)而對(duì)A煤層進(jìn)行卸壓瓦斯抽采，進(jìn)行消突。2.3保護(hù)層開(kāi)采的可行性分析1?防突規(guī)定?關(guān)于保護(hù)層選取的要求 ?防突規(guī)定?第四十六條 選擇保護(hù)層必須遵守以下規(guī)定： 在突出礦井開(kāi)采煤層群時(shí)，如在有效保護(hù)垂距

8、內(nèi)存在厚度0.5m及以上的無(wú)突出危險(xiǎn)煤層，除因突出煤層距離太近而威脅保護(hù)層工作面平安或可能破壞突出煤層開(kāi)采條件的情況外，首先開(kāi)采保護(hù)層。有條件的礦井，也可以將軟巖層作為保護(hù)層開(kāi)采； 當(dāng)煤層群中有幾個(gè)煤層都可作為保護(hù)層時(shí)，綜合比擬分析，擇優(yōu)開(kāi)采保護(hù)效果最好的煤層； 當(dāng)?shù)V井中所有煤層都有突出危險(xiǎn)時(shí)，選擇突出危險(xiǎn)程度較小的煤層作保護(hù)層先行開(kāi)采，但采掘前必須按本規(guī)定的要求采取預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施并進(jìn)行效果檢驗(yàn)； 優(yōu)先選擇上保護(hù)層。在選擇開(kāi)采下保護(hù)層時(shí)，不得破壞被保護(hù)層的開(kāi)采條件。（2） 保護(hù)層的有效保護(hù)范圍A 煤層與 B煤層的煤層傾角為 12°，屬于緩傾斜煤層。 參照表保護(hù)層與被保護(hù)層之

9、間的最大保護(hù)垂距可得緩傾斜和傾斜煤層的最大保護(hù)垂距為100m。B 煤層與 A 煤層垂距為 H=75m，所以該煤層采用下保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)有效。開(kāi)采下保護(hù)層時(shí)，不破壞上被保護(hù)層的最小層間距離可參用以下公式確定：當(dāng) <60°時(shí)，H=KMcos當(dāng) >60°時(shí)，H=KMsin(/2)式中：H允許采用的最小層間距離，m； M保護(hù)層的開(kāi)采厚度，m； 煤層傾角，度； K頂板管理系數(shù)，冒落法管理頂板時(shí)，K取10充填法管理頂板時(shí)，K取6。所以當(dāng)開(kāi)采B煤層作為下保護(hù)層時(shí)允許最小層間距離H = 10×2.8×cos12°=27.4m。A煤層與B煤層距離為 7

10、5m,大于 27.4m。故 選取B 作為下保護(hù)層不會(huì)破壞上被保護(hù)層。3綜上，選取B煤層作為保護(hù)層，既能符合?防突規(guī)定?到達(dá)消突效果，又能不破壞被保護(hù)層A煤層，可行性得證。2.4保護(hù)范圍的劃定（1） 沿傾斜的保護(hù)范圍在被保護(hù)層中，沿傾斜方向的保護(hù)范圍可按卸壓角劃定，如圖所示。卸壓角的大小與煤層傾角、煤系地層的巖石力學(xué)性質(zhì)等因素有關(guān)，但主要取決于煤層傾角，應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)際考察結(jié)果確定其卸壓角，也可參考表的數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分傾向被保護(hù)層工作面的保護(hù)范圍邊界。圖保護(hù)層工作面沿傾斜方向的保護(hù)范圍 A保護(hù)層；B被保護(hù)層；C保護(hù)邊界范圍線表保護(hù)層沿傾斜方向卸壓角煤層傾角°卸壓角°12340808

11、07575107783757520738775753069907770406590807050709080706072908070707290807280739078759075807580 由上，根據(jù)B煤層的傾角12°，工作面長(zhǎng)度120m，假設(shè)數(shù)值連續(xù)變化，76.2可得1=76.2°2=83.8°,那么沿傾斜的有效保護(hù)長(zhǎng)度：L傾斜=120+ =93.5m2沿走向的保護(hù)范圍 假設(shè)保護(hù)層采煤工作面停采時(shí)間超過(guò)3個(gè)月且卸壓比擬充分，那么該保護(hù)層采煤工作面對(duì)被保護(hù)層沿走向的保護(hù)范圍對(duì)應(yīng)于始采線、停采線及所留煤柱邊緣位置的邊界可按卸壓角5=56°60°

12、劃定。如圖所示。對(duì)于不規(guī)那么煤柱，按照其最外緣的輪廓?jiǎng)澇銎街陛喞€，并根據(jù)保護(hù)層與被保護(hù)層之間的間距變化，確定煤柱的影響范圍。圖保護(hù)層工作面始采線、采止線和煤柱的影響范圍A保護(hù)層；B被保護(hù)層；C煤柱；D采空區(qū)；E保護(hù)范圍；F始采線、采止線 A煤層和B煤層工作面均設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)1500m，為方便計(jì)算，取卸壓角為60°那么沿走向的有效保護(hù)長(zhǎng)度：L走向=15002×=1314.4m（3） 最大保護(hù)垂距保護(hù)層與被保護(hù)層之間的最大保護(hù)垂距可參照表選取表保護(hù)層與被保護(hù)層之間的最大保護(hù)垂距煤層類別最大保護(hù)垂距上保護(hù)層下保護(hù)層急傾斜煤層<60<80緩傾斜和傾斜煤層<50<

13、;100在2.3中得證，選取B煤層為保護(hù)層時(shí)保護(hù)垂距27.4m100m。（4） A煤層整個(gè)工作面的保護(hù)下延保護(hù)層 根據(jù)傾斜遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采同水平被保護(hù)層的連續(xù)卸壓保護(hù)，在采用傾斜遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采時(shí)，按一定卸壓角畫(huà)出卸壓邊界，那么可以發(fā)現(xiàn)同水平標(biāo)高保護(hù)層開(kāi)采后，同水平被保護(hù)層只有淺部一局部煤體處于保護(hù)層內(nèi)，而同水平深部大片煤體未能得到卸壓保護(hù)，采用保護(hù)層開(kāi)采下延的方法可以很好的解決這一問(wèn)題。 為全部保護(hù)到同水平的被保護(hù)煤層，在傾向上必須擴(kuò)大保護(hù)層的開(kāi)采范圍，沿傾向延伸保護(hù)層的開(kāi)采下限，保護(hù)層開(kāi)采的下延深度以保護(hù)到同水平被保護(hù)的開(kāi)采下限為準(zhǔn)。保護(hù)層下延長(zhǎng)度：L下延=+=371.3m擴(kuò)展保護(hù)層邊

14、界 走向上只要將 B 煤層保護(hù)層向分別兩邊擴(kuò)界 L 擴(kuò)界即可將 A 煤層走向上整個(gè)保護(hù)起來(lái)。各擴(kuò)界長(zhǎng)度：L擴(kuò)界=43.4m3 瓦斯抽采方法3.1煤層B瓦斯抽采設(shè)計(jì) B煤層具有突出危險(xiǎn)性，且設(shè)計(jì)B煤層為首采煤層，所以需先采取區(qū)域防突措施消除突出危險(xiǎn)性，才能進(jìn)行開(kāi)采。而B(niǎo)煤層的煤層透氣性系數(shù)為0.1mD，根據(jù)表煤層瓦斯抽采難易程度分類，可以對(duì)B煤層進(jìn)行采前瓦斯抽采消除突出危險(xiǎn)性。 根據(jù)煤層B的根本情況煤層傾角12°，厚2.8m，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，工作面平均瓦斯含量為10m3/t，煤層透氣性系數(shù)為0.1mD。采用底板巖巷密集穿層鉆孔采前抽采煤巷條帶瓦斯進(jìn)行區(qū)域瓦斯抽采。底板巖巷密集穿

15、層鉆孔采前抽采煤巷條帶瓦斯底板巖巷密集穿層鉆孔煤巷條帶預(yù)抽可在較短的時(shí)間內(nèi)消除煤巷條帶的突出危險(xiǎn)性， 為盡早進(jìn)人突出煤層、繼續(xù)采取順層鉆孔預(yù)抽消除工作面突出危險(xiǎn)贏得了時(shí)間。因此，該方法通常結(jié)合工作面順層鉆孔預(yù)抽一并采用，具有廣泛的造應(yīng)性，是目前不具備保護(hù)層開(kāi)采條件的突出煤層，區(qū)域性瓦斯治理的豐要方法。鉆孔布置方法底板巖巷密集穿層鉆孔釆前抽采煤巷條帶瓦斯是在工作面煤巷(機(jī)巷、切眼、風(fēng)巷)底板 1525m在右的巖層中，布置地板巖巷，構(gòu)成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)；然后在底板巖巷中每隔段距離布置一個(gè)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)中向工作面煤巷位置及煤巷兩邊需控制范圍(?防突蜆定?對(duì)鉆孔控制范圍的要求)施工網(wǎng)格式密集穿層鉆孔，采前

16、抽采煤巷條帶瓦斯，力爭(zhēng)在較短的時(shí)間內(nèi)區(qū)域性消除工作面煤巷及其周圍需要控制范圍煤體危險(xiǎn)性，使之具備煤巷掘進(jìn)的條件?？梢?jiàn)，底板巖巷密集穿層鈷孔條帶釆前抽采是為工炸面煤巷掘進(jìn)效勞的。以上的煤巷條帶采前抽采方法適應(yīng)于工作面傾斜上、下 均為實(shí)體煤的條件。如果工作面的上區(qū)段已經(jīng)回采，即工作面風(fēng)巷緊鄰上區(qū)段工作面的采空區(qū)，煤體已經(jīng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的瓦斯排放，那么煤體內(nèi)形成自消除突出危險(xiǎn)區(qū)；風(fēng)巷留設(shè)35 m的小煤柱時(shí)風(fēng)巷及其掘進(jìn)需控制范圍處于自消除突出危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)，可在平安防護(hù)措施的保護(hù)下進(jìn)行掘進(jìn)。這時(shí)僅需要在工作面機(jī)巷底部巖層內(nèi)布置一條底板巖巷，然后通過(guò)采區(qū)邊界上山與上區(qū)段底板巖巷溝通構(gòu)成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。 根本要

17、求(1)鉆孔控制范圍?防突規(guī)定?對(duì)于鉆孔控制回采巷道外側(cè)的規(guī)定范圍是:傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20 m,下幫至少10 m；其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15 m。因此，底板巖巷穿層鉆孔條帶采前抽采需要控制工作面煤巷(機(jī)巷、風(fēng)巷、切眼及其兩側(cè)需要控制的煤體。(2)鉆孔及抽采要求根據(jù)我國(guó)煤層及瓦斯賦存的特點(diǎn)，結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)鉆孔施工的實(shí)際，確定穿層鉆孔直徑為 90120 mm，鉆孔間距210 m，鉆孔間距以煤層頂板為準(zhǔn)；鉆孔穿透煤層，進(jìn)入煤層頂板0.5 m；鉆孔在煤層內(nèi)均勻布置，施工完成后鉆孔在煤層傾向截面上應(yīng)呈均勻、規(guī)那么的網(wǎng)格狀布置。穿層鉆孔可用水泥砂漿封孔，封孔長(zhǎng)度在8m以上，抽采負(fù)壓

18、在25 kPa以上。抽采時(shí)間以實(shí)際抽采情況確定，即將鉆孔控制范圍內(nèi)的瓦斯壓力或瓦斯含量降至消除 突出危險(xiǎn)性的臨界指標(biāo)值以下，但通常情況下穿層鉆孔采前抽采時(shí)間不小于4個(gè)月。3.2煤層A瓦斯抽采設(shè)計(jì) 煤礦?防突規(guī)定?第四十七條規(guī)定：開(kāi)采保護(hù)層區(qū)域防突措施應(yīng)當(dāng)符合以下要求：一開(kāi)采保護(hù)層時(shí)，同時(shí)抽采被保護(hù)層的瓦斯；二開(kāi)采近距離保護(hù)層時(shí)，采取措施防止被保護(hù)層初期卸壓瓦斯突然涌入保護(hù)層采掘工作面或誤穿突出煤層；三正在開(kāi)采的保護(hù)層工作面超前于被保護(hù)層的掘進(jìn)工作面，其超前距離不得小于保護(hù)層與被保護(hù)層層間垂距的3倍，并不得小于100m；四開(kāi)采保護(hù)層時(shí)，采空區(qū)內(nèi)不得留有煤(巖)柱。特殊情況需留煤(巖)柱時(shí)，經(jīng)煤礦

19、企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，并作好記錄，將煤(巖)柱的位置和尺寸準(zhǔn)確地標(biāo)在采掘工程平面圖上。每個(gè)被保護(hù)層的瓦斯地質(zhì)圖應(yīng)當(dāng)標(biāo)出煤(巖)柱的影響范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行采掘工作前，首先采取預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施。在開(kāi)采B煤層作為保護(hù)層時(shí)，需同時(shí)抽采A煤層內(nèi)的瓦斯。雖然A煤層的透氣性系數(shù)為0.003mD，抽采。但在保護(hù)層采動(dòng)作用下，被保護(hù)層的應(yīng)力下降、膨脹變形及裂隙發(fā)育共同促進(jìn)了煤層透氣性系數(shù)的顯著增加，可實(shí)現(xiàn)煤層透氣性系數(shù)呈百倍至上千倍的增長(zhǎng)。被保護(hù)層透氣性系數(shù)的增加促進(jìn)瓦斯解吸速度和流動(dòng)速度的加快，使得鉆孔瓦斯抽采量顯著提高，為倍保護(hù)層卸壓瓦斯高效抽采提供了條件。B煤層的采高為2.8m，查表不同分帶裂隙

20、發(fā)育特征及鄰近煤層透氣性變化可知，被保護(hù)層A煤層處在彎曲帶內(nèi)，煤層透氣性系數(shù)顯著提高。表不同分帶裂隙發(fā)育特征及鄰近煤層透氣性變化煤層所處位置裂隙分布裂隙特征煤層瓦斯流動(dòng)特性影響范圍煤層膨脹變形煤層透性增加倍數(shù)采空區(qū)頂板彎曲帶以順層裂隙為主瓦斯層內(nèi)流動(dòng)活潑彎曲帶上部直到地面>10>1000倍斷裂帶穿層裂隙和順層裂隙均發(fā)育充分層內(nèi)瓦斯流動(dòng)活潑，且具備流向開(kāi)采工作面的條件上限為采高的1222倍垮落帶冒落巖石堆積，存在較大的裂隙通道瓦斯解吸，流入開(kāi)采工作面上限為采高的46倍采空區(qū)底板底鼓裂隙帶穿層裂隙和順層裂隙發(fā)育均充分瓦斯流動(dòng)活潑，且具備流向開(kāi)采工作面的條件下限為1525m>3&g

21、t;300倍底鼓變形帶以順層裂隙為主瓦斯層內(nèi)流動(dòng)活潑下限為5060m 為將被保護(hù)層卸壓瓦斯在有效卸壓期內(nèi)抽采出來(lái)，降低煤層瓦斯含量，時(shí)高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚篃o(wú)突出危險(xiǎn)煤層，擴(kuò)大保護(hù)層的有效垂距。根據(jù)不同裂隙帶分帶內(nèi)裂隙發(fā)育程度的不同，位于各帶內(nèi)的被保護(hù)有著不同的裂隙特征，而被保護(hù)層的卸壓流動(dòng)與聚集受制于煤層的裂隙發(fā)育特征，且考慮到上、下被保護(hù)層與保護(hù)層的位置關(guān)系，查設(shè)計(jì)采用表鄰近層卸壓瓦斯抽采方法，設(shè)計(jì)A煤層采用網(wǎng)格式穿層鉆孔瓦斯抽采方法。表鄰近層卸壓瓦斯抽采方法類型被保護(hù)層所處層位抽采方法備注下保護(hù)層頂板層位彎曲帶頂板或底板巷道網(wǎng)格式向上穿層鉆孔、地面鉆井法可根據(jù)需要選取一種方法或多

22、種方法組合使用斷裂帶走向高位鉆孔法、傾向高位鉆孔法、沿空留巷鉆孔或采空區(qū)埋管法、走向長(zhǎng)鉆法、走向高法、傾向高抽巷法、地面鉆井法上保護(hù)層底板巖層頂板或底板巷道網(wǎng)格式向上穿層鉆孔、走向高抽巷法及沿空留巷鉆孔法網(wǎng)格式穿層鉆孔瓦斯抽采底板巖巷網(wǎng)格式上向穿層鉆孔瓦斯抽采方法是最常見(jiàn)的鄰近煤層卸壓瓦斯抽采方法, 該方法首先需要在被抽采的煤層工作面底板巖層內(nèi)施工一條或多條巖石巷道，在巖石巷道 中每隔一定距離施工鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)施工上向穿層鉆孔抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯，如圖8-18 所示。底板巖石巷道沿工作面走向布置在距被保護(hù)厚馬5 m考性較好的巖層中，在 傾向上，底板巷布置在被保護(hù)層工作面的中部，但以穿層鉆孔不出

23、現(xiàn)下向鉆孔為原那么。在底 板巷道內(nèi)，垂直于底板巷每隔一定距離施長(zhǎng)度為5s饑的瓦斯抽采鉆場(chǎng)，在卸壓范圍內(nèi)， 鉆場(chǎng)間距與走向上的穿層鉆孔間距相同，鉆場(chǎng)斷面滿足鉆場(chǎng)施工要求。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)的穿層 鉆孔呈扇形布置,鉆孔直徑不小f 90 tirni，鉆孔間距與被保護(hù)層的卸壓程度及層間巖層的 裂朦發(fā)育程度有關(guān)，鉆孔進(jìn)人煤層頂板長(zhǎng)度不小于0. 5 m。ix#面開(kāi)切眼、停采線附近等 未充分卸壓或未卸壓區(qū)域，應(yīng)根據(jù)煤層的原始瓦斯透氣、性系數(shù)確定鉆孔間距，該區(qū)域鉆孔間 距建議為510 m。#所有抽采鉆孔必須在保護(hù)層開(kāi)釆前施工結(jié)束，封孔后接入瓦斯抽采管 150 3.3未保護(hù)區(qū)卸壓瓦斯抽采設(shè)計(jì)4 瓦斯抽采參數(shù)4.1 工作

24、面瓦斯涌出量預(yù)測(cè) 分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)煤礦瓦斯涌出量也稱瓦斯含量預(yù)測(cè)煤礦瓦斯涌出量。采用分源預(yù)測(cè)法的實(shí)質(zhì)是按照煤礦生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯涌出源的多少，各個(gè)瓦斯源涌出瓦斯量的大小，來(lái)預(yù)計(jì)煤礦各個(gè)時(shí)期如投產(chǎn)期、達(dá)標(biāo)期、萎縮期等的瓦斯涌出量。 首采工作面為 B 工作面，該工作面的瓦斯涌出源主要有 B 煤層、鄰近層 A 煤層和采空區(qū)。采煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)用相對(duì)瓦斯涌出量表示，以 24h 為一個(gè)預(yù)測(cè)圓班，采用式 4-1 進(jìn)行計(jì)算。 Q采 =q 1 +q 2 式4-1 式中：Q 采 采煤工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m 3 /t； q 1 開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m 3 /t； q 2 鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m 3 /t。1

25、開(kāi)采層瓦斯涌出量 由于 B 煤層煤厚為 2.8m，屬于薄及中厚煤層，在不分層開(kāi)采時(shí)，開(kāi)采層涌出量可由式 4-2 進(jìn)行計(jì)算。 式4-2 式中：q 開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t； K1圍巖瓦斯涌出系數(shù)，K 1 值取值范圍為 1.11.3；全部陷落法管理頂板，碳質(zhì)組分較多的圍巖，可取 1.3；局部填充法管理頂板取 1.2；全部充填法管理頂板取 1.1；砂質(zhì)泥巖等致密性圍巖取值可偏小。 K2工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來(lái)計(jì)算； K3采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)開(kāi)采層瓦斯涌出影響系數(shù)； m開(kāi)采層厚度，m； M工作面采高，m； W0煤層原始瓦斯含量，m3/t； Wc運(yùn)出煤礦后煤的殘存瓦斯含量，m3

26、/t。 首采工作面 B 煤層采用全部陷落法管理頂板，K1取 1.3；回采率為 80%，因此 K2為回采率的倒數(shù)，K2=1.25。由于采用長(zhǎng)壁后退式回采，因此 K3可按照式4-3 進(jìn)行計(jì)算。 K3=L-2h/L 式4-3 式中：L工作面長(zhǎng)度，m； h掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度，其取值可以按照下表進(jìn)行選取。表 4.1 巷道預(yù)排瓦斯帶寬度值巷道煤壁暴露時(shí)間T/d不同煤種巷道預(yù)排瓦斯帶寬度H/m無(wú)煙煤瘦煤或焦煤肥煤、氣煤256.59.011.5507.410.513.01009.012.416.015010.514.218.020011.015.419.725012.016.921.530013.018.0

27、23.0 由于巷道平均暴露時(shí)間為 200 天，且 B 煤層煤質(zhì)為瘦煤，所以 h 取 15.4。因此,K3=L-2h/L=0.743； 煤層為 2.8m，一次采全高，因此 m/M=1；W 0為煤層原始瓦斯含量，10m 3 /t；W c為運(yùn)出煤礦后煤的殘存瓦斯含量，由于貧煤的揮發(fā)分為 1020 左右，因此根據(jù)下表取 W c =4m 3 /t。表 4.2 純煤的殘存瓦斯含量取值揮發(fā)分%6881212181826263535424256WC96644332222 綜上可得，開(kāi)采層瓦斯涌出量為 q1=1.3×1.25×0.743×1×10-4=7.24m3 /t2

28、鄰近層瓦斯涌出量鄰近層瓦斯涌出量采用式4-4 進(jìn)行計(jì)算 式4-4 式中：q鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量 ，m3/t； mi第 i個(gè)鄰近層煤層厚度，m； M工作面采高，m； i第 i個(gè)鄰近層瓦斯排放率，%； W0i第 i個(gè)鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t； Wci第 i個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t。 本設(shè)計(jì)中鄰近層只有一個(gè)，即為 A 煤層。其高度為 2.6m，故 m i =2.6m；M為工作面采高，即 B 煤層的采高，M=2.8m。圖 5-1 鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線 1-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 由于 A 煤層位于 B 煤層上方，故 A 煤層為上鄰

29、近層，與 B 煤層的間距為 75m，故根據(jù)圖中取 i=27%。 W o i 為鄰近層 A 煤層原始瓦斯含量，15m 3 /t； W ci 為第 i 個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，由表取 W ci =4m 3 /t。 綜上可得，鄰近層瓦斯涌出量為 q 2 =2.76m 3/t。 因此，工作面瓦斯涌出量 q=q 1 +q 2 =7.24+2.76=10m 3 /t4.2 瓦斯抽采指標(biāo) ?強(qiáng)化瓦斯防治十條規(guī)定?中指出：“突出礦井必須建立地面永久瓦斯抽采系統(tǒng)。新建突出礦井必須進(jìn)行地面鉆井預(yù)抽，做到先抽后建。必須落實(shí)以地面鉆井預(yù)抽、保護(hù)層開(kāi)采、巖巷穿層鉆孔預(yù)抽為主的區(qū)域治理措施。因此，在采取保護(hù)層開(kāi)采或者預(yù)

30、抽煤層瓦斯之后，需要進(jìn)行區(qū)域措施效果檢驗(yàn)，要求采取措施后的最大參與瓦斯壓力或剩余瓦斯含量降到經(jīng)實(shí)驗(yàn)考查確定的臨界值以下。由于沒(méi)有實(shí)測(cè)值，所以可以按照剩余瓦斯壓力 0.74MPa 和參與瓦斯含量 8m 3 /t確定。 由于 B 工作面預(yù)測(cè)的瓦斯含量為 10m 3 /t，屬于突出煤層大于 8m 3 /t，因此需要采取瓦斯抽采方案，使得煤層瓦斯含量降到 8m 3 /t 以下，或?qū)⒚簩油咚箟毫档?.74Mpa 以下。由于題目沒(méi)有給出其他數(shù)據(jù)用以計(jì)算瓦斯壓力，本礦井采用煤層瓦斯含量作為抽采指標(biāo)；要將煤層瓦斯含量降到 8m 3 /t 以下，就必須使得煤層瓦斯抽采率到達(dá) 20%以上。表 4.3 突出煤層采

31、前井下常用的抽采瓦斯方法及參數(shù)建議值抽采分類抽采方法封孔長(zhǎng)度/m流量m 3/min-1 負(fù)壓/KPa濃度 /%卸壓抽采底板穿層鉆孔81030204065原始煤層預(yù)抽底板巖巷大面積81015204060底板巖巷預(yù)抽煤8510204060順層鉆孔預(yù)抽8(封孔深度+2(封孔段長(zhǎng)度10151310308(封孔深度+6(封孔段長(zhǎng)度1020153060 因此，采用底板巖巷大面積穿層鉆孔加順層鉆孔預(yù)抽兩種方法進(jìn)行瓦斯抽采，使得工作面的瓦斯抽采率到達(dá) 20%以上。這樣才能夠到達(dá)區(qū)域效果檢驗(yàn)的指標(biāo)，才能夠繼續(xù)進(jìn)行正常的生產(chǎn)作業(yè)。5 瓦斯抽采管網(wǎng)5.1瓦斯管路 5.1.1 瓦斯管管徑 瓦斯管直徑選擇的恰當(dāng)與否對(duì)抽

32、采瓦斯系統(tǒng)的建設(shè)投資及抽采效果均有影響,直徑太大,投資就多；直徑過(guò)小，阻力損就大。 瓦斯管直徑一般采用式計(jì)算 式中 D瓦斯管內(nèi)徑，m； Q瓦斯管中的瓦斯流量m3/min； V瓦斯管中的瓦斯平均流速，一般取 V=515m/s,取10m/s。 計(jì)算：=0.25m5.1.2 瓦斯管管材 瓦斯管材一般選定國(guó)家定型產(chǎn)品，如熱軋無(wú)縫鋼管、冷拔無(wú)縫鋼管和焊接鋼管等，也可以采用鋼板卷制，壁厚為36mm，并需進(jìn)行0.20.5MPa 的水壓試驗(yàn)合格。目前，PE管也廣泛應(yīng)用于煤礦瓦斯抽采管路中，這種管路具有材質(zhì)輕、安裝方便簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)，強(qiáng)度也能滿足要求。建議諸如采空區(qū)埋管、抽采系統(tǒng)的主管路選用鋼管，干管和支管選用PE

33、管路。5.2管路阻力計(jì)算 5.2.1 摩擦阻力 抽采管路的摩擦阻力與管路的流量、長(zhǎng)度、內(nèi)徑等參數(shù)相關(guān)，中的管路長(zhǎng)度應(yīng)考慮最不利的情況，如采區(qū)內(nèi)最遠(yuǎn)的工作面。 抽采管路摩擦阻力計(jì)算公式 式中 H摩管路的摩擦阻力計(jì)算，pa； L管路長(zhǎng)度，取2000m； K與管徑有關(guān)的系數(shù)，取0.71； D瓦斯管路內(nèi)徑，cm； Q抽采混合瓦斯量，m3/h； 混合瓦斯對(duì)空氣的密度比，取 0.866。 計(jì)算：表不同管徑的系數(shù)K值通稱管徑/mm152025324050K0.460.470.480.490.500.52通稱管徑/mm7080100125150150K0.550.570.620.670.700.715.2.2 局部阻力 局部阻力可用估算法計(jì)算，一般取摩擦阻力的 10%20%。管路系統(tǒng)長(zhǎng)，