瓦斯抽放畢業(yè)設(shè)計

****煤礦礦井瓦斯涌出量預(yù)測及瓦斯抽放方案設(shè)計摘要：瓦斯事故已經(jīng)成為現(xiàn)今煤礦生產(chǎn)過程中的最大安全隱患。由于瓦斯事故的危害大，災(zāi)后恢復(fù)生產(chǎn)需要耗費較多的時間和費用，瓦斯災(zāi)害的有效控制是現(xiàn)今煤礦可持續(xù)發(fā)展的一種核心問題。****煤業(yè)有限責(zé)任公司位于****省陽城縣，由溝溝聯(lián)辦煤礦和溝溝聯(lián)辦煤礦二礦兩礦整合而成。設(shè)計生產(chǎn)能力600Kt，該礦井屬于高瓦斯礦井，無瓦斯突出。根據(jù)煤層瓦斯含量測值與埋深的關(guān)系，研究了大西煤礦重要煤層瓦斯分布規(guī)律，計算了煤礦瓦斯涌出量，成果表明：達(dá)產(chǎn)后的礦井相對瓦斯涌出量22.89m3/t，絕對瓦斯涌出量為26.01m3/min。根據(jù)煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔瓦斯流量及其衰減系數(shù)等基本參數(shù)對抽放瓦斯的必要性與可行性進(jìn)行了論證。擬定了回采工作面瓦斯預(yù)抽、采空區(qū)埋管抽放和全封閉抽放的核心詞：瓦斯含量瓦斯涌出量瓦斯抽放瓦斯抽放系統(tǒng)GasdrainagedesignandminegasemissionpredictionofShanxiDaxicoalmineAbstract：Thegasaccidenthasbecomethebiggesthiddendangersincoalproduction.Becauseofthehazardsofgasaccident,recoveryofproductionneedtospendmoretimeandcostofpost-disaster．Effectivecontrolofgasdisasterincoalmineisakeyproblemforsustainabledevelopment．ShanxiDaxiCoallimitedliabilitycompanylocatedinYangchengCounty，ShanxiProvince．ItintegrationbygougouliaisoncoalmineandgougoucoalminetwoLiaisonOffice．Daxicoalminedesignproductioncapacityof600Kt,theminebelongstoahigh-gascoalmine,nogasoutburst．Accordingtotherelationshipbetweentheseamgascontentmeasurementandburieddepth,studyonthedistributionofmaincoalseamgasDaxicoalmine,minegasemissioncalculation,resultsshowthat：afterthecompletionofminerelativegasemissionrateof22.89m3/t,theabsolutegasemissionrateof26.01m3/min．Accordingtothebasicparametersofcoalseampermeabilitycoefficient,100metersgasflowofboreholeanditsattenuationcoefficient，thefeasibilityandnecessityofpumpinggasaredemonstratedIdentifiedpre-pumpinggasminingface,gobdrainagepipedrainageandclosedgasdrainagemethods,designofminegasdrainagesystem,andcalculatethedrainagesystempipingresistanceandgaspumpflowandpressureKeywords：gasbearingcapacitygasemissionrategasdrainagegasdrainagesystem目錄TOC\o"1-2"\h\z\u緒論 11礦井概況 41.1交通位置 41.2地形地貌 41.3地質(zhì)構(gòu)造 41.4煤層賦存及煤質(zhì) 51.5礦井通風(fēng)和瓦斯涌出狀況 71.6礦井開拓開采方式 71.7通風(fēng)方式及瓦斯涌出狀況 92礦井瓦斯涌出量預(yù)測 102.1瓦斯含量的影響因素 102.2煤層瓦斯含量測定 112.3煤層瓦斯含量分布規(guī)律 142.4瓦斯涌出量預(yù)測 173瓦斯抽采必要性與可行性 243.1瓦斯抽采的必要性 243.2瓦斯抽采的可行性 244瓦斯抽放辦法設(shè)計 274.1瓦斯抽放設(shè)計參數(shù) 274.2抽放瓦斯辦法 284.3回采工作面瓦斯抽放 304.4采空區(qū)瓦斯抽放 324.5抽放量預(yù)計 344.6抽放鉆孔的密封 355瓦斯抽放管路系統(tǒng) 375.1抽放管路系統(tǒng)選擇 375.2瓦斯抽放管的選擇 375.3管網(wǎng)阻力計算 385.4管路敷設(shè)及附屬設(shè)施 396抽放泵選型及泵站布置 426.1選型原則 426.2抽放泵流量計算 426.3抽放瓦斯泵壓力計算 426.4瓦斯泵的真空度計算 436.5抽放泵選型 436.6抽放泵站的位置 446.7泵站的供電系統(tǒng)及通訊 446.8泵站給排水系統(tǒng) 447經(jīng)濟(jì)概算 457.1編制根據(jù) 457.2費用概算 458抽放瓦斯管理 478.1隊伍管理 478.2圖紙和技術(shù)資料 478.3管理與規(guī)章制度 478.4慣用統(tǒng)計和報表樣式 48重要總結(jié) 51總結(jié) 52致謝 53參考文獻(xiàn) 54緒論1選題背景及研究意義“安全第一、防止為主”是我國各行各業(yè)都要遵照的安全生產(chǎn)方針。采煤作業(yè)作為高危險行業(yè)，在安全生產(chǎn)方面尤為重視。但是隨著煤礦開采技術(shù)的快速發(fā)展，首先煤礦機(jī)械化水平不停提高，煤礦生產(chǎn)越來越高效化、集約化，另首先隨著煤礦開采深度的不停加深，采煤作業(yè)的不停提速，使得礦井瓦斯涌出量始終處在上升狀態(tài)，對煤礦的安全生產(chǎn)造成重大威脅。如何解決好煤礦高產(chǎn)高效跟安全生產(chǎn)的關(guān)系，是我國煤礦開采在21世紀(jì)的重大任務(wù)。我國現(xiàn)有國家重點煤礦657處，在其中有567處礦井有煤塵爆炸危險，高達(dá)86.3%；煤與瓦斯突出礦井有130處，高瓦斯礦井有180處，自然發(fā)怒礦井有361處。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計我國煤礦一次死亡10人以上的特大事故中有70%以上是由于瓦斯（煤塵）爆炸事故。年～年，工礦類有關(guān)行業(yè)死亡10人/次以上特重大事故中，煤礦死亡人數(shù)就占72.8%～89.3%；而在煤礦公司所發(fā)生的一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人數(shù)的77%。這些血淋淋的事實無不闡明了瓦斯事故是制約煤礦安全生產(chǎn)的“頭號大敵”。即使礦井瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的重大危險源，但從能源角度來講，瓦斯本身是一種優(yōu)質(zhì)干凈的能源。我國瓦斯儲量非常豐富，據(jù)初步估算，在全國范疇內(nèi)煤層氣資源量大概有30萬億到36萬億立方米。在我國2000米內(nèi)，淺層煤層氣資源相稱于450億噸原則煤，這意味著這些淺層煤層氣如果完全開發(fā)可供我國使用20數(shù)年。瓦斯氣作為煤碳的伴生能源如果開采得當(dāng)，在能源緊張的現(xiàn)如今完全可覺得國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出重大奉獻(xiàn)。從現(xiàn)有技術(shù)水平來看，礦井瓦斯抽采能夠做到既在保障煤礦高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)的同時又能兼顧開發(fā)煤層瓦斯，使煤礦開采更加集約化。大西煤礦設(shè)計開采600Kt/a，歷年瓦斯等級鑒定均為高瓦斯礦井。近年來隨著煤礦公司對安全生產(chǎn)的更加重視，使煤炭公司的任務(wù)更加艱巨，責(zé)任也更加重大。礦井問題成為制約大西煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。而瓦斯抽采又是治理瓦斯災(zāi)害最重要的方法。通過礦井瓦斯抽采對根治礦井瓦斯涌出量大，消除瓦斯這一“煤礦殺手”，實現(xiàn)礦井本質(zhì)安全含有十分重大的意義。2瓦斯抽放的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(1)國外研究現(xiàn)狀1934年日本北海道新愰內(nèi)礦抽放密閉區(qū)瓦斯，這是人類歷史上初次在工業(yè)規(guī)模上運用機(jī)械開采瓦斯。隨即幾十年內(nèi)，煤礦瓦斯抽放在西歐、美國、前蘇聯(lián)、東亞開始迅猛發(fā)展。世界瓦斯年抽放量從1951年的134Mm3增至1987年的5431Mm3，大概增加了39倍。年瓦斯抽放量得到井噴式發(fā)展重要有兩個因素：一是這期間抽放瓦斯礦井?dāng)?shù)目大大增加，二是單個礦井的年瓦斯抽放量的增加。這期間為提高瓦斯抽放率，各國都對瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了研究：前蘇聯(lián)針對低透氣性煤層難抽問題，在頓巴斯、卡拉干達(dá)和庫基巴斯礦區(qū)最先提出并實驗應(yīng)用了交叉鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯的辦法，明顯提高了低透氣性煤層的瓦斯抽放率；而日本針對開采深度大的煤層時采用大直徑鉆孔來提高抽采效果；德國和捷克通過向煤層打放射狀鉆孔以延長抽采時間，成功達(dá)成了提高瓦斯抽采量的目的；在封孔工藝上，德國和日本在首先推廣應(yīng)用聚氨酯封孔技術(shù)，使抽放負(fù)壓達(dá)成50KPa以上。近年來由于石油、天然氣能源的急缺，煤層氣作為煤炭的伴生能源更是受到熱捧，美國等發(fā)達(dá)國家掀起了對瓦斯抽采開發(fā)實驗的新浪潮。針對美國煤層埋藏穩(wěn)定、構(gòu)造簡樸、透氣性好、傾角低的優(yōu)點，美國則是采用石油鉆井的成熟工藝在井下水平長鉆孔預(yù)抽瓦斯，獲得了很大的成功。(2)國內(nèi)研究現(xiàn)狀早在1637年，我國明代科學(xué)家宋應(yīng)星在其所著的《天工開物》一書中就記載了運用竹管排放井下毒氣，這是我國有關(guān)瓦斯抽放的最早記載。到1938年，撫順龍鳳礦開始機(jī)械瓦斯抽采，我國瓦斯抽采技術(shù)正式走上了機(jī)械化開采的道路。到如今，我國瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展了七十余年，大致經(jīng)歷了下列幾個發(fā)展階段①高透氣性煤層預(yù)抽瓦斯階段；②鄰近層卸壓瓦斯抽采階段；③低透氣性煤層強(qiáng)化抽采階段；④高產(chǎn)高效礦井（工作面）綜合抽采瓦斯階段?，F(xiàn)如今我國的抽采技術(shù)從一開始的單一鉆孔抽采，發(fā)展到現(xiàn)在的巷道抽放、鉆孔抽放、地面抽放和綜合抽放，并且煤氣一體化開采已經(jīng)成為我國煤礦開采的新模式。對于絕大多數(shù)抽采辦法來說，國內(nèi)外或多或少都有使用，并不存在“好”與“不好”的界定，僅僅是合用性不同而已。對我國來說，煤層的重要特點有煤層透氣性低、瓦斯含量高、煤層突出危險嚴(yán)重、煤層群開采、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多樣，因此決定了我國的瓦斯抽采重要以卸壓抽放為主。下列介紹幾個適合我國現(xiàn)狀的抽采辦法：①順層密集長鉆孔抽放本層瓦斯順層密集長鉆孔重要用于區(qū)域性抽放，用在綜放面或綜采面來減少煤層瓦斯含量或者解決工作面突出問題，普通鉆孔深度在80m以上，間距3-5m，預(yù)抽時間在六個月以上。為提高抽放效果，布孔時經(jīng)常采用斜向孔及交叉鉆孔，斜向布孔合用于邊采邊抽，交叉式布孔能夠在不增加工程量的條件下，提高本煤層瓦斯抽放的效果。②網(wǎng)格式穿層鉆孔抽放本層瓦斯網(wǎng)格式穿層鉆孔的優(yōu)勢在于能夠有效的解決突出煤層打順層孔時鉆噴孔、塌孔問題。大面積網(wǎng)格式穿層鉆孔預(yù)抽實驗表明，即使低透氣性煤層瓦斯預(yù)抽極為困難，但在合理布置鉆孔、確保預(yù)抽時間的技術(shù)條件下，完全能夠達(dá)成預(yù)期的抽放目的，瓦斯抽采率能夠達(dá)成百分之三十以上。現(xiàn)在網(wǎng)格式穿層鉆孔已成為我國單一松軟低透氣性嚴(yán)重突出煤層防突的重要方法，已在白皖等突出嚴(yán)重的礦區(qū)推廣使用。③頂板走向長鉆孔抽放鄰近層瓦斯針對高瓦斯無煤柱綜采或者綜放工作面的特點，為理解決瓦斯超限問題，采用沿開采層頂板巖層走向布置仰面定向水平長鉆孔替代頂板瓦斯巷抽放上鄰近層瓦斯。該辦法與頂板巖巷抽放法、頂板穿層短鉆孔抽放法相對比，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都有明顯地優(yōu)越性，對于采掘接續(xù)緊張的礦井，優(yōu)越性更為明顯。該抽放辦法為我國高瓦斯煤層群抽放提供了新的道路，給煤炭生產(chǎn)實現(xiàn)安全高效提供了技術(shù)保障。④厚煤層采空區(qū)抽放在厚煤層分層開采時或綜放開采時，由于采空區(qū)內(nèi)丟煤較多，再加上鄰近層、圍巖瓦斯涌出，使得采空區(qū)瓦阿斯涌出量較大，因此進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽放很有必要。厚煤層半封閉采空區(qū)瓦斯抽放辦法在撫順礦區(qū)首先獲得實驗成功，通過在采空區(qū)后部埋管抽放或者設(shè)引巷密閉插管抽放，使得工作面瓦斯抽放率達(dá)成80%。⑤綜合瓦斯抽放綜合瓦斯抽放法重要用于高產(chǎn)高效礦井在開采高瓦斯且有突出危險煤層時，即在單個工作面或者整個采區(qū)采用多個抽放辦法進(jìn)行抽放。這種辦法能夠靈活運用多個抽放辦法，針對工作面存在的問題，使瓦斯抽采量及抽采率達(dá)成最高。通過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國的瓦斯抽采技術(shù)即使獲得了長足的發(fā)展，但由于我國井工開采采煤量大，到止，抽放礦井的產(chǎn)煤量僅占總產(chǎn)量的42.1%，抽放瓦斯量僅占瓦斯涌出量的33%，故瓦斯抽采的工作還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)發(fā)展。1礦井概況1.1交通位置****煤業(yè)有限責(zé)任公司（簡稱大西煤礦，下同）從屬陽城縣芹池鎮(zhèn)管轄，井田位于****省陽城縣西北的芹池鎮(zhèn)大西村北1km處，地理坐標(biāo)為北緯35°36′29″～35°38′20″，東經(jīng)112°12′11″～112°12′52″。井田交通較為便利。晉（城）―韓（城）干線公路從井田東側(cè)約10km處芹池鎮(zhèn)南東―北西向通過，井田至?xí)x（城）―韓（城）有縣級瀝清油路相連，通過晉（城）―韓（城）干線公路北西可達(dá)侯（馬）―月（山）鐵路沁水火車站，往南東可至陽城縣城。交通位置圖詳見下圖1-1。圖1-1****煤礦交通位置示意圖Fig．1-1Schematicdiagramofthe****coaltrafficlocation1.2地形地貌井田位于沁水盆地南緣，中條山隆起的北東部。地貌劃屬為侵蝕山地，以低山丘陵為主，區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，局部為黃土覆蓋，重要山梁及溝谷走向呈北西～南東向，地形北西高，南東低。最高點位于井田北西部邊界黃山莊村東40m處的山梁上，標(biāo)高為1165.0m，最低點位于井田南部邊界東王溝溝谷，標(biāo)高為870.0m，相對高差295.0m1.3地質(zhì)構(gòu)造該區(qū)位于****中隆起區(qū)，沁水復(fù)式向斜的南端，區(qū)域地層總體走向為北西或近東西向，傾向北北東，傾角普通不大于10°，區(qū)域構(gòu)造總體形態(tài)為單斜構(gòu)造，地層由南向北依次為奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系等地層，第三系及第四系松散沉積物廣泛覆蓋于各時代地層之上。井田地層基本為一走向近東西、傾向北，傾角8°～10°左右的單斜構(gòu)造，井田南東部發(fā)育一緩波狀背斜構(gòu)造，地層起伏不大，對開采煤層影響不大。重要可采3號煤層的充水層為頂板砂巖裂隙水，含水性普通較弱，小部分為帶壓開采，水文地質(zhì)條件屬于簡樸類型。1.4煤層賦存及煤質(zhì)井田內(nèi)重要含煤地層為石炭系太原組和二疊系****組。****組含煤四層，分別為1號、2號、3號、3號下，平均總厚4.90m。太原組含煤9層，平均煤層總厚4.86m。自上而下為5號、7號、8號、10號、11號、13號、14號、15號和16號。本區(qū)可采煤層和局部可采煤層為3號、3號下、和15號，其中重要可采煤層為3號和15號（暫不開采）。3號煤層位于****組中部，為本區(qū)重要可采煤層之一，與3號下煤層間距13.90～17.38m，平均15.64m。煤層厚度2.00~3.60m，平均3.17m，不含夾矸，頂板以細(xì)紗巖為主，泥巖次之，底板為細(xì)粒砂巖。煤質(zhì)為低灰、低硫、低磷、中--高發(fā)熱量的無煙煤?；液凇谏?，以亮煤為主，次為鏡煤、暗煤，鏡煤多呈透鏡狀或薄層狀，似金屬光澤，條帶狀構(gòu)造，層狀構(gòu)造，參差狀、階梯狀斷口，條痕為灰黑色，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，性脆易碎，視密度為1.45t/m3，真密度為1.53t/m3，宏觀煤巖類型為光亮型煤。3號煤原煤水分為2.14％，灰分為12.10％，揮發(fā)分為8.32％。15號煤層位于太原組下段頂部，為本區(qū)重要可采煤層之一，煤層厚2.54~3.20m，平均2.92m，含0～1層夾矸，多為泥巖或炭質(zhì)泥巖透鏡體。頂板為K2石灰?guī)r，底板以泥巖為主。煤質(zhì)為中灰、富硫、低磷、中--高發(fā)熱量的無煙煤。由于該煤層含硫較高，現(xiàn)在暫不考慮開采。15號煤黑色～灰黑色，成分以亮煤為主，含透鏡狀、細(xì)薄層狀的鏡煤，強(qiáng)玻璃—似金屬光澤，條帶狀構(gòu)造，貝殼狀、階梯狀斷口，條痕為灰黑色，性脆，常見有細(xì)脈狀、結(jié)核狀黃鐵礦，視密度為1.45t/m3，真密度為1.71t/m3，宏觀煤巖類型為半亮～光亮型煤。15號煤原煤水分為1.13％，灰分為31.20％，揮發(fā)份為10.08％。1.5礦井通風(fēng)和瓦斯涌出狀況⑴溝溝聯(lián)辦煤礦采用中央并列抽出式通風(fēng)，主、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)?；仫L(fēng)立井裝備兩臺BDK54－6－№18型主扇，電機(jī)功率為132×2kw，總回風(fēng)量2800～3000m3/min。以來，礦井基本處在停產(chǎn)狀態(tài)。10月，河南理工大學(xué)對溝溝聯(lián)辦煤礦未采區(qū)域進(jìn)行了瓦斯突出危險性區(qū)域預(yù)測，預(yù)測成果表明：①突出危險區(qū)位于F52斷層以西的煤層底板標(biāo)高不大于等于715m和F52斷層以東的煤層底板標(biāo)高不大于等于690②其它區(qū)域為無突出危險區(qū)。溝溝聯(lián)辦煤礦整合前的采掘工作面均處在無突出危險區(qū)。⑵溝溝聯(lián)辦煤礦二礦采用并列抽出式通風(fēng)，主斜井進(jìn)風(fēng)，副斜回風(fēng)，總回風(fēng)量1100～1200m3/min左右，風(fēng)機(jī)型號為BDK30－№13型主扇，電機(jī)功率均為2×30kw。1.6礦井開拓開采方式大西煤礦采用混合開拓方式，共布置主斜井、副斜井、行人斜井和回風(fēng)立井四個井筒，均一次落底3號煤層。主斜井為三心拱料石砌碹，凈寬3.4m，凈斷面7.13m2，井筒傾角14°，斜長160.0m，肩負(fù)全井田煤炭提高任務(wù)兼做礦井進(jìn)風(fēng)；副斜井為三心拱料石砌碹，凈寬2.8m，凈斷面6.40m2，井筒傾角18°，斜長190.0m，肩負(fù)全井田輔助提高任務(wù)兼做礦井進(jìn)風(fēng)和安全出口；行人斜井為半圓拱料石砌碹，凈寬2.5m，凈斷面5.95m2，井筒傾角12°，斜長168.9m，肩負(fù)全礦井人員上下井任務(wù)兼做礦井進(jìn)風(fēng)和安全出口；回風(fēng)立井凈直徑3.5m，凈斷面9.61m主斜井和行人斜井與膠帶下山相接，副斜井與軌道下山相接，回風(fēng)立井與回風(fēng)下山相接，三條下山均為已有巷道。設(shè)計在井田中部沿煤層走向布置三條大巷與礦井現(xiàn)有三條下山相接，在軌道大巷北面布置工作面，工作面順槽與三條大巷通過聯(lián)系巷相接，形成完整的運輸、通風(fēng)系統(tǒng)。礦井的生產(chǎn)規(guī)模升級為600kt/a，根據(jù)礦井儲量，大西礦井3號煤的服務(wù)年限為12.14a，15號煤的服務(wù)年限為4.40a。全礦井共分為兩個水平，第二水平暫不開采。第一水平開采井田內(nèi)為3號煤層，水平標(biāo)高為+845m，一水平共劃分為兩個采區(qū)，即一采區(qū)和二采區(qū)，采區(qū)開采次序為：一采區(qū)→二采區(qū)。礦井達(dá)產(chǎn)時，配備一種綜采工作面和兩個綜掘工作面，采掘比為1：2?；夭晒ぷ髅骈L度為150m，采用一次采全高采煤法，全部跨落法管理頂板。兩個綜掘工作面，掘進(jìn)速度均為240m/mon，其中大巷斷面為10.5m21.7通風(fēng)方式及瓦斯涌出狀況礦井采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，礦井共設(shè)計四個井筒肩負(fù)通風(fēng)任務(wù)，其中主斜井、副斜井和行人斜井為進(jìn)風(fēng)井，回風(fēng)立井為回風(fēng)井?；仫L(fēng)立井裝備兩臺FBCDZ-6-№22型主扇，電機(jī)功率為250kW×2。礦井采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方式。自以來，礦井基本處在停產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)****省煤炭工業(yè)局晉煤安發(fā)[]205號文《有關(guān)晉都市所屬煤礦礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定成果的批復(fù)》，原溝溝聯(lián)辦煤礦（現(xiàn)整合為大西煤礦）、原溝溝聯(lián)辦煤礦二礦（現(xiàn)整合為大西煤礦）以及鄰近礦井原伯附煤礦（現(xiàn)整合為小西煤礦）歷年的3號煤層礦井瓦斯等級鑒定成果見表1-1。表1-1****煤礦及鄰近礦井瓦斯等級鑒定統(tǒng)計表Tab．1-1Statisticaltableandadjacent****coalminegaslevelidentification礦井年份絕對瓦斯涌出量，m3/min相對瓦斯涌出量，m3/t批復(fù)瓦斯等級原溝溝聯(lián)辦煤礦5.639.52低原溝溝聯(lián)辦煤礦二礦3.089.86低原伯附煤礦19.675.68低2礦井瓦斯涌出量預(yù)測煤層瓦斯含量是單位質(zhì)量煤中所含的瓦斯體積(換算為原則狀態(tài))，單位是m3/t或mL/g。煤層瓦斯含量也可用單位質(zhì)量純煤(去掉煤中水分和灰分)的瓦斯體積表達(dá)，單位是m3/t。2.1瓦斯含量的影響因素(1)煤的吸附特性煤的吸附性能決定于煤化程度，普通狀況下煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強(qiáng)。大西煤礦煤質(zhì)為低灰、低硫、低磷、中--高發(fā)熱量的無煙煤，煤化程度較高，瓦斯吸附能力較強(qiáng)。(2)煤層露頭煤層如果有或曾經(jīng)有過露頭長時間與大氣相通，瓦斯含量就不會很大。反之，如果煤層沒有通達(dá)地表的露頭，瓦斯難以逸散，它的含量就較大。大西煤礦煤層無露頭，瓦斯含量較大。(3)煤層的埋藏煤層的埋藏深度越深，煤層中的瓦斯向地表運移的距離就越長，散失就越困難。大西煤礦煤層埋藏較深，煤層瓦斯散失困難。(4)圍巖透氣性煤系巖性組合和煤層圍巖性質(zhì)對煤層瓦斯含量影響很大。如果圍巖為致密完整的低透氣性巖層，圍巖的透氣性差，因此煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。反之，圍巖由厚層中粗砂巖、礫巖或裂隙溶洞發(fā)育的石灰?guī)r構(gòu)成，則煤層瓦斯含量小。(5)地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造是影響煤層瓦斯賦存及含量的最重要條件之一?，F(xiàn)在總的認(rèn)為，封閉型地質(zhì)構(gòu)造有助于封存瓦斯，開放型地質(zhì)構(gòu)造有助于瓦斯排放。如斷裂構(gòu)造和褶曲構(gòu)造。①斷裂構(gòu)造：普通張性斷層，特別是通達(dá)地表的張性斷層，有助于瓦斯的排放；壓性斷裂不利于瓦斯排放，甚至有一定封閉作用。②褶曲構(gòu)造：當(dāng)頂板為致密巖層且未暴露地表時，普通在背斜瓦斯含量由兩翼向軸部增大，在向斜槽部瓦斯含量減少。當(dāng)頂板為脆性巖層具裂隙較多時，瓦斯容易擴(kuò)散，因而背斜頂部含瓦斯減少，在向斜軸部瓦斯增加。(6)地下水活動由于地下水的運移，首先驅(qū)動著裂隙和孔隙中瓦斯的運移，別首先又帶動了溶解于水中的瓦斯一起流動。因此，地下水活動有助于瓦斯的逸散。同時，水吸附在煤巖裂隙和孔隙的表面上，也削弱了煤對瓦斯的吸附能力，因而地下水和瓦斯占有的空間是互補的，存在相逆的關(guān)系，體現(xiàn)為水大地帶瓦斯小，水小瓦斯大。(7)煤的變質(zhì)程度煤是天然吸附體，煤的煤化程度越高，其貯存瓦斯的能力就越強(qiáng)。普通狀況下，在瓦斯帶內(nèi)，倘若其它因素相似，煤化變質(zhì)程度不同的煤，其瓦斯含量不僅有所不同，并且隨深度增加其瓦斯含量增加的量也有所不同。隨著煤化變質(zhì)程度的提高，在相似深度下，不僅瓦斯含量高，并且瓦斯含量梯度也大。這重要是由于，在一定范疇內(nèi)，隨著煤化變質(zhì)程度的增高，煤體內(nèi)部因干餾作用而產(chǎn)生微孔隙越多，使煤的表面積增大。2.2煤層瓦斯含量測定2.1.1煤層瓦斯含量測定獲得煤層的瓦斯含量能夠通過以下幾個途徑：(1)地勘鉆孔煤芯解吸法該辦法是煤田地質(zhì)勘探和煤層瓦斯地面開發(fā)時最慣用的煤層瓦斯含量測定辦法。測定環(huán)節(jié)以下：①采樣：用普通巖芯管采用煤芯(煤樣)，當(dāng)煤芯(煤樣)提高至地表之后選用300～400g立刻裝入密封罐中，在采樣過程中，注意統(tǒng)計開始提芯、煤芯提至地表和裝罐前在空氣中暴露的時間。1——量管2——吸氣球3——溫度計4——水槽5——螺旋夾6——彈簧夾7——排水管8——排氣膠管9——胸骨穿刺針頭10——密封罐11——壓緊螺帽圖2-1瓦斯解吸速度測定儀與密封罐示意圖Fig．2-1Measuringinstrumentdiagramandsealedtankofgasdesorptionvelocity②瓦斯解吸率測定：采用瓦斯解吸儀現(xiàn)場解吸瓦斯，統(tǒng)計瓦斯解吸量和時間的關(guān)系。③損失瓦斯含量計算：通過大量地勘鉆孔采樣實驗測定，煤樣在最初暴露的一段時間內(nèi)，累計解吸瓦斯量與煤樣解吸時間的平根成正比，即：(2-1)式中——煤層自開始暴漏起至?xí)r總的瓦斯解吸量，mL；——煤樣在解吸測定前暴漏時間，min，；——提鉆時間，min；——解吸測定前在地面暴漏時間，min；——煤樣瓦斯解吸測定時間，min；K——瓦斯解吸速率，mL/min0.5；由上式可知，在解吸量測定前，煤樣在暴漏時間為時的瓦斯解吸量為：由此，可知在時間t時解吸量為：；將不同解吸時間下測得數(shù)據(jù)按下式換算成原則狀態(tài)下的體積Voi：(2-2)式中V0i——換算成原則狀態(tài)下的解吸瓦斯體積，mL；Vi——不同時間解吸瓦斯測定值，mL；Po——大氣壓力，Pa；hw——量管內(nèi)水柱高度，mm；Ps——hw下飽和水蒸汽壓力，Pa；tw——量管內(nèi)水溫，℃。不同時間t下測得的Voi值所對應(yīng)的解吸時間為t0+t；將測點[，Voi]繪在圖1中，將直線延長與縱坐標(biāo)軸相交，截距即為瓦斯損失量。圖2-2瓦斯損失量計算曲線圖Fig．2-2Calculationdiagramofgaslossquantity④殘存瓦斯量：將解吸測定后的煤樣送實驗室測定煤樣中的殘存瓦斯量、水分、灰分和煤樣重量。⑤求算煤樣的瓦斯含量：(2-3)式中Vo——換算成原則狀態(tài)下的煤樣在井下測得的瓦斯解吸總量，mL；V1——換算成原則狀態(tài)下的煤樣取樣過程損失瓦斯量，mL；V2——換算成原則狀態(tài)下的煤樣殘存瓦斯量，mL；G0——煤樣可燃質(zhì)重量，g；X——煤樣瓦斯含量，mL/g.r。(2)井下鉆屑解吸法煤層瓦斯含量井下鉆屑解吸法測定原理是：井下實測采集煤樣的瓦斯解吸量，根據(jù)煤樣的井下瓦斯解吸規(guī)律推算煤樣采集過程中的損失瓦斯量，然后測定煤樣的殘存瓦斯量，最后根據(jù)煤樣的取樣損失瓦斯量、井下瓦斯解吸量、殘存瓦斯量和煤樣重量計算煤層瓦斯含量。(3)間接法該辦法的理論基礎(chǔ)是單分子層吸附模型的朗格繆爾方程，它擬定煤層瓦斯含量的方式與環(huán)節(jié)為：①實測煤層瓦斯壓力；②實驗測定煤樣無水干燥條件下的瓦斯吸附常數(shù)；③用朗格繆爾方程計算無水干燥基煤的瓦斯含量，并通過水分、灰分、溫度、壓力等校正得到原煤瓦斯含量。計算公式以下：(2-4)式中X——純煤（煤中可燃質(zhì)）的瓦斯含量，m3/t·r；P——煤層瓦斯壓力，MPa；a——吸附常數(shù)，實驗溫度下煤的極限吸附量，m3/t；b——吸附常數(shù)，MPa-1；ts——實驗室作吸附實驗的溫度，℃；t——井下煤體溫度，℃；Mad——煤中水分含量，%；Aad——煤中灰分含量，%；n——系數(shù)，；K——煤的孔隙容積，m3/m3；k——甲烷的壓縮系數(shù)。2.1.2瓦斯含量測定成果在大西煤礦3203回采工作面等10個地點對3號煤層瓦斯含量進(jìn)行了實測，測定成果如表2-1示。表2-13號煤層瓦斯含量測定成果Tab．2-1ThedeterminationresultsofNo.3coalseamgascontent測定地點采樣深度，m試樣中氣體組分（%）瓦斯含量，m3/tCH4CO2N2溝溝聯(lián)辦3013掘進(jìn)面26093.780.345.8811.23溝溝聯(lián)辦3013回采面28796.660.003.3411.38溝溝聯(lián)辦3011回采面27593.270.166.5712.48溝溝聯(lián)辦3011回采面28595.320.004.6812.71溝溝聯(lián)辦3000回風(fēng)大巷23090.020.009.989.26溝溝二礦3203回采面20699.2700.7310.46溝溝二礦3203回采面21196.4403.566.693012運輸順槽距開口660m30389.760.0010.2412.943012運輸順槽距開口710m32392.370.007.6313.163012回風(fēng)順槽距開口70m26591.740.008.2611.282.3煤層瓦斯含量分布規(guī)律煤層瓦斯含量取決于瓦斯地表運移的條件與煤層儲存瓦斯的性能，大西煤礦3號煤層地質(zhì)賦存穩(wěn)定，無煤層露頭，地質(zhì)構(gòu)造簡樸，受煤層傾角的影響煤層瓦斯含量隨著埋深呈現(xiàn)規(guī)律變化。通過對表2-1中瓦斯含量與煤層埋深的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分心，得到的涉及大西煤礦3號煤層瓦斯含量規(guī)律以下：(1)3號煤層瓦斯含量含有隨埋深增加而加大的趨勢（圖2-3），兩者之遵照式(2-5)所示的統(tǒng)計關(guān)系（有關(guān)系數(shù)R=84%）；W=0.043H-0.288(2-5)式中W——煤層瓦斯含量，m3/t；H——煤層埋藏深度，m。(2)大西煤田內(nèi)的3號煤層全部處在瓦斯帶內(nèi)；(3)瓦斯帶內(nèi)，煤層瓦斯含量增加梯度為4.3m3圖2-33號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系散點圖Fig．2-3No.3coalseamgascontentandburieddepthrelationshipscatterdiagram根據(jù)埋藏深度和瓦斯含量之間的統(tǒng)計規(guī)律，繪制了大西煤礦3號煤層瓦斯含量預(yù)測圖，如圖2－4所示2.4瓦斯涌出量預(yù)測2.4.1涌出量預(yù)測辦法從現(xiàn)在國內(nèi)的研究狀況看，礦井瓦斯涌出量預(yù)測重要有兩類：一類是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上的礦山統(tǒng)計法；一類是以煤層瓦斯含量為基礎(chǔ)參數(shù)的分源預(yù)測法。礦山統(tǒng)計法規(guī)定礦井最少有兩個或兩個以上水平的瓦斯涌出量資料，否則無法確保預(yù)測成果的可靠性。大西煤礦的前身溝溝聯(lián)辦煤礦、溝溝聯(lián)辦煤礦二礦的開采范疇較小，瓦斯涌出量資料較少且不齊全，難以用礦山統(tǒng)計法預(yù)測礦井瓦斯涌出量。因此，采用分源預(yù)測法預(yù)測大西煤礦的礦井瓦斯涌出量。分源預(yù)測法的技術(shù)原理是：根據(jù)煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出的“源-匯”關(guān)系（圖2-5），運用瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律并結(jié)合煤層的賦存條件和開采技術(shù)條件，通過對回采工作面和掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的計算，實現(xiàn)采區(qū)和礦井瓦斯涌出量預(yù)測。圖2-5礦井瓦斯涌出源匯關(guān)系示意圖Fig．2-5Schematicdiagramofsource-sinkrelationofminegasemission分源預(yù)測法的計算公式以下：(1)開采煤層（涉及圍巖）瓦斯涌出量：(2-6)式中q1——開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取K1=1.2；K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來計算，回采率去95%；K3——順槽預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)，采用長壁后退式回采時，系數(shù)k3按下式擬定：(2-7)式中L——回采工作面長度，150m；h——巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m，按巷道平均暴露200天考慮，無煙煤取h=11mm——開采層厚度，m，取3.17m；M——工作面采高，m，取M=150m；W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；Wc——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t，取值Wc=5.50m3/t.r(2)鄰近層瓦斯涌出量(2-8)式中q2——鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；mi——第i個鄰近層煤層厚度，m；M——工作面采高，m；ηi——第i個鄰近層瓦斯排放率，%，ηi可根據(jù)鄰近層到開采層的距離大小由圖2-6查??；W0i——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，對大西煤礦而言，由于鄰近層沒有瓦斯含量控制點，3號煤層上部的鄰近層，瓦斯含量按同采區(qū)3號煤層瓦斯含量取值，3號煤層下部鄰近層瓦斯含量按同采區(qū)3號煤層瓦斯含量的1.1倍取值；Wci——第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，如無實測值可參考開采層選用；其它符號意義同前。圖2-6鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線Fig．2-6Thenextlayergasemissionrateandtherelationcurvebetweenthelayerspacing(3)掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量(2-9)式中q3——掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D——巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長度，m；對于薄及中厚煤層，D=2m0，m0為開采層厚度；對于厚煤層，D=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度；m0——煤層厚度，3.17m——巷道平均掘進(jìn)速度，0.00556m/min；L——巷道長度，670q0——煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min。按下式計算：q0=0.026（0.0004+0.16）W0(2-10)式中——煤中揮發(fā)份含量，8.32%；W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；其它符號意義同前。(4)掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量=S··γ·(W0－Wc)(2-11)式中——掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；S——掘進(jìn)巷道斷面積，掘進(jìn)大巷取10.5m2——巷道平均掘進(jìn)速度，0.00556m/min；——煤的密度，1.5t/m3；其它符號意義同前。(5)回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量由開采層、鄰近層瓦斯涌出兩部分構(gòu)成：=+(2-12)式中——回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t。(6)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量由下式計算：=+(2-13)式中——掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min。(7)生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量是采區(qū)內(nèi)全部回采工作面、掘進(jìn)工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量之和，其計算公式為：(2-14)式中q區(qū)——生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t；——生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù),k＇=0.15；q采i——第i個回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；Ai——第i個回采工作面的日產(chǎn)量，t；q掘i——第i個掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；Ao——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。(8)礦井瓦斯涌出量礦井瓦斯涌出量為礦井內(nèi)全部生產(chǎn)采區(qū)和已采采區(qū)（涉及其它輔助巷道）瓦斯涌出量之和，其計算公式為：(2-15)式中q井——礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；q區(qū)i——第i個生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；Aoi——第i個生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t；K"——已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，前期K"=0.20，中后期K"=0.25。2.4.2涌出量預(yù)測條件根據(jù)礦井設(shè)計并考慮到3號煤開采期間礦井通風(fēng)設(shè)計和瓦斯治理的需要，現(xiàn)對礦井不同生產(chǎn)時期的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。(1)按照采區(qū)接替布置方案，前期開采一采區(qū)，后期開采二采區(qū)，首采工作面為3012工作面。(2)礦井達(dá)產(chǎn)時，布置一種長度為150m的回采工作面，工作面日產(chǎn)量1636t，采煤辦法為一次采全高，全部垮落法管理頂板。(3)為移交生產(chǎn)即達(dá)成設(shè)計生產(chǎn)能力時，布置1個綜采工作面，2個煤巷綜掘工作面，一種綜掘面用來掘進(jìn)大巷（斷面積10.5m2），一種綜掘面用來掘進(jìn)接替工作面的順槽（斷面積11.2m2），掘進(jìn)速度均為240m/mon，采掘比為(4)礦井年工作日為330天。2.4.3涌出量預(yù)測成果（1）回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測成果見表2-2。表2-2回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測成果Tab．2-2Thepredictionresultsofgasemissionincoalminingface生產(chǎn)時期回采工作面瓦斯含量，m3/t平均產(chǎn)量，t/d瓦斯涌出量，m3/t開采層鄰近層累計前期3012工作面3.1710.6316367.381.867.38后期3022工作面3.1714.7516369.953.2913.24備注：工作面編號規(guī)則為：將三條大巷西面的工作面以3012首采面為基礎(chǔ)依次排列為3014、3016……，三條大巷以東以3017工作面為基礎(chǔ)依次排列為3019、3021……。（2）掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測成果見表2-3。表2-3掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測成果Tab．2-3Thepredictionresultsofgasemissioninworkingface生產(chǎn)時期掘進(jìn)工作面煤厚，m瓦斯含量，m3/t巷長，m掘進(jìn)速度，m/mon瓦斯涌出量，m3/min煤壁落煤累計前期3017回風(fēng)順槽3.1711.156702400.130.480.61大巷3.1712.017602400.130.450.58后期3027回風(fēng)順槽3.1714.586702400.310.861.17大巷3.1713.896702400.320.811.13（3）采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測成果見表2-4。表2-4采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測成果Tab．2-4ThegasemissionquantitypredictionresultsofMiningarea生產(chǎn)時期平均產(chǎn)量，t/d采區(qū)瓦斯涌出量回采，m3/min掘進(jìn)，m3/min采空區(qū)，m3/min合計m3/minm3/t前期16368.381.191.4411.0110.11后期163615.042.304.3321.6719.08（4）礦井瓦斯涌出量預(yù)測成果見表2-5。表2-5礦井瓦斯涌出量預(yù)測成果Tab．2-5Predictionofminegasemissionrate生產(chǎn)時期平均產(chǎn)量，t/d瓦斯涌出量生產(chǎn)（含開拓）采區(qū)，m3/min已采采區(qū)，m3/min累計m3/minm3/t前期163611.012.2013.2111.63后期163621.674.3326.0122.89由表2-5能夠看出：(1)開采前期，礦井絕對瓦斯涌出量13.21m3(2)開采后期，礦井絕對瓦斯涌出量26.01m3/min，相對瓦斯涌出量按照《煤礦瓦斯等級鑒定暫行方法》第九條的規(guī)定，無論生產(chǎn)前期還是后期，大西煤礦都屬于高瓦斯礦井。2.4.4瓦斯涌出來源分析大西煤礦礦井在生產(chǎn)前期和生產(chǎn)后期礦井瓦斯來源重要來自回采工作面的（涉及圍巖以及鄰近層）瓦斯涌出、掘進(jìn)面工作面的瓦斯涌出以及采空區(qū)的瓦斯涌出。根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測計算，擬定大西煤礦礦井、回采工作面瓦斯來源及所占比例見表2-6、表2-7、表2-8。表2-6開采前期礦井瓦斯來源分析Tab．2-6Miningearlysourcesofminegasanalysis涌出來源回采工作面掘進(jìn)工作面采空區(qū)涌出量，m3/min8.381.193.67所占比例，%63.009.0028.00表2-7開采后期礦井瓦斯來源分析Tab．2-7Analysisofmininglategassource涌出來源回采工作面掘進(jìn)工作面采空區(qū)涌出量，m3/min15.042.308.67所占比例，%59.009.0033.00表2-8回采工作面瓦斯來源分析Tab．2-8Analysisofstopegassource回采面涌出量，m3/min本煤層涌出量，m3/min采空區(qū)及鄰近層涌出量，m3/min本煤層涌出量所占比例，%采空區(qū)及鄰近層涌出量所占比例，%8.386.272.1275253瓦斯抽采必要性與可行性3.1瓦斯抽采的必要性(1)從預(yù)測狀況看抽放瓦斯的必要性根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》第七條規(guī)定：有下列狀況之一的礦井，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)：①開采有煤與瓦斯突出危險煤層的；②一種采煤工作面絕對瓦斯涌出量不不大于5m3/min或者一種掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量不不大于3m3③礦井絕對瓦斯涌出量不不大于或等于40m3/min④礦井年產(chǎn)量為1.0～1.5Mt，其絕對瓦斯涌出量不不大于30m3/min⑤礦井年產(chǎn)量為0.6～1.0Mt，其絕對瓦斯涌出量不不大于25m3/min⑥礦井年產(chǎn)量為0.4～0.6Mt，其絕對瓦斯涌出量不不大于20m3/min⑦礦井年產(chǎn)量等于或不大于0.4Mt，其絕對瓦斯涌出量不不大于15m3/min從預(yù)測瓦斯涌出狀況看，大西煤礦年產(chǎn)600Kt，礦井瓦斯絕對涌出量26.01m3/min＞25m3/min，回采工作面瓦斯絕對涌出量15.04m3/min＞5m3/min，(2)從資源運用和環(huán)保角度看抽放瓦斯的必要性瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)干凈的能源，若將抽出的瓦斯加以運用，即可減小瓦斯空排對“溫室效應(yīng)”的影響，又可節(jié)省能源，改善日益緊張的能源形勢，獲得明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此，從資源運用和環(huán)保角度看建立瓦斯抽放系統(tǒng)是必要的。3.2瓦斯抽采的可行性3.2.1煤層透氣性系數(shù)煤是一種多孔介質(zhì)，在一定壓力梯度下，氣體能夠在煤體內(nèi)流動。煤層透氣性就是煤層對于瓦斯流動的阻力，普通用透氣性系數(shù)（λ）表達(dá)，它是衡量煤層中瓦斯流動難易程度的重要指標(biāo)，是評價煤層瓦斯能否實施預(yù)抽的基本參數(shù)。其物理意義是：在1m長煤體上，當(dāng)壓力平方差為1MPa2時，通過1平方米煤層斷面，每日流過的瓦斯立方米數(shù)。現(xiàn)在，國內(nèi)普通采用徑向流量法來擬定煤層透氣性系數(shù)。徑向流量法計算煤層透氣性系數(shù)的公式如表3-1所示：表3-1徑向流量法計算煤層透氣性系數(shù)公式表Tab．3-1Calculationformulaofseampermeabilitycoefficienttableofradialflowmethod時間準(zhǔn)數(shù)F0=Bλ煤層透氣性系數(shù)λ常數(shù)A常數(shù) B10-2～11～1010～102102～103103～105105～107λ=A1.61B1/1.64λ=A1.39B1/2.56λ=1.1A1.25Bλ=1.83A1.14Bλ=2.1A1.11Bλ=3.14A1.07B表中F0——時間準(zhǔn)數(shù)，無因次；P0——煤層原始瓦斯壓力，0.66MPa；P1——鉆孔中的瓦斯壓力，0.1MPa；r1——鉆孔半徑，m,r1＝0.029m；λ——煤層透氣性系數(shù)，m2/(MPa2·d)；q——在排放瓦斯時間為t時的鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量，m3/(m2·d)，可由下式擬定：q=Q/2πr1L式中Q——在時間t時的鉆孔總流量，m3/d；L——煤孔長度，m，L＝55m；t——從開始排放瓦斯到測量瓦斯流量q時的時間間隔，d；α1——煤層瓦斯含量系數(shù)，m3/(m3·MPa0.5)。運用上述辦法，對3010正巷270米處的煤透氣性系數(shù)進(jìn)行計算，計算成果為λ＝3.2238m2/MPa23.2.2百米鉆孔瓦斯流量和鉆孔流量衰減系數(shù)鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α和百米鉆孔自然初始瓦斯涌出強(qiáng)度q0是表征鉆孔自然瓦斯涌出特性的參數(shù)，其中，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α是評價本煤層瓦斯可抽性的一種重要指標(biāo)。q0和α值是通過測定不同時間的鉆孔自然瓦斯涌出量并按下式回歸分析求得的：（3-1）式中qt——自排時間t時的百米鉆孔自然瓦斯流量，m3/(min.hm)；q0——自排時間t=0時的百米鉆孔自然瓦斯流量，m3/(min.hm)；α——鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)，d-1；t——鉆孔自排瓦斯時間，d。q0和α值的具體測定環(huán)節(jié)為：(1)選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一種孔徑50～89mm，長20～40m的鉆孔，用D15mm鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長度3m左右，并統(tǒng)計成孔和封孔時間；(2)定時測量鉆孔自然瓦斯流量qt，并統(tǒng)計流量測定時間t；(3)根據(jù)不同自排時間下的鉆孔自然瓦斯流量測定數(shù)組（ti,qi），按公式qt=q0e-αt回歸分析求出q0和α。圖3-1溝溝煤礦3號煤層鉆孔自然瓦斯流量隨時間變化曲線Fig．3-1GougoucoalmineNo.3coalseamgasnaturalboreholeflowchangeswithtime圖3-1為溝溝聯(lián)辦煤礦3010正巷270m處實測的鉆孔自然瓦斯流量隨時間關(guān)系曲線，圖中縱坐標(biāo)的瓦斯流量為通過換算得到的百米鉆孔自然瓦斯流量。經(jīng)回歸分析，鉆孔自然瓦斯流量與時間之間遵照qt=0.0793e-0.0261t的關(guān)系（有關(guān)系數(shù)R=95.97%），由此可知，大西煤礦3號煤層百米鉆孔瓦斯流量為0.0793m3/（min.hm），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為α=0.0261d-13.3.3瓦斯抽放難易程度評價《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》規(guī)定的按λ和α鑒定本煤層瓦斯抽放可行性的原則如表3-2所示。表3-2開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表Tab．3-2TheclassificationofdifficultyofCoalSeam’sGasDrainage抽放難易程度（α），d-1煤層透氣性系數(shù)（λ），m2/MPa2.d容易抽放<0.003>10能夠抽放0.003～0.0510～0.1較難抽放>0.05<0.1將實測的鉆孔鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)與表3-2對比，能夠看出，3號煤層含有瓦斯抽放的可行性，屬于能夠抽放煤層。4瓦斯抽放辦法設(shè)計4.1瓦斯抽放設(shè)計參數(shù)4.1.1礦井瓦斯總儲量瓦斯儲量是指煤礦開發(fā)中能夠向礦井排放瓦斯的煤層（涉及不可采煤層）以及圍巖所能賦存的瓦斯總量，瓦斯儲量可按下式計算：Wc＝(K1K2)AiXi(4-1)式中Wc——礦井瓦斯儲量，Mm3；K1——不可采鄰近層瓦斯儲量系數(shù)，1.1；K2——圍巖瓦斯儲量系數(shù),1.02；Ai——第i個可采煤層地質(zhì)儲量，Mt；Xi——第i個可采煤層平均瓦斯含量，m3/t；礦井瓦斯總儲量儲量233.45Mm4.1.2礦井可抽瓦斯量礦井可抽瓦斯量是指礦井瓦斯儲量中在現(xiàn)在技術(shù)水平下能被抽出來的最大瓦斯量。其概算法是：Qk=Wη(4-2)由于瓦斯儲量可由式(4-4)計算，因此，要得到一種礦井的可抽瓦斯量，核心是要擬定瓦斯抽放率η。根據(jù)《礦井瓦斯抽放工程設(shè)計規(guī)范》（GB50471-）第3.0.3條規(guī)定：設(shè)計瓦斯抽放率，可根據(jù)煤層瓦斯抽放難易程度、瓦斯涌出狀況、采用的抽放瓦斯辦法等因素綜合擬定；也可參考鄰近生產(chǎn)礦井或條件類似礦井的數(shù)值選用。抽放率指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行的《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。根據(jù)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-）第8.6.3條規(guī)定：瓦斯抽出率：——預(yù)抽煤層瓦斯的礦井：礦井抽出率應(yīng)不不大于20%，回采工作面抽出率應(yīng)不不大于25%；——鄰近層卸壓瓦斯抽放的礦井：礦井抽出率應(yīng)不不大于35%，回采工作面抽出率應(yīng)不不大于45%；——采用綜合抽放辦法的礦井：礦井抽出率應(yīng)不不大于30%；——煤與瓦斯突出礦井：預(yù)抽煤層瓦斯后，突出煤層的瓦斯含量應(yīng)不大于該煤層始突深度的原始煤層瓦斯含量或?qū)⒚簩油咚箟毫档?.74MPa下列。對于設(shè)計來說，瓦斯抽放率的擬定應(yīng)符合以上原則的規(guī)定，也能夠參考《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-）第4.2條進(jìn)行選用。(1)井（或采區(qū)）瓦斯抽放率的測定與計算：在瓦斯抽采站的抽采主管上安裝瓦斯計量裝置，測定礦井每天的瓦斯抽采量。礦井瓦斯抽采量涉及井田范疇內(nèi)地面鉆井抽采、井下抽采（含移動抽采）的瓦斯量。每月底按式（4-3）計算礦井月平均瓦斯抽采率。（4-3）式中——礦井月平均瓦斯抽采率，%；——礦井月平均瓦斯抽采量，m3/min；——礦井月平均風(fēng)排瓦斯量，m3/min；按照大西煤礦的瓦斯抽采技術(shù)及裝備現(xiàn)狀，參考有關(guān)原則，擬定瓦斯抽采率取45%(2)工作面瓦斯抽放率的測定與計算：工作面回采期間，在工作面瓦斯抽采干管上安裝瓦斯計量裝置，每七天測定工作面瓦斯抽采量。每月底按式（4-4）計算工作面月平均瓦斯抽采率。（4-4）式中——工作面月平均瓦斯抽采率，%；——回采期間，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；——工作面月平均風(fēng)排瓦斯量，m3/min按照大西煤礦的瓦斯抽采技術(shù)及裝備現(xiàn)狀，參考有關(guān)原則，擬定工作面瓦斯抽采率為=50%。礦井可抽瓦斯量可由式(4-2)計算得：Qk=233.45×0.45=105.05Mm4.1.3可抽期根據(jù)《礦井瓦斯抽放工程設(shè)計規(guī)范》（GB50471）第3.0.4條及《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-）第5.3.5都規(guī)定：礦井或水平的抽放年限應(yīng)與其抽放瓦斯區(qū)域的開采年限相適應(yīng)，因此，大西煤礦瓦斯可抽期為4.2抽放瓦斯辦法瓦斯抽放辦法根據(jù)瓦斯來源可劃分為開采煤層的預(yù)抽、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放三種；根據(jù)抽放的原理可劃分為未卸壓抽放和卸壓抽放兩類；根據(jù)瓦斯抽采工藝可劃分為鉆孔抽放、巷道抽放和巷道與鉆孔綜正當(dāng)三類。表4-1對各類瓦斯抽放的使用條件及可抽放率進(jìn)行匯總。抽放瓦斯的辦法選擇時應(yīng)當(dāng)遵照下列的原則：(1)選擇的抽放瓦斯辦法要適合煤層賦存狀況、采掘布置、地質(zhì)條件以及開采技術(shù)條件;(2)抽放辦法的選用應(yīng)根據(jù)瓦斯來源進(jìn)行，經(jīng)可能采用綜合瓦斯抽放辦法，以提高抽放瓦斯效果；(3)選擇的抽放瓦斯辦法要有助于減少井巷工程量，實現(xiàn)抽放巷道與開采巷道的結(jié)合；(4)選擇的抽放瓦斯辦法要有助于抽放巷道的布置與維護(hù)；(5)選擇的瓦斯抽放辦法要在提高瓦斯抽放效果的前提下盡量減少抽放成本；(6)選擇的瓦斯抽放辦法要有助于抽放系統(tǒng)的施工、管網(wǎng)的敷設(shè)，有助于增加鉆孔的瓦斯抽放時間。根據(jù)前面章節(jié)對礦井采、掘工作面瓦斯涌出量的預(yù)測、礦井及回采工作面瓦斯來源的分析，結(jié)合大西煤礦開采技術(shù)條件，能夠選用的抽放瓦斯辦法有：回采工作面本煤層瓦斯預(yù)抽、采空區(qū)埋管抽放、向上鉆孔抽放與全封閉抽放抽放。表4-1各類瓦斯抽放的合用條件及抽放率Tab．4-1Applicableconditionsofvariousgasdrainageanddrainagerate抽放分類抽放辦法合用條件可抽放率，%開采煤層瓦斯抽放未卸壓抽放巖巷揭煤及煤巷掘進(jìn)抽放由巖巷向煤層打穿層鉆孔突出危險煤層30～60煤巷工作面打超前鉆孔高瓦斯煤層20～60采區(qū)大面積預(yù)抽放由開采層機(jī)巷、風(fēng)巷或煤門等上向、下向順層鉆孔有預(yù)抽時間的高瓦斯煤層、突出危險煤層20～60由石門、巖巷、鄰近層煤巷等打穿層鉆孔屬“勉強(qiáng)抽放”煤層20，個別超出50地面鉆孔高瓦斯“容易抽放”煤層，埋藏較淺20～30密封開采巷道高瓦斯“容易抽放煤層”20～30卸壓抽放邊掘進(jìn)邊抽放由煤巷兩側(cè)或巖巷向煤層周邊打防護(hù)鉆孔高瓦斯煤層20～30邊采進(jìn)邊抽放由開采曾機(jī)巷、風(fēng)巷等向工作面前方卸壓區(qū)打鉆孔高瓦斯煤層20～30水力割縫、松動爆破、水力壓裂（預(yù)抽）由開采層機(jī)巷、風(fēng)巷等打順層鉆孔，由巖巷或地面打孔高瓦斯“難以抽放”煤層20～30〈30鄰近層抽放瓦斯卸壓抽放開采層工作面推過后抽放上下鄰近層瓦斯由開采層機(jī)巷、風(fēng)巷、中巷或巖巷向鄰近層打鉆鄰近層瓦斯涌出量大、影響開采煤層安全時40～80由開采層機(jī)巷、風(fēng)巷、中巷等向采空區(qū)方向打斜交鉆孔40～80由煤門打沿鄰近層鉆孔40～80在鄰近層掘聚集瓦斯巷道鄰近層瓦斯涌出量大、鉆孔的通過能力滿足不了抽放規(guī)定時40～80從地面打孔地面打鉆優(yōu)于井下時30～70采空區(qū)抽放密封采空區(qū)插管抽放無自燃危險或采用防火墻方法時50～60現(xiàn)采采空區(qū)設(shè)密閉墻插管或向采空區(qū)打鉆孔抽放、預(yù)埋管抽放20～60圍巖瓦斯抽放由巖巷兩側(cè)或正前方溶洞或裂隙帶打鉆、密閉巖巷進(jìn)行抽放、封堵巖巷噴瓦斯區(qū)并插管抽放圍巖有瓦斯噴出危險，瓦斯涌出量大或者有溶洞、裂隙帶儲存高瓦斯時4.3回采工作面瓦斯抽放回采工作面瓦斯抽放分未卸壓抽放法、采（掘）卸壓抽放和人為卸壓抽放法可按下列規(guī)定選擇回采工作面抽放瓦斯辦法可按下列規(guī)定選擇：(1)煤層透氣性較好，宜采用本層預(yù)抽辦法，普通優(yōu)先考慮沿層布孔方式；當(dāng)突出危險性大時，可選擇穿層布孔方式。(2)透氣性較差，有一定傾角的分層開采煤層，宜采用邊采邊抽的卸壓抽放辦法。(3)單一低透氣性高瓦斯煤層，可選用密集網(wǎng)格鉆孔、水力割縫、水力壓裂、松動爆破、深孔控制卸壓爆破、物理化學(xué)等辦法強(qiáng)化抽放。(4)煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出量較大的煤層，可采用邊掘邊抽或先抽后掘的卸壓抽放辦法。4.3.1回采工作面瓦斯預(yù)抽根據(jù)大西煤礦實測瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)狀況以及鄰近相似礦井的抽放狀況，3號煤層屬于能夠抽放煤層，設(shè)計采用本煤層未卸壓抽放（采前預(yù)抽）。在工作面回風(fēng)順槽和運輸順槽向煤層打順層平行斜向交叉鉆孔預(yù)抽瓦斯。這些鉆孔還可隨著回采工作面的推動對前方煤體產(chǎn)生卸壓作用，實施邊采邊抽煤層瓦斯，從而提高瓦斯抽放量，減少工作面瓦斯的涌出，鉆孔布置見圖4-1。圖4.1回采工作面瓦斯抽放示意圖Fig．4.1Gascoalfacedrainageschematicdiagram4.3.2抽采布置方式(1)鉆孔布置方式：不設(shè)鉆場，鉆孔沿煤層仰面斜交（與順槽成60°）布置。(2)鉆孔直徑：鉆孔直徑越大，煤壁暴露面積越大，瓦斯涌出量就越大，但兩者增加并非線性關(guān)系，普通選用鉆孔直徑75～110mm，設(shè)計采用鉆孔直徑為85mm(3)鉆孔長度：按回采工作面長度150m考慮，鉆孔長度為100m(4)鉆孔間距、個數(shù)：由于大西礦井煤層透氣性系數(shù)為3.2238m2/MPa2.d，設(shè)計鉆孔間距為4m，，由于工作面走向長度670m，故設(shè)計鉆孔數(shù)為168×2=(5)鉆孔有效抽放時間：為了確保預(yù)抽充足、采掘平衡，根據(jù)掘進(jìn)面掘進(jìn)速度以及礦井工作面接續(xù)計劃，設(shè)計預(yù)抽時間為12個月。4.4采空區(qū)瓦斯抽放采空區(qū)的抽放辦法按采空區(qū)的狀態(tài)可分為半封閉采空區(qū)瓦斯抽放和全封閉采空區(qū)瓦斯抽放。4.4.1半封閉采空區(qū)瓦斯抽放半封閉采空區(qū)即是回采工作面后方的，工作面回采過程中始終存在的、并隨采面推動逐步增加的采空區(qū)。國內(nèi)外半封閉采空區(qū)抽放瓦斯的重要辦法有：埋管抽放、上向鉆孔抽放、頂板抽放巷抽放、尾巷抽放和地面鉆孔抽放等。大西煤礦在生產(chǎn)早期采空區(qū)的瓦斯涌出臨時不會影響到礦井的正常生產(chǎn)，但是隨著礦井開采時間的延長與開采范疇的擴(kuò)大，將來采空區(qū)瓦斯的大量涌出將加重礦井的通風(fēng)負(fù)擔(dān)，可使用埋管抽放與向上鉆孔相結(jié)合的抽放辦法。(1)埋管抽放埋管抽放當(dāng)?shù)谝粭l埋管達(dá)30米時，預(yù)埋第二條管路，在第一條管路的60米處用三通和閥門與第二條管路相接，此時第二條管路處在關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)工作面推過第二條管路管口30米時，打開第二條管路的閥門并投入抽采，依次類推為了減少采空區(qū)漏風(fēng)和提高抽采效果，預(yù)備在采空區(qū)上下兩巷位置進(jìn)行密閉，密閉位置距抽采管口5米左右，密閉的間距15米。為了提高抽采效果，預(yù)埋管路應(yīng)做到四防（防水、防渣堵塞、防爆、防砸），抽采管口用木垛保護(hù)，以使抽采管路處在可靠的工作狀態(tài)。圖4-2采空區(qū)埋管抽放Fig．4-2Thegoafdrainagepipe(2)上向鉆孔抽放上向鉆孔抽放是在回采工作面回風(fēng)輔助巷內(nèi)設(shè)鉆場，鉆場間距50m，鉆場規(guī)格為：寬3.5m，深3.5m，高與回風(fēng)巷相似，采用11號礦用工字鋼梯形支護(hù)。每個鉆場內(nèi)布置6個上向鉆孔，呈扇形布置。共14個鉆場，每個鉆場6個鉆孔，孔徑取75mm，鉆孔終孔高度在煤層冒落帶上方5m左右，能夠?qū)γ奥鋷е械穆涿航馕咚挂约皣鷰r卸壓瓦斯進(jìn)行抽放。煤層上向鉆孔在工作面的投影與回風(fēng)巷的距離在20～50m左右。鉆場與鉆孔布置方式如圖4-圖4-3向上鉆孔瓦斯抽放Fig．4-3Upwarddrillinggasdrainage4.4.2全封閉采空區(qū)瓦斯抽放封閉采空區(qū)是指工作面已采完封閉的采空區(qū)，剛封閉的采空區(qū)會不停涌出和積存大量瓦斯，對鄰近的生產(chǎn)工作面形成很大的威脅。對于大西煤礦，能夠采用密閉巷道法抽放封閉采空區(qū)瓦斯。這種辦法是在回風(fēng)順槽內(nèi)打密閉，將抽采管道插入采空區(qū)直接抽放采空區(qū)瓦斯，如圖4-4所示。圖4-4全密閉采空區(qū)瓦斯抽放Fig．4-4Fullclosedgoafgasdrainage全封閉采空區(qū)對于本礦來說，在首采工作面完畢之前不用這種辦法。該辦法重要用于工作面已采完封閉的采空區(qū)。該法現(xiàn)在巷道中打密閉，將管子插入采空區(qū)直接抽放采空區(qū)瓦斯。密閉打在回風(fēng)順槽內(nèi)，厚度3m以上。為了確保嚴(yán)格密閉，煤壁和頂、底板的挖槽深度最少要0.3m以上。密閉兩壁用磚石砌筑，厚度不不大于0.4m。兩層墻間要填充沙漿。瓦斯抽管要插入12～15m左右。4.5抽放量預(yù)計大西煤礦年產(chǎn)量達(dá)成600Kt/a，首采工作面為3號煤層3102工作面，平均煤厚3.17左右，工作面長度150m，采用一次采全高采煤法。本次設(shè)計按年產(chǎn)600Kt/a設(shè)計，設(shè)計考慮到3號煤層本煤層和采空區(qū)的抽放。4.5.1回采工作面預(yù)抽量預(yù)計預(yù)抽工作面瓦斯抽放量預(yù)計：預(yù)抽工作面瓦斯抽放量可按式(4-5)計算：(4-5)式中q——工作面瓦斯預(yù)抽量，m3/min；k——鄰近層及圍巖瓦斯含量系數(shù)，取1.2；L1——工作面長度，m，取150mL2——工作面走向長度，m，取670mM——開采煤層厚度，m，取3.17mγ——煤的視密度，t/m3，取1.45t/m3；W——煤層瓦斯含量，m3/t，取16.5η——工作面預(yù)抽率，取50%；t——抽放時間，a，取1a則根據(jù)上式計算可得，q=8.704.5.2礦井瓦斯抽放量預(yù)計礦井瓦斯抽放量預(yù)計：根據(jù)上述對回采工作面、采空區(qū)的瓦斯抽放量進(jìn)行預(yù)計，各抽放量預(yù)計成果見表4-2。表4-2各抽放量預(yù)計成果Tab．4-2Thedrainagevolumeexpectedresults抽放類型本煤層預(yù)抽采空區(qū)抽放量，m3/min8.705.20抽放總量，m3/min13.90從表中能夠看出，礦井瓦斯抽放量為13.90m3/min，礦井瓦斯涌出量為26.014.6抽放鉆孔的密封4.6.1封孔深度封孔質(zhì)量直接影響抽放效果，為確保封孔質(zhì)量和封孔后能及時合茬抽放，每個鉆孔施工完畢后，立刻用聚氨酯封孔合茬抽放。根據(jù)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-）第7.5.4條和《礦井抽放瓦斯工程設(shè)計規(guī)范》（GB50471-）第5.45條的規(guī)定，在煤層中布置的鉆孔其密封深度可取7m以上。本次設(shè)計為8m4.6鉆孔封孔設(shè)計應(yīng)滿足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造價低的規(guī)定。抽放鉆孔封孔方式重要有水泥注漿泵封孔，人工水泥沙漿封孔和聚胺脂封孔等?？紤]到水泥沙漿封孔，凝固時間長，對于傾斜鉆孔不易充滿孔。聚胺脂封孔的成本略高于水泥漿封孔，但聚胺脂封孔操作簡樸，省時省力，氣密性好，抽放效果好。考慮到大西煤礦煤層賦存狀況和抽放工藝擬定封孔材料使用水泥沙漿與聚胺脂搭配。4.6封孔使用加壓注漿封孔法，重要原理是由于樹脂膨脹量比較大并且材質(zhì)堅硬，通過樹脂包在鉆孔中兩端膨脹封堵，在中間的空隙中通過單向閥注入水泥。樹脂包的封堵能夠承受一定的水泥壓力。這種封孔辦法首先能使鉆孔周邊的裂隙得到充填，消除開孔時形成的漏氣通道（裂隙），即消除早期漏氣通道；另首先能使鉆孔得到可靠的支護(hù)，確保鉆孔的穩(wěn)定，使鉆孔周邊不再產(chǎn)生新的漏氣通道（裂隙），即避免后期漏氣通道的產(chǎn)生和發(fā)展。封孔注漿封孔法以下圖4-5所示。圖4-5封孔注漿封孔法Fig．4-5Methodofsealinggroutinghole這種辦法簡樸，適合多個地質(zhì)狀況的鉆孔。特別適合于鉆孔傾角大、封孔深度深的上向或下向孔封孔。先在抽采管首端距管口150mm處安裝一比擴(kuò)孔直徑略150mm孔內(nèi)，以固定抽采管和避免漏漿，將1：2.5的水泥、砂漿倒入抽采管和鉆孔之間的環(huán)形空間即可封孔，待砂漿凝固后即可進(jìn)行抽采，在砂漿中加入少量速凝劑，可加速凝固。5瓦斯抽放管路系統(tǒng)5.1抽放管路系統(tǒng)選擇礦井需要抽放瓦斯時，需要在井上、下敷設(shè)完整的管路系統(tǒng)，從而使瓦斯抽出并輸送到地面或特定地區(qū)。在選擇抽放系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)抽放鉆場的分布，巷道布置形式以及礦井的開拓計劃等等，綜合考慮，盡量避免以及減少后來在主干系統(tǒng)上的頻繁改動。因此，瓦斯抽放系統(tǒng)的選擇是礦井瓦斯抽放工作的一項重要工作，在瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇中應(yīng)滿足下列原則：(1)瓦斯抽放管路要敷設(shè)在曲線最少、距離最短的巷道中；(2)瓦斯抽放管路應(yīng)敷設(shè)在不易被礦車或者其它物體撞壞的巷道或位置上；(3)瓦斯抽放管路的敷設(shè)應(yīng)考慮到運輸、安裝和維修上的方便；(4)抽放設(shè)備或者管路一旦發(fā)生故障時，抽放管路內(nèi)的瓦斯應(yīng)保障不會流入采掘工作面、機(jī)房或者硐室中；(5)瓦斯抽放管路中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、測定、防爆、防回火裝置。按照管路選擇原則，綜合考慮大西煤礦瓦斯抽放方法以及各抽放辦法的抽放負(fù)壓，設(shè)計采用兩套獨立的抽放系統(tǒng)。其中一套重要用于采空區(qū)、鄰近層的瓦斯抽放，下列簡稱低負(fù)壓系統(tǒng)；另一套抽放系統(tǒng)重要用于回采工作面本煤層預(yù)抽以及邊采邊抽，下列簡稱高負(fù)壓系統(tǒng)。大西煤礦瓦斯抽放管網(wǎng)敷設(shè)路線為：(1)低負(fù)壓系統(tǒng)采空區(qū)上向鉆孔——回風(fēng)順槽——回風(fēng)大巷——回風(fēng)井——地面管路——地面抽放泵站；(2)高負(fù)壓系統(tǒng)回風(fēng)順槽側(cè)預(yù)抽鉆孔——回風(fēng)順槽——回風(fēng)大巷——回風(fēng)井——地面管路——地面抽放泵站；運輸順槽側(cè)預(yù)抽鉆孔——運輸順槽——采區(qū)聯(lián)系巷——回風(fēng)大巷——回風(fēng)井——地面管路——地面抽放泵站。5.2瓦斯抽放管的選擇根據(jù)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》(AQ1027-)規(guī)定，瓦斯抽放管管徑按下式(5-1)計算：（5-1）式中D——瓦斯抽放管內(nèi)徑，m；Q——抽放管內(nèi)混合瓦斯流量，m3/min；V——抽放管內(nèi)瓦斯平均流速，經(jīng)濟(jì)流速V＝5~15m/s。本次設(shè)計按照大西煤礦生產(chǎn)能力為0.6Mt/a設(shè)計，但由于礦井后來有可能擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的可能性，本次設(shè)計在選型時考慮取0.5~1倍的充裕系數(shù)。為方便闡明，商定地面管路、回風(fēng)井管路、井下回風(fēng)大巷的管路為主管路，主管路設(shè)兩條，分別為主管高和主管低；回風(fēng)順槽側(cè)管路為支管高1，運輸順槽側(cè)管路為支管高2；采空區(qū)上向鉆孔抽放管路為支管低。按照大管徑流速取大值、小管徑流速取小值，管路系統(tǒng)較長者流速取小值、管路系統(tǒng)較短者流速取大值的原則選用經(jīng)濟(jì)流速。管徑選擇計算成果見表5-1。表5-1瓦斯抽放管途徑計算及選擇Tab．5-1Diametercalculationandselectionofthedrainagepipe類別抽放純瓦斯量，m3/min主管高8.74021.75214.8810250主管低5.22026.00247.649280支管高14.354310.12154.479240支管高24.354310.12154.479240支管低5.22322.61230.939260抽采主管選擇螺旋焊接鋼管，主管高直徑為D250X10mm，主管低直徑為D280X10mm。瓦斯管路支管均選擇礦用聚乙烯抽采管，支管高1直徑為D240X26.7mm，支管高2直徑為D240X26.7mm，支管低直徑為D260X5.3管網(wǎng)阻力計算瓦斯抽放管網(wǎng)阻力涉及摩擦阻力和局部阻力。摩擦阻力按式(5.2)計算：（5-2）式中Hm——管網(wǎng)摩擦阻力，Pa；L——管路長度，m；——混合瓦斯?jié)舛葘諝獾拿芏缺?；Q——混合瓦斯流量，m3/h；K——管路系數(shù)，按照表5-2取值；d——管道內(nèi)徑，cm。局部摩擦阻力按管網(wǎng)摩擦阻力的15%計算。表5-2不同管徑的系數(shù)K值Tab．5-2K'svaluewithdifferentdiameters通稱管徑（㎜）15（1/2英寸）20（3/4英寸）25（1英寸32（11/4英寸）40（11/2英寸）50（2英寸K0值0.460.470.480.49通稱管徑（㎜）40（21/2英寸）80（3英寸100（4英寸125（5英寸150（6英寸150以上K0值0.550.570.620.670.700.71瓦斯抽放管網(wǎng)阻力計算成果見下表5-3。表5-3瓦斯抽放管網(wǎng)阻力Tab．5-3Gasdrainagepipenetworkresistance管路類型L長度，md管內(nèi)徑，cmΥKQ混合氣體流量，m3/hHm摩擦阻力，PaHj局部阻力，Pa主管高1633250.82160.711305.003232.80484.92主管低1633280.91080.711560.002905.89435.88支管高1670240.80820.71606.98346.1851.93支管高2670240.80820.71606.98346.1851.93支管低1670260.89740.711356.521286.67193.00高壓累計，Pa6484.86972.73低壓累計，Pa2905.89435.88由上表可看出，高負(fù)壓管路管網(wǎng)阻力總計為7457.59Pa，低負(fù)壓管路管網(wǎng)阻力總計為3344.77Pa。5.4管路敷設(shè)及附