瓦斯抽放設(shè)計說明書

XX礦瓦斯抽放設(shè)計闡明書前言宣東礦業(yè)企業(yè)位于張家口市宣化區(qū)東南10km處，礦井年設(shè)計生產(chǎn)能力90萬噸，服務(wù)年限64年，井田面積21.9km2。礦井為一對立井開拓，中央并列抽出式通風(fēng)方式。礦井主扇為兩臺BDK-8-№24對旋風(fēng)機，重要大巷為一進(jìn)兩回。礦井前期設(shè)計通風(fēng)能力為85m3/s，后期通風(fēng)能力為125m3/s。一、設(shè)計的基礎(chǔ)條件礦井11月投產(chǎn)至今，先后開采了33101和33103兩個采煤工作面。在兩面的開采過程中，常常由于瓦斯超限，使工作面時采時停不能正常生產(chǎn)。經(jīng)實際測定，礦井絕對瓦斯涌出量為40.3m3/min，綜采工作面絕對瓦斯涌出量為18.85m3/min，掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量為6m3/min，屬高瓦斯礦井。與精查地質(zhì)匯報提供的礦井相對瓦斯涌出量為5.54m3/t（屬低瓦斯礦井）比較相差較遠(yuǎn)。為處理瓦斯問題采用了多種治理措施和措施，即在33101回采時，先后采用了加大礦井總進(jìn)風(fēng)量、局扇抽下隅角瓦斯、支架間安設(shè)局扇吹下隅角瓦斯、開區(qū)均壓和“U+L”通風(fēng)系統(tǒng)等一系列措施，初步總結(jié)出采面采用”U+L”通風(fēng)措施（即U型通風(fēng)加一條尾巷的措施）可勉強維持生產(chǎn)，并在33103回采工作面得到深入驗證。但總體來說，此法雖見一定效果，但不能從主線上處理瓦斯問題?，F(xiàn)礦井有一種正在生產(chǎn)的回采工作面（33104），一種正在準(zhǔn)備的回采工作面（33203），四個煤巷掘進(jìn)工作面，一種巖巷掘進(jìn)工作面?，F(xiàn)運行的2#主扇的葉片角度平均為42.5°，負(fù)壓為190mmH2O，礦井總進(jìn)風(fēng)量5700m3/min,為主扇最大能力。在生產(chǎn)過程中，礦井總回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.75%左右，基本到達(dá)了《規(guī)程》容許濃度的上限，且33104膠帶順槽及集中膠帶巷瓦斯超限問題嚴(yán)重地制約著采面生產(chǎn)，再加上33203工作面的投產(chǎn)，礦井瓦斯總的涌出量必將增大，瓦斯問題將是影響礦井安全生產(chǎn)的瓶頸。11月，為了徹底處理礦井瓦斯問題，也為了使正常的生產(chǎn)行為符合《規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，集團企業(yè)上下一致認(rèn)為必須建立礦井瓦斯抽放系統(tǒng)進(jìn)行抽放，因此委托撫順分院對宣東二礦進(jìn)行礦井瓦斯抽放的初步設(shè)計及資金估算。煤炭科學(xué)研究總院撫順分院在4月受盛源集團宣東礦業(yè)有限企業(yè)的委托對宣東二礦進(jìn)行了礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試及抽放瓦斯可行性研究，在此基礎(chǔ)上，又受其委托（《委托書》附后）進(jìn)行了該礦的抽放瓦斯工程初步設(shè)計。在可行性匯報的基礎(chǔ)上，通過周密細(xì)致的現(xiàn)場調(diào)研、資料搜集、實地踏勘以及充足論證、分析比較后，現(xiàn)提出本抽放瓦斯工程初步設(shè)計。二、設(shè)計的重要根據(jù)1礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試及抽放瓦斯可行性研究匯報煤炭科學(xué)研究總院撫順分院；2宣東二礦提供的其他地質(zhì)資料和生產(chǎn)實測資料；3宣東二礦礦井優(yōu)化初步設(shè)計及有關(guān)設(shè)計、施工圖北京煤礦設(shè)計研究院；4宣東井田精查地質(zhì)匯報；5礦井抽放瓦斯工程設(shè)計規(guī)范（MT5018-96）中華人民共和國煤炭工業(yè)部；6委托書盛源集團宣東礦業(yè)有限企業(yè)。三、設(shè)計的指導(dǎo)思想1在符合規(guī)范規(guī)定、滿足使用的前提下，盡量減少造價、節(jié)省投資；2運用原有巷道、已經(jīng)有土地，不此外征購地，不增長開拓費用；3地面泵站盡量集中建設(shè)，便于后期運用；4設(shè)備、管材選型留有余地，便于系統(tǒng)的改擴建和此后進(jìn)行瓦斯運用；5采用工藝先進(jìn)、符合實際。四、本次設(shè)計的重要內(nèi)容1對宣東二礦礦井瓦斯賦存狀況、抽放的必要性及可行性、抽放措施確實定、抽放效果的估計等進(jìn)行論述；2井下瓦斯抽放管網(wǎng)與主管路敷設(shè)及管路選擇、鉆孔布置及鉆進(jìn)設(shè)備選型；3地面抽放泵站設(shè)計，包括設(shè)備選型、土建工程、總平面布置及給排水、供電、供暖、通信及安全監(jiān)測等輔助環(huán)節(jié)；4抽放瓦斯管理及安全措施；5技術(shù)經(jīng)濟分析和工程投資概算。第一章礦井概況第一節(jié)井田概況及地質(zhì)特性一、交通位置宣東二號井田位于河北省張家口地區(qū)宣化縣東南，距宣化城約10km，大部分地區(qū)從屬宣化縣顧家營鄉(xiāng)所轄，部分位于張家口市下花園區(qū)辛莊子鄉(xiāng)，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)115°07′18″～115°11′16″,北緯40°31′20″～40°34′52″。本井田交通十分以便，京包鐵路與京張公路由井田西南部通過；北部約距東西方向的宣（化）龐（家堡）鐵路3.5km；新修的110國道東段已修通至本礦井工業(yè)廣場，其他未修段將從井田中部通過。二、氣象及地震狀況本區(qū)屬寒溫帶大陸性氣候，夏季涼爽短促，冬季寒冷漫長，干燥而少雨，多風(fēng)沙，年大風(fēng)（>17m/s）日數(shù)為40天左右，并多發(fā)生在3～5月份，最大風(fēng)速達(dá)28m/s，本區(qū)氣溫變化較大，年平均氣溫7.6°，最低氣溫-25.4℃，最高氣溫39.1℃，年平均降雨量390.07mm，最大降雨量為675.6mm，最小為238.1mm，且多集中在7～8月份。年平均蒸發(fā)量為1964.7mm，最大為2327.1mm，最小為1669.5mm，早霜期始于9月下旬，晚霜期終于翌年4月中旬，無霜期為135天，最大凍土深度為1.52m。根據(jù)宣化地震辦公室資料，當(dāng)?shù)貐^(qū)地震烈度為8度。三、地質(zhì)特性1地層、地質(zhì)構(gòu)造井田內(nèi)鉆孔揭發(fā)及地表出露的地層由老至新有：上元古界青白口系下馬嶺組、長龍山組；中生界侏羅系中、下統(tǒng)下花園組、中統(tǒng)九龍山組，髫髻山組；新生界第四系。本井田位于宣后向斜的西北翼，為一NE走向，SE傾向的單斜構(gòu)造，地層平緩，傾角5℃～15℃。有一條方向性很好的撓曲，稱之為南灘撓曲。井田內(nèi)構(gòu)造較簡樸，斷層稀少，落差在30m以上的斷層僅有一條（F2）,且為井田邊界；落差10～30m的斷層有2條，落差2～10m的正斷層點4個?？傊飿?gòu)造屬簡樸類型，但煤層仍有小的波狀起伏和小斷層分布，這些小構(gòu)造均使煤層發(fā)生上、下錯動或使煤層斷薄、斷失及破碎成葉片狀。從宣東一號井在開采過程中小斷層的發(fā)現(xiàn)，也深入證明本區(qū)小斷層的發(fā)育。這些小構(gòu)造均呈NE走向，SE傾向，且均分布在井田的9勘探線以東的南灘撓曲的兩翼，故對9勘探線以東的水文地質(zhì)及開采技術(shù)條件有一定的影響，尤其是給綜合機械化采煤帶來一定的影響。重要斷層特性表見表1-1。2煤層及煤質(zhì)井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)下花園組。上覆侏羅系中統(tǒng)九龍山組、髫髻山組和第四系。下花園組含可采及局部可采煤層五層，平均厚度10.8m。Ⅲ3煤層位于上部，為重要可采煤層，厚度在0.85～6.96m，平均2.38m；Ⅴ2煤層平均厚度為2.43m，屬較穩(wěn)定型，也是重要可采煤層，其他Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3為不穩(wěn)定型，是局部可采煤層。煤質(zhì)以中灰、特低磷、低硫、中高發(fā)熱量的弱粘煤為主，約占總儲量的59.6%，次為氣煤及1/3焦煤。各煤層的穩(wěn)定性及可采煤層特性見表1-2，煤質(zhì)特性見表1-3。可采煤層厚度及層間距表表1-2四、煤層瓦斯含量根據(jù)河北煤田地質(zhì)勘探企業(yè)對宣東一號井1991、1992年測定資料，該井相對瓦斯涌出量均在6.0m3/t如下，鑒定成果為低瓦斯礦井。宣東二號井精查地質(zhì)匯報對28個地勘鉆孔采用了瓦斯樣74個，其中Ⅲ3煤18個，CH4成分為48.26%，CH4含量為1.47m3/t；Ⅳ1煤樣2個，CH4成分為44.53%，CH4含量為2.53m3/t；Ⅳ2煤樣8個，CH4成分為58.36%，CH4含量為1.93m3/t；Ⅴ2煤樣6個，CH4成分為58.40%，CH4含量為2.72m3/t。根據(jù)礦井的開拓布置、初期采區(qū)的位置，經(jīng)計算礦井瓦斯相對涌出量為5.54m3/t，屬低瓦斯礦井。但礦井自投產(chǎn)以來，瓦斯涌出量一直較大，與預(yù)測的低瓦斯礦井的瓦斯涌出量有較大的出入。根據(jù)對宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯含量的實測以及由經(jīng)典回采工作面瓦斯涌出量的計算可知，宣東二礦煤層瓦斯含量在走向上的變化規(guī)律是伴隨向NE的延伸瓦斯含量有增大的趨勢；在傾向上的變化規(guī)律是瓦斯含量隨采深的增長而增大。根據(jù)對宣東二礦礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)的測定成果知，Ⅲ3煤層瓦斯含量為5.44~7.57m3/t，平均為7.20m3/t。由于主采煤層Ⅴ2以及其他局部可采煤層尚未揭發(fā)，無任何實測資料可供參照，因此其瓦斯含量參照Ⅲ3煤層的平均瓦斯含量取7.20m3/t。五、水文地質(zhì)本井田按其地層層序、巖性及其富水性和煤層的關(guān)系可分為6個含水巖組12個含水層。在這12個含水層中除九龍山組二段凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)礫巖含水層和第四系中段砂礫石、卵石含水層為富水性中等的承壓含水層外，其他都為富水性較弱的含水層。其中第四系底部砂礫石含水層，在本井田內(nèi)較大面積基巖呈“天窗”接觸，使其與煤系砂巖、輝綠巖、九龍山組各段，髫髻山組等各含水層之間也許發(fā)生水力聯(lián)絡(luò)。另從水文地質(zhì)剖面上反應(yīng)出髫髻山組，九龍山組各段含水層之間均無較穩(wěn)定的隔水層存在，但在井田內(nèi)單孔多層次抽水試驗中，靜止水位的觀測資料闡明，各含水層間均有水位差存在，表明上述各含水層間水力聯(lián)絡(luò)又不親密。井田內(nèi)構(gòu)造較為簡樸，只有幾條落差較小的斷層，斷層的導(dǎo)水性能差或不導(dǎo)水。由于下花園組砂巖裂隙含水層富水性較弱，開采時涌水不會太大，重要是開采后塌陷裂隙連通上覆承壓含水層使礦井充水。精查地質(zhì)匯報中根據(jù)設(shè)計提供的首采區(qū)范圍，根據(jù)各含水層與重要可采煤層的關(guān)系，確定下花園組砂巖裂隙含水層，九龍山組1段砂礫巖裂隙含水層、輝綠巖裂隙含水層為直接充水含水層，并采用直線隔水邊界和無限隔水邊界大井法計算確定出礦井正常涌水量為335m3/h，最大涌水量為500m3/h。第二節(jié)礦井概況一、井田境界北以緯線4494750為界，西南以V2煤層剝蝕線取拐點連線為界，西以F2斷層與宣東一號井相鄰，東北以0-0勘探線為界，東南以13-3、5-6、0-3鉆孔連線為界。井田走向長約5.2km，傾斜平均寬5.25km，面積26km2。二、煤層儲量參與儲量計算的煤層有Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3和Ⅴ2煤層。煤層最低可采厚度按弱粘煤為0.8m、氣煤和1/3焦煤為0.7m計算。由于煤層平緩，傾角為5°~15°，故儲量計算面積采用水平投影面積，計算措施采用塊段法。根據(jù)以上原則儲量計算成果匯總于表1-4。礦井地質(zhì)儲量表表1-4（單位：萬t）三、礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限根據(jù)礦井儲量、煤量賦存狀況及開采技術(shù)條件，宣東二礦設(shè)計生產(chǎn)能力為0.90Mt/年，初期以開采Ⅲ3煤層為主。服務(wù)年限為64.3年，其中一水平為36.0年。四、井田開拓及采區(qū)巷道布置1井田開拓礦井為一對立井開拓，副立井罐籠提高，主立井箕斗提高并兼作回風(fēng)井。井筒開鑿至-230m標(biāo)高設(shè)置-230m水平井底車場，并以三條長約700m的大巷進(jìn)入采區(qū)，形成礦井的重要開拓系統(tǒng)。礦井工業(yè)廣場位于京包鐵路和京張公路之間，主、副井井口布置在工業(yè)廣場中部113鉆孔附近，主井井口標(biāo)高為+595m，副井井口標(biāo)高為+595.3m。2水平劃分根據(jù)井田可采煤層賦存特點，將距離較近的Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅳ3煤層劃為一種上開采煤組，Ⅴ2煤層為一種下開采煤組。由于各煤層在井田內(nèi)賦存標(biāo)高在-100~-500m之間，且上、下兩個開采煤組相距較遠(yuǎn)，故全井田共劃分為二個水平，其中第一水平標(biāo)高-230m，運用上、下山開采上煤組，第二水平標(biāo)高為-350m，運用上、下山開采下煤組。3大巷布置根據(jù)礦井開拓布置，井筒位置偏離井田中央，礦井初期為單翼開采，從有助于安全、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、簡化管理等角度考慮，同步井田走向長度較短，設(shè)計共布置3條大巷，即-230水平軌道運送大巷、-230水平膠帶運送大巷和-200總回風(fēng)大巷。4采區(qū)劃分及開采次序根據(jù)礦井開拓水平劃分及煤層分組狀況，本著合理開發(fā)、簡化開拓系統(tǒng)，減少井巷工程量，有助于礦井通風(fēng)和回采，保證礦井生產(chǎn)采區(qū)正常接替等原則，將全井田兩個水平共劃分為10個采區(qū)，每個水平各5個采區(qū)，其中6個上山采區(qū)，4個下山采區(qū)?，F(xiàn)-230水平已形成兩個采區(qū)，即Ⅲ3一采區(qū)和Ⅲ3二采區(qū)。一采區(qū)為首采區(qū)，首采工作面33101綜采工作面于6月份結(jié)束并予以封閉。全井田采用采區(qū)前進(jìn)式開采，由井筒附近向井田邊界依次開采。采區(qū)內(nèi)工作面采用后退式開采。各煤層間采用下行式開采。5采區(qū)巷道布置及采煤措施采區(qū)上、下山的運送巷和軌道巷均布置在Ⅲ3煤層中，沿煤層頂板掘進(jìn)，以保持巷道頂板的完整性，改善巷道的維護條件。膠帶運送大巷與運送上、下山采用煤倉和進(jìn)風(fēng)斜巷聯(lián)絡(luò)，軌道大巷與軌道上、下山采用石門和斜巷聯(lián)接。工作面順槽采用沿空掘巷方式。采煤方式開始為走向長壁采煤法，冒落法管理頂板，現(xiàn)由于受地質(zhì)條件的影響改為傾斜長壁冒落式采煤法。五、礦井通風(fēng)根據(jù)礦井精查地質(zhì)匯報，宣東二礦屬低瓦斯礦井。但自礦井開拓投產(chǎn)以來，礦井瓦斯涌出量一直很大。據(jù)和的礦井瓦斯等級鑒定確定為高瓦斯礦井，其中的鑒定成果為礦井絕對瓦斯涌出量為43.05m3/min，相對瓦斯涌出量為32.04m3/t。根據(jù)煤樣分析，Ⅲ3煤層煤塵有爆炸危險。又根據(jù)四月份對兩個采區(qū)煤層最短自然發(fā)火期測試分析，Ⅲ3煤層易自燃，自燃傾向等級為二類自燃，最短發(fā)火期為41天。礦井采用中央并列抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。由副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)。礦井總進(jìn)風(fēng)量為5700m3/min，總回風(fēng)量為6500m3/min。主扇風(fēng)機與備扇風(fēng)機均為BDK-8-№24型對旋式扇風(fēng)機，配用PBF355S4-8型防爆電機，功率為160×2kW，提風(fēng)量為6450m3/min。第二章礦井年抽放量及抽放年限第一節(jié)礦井瓦斯儲量及可抽量一、瓦斯儲量計算范圍計算范圍為整個礦井的所有采區(qū)，面積約23km2，瓦斯儲量計算的縱向范圍為礦井一、二水平。參與瓦斯儲量計算的煤層除現(xiàn)開采層Ⅲ3煤層和后期的開采層Ⅴ2煤層外，還包括受開采層采動影響能向礦井涌出瓦斯的鄰近層Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3、Ⅴ2上煤層以及圍巖中的瓦斯。二、瓦斯儲量及可抽量瓦斯儲量一般是指煤田開發(fā)過程中可以向礦井排放瓦斯的煤層（包括不可采煤層）及圍巖所賦存的瓦斯總量，其計算公式為：式中：Wk—礦井瓦斯儲量，Mm3；W1—可采煤層的瓦斯儲量之和，Mm3；A1i—礦井第i個可采煤層的煤炭儲量，kt；X1i—第i個可采煤層的瓦斯含量，m3/t；W2—可采煤層采動影響范圍內(nèi)的不可采鄰近煤層的瓦斯儲量之和，Mm3；A2i—可采煤層采動影響范圍內(nèi)第i個不可采鄰近煤層的煤炭儲量，kt；X2i—可采煤層采動影響范圍內(nèi)第i個不可采鄰近煤層的瓦斯含量，m3/t；W3—受采動影響的圍巖瓦斯儲量，Mm3；k—圍巖瓦斯儲量系數(shù)，計算時將不可采薄煤層及其他煤線在這里一并考慮，取k=0.15?？沙橥咚沽渴侵傅V井瓦斯儲量中能被抽出的瓦斯量，其計算公式為：式中：Wkc—礦井可抽瓦斯量，Mm3；ηk—礦井瓦斯抽放率，%。按照我國目前抽放瓦斯的實際水平，結(jié)合本礦抽放所采用的措施（本煤層抽放、鄰近層抽放），ηk取30%。根據(jù)上述計算措施和公式，宣東二礦瓦斯儲量及可抽量的計算成果匯總于表2-1。瓦斯儲量及可抽量匯總表表2-1第二節(jié)礦井年抽放量及抽放年限一、礦井年抽放量1．礦井工作制度設(shè)計礦井年抽放365天，日工作班數(shù)為三班，每班工作八小時，每天抽放24小時。2．礦井年抽放量礦井抽放瓦斯量到達(dá)設(shè)計規(guī)定期，瓦斯抽放量為25.26m3/min，即年抽放量為13.28Mm3。二、礦井抽放年限由于礦井設(shè)計采用本煤層預(yù)抽、邊采邊抽、邊掘邊抽、采空區(qū)抽放以及鄰近層抽放相結(jié)合的綜合抽放措施，因此其抽放服務(wù)年限將與礦井生產(chǎn)服務(wù)年限相稱。第三章建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件第一節(jié)瓦斯涌出量的計算由于礦井開采后，瓦斯涌出量與礦井優(yōu)化設(shè)計時預(yù)測的瓦斯涌出量差異較大，故煤炭科學(xué)研究總院撫順分院受盛源集團企業(yè)委托對宣東二礦的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行重新測定。但由于受礦井煤層揭發(fā)狀況、施工地點地質(zhì)條件以及鉆機性能等影響，目前瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)還不完整，此后有條件時尚需進(jìn)行補充測定。一、基礎(chǔ)參數(shù)宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯基本參數(shù)實測及參照值如下：煤層原始瓦斯壓力0.78MPa(推算值)煤層平均瓦斯含量7.20m3/t平均殘存瓦斯含量2.732m3/t煤的孔隙體積0.112m3/t煤對瓦斯吸附常數(shù)a=26.88,b=0.47煤層透氣性系數(shù)=0.129m2/Mpa2?d；瓦斯含量梯度0.009m3/t?m鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.018d-1百米鉆孔極限自然瓦斯流量1690.93m3百米鉆孔初始瓦斯流量0.021m3/min二、瓦斯涌出量計算盛源集團宣東二礦的瓦斯涌出來源重要分為兩個部分：在開采Ⅲ3煤層時，一部分瓦斯來源于其上、下鄰近層，一部分來源于開采層自身；在開采Ⅴ2煤層時，一部分瓦斯來源于上、下鄰近層，一部分來源于其本層的瓦斯。根據(jù)《盛源集團宣東二礦優(yōu)化初步設(shè)計》，一水平Ⅲ3煤層的服務(wù)年限為36年，因此本設(shè)計中的瓦斯涌出量計算只考慮了一水平Ⅲ3煤層開采時的本煤層、鄰近層和圍巖瓦斯涌出，二水平瓦斯涌出量將在礦井開采后期擴大抽放中進(jìn)行計算。1．回采工作面瓦斯涌出量計算薄煤層及中厚煤層不分層開采時，回采工作面的瓦斯涌出量包括開采層（含圍巖）和鄰近層瓦斯涌出的計算公式為：式中：q1—回采工作面瓦斯涌出量，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)，其值為工作面回采率的倒數(shù)，取回采率為90%；k3—準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；運用長壁后退式回采時，系數(shù)k3按下式確定：L—回采工作面長度，m,L=125m；h—巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m。h=15m；m0—開采煤層厚度，m；m—煤層開采厚度，m；X0—開采煤層原始瓦斯含量，m3/t；X1—開采煤層煤的殘存瓦斯含量，m3/t；mi—第i鄰近層煤厚，m；X0i—第i鄰近層原始瓦斯含量，m3/t；Xci—第i鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；ki—第i鄰近層的瓦斯排放率，ki與鄰近層至開采層的間距有關(guān)；可按下式確定：hi─第i鄰近層至開采層垂直距離，m；hp─受開采層采動影響頂?shù)装鍘r層形成貫穿裂隙、鄰近層向工作面釋放卸壓瓦斯的巖層破壞范圍，m；按下式計算：ky─取決于頂板管理方式的系數(shù)，所有冒落法ky＝60；α─煤層傾角，°，計算頂板的影響范圍時取“+”,計算底板的影響范圍時取“－”。盛源集團宣東二礦各采區(qū)工作面的瓦斯涌出量計算成果見表3-1。2.掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量包括掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量，計算公式如下：式中：q2—掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量，m3/min；n—煤壁暴露面?zhèn)€數(shù)，n＝2；m0—掘進(jìn)工作面的煤層厚度，m；v—巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；l—巷道長度，m；q0—煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2?min；Vdaf—煤的揮發(fā)份含量，%；S—掘進(jìn)巷道斷面積，m2；S＝8.5m2；γ—煤的密度，t/m3,γ＝1.41t/m3；X0—開采煤層原始瓦斯含量，m3/t；X1—開采煤層煤的殘存瓦斯含量，m3/t；盛源集團宣東二礦掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量計算成果見表3-2。3.礦井瓦斯涌出量礦井的瓦斯涌出量按下式計算：式中：qk—礦井瓦斯涌出量，m3/t；K1—生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取K1＝1.25；K2—已采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取K2=1.15；q1i—第i個回采工作面的瓦斯涌出量，m3/min;q2j—第i個掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量，m3/min;A0—礦井平均日產(chǎn)量，t。按上述式子計算出的盛源集團宣東二礦瓦斯涌出量預(yù)測成果見表3-3。第二節(jié)抽放瓦斯的必要性和也許性一、抽放瓦斯的必要性從安全生產(chǎn)的角度考慮，采掘工作面實行瓦斯抽放必要性的判斷原則是：采掘工作面的絕對瓦斯涌出量不小于通風(fēng)所容許的瓦斯涌出量，即采掘工作面設(shè)計風(fēng)量不不小于稀釋瓦斯所需風(fēng)量，亦即有下式成立時，抽放瓦斯才是必要的。式中：Q0—采掘工作面設(shè)計風(fēng)量，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)；C—《煤礦安全規(guī)程》容許的工作面瓦斯?jié)舛龋?。同步，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，一種采煤工作面絕對瓦斯涌出量不小于5m3/min,或一種掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量不小于3m3/min,采用通風(fēng)措施處理不合理的，必須建立瓦斯抽放系統(tǒng)，開展瓦斯抽放工作。1.回采工作面抽放瓦斯的必要性分析當(dāng)回采工作面的瓦斯涌出量高于通風(fēng)能力所容許的瓦斯涌出量，單靠通風(fēng)稀釋無法到達(dá)設(shè)計產(chǎn)量時，即有下式成立，瓦斯抽放才是必要的。式中：A─回采工作面設(shè)計產(chǎn)量，Mt/a；A0─回采工作面通風(fēng)能力所容許的最大年產(chǎn)量，Mt/a；Q0─回采工作面的通風(fēng)能力，按設(shè)計Q0=20～30m3/s；C─《煤礦安全規(guī)程》容許的工作面瓦斯?jié)舛龋?,取C＝1；K─回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，K=1.5；q─回采工作面的瓦斯涌出量，m3/t。根據(jù)上式確定的盛源集團宣東二礦回采工作面抽放瓦斯必要性成果見表3-4。假如不采用抽放瓦斯措施，盛源集團宣東二礦回采工作面不也許到達(dá)設(shè)計的產(chǎn)量，因此回采工作面抽放瓦斯是必要的。2.掘進(jìn)工作面抽放瓦斯的必要性分析在設(shè)計的掘進(jìn)速度下，當(dāng)掘進(jìn)工作面通風(fēng)能力不不小于稀釋瓦斯所需的風(fēng)量，即下式成立時，抽放是必要的。式中：Q0─掘進(jìn)工作面設(shè)計通風(fēng)能力，m3/s，一般Q0=10～15m3/s；Q─掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min；K─瓦斯涌出不均衡系數(shù)，K=1.5；C─《煤礦安全規(guī)程》容許的工作面瓦斯?jié)舛龋?,取C＝1；通過計算，盛源集團宣東二礦的掘進(jìn)工作面在600m3/min的通風(fēng)能力下，目前無需采用抽放瓦斯措施也勉強可以到達(dá)300m/mon的掘進(jìn)速度。但假如想深入提高掘進(jìn)速度以及伴隨向礦井深部的延伸，瓦斯涌出量必然增大（如前所述某些掘進(jìn)面已經(jīng)不小于3m3/min），屆時為保證礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)，采用邊掘邊抽的措施是一條有效的技術(shù)措施。綜上所述，結(jié)合目前33101和33103工作面的實際生產(chǎn)狀況，盛源集團宣東二礦在生產(chǎn)期間為到達(dá)設(shè)計產(chǎn)量，必須對回采工作面采用抽放瓦斯措施。二、瓦斯抽放的也許性1.開采層瓦斯抽放的也許性開采層抽放瓦斯的也許性，是指煤層在天然透氣性條件下進(jìn)行預(yù)抽的也許性。衡量其可抽性的指標(biāo)，一種為煤層的透氣性系數(shù)（λ）、一種為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）、另一種為百米鉆孔瓦斯極限抽放量（Qj），據(jù)此指標(biāo)將煤層預(yù)抽瓦斯的難易程度進(jìn)行分類，如表3-5所示。盛源集團宣東二礦實測的瓦斯可抽性指標(biāo)為：鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α=0.018d-1煤層透氣性系數(shù)=0.129m2/Mpa2?d；百米鉆孔極限自然瓦斯流量Qj=1690.93m3對照表3-5可知，盛源集團宣東二礦的Ⅲ3煤層從鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)來鑒定屬于可以抽放的煤層，而從百米鉆孔極限自然瓦斯流量鑒定又屬于較難抽放的煤層，根據(jù)礦井生產(chǎn)過程中的實際狀況，可以認(rèn)為盛源集團宣東二礦的Ⅲ3煤層屬于可以抽放的煤層，具有本煤層瓦斯抽放的條件。2.鄰近層瓦斯抽放的也許性鄰近層抽放瓦斯技術(shù)是一項成熟的治理瓦斯災(zāi)害的技術(shù)，我國的陽泉、松藻、鐵法、淮南、淮北和北票等許多抽放瓦斯礦區(qū)通過幾十年的抽放瓦斯實踐得出：在中、近距離鄰近層賦存條件下，只要鉆孔參數(shù)設(shè)計、施工合理，抽放參數(shù)選擇合適，都能獲得良好的抽放瓦斯效果，工作面鄰近層的瓦斯抽放率一般可以到達(dá)40～70%。盛源集團宣東二礦Ⅲ3煤層開采時，其上部的Ⅲ1、Ⅲ2煤組和下部的Ⅳ1、Ⅳ2煤層均屬于中近距離鄰近層；Ⅴ2煤層開采時，其上部的Ⅳ煤組亦屬于近、中距離的鄰近層，因此只要抽放方式、鉆孔參數(shù)和抽放參數(shù)設(shè)計合理，鉆孔的施工工藝到達(dá)設(shè)計規(guī)定，無疑可獲得良好的抽放瓦斯效果。3.采空區(qū)瓦斯抽放的也許性目前盛源集團宣東二礦的回采工作面使用的是綜采一次采全高，冒落式管理頂板，綜采高度設(shè)計的參數(shù)為2.44～4.52m，而Ⅲ3煤層厚度變化較大，因此采空區(qū)丟煤較多，瓦斯涌出必然較大，加上存在近距離的上下鄰近層，受采動影響向開采層采空區(qū)涌出瓦斯，而采空區(qū)存在大量的瓦斯又向回采工作面涌出，因此，抽放采空區(qū)瓦斯也許性是存在的，并且勢在必行。綜上所述，盛源集團宣東二礦瓦斯抽放是可行的。三、建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件盛源集團宣東二礦絕對瓦斯涌出量達(dá)43.05m3/min(資料)，高峰期可達(dá)50.15m3/min，相對瓦斯涌出量達(dá)24.07m3/t，回采工作面絕對瓦斯涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5m3/min，部分掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量已經(jīng)超過了3m3/min，已經(jīng)具有了建立抽放系統(tǒng)的條件，系統(tǒng)投入抽放后，采用有效的抽放瓦斯措施，礦井穩(wěn)定抽放量可保持在12.25m3/min左右，抽放系統(tǒng)可與礦井生產(chǎn)系統(tǒng)具有同樣的服務(wù)年限，具有了建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。四、抽放站布置1.布置原則抽放瓦斯泵站位置必須符合下列規(guī)定：⑴泵站最佳設(shè)在回風(fēng)井工業(yè)廣場內(nèi)，站房距井口和重要建筑物以及居民點不得不不小于50m，并用柵欄或圍墻保護；⑵泵房內(nèi)和泵房周圍20m以內(nèi)嚴(yán)禁明火；⑶泵站位置應(yīng)考慮到便于運用和敷設(shè)管路；⑷泵站位置應(yīng)選在運送、供水和供電以便的地點；⑸泵站應(yīng)設(shè)在不受洪澇威脅且工程地質(zhì)條件可靠地帶，應(yīng)避開滑坡、溶洞、斷層破碎帶及塌陷區(qū)等。2.位置選擇根據(jù)上述原則，在聽取礦方意見后，采用集中布置，抽放泵房建設(shè)在礦井的工業(yè)廣場邊上。第四章抽放瓦斯措施第一節(jié)礦井瓦斯來源分析一、礦井瓦斯來源及涌出構(gòu)成盛源集團宣東二礦在開采期間的瓦斯來源由如下三部分構(gòu)成：回采工作面的瓦斯涌出、掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)（包括圍巖）的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占礦井瓦斯的涌出比例與礦井的開采深度和礦井的生產(chǎn)接續(xù)布局、采掘強度等有關(guān)，根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測成果（表3-3），計算確定的盛源集團宣東二礦各生產(chǎn)時期的瓦斯涌出構(gòu)成為：初期：回采工作面瓦斯占51.5%，掘進(jìn)工作面瓦斯占28.5%，采空區(qū)瓦斯占20.0%；后期：回采工作面瓦斯占47.9%，掘進(jìn)工作面瓦斯占21.7%，采空區(qū)瓦斯占30.4%；可以看出，盛源集團宣東二礦瓦斯涌出構(gòu)成中以回采工作面瓦斯涌出為主，占全礦井瓦斯涌出量的二分之一左右，因此礦井的瓦斯治理重點應(yīng)放在回采工作面上。二、回采工作面的瓦斯來源及涌出構(gòu)成盛源集團宣東二礦回采工作面瓦斯來源包括開采層和鄰近層（包括圍巖）瓦斯兩大部分。根據(jù)回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測成果（表3-1），計算確定的盛源集團宣東二礦各區(qū)段回采工作面瓦斯涌出構(gòu)成為：開采層瓦斯涌出占42.7%；鄰近層瓦斯涌出占57.3%，其中上鄰近層瓦斯涌出占40.8%，下鄰近層瓦斯涌出占59.2%。三、采空區(qū)瓦斯涌出及涌出構(gòu)成盛源集團宣東二礦為一新建礦井，目前只有一～二個工作面投入生產(chǎn)，采空區(qū)面積很小。不過伴隨礦井生產(chǎn)時間的推移和礦井開采范圍的擴大，采空區(qū)瓦斯涌出量所占的比例勢必將會逐漸加大，因此在礦井生產(chǎn)的中后期對于采空區(qū)瓦斯涌出的治理也應(yīng)當(dāng)予以充足的考慮。綜上所述，從瓦斯涌出構(gòu)成上來看，盛源集團宣東二礦回采工作面瓦斯涌出以鄰近層為主、開采層為輔，中后期采空區(qū)也將有一定比例的瓦斯涌出。因此在對回采工作面采用瓦斯抽放措施時，應(yīng)堅持鄰近層抽放為主、開采層抽放為輔、同步還要兼顧采空區(qū)的瓦斯治理的原則。第二節(jié)抽放瓦斯措施一、選擇抽放瓦斯措施的原則煤礦抽放瓦斯是減少礦井和采區(qū)瓦斯涌出量的有效途徑。我國煤礦的瓦斯抽放措施按瓦斯來源大體可以分為如下五類：(1)開采層瓦斯抽放措施；(2)鄰近層瓦斯抽放措施；(3)采空區(qū)瓦斯抽放措施；(4)圍巖瓦斯抽放措施；(5)綜合抽放瓦斯措施。其中綜合抽放瓦斯措施是前四類措施中兩種或兩種以上措施的配合使用。選擇抽放瓦斯的措施時應(yīng)遵照如下的原則：1.選擇的抽放瓦斯措施應(yīng)適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件；2.抽放措施的選用應(yīng)根據(jù)瓦斯來源及涌出構(gòu)成進(jìn)行，應(yīng)盡量采用綜合抽放瓦斯措施，以提高抽放瓦斯效果；3.選擇的抽放瓦斯措施應(yīng)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.選擇的抽放瓦斯措施應(yīng)有助于抽放巷道的布置與維護；5.選擇的瓦斯抽放措施應(yīng)有助于提高瓦斯抽放效果，減少抽放成本；6.選擇的瓦斯抽放措施應(yīng)有助于鉆場、鉆孔的施工、抽放系統(tǒng)管網(wǎng)敷設(shè)，有助于增長抽放鉆孔的瓦斯抽放時間。二、瓦斯抽放措施根據(jù)第三章對礦井采、掘工作面瓦斯涌出量的預(yù)測、礦井抽放瓦斯必要性的論述和前面對工作面瓦斯來源和涌出構(gòu)成的分析，結(jié)合盛源集團宣東二礦開拓開采技術(shù)條件，可以采用的抽放瓦斯措施有：①本煤層瓦斯抽放；②鄰近層瓦斯抽放；③采空區(qū)瓦斯抽放；④本煤層、鄰近層和采空區(qū)綜合瓦斯抽放。按照盛源集團宣東二礦各區(qū)段回采工作面的設(shè)計產(chǎn)量、瓦斯涌出量、通風(fēng)能力以及目前的瓦斯抽放水平，經(jīng)全面分析計算，盛源集團宣東二礦為到達(dá)設(shè)計的產(chǎn)量，無論南翼還是北翼的各回采工作面都必須采用本煤層、鄰近層和采空區(qū)同步抽放的綜合瓦斯抽放措施，否則難以到達(dá)設(shè)計的生產(chǎn)能力。1.本煤層瓦斯抽放本煤層瓦斯抽放可分為開采層未卸壓抽放和卸壓抽放兩種措施。前已述及，宣東二礦Ⅲ3煤層屬于可以抽放的煤層，設(shè)計在Ⅲ3煤層回采工作面采用未卸壓抽放（預(yù)抽）和邊采邊抽措施，運用工作面軌道順槽向煤層打迎面斜交和平行于工作面的鉆孔預(yù)抽瓦斯。該預(yù)抽鉆孔還可伴隨回采工作面的推進(jìn)前方煤體產(chǎn)生的卸壓作用，實行邊采邊抽煤層瓦斯，從而提高瓦斯抽放率，減少開采層的瓦斯涌出量。預(yù)抽時間在180天以上。根據(jù)目前宣東二礦實測的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量有的已不小于3m3/min，提議采用邊掘邊抽的措施，處理瓦斯涌出量較大的掘進(jìn)工作面的瓦斯問題，以提高巷道的掘進(jìn)速度，緩和礦井采掘接替緊張問題。2.鄰近層瓦斯抽放鄰近層瓦斯抽放是盛源集團宣東二礦瓦斯治理的重點。前已述及，盛源集團宣東二礦的上、下鄰近層均為中、近距離的鄰近層，瓦斯涌出量占全礦井的六成左右，二采區(qū)稍大、一采區(qū)稍小。盛源集團宣東二礦首采Ⅲ3煤層，上覆有Ⅲ1、Ⅲ2煤組，平均間距不不小于20m;Ⅲ3煤層下距Ⅳ1、Ⅳ2煤層，平均間距為14～25m，大部分為局部可采煤層。⑴上鄰近層瓦斯抽放國內(nèi)外對于上鄰近層瓦斯的抽放都積累了成熟的經(jīng)驗，可以采用的措施也較多，如頂板巷道、頂板長鉆孔、頂板短鉆孔等等。針對盛源集團宣東二礦的實際條件，可以選擇的抽放方案有兩個：頂板巷道抽放和長鉆孔結(jié)合短鉆孔抽放。方案一：頂板巷道抽放在Ⅲ3煤層的頂板開一條抽放瓦斯的專用巷道，在Ⅲ3煤層中掘巖石巷道，巷道斷面4～5m2左右，長度約1000m，用來抽放上鄰近層的瓦斯。詳見圖4-1。方案二：長鉆孔結(jié)合短鉆孔抽放在工作面的進(jìn)、回風(fēng)順槽開設(shè)鉆場，鉆場間距為70m，在鉆場內(nèi)施工頂板迎面長鉆孔，每個鉆場內(nèi)布置長鉆孔4個，同步要保證鉆孔的搭接距離不小于10m；為了保障鉆場在接替過程中的瓦斯抽放效果，在每個鉆場的兩側(cè)布置4組短鉆孔，布置的措施為以鉆場為基準(zhǔn)前2后2,短鉆孔組間距10m，每組3個鉆孔。詳見圖4-2。圖4-1上鄰近層抽放瓦斯方案一圖4-2上鄰近層抽放瓦斯方案二方案一長處：①抽放瓦斯效果好；②頂板巖巷的開掘可與工作面順槽掘進(jìn)同步平行作業(yè)，抽放與生產(chǎn)間不互相影響；缺陷：①另開半煤巖巷或巖巷，增長了抽放成本；②巷道開掘過程中出貨、進(jìn)料困難；③長距離的獨頭巷道，增長了通風(fēng)安全管理的難度。方案二長處：①鉆場施工可與工作面順槽掘進(jìn)同步平行作業(yè)；②有助于緩和采掘接續(xù)關(guān)系，縮短出煤工期，減少抽放成本；③長、短鉆孔相結(jié)合，抽放效果很好，綜合其他抽放措施，可以保證工作面到達(dá)設(shè)計的產(chǎn)量。缺陷：①抽放效果不如方案一；②打鉆施工與正常的生產(chǎn)有時會發(fā)生影響；③多條短距離獨頭巷道需局部通風(fēng)，給通風(fēng)管理導(dǎo)致一定困難。本著以處理工作面瓦斯問題為前提，并考慮盡量減少抽放的井巷工程量、減少抽放成本、縮短出煤工期等原因，本設(shè)計采用方案二，即以頂板迎面長鉆孔結(jié)合短鉆孔替代頂板瓦斯巷抽放上鄰近層瓦斯。⑵下鄰近層瓦斯抽放針對宣東二礦既有的開拓開采條件，結(jié)合下鄰近層瓦斯的涌出規(guī)律，下鄰近層的瓦斯抽放擬歸結(jié)到采空區(qū)的抽放上，即運用采空區(qū)抽放來抽出伴隨工作面的推進(jìn)、卸壓范圍的擴大而不停涌向采空區(qū)的鄰近層瓦斯。3.采空區(qū)瓦斯抽放宣東二礦由于開采時間較短，老采空區(qū)面積不大，但伴隨礦井開采時間的延長與開采范圍的擴大，由于是采區(qū)前進(jìn)式的布置，未來采空區(qū)涌出的大量瓦斯無疑將加重礦井的通風(fēng)承擔(dān)。設(shè)計目前對采空區(qū)采用上向鉆孔抽放法。鉆孔法是在回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)鉆場，鉆場間距30m，每個鉆場內(nèi)布置5個上向鉆孔。詳見圖4-3。同步，假如鉆孔施工有困難時也可采用半封閉插管抽放法。但其抽放效果不如上向鉆孔抽放法。半封閉插管抽放法詳見圖4-4。圖4-3采空區(qū)上向鉆孔抽放法圖4-4采空區(qū)半封閉插管抽放法三、抽放巷道布置盛源集團宣東二礦井下本煤層瓦斯抽放、上下鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放不增設(shè)專門的抽放瓦斯巷道，所有運用工作面已經(jīng)有的開拓開采巷道，即運用軌道巷布置回采工作面預(yù)抽鉆孔（后期用作邊采邊抽）和頂板長鉆孔和短鉆孔抽放上鄰近層瓦斯，運用-230m大巷抽放一部分下鄰近層瓦斯，運用瓦斯尾巷布置采空區(qū)插管抽放和施工采空區(qū)抽放的引導(dǎo)鉆孔。四、鉆場、鉆孔布置1.鉆場的布置位置、間距、鉆場尺寸及支護形式設(shè)計的抽放措施中，在上鄰近層抽放瓦斯和在掘進(jìn)工作面邊掘邊抽時需開設(shè)鉆場。上鄰近層抽放瓦斯鉆場布置在進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)的Ⅲ3煤層頂板中，鉆場間距