瓦斯抽放畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　界溝礦瓦斯抽放設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要：礦井瓦斯抽放，是指為了減少和解除礦井瓦斯對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅，利用機(jī)械設(shè)備和專用管道造成的負(fù)壓，將煤層中存在或釋放出來(lái)的瓦斯抽出來(lái)，輸送到地面或其它安全地點(diǎn) 的方法。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，界溝礦全礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為32.89m3/min，是高瓦斯礦井，回采工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為19.83m3/min，掘進(jìn)面絕對(duì)涌出

2、量為3.38m3/min。本設(shè)計(jì)針對(duì)界溝72煤層開(kāi)采存在的瓦斯涌出量大等問(wèn)題，結(jié)合該礦72煤層透氣性系數(shù)0.129m2/MPa2·d，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.018d-1等基本參數(shù)，得出界溝礦可以抽放且礦開(kāi)采時(shí)必須建立瓦斯抽放系統(tǒng)。根據(jù)前面所得參數(shù)確定界溝礦采用本煤層預(yù)抽、邊采邊抽和采空區(qū)抽采相結(jié)合的綜合瓦斯抽放方法，并且對(duì)抽放方法的一些工藝方法和參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。瓦斯抽放泵選擇的型號(hào)為2BEY-42型，2BE1-303水環(huán)式真

3、空泵，同時(shí)確定了泵站的附屬設(shè)施。在設(shè)計(jì)的最后提出了一些具體的安全操作要求和說(shuō)明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：瓦斯抽放 礦井瓦斯 工作面</p><p>　　The design of drainage methods and system of jiegou mine</p><p>　　Abstract: Mine gas drainage is a meth

4、od that to reduce and eliminate threats of mine gas for coal mine safety production and mechanical equipment and pipelines are used to make negative pressure so the gas which are in the presence or released are extracted

5、 out to delivery to the ground or other secure location. The predictions shows that jiegou mine mining face gas emission absolute is amount of 32.89in what proved jiegou an high-gas coal mine, and the mining face gas abs

6、olute emission is amoun</p><p>　　Keywords: mine gas drainage gas drainage working face目錄</p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 選題背景及研究意義1</p><p>　　1.2 瓦斯抽放

7、的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 國(guó)外瓦斯抽放現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線7</p><p>　　1.3.1 研究?jī)?nèi)容7</p><p>　　1.3.2 技術(shù)路線 8</p><

8、;p><b>　　2 礦井概況9</b></p><p>　　2.1 礦井位置、交通9</p><p>　　2.2 氣象及地震條件10</p><p>　　2.3 地質(zhì)特征10</p><p>　　2.3.1 地質(zhì)構(gòu)造10</p><p>　　2.3.2 水文地質(zhì)條件10<

9、/p><p>　　2.3.3 煤層及煤質(zhì)11</p><p>　　2.3.4 煤層瓦斯、自然及爆炸傾向性12</p><p>　　2.4 礦井開(kāi)拓、開(kāi)采概況12</p><p>　　2.5 礦井通風(fēng)12</p><p>　　3 礦井瓦斯賦存情況13</p><p>　　3.1 煤層瓦斯基本

10、參數(shù)13</p><p>　　3.1.1 煤層瓦斯含量13</p><p>　　3.1.2 煤層瓦斯壓力13</p><p>　　3.1.3 煤層透氣性系數(shù)14</p><p>　　3.1.4 鉆孔瓦斯流量和流量衰減系數(shù)14</p><p>　　3.2 礦井瓦斯儲(chǔ)量14</p><p&g

11、t;　　3.2.1 計(jì)算范圍14</p><p>　　3.2.2 計(jì)算方法14</p><p>　　3.3 礦井可抽瓦斯量及可抽期15</p><p>　　3.3.1 瓦斯抽放率15</p><p>　　3.3.2 礦井可抽瓦斯量16</p><p>　　3.3.3 可抽期16</p><

12、;p>　　4 瓦斯抽放的必要性和可行性論證17</p><p>　　4.1 瓦斯抽放的必要性17</p><p>　　4.1.1 規(guī)定17</p><p>　　4.1.2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)17</p><p>　　4.2 瓦斯抽放的可行性24</p><p><b>　　5 抽放方法25&

13、lt;/b></p><p><b>　　5.1 規(guī)定25</b></p><p>　　5.2 礦井瓦斯來(lái)源分析25</p><p>　　5.2.1 礦井瓦斯涌出及構(gòu)成25</p><p>　　5.2.2 回采工作面瓦斯涌出及構(gòu)成26</p><p>　　5.2.3 采空區(qū)瓦斯涌出及

14、構(gòu)成26</p><p>　　5.3 抽放方法選擇26</p><p>　　5.3.1 本煤層瓦斯抽放方法26</p><p>　　5.3.2 鄰近層瓦斯抽放方法27</p><p>　　5.3.3 采空區(qū)瓦斯抽放方法27</p><p>　　5.3.4 其他情況27</p><p>

15、;　　5.3.5 抽采方法確定27</p><p>　　5.4 鉆孔及鉆場(chǎng)布置27</p><p>　　5.4.1 鉆孔及鉆場(chǎng)布置27</p><p>　　5.4.2 順層鉆孔布置28</p><p>　　5.4.3 底板抽放鉆孔布置29</p><p>　　5.4.4 邊掘邊抽鉆孔布置29</p&g

16、t;<p>　　5.4.5 底板水平鉆孔布置:30</p><p>　　5.4.6 采空區(qū)埋管布置30</p><p>　　5.5 封孔方法31</p><p>　　5.5.1 封孔深度31</p><p>　　5.5.2 封孔材料31</p><p>　　5.5.3 封孔工藝31</p

17、><p>　　5.6 抽放瓦斯量預(yù)計(jì)33</p><p>　　6 瓦斯抽放管路系統(tǒng)及設(shè)備選型34</p><p>　　6.1 抽放管路選型及阻力計(jì)算34</p><p>　　6.1.1 規(guī)定34</p><p>　　6.1.2 計(jì)算方法34</p><p>　　6.2 瓦斯抽放泵選型38

18、</p><p>　　6.2.1 規(guī)定38</p><p>　　6.2.2 選型原則38</p><p>　　6.2.3 選型依據(jù)38</p><p>　　6.2.4 計(jì)算方法38</p><p>　　6.2.5 瓦斯泵類型41</p><p>　　6.3 輔助設(shè)備43</p&

19、gt;<p>　　7 安全技術(shù)措施45</p><p>　　7.1 抽放鉆場(chǎng)、鉆場(chǎng)施工的安全措施45</p><p>　　7.2 抽放管路安全技術(shù)措施47</p><p>　　7.3 管路防漏氣、防砸壞、防帶電、防腐安全措施47</p><p>　　7.4 地面抽放瓦斯站安全措施47</p><p&

20、gt;　　7.4.1 瓦斯泵安全措施47</p><p>　　7.4.2 瓦斯泵安全操作48</p><p>　　8 瓦斯的綜合利用和配套設(shè)施50</p><p>　　8.1 瓦斯的利用50</p><p>　　8.2 抽放瓦斯工程對(duì)環(huán)境的影響50</p><p>　　8.3 配套設(shè)施50</p>

21、;<p>　　8.3.1 供電、照明及通信50</p><p>　　8.3.2 給排水、采暖與通風(fēng)51</p><p>　　8.3.3 防雷設(shè)施51</p><p>　　8.4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)51</p><p><b>　　8.5 環(huán)保52</b></p><p>　　9 抽放

22、瓦斯管理53</p><p>　　9.1 瓦斯抽放管理及規(guī)章制度53</p><p>　　9.1.1 組織管理53</p><p>　　9.1.2 瓦斯抽放組織機(jī)構(gòu)管理53</p><p>　　9.1.3 采空區(qū)抽放管道的拆裝54</p><p>　　9.1.4 抽放瓦斯管路管理54</p>

23、<p>　　9.2 常用記錄及表格樣式54</p><p><b>　　10 結(jié)論56</b></p><p><b>　　致謝57</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)58</b></p><p><b>　　引言</b><

24、;/p><p>　　安全工程專業(yè)是一門及其重要的工程技術(shù)學(xué)科，它直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和國(guó)家社會(huì)的穩(wěn)定和諧。隨著社會(huì)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，礦業(yè)、施工等安全問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視，每年由于人和物的不安全操作和狀況導(dǎo)致的事故和死亡率都觸目驚心，因此安全關(guān)系著每個(gè)人的利益。而作為安全專業(yè)的學(xué)生更應(yīng)該擔(dān)負(fù)起提高全民安全意識(shí)水平的責(zé)任，具備安全知識(shí)素養(yǎng)，運(yùn)用安全評(píng)價(jià)、檢測(cè)、分析、管理等科學(xué)方法和技術(shù)找出事故隱患，預(yù)防生產(chǎn)事

25、故的發(fā)生，給人民減少災(zāi)難和痛苦，給國(guó)家、企事業(yè)單位減少不必要的損失。由于安全工程的特殊性，就要求安全技術(shù)人員必須理論于實(shí)踐相結(jié)合，因此實(shí)踐環(huán)節(jié)尤為重要，只有將事故實(shí)例與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境結(jié)合起來(lái)，才能更深層次的理解安全工程科學(xué)的實(shí)際內(nèi)涵，從而更好的指導(dǎo)安全生產(chǎn)。</p><p><b>　　選題背景及研究意義</b></p><p>　　“安全第一、預(yù)防為主”是我國(guó)各行各業(yè)都要

26、遵循的安全生產(chǎn)方針。采煤作業(yè)作為高危險(xiǎn)行業(yè)，在安全生產(chǎn)方面尤為重視。但是隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的快速發(fā)展，一方面煤礦機(jī)械化水平不斷提高，煤礦生產(chǎn)越來(lái)越高效化、集約化，另一方面隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷加深，采煤作業(yè)的不斷提速，使得礦井瓦斯涌出量一直處于上升狀態(tài)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)造成重大威脅。近年來(lái)我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)狀況有明顯改善，百萬(wàn)噸死亡率從2002年的4.94降至2013年的0.293，但與發(fā)達(dá)國(guó)家的百萬(wàn)噸死亡率相比仍有很大差距，煤炭行業(yè)在我國(guó)

27、仍然是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，煤礦事故發(fā)生率居高不下。而在這些事故中，瓦斯事故死亡人數(shù)所占比例最大；據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)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；2002年～2006 年，工礦類相關(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%；而在煤礦企業(yè)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(shí)無(wú)不說(shuō)明了瓦斯事故是制約煤

28、礦安全生產(chǎn)的“頭號(hào)大敵”。</p><p>　　為了減少或消除礦井瓦斯對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅，就要利用機(jī)械設(shè)備和專用管道造成負(fù)壓，將煤層中賦存或釋放的瓦斯釋放出來(lái)，送到地面或其他安全地點(diǎn)，也就是瓦斯抽放。瓦斯抽放對(duì)煤礦瓦斯治理有以下幾方面的作用：首先，抽放瓦斯可以減少開(kāi)采時(shí)的瓦斯涌出量，從而減少瓦斯隱患和各種瓦斯事故,是保證安全生產(chǎn)的一項(xiàng)預(yù)防性措施。 其次，抽放瓦斯可以減少通風(fēng)負(fù)擔(dān)，能夠解除通風(fēng)不易解決的瓦斯難題，

29、降低通風(fēng)費(fèi)用。尤其針對(duì)瓦斯涌出量很大的礦井或采區(qū)，瓦斯抽放在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都是必須的。 第三，煤層中的瓦斯同樣是一種地下資源，將瓦斯抽采出來(lái)送到地面作為燃料和原料加以利用，可以起到保護(hù)環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益的作用。因此，瓦斯抽放已成為我國(guó)瓦斯災(zāi)害治理的主要技術(shù)手段。</p><p>　　宿州煤電界溝礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.6Mt/a，礦井計(jì)算服務(wù)年限為73.4a。經(jīng)初步礦井瓦斯鑒定，屬于高瓦斯礦井，并且通過(guò)通風(fēng)無(wú)法消除瓦斯

30、隱患。近年來(lái)隨著煤礦企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的愈加重視，使煤炭企業(yè)的任務(wù)更加艱巨，責(zé)任也更加重大。通過(guò)礦井瓦斯抽采對(duì)根治礦井瓦斯涌出量大，消除瓦斯這一“煤礦殺手”，實(shí)現(xiàn)礦井本質(zhì)安全具有十分重大的意義。</p><p>　　瓦斯抽放的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p><b>　　國(guó)外瓦斯抽放現(xiàn)狀</b></p><p>　　在抽放理論方面，在1907年美國(guó)學(xué)

31、者Chamberlin和Darton研究概括出了甲烷聚集和運(yùn)移的機(jī)理；1928年Rice提出了在采煤前采用垂直鉆孔從煤層中除去甲烷的設(shè)想；在隨后的40年里，控制甲烷的通用做法仍然是降低煤炭產(chǎn)量和建立復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)。1964年Lindine等根據(jù)所觀察的瓦斯含量和殘余瓦斯含量與深度之間存在的非線性函數(shù)關(guān)系，提出了第一個(gè)預(yù)測(cè)生產(chǎn)礦井瓦斯涌出量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?968年，Airey從理論上導(dǎo)出了第一個(gè)預(yù)測(cè)礦井靜止工作面瓦斯釋放量的偏微分方程，采用

32、解析法求解，建立了一維、單孔隙、氣相的產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型；1972年P(guān)rice-Abdalla提出了二維、單孔隙、氣水兩相綜合性產(chǎn)量預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型和有限差分的數(shù)值模型，該模型能求解具不規(guī)則邊界的條件和模擬工作面推進(jìn)的移動(dòng)內(nèi)邊界問(wèn)題，并且開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件NTERCOMP_1；1978年美國(guó)煤礦局提出了定向傾斜鉆孔法來(lái)抽采煤層瓦斯，該方法將是地面垂直鉆孔和煤層中水平針孔相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了彎曲鉆孔。 </p><p&

33、gt;　　在抽放量方面，1910年為促進(jìn)安全生產(chǎn)，減少甲烷災(zāi)害，美國(guó)成立了礦業(yè)局這一專門的政府機(jī)構(gòu)，開(kāi)始監(jiān)督抽放密閉瓦斯；1934年日本北海道新愰內(nèi)礦抽放密閉區(qū)瓦斯，這是人類歷史上首次在工業(yè)規(guī)模上利用機(jī)械開(kāi)采瓦斯；隨后，煤礦瓦斯抽放在西歐、美國(guó)、前蘇聯(lián)、東亞開(kāi)始迅猛發(fā)展；1949~1950年間，比利時(shí)和英國(guó)先后進(jìn)行的工業(yè)規(guī)模的瓦斯抽放，年抽放量達(dá)5700m3；1951~1987年間，世界煤礦瓦斯呈線性增加，自1951年的1.246億m3

34、 增至1987年的54.31億m3，抽放瓦斯的礦井由68個(gè)增至619個(gè)，單個(gè)抽放礦井的平均抽放量由1951年的198萬(wàn)m3/井，增至1987年的877萬(wàn)m3/井；到目前為止，世界上已有17個(gè)采煤國(guó)家進(jìn)行了瓦斯抽放，年抽放量超過(guò)了1億m3的國(guó)家有10個(gè)，如俄、德、英、中、法、美、波、日、澳等；其中原蘇聯(lián)抽放的瓦斯量最多，達(dá)21.2億m3，德、英年抽放量均在5億m3以上。這些國(guó)家都把抽放瓦斯的工作作為治理瓦斯的生產(chǎn)工序，是高瓦斯含

35、量煤層回采中的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。 </p><p>　　年瓦斯抽放量得到井噴式發(fā)展主要有兩個(gè)原因：一是這期間抽放瓦斯礦井?dāng)?shù)目大大增加，二是單個(gè)礦井的年瓦斯抽放量的增長(zhǎng)。這期間為提高瓦斯抽放率，各國(guó)都對(duì)瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了研究：前蘇聯(lián)針對(duì)低透氣性煤層難抽問(wèn)題，在頓巴斯、卡拉干達(dá)和庫(kù)基巴斯礦區(qū)最先提出并試驗(yàn)應(yīng)用了交叉鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯的方法，顯著提高了低透氣性煤層的瓦斯抽放率；而日本針對(duì)開(kāi)采深度大的煤層時(shí)

36、采用大直徑鉆孔來(lái)提高抽采效果；德國(guó)和捷克通過(guò)向煤層打放射狀鉆孔以延長(zhǎng)抽采時(shí)間，成功達(dá)到了提高瓦斯抽采量的目的；在封孔工藝上，德國(guó)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)到50KPa 以上，近年來(lái)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(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家掀起了對(duì)瓦斯抽采開(kāi)發(fā)試驗(yàn)的新浪潮。針對(duì)美國(guó)煤層埋藏穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單、透氣性好、傾角低的優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)則是采用石油鉆井的成熟工藝在井下水平長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽瓦斯，獲

37、得了很大的成功。 </p><p>　　總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外瓦斯抽放技術(shù)已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)在主要采用綜合的總體抽放方式，在掘進(jìn)過(guò)程中抽放瓦斯，回采過(guò)程中邊采邊抽和采空區(qū)抽放千方百計(jì)增加瓦斯抽放量，提高瓦斯抽放率，同時(shí)建立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井的安全生產(chǎn)提供保障。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　?。?）抽放技術(shù)的發(fā)展情況 &

38、lt;/p><p>　　我國(guó)工業(yè)抽放瓦斯始于1938年的撫順龍鳳礦，但系統(tǒng)地連續(xù)抽放瓦斯是1952年在龍風(fēng)礦建抽放瓦斯泵站開(kāi)始的，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，無(wú)論瓦斯抽放方法，還是抽放瓦斯裝備等均具有較先進(jìn)的水平。特別是近十年來(lái)，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦井?dāng)?shù)量及煤炭產(chǎn)量迅速增加，礦井向深部延伸過(guò)程中，一些低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井和突出礦井，因此需要抽放瓦斯的礦井越來(lái)越多。由此帶動(dòng)了中國(guó)煤礦瓦斯抽放技術(shù)的迅速發(fā)展，目前瓦斯抽放技術(shù)

39、在煤礦生產(chǎn)中得到了普遍的推廣應(yīng)用。2000年時(shí)我國(guó)共有141個(gè)礦井建立了地面永久瓦斯泵站進(jìn)行抽放瓦斯，年抽放量達(dá)866 Mm3；到2007我國(guó)年抽放礦井?dāng)?shù)達(dá)到237個(gè)，抽放量達(dá)到1984Mm3；近年來(lái)我國(guó)瓦斯抽放量如表1-1 。</p><p>　　表1-1 我國(guó)各年的瓦斯抽放量 </p><p>　　Table 1-1 The gas drainage measure

40、s of China's mines each years</p><p>　　我國(guó)煤礦瓦斯抽放技術(shù)，大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段： </p><p>　?、俑咄笟庑悦簩油咚钩榉烹A段。50年代初期，在撫順高透氣性特厚煤層中首次采用井下鉆孔預(yù)拄煤層瓦斯，獲得了成功。解決了撫順礦區(qū)向深部發(fā)展的安全關(guān)鍵問(wèn)題，而且抽出的瓦斯還被作為民用燃料得到了應(yīng)用。 </p>

41、<p>　?、卩徑鼘有秹和咚钩榉烹A段。50年代中期，在開(kāi)采煤層群的礦井中，采用穿層鉆孔抽放上鄰近層瓦斯的試驗(yàn)在陽(yáng)泉礦區(qū)首先獲得成功，解決了煤層群開(kāi)采中首采工作面瓦斯涌出量大的問(wèn)題。此后在陽(yáng)泉又試驗(yàn)成功頂板收集瓦斯巷(高抽巷)抽放上鄰近層瓦斯，抽放率達(dá)60％～70％。60年代以后，鄰近層卸壓瓦斯抽放技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。 </p><p>　　③低透氣性煤層強(qiáng)化抽瓦斯階段。由于在我國(guó)

42、一些透氣性較差的高瓦斯煤層及突出危險(xiǎn)煤層采用通常的布孔方式預(yù)抽瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開(kāi)采時(shí)的瓦斯威脅，為此，從60年代開(kāi)始。試驗(yàn)研究了多種強(qiáng)化抽放開(kāi)采煤層瓦斯的方法，如煤煤層注水，水力壓裂．水力割縫，松動(dòng)爆破，大直徑(擴(kuò)孔)鉆孔，網(wǎng)格式密集布孔，預(yù)裂控制爆破，交叉布孔等。在這些方法中。多數(shù)方法在試驗(yàn)區(qū)取得了提高瓦斯抽放量的效果，但仍處于試驗(yàn)階段，沒(méi)有大范圍推廣應(yīng)用。 </p><p>　?、芫C合

43、抽瓦斯階段。從80年代開(kāi)始隨著機(jī)采、綜采和綜放采煤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進(jìn)速度加快、開(kāi)采強(qiáng)度增大，使工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有鄰近層的工作面，其瓦斯涌出量的增長(zhǎng)幅度更大。為了解決高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的問(wèn)題，必須結(jié)合礦井的地質(zhì)條件，實(shí)施綜合抽放瓦斯。所謂綜合抽放瓦斯就是：把開(kāi)采煤層瓦斯采前預(yù)抽、卸壓鄰近層瓦斯采后抽及采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個(gè)采區(qū)內(nèi)綜合使用，使瓦斯抽放

44、量及抽放率達(dá)到最高。 </p><p>　?。?）瓦斯抽放方法 </p><p>　　根據(jù)我國(guó)煤層地質(zhì)條件和瓦斯賦存特點(diǎn)，我國(guó)自主開(kāi)展了多種瓦斯抽放方法。根據(jù)抽放對(duì)象的不同，可分為本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放。目前，煤礦應(yīng)用最為普遍的瓦斯抽放方法有如下6種： </p><p>　?、俦久簩硬汕邦A(yù)抽。指采用巷道或打鉆孔的

45、方式在開(kāi)采前抽放開(kāi)采煤層內(nèi)含有的瓦斯的方法，可以分為巷道預(yù)抽和鉆孔預(yù)抽。巷道預(yù)抽煤體卸壓范圍大，煤的暴露面積大，有利于瓦斯釋放，但密閉困難，巷道內(nèi)易引起自燃發(fā)火，目前很少使用。鉆孔預(yù)抽鉆孔貫穿煤層，瓦斯很容易沿層理面流入鉆孔，有利于提高抽放效果，而且抽放工作是在掘進(jìn)和回采之前進(jìn)行的，能大大減少生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯涌出量，但抽放的煤層沒(méi)有受采動(dòng)影響，煤層壓力變化不大，透氣性低的煤層可能達(dá)不到預(yù)抽效果，目前被廣泛使用。 </p&

46、gt;<p>　?、诒久簩舆叢蛇叧?。即在工作面前方，在進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷中每隔一定距離打平行于工作面的鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽放，也可以每隔一段距離（20～30m）掘一鉆場(chǎng)，布置3個(gè)扇形鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽放。此方法由于采動(dòng)影響，煤層已卸壓，煤層透氣性增加，抽放效果好，不受采掘工作影響和時(shí)間限制，具有較強(qiáng)的靈活性和針對(duì)性，但開(kāi)孔位置在煤層，封孔不易保持嚴(yán)密，影響抽放效果和瓦斯?jié)舛取?#160;</p>&

47、lt;p>　?、郾久簩舆吘蜻叧?。即在掘進(jìn)巷道兩幫每隔一定距離掘一鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)向工作面推進(jìn)的方向打2～3個(gè)超前鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽放。隨著工作面的推進(jìn)，鉆場(chǎng)和鉆孔也向前排列。此方法的工作面前方和巷道兩幫一范圍內(nèi)的應(yīng)力已發(fā)生變化，因而游離和解吸瓦斯能直接被鉆孔抽出，透氣性低的煤層也會(huì)獲得一定的效果，但增加了鉆場(chǎng)和打孔的工程量和時(shí)間，對(duì)掘進(jìn)速度有一定影響，有漏風(fēng)，抽放率低。 </p><p>　　

48、④鄰近層鉆孔抽放。指煤層群條件下，受開(kāi)采層的采動(dòng)影響，其上部或下部的鄰近煤層得到卸壓后會(huì)發(fā)生膨脹，其透氣性會(huì)大幅提高, 鄰近煤層的卸壓瓦斯會(huì)通過(guò)層間裂隙大量涌向開(kāi)采層，為防止和減少鄰近層瓦斯涌向開(kāi)采層，在井下鉆孔來(lái)抽采這部分瓦斯的方法。此方法抽采負(fù)壓與通風(fēng)負(fù)壓方向一致，有利于提高抽采效果，且斯管道設(shè)在回風(fēng)巷，容易管理，有利于安全。</p><p>　　⑤鄰近層巷道抽放。主要指在開(kāi)采層的頂部處于采動(dòng)形成的

49、裂隙帶內(nèi)挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏?，用以抽采上鄰近層的卸壓瓦斯。巷道可以布置在鄰近煤層或巖層內(nèi)。使用較少，陽(yáng)泉礦是鄰近層巷道抽放瓦斯方式的先驅(qū)，瓦斯抽放效果也最為顯著，工作面瓦斯抽放率普遍高于70％，最高時(shí)達(dá)到90％以上。目前，該方法已在陽(yáng)泉礦區(qū)15號(hào)煤層工作面廣泛推廣。 </p><p>　?、薏煽諈^(qū)瓦斯抽放。采空區(qū)瓦斯是回采工作面瓦斯涌出主要來(lái)源之一，而采空區(qū)瓦斯抽放具有抽放流量大、來(lái)源穩(wěn)定等特點(diǎn)，成為回

50、采工作面瓦斯治理的重要手段。尤其是對(duì)于本煤層預(yù)抽效果不理想、采空區(qū)瓦斯涌出量大的工作面，采空區(qū)抽放方法是首選的抽放方法。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽放進(jìn)行了大量的研究，隨著煤礦安全生產(chǎn)以及對(duì)瓦斯利用的重視，采空區(qū)抽放比例正在逐步增大。 </p><p>　?。?）我國(guó)瓦斯抽放現(xiàn)存問(wèn)題 </p><p>　　目前，我國(guó)煤礦瓦斯抽采存在的問(wèn)題如下：</p&g

51、t;<p>　?。?）煤層透氣性系數(shù)低</p><p>　　我國(guó)95％以上的高瓦斯和突出礦井所開(kāi)采的煤層屬于低透氣性煤層，透氣性系數(shù)只有10-4～10-3mD[1mD=40m3/(MPa2·d)]，為較難抽采或勉強(qiáng)抽采。這一個(gè)普遍存在的客觀事實(shí)，使我國(guó)井下瓦斯抽采(特別是預(yù)抽)難度非常大。如黑龍江省雞西礦區(qū)、平頂山、七臺(tái)河、樂(lè)平、萍鄉(xiāng)、湖南白沙等許多礦區(qū)都因?yàn)橥咚雇笟庑詷O差、投人大等原因，

52、礦井基本沒(méi)有開(kāi)展瓦斯預(yù)抽，嚴(yán)重影響抽采效果。</p><p><b>　?。?）煤層較軟</b></p><p>　　我國(guó)絕大部分礦井煤層都存在著煤層較軟或軟分層厚的特征。在實(shí)施抽采鉆孔過(guò)程中，極易出現(xiàn)嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，打鉆難，工期長(zhǎng)，特別是突出煤層打鉆時(shí)，煤層軟，瓦斯壓力大，存在著頂鉆、卡鉆、塌孔、噴孔等問(wèn)題。目前在韓城、平煤、義馬、鶴壁、鄭煤、包頭、遼寧和吉林等許多

53、主要礦區(qū)都因軟煤層打孔難的問(wèn)題而嚴(yán)重影響抽采效果，所以軟煤層中打孔，特別是突出軟煤層中打鉆的難題亟待新的有效的技術(shù)。</p><p>　　表1-2 我國(guó)主要礦區(qū)瓦斯抽采量和瓦斯抽采率</p><p>　　Tab. 1-2 The gas drainage volume and rate in our main drainage mine</p><p>　?。?）抽

54、采系統(tǒng)不匹配，投入不足</p><p>　　近年來(lái)，我國(guó)政府利用國(guó)債資金對(duì)部分煤礦的抽采系統(tǒng)進(jìn)行了更新改造，抽采系統(tǒng)不匹配的狀況有了一定的改觀，但這種現(xiàn)象仍然非常普遍：部分礦井抽采泵能力不足，極限抽采流量小，真空度低，不足以克服抽采管道的沿程阻力；部分礦井抽采泵能力雖然較大，但選用的抽采支管甚至主干管管徑太小，抽采泵產(chǎn)生的負(fù)壓絕大部分消耗在抽采管道的沿程阻力上；其結(jié)果是，這些礦井的本煤層預(yù)抽鉆孔孔口負(fù)壓不到490

55、Pa，有的甚至靠正壓自排。</p><p><b>　?。?）抽采時(shí)間短</b></p><p>　　由于我國(guó)的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井都不同程度地存在采掘失調(diào)，采煤工作面預(yù)抽瓦斯的時(shí)間普遍不足，據(jù)焦作、鶴壁、平頂山、淮南、淮北、撫順、鐵法等礦區(qū)的統(tǒng)計(jì)，突出煤層采煤工作面預(yù)抽瓦斯時(shí)間最長(zhǎng)為8個(gè)月，最短僅為1個(gè)月，平均預(yù)抽時(shí)間只有3.3個(gè)月。</p>&l

56、t;p>　　（5）鉆孔工程量不足</p><p>　　抽采鉆孔具有輸排瓦斯和提高煤層透氣性的雙重作用。鉆孔工程量不足是導(dǎo)致瓦斯抽采率偏低的主要原因之一。我國(guó)約有80％以上的高瓦斯和突出危險(xiǎn)工作面采用本煤層預(yù)抽，單個(gè)工作面抽采鉆孔長(zhǎng)度一般為15000～35000m，鉆孔總長(zhǎng)度數(shù)值很大，但噸煤鉆孔長(zhǎng)度數(shù)值卻極小。據(jù)焦作、鶴壁、平頂山、晉城、潞安、淮南、淮北、鐵法等礦區(qū)的不完全統(tǒng)計(jì)，采煤工作面噸煤預(yù)抽鉆孔長(zhǎng)度最多

57、為0.04m，最少只有0.0065m，平均僅為0.018m。實(shí)施鄰近層瓦斯抽采的礦區(qū)也存在同樣的問(wèn)題，部分礦區(qū)的鄰近層抽采鉆孔瓦斯流速高達(dá)30～50m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)瓦斯抽采的經(jīng)濟(jì)流速，抽采鉆孔數(shù)量嚴(yán)重不足。</p><p><b>　?。?）封孔質(zhì)量差</b></p><p>　　孔底抽采負(fù)壓具有引流瓦斯和強(qiáng)制瓦斯解吸的功效，封孔質(zhì)量的高低直接關(guān)系到瓦斯抽采效果的好壞

58、。目前，我國(guó)約有2/3的瓦斯抽采礦井仍然采用黃泥或水泥砂漿封孔，甚至少數(shù)開(kāi)采近水平或緩斜煤層的礦井也采用水泥砂漿封孔，封孔長(zhǎng)度短而且密封質(zhì)量很差，既影響了抽采率，也影響了抽采濃度。我國(guó)約有65％的采煤工作面預(yù)抽瓦斯?jié)舛鹊陀?0％，充分反映了抽采鉆孔封孔質(zhì)量差的現(xiàn)狀。</p><p><b>　　（7）抽采方式單一</b></p><p>　　目前我國(guó)大多數(shù)礦井瓦斯抽采

59、效率較低，抽采形式單一，抽采技術(shù)也不高，抽采瓦斯參數(shù)不能隨地質(zhì)及開(kāi)采條件的變化及時(shí)修正和優(yōu)化處理，從而限制了瓦斯抽出量，抽采效果差。</p><p>　　1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線</p><p>　　1.3.1 研究?jī)?nèi)容</p><p>　?。?）瓦斯涌出量預(yù)測(cè)：回采工作面的瓦斯涌出量由開(kāi)采層、臨近層瓦斯涌出量?jī)刹糠纸M成，利用在實(shí)習(xí)中收集到的資料，根據(jù)礦井圍巖瓦斯

60、涌出系數(shù)，工作面丟煤系數(shù)，回采工作面長(zhǎng)度，開(kāi)采層厚度，工作面采高，煤層原始瓦斯含量等參數(shù)計(jì)算出開(kāi)采層瓦斯涌出量。利用鄰近層厚度工作面采高鄰近層的原始瓦斯含量，鄰近層殘余瓦斯含量，鄰近層瓦斯排放率計(jì)算臨近層瓦斯涌出量。 </p><p>　?。?）抽采方法的優(yōu)選：根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料（煤層賦存狀況、瓦斯賦存規(guī)律、巷道布置、地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)等）和分析計(jì)算得出的結(jié)論（瓦斯涌出來(lái)源、瓦斯涌出量等）結(jié)合礦井生產(chǎn)的

61、實(shí)際情況，選取最優(yōu)的回采工作面瓦斯抽放方法、采空區(qū)瓦斯抽放方法和工作面上隅角瓦斯抽放方法，使煤礦的整體效益最大化。 </p><p>　?。?）抽采設(shè)備的選型：根據(jù)礦井開(kāi)拓方式、井下采掘部署和通風(fēng)設(shè)計(jì)確定抽放管路的布置。根據(jù)收集的礦山基礎(chǔ)資料，對(duì)抽放管道所需的管徑進(jìn)行計(jì)算，再結(jié)合進(jìn)行環(huán)境，選取最合適的抽放管徑。根據(jù)礦山的基礎(chǔ)資料，對(duì)抽放管路的阻力、瓦斯泵流量和壓力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合井下具體狀況，確定瓦斯泵的

62、型號(hào)，使之既不產(chǎn)生浪費(fèi)，又能達(dá)到瓦斯抽放的需求。 </p><p>　　1.3.2 技術(shù)路線 </p><p>　　首先收集有關(guān)宿州煤電界溝煤礦的煤質(zhì)、地層、瓦斯與地質(zhì)方面的資料，了解瓦斯抽放的地質(zhì)背景和采掘工作面的瓦斯抽放系統(tǒng)，查閱相關(guān)資料，對(duì)瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算或預(yù)測(cè)。然后根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)進(jìn)行分析，確定抽放方法和抽放設(shè)備，并且對(duì)該礦瓦斯抽放方法和抽放設(shè)備

63、的選取，進(jìn)行論證。經(jīng)過(guò)論證分析，選取一個(gè)具體的設(shè)計(jì)方案，本設(shè)計(jì)要包括各煤層瓦斯抽放設(shè)計(jì)的方法，要做到安全可靠同時(shí)又要經(jīng)濟(jì)節(jié)約，技術(shù)路線圖如圖1-1：</p><p>　　圖1-1 技術(shù)路線圖</p><p>　　Figure1-1 The technology roadmap </p><p><b>　　礦井概況</b></p>

64、<p><b>　　礦井位置、交通</b></p><p>　　界溝井田位于安徽省淮北市濉溪縣五溝鎮(zhèn)與亳州市蒙城縣許疃鄉(xiāng)交界處，東距宿縣38km，西南距蒙城縣約30km，東北距淮北市60km左右。</p><p>　　井田外東有宿縣～蒙城公路，井田內(nèi)有淮北～六安公路通過(guò)。井田東距京滬鐵路蘆嶺車站約46km，西距青阜鐵路青疃車站43km左右，而距東側(cè)附近的

65、礦區(qū)鐵路任莊車站僅7km。交通方便。</p><p>　　圖2-1 界溝煤礦交通位置圖</p><p>　　Figure2-1 The location map of jiegou mine</p><p><b>　　氣象及地震條件</b></p><p>　　本井田所在地屬季風(fēng)暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，季節(jié)性明顯。</

66、p><p>　　本地區(qū)一般春秋多東北風(fēng)，夏季多東～東南風(fēng)，冬季多北～西北風(fēng)，平均風(fēng)速3m/s，最大風(fēng)速達(dá)18m/s；年均氣溫14.7℃，極端最高氣溫41℃，極端最低氣溫-23.2℃；年均降雨797.8mm，雨量多集中在7、8月份；最大積雪厚度22cm；最大凍土深度15cm。</p><p>　　根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）》的有關(guān)規(guī)定，本井田所在地的抗震設(shè)防烈度為6度。&

67、lt;/p><p><b>　　地質(zhì)特征</b></p><p><b>　　地質(zhì)構(gòu)造</b></p><p>　　本井田位于淮北煤田童亭背斜西翼五溝向斜的南部，總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向近北西、兩端各被一條走向北東而對(duì)傾的斷層切割成地塹型的不完整向斜。該向斜軸部地層平緩，傾角一般4°～10°；兩翼地層南陡北緩，

68、傾角分別為15°～50°和6°～20°。向斜西翼發(fā)育有一組與地層走向近于平行的北傾逆斷層，而局部地段出現(xiàn)的次級(jí)小褶曲，則使得全井田具有復(fù)向斜的特點(diǎn)。</p><p>　　資源勘探、井筒檢查孔和二維地震補(bǔ)勘資料表明：本井田共發(fā)現(xiàn)斷層35條，其中正斷層28條，逆斷層7條。若按落差大小來(lái)分，則有大于等于100m的5條，小于100m而大于等于50m的9條，小于50m而大于等于20m

69、的8條，小于20m的13條。斷層的延展方向多以北東向?yàn)橹?，北西向次之。此外，井田?nèi)尚有4個(gè)孤立的地震斷點(diǎn)未組成斷層。</p><p><b>　　水文地質(zhì)條件</b></p><p><b>　?、?、地表水</b></p><p>　　本井田地勢(shì)平坦，自然地面標(biāo)高為+25.79～+27.50m；井田內(nèi)無(wú)較大河流，僅在其南緣

70、有一條季節(jié)性小河，但人工溝渠較多。據(jù)調(diào)查，1965年發(fā)生的百年一遇洪水也未使本井田被淹，僅在局部地段有少量積水?？梢?jiàn)，地表水對(duì)本井田的開(kāi)發(fā)沒(méi)有影響。</p><p>　?、凇⑿律缢缮雍?、隔水層(組) </p><p>　　第四系松散層一般在280m左右。按照沉積物的組合特征和含隔水性質(zhì)，可將新生界自上而下大致分為一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含計(jì)4個(gè)含水層(組)和3個(gè)隔水層(組

71、)，其中三隔分布穩(wěn)定，厚度在59.97~134.64m之間，平均93.45m，以粘土為主，可塑性極強(qiáng)，為良好的隔水層。可有效地阻隔上覆地表水和一、二、三含與下部各含水層間的水力聯(lián)系；四含主要由中粗砂，粘土礫石，砂礫和粘土質(zhì)砂等組成，間夾粘土和砂質(zhì)粘土，厚度變化較大，介于0~43.78m之間，平均12.05m，分布不穩(wěn)定，自西向東有漸厚趨勢(shì)。四含直覆于煤系之上，與煤系砂巖和風(fēng)化裂隙帶具有直接的水力聯(lián)系，四含是礦井開(kāi)采的重要充水水源。

72、 </p><p>　?、邸⒍得合岛?、隔水層</p><p>　　二迭系煤系主要由砂巖、泥巖、粉砂巖和煤層交互組成。砂巖裂隙不發(fā)育，富水性弱，開(kāi)采中一般不會(huì)出現(xiàn)較大涌水，可疏干。根據(jù)煤系的組合特征，可將其自上而下大致分為72煤層以上隔水層(段)，7、8煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層(段)、鋁質(zhì)泥巖-10煤層頂板隔水層(段)、10煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層(段)和10煤層～石炭系太灰頂界隔水層(

73、段)。煤系砂巖裂隙含水層是礦井開(kāi)采的直接充水水源。</p><p>　?、?、石炭系太原組灰?guī)r與其間的砂巖、泥巖、粉砂巖和薄煤層組成。共含灰?guī)r13層，累厚63m左右， 3、4、8灰厚度較大。灰?guī)r中巖溶裂隙淺部比較發(fā)育，富水性強(qiáng)。根據(jù)中央采區(qū)鉆探注漿資料，太灰富水性強(qiáng)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有0~21m的原始導(dǎo)高，在底板薄弱地段及構(gòu)造發(fā)育段，極易發(fā)生突水的可能。太灰?guī)r溶裂隙含水層威脅著礦井開(kāi)采的安全。</p>

74、<p><b>　　煤層及煤質(zhì)</b></p><p><b>　　1) 煤層：</b></p><p>　　本井田的含煤地層為華北型石炭、二疊系，其中二疊系的山西組與上、下石盒子組為主要含煤層段。</p><p>　　井田內(nèi)二疊系的山西組與上、下石盒子組共含7、8、10和11計(jì)4個(gè)煤組，煤層平均可采總厚12

75、.35m；其中72、82和10煤層為主要可采煤層，全區(qū)可采，其余煤層煤層為次要可采煤層。</p><p>　　表2-1 主要煤層一覽表</p><p>　　Table 2-1 The main coal seam List</p><p>　　注：71、72煤層間距為6.72m,72、82煤層間距為15.10m，82、10煤層間距為81.08m。</p>

76、<p><b>　　2）煤質(zhì)</b></p><p>　　依據(jù)《中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB5751-86），72煤層為低灰～中灰、特低硫～低硫、特低磷、高發(fā)熱量和具很強(qiáng)粘結(jié)性的肥煤，有少量焦煤和氣煤。原煤水份平均1.11％，灰分平均值15.87%,揮發(fā)分平均值為30.55%,為中高揮發(fā)分煤，原煤硫含量稍低，屬于低硫煤,磷含量平均值0.010%,屬特低磷煤。</p>

77、<p>　　煤層瓦斯、自然及爆炸傾向性</p><p>　　根據(jù)《界溝煤礦補(bǔ)充勘探地質(zhì)報(bào)告》瓦斯資料，72煤層瓦斯含量為7.2 m3/t。</p><p>　　界溝礦井開(kāi)采的界溝煤層未發(fā)生過(guò)自燃現(xiàn)象，根據(jù)鉆孔采樣試驗(yàn)，72煤層還原樣與氧化樣燃點(diǎn)之差為6～-33 C°,屬不自燃-不易自燃煤層。</p><p>　　72煤層煤塵均有爆炸性，要做好

78、防塵抑爆工作。</p><p><b>　　礦井開(kāi)拓、開(kāi)采概況</b></p><p>　　礦井采用立井、主要大巷及石門開(kāi)拓方式；設(shè)計(jì)采用一個(gè)水平上、下山開(kāi)采，礦井共有三個(gè)井筒，即為主井、副井、回風(fēng)井，井口標(biāo)高均為+27.4m，井底車場(chǎng)標(biāo)高為-425m。72煤層平均傾角為10°，回采工作面采用單一走向長(zhǎng)壁布置、綜合機(jī)械化采煤方法，后退式回采，全部垮落法管理頂

79、板。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)界溝礦井東一采72煤層。采區(qū)設(shè)有一個(gè)回采工作面和兩個(gè)掘進(jìn)工作面。</p><p>　　井田南北長(zhǎng)約4.5km，東西寬約3.5km，面積約為13.64km2。界溝礦井地質(zhì)儲(chǔ)量為132.346Mt；可采儲(chǔ)量為65.153Mt。界溝礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.6Mt/a，服務(wù)年限為73.4年。</p><p><b>　　礦井通風(fēng)</b></p>

80、<p>　　本礦井采用中央并列式通風(fēng)方式，由主井、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)，機(jī)械抽出式負(fù)壓通風(fēng)。</p><p>　　目前中央風(fēng)井安裝2臺(tái)BDK-8-№28型對(duì)旋式風(fēng)機(jī)。</p><p>　　工作面采用“U”型通風(fēng)，掘進(jìn)工作面均采用壓入式獨(dú)立通風(fēng)。</p><p><b>　　礦井瓦斯賦存情況</b></p><p&

81、gt;<b>　　煤層瓦斯基本參數(shù)</b></p><p>　　煤層瓦斯賦存基本參數(shù)是礦井瓦斯防治和瓦斯抽放設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)于瓦斯抽放來(lái)說(shuō)，煤層瓦斯基本參數(shù)包括：煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、煤的殘存瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)、煤的孔隙率、煤對(duì)瓦斯吸附常數(shù)、百米鉆孔瓦斯流量及其衰減系數(shù)等。72煤層瓦斯基本參數(shù)值詳見(jiàn)表3-1。</p><p>　　表3-1 煤層瓦斯基本參數(shù)

82、值表</p><p>　　Tab3-1 seam gas basic parameter values table</p><p><b>　　煤層瓦斯含量</b></p><p>　　煤層瓦斯含量是單位質(zhì)量煤中所含的瓦斯體積(換算為標(biāo)準(zhǔn)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)的瓦斯體積表示，單位

83、是m3/t·r。本次設(shè)計(jì)中得到的所設(shè)計(jì)72煤層地堪瓦斯含量平均為7.2m3/t。</p><p><b>　　煤層瓦斯壓力</b></p><p>　　煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個(gè)主要因素，當(dāng)煤的吸附能力相同時(shí)，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含瓦斯量也越大。本次設(shè)計(jì)中得到的所設(shè)計(jì)煤層

84、的原始瓦斯壓力為0.55MPa。</p><p><b>　　煤層透氣性系數(shù)</b></p><p>　　煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動(dòng)難易程度的標(biāo)志，是煤層對(duì)于瓦斯流動(dòng)的阻力，通常用透氣性系數(shù)表示。透氣性系數(shù)越大，瓦斯在煤層中流動(dòng)越容易，透氣性系數(shù)λ在我國(guó)普遍用地單位m2/MPa2·d。其物理意義是1m長(zhǎng)的煤體，當(dāng)壓力平方差是1MPa2時(shí)，通過(guò)1m2的煤層斷

85、面，每日流過(guò)的瓦斯立方米數(shù)。1m2/MPa2·d相當(dāng)于0.025毫達(dá)西。根據(jù)收集資料，界溝煤礦瓦斯透氣性系數(shù)為0.129 m2/MPa2·d。</p><p>　　鉆孔瓦斯流量和流量衰減系數(shù)</p><p>　　鉆孔自然初始瓦斯涌出強(qiáng)度q0和鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)α是表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數(shù)。q0和α值要通過(guò)測(cè)定不同時(shí)間的鉆孔自然瓦斯涌出量并按下式回歸分析求得的

86、，具體測(cè)定方法為：選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個(gè)孔徑50～89mm，長(zhǎng)30～40m的鉆孔，封孔后定期測(cè)量鉆孔自然瓦斯流量qt，根據(jù)不同自排時(shí)間下的鉆孔自然瓦斯流量測(cè)定數(shù)組（ti,qi ）,按公式回歸分析求出q0和α。最后得出鉆孔流量衰減系數(shù)0.018d-1。</p><p><b>　　礦井瓦斯儲(chǔ)量 </b></p><p><b>　　計(jì)算范圍</b

87、></p><p>　　計(jì)算范圍為礦井所有采區(qū)（一個(gè)回采工作面、兩個(gè)掘進(jìn)工作面）。參與礦井儲(chǔ)量計(jì)算的煤層除了設(shè)計(jì)開(kāi)采的72煤層，還包括圍巖中的瓦斯。</p><p><b>　　計(jì)算方法</b></p><p>　　根據(jù)《MT5018-96礦井瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.1條規(guī)定，礦井瓦斯儲(chǔ)量應(yīng)為礦井可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量、受采動(dòng)影響后能

88、夠向開(kāi)采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲(chǔ)量之和?？砂聪率接?jì)算：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中 W—礦井瓦斯儲(chǔ)量，Mm3； </p><p>　　W1—可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量，Mm3； </p><p><b>　　(3-2)</b></p>&l

89、t;p>　　Ali —礦井可采煤層i的地質(zhì)儲(chǔ)量，Mt </p><p>　　X1i —礦井可采煤層i的瓦斯含量，m3/t； </p><p>　　W2 —受采動(dòng)影響后能夠向開(kāi)采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　A2i—受采動(dòng)影響后能夠向開(kāi)

90、采空間排放的不可采煤層的地質(zhì)儲(chǔ)量，Mt； </p><p>　　X2i—受采動(dòng)影響后能夠向開(kāi)采空間排放的不可采煤層的瓦斯含量，m3/t； </p><p>　　W3—受采動(dòng)影響后能夠向開(kāi)采空間排放的圍巖瓦斯儲(chǔ)量，Mm3，實(shí)測(cè)或按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　K—圍巖瓦斯儲(chǔ)

91、量系數(shù)，一般取K＝0.05~0.20。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中礦井瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果，礦井總地質(zhì)儲(chǔ)量為132.346Mt，界溝煤礦71煤層平均厚度為1.41m，地質(zhì)儲(chǔ)量為15.672Mt，煤層平均瓦斯含量為5.92m3/t；72煤層平均厚度為2.90m，地質(zhì)儲(chǔ)量為39.294Mt，煤層平均瓦斯含量為7.2m3/t；82煤層平均厚度為2.75m，地質(zhì)儲(chǔ)量為31.779Mt，煤層平均瓦斯含量為5.86m3/t，

92、82煤層平均厚度為3.52m，地質(zhì)儲(chǔ)量為45.601Mt，煤層平均瓦斯含量為4.75m3/t，則：</p><p>　　W11=15.6725.92=92.778Mm3</p><p>　　W12=39.2947.2=287.453Mm3</p><p>　　W13=31.7795.86=186.225Mm3</p><p>　　W14=45

93、.6014.75=216.605Mm3</p><p>　　W1=W11+W12+W13+W14=783.061Mm3</p><p><b>　　W2=0</b></p><p>　　W3=0.1×(783.061+0)=78.306Mm3</p><p>　　W=861.367Mm3 </p>

94、<p>　　礦井可抽瓦斯量及可抽期</p><p><b>　　瓦斯抽放率</b></p><p>　　根據(jù)《MT5018-96礦井瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.3條規(guī)定：設(shè)計(jì)瓦斯抽放率，可根據(jù)煤層瓦斯抽放難易程度、瓦斯涌出情況、采用的抽放瓦斯方法等因素綜合確定；也可參照鄰近生產(chǎn)礦井或條件類似礦井的數(shù)值選取。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

95、》的有關(guān)規(guī)定。 </p><p>　　根據(jù)《AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第8.6.3條規(guī)定： </p><p><b>　　瓦斯抽出率： </b></p><p>　　——預(yù)抽煤層瓦斯的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于20%，回采工作面抽出率應(yīng)不小于25%； </p><p>　　——鄰近層卸壓瓦斯抽放的礦井：礦井抽

96、出率應(yīng)不小于35%，回采工作面抽出率應(yīng)不小于45%； </p><p>　　——采用綜合抽放方法的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于30%；</p><p>　　——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)小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 以下。 </p><p>　　礦井瓦斯抽采率應(yīng)滿足表3-2規(guī)定。</p>

97、<p>　　表3-2 礦井瓦斯抽采率應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)</p><p>　　Tab3-2 Mine gas drainage rate should reach indicators</p><p>　　由于界溝煤礦72煤層的絕對(duì)瓦斯涌出量為32.89m3/min，所以對(duì)應(yīng)以上規(guī)定綜合考慮界溝72礦煤層的瓦斯抽放率應(yīng)取65%。</p><p><b&

98、gt;　　礦井可抽瓦斯量</b></p><p>　　礦井可抽瓦斯量是指礦井瓦斯儲(chǔ)量中在當(dāng)前技術(shù)水平下能被抽出來(lái)的最大瓦斯量。其概算法是：</p><p>　　可抽瓦斯量=瓦斯儲(chǔ)量×抽放率=861.367×65%=559.889Mm3。</p><p><b>　　可抽期</b></p><p

99、>　　根據(jù)《MT5018-96礦井瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.4條及《AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范》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(kāi)采年限相適應(yīng)。本次設(shè)計(jì)的礦井服務(wù)年限為73.4年。所以礦井可抽期也取73.4年。 </p><p>　　瓦斯抽放的必要性和可行性論證</p><p><b>　　瓦斯抽放的必要性</b>

100、</p><p><b>　　規(guī)定</b></p><p>　　瓦斯抽放旨在保障礦井安全生產(chǎn)，同時(shí)也是解決瓦斯問(wèn)題的基本手段。眾所周知，加強(qiáng)通風(fēng)是處理瓦斯的最有效方法，而當(dāng)瓦斯涌出量大于通風(fēng)所能解決的瓦斯涌出量時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取抽放瓦斯措施，對(duì)于局部區(qū)域的瓦斯超限（如上隅角等），采用通風(fēng)方法可能無(wú)法解決瓦斯問(wèn)題或采用通風(fēng)方法不合理時(shí)，也必須采取瓦斯抽放措施。</p&g

101、t;<p>　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第145條及《AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第4.1.1~4.1.3條規(guī)定：</p><p>　　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(shí)抽放瓦斯系統(tǒng)：</p><p>　?。?）1個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問(wèn)題不合理的。</

102、p><p>　?。?）礦井絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到以下條件的：</p><p>　?、俅笥诨虻扔?0m3/min；</p><p>　?、谀戤a(chǎn)量1.0～1.5Mt的礦井，大于30m3/min；</p><p>　?、勰戤a(chǎn)量0.6～1.0Mt的礦井，大于25m3/min；</p><p>　?、苣戤a(chǎn)量0.4～0.6Mt的礦井，大于

103、20m3/min；</p><p>　　⑤年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m3/min。</p><p>　　開(kāi)采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。</p><p>　　界溝煤礦72煤層的7222工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min，并且依靠通風(fēng)瓦斯無(wú)法解決。所以建立瓦斯抽放系統(tǒng)是必要的。 </p><p><b>　　礦井瓦斯涌

104、出量預(yù)測(cè)</b></p><p><b>　　預(yù)測(cè)方法選擇</b></p><p>　　瓦斯涌出量預(yù)測(cè)是指根據(jù)某些已知的相關(guān)數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預(yù)估出整個(gè)礦井或者局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。對(duì)于新建礦井，需要礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)資料，作為通風(fēng)設(shè)計(jì)以及制定瓦斯措施的依據(jù)。瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)的正確與否，直接影響著煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。若預(yù)測(cè)偏低，礦井投產(chǎn)不

105、久就需要進(jìn)行技術(shù)改造，甚至被迫減少產(chǎn)量，而預(yù)測(cè)偏高，則必須要增加投資和通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。所以研究礦井瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)方法，提高預(yù)測(cè)精度，一直是世界各主要采煤國(guó)的重要課題之一。    </p><p>　　綜合國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的方法有：統(tǒng)計(jì)分析法、瓦斯含量預(yù)測(cè)法、分源預(yù)測(cè)法、類比法。隨著科學(xué)技術(shù)的日益提高，科技的發(fā)達(dá)，出現(xiàn)了其它預(yù)測(cè)的方法。下面詳細(xì)的介紹對(duì)比我國(guó)主

106、要使用的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)法優(yōu)劣及其適用范圍：</p><p>　　表4-1 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)法對(duì)比</p><p>　　Table 4-1 Gas emission prediction method</p><p>　　通過(guò)表4-1可看出，分源預(yù)測(cè)法在預(yù)測(cè)新建礦井方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，本次設(shè)計(jì)采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)礦井瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)，該方法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)煤層瓦斯含量，按礦井瓦

107、斯主要涌出源—回采（包括開(kāi)采層、圍巖和鄰近層）、掘進(jìn)及采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律對(duì)礦井各個(gè)回采面、掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量進(jìn)行計(jì)算，從而達(dá)到預(yù)測(cè)各個(gè)采區(qū)乃至全礦井瓦斯涌出量之目的。</p><p>　　這次預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量時(shí)考慮72煤層的一個(gè)回采面、一個(gè)備用面、兩個(gè)掘進(jìn)面。</p><p><b>　　2. 分源預(yù)測(cè)法</b></p><p>　　礦井

108、瓦斯涌出量采用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)。分源預(yù)測(cè)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匯源關(guān)系（圖4-1），利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律并結(jié)合煤層賦存條件和開(kāi)采技術(shù)條件，通過(guò)對(duì)回采工作面和掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的計(jì)算，達(dá)到預(yù)測(cè)采區(qū)和礦井瓦斯涌出量的目的。</p><p>　　圖4-1 礦井瓦斯涌出源匯關(guān)系示意圖</p><p>　　Figure4-1 Composition diagra

109、m of mine gas emission </p><p>　　回采工作面瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)用相對(duì)瓦斯涌出量表達(dá)，以24 h為一個(gè)預(yù)測(cè)圓班，采用式(4-1)計(jì)算。</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中：　　Q采——回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；　　Q1——開(kāi)采層相對(duì)瓦斯

110、涌出量，m3/t； 　　Q2——鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t。</p><p>　　表4-2 巷道預(yù)排瓦斯帶寬度值</p><p>　　Tab4-2 Width of the roadway pre-discharge gas value</p><p>　　開(kāi)采層和鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算方法如下：</p><p>　　開(kāi)采

111、層瓦斯涌出量　　薄及中厚煤層不分層開(kāi)采時(shí)，開(kāi)采層瓦斯涌出量可由式(4-2)計(jì)算。</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　式中： Q1——開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；</p><p>　　K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)；K1值選取范圍為1.1～1.3；全部陷落法管理頂板，碳質(zhì)組分較多的圍巖，K1取1.3；局部

112、充填法管理頂板K1取1.2；全部充填法管理頂板K1取1.1；砂質(zhì)泥巖等致密性圍巖K1取值可偏小。本設(shè)計(jì)中取1.3。 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；回采率取值95%，即k2的值為1.05。　 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),按式(4-3)取值：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　

113、　L——回采工作面長(zhǎng)度，m，取值150m；</p><p>　　h——巷道煤體瓦斯排放帶寬度，m；如無(wú)實(shí)測(cè)值可按表4-2選取，取值18 m；</p><p>　　m——開(kāi)采層厚度，m，取值2.9m；　　M——工作面采高，m，取值2.9m；　　W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t取值7.2 m3/t，；　　Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t，2.0m3/t。</p>

114、<p>　　代入數(shù)據(jù)可得工作面Q1=5.39m3/t。</p><p>　　2. 鄰近層瓦斯涌出量</p><p>　　鄰近層瓦斯涌出量用（4-4）式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p&g