采煤工作面瓦斯抽放設計

1、礦井瓦斯防治設計 題 目： 礦井瓦斯防治設計 姓 名： 學 號： 專業(yè)班級： 10安全本科（一）班 指導教師： 畢節(jié)學院礦業(yè)工程學院目錄第一章 工作面概況11.1采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件11.2地質(zhì)構(gòu)造與水文地質(zhì)情況21.3煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù)31.4采區(qū)和工作面巷道布置3第二章 瓦斯儲量計算、抽放瓦斯必要性論證52.1煤層瓦斯儲量計算52.2抽放必要性可行性論證62.2.1 瓦斯抽放的必要性62.2.2 瓦斯抽放的可行性72.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期72.3.1瓦斯抽放率72.3.2可抽放瓦斯總量計算92.3.3 年抽采量和可抽期10第三章 煤層瓦斯抽放方法設計113.1抽放方法的比

2、較和選擇113.1.1一般規(guī)定113.1.2抽放方法選擇113.2抽放鉆孔參數(shù)確定143.2.1鉆場及鉆孔布置143.2.2鉆場（鉆孔）的間距153.2.3鉆孔角度的確定163.3繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖213.3.1封孔材料223.3.2封孔長度223.3.3鉆孔封孔質(zhì)量檢查標準：233.3.4專用瓦斯抽放巷道的要求23第四章 工作面瓦斯抽放系統(tǒng)244.1工作面瓦斯抽放設施的配置和布置244.2抽放管路的計算和選擇254.2.1 抽放管路選型及阻力計算254.2.2 瓦斯抽放管徑選擇26第五章 瓦斯泵選型285.1 抽放系統(tǒng)管道阻力計算285.1.2 管路摩擦阻力計算285.2瓦斯泵流

3、量和壓力計算295.2.1瓦斯泵選型確定29第六章 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施346.1瓦斯抽放管理346.1.1 瓦斯抽放管理及規(guī)章制度346.1.2 瓦斯抽放人員配備346.1.3 瓦斯抽放技術(shù)資料346.1.4抽放瓦斯管理要求356.2 井下固定瓦斯抽采泵站366.2.1泵站與主要巷道及硐室的安全距離應滿足下列要求：366.2.2其他規(guī)定366.3 井下移動瓦斯抽采泵站376.4 安全設施及措施376.5 礦井瓦斯抽采監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)38第一章 工作面概況1.1采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件   2201采煤工作面位于礦井二水平一采區(qū)M2煤層，是一采區(qū)M2煤層第一個回采工作面，位

4、于回風斜井東南翼+1500m標高，其上部是M2煤層的采空區(qū)，下部煤層尚未開采，工作面盡頭是礦井邊界，停采線是回風斜井保護煤柱線。 表一 工作面位置及井上下關(guān)系表 水平名稱二水平采區(qū)名稱一采區(qū)地面標高1600米井下標高15001515米地面的相對位置采面距地表垂高為10085，對應地表為一緩坡?；夭蓪Φ孛嬖O施的影響地面無建筑物、水體、交通設施。井下位置及相鄰關(guān)系其上部是原采空區(qū)，其右側(cè)為井田邊界，其下部為實體煤，其左側(cè)為回風斜井。走向長度(m)240傾斜長度(m)160面積(m2)38400本工作面設計開采煤層為M2層煤，通過掘進期間的地質(zhì)資料顯示，該工作面地質(zhì)條件較簡單，煤層變化不大，煤層厚度

5、在1.51.7m之間，具體情況如表二、表三所示。表二 煤層情況表 煤厚(m)1.51.7煤層結(jié)構(gòu)簡單煤層傾角（度）7°左右開采煤層M2煤層煤 種無煙煤穩(wěn)定程度穩(wěn)定煤層情況描述該工作面M2煤層層位位于二疊系龍?zhí)督M，煤層沉積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)單一，地層產(chǎn)狀平緩，煤層品種為無煙煤，硬度中硬，多見塊狀，半亮、低硫、低灰無煙煤。表三 煤層頂?shù)装迩闆r表 頂、底板名稱巖石名稱厚度m特 征基本頂砂巖15較堅固，易支護，為一般穩(wěn)定頂板直接頂砂質(zhì)頁巖5偽頂粉質(zhì)泥巖0.2較破碎，隨回柱易冒落直接底泥質(zhì)砂巖1.8遇水易底鼓老底粉砂質(zhì)頁巖10較堅固，為較穩(wěn)定底板圖1：工作面地層綜合柱狀圖第 0 頁1.2地質(zhì)構(gòu)造與水文

6、地質(zhì)情況1.2.1、斷層情況以及對回采的影響 該地層產(chǎn)狀平緩，煤層沉積穩(wěn)定，無地質(zhì)構(gòu)造變動情況，對回采無影響。1.2.2、褶曲情況以及對回采的影響 本采面無褶曲構(gòu)造。1.2.3、其他因素對回采的影響（陷落柱、火成巖等） 本區(qū)無其他地質(zhì)構(gòu)造影響。1.2.4、水文地質(zhì)情況 （1）、涌水量： 預計該工作面正常涌水量為5m3/h，最大涌水量為10m3/min。 （2）、含水層（頂部和底部）分析： 區(qū)域內(nèi)巖層主要為碎屑巖，其次為峨眉山玄武巖。碎屑巖分布面積較大，主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖、粉砂巖、粘土巖。碎屑巖靠近地表風化作用較強烈，風化裂隙較發(fā)育，含風化裂隙水。發(fā)育構(gòu)造裂隙地段，含構(gòu)造裂隙水，碎屑巖區(qū)

7、地下水運動受地形、地貌、巖性、構(gòu)造控制，富水性總體較弱，主要依靠大氣降水補給，受地勢影響，多數(shù)不產(chǎn)生深部徑流循環(huán)。各含水層對本工作面的開采沒有太大的影響。 （3）、其它水源的分析： 其它水源主要有：1、大氣降水補給為主要補給水源；2、地表水滲入補給；3、采空區(qū)積水、斷層水。1.3煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù)2010年2月，煤炭科學研究院沈陽研究所對我礦M2、M4煤層進行了煤與瓦斯突出危險性鑒定，鑒定結(jié)果是：無煤與瓦斯突出危險性，該礦M2煤層瓦斯涌出量預計為3.12m3/min左右，工作面瓦斯含量在5.28m3/t左右，瓦斯壓力在0.3MPa左右。2號煤層透氣性系數(shù)0.08（m2/MPa2.d)

8、，抽采時間3個月以上，孔口抽放負壓保持在13KPa以上。1.4采區(qū)和工作面巷道布置通風方式及風量 礦井采用中央并列抽出式通風方式，由主斜井、副斜井進風，專用回風斜井回風。主要通風機型號為FBCDZN017，電機額定功率：2×110kw，額定負壓 12002900Pa；額定風量26.870m3/S；主軸額定轉(zhuǎn)數(shù)980r/min；葉片可調(diào)角度045。采煤工作面采用“U”型負壓通風方式，掘進工作面采用2×11kw局部通風機壓入式供風，風筒直徑600mm。2201回采工作面采用礦井全負壓通風，計劃分配風量750m3/min，風流路線由2201運輸巷進風，2201回風巷回風，經(jīng)220

9、1 回風巷道的回風上山進入礦井總回風巷道。   圖1：采煤工作面平面布置圖第二章 瓦斯儲量計算、抽放瓦斯必要性論證2.1煤層瓦斯儲量計算本工作面設計開采煤層為M2層煤，通過掘進期間的地質(zhì)資料顯示，該工作面地質(zhì)條件較簡單，煤層變化不大，煤層厚度在1.51.7m之間，M2煤層瓦斯涌出量預計為3.12m3/min左右，煤層瓦斯含量在5.28m3/t左右，瓦斯壓力在0.3MPa左右，煤的密度為1.7t/m3。根據(jù)GB504712008煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范第4.0.1條規(guī)定，礦井瓦斯儲量應為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲量之和?？砂?/p>

10、下式計算： 式中 礦井瓦斯儲量，Mm3；W1可采煤層的瓦斯儲量（Mm3）；W2受采動影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲量（Mm3）；W3受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量（Mm3），實測或按式A1i礦井可采煤層i的資源量（Mt）；X1i礦井可采煤層i的瓦斯含量（m3/t）；A2i受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層i的資源量（Mt）；X2i受采動影響后向開采空間排放的不可采煤層i的瓦斯含量（m3/t）；K圍巖瓦斯儲量系數(shù)，可取0.050.20；當圍巖瓦斯很小時，可取W3=0；若含瓦斯量較多時，可按經(jīng)驗取值或?qū)崪y確定。 M2號煤層瓦斯儲量M2=240m×16

11、0m×1.6m×1.7t/m3×5.28m3/t=55.15×10-2Mm3。最后得到，M2煤層瓦斯總儲量W=M2=55.15×10-2Mm32.2抽放必要性可行性論證2.2.1 瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性論證應對礦井、回采工作面及掘進工作面分別進行抽放瓦斯必要性分析。2.2.1.1 規(guī)定根據(jù)煤礦安全規(guī)程第145條及AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范第4.1.14.1.3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)：1個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m3/m

12、in，用通風方法解決瓦斯問題不合理的。礦井絕對瓦斯涌出量達到以下條件的：大于或等于40m3/min；年產(chǎn)量1.01.5Mt的礦井，大于30m3/min；年產(chǎn)量0.61.0Mt的礦井，大于25m3/min；年產(chǎn)量0.40.6Mt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。開采有煤與瓦斯突出危險煤層的。該礦M2煤層瓦斯涌出量預計為3.12m³/min左右，工作面瓦斯含量在5.28m³/min左右，瓦斯壓力在0.3MPa左右。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)。 據(jù)供風量為750m³/min，工作面瓦斯?jié)舛劝?.

13、35計算風排瓦斯量Cp=Q×C=750×0.35/100=2.26m³/min。而工作面絕對瓦斯涌出量為3.12m³/min，如不可抽放瓦斯，則工作面的瓦斯?jié)舛葘⒊^0.35，尚需抽放瓦斯量q-=3.12-2.26=0.86m3/min，工作面瓦斯?jié)舛炔拍芫S持0.35。2.2.1.2 通風處理瓦斯量核定當一個礦井、采區(qū)或工作面的絕對瓦斯涌出量大于通風所能允許的瓦斯涌出量時，就要抽放瓦斯，即： （12） q礦井（采區(qū)或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min； 通風所能承擔的最大瓦斯涌出量，m3/min； v通風巷道（或工作面）允許的最大風速，m/s； S通風巷

14、道（或工作面）斷面積，m2；C煤礦安全規(guī)程允許的風流中的瓦斯?jié)舛龋?；K瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取值為1.21.7。q= 0.35m3/min故應該對煤層進行瓦斯抽放。2.2.2 瓦斯抽放的可行性開采層瓦斯抽放的可行性是指在原始透氣性條件下進行預抽的可能性，一般來說，其衡量指標有兩個：一為煤層的透氣性系數(shù)；二為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，按和判定開采層瓦斯抽放可行性的標準，如表1所示。表4 煤層瓦斯抽放難易程度分類表 抽放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/MPa2.d)容易抽放<0.003>10可以抽放0.0030.050.110較難抽放>0.05&l

15、t;0.12號煤層透氣性系數(shù)0.08（m2/MPa2.d) 如不采取其他技術(shù)措施，基本不具備預抽本煤層瓦斯的可能性，因此，我們要選取合適的抽采方法來治理工作面的瓦斯超限。瓦斯抽采是必要的。2.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期2.3.1瓦斯抽放率 根據(jù)GB504712008煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范第4.0.3條規(guī)定：設計瓦斯抽采率，可根據(jù)煤層瓦斯抽采難易程度、瓦斯涌出情況、采用的瓦斯抽采方法等因素綜合確定，也可按鄰近生產(chǎn)礦井或條件類似礦井數(shù)值選??；并應符合國家現(xiàn)行標準煤礦瓦斯抽采基本指標AQ 1027的有關(guān)規(guī)定，同時應滿足采、掘工作面的通風要求。根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范第8.6.3

16、條規(guī)定：瓦斯抽出率：預抽煤層瓦斯的礦井：礦井抽出率應不小于20%，回采工作面抽出率應不小于25%；鄰近層卸壓瓦斯抽放的礦井：礦井抽出率應不小于35%，回采工作面抽出率應不小于45%；采用綜合抽放方法的礦井：礦井抽出率應不小于30%；煤與瓦斯突出礦井：預抽煤層瓦斯后，突出煤層的瓦斯含量應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?.74 MPa以下。對于設計來說，瓦斯抽放率的確定應符合以上標準的要求，也可以參照AQ1026-2006煤礦瓦斯抽采基本指標第4.2條進行選取。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。礦井瓦斯抽采量包括井田范圍內(nèi)地面鉆井抽采、井

17、下抽采（含移動抽采）的瓦斯量。每月底按式（10）計算礦井月平均瓦斯抽采率。 （10）式中 礦井月平均瓦斯抽采率，%；礦井月平均瓦斯抽采量，m3/min；礦井月平均風排瓦斯量，m3/min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，每周測定工作面瓦斯抽采量（含移動抽采）。每月底按式（11）計算工作面月平均瓦斯抽采率。 （11）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；工作面月平均風排瓦斯量，m3/min=100×0.86m3/min/（0.86m3/min+2.26 m3/min）=27.5641%2.3.2可抽放瓦斯總量計算 根據(jù)G

18、B504712008煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范第4.0.2條規(guī)定可按下列公式計算：WcW·K （4.0.21）KK1·K 2·K 3 （4.0.22）K1K4（My-MC）/ My （4.0.23）式中 Wc可抽瓦斯量（Mm3 ）；K可抽系數(shù)；K1瓦斯涌出程度系數(shù)；K2負壓抽采時的抽采作用系數(shù)，可取1.2；K3礦井瓦斯抽采率（%）。按目前我國的抽采技術(shù)水平，預抽煤層瓦斯時，可取25%35%；抽采上下鄰近層瓦斯時，可取35%45%；K4煤層瓦斯排放率，可根據(jù) 礦井瓦斯涌出量預測方法（AQ1018-2006）中的規(guī)定選??；當采高大于4.5m時，K4按式（D.4）計算。

19、式中： hi第i鄰近層與開采層垂直距離； M工作面采高 L工作面長度 K4=80%My煤層原始瓦斯含量（5.28m 3 /t）；MC運到地面煤的殘余瓦斯含量（m 3 /t），取4。K1K4（My-MC）/ My My=0.8(5.28-4)/5.28=01939 KK1·K 2·K 3 =0.1939×1.2×0.3=0.069804所以，可抽瓦斯量Wc=55.15×10-2Mm3×0.069804=38.5×10-3Mm32.3.3 年抽采量和可抽期根據(jù)GB504712008煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范第4.0.4條及AQ10

20、27-2006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與其抽放瓦斯區(qū)域的開采年限相適應。礦井設計瓦斯年抽采量可按下式計算：QN=1440×365×Q/1000000 （4.0.6）式中 QN礦井設計瓦斯年抽采量（Mm3）；Q礦井設計瓦斯抽采規(guī)模（m3/min）。QN=1440×365×0.68/1000000 =44.087×10-2Mm3則可抽期T=0.5515/0.44087=1.25年第3章 煤層瓦斯抽放方法設計3.1抽放方法的比較和選擇3.1.1一般規(guī)定根據(jù)GB504712008煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范第5.1.1條規(guī)

21、定：選擇抽放瓦斯方法，應根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯來源、巷道布置、瓦斯基礎參數(shù)、瓦斯利用要求等因素經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。并應符合下列要求：(1)盡可能利用開采巷道抽放瓦斯，必要時可設專用抽放瓦斯巷道；(2)適應煤層的賦存條件及開采技術(shù)條件；(3)有利于提高瓦斯抽放率；(4)抽放效果好，抽放的瓦斯量和濃度盡可能滿足利用要求；(5)盡量采用綜合抽放；(6)抽放瓦斯工程系統(tǒng)簡單，有利于維護和安全生產(chǎn)，建設投資省，抽放成本低。根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范第7.1.2條規(guī)定：按礦井瓦斯來源實施開采煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放和圍巖瓦斯抽放；第7.1.3條規(guī)定：多瓦斯來源的礦井，應

22、采用綜合瓦斯抽放方法。瓦斯抽放系統(tǒng)選擇還應注意以下問題：分期建設、分期投產(chǎn)的礦井，抽放瓦斯工程可一次設計，分期建設、分期投抽。抽放瓦斯站的建設方式，應經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。一般情況下，宜采用集中建站方式。當有下列情況之一時，可采用分散建站方式：分區(qū)開拓或分期建設的大型礦井，集中建站技術(shù)經(jīng)濟不合理。礦井抽放瓦斯量較大且瓦斯利用點分散。一套抽放瓦斯系統(tǒng)難以滿足要求。3.1.2抽放方法選擇根據(jù)上面建立的抽放瓦斯的必要性指標和可行性指標，依據(jù)規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定論述采用礦井集中抽放瓦斯系統(tǒng)或地面鉆孔抽放瓦斯系統(tǒng)，還是采用井下移動式抽放瓦斯系統(tǒng)。瓦斯抽放方法及各方法的抽放率詳見AQ1027-2006煤礦瓦斯抽

23、放規(guī)范附錄B。3.1.2.1本煤層瓦斯抽放方法未卸壓煤層進行預抽，煤層瓦斯抽放的難易程度可劃分為三類。煤層透氣性較好，容易抽放的煤層，宜采用本層預抽方法，可采用順層或穿層布孔方式。煤層透氣性較差，采用分層開采的厚煤層，可利用先采分層的卸壓作用抽放未采分層的瓦斯。單一低透氣性高瓦斯煤層，可選用加密鉆孔、交叉鉆孔、水力割縫、水力壓裂、松動爆破、深孔控制預裂爆破等方法強化抽放。煤與瓦斯突出危險嚴重煤層，應選擇穿層網(wǎng)格布孔方式。煤巷掘進瓦斯涌出量較大的煤層，可采用邊掘邊抽或先抽后掘的抽放方法。3.1.2.2鄰近層瓦斯抽放方法通常采用從開采層回風巷(或回風副巷)向鄰近層打垂直或斜交穿層鉆孔抽放瓦斯的方法

24、。當鄰近層瓦斯涌出量大時，可采用頂（底）板瓦斯巷道（高抽巷）抽放。當鄰近層或圍巖瓦斯涌出量較大時，可在工作面回風側(cè)沿開采層頂板布置迎面水平長鉆孔（高位鉆孔）抽放上鄰近層瓦斯。3.1.2.3采空區(qū)瓦斯抽放方法老采空區(qū)應選用全封閉式抽放方法。現(xiàn)采空區(qū)可根據(jù)煤層賦存條件和巷道布置情況，采用頂(底)板鉆孔法，有煤柱及無煤柱垂直及斜交鉆孔法，插(埋)管法等抽放方法，并應采取措施，提高抽放瓦斯?jié)舛取ｉ_采容易自燃或自燃煤層的采空區(qū)，必須經(jīng)常檢測抽放管路中CO濃度和氣體溫度等有關(guān)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。3.1.2.4其它情況。煤與瓦斯突出礦井開采保護層時，必須同時抽放被保護

25、煤層的瓦斯。埋藏淺、瓦斯含量高的厚煤層或煤層群，有條件時，可采用地面鉆孔預抽開采層瓦斯、抽放卸壓鄰近層瓦斯或抽放采空區(qū)瓦斯的方法。對礦井瓦斯涌出來源多、分布范圍廣、煤層賦存條件復雜的礦井，應采用多種抽放方法相結(jié)合的綜合抽放方法。表5 瓦斯抽放類型、方法、適用條件抽放分類抽放方式適用條件工作面抽放率 %開采層抽放未卸壓抽放巖巷揭煤和煤巷掘進預抽由巖巷向煤層大穿層鉆孔；煤巷工作面打超前鉆孔高突出危險煤層、高瓦斯煤層10301030采區(qū)大面積預抽由開采層機巷、風巷或煤門等打上向、下向順層鉆孔由預抽時間的高瓦斯煤層、突出危險煤層1030由巖巷、石門、鄰近層煤巷等向開采層打穿層鉆孔屬“勉強抽放煤層”10

26、，個別超過50地面鉆孔高瓦斯“容易抽放”煤層，埋深較淺10密封開采層巷道高瓦斯“容易抽放”厚煤層10卸壓抽放邊掘邊抽由煤巷兩側(cè)或巖巷向煤層周圍打防護鉆孔高瓦斯煤層、突出煤層10邊采邊抽由開采層機巷、風巷等向工作面前方卸壓區(qū)打鉆高瓦斯煤層1020由巖巷、煤門等向開采分層的上部或下部未采分層打穿層或順層鉆孔高瓦斯煤層1020水力割縫、松動爆破水力壓裂（預抽）由開采層機巷、風巷等打順層鉆孔；由巖巷或地面打鉆孔高瓦斯“難以抽放”煤層203030鄰近層抽放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巷、風巷、中巷等向鄰近層打鉆鄰近層瓦斯涌出量大、影響開采層安全時3060由開采層機巷、風巷、中

27、巷等向采空區(qū)方向打斜交鉆孔3060由煤門打沿鄰近層鉆孔3060在鄰近層掘匯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要求時3060從地面打鉆孔地面打鉆優(yōu)于井下時1540采空區(qū)抽放開采層工作面推過后抽放采空區(qū)瓦斯密封采空區(qū)插管抽放無自燃危險或采用防火措施時15現(xiàn)采采空區(qū)設密閉墻或采空區(qū)打鉆抽放15綜合抽放多種抽放方式相組合采用單一的抽放方式效果較差時，應采用該種抽放方式4080圍巖瓦斯抽放由巖巷兩側(cè)或正前方向溶洞或裂隙帶打鉆、密閉巖石巷道抽放、封堵巖巷噴瓦斯區(qū)并插管抽放圍巖有瓦斯噴出危險，瓦斯涌出量大或有溶洞，裂隙帶儲存高壓瓦斯時根據(jù)鉆孔抽采瓦斯的優(yōu)缺點及適用條件，我們最終選擇順層

28、鉆孔抽采，因為順層鉆孔抽采的適用條件是：單一煤層；煤層透氣性較小但應有抽放可能；煤層賦存條件穩(wěn)定，地質(zhì)變化??；鉆孔要提前打好，有較長的預抽時間；突出危險煤層（密集鉆孔），而我們要設計的煤層就是煤層透氣性較小但應有抽放可能，煤層賦存條件穩(wěn)定，地質(zhì)變化小。圖2：回采工作面本煤層瓦斯抽放鉆孔布置示意圖3.2抽放鉆孔參數(shù)確定3.2.1鉆場及鉆孔布置根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范第7.4條，鉆場鉆孔布置應按照以下要求：鉆場的布置應免受采動影響，避開地質(zhì)構(gòu)造帶，便于維護，利于封孔，保證抽放效果；盡量利用現(xiàn)有的開拓、準備和回采巷道布置鉆場；對開采層未卸壓抽放，除按鉆孔抽放半徑確定合理的孔間距外，

29、應盡量增大鉆孔的見煤長度；鄰近層卸壓抽放，應將鉆孔打在采煤工作面頂板冒落后所形成的裂隙帶內(nèi)，并避開冒落帶；強化抽放布孔方式除考慮應取得好的抽放效果外，還應考慮措施施工方便；邊采邊抽鉆孔的方向應與開采推進方向相迎，避免采動首先破壞孔口或鉆場；鉆孔方向應盡可能正交或斜交煤層層理；穿層鉆孔終孔位置，應在穿過煤層頂(底)板0.5m處。根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范第8.6.4條，預抽煤層瓦斯的鉆孔量：當采用順層孔煤層15-20m；可以抽放煤層10-15m；較難抽放煤層8-l0m。3.2.2鉆場（鉆孔）的間距3.2.2.1開采層抽放鉆孔布置 沿傾斜布孔,以鉆場和鉆孔工作面水平所成的角度來劃分

30、，有上向孔、下向孔、水平孔三種形式。三種形式的優(yōu)缺點：（1）下向式鉆孔瓦斯流量較大，可以加速排放瓦斯，但下向孔中易積水，打鉆施工困難。（2）上向式鉆孔不會積水，瓦斯涌出量較均衡，但在相同條件下比下向孔略小。（3）水平孔處于兩者之間。沿走向布孔的間距，決定于抽放瓦斯的影響范圍，即抽放半徑B，而影響范圍的大小與煤質(zhì)、瓦斯等諸因素有關(guān)。3.2.2.2鄰近層抽放鉆孔間距決定鉆孔間距主要是根據(jù)鉆孔的抽放影響范圍。在一定條件下，上鄰近層的影響范圍要大些，下鄰近層要小些，遠距離鄰近層要大些。 抽放影響距離L，它是隨開采層工作面的推移，瓦斯量逐漸增加，當達到最大值后又逐漸下降，直至恢復到原來的水平，此時鉆孔至

31、回采工作面的距離為“抽放影響距離”。有效抽放距離L1，當滿足下列條件，工作面推過鉆孔的距離稱為“有效抽放距離”。（1）鉆孔抽出的瓦斯?jié)舛炔粦∮?0%。（2）回采工作面回風流中的瓦斯可以維持在允許限度之內(nèi)。（3）鉆孔瓦斯流量不應小于一個常數(shù)，一般小到0.30.5m3/min以下時，即不再抽放?？沙榫嚯xL2，鉆孔能夠抽出瓦斯是在回采工作面采過鉆孔一定距離后才開始的，這個距離稱為“可抽距離”。鉆孔的可抽距離，為設計布置采區(qū)內(nèi)第一個抽放鉆場位置提供了依據(jù)，而鉆孔的有效抽放距離，決定著工作面的鉆場個數(shù)。 鉆場間距 M=K（L1-L2） （1-81） 式中：K 抽放不均衡系數(shù)。見下表。表6 鉆孔間距參數(shù)

32、層間距(m)有效抽放距離L1(m)可抽距離L2(m)K合理孔距(m)上鄰近層1020304060803050406050706080801001001201020152520302535354545550.80.80.90.90.90.9162420282736324142505060下鄰近層10203040802545355545607090110130101515202025303530600.80.90.90.90.9122418322341365054833.2.3鉆孔角度的確定3.2.3.1. 本煤層抽放鉆孔角度計算（表7）圖示公式符號注釋垂直煤層走向鉆孔1.2.煤層傾角，（

33、6;）；鉆孔角度，（º）；鉆場至煤層頂、底板的水平距離，可在井巷平面圖上量取，m；鉆孔終孔高度，m；號鉆場在底板時，上向孔取負下向孔取正，鉆場在頂板時，上向孔取正下向孔取負。公式2中的符號與1中符號相反；鉆孔長度，m。斜交煤層走向鉆孔1.2.3.垂直煤層走向鉆孔與斜交煤層走向鉆孔的水平投影的夾角，（º）；垂直煤層走向鉆孔的長度，m；孔底分布距離，m，由鉆孔抽放半徑確定；斜交煤層鉆孔的角度，（º）；、同上；斜交煤層鉆孔長度，m；垂直煤層走向鉆孔與斜交煤層走向鉆孔的夾角，（º）表8 鄰近層卸壓角值N/M31010303080（º）707580注：N

34、為層間距，M為開采厚度，當或抽放效果一般很差。3.2.3.2 鄰近層鉆孔角度計算 鉆孔布置原則 （1）鉆孔必須深入到鄰近層的卸壓帶內(nèi)； （2）保持鉆孔不受巖壓活動影響而中斷； （3）考慮打鉆是否方便。鄰近層鉆孔合適布置，見圖1-33 鉆孔角度計算（表9） 鄰近層鉆孔角度計算表圖示公式參數(shù)及符號注釋圖示公式參數(shù)及符號注釋1.緩傾斜煤層鉆孔角度計算鉆孔與水平線的夾角，（º）；層間距離，m；煤層傾角，（º）；未卸壓范圍長度，m；鄰近層卸壓角，參見表1-49工作面內(nèi)部煤柱一側(cè)阻礙鄰近層卸壓的寬度，m；煤柱寬，再加1015m備用；鉆孔角度，（º）2.急傾斜鉆孔角度計算從開采

35、水平的運輸巷道打鉆時從開采水平的上部回風巷打鉆時 鉆孔直徑大，暴露煤壁面積就大，瓦斯涌出量相應也大，但二者增長并非線性關(guān)系，在煤層條件不同的情況下，瓦斯涌出量并不隨孔徑的增大而成比例增大。據(jù)測定結(jié)果，孔徑由73mm提高到300mm，鉆孔的暴露面積增至4倍，而鉆孔抽放量僅增至2.7倍，而日本赤平煤礦孔徑由65mm增至120mm，抽放瓦斯量增加到3.5倍?？讖綉鶕?jù)鉆機性能，施工速度與技術(shù)水平、抽放瓦斯量、抽放半徑等因素確定，目前一般采用抽放瓦斯鉆孔直徑為60110mm。根據(jù)本煤層的特性，選取鉆孔直徑為75mm。據(jù)實測結(jié)果，單一鉆孔的瓦斯抽放量與其孔長基本上成正比關(guān)系，因此在鉆機性能與施工技術(shù)水平

36、允許的條件下，盡可能采用長鉆孔以增加抽放量和效益。本煤層的傾向長度為160m，為了達到好的抽放效果，我們把鉆孔從進風巷和回風巷順煤層打入，進風巷打入的鉆孔的長度為85m，回風巷打入的鉆孔的長度為85m。4)鉆孔的間距與抽放時間2號煤層透氣性系數(shù)0.08（m2/MPa2.d)，根據(jù)表四，我們選取鉆孔間距為5m。表四 鉆孔間距選用參考值表煤層透氣性系數(shù)(m2/(MPa2d)鉆孔間距(m)備 注10-3-先采取卸壓增透措施后，才能抽放10-310-22510-210-15810-1108121010鉆孔抽放負壓一般選用13.326.6kPa(即100200mmHg)，但最低不宜小于13kPa（97.

37、75mmHg）。 表10：順層抽放鉆孔參數(shù)表孔號方位°仰角°長度m備注168173+24852201回風巷15683+35852201運輸巷圖3：鉆孔設計圖3.3繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖圖4：鉆孔布置平面圖圖5：鉆孔布置走向剖面圖圖6：鉆孔布置傾向剖面圖3.3.1封孔材料鉆孔封孔設計應滿足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造價低的要求。封孔方法的選擇應根據(jù)抽放方法及孔口所處煤(巖)層位、巖性、構(gòu)造等因素綜合確定，因地制宜地選用新方法、新工藝，并應符合下列要求：（1）巖壁鉆孔；宜采用封孔器封孔。（2） 煤壁鉆孔，宜采用充填材料進行壓風封孔。封孔材料應根據(jù)具體條件優(yōu)先選用

38、膨脹水泥、聚氨脂等新型材料。在鉆孔所處圍巖條件較好的情況下，可選用水泥砂漿或其它封孔材料。封孔材料的選擇應符合下列規(guī)定：（1）穿層鉆孔宜采用封孔器封孔。封孔器械應滿足密封性能好、操作簡單、封孔速度快的要求。（2）順層鉆孔宜采用充填材料封孔。封孔材料可選用膨脹水泥、聚氨酯等新型材料。在鉆孔所處圍巖條件較好的情況下，亦可選用水泥砂漿或其它封孔材料。（3）不宜采用黃泥封孔。3.3.2封孔長度封孔長度應根據(jù)鉆孔孔口段煤(巖)性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度及孔口負壓等因素確定，并應符合下列要求：孔口段圍巖條件好、構(gòu)造簡單、孔口負壓中等時，封孔長度可取大于3m；孔口段圍巖裂隙較發(fā)育、或孔口負壓較高時，封孔長度不應低于

39、5m。；在煤壁開孔的鉆孔，封孔長度可取大于7m；采用聚氨酯外的其他材料封孔時，封孔段長度與封孔深度相等；采用聚氨酯封孔時，封孔參數(shù)見表3。封孔長度既應保證不吸入空氣又應使封孔長度盡量縮短，一般情況下巖孔應不小于5m，煤孔應不小于8m。經(jīng)上述分部設計，采煤工作面瓦斯抽放設計詳細方案如下： 采取本煤層順層鉆孔抽放瓦斯的防突措施，運輸巷道、回風巷道內(nèi)沿煤層向采面進行順層布置鉆孔，在走向方向上每5m間距（根據(jù)抽放時間調(diào)整）布置一個順層鉆孔進行高負壓抽放。2201采面回采前，2201沿運輸巷上幫、回風巷下幫采取施工間距為8m的傾向順層鉆孔預抽回采區(qū)域煤層瓦斯防突措施，區(qū)域預抽鉆孔施工至采面停采線外20米

40、處，每個鉆孔長度大于85米（因采面傾斜長有160米），孔徑75，封孔長度不低于8米。抽采時間3個月以上，孔口抽放負壓保持在13KPa以上。根據(jù)煤礦瓦斯抽采基本指標要求(最低要求)：瓦斯涌出量5Q<10m3/min，抽采率應大于20%，故本設計要求抽放量應大于0.63m3/min。表11 聚氨酯封孔參數(shù) 單位為m封孔材料鉆孔條件封孔段長度封孔深度聚氨酯孔口段較完整0.835孔口段較破碎1.046采空區(qū)抽采時插管周圍應封閉嚴密，宜減少外部空氣漏入，有條件時可設置均壓密閉。3.3.3鉆孔封孔質(zhì)量檢查標準：預抽瓦斯鉆孔抽放過程中孔口瓦斯?jié)舛炔粦∮?0%；鄰近層瓦斯抽放鉆孔抽放過程中孔口瓦斯嘗試

41、不應小于30%；當鉆孔封孔 質(zhì)量達不到上代用品標準時，抽放結(jié)束后應全孔封實。3.3.4專用瓦斯抽放巷道的要求專用瓦斯抽放巷道的位置、數(shù)量應能達到良好的抽放效果。必須提前掘好巷道，保證有足夠的抽放時間，有較大抽放范圍。專用于敷設抽放管路、布置鉆場、鉆孔的瓦斯抽放巷道采用礦井全壓通風時，巷道風速不得低于0.5m/s。第四章 工作面瓦斯抽放系統(tǒng) 4.1工作面瓦斯抽放設施的配置和布置根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范規(guī)定具備下列兩個條件的礦井，應建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)；瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在2 m3 /min以上；瓦斯資源可靠，儲量豐富，預計瓦斯抽放服務年限五年以上。根據(jù)4.1、4.2

42、規(guī)定，不具備建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)條件的，對高瓦斯區(qū)應建立井下移動泵站瓦斯抽放系統(tǒng)。建立井下移動泵站瓦斯抽放系統(tǒng)時，由企業(yè)技術(shù)負責人負責組織編制設計和安全技術(shù)措施。井下移動泵站瓦斯抽放工程設計可按地面永久瓦斯抽放工程設計的相關(guān)內(nèi)容進行。井下移功瓦斯抽放泵站應安裝在瓦斯抽放地點附近的新鮮風流中。抽出的瓦斯必須引排到地面、總回風道或分區(qū)回風道；已建永久抽放系統(tǒng)的礦井，移動泵站抽出的瓦斯可直接送至礦井抽放系統(tǒng)的管道內(nèi)，但必須使礦井抽放系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛确厦旱V安全規(guī)程第一百四十八條規(guī)定。移動泵站抽出的瓦斯排至回風道時，在抽放管路出口處必須采取安爭措施包括設置柵欄、懸掛警戒牌。柵欄設置的市置，上風側(cè)為管

43、路出口外推5m，上下風側(cè)柵欄間距不小于35 m。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。移動抽放泵站排到巷道內(nèi)的瓦斯，其濃度必須在30 m以內(nèi)被混合到煤礦安全教程允許的限度以內(nèi)。柵欄處必須設警戒牌和瓦斯監(jiān)測裝置，巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迗缶瘯r，應斷電、停止瓦斯抽放、進行處理。監(jiān)測傳感器的位置設在柵欄外1 m以內(nèi)。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。井下移動瓦斯抽放泵站必須實行“三?！惫╇?，即專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路。根據(jù)GB504712008煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范規(guī)定：井下固定瓦斯抽采泵站的位置應選擇在穩(wěn)定、堅硬的巖層中，并宜避開較大的斷層、含水層、松軟巖層、煤與瓦斯突出煤層，不應受采動影響，并應采用不

44、燃性材料支護。泵站與主要巷道及硐室的安全距離應滿足下列要求：（1）泵站與井筒、井底車場、主要運輸巷道、主要硐室，以及影響全礦井或多個采區(qū)通風的風門的法線距離不應低于60m。（2）泵站與行人巷道的法線距離不應低于35m。（3）泵站與地面或上下巷道的法線距離不應低于30m。泵站硐室應符合下列規(guī)定：（1）必須采用獨立通風。（2）必須有兩個供人員撤離的安全出口。（3）出口應設置向外開啟的防火、防爆門。（4）泵站內(nèi)除應設置消防管路系統(tǒng)，還應配備消防器材。（5）應設置完備的照明設施。當抽采出的瓦斯采用地面直接排空方式時，放空地點應根據(jù)礦井抽采系統(tǒng)的具體情況，結(jié)合地面的建筑設施確定。放空地點距井口和主要建筑

45、物的距離不應小于50m，放空地點附近20m以內(nèi)嚴禁堆積易燃物和有明火。在排空管附近應安設避雷裝置和防爆炸、防回火等安全裝置。移動泵站抽出的瓦斯如果不并入礦井固定抽采系統(tǒng)的管道內(nèi)時，在抽采管路出口應設置柵欄和懸掛警戒牌。柵欄設置的位置，上風側(cè)應為管路出口外推5m，上、下風側(cè)柵欄間距不得小于35m。柵欄內(nèi)嚴禁人員通行及作業(yè)。移動泵站抽出的瓦斯如果排放到地面時，應符合本規(guī)范第7.2.6條的規(guī)定。移動泵站抽采的瓦斯在井下應引排到總回風巷、一翼回風巷或分區(qū)回風巷，并應保證稀釋后風流中的瓦斯?jié)舛确犀F(xiàn)行煤礦安全規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。 4.2抽放管路的計算和選擇4.2.1 抽放管路選型及阻力計算根據(jù)AQ1027-

46、2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范，對瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1條：抽放管路系統(tǒng)應根據(jù)井下巷道的布置、抽放地點的分布、瓦斯利用的要求以及礦井的發(fā)展規(guī)劃等因素確定，避免或減少主干管路系統(tǒng)的頻繁改動，確保管道運輸、安裝和維護方便，并應符合下列要求：抽放管路通過的巷道曲線段少、距離短，管路安裝應平直，轉(zhuǎn)彎時角度不應大于50°；抽放管路系統(tǒng)宜沿回風巷道或礦車不經(jīng)常通過的巷道布置；若設于主要運輸巷內(nèi)，在人行道側(cè)其架設高度不應小于1.8m，并固定在巷道壁上，與巷道壁的距離應滿足檢修要求；抽放瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m；當抽放設備或管路發(fā)生故障時，管路內(nèi)的瓦斯不得流入采掘工作面及機電硐

47、室內(nèi)；盡可能避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁；管徑要統(tǒng)一，變徑時必須設過渡節(jié)。第5.4.2條：抽放瓦斯管路的管徑應按最大流量分段計算，并與抽放設備能力相適應，抽放管路按安全流速為515m/s和最大通過流量來計算管徑，抽放系統(tǒng)管材的備用量可取10。第5.4.3條：當采用專用鉆孔敷設抽放管路時，專用鉆孔直徑應比管道外形尺寸大100mm；當沿豎井敷設抽放管路時，應將管道固定在罐道梁上或?qū)Ｓ霉芗苌?。?.4.4條：抽放管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負壓瓦斯管路阻力公式計算；局部阻力可用估算法計算，一般取摩擦阻力的1020。第5.4.5條：地面管路布置：不得將抽放管路和自來水管、暖氣管

48、、下水道管、動力電纜、照明電纜及通訊電纜等敷設在同一條地溝內(nèi)；抽放管道與地上、下建(構(gòu))筑物及設施的間距，應符合工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；瓦斯管道不得從地下穿過房屋或其它建(構(gòu))筑物，一般情況下也不得穿過其它管網(wǎng)，當必須穿過其它管網(wǎng)時，應按有關(guān)規(guī)定采取措施。4.2.2 瓦斯抽放管徑選擇選擇瓦斯管徑，可按下式計算： （13）式中 D瓦斯管內(nèi)徑，m；Q管內(nèi)瓦斯流量，m3/min；q純1116×3/10003.348m3 minQ混q純C3.348÷2016.74m3/minV瓦斯在管路中的經(jīng)濟流速，m/s，一般取V512m/s。可得：抽采管路壁厚選擇：選擇管路壁厚可按下

49、式計算： 式中:管路壁厚（mm）；P管路最大工作壓力（MPa）；d管路內(nèi)徑（mm）；容許壓力（MPa），可取屈服極限強度的60；缺少比值時，鑄鐵管可取20MPa，焊接鋼管可取60MPa，無縫鋼管可取80MPa。管路最大工作取5Mpa,容許壓力取80Mpa,=P*d/2=5×188.5/2×80=6mm圖7：抽放管路布置示意圖第五章 瓦斯泵選型5.1 抽放系統(tǒng)管道阻力計算5.1.2 管路摩擦阻力計算計算直管摩擦阻力，可按下式計算： （14）式中 H阻力損失，Pa；L直管長度，m；Q瓦斯流量，m3/h；D管道內(nèi)徑，cm；k0系數(shù)，見表4；r混合瓦斯對空氣的相對密度，見表5。HZ

50、=表12 不同管徑的系數(shù)K0值通稱管徑mm152025324050K值0.460.470.480.490.500.52通稱管徑mm7080100125150180以上K值0.550.570.620.670.700.71局部阻力可口用估算法計算，一般摩擦阻力的10%20%。管路系統(tǒng)長，網(wǎng)絡復雜或主管管徑較小者，可按上限取值，反之則按下限取值。局部阻力可用估算法計算，一般取摩擦阻力的10%20%。管路系統(tǒng)長，網(wǎng)絡復雜或主管管徑較小者，可按上限取值，反之則按下限取值。局部阻力計算（管路局部阻力損失按直管阻力損失15%計算）    總局部阻力    &

51、#160;H局總H直總×0.15Pa 總局部阻力損失482.859×0.15=72.4289Pa 5.1.3 管網(wǎng)總阻力計算：    管網(wǎng)總阻力損失      H總H直總H局總Pa=482.859+72.4289=555.2879Pa表13 在0及105 Pa氣壓時的值瓦斯?jié)舛?0123456789010.9960.9910.9870.9820.9780.9730.9690.9640.960100.9550.9510.9470.9420.9380.9330.9290.9240.9200.915200.9110.9060.9020.8980.8930.8890.8840.88