常順煤礦瓦斯抽放工程初步

1、.山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書山西省盂縣常順煤礦礦井瓦斯抽放工程初步設計說 明 書煤炭科學研究總院撫順分院二OO七年十二月報告名稱：山西省盂縣常順煤礦礦井瓦斯抽放工程初步設計部門負責人： 王魁軍 科研中心主任（院總工） 研究員劉志忠 科研中心主任工程 高工技術審核： 霍中剛 科技發(fā)展部主任 研究員技術審定： 羅海珠 副院長 研究員報告編寫： 黃玉璽 張興華參加工作人員： 張興華 黃玉璽 曲曉明 韓邦華 王巖 目 錄前 言11 礦井概況31.1井田概況31.2 地層41.3地質構造51.4 煤層51.5 礦井開拓與開采81.6 礦井通風及瓦斯涌出82 礦井瓦斯涌出量預測112.1煤

2、層瓦斯基礎參數(shù)及瓦斯儲量112.2 礦井瓦斯涌出量預測133 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性153.1 瓦斯抽放的必要性153.2 瓦斯抽放的可行性163.3 瓦斯抽放系統(tǒng)的類型174 抽放方法及抽放工藝174.1瓦斯來源分析174.2 抽放瓦斯方法選擇184.3 瓦斯抽放量及抽放率預計264.4 抽放施工設備、檢測儀表及施工量264.5 礦井抽放瓦斯服務年限275 瓦斯抽放管路系統(tǒng)275.1 抽放瓦斯管路選擇275.2 抽放泵選型346 瓦斯抽放泵站406.1 抽放泵站場地平面布置406.2 瓦斯抽放泵站建筑及環(huán)境保護406.3 瓦斯泵房設備布置416.4 泵房的供電系統(tǒng)及通訊416.5 給排

3、水426.6 泵房采暖和通風437 抽放瓦斯管理437.1 隊伍組織437.2 圖紙和技術資料437.3 管理與規(guī)章制度447.4 常用記錄和報表格式458 安全478.1 抽放系統(tǒng)及抽放泵站安全措施478.2 檢測、監(jiān)控系統(tǒng)489 技術經濟499.1 機構設置及人員配置499.2 投資5010礦井瓦斯利用5110.1 瓦斯利用的經濟、社會及環(huán)境效益5110.2 常順煤礦利用瓦斯的可行性5110.3 瓦斯的民用及工業(yè)利用52：56前 言一、概況盂縣常順煤礦為山西省陽泉市盂縣南婁鎮(zhèn)管轄的地方煤礦。該礦始建于1969年，設計生產能力150kt/a，開采9號煤層。截至1994年，該礦三個坑口年總產量

4、為150kt/a。常順一坑口、二坑口先后報廢和停采，三坑口于1994年投產，采用一對斜井開采9號煤層，1996年通過礦井技改，設計生產能力為210kt/a。根據(jù)2006年9月山西省煤炭工業(yè)局文件（晉煤行發(fā)2006638號）“關于盂縣躍進煤礦5號井等兩座礦井進行綜合機械化采煤升級改造的批復”，同意盂縣常順煤礦進行綜合機械化采煤的升級改造，生產規(guī)模為900kt/a，以一井一面滿足生產能力。礦井以一個生產采區(qū)、一個綜采工作面、一個順槽綜掘面和一個大巷普掘面來保證礦井設計生產能力和正常生產接替。該礦近3年中2006年瓦斯涌出量較大，礦井開采9號煤層，2006年度礦井瓦斯等級鑒定結果為低瓦斯礦井，煤層相

5、對瓦斯涌出量為8.70m3/t，絕對瓦斯涌出量為3.56m3/min。該礦9號煤層達產900kt/a時，礦井瓦斯涌出量為31.91m3/min，回采工作面的絕對瓦斯涌出量將達到24.71 m3/min。隨著礦井開采強度的增加，礦井瓦斯涌出量相應增大，局部區(qū)域的瓦斯無法用通風解決，同時，由于地應力和瓦斯壓力的增大，在采掘過程中，也可能產生煤與瓦斯突出危險性。為全面貫徹“以風定產、先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控”的十二字方針，該礦決定建立瓦斯抽放系統(tǒng)，委托煤炭科學研究總院撫順分院對盂縣常順煤礦進行礦井瓦斯抽放工程初步設計。二、 編制瓦斯抽放設計的依據(jù)1、太原市明仕達煤炭設計有限公司2007年8月編制的山西省盂

6、縣常順煤礦綜合機械化采煤升級改造初步設計說明書；2、礦井抽放瓦斯工程設計規(guī)范（MT95018-96）（1997）中華人民共和國煤炭工業(yè)部；3、瓦斯抽采基本指標 （AQ1026-2006） 國家安全生產監(jiān)督管理總局；4、煤礦瓦斯抽放規(guī)范 （AQ1027-2006） 國家安全生產監(jiān)督管理總局；5、煤礦安全規(guī)程 國家安全生產監(jiān)督管理總局，2007年1月1日實施； 6、盂縣常順煤礦提供的其他有關資料。三、設計的主要內容本次設計主要包括抽放瓦斯工程設計說明書、抽放瓦斯工程機電設備和器材清冊、抽放瓦斯工程設計概算書和抽放瓦斯工程施工圖紙等四部分。設計說明書只做原則性的簡要說明，施工圖紙則是本次設計工作的重

7、點，作為抽放瓦斯工程施工的主要依據(jù)。設計的具體內容為：1、常順煤礦瓦斯賦存情況、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放瓦斯方法的確定、抽放瓦斯量預計等進行詳細闡述；2、地面永久抽放瓦斯泵房土建工程設計；3、瓦斯抽放管網(wǎng)、抽放瓦斯鉆場與鉆孔參數(shù)設計；4、抽放瓦斯系統(tǒng)的設備、儀器、儀表及附屬裝置選型及安裝設計；5、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；6、抽放瓦斯管理及安全措施；7、技術經濟分析；8、設備清冊與工程投資概算；9、安裝及施工圖紙繪制。四、存在的主要問題及建議該礦缺乏必要的基礎數(shù)據(jù)，建議今后開展煤層瓦斯基本參數(shù)（煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)、鉆孔瓦斯流量及其衰減

8、系數(shù)等）的測定，為瓦斯抽放工作提供可靠的依據(jù)。1 礦井概況1.1井田概況1.1. 1 交通位置盂縣常順煤礦位于陽泉市盂縣縣城西南10km的南婁鎮(zhèn)長溝村附近，距盂縣縣城12km，距陽泉市約47km，距壽陽鐵路貨運站約20km，距盂壽路不足1km，交通十分便利。礦區(qū)東鄰新勝煤業(yè)有限公司，萬隆煤業(yè)有限公司，南鄰牛村安定煤業(yè)有限公司，西南鄰壽陽縣方山煤礦，西鄰西南關村辦煤礦，北為煤層露頭區(qū)。該礦1969年設計生產能力為150kt/a，開采9號煤層。1994年技改后，設計生產能力為210kt/a。2006年進行綜合機械化采煤的升級改造，生產規(guī)模為900kt/a，服務年限為30.3年。1.1.2 地形、地

9、貌井田位于太行山脈西側，山西黃土高原東部，井田內地形屬低山丘陵地帶，地形復雜，沖溝發(fā)育，南高北低，山梁上基巖大面積出露，溝谷兩側為黃土層覆蓋，區(qū)內最高點為于井田中南部，海拔1365.5m，最低點位于井田東北部，海拔1140.1m，相對高差225.4m，9號煤層出露地表，最大埋藏深度320m，15號煤層出露地表，最大埋藏深度410m。1.1.3 河流該區(qū)屬海河流域滹沱河水系溫河支流。井田內河流主要為秀水河，發(fā)源于井田西南的西南莊一帶，向東轉北經南上社、許家溝、大賢村、南婁村于盂縣城北匯入溫河，秀水河從西南向東北流經井田西北部，為季節(jié)性河流，雨季水量稍大，旱季水量甚微甚至干涸。1.1.4 氣象及地

10、震情況（1）氣象氣溫：本區(qū)屬大陸性氣候，年平均氣溫8.7， 一月份最低，最低氣溫-26.7°C，平均最低氣溫-6.7，七月最高，平均最高氣溫22.3。降雨量：年平均降水量585.9mm，且各月分布極不均勻，降水期多集中于7、8月份，年平均蒸發(fā)量1873mm，蒸發(fā)量大于降水量。風向及風速：春冬季多為西北風，夏秋季多為東南風，最大風速達20.7m/s。霜凍期：凍結期為9月下旬至次年4月，無霜期約150天，最大土深度為0.8m。（2）地震情況根據(jù)中國地震烈度區(qū)劃圖（1990）盂縣地震基本烈度為，該礦井所處的盂縣地震基本烈度為7度。1.2 地層井田內均為第四系黃土覆蓋，現(xiàn)根據(jù)井田范圍內鉆孔揭

11、露資料及鄰區(qū)鉆孔資料，對井田內地層由老至新分述如下：1、奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）為含煤地層的基底巖系。本井田內無出露。主要為灰深灰色石灰?guī)r、白云巖及白云質灰?guī)r夾薄層黃綠色泥巖組成。2、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）根據(jù)本區(qū)勘探資料，本溪組厚度50.0060.00m，平均53.50m。主要由灰色、灰白色、灰黑色砂巖、砂質泥巖及泥巖和鋁土質泥巖組成。上部夾12層薄層石灰?guī)r，底部常見山西式鐵礦，呈雞窩狀賦存。上部可見0.100.30m薄煤層。本組與下伏馬家溝組呈平行不整合接觸。3、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）以標志層K1砂巖為底界整合覆蓋于本溪組之上，頂界為K7砂巖底，據(jù)鉆孔揭露厚90.00125.00

12、m，平均113.50m，為本區(qū)主要含煤地層之一。巖性以灰白色、灰色砂巖、灰黑色粉砂巖、泥巖、石灰?guī)r（K2、K3、K4）及煤層組成，含9、15號兩層主要可采煤層，8、12號煤層為零星可采煤層，其它煤層均為不可采。4、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）該組厚度為35.0063.00m，平均55.00m，為本區(qū)主要含煤地層之一。主要由灰色、灰白色砂巖、灰黑色泥巖、砂質泥巖組成，含1、2、3、4、5號煤層，其中4號煤層為零星可采煤層，其它煤層均為不可采煤層。本組與下伏太原組整合接觸。5、二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）在區(qū)內僅有下部地層，主要為灰黃色、灰綠色砂巖、灰色、灰黃色粉砂巖及泥巖等，夾有13層煤線，底部

13、常有一層穩(wěn)定之砂巖（K8）。與下伏山西組整合接觸。本組最大殘留厚度約100m左右。6、第四系（Q）主要為淺紅色、土黃色亞粘土、亞砂土不整合覆蓋于各沉積地層之上，厚070m，平均20m左右。1.3地質構造井田范圍內構造簡單，主要為褶皺構造，在井田北部發(fā)育S1向斜，走向北東東向，兩翼傾角不大，傾角一般810°。在中部偏北發(fā)育S2背斜，在井田南部主要表現(xiàn)為S2背斜的南翼，為一單斜構造，傾角一般310°。另在開采過程中發(fā)現(xiàn)了7條正斷層及4個小型陷落柱。F1斷層：位于原井田的北部邊緣，走向北東東向，傾向北北西，傾角70°，落差20m，貫穿于井田東西。為隱伏斷層，在開采過程中

14、發(fā)現(xiàn)。F2斷層：位于F1斷層的南部，走向北東東向，傾向北北西，傾角70°，落差40m。為隱伏斷層，在開采過程中發(fā)現(xiàn)，在井田內延伸長度為1200m左右。F3、F4、F5、F6、F7斷層落差425m，在井田內延伸長度不大，均在開采過程中發(fā)現(xiàn)。對采煤有一定影響。4個小型陷落柱面積不大，無規(guī)律性。在井下開采中發(fā)現(xiàn)。另未見巖漿巖侵入。綜上所述，該井田構造屬簡單類型。1.4 煤層井田內含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組，其中山西組在區(qū)內無可采煤層，編號3、4、5號，平均厚度45m。主要含煤地層為太原組，太原組地層厚100m左右，其含煤6層，按沉積先后順序分為：15號、13號、12號、1

15、1號、9號、8號等，其中15號、12號、9號煤層穩(wěn)定可采煤層，8號煤層局部可采。各可采煤層按沉積先后論述如下：（1）15號煤層當?shù)厮追Q“丈八煤”，為井田內主要可采煤層，占全礦區(qū)資源儲量52%，位于太原組底部K1細砂巖和黑色頁巖之上。礦區(qū)范圍內煤層厚度5.137.30m,煤層由南東部向北西部逐漸變薄，煤層結構較復雜，夾矸一般為兩層，厚度0.202.25m，變化較大，致使煤層出現(xiàn)局部分叉，上、下分層局部達可采厚度。頂板巖性為K2灰?guī)r，底板為K1砂巖。（2）12號煤層當?shù)厮追Q“兩節(jié)煤”，下距15號煤層40m，煤層厚度1.452.60m，平均1.52m，煤層結構簡單，穩(wěn)定含一層夾矸0.30m，屬穩(wěn)定可

16、采煤層。頂板巖性為砂質泥巖，底板為泥巖。（3）9號煤層當?shù)厮追Q“丈二煤”，距15號煤層90m，煤層厚度1.23.5m，平均1.99m，煤層結構較簡單，為穩(wěn)定可采煤層。頂板巖性為砂質泥巖，底板為泥巖。（4）8號煤層當?shù)厮追Q“四尺煤”，位于太原組頂部，距9號煤層1825m，煤層厚度為01.70m，為局部可采煤層，煤層結構簡單。頂板巖性為泥巖，底板為砂質泥巖。各可采煤層特征見表1、煤層綜合柱狀圖見圖1-1。表1 可采煤層特征表煤層號煤層厚度（m）煤層間距（m）煤層結構穩(wěn)定性及可采性頂?shù)装鍘r性最小最大平均最小最大平均夾矸層數(shù)夾矸厚度(m)頂板底板91.203.51.99504000穩(wěn)定可采砂質泥巖泥巖

17、121.452.601.5210.30穩(wěn)定可采砂質泥巖砂質泥巖154.157.305.5920.202.25穩(wěn)定可采石灰?guī)r砂巖圖1-1 常順煤礦綜合柱狀圖9號煤層平均灰份為19.77%，水分為0.48%，揮發(fā)份為16.42%，全硫為0.41%，發(fā)熱量為26.8MJ/kg，9號煤層確定為中灰、特低硫貧煤。15號煤層平均灰份為15.70%，水分為1.01%，揮發(fā)份為18.68%，全硫為1.83%，發(fā)熱量為30.32MJ/kg，15號煤層確定為中灰、中硫貧煤。根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心對盂縣常順煤礦9號煤及15號煤的檢驗報告，9號煤層有煤塵爆炸性危險性，煤層自燃傾向性為不易自燃；15號煤層有煤

18、塵爆炸性危險性，煤層自燃傾向性為容易自燃。1.5 礦井開拓與開采1.5.1開拓方式礦井采用斜井開拓方式，將現(xiàn)有回風斜井擴大斷面后作為礦井擴建后的主斜井，擔負礦井煤炭運輸任務，進風井兼礦井一安全出口。改造利用現(xiàn)有的混合提升斜井作為礦井擴建后的副斜井，擔負礦井輔助提升任務，進風井兼礦井一安全出口；同時為了滿足通風需要，利用井田中東部已掘的一個回風立井做為礦井擴建后的專用回風井，井筒內裝備封閉式梯子間，擔負全礦井的回風任務，兼做礦井一安全出口。井筒 布置和開拓方式為該礦穩(wěn)定生產和發(fā)展，奠定了堅實的基礎。礦井開拓系統(tǒng)簡單，全井田以兩個水平開拓。分別開拓9號煤層、12號煤層和15號煤層。本次擴建仍以原有

19、的+1037m一水平開拓全井田開采9號煤層；同時在15號煤層布置+960m二水平，采用聯(lián)合布置開拓開采12號煤層和15號煤層。1.5.2 采煤方法井田內批準開采煤層為8號、9號、12號和15號煤層，其中9號、12號、15號煤層為全井田穩(wěn)定可采煤層，8號煤層為局部可采煤層。8號煤層由于屬局部可采煤層，主要位于井田西部,在實際生產過程中，參照8號煤層底板等高線及資源儲量估算圖，待9號煤層開拓開采到8號煤層可采區(qū)域附近時，9號煤層主要開拓大巷通過暗斜井在8號煤層布置相應的主要開拓巷道。根據(jù)井田開拓部署和煤層的賦存情況，分兩個水平開拓開采全井田主要可采煤層。一水平開采8號和9號煤層。8號煤層厚度為01

20、.70m，9號煤層平均厚度1.99m，確定各煤層采用綜合機械化采煤方法，布置一個綜合機械化采煤工作面以保證井田900kt/a的設計規(guī)模。工作面長度180m。二水平開采12號煤層和15號煤層。12號煤層平均厚度1.52m，適合于機械化開采，12號煤層采用綜合機械化一次采全高采煤方法，布置一個綜合機械化采煤工作面以保證礦井900kt/a的設計規(guī)模。15號煤層平均厚度5.59m，采用綜合機械化放頂煤一次采全高采煤法，布置一個綜采放頂煤工作面以保證礦井900kt/a的設計規(guī)模。綜合機械化回采工作面頂板采用全部垮落法管理。1.6 礦井通風及瓦斯涌出礦井采用中央分列式通風系統(tǒng)，主斜井、副斜井進風，回風立井

21、回風。見圖1-2。主斜井、副斜井、回風立井服務井田內8、9、12、15號煤層開拓開采，總服務年限為30.3a。其中第一水平（9號煤）服務年限為5.6a。井下共配備了一個綜采面、一個順槽綜掘進工作面和一個大巷普掘工作面，采掘工作面均采用獨立通風方式，回采工作面采用U型全負壓通風，掘進工作面采用局部通風機壓入式通風。一水平采完后，開采二水平，配備一個綜放面和兩個掘綜面，保證礦井產量。礦井總需風量為94m3/s，其中主斜井井筒進風量為40m3/s，副斜井井筒進風量為54m3/s。該礦近3年中2006年瓦斯涌出量較大，根據(jù)陽泉市安全生產監(jiān)督管理局、陽泉市煤炭工業(yè)局（陽安監(jiān)政發(fā)200710號）文件：“關

22、于全市地方煤炭2006年度礦井瓦斯等級鑒定的批復”，盂縣常順煤礦2006年度9號煤層瓦斯相對涌出量為8.70m3/t，年產量為21萬噸，絕對涌出量為3.56m3/min。根據(jù)二00六年煤的自燃傾向性及煤塵爆炸性鑒定結論：常順煤礦9#煤層為三類不易自燃煤層，煤塵有爆炸危險性。圖1-2 礦井通風系統(tǒng)及巷道布置示意圖2 礦井瓦斯涌出量預測2.1煤層瓦斯基礎參數(shù)及瓦斯儲量2.1.1煤層瓦斯基礎參數(shù)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)，目前，我國礦井瓦斯涌出量預測方法主要有二種：分源預測法和礦山統(tǒng)計法。本次采用分源預測法對回采工作面瓦斯涌出量預測，該方法是根據(jù)煤層瓦斯含量，

23、按回采工作面瓦斯主要涌出源開采層（ 包括圍巖和鄰近層）對回采工作面瓦斯涌出量進行計算，從而達到預測回采工作面面瓦斯涌出量之目的。由于常順煤礦沒有進行煤層瓦斯基礎參數(shù)測定工作，本次瓦斯抽放設計參考鄰近的陽煤集團一礦的煤層瓦斯基礎參數(shù)。選取的各煤層瓦斯含量，見表2-1。表2-1 煤層瓦斯含量表煤層名稱工業(yè)分析（%）密度（t / m3）孔隙率（%）瓦斯含量（m3/t）MadAadVdaf10.9213.710.301.413.5511.3221.2412.5611.501.421.4111.6831.385.978.711.372.9218.17619.9181.9810.3710.251.457.

24、8312.6590.4819.7716.4214.60121.499.6210.131.464.9714.75133.4610.178.311.505.338.91411.32151.0115.7018.681.505.336.852.1.2 礦井瓦斯儲量礦井瓦斯儲量系指煤層開采過程中，能夠向開采空間排放瓦斯的煤、巖層賦存的瓦斯總量。瓦斯儲量的大小標志著瓦斯資源的多寡，同時亦是衡量有無開發(fā)利用價值的重要標志。瓦斯儲量計算公式為：Wk=Wl十W2十W3 (2-1) 式中 Wk礦井瓦斯儲量，Mm3； Wl可采煤層的瓦斯儲量，Mm3； W1Ali礦井可采煤層i的地質儲量，Mt； X1i礦井可采煤層i

25、的瓦斯含量，m3t； W2受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的各不可采煤層的總瓦斯儲量，Mm3； A2i受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的不可采煤層的地質儲量，Mt； X2i受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的不可采煤層的瓦斯含量，m3t； W3受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的圍巖瓦斯儲量，Mm3，實測或按下式計算： W3K(W1十W2) K圍巖瓦斯儲量系數(shù)，取K0.1。礦井可開發(fā)瓦斯量（或稱可抽放量）是指在既定的開采技術條件下，按照目前的抽放技術水平所能抽出的瓦斯量。它反映著礦井瓦斯資源的開發(fā)程度，與其抽放工藝技術和抽放能力密切相關。一般采用下式計算：Wkc=k·Wk (2-

26、2)式中 Wkc礦井可抽瓦斯量，Mm3；k礦井瓦斯抽放率，按照我國目前的技術水平，采用本煤層預抽和采空區(qū)抽放瓦斯時k=3035%，取k=30%；Wk礦井瓦斯儲量 Mm3；受9號煤層采動影響的鄰近煤層為8號煤層。礦井開采9號煤層時，瓦斯儲量和可開發(fā)瓦斯量的計算結果詳見表2-2。表2-2 礦井瓦斯儲量計算表 煤層煤層性質地質儲量(Mt)瓦斯含量(m3/t)瓦斯地質儲量(Mm3)可開發(fā)瓦斯量(Mm3)8鄰近層0.42 12.654.78 1.43 9開采層15.6214.60228.05 68.42 巖層按可采煤層瓦斯儲量的10%計算22.81 6.84 合計255.64 76.69 常順煤礦瓦斯總

27、儲量255.64Mm3，可抽瓦斯量76.69Mm3。計算結果表明，常順煤礦瓦斯資源較豐富，同時可抽瓦斯量亦比較可觀。2.2 礦井瓦斯涌出量預測一、回采工作面瓦斯涌出量預測回采工作面瓦斯來源包括開采層瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出兩部分。 q回q開+q鄰 式中 q回回采工作面瓦斯涌出量，m3/t ； q開開采層瓦斯涌出量，m3/t； q鄰鄰近層瓦斯涌出量，m3/t。 (1)回采工作面瓦斯涌出量 式中 q開開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，m3/t； k1圍巖瓦斯涌出系數(shù)。其值取決于回采工作面頂板管理方法，取k1=1.2；k2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)，回采率按95%計算，取k2

28、=1.05；k3準備巷道預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)，k3=(L-2h)/L，L工作面長度，180m，h巷道瓦斯預排等值寬度，取15m，k3=0.83；x0煤層瓦斯含量，取x0=14.60m3/t；x1煤的殘存瓦斯含量，取x1=4.31m3/t。工作面開采層瓦斯涌出量預測結果為： （2）工作面回采時鄰近層瓦斯涌出量 鄰近層的瓦斯涌出量按下式計算 式中q鄰鄰近層瓦斯涌出量，m3/t； mi第i個鄰近層厚度，m； m1開采層的開采厚度，m； x0i第i 層的原始瓦斯含量,m3/t；x1i第i 鄰近層殘存瓦斯含量,m3/t；ki第i鄰近層瓦斯排放系數(shù)。近層的瓦鄰斯排放率與層間距的關系，見圖1

29、-1、2-1。 圖2-1 鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關系曲線9#煤層開采時，可向該煤層涌出瓦斯的鄰近層8#煤層。鄰近煤層瓦斯涌出量計算詳見表2-3。表2-3 9#煤層各鄰近層瓦斯涌出量計算表煤層名稱煤厚（m）采厚（m）原始瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）距開采煤層距離（m）瓦斯排放率（%）相對瓦斯涌出量（m3/t）備注80.812.654.3118892.9891.991.9914.604.31開采層合計 2.98 （3）工作面的相對瓦斯涌出量為：q回q開q鄰=10.76+2.98=13.74m3/t礦井正式開采時，工作面相對瓦斯涌出量預測為13.74m3/t。二、掘進工作面瓦斯

30、涌出量預測根據(jù)本礦及鄰近礦井生產實測數(shù)據(jù)，綜掘工作面的瓦斯涌出量約為1.05 m3/min，普掘工作面的瓦斯涌出量約0.83 m3/min。 礦井投產時兩個掘進面的瓦斯涌出量預計為1.88m3/min。三、礦井瓦斯涌出量 式中qkj礦井瓦斯涌出量，m3/t；生產采區(qū)內采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取0.20；已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，9#煤層只布置一個采區(qū)，取0；qhi第i回采工作面的瓦斯涌出量，m3/t；qji第i掘進工作面瓦斯涌出量，m3/min；A0礦井平均日產量，t，為2727t；Ai第i回采工作面平均日產量，t，為2590t。根據(jù)上式計算得：礦井相對瓦斯涌出量為：16.85m3/t。開采9#

31、煤層礦井絕對瓦斯涌出量為：31.91m3/min。3 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性3.1 瓦斯抽放的必要性瓦斯抽放旨在保障礦井安全生產，同時也是解決瓦斯問題的基本手段。眾所周知，加強通風是處理瓦斯的有效方法，而當瓦斯涌出量大于通風所能解決的瓦斯涌出量時，應當采取抽放瓦斯措施，對于局部區(qū)域的瓦斯超限，采用通風方法可能無法解決瓦斯問題或采用通風方法不合理時，也必須采取瓦斯抽放措施，才能解決工作面局部瓦斯超限問題。一、從礦井(工作面)瓦斯涌出情況來看瓦斯抽放的必要性“礦井瓦斯抽放規(guī)范”等標準均規(guī)定：一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5m3min，用通風方法解決瓦斯問題不合理的時，必須進行瓦斯瓦斯抽放。

32、根據(jù)瓦斯涌出量預測，常順煤礦回采工作面絕對瓦斯涌出量24.71 m3/min，如用通風方法解決瓦斯問題有困難時就應建立瓦斯抽放系統(tǒng)。二、從工作面通風能力來看瓦斯抽放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。 式中 Q0采掘工作面供風量，m3/min，按設計取2200 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K=1. 2； C采掘工作面允許的瓦斯?jié)舛?，。根?jù)回采工作面的瓦斯預測結果，工作面絕對瓦斯涌出量為24.71m3/min，需要供風量為2965m3/min，工作面設

33、計風量為2200m3/min，無法稀釋工作面涌出的瓦斯，所以必需進行瓦斯抽放，且抽放量不小于6.38 m3/min。三、從防止煤與瓦斯突出看瓦斯抽放的必要性隨著礦井開采深度增加，礦井瓦斯涌出量將相應增大。同時，由于地應力和瓦斯壓力的增大，在采掘過程中，也可能產生煤與瓦斯突出危險性。陽泉礦區(qū)的煤與瓦斯突出危險有加重的趨勢，進行煤體瓦斯預抽是防止煤與瓦斯突出的有效措施，可以消除或削弱瓦斯動力現(xiàn)象，從而達到防突的效果。因此為防止瓦斯突出，常順煤礦也有進行瓦斯抽放的必要性。四、從資源和環(huán)保的角度來看瓦斯抽放的必要性瓦斯是一種優(yōu)質的能源，與人工制氣相比，利用瓦斯具有成本低，質量高、清潔安全，使用方便等顯

34、著的優(yōu)點。如果將抽出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，不僅改善能源結構，而且減少了對環(huán)境的污染，保護人類生存環(huán)境?？梢匀〉蔑@著的經濟效益和社會效益。目前，我國許多瓦斯抽放礦井都進行了利用，利用瓦斯進行發(fā)電及民用，可為礦井創(chuàng)造一定的經濟效益。3.2 瓦斯抽放的可行性瓦斯抽放的可行性應以是否能抽出瓦斯或能否獲得較好地抽放效果來評價。開采層瓦斯抽放（未卸壓）的可行性是指在原始透氣性條件進行預抽的可能性。最常用的衡量煤層瓦斯抽放難易程度的指標是煤層透氣性系數(shù)和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。參照鄰近陽煤集團的多年的生產實踐和瓦斯抽放經驗9#煤層透氣性系數(shù)小于0.1m2/MPa2.d，屬于低透氣性煤層，很難進行本煤層

35、預抽。根據(jù)陽泉礦區(qū)的瓦斯抽放經驗，9號、12號、15號煤層透氣性較差，但鄰近層抽放及采空區(qū)抽放均屬卸壓抽放，在陽泉礦區(qū)已取得較好效果。此外常順礦在供水、供電及地面場地情況都具備建立瓦斯抽放泵站的條件，因此礦井建立瓦斯抽放系統(tǒng)完全可行。3.3 瓦斯抽放系統(tǒng)的類型 瓦斯抽放系統(tǒng)的類型包括井下移動瓦斯抽放和地面久瓦斯抽放系統(tǒng)2種，地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)與井下移動抽放系統(tǒng)的適用條件如下：地面泵站適用條件及優(yōu)點：1）地面永久抽放系統(tǒng)抽放量大，可以有效緩解高瓦斯礦井通風壓力；2）相對于井下移動抽放系統(tǒng)，可以對井下多個采區(qū)或工作面同時進行抽放，抽放能力大，便于集中管理，瓦斯直接排放到地面，安全性好。3）可進行

36、大面積區(qū)域性預抽，先抽后采，有利于防突；4）雖然一次性投資，但可長期受益，最大限度提高礦井安全性。5）變廢為寶，利于環(huán)保，瓦斯利用可以提高經濟效益。移動泵站適用條件及優(yōu)點：1）體積小，移動方便；2）抽放管路短，投資小，建設工期短；3）主要解決局部瓦斯超限問題；4）抽出的瓦斯排放到總回風巷，不適合總回風瓦斯?jié)舛雀叩牡V井。“礦井瓦斯抽放規(guī)范”規(guī)定，瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在2m3min以上， 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，即可建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)，根據(jù)常順礦的具體情況，通過比較，確定在該礦建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)。4 抽放方法及抽放工藝4.1瓦斯來源分析根據(jù)礦方提供

37、的煤層賦存條件分析，開采9號煤層時，下鄰近層12號、15號煤層分布較遠（5090m），都在9號煤層采動影響范圍以外。但上鄰近層8號煤層，距9號煤層1825m，大部分卸壓瓦斯都涌向9號煤層開采空間和采空區(qū)。在開采12號煤及15號煤時，上部的鄰近層及灰?guī)r卸壓后會向采場涌出大量的瓦斯，因此，礦井在采掘過程中的主要瓦斯涌出源除本煤層外，主要來自上鄰近層，上鄰近層的瓦斯大量涌出到工作面采空區(qū)。根據(jù)瓦斯來源分析，進行上鄰近層和采空區(qū)瓦斯抽放是該礦瓦斯抽放工作的重點。4.2 抽放瓦斯方法選擇4.2.1選擇抽放瓦斯方法的原則選擇礦井瓦斯抽放方法應根據(jù)礦井煤層賦存條件、瓦斯基礎參數(shù)、瓦斯來源、巷道布置、抽放瓦斯

38、目的及利用要求等因素確定，并遵循以下原則：（1）選擇的抽放瓦斯方法應適合煤層賦存狀況、巷道布置、地質條件和開采技術條件。（2）應根據(jù)礦井瓦斯涌出來源及涌出量構成分析，有針對性地選擇抽放瓦斯方法，以提高瓦斯抽放效果。（3）巷道布置在滿足瓦斯抽放的前提下，應盡可能利用生產巷道，以減少抽放工程量。（4）選擇的抽放方法應有利于抽放巷道的布置和維護。（5）選擇的抽放方法應有利于提高瓦斯抽放效果，降低瓦斯抽放成本。（6）抽放方法應有利于鉆場、鉆孔的施工和抽放系統(tǒng)管網(wǎng)的設計，有利于增加鉆孔的抽放時間。4.2.2 可采取瓦斯抽放方法根據(jù)抽放方法的選擇原則，結合常順礦煤層的賦存、瓦斯來源等特點，礦井可采取的抽放

39、方法見表4-1。 表4-1 可選抽放方案類別抽放方式理 由抽放工藝鄰近層抽放高位鉆孔（鉆場不爬坡，鉆孔沿底板）上鄰近層瓦斯涌出量較大高位鉆孔沿回順掘鉆場，向采空區(qū)上方打扇形孔。邊孔不設鉆場，從回風巷冒落拱上方打鉆孔高位鉆孔抽放（鉆場設在煤層頂板內）。上鄰近層瓦斯涌出量較大在回風巷內向煤層頂板掘一條小上山，然后返平做鉆場，向采空區(qū)上方打扇形孔。尾巷密集仰角鉆孔抽放上鄰近層瓦斯涌出量較大礦井瓦斯涌出達到高瓦斯礦井時，回采工作須布置尾巷。垂直尾巷向工作面上方裂隙帶打鉆孔抽放瓦斯。采空區(qū)抽放 采空區(qū)（上隅角）埋管抽放。采空區(qū)內瓦斯涌出量較大上隅角淺部或深部插管抽放。高位巷抽放。采空區(qū)瓦斯涌出量較大在回

40、風巷內向煤層頂板掘一條小上山，然后與回風巷平行方向施工一段至開切眼的巷道。老采空區(qū)全封閉插管抽放防止老采空區(qū)向采場涌出瓦斯采面采完密閉時，在閉墻插入抽放管。（1）頂板抽放巷抽放瓦斯工作面鄰近層瓦斯涌出量較大，可在回采工作面采用頂板抽放巷抽放采空區(qū)瓦斯。在8#煤層（距9#煤層約20m）內施工一條專用抽放巷，尾抽巷采用錨桿支護，斷面規(guī)格為2m×2m，凈斷面4m2，高抽巷與9#煤層工作面回風巷內錯20m左右。圖4-1 高抽巷抽放鄰近層瓦斯布置示意圖（2） 全封閉采空區(qū)抽放瓦斯對于剛采完的工作面，為防止采空區(qū)向外涌出瓦斯，打密閉墻時，可向采空區(qū)密閉墻內插管，進行瓦斯抽放，見圖4-2。 圖4-

41、2 全封閉老采區(qū)瓦斯抽放示意圖（3）頂板走向鉆孔抽放采空區(qū)或鄰近層（鉆場設在煤層頂板內）瓦斯鉆孔AAA-A剖面頂板走向水平長鉆孔抽放鄰近層瓦斯技術就是針對無煤柱（無尾巷）綜采或綜放工作面的特點，為解決瓦斯超限問題，采用沿開采層頂板巖層走向布置迎面定向水平長鉆孔代替頂板瓦斯巷抽放上鄰近層瓦斯或采空區(qū)瓦斯。如圖4-3。圖4-3 頂板高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯示意圖鉆孔采用迎工作面的推進方向進行布置，鉆孔需要覆蓋工作面的長度（距離回風巷）約為工作面全長的二分之一或三分之一。鉆孔在平面圖上基本呈扇形布置。鉆場施工：在工作面回風巷，沿回風巷走向每隔70m處開掘一條垂直回風巷的上山，上山寬3m，高2m，坡度約

42、為30度，掘至煤層頂板以上2m后反平，再沿煤層頂板掘23m平巷作為鉆場。鉆孔布置：每個鉆場內布置4個鉆孔，呈扇形布置，鉆孔參數(shù)，見表4-2?？紤]到當工作面推進接近鉆場時，本鉆場的鉆孔因為漏氣等原因將不能繼續(xù)進行抽放，所以下一鉆場之間的鉆孔重疊長度應保持30m以上。表4-2 鉆孔技術參數(shù)表孔號開徑孔（mm）終孔徑（mm）方位（°）傾角（°）開孔位置鉆孔間距（m）孔深（m）11089408鉆窩上幫距頂梁0.5m0.91002108941080.91003108942080.91004108942580.9100注：以上技術參數(shù)只供試驗參考，須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。封孔

43、工藝：鉆孔施工時，先采用直徑108mm鉆頭開孔，開孔深度6m。開孔后再鉆直徑94mm的鉆孔，孔長度100m。在孔內插入直徑73mm的雙抗塑料管作為抽放瓦斯管，封孔采用兩種方法：聚胺脂封孔或水泥封孔。頂板高位鉆孔一般采用水泥封孔，在水泥封孔有困難時，采用聚胺酯封孔。為提高抽放瓦斯鉆孔的抽放瓦斯量，防止鉆孔垮孔、堵孔，影響抽放效果，頂板孔內可采用鐵套管（四周有孔的花管）固孔，以提高鉆孔的密封性，每施工完成一個鉆孔后立即進行封孔。（4）頂板走向鉆孔（鉆場不爬坡，即鉆孔沿底板）抽放采空區(qū)或鄰近層瓦斯鉆場、鉆孔及管路布置，見圖4-4。鉆場設在煤層中，工程量小，但鉆孔有效抽放長度減小，可進行試驗，根據(jù)抽放

44、效果決定是否采用。圖4-4 頂板走向長鉆孔抽放瓦斯示意圖 頂板走向長鉆孔適合于上鄰近層瓦斯涌出量較大的回采工作面。（5）上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一個負壓區(qū)，使該區(qū)域內瓦斯由抽放管路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風流不暢（或微風）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m長的鎧裝軟管與主抽放管路連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高），抽放軟管與木棒綁在一起，用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽放濃度，上隅角處應采用擋風簾，提高抽放效果。

45、隨著工作的推進，拆下前端一段主管路，移動抽放軟管，如此反復。抽放工藝，如圖4-5所示。軟管可采用10吋管，抽放管伸入上隅角長度及位置應根據(jù)實際抽放效果，不斷調整，得到合理的參數(shù)。上隅角插管抽放適于采空區(qū)瓦斯涌出量不大，僅上隅角局部有瓦斯超限情況下。圖4-5 上隅角插管抽放瓦斯示意圖（6）采空區(qū)埋管抽放瓦斯對于采空區(qū)瓦斯涌出量較大的工作面，也可以采取采空區(qū)埋管抽放的方式，隨著工作面不斷向前推進，沿回風巷將管路埋入采空區(qū)。采空區(qū)埋管抽放，見圖4-6。與上隅角插管相比，采空區(qū)埋管抽放瓦斯?jié)舛雀?，實踐證明，在工作面瓦斯涌出總量不是非常大的條件下，對解決上隅角和回風瓦斯超限的效果是較好。 圖4-6 采空

46、區(qū)埋管抽放瓦斯示意圖（7）尾巷密集仰角鉆孔抽放瓦斯常順煤礦布置尾巷，可以考慮在尾巷內布置密集仰角鉆孔抽放裂隙帶及采空區(qū)瓦斯。見示意圖4-7，鉆孔參數(shù)見表4-3。圖4-7 尾巷密集仰角鉆孔布置示意圖表4-3 鉆孔技術參數(shù)表開徑孔（mm）終孔徑（mm）方位（°）傾角（°）開孔位置鉆孔間距（m）孔深（m）10894030距底板0.5m535108940305351089403053510894030535注：以上技術參數(shù)只供試驗參考，須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。4.2.3瓦斯抽放方法比較根據(jù)礦方提供的煤層賦存條件分析，礦井在采掘過程中的主要瓦斯涌出源除本煤層外，主要來自上鄰

47、近層，上鄰近層的瓦斯大量涌出到工作面采空區(qū)。根據(jù)瓦斯來源分析，進行上鄰近層和采空區(qū)瓦斯抽放是該礦瓦斯抽放工作的重點。鄰近層抽放可選的抽放方法有高位鉆孔抽放、高位巷抽放，抽放方案比較見表4-4。表4-4 鄰近層抽放方案比較抽放方式優(yōu)點缺點高位巷抽放抽放量大，抽放量穩(wěn)定。巷道工程量大，施工工期長。高位鉆孔抽放巷道工程量小，投資少。抽放量相對高抽巷要小，鉆孔終孔位置較難確定，鉆場較難管理。尾巷密集仰角鉆孔巷道工程量小，投資少。抽放能力較小。通過上述比較，考慮高抽巷抽放量較大，在陽泉地區(qū)應用較廣泛，為確保安全生產，設計推薦選用高位巷抽放。由于礦井開采初期瓦斯涌出量較小，推薦采用尾巷密集仰角鉆孔抽放瓦斯

48、，尾巷密集仰角鉆孔抽放解決瓦斯問題有困難時再采用高位巷抽放。4.2.4 瓦斯抽放方法確定根據(jù)瓦斯來源分析及方案比較，確定常順煤礦采用老采空區(qū)全封閉埋管抽放，高位巷抽放。其它方法可考慮在今后試驗應用。4.3 瓦斯抽放量及抽放率預計（1）抽放瓦斯量預計根據(jù)常順礦提供的資料，回采工作面通風量2200 m3/min，可稀釋的瓦斯量為18.33m3/min，工作面預計絕對瓦斯涌出量24.71 m3/min。根據(jù)該礦井的鄰近礦井的抽放經驗，預計工作面采用高抽巷抽放可抽放瓦斯量為7m3/min，老采空區(qū)全封閉瓦斯抽放量按2m3/min計算，瓦斯抽放濃度均按35%計算，全礦井抽放瓦斯的混合量為25.71m3/

49、min，取26m3/min。（2）工作面瓦斯抽放率工作面的瓦斯抽放率為抽放量占工作面瓦斯總涌出量的百分比，計算公式：式中 工作面瓦斯抽放率，%； qc工作面瓦斯抽放量，m3/min； qf工作面風排瓦斯量，m3/min。根據(jù)礦方提供的資料，工作面瓦斯涌出量為24.71m3/min左右，工作瓦斯抽放量為 7m3/min左右，抽放率為28。(3) 礦井的瓦斯抽放率式中 礦井瓦斯抽放率，%； qc礦井瓦斯抽放量，m3/min； qf礦井風排瓦斯量，m3/min。礦井的瓦斯涌出量為31.91 m3/min，抽放量為9m3/min，礦井的瓦斯抽放率為28。4.4 抽放施工設備、檢測儀表及施工量從常順煤礦

50、所采用的抽放瓦斯方法來看，需要開掘鉆場，在頂板的巖石內打鉆孔，打鉆工程所需的設備為：一、鉆機頂板水平長鉆孔一般要求鉆孔長度在100m以上。因此，推薦選用ZYG-150系列液壓鉆機。配備兩臺鉆機，其中一臺工作，一臺備用。配套鉆桿選用50mm，每節(jié)長度1.5m的鉆探鉆桿，鉆頭選用三翼合金鉆頭及金剛石鉆頭。打鉆施工供水采用由地面向采區(qū)直接敷設管路，利用靜壓水直接供水，供水管路采用高壓膠管供水。頂板水平長鉆孔封孔可采用水泥沙漿封孔。封孔長度，孔口巖石完整致密，長度3m，巖石比較松軟破碎，長度5m以上。二、主要檢測儀器、儀表配置井下抽放瓦斯主要檢測儀器、儀表包括孔板流量計、U型水柱計（汞柱計）、瓦斯?jié)舛?/p>

51、檢定器和高負壓取樣器等。三、施工量初期采用尾巷仰角鉆孔抽放采空區(qū)，孔深35m，鉆孔間距為5m，工作面長1200m，則需布置鉆孔240個，鉆孔施工總長度為8400m；老采空區(qū)抽放需要打密閉墻，為了保證瓦斯抽放效果，投入的抽放工程必須達到要求。4.5 礦井抽放瓦斯服務年限礦井瓦斯抽放服務年限，就抽放開采層瓦斯而論，其服務年限與礦井開采年限一致。5 瓦斯抽放管路系統(tǒng)5.1 抽放瓦斯管路選擇一、瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇1、瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則1)抽放管路應敷設在巷道曲線段少和距離最短的線路；2)盡量避開運輸繁忙巷道，首選回風巷內鋪設；3)考慮安裝、檢修方便；4)管路發(fā)生故障，管道內的瓦斯不至于進入

52、采掘工作面、機房或機電硐室等；5)抽放管路系統(tǒng)中必須安裝調節(jié)、控制、測定、防爆、防回火裝置。二、瓦斯管路敷設路線常順煤礦抽放瓦斯泵站選擇在回風立井井口附近的工業(yè)場地內，采用一條抽放管路通往井下，主要利用高抽巷抽放鄰近層瓦斯。抽放初期瓦斯管網(wǎng)敷設路線為：高抽巷工作面回風巷采區(qū)回風上山回風大巷回風立井地面抽放瓦斯管路抽放泵站放空（或利用）礦井抽放管網(wǎng)敷設系統(tǒng)示意見附圖CS-DMAZ-01和CS-JXAZ-02。三、抽放瓦斯管徑選擇瓦斯抽放管徑選擇合理否，對抽放瓦斯系統(tǒng)的建設投資及抽放系統(tǒng)效果有很大影響。直徑太大，投資費用增加；直徑過細，管路阻力損失大，同時參照抽放泵的實際能力使之留有備用量。為說明方便，將地面、風井、集中回風下山、采區(qū)回風大巷的瓦斯抽放管路稱為主管，工作面回風巷的瓦斯管路稱為支管，管路選擇一般采用下式計算：D=0.1457（Q/V）1/2式中 D抽放瓦斯管內徑，m；Q瓦斯管中混合瓦斯流量，m3/min；V瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般V=515m/s，取10m/s。依據(jù)礦井工作面的瓦斯抽放量預計結果，按上式計算并留有一定余量，瓦斯抽放管徑，見表5-1所示。表5-1 抽放瓦斯管徑選擇結果類別抽放純量（m3/min）瓦斯?jié)舛然旌狭髁浚╩3/min）計算管徑（mm）選擇管徑（mm）壁厚（mm）材質主管935262342736螺旋焊縫管或PE管支管1735201812