瓦斯抽放课程设计报告中.doc

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1、第三章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证 第一节 煤层瓦斯储量计算 瓦斯储量系指煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层（包括不可采煤层）及围岩所赋存的瓦斯总量，瓦斯储量的大小反映矿井瓦斯资源情况，同时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标，根据煤矿瓦斯抽放规范AQ1027-2006中相关的计算方法，其计算公式为：式中：Wk矿井瓦斯储量，Mm3；W1可采煤层的瓦斯储量之和，Mm3；A1i矿井每一个可采煤层的煤炭储量，Mt；n 矿井可采煤层层数；X1i每一个可采煤层的瓦斯含量，m3/t；W2可采煤层采动影响范围内的不可采邻近煤层的瓦斯储量之和，Mm3；A2i可采煤层采动影响范围内每一个不可采煤层的煤炭

2、储量，Mt。采动影响范围：上邻近层取50m60m，下邻近层取20m30m；X2i可采煤层采动影响范围内每一个不可采邻近煤层的瓦斯含量，m3/t；n 矿井可采煤层采动影响范围内的不可采煤层数；W3受采动影响的围岩瓦斯储量，Mm3；当围岩瓦斯很小时，W3=0；若含瓦斯量多时，可实测或按下式计算：k围岩瓦斯储量系数，一般取0.050.20。由于本矿井还有其余不可采煤层无法知道具体储量，计算时将不可采薄煤层及其它煤线在这里一并考虑，取k=0.20。可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，其计算公式为：式中：Wkc矿井可抽瓦斯量，Mm3； k矿井瓦斯抽放率，%。按照我国目前抽放瓦斯的实际水平，k取

3、30%。第二节工作面可抽放量计算、抽放必要性可行性论证一、工作面瓦斯抽放量预计 （一）回采工作面瓦斯抽放量计算1、本煤层瓦斯抽放量计算本矿井15号煤层的回采工作面在采前都必须预抽瓦斯，预抽工作安排在工作面采前的备用期。按预抽瓦斯时间为365天考虑，工作面在预抽期内的平均瓦斯抽放量按下式计算：qKL1L2MX /365/1440 式中：q预抽期间平均瓦斯抽放量，m3/min；K邻近层和围岩瓦斯储量系数，K=1.1；L1工作面长度，m，L1=70 m；L2工作面平均走向长度，m；M煤层平均厚度，m，M=4.82 m；煤层平均容量，t/m3，=1.47t/m3；X预抽煤层瓦斯含量， m3/t，X=3

4、.57m3/t；瓦斯预抽率，30%。2、本煤层边采边抽量计算本煤层预抽钻孔在工作面开始回采后，仍可在工作面前方形成的卸压带内继续发挥抽放到作用，相当于一组边采边抽到钻孔对本煤层瓦斯进行抽放。因工作面回采所引起应力重新分布，在工作面前方有一条超前卸压带，卸压带内煤体裂隙增加，透气性增大，处于此卸压带内钻孔瓦斯涌出量会显著增加，这在许多矿井的抽放工作考察中得到证实。一般在卸压带内单孔抽放量可提高到平时预抽时的35倍、最大可达到10倍左右，随着工作面回采的推动，此起边采边抽的钻孔同样在随之移动并且一直存在，同时工作面原有的预抽钻孔仍有一部分在预抽。设计回采工作面开采期间的边采边抽利用回采工作面原有预

5、抽钻孔和抽放管路进行。根据其他地区矿井的抽放经验，当工作面采至钻孔附近时，由于煤体卸压作用，使得边采边抽钻孔的抽放量大大提高，按照煤矿瓦斯抽放规范的有关规定及目前的抽放技术，回采工作面边采边抽的抽放量可以达到回采工作面瓦斯涌出量的1020%，结合本井田其它地区边采边抽的经验，按15%预计抽放量。 （二）邻近层瓦斯抽放量计算从具有相类似赋存地质情况的其他矿区采用的回风顺槽大直径钻孔抽放邻近层的抽放效果来看，只要确切地掌握邻近层瓦斯涌出情况，钻孔参数合理，该抽放方法可以替代顶板高位巷抽放，工作面瓦斯抽放率可达3060%以上，结合本井田其它地区邻近层抽放的经验，按50%预计抽放量。 （三）掘进工作面

6、瓦斯抽放量计算掘进工作面瓦斯抽放采用边掘边抽方式，根据我国煤巷掘进的实际情况，掘进工作面边掘边抽的抽放量可以达到掘进工作面煤壁瓦斯涌出量的2050%，结合其他透气性系数与衰减系数相当的地区边掘边抽的经验，按掘进瓦斯涌出量的30%左右预计抽放量。矿井在生产能力为0.6Mt/a生产期间，掘进工作面瓦斯涌出量总共约为1.6m3/min，预计该时期矿井掘进工作面边掘边抽瓦斯量为0.53m3/min左右。二、矿井瓦斯来源分析矿井瓦斯来源是确定抽放方法的主要依据，因此，应尽量详细地做好以下测量工作：测定出掘进、采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量的比例；准确地判断出采区工作面的瓦斯主要来自本煤层

7、还是邻近层。一般把回采工作面老顶初次冒落前的平均瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量，而将老顶初次冒落后的平均瓦斯涌出增加量认为是邻近层的瓦斯涌出量。 （一）矿井瓦斯来源及涌出构成根据对本煤矿瓦斯涌出量的预测，可以得出本矿井在达产时瓦斯来源由以下三部分组成：回采工作面(包括围岩及邻近层)的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出和采空区(包括围岩和邻近层)的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占矿井瓦斯的涌出比例与矿井的开采深度和矿井的生产接续布局、采掘强度等有关。经对矿井各部分进行瓦斯涌出量预测结果，可以得出各涌出源所占本矿井瓦斯涌出量的百分比，如表3-2-1恒昌煤矿瓦斯涌出构成表所示：恒昌煤矿矿井瓦斯涌出量构

8、成表 表3-2-1瓦斯来源回采工作面掘进工作面采空区矿井平均瓦斯涌出量(m3/min)涌出量(m3/min)24.661.614.7741.03所占百分比（%）60.004.0036.00100.00在达产时期的瓦斯涌出构成为：回采工作面瓦斯占60%，掘进工作面瓦斯占4%，采空区瓦斯占36%，由此可以看出，达产后的瓦斯涌出构成中：回采工作面和采空区瓦斯涌出量比重较大，分别超过全矿井瓦斯涌出量的45% 和35%，掘进面瓦斯涌出量相对比较小。在整个矿井瓦斯治理工作中，回采工作面和采空区瓦斯治理占重要地位。 （二）回采工作面瓦斯来源及涌出构成根据前述预测方法及确定的预测参数对一采区回采工作面进行了瓦

9、斯涌出量预测，预测结果，详见表3-2-2。15号煤层回采工作面瓦斯涌出量预测结果 表3-2-2预测方法瓦斯涌出量预测值本煤层邻近层合计m3/minm3/minm3/min分源法1.8622.824.66由表可知：分源预测法预测出的回采面的绝对瓦斯涌出量为24.66m3/min，其中邻近层瓦斯涌出为回采工作面瓦斯涌出的主要来源，占采面总涌出量的92.46%，邻近层瓦斯涌出量仅占7.54%。三、抽放瓦斯的必要性根据国家煤矿安全监察局部颁布的煤矿安全规程第145条和矿井瓦斯抽放管理规范第9条的规定，有下列情况之一者，矿井必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。1、一个采煤工作面绝对瓦斯涌

10、出量大于5m3/min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的。2、矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3/min；年产量1.61.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。3、开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。本矿井矿井瓦斯涌出量最高时将达41.03m3/min、回采工作面瓦斯涌出量也远远大于5m3/min，需要建立瓦斯抽放系统。四、抽放瓦斯的可行性分析 （一）开采层抽放瓦斯的可行性开采层瓦斯抽放

11、的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。一般用煤层的透气性系数（）和钻孔瓦斯流量衰减系数（）来判断开采层瓦斯抽放可行性。开采层预抽瓦斯难易程度分类表 表3-2-3抽放难易程度指标钻孔瓦斯流量衰减系数(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2d)容易抽放0.00310可以抽放0.0030.05100.1较难抽放0.050.1恒昌煤矿各煤层的透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数详见表3-2-4煤层瓦斯基本参数表 表3-2-4煤层编号煤层原始瓦斯压力（Mpa）煤层原始瓦斯含量（m3/t）煤层透气性系数（m2/Mpa2d）钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）3号煤0.215.450.8690.03366号煤

12、0.36130.9840.07459号煤0.5511.50.8920.082615号煤0.353.570.8020.0366从各参数的测定结果来看，15号煤层属于可以抽放煤层。根据本矿井的瓦斯参数调研情况，分析认为恒昌煤矿预抽本煤层瓦斯基本可行。 （二）邻近层抽放瓦斯的可行性邻近层抽放瓦斯技术是一项成熟的治理瓦斯灾害的技术，我国的阳泉、松藻、铁法、淮南、淮北和北票等许多抽放瓦斯矿区通过几十年的抽放瓦斯实践得出：在中、近距离邻近层赋存条件下，只要钻孔参数设计、施工合理，抽放参数选择适宜，都能取得良好的抽放瓦斯效果，工作面邻近层的瓦斯抽放率一般可以达到4090%。矿井开拓计划表明，本矿井正式投产后

13、15号煤层为主采层。受顶板垮落后引起上覆岩层变形势必影响到邻近层，使邻近煤层透气性大大增加，并且8号、9号、11号、12号、13号与14号煤层距离回采煤层比较近，回采时采取施工钻孔或者其他有效的措施对邻近层瓦斯进行抽放是可行的，能在一定程度上解决此煤层瓦斯向回采工作面涌入的问题，只要抽放方式、钻孔参数和抽放参数设计合理，钻孔的施工工艺达到设计要求，邻近层可获得预期的抽放瓦斯效果，因此对邻近层进行瓦斯抽放是可行的。 （三）采空区瓦斯抽放的可行性恒昌煤矿的回采工作面采用综采放顶煤采煤方法，全部垮落式管理顶板。根据其它地区实践经验表明采空区存在的大量瓦斯在风压的作用下涌向回采工作面，是造成工作面回风

14、隅角和回风巷道瓦斯超限的主要原因。同时，国内其它矿井实践证明采空区瓦斯抽放可以取得良好的抽放效果。因此，抽放采空区瓦斯是可行的，而且势在必行。综上所述，恒昌煤矿对煤层进行瓦斯抽放是可行的。第四章 煤层瓦斯抽放方法设计 第一节 抽放方法的比较和选择 矿井抽放瓦斯是减少矿井和采区瓦斯涌出量的有效途径。我国煤矿的瓦斯抽放方法按瓦斯来源大致可以分为以下五类：(1)开采层瓦斯抽放方法；(2)邻近层瓦斯抽放方法；(3)采空区瓦斯抽放方法；(4)围岩瓦斯抽放方法；(5) 综合抽放瓦斯方法。其中综合抽放瓦斯方法是前四类方法中两种或两种以上方法的配合使用。选择抽放瓦斯的方法时应遵循如下的原则：1、选择的抽放瓦斯

15、方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；2、抽放方法的选取应根据瓦斯来源及涌出构成进行，应尽可能采用综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；3、选择的抽放瓦斯方法应有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道的结合；4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道的布置与维护；5、选择的瓦斯抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果，降低抽放成本；6、选择的瓦斯抽放方法应有利于钻场、钻孔的施工、抽放系统管网敷设，有利于增加抽放钻孔的瓦斯抽放时间。根据抽放方法的选择原则，结合本矿井各开采煤层的赋存及其与邻近层的关系加上瓦斯来源等特点综合考虑后，提出本矿井抽放瓦斯方法。一、矿井瓦斯抽放方法的选择

16、（一）回采工作面瓦斯来源及构成通过本设计第2章对本矿井瓦斯涌出量预测工作，从回采工作面瓦斯涌出量的预测结果可以看出：根据前述预测方法及确定的预测参数对一采区回采工作面进行了瓦斯涌出量预测，预测结果详见表3-3。由表可知：分源预测法预测出的回采面绝对瓦斯涌出量为24.66m3/min，其中邻近层瓦斯涌出为回采面瓦斯涌出的主要来源，占采面总涌出量的92.46%，开采层瓦斯涌出量仅占7.54%。所以矿井工作面开采过程中瓦斯涌出量中邻近层及其采空区的瓦斯成其主要来源。 （二）本煤层瓦斯抽放方法1、回采工作面本煤层瓦斯抽放方法本煤层瓦斯抽放分为开采层未卸压抽放和卸压抽放两种方法。通过对本矿井本煤层抽放的

17、可行性论证得出：本矿井15号煤层属于可以抽放煤层，设计在15号煤层回采工作面采用未卸压抽放(预抽)和边采边抽方法；结合涌出量预测结果表明工作面回采时本煤层瓦斯涌出量所占比例比较重考虑。拟利用工作面进风巷道和回风巷道向煤层施工垂直工作面的顺层长钻孔，在工作面回采前作为预抽钻孔对本煤层瓦斯进行预抽，同时该预抽钻孔还可随着回采工作面的推进前方煤体产生的卸压作用，作为边采边抽对钻孔对煤层进行卸压瓦斯抽放。从而提高工作面本煤层瓦斯抽放量，减少开采层的瓦斯涌出，回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置如图4-1所示。图4-1 回采工作面本煤层瓦斯抽放方案根据涌出量预测结果，工作面回采时本煤层瓦斯涌出量所占比例比较

18、大，所以在采掘关系允许的情况下，设计进行本煤层区域性瓦斯预抽，即在准备工作面施工本煤层预抽钻孔（方法同上）进行本煤层预抽，这样可以缓解将来回采时瓦斯问题对生产和抽放系统带来的压力。2、掘进工作面本煤层瓦斯抽放方法掘进工作面采用通风方法比较困难，特别是掘进工作面进入地质构造区域内，煤层瓦斯含量有可能增大，必须采取边掘边抽方法，减少掘进工作面瓦斯涌出量，以减轻掘进工作面的通风负担。掘进工作面抽放瓦斯方法主要为利用巷道两帮的卸压条带，向巷道前方施工抽放钻孔进行瓦斯抽放，钻孔布置如图4-2和图4-3所示。图4-2 掘进工作面抽放瓦斯方法示意图（单巷掘进）图4-3 掘进工作面抽放瓦斯方法示意图（双巷掘进

19、） （三）邻近层瓦斯抽放方法邻近层瓦斯抽放就是通常所说的卸压层瓦斯抽放。在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近层煤层得到卸压，而产生膨胀变形，煤层透气性大幅度提高。此时煤层与岩层之间形成的空隙与裂缝，不仅可储存卸压瓦斯，而且也是良好的瓦斯流动通道，为防止邻近层瓦斯向开采层工作面涌出就应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。对于煤层群开采时，邻近层瓦斯抽放效果较好。受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近煤层得到卸压后会发生膨胀变形，使其透气性大幅度增加，因采动影响而在岩层与煤层之间形成的层间空隙不仅是卸压瓦斯的储存地点，也成为卸压瓦斯良好的流通渠道，因此钻孔穿入或透过这些层间空隙就能取

20、得较好的抽放效果。国内外对于上邻近层瓦斯的抽放都积累了成熟的经验，可以采用的方法也较多，如顶板巷道、顶板长钻孔、顶板短钻孔等。通过对矿井瓦斯涌出量预测得出，本矿井回采工作面的邻近层瓦斯涌出量所占比例非常小，对邻近层的瓦斯抽放有以下方案。方案一、顶板走向（倾向）高位瓦斯抽放巷道抽放顶板巷道抽放主要是指在开采层的顶部处于采动形成的裂隙内挖掘专用的瓦斯抽放巷道，用来抽放上邻近层的卸压瓦斯。针对恒昌煤矿的实际条件，可以选择沿15号煤层底板开一条抽放瓦斯的专用巷道，巷道断面45m2左右，长度约2500m左右，密封后对煤层瓦斯进行抽放，为了加强瓦斯抽放效果，可以在巷道内沿走向间距为4060m的步距向其上邻

21、近煤层增打钻孔。如图4-4所示。此种抽放瓦斯方法抽放瓦斯有效半径比较大、抽放效果好，一般在采煤工作面比较长且开采强度大，回采过程中瓦斯涌出量剧增且原有的钻孔抽放邻近层瓦斯不能完全解决的情况下使用；且需要另开半煤岩巷或岩巷，工程量大增加抽放成本；在巷道开掘过程中出货、进料困难，加上此专用抽放巷道为长距离的独头巷道，增加了通风安全管理的难度。基于以上考虑，在能使用其他抽放方法能解决瓦斯问题前不推荐使用。图4-4 上邻近层抽放瓦斯巷道布置示意图方案二、回风顺槽顶底板穿层钻孔抽放瓦斯大直径顶板穿层钻孔的布置方式为在回风顺槽内每隔一定距离施工一个大直径钻孔，按预定的方位角与倾角进行施工，使钻孔能穿透回采

22、时产生的卸压带内进行卸压瓦斯的抽放。回风顺槽顶底板穿层钻孔的布置如图4-5所示：图4-5 回风顺槽倾斜大直径钻孔布置示意图此种抽放瓦斯方法无需设立专用钻场，在回风顺槽1独立施工，不会受提料、出煤等因素的影响，一般可以取得较好的瓦斯抽放效果。缺点是钻孔跨越辅运顺槽1是可能存在漏风问题，而且对巷道要求比较高，需要为钻孔进行巷道维护。 （四）采空区瓦斯抽放方法恒昌煤矿采用采放顶煤工艺，工作面采高为2.2m，同时采用“一进两回”通风方式，大部分瓦斯可以通过风流稀释，而回风隅角瓦斯超限将成为主要的问题，卸压瓦斯部分应坚持“以采空区抽放瓦斯为主”的抽放原则。采空区瓦斯抽放方法多种多样，按采空区状态划分，可

23、分为半封闭采空区瓦斯抽放和全封闭采空区瓦斯抽放。1、半封闭采空区瓦斯抽放半封闭采空区是指回采工作面后方的、工作面回采过程中始终存在、并且随着采面的推进范围逐渐增加的采空区。由于这种采空区是和工作面通风网络相连通的，在通风压差的作用下来源于各方面的瓦斯涌入采空区后又流进工作面并经由回风流排出，当采空区积存和涌出瓦斯较大时有可能使工作面上隅角或回风流当瓦斯处于超限状态，特别是当顶板冒落时引起采空区瓦斯突然大量涌出对生产构成很大的威胁。目前对半封闭采空区抽放瓦斯在国内外所采用的主要方式有：插(埋)管抽放、向冒落拱上方打钻抽放、在老顶岩石中打水平钻孔抽放、直接向采空区打钻抽放、顶板尾巷抽放、工作面尾巷

24、抽放和地面钻孔抽放等。回采工作面开始回采初期，采空区的瓦斯涌出在初期暂时不会影响矿井的正常生产，但随着矿井开采时间的延长与开采范围的扩大，采空区涌出的大量瓦斯无疑将加重矿井的通风负担。方案一：回风顺槽上向钻孔抽放法该法是在工作面回风巷道内设钻场，向采空区冒落拱上方施工钻孔，使孔底处于初使冒落拱的上方，捕获冒落破坏带的瓦斯，此种抽放方法还可以兼顾抽放来源于上邻近层的瓦斯和采空区积聚瓦斯。如图4-6所示。图4-6 半封闭采空区上向钻孔瓦斯抽放方案实践证明该方法对采空区帽落拱内的瓦斯有较好的抽放效果，但是施工钻孔需要施工钻场，如果直接在回风巷壁施工有容易漏风问题。方案二：采空区预埋水平管法抽放采空区

25、预埋水平管法即把管在顶板冒落之前直接预埋或砌筑于采空区内对采空区瓦斯进行抽放，为了取得较好的抽放效果，在预埋管的前端管壁上施工小孔且在预埋时使该管尽量处于煤层顶部浓度较高的区域内。但其抽放效果不如上向钻孔抽放方法效果好，但施工简单且成本低。采空区预埋水平管法如图4-7所示。图4-7 半封闭采空区插管抽放方案该种方法施工简单，但是随着回采后顶板冒落，抽放管路由于埋进采空区内无法回收，增加了抽放管路成本，且抽放效果不如上向钻孔抽放方法效果好。主要用来针对上隅角瓦斯超限时使用。方案选择：通过以上几种方案的介绍，选择方案一“回风顺槽上向钻孔抽放法”作为半采空区瓦斯抽放方法，使其终孔于采空区冒落拱上方，

26、无需专门的钻场，施工简单，抽放方法较好，除了可以抽放采空区帽落拱内的瓦斯外，还可以兼顾抽放来源于邻近层的瓦斯和采空区积聚瓦斯。2、全封闭采空区瓦斯抽放全封闭采空区是指工作面(或采区、矿井)已采完封闭的采空区，也称老采空区。老采空区虽与矿井通风网络隔绝，但采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯，它仍有可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出，从而增加矿井通风的负担和不安全因素。全封闭采空区瓦斯抽放有以下几种不同的方式：报废矿井抽放瓦斯、开采已久的老采空区瓦斯抽放、采完不久的采空区瓦斯抽放和地面钻孔抽放等。对于恒昌煤矿来说，只有在生产的后期才出现大量的全封闭采空区，届时可以设计采用密闭巷道法抽放采空区瓦

27、斯。该法是在回风顺槽内打密闭，将管子插入采空区直接抽放采空区瓦斯。详见图4-8。图4-8 全封闭采空区瓦斯抽放方案 （五）其它情况瓦斯抽放方法如煤与瓦斯突出煤层、地质构造带附近和其他原因引起的异常涌出区等在其他情况下，必须进行施工密集钻孔或充分利用构造的裂隙进行瓦斯的强化抽放。二、本矿井瓦斯抽放方案确定本着“符合规范要求、满足使用的前提下，尽可能降低造价、节省投资”来考虑，并考虑尽量减少抽放的井巷工程量、降低抽放成本、缩短出煤工期等因素，根据对回采工作面瓦斯涌出量预测结果，进行本矿井各瓦斯涌出源涌出量的比重分析，综合考虑便于抽放管理等诸多因素后，选择本煤层回采工作面双向施工“顺层长钻孔”预抽，

28、掘进工作面“巷帮顺层钻孔” 边掘边抽，邻近层“回风顺槽顶底板穿层钻孔”抽放，以及“回风顺槽上向钻孔抽放法”等以采空区抽放瓦斯为主的采前预抽、边采边抽、边掘边抽、邻近层抽放和采空区抽放相结合的综合抽放方法。第二节 抽放钻孔参数确定 一、钻孔布置 （一）本层瓦斯抽放钻孔参数1、本煤层预抽瓦斯钻孔布置钻孔布置方式：不设钻场，钻孔沿煤层平行于工作面（垂直巷道）布置。钻孔直径：钻孔直径大，暴露煤壁面积大，瓦斯涌出量就大，但二者增长并非线性关系，一般选用75100mm，考虑在本煤层内施工钻孔的实际情况，设计选用钻孔直径75mm，当施工工艺成熟后可适当增大钻孔直径。钻孔长度：因工作面长度较大，在一条巷道内施

29、工能达到抽放效果的钻孔有一定困难，故设计在胶带顺槽和辅运顺槽内相向施工，缩短钻孔长度以期提高钻孔成孔率。工作面内钻孔设计长度为140m。由于单个钻孔抽放影响范围由于本矿井暂无实测数据，考虑本矿井煤层煤层透气性特性，加上本矿井工作面瓦斯涌出量主要来源于开采层本身，因此需要“密集钻孔”加强预抽工作，故将孔间距取值为6m；又因开采层较厚，单排钻孔对预抽工作不是很好，设计采用两排钻孔进行本煤层预抽，钻孔开孔高程差控制在0.5m左右，实际最佳开孔间距以及钻孔交叉点高程差可以在抽放工作展开后根据实际测量确定。钻孔间距：本设计取钻孔间距6m。具体钻孔开孔位置如图4-9所示。图4-9 本煤层顺层钻孔开孔位置示

30、意图2、掘进工作面钻孔布置在回采工作面准备时的巷道掘进在原始煤层中时，掘进工作面钻场应在两侧交错布置钻场，施工和为保证在掘进过程中边掘边抽能达到理想效果，掘进工作面钻场间钻孔搭接长度15m，单巷掘进时在巷道两帮布置钻场，同侧钻场间距50m，钻孔孔径为110mm，开孔位置距巷道底板1.0m、开孔高程差0.5m，两个孔均与巷道轴线夹角57之间；钻孔终孔点离巷帮水平距离控制12m左右。双巷掘进时可只在两巷道外侧布置抽放钻场，钻场间距和单巷掘进时相同；巷道内侧可不布置钻场，可将联络巷作为煤柱抽放钻孔的钻场，施工煤柱瓦斯抽放钻孔，以减少煤壁瓦斯涌出。边掘边抽工作面抽放钻孔开孔如图4-10，钻孔参数如表4

31、-2所示。图4-10 掘进工作面抽放钻孔开孔位置图 （二）邻近层瓦斯抽放钻孔参数钻场布置方式：本组抽放钻孔不设立专用抽放钻场，直接在回风顺槽靠近工作面侧的巷帮上施工。钻孔直径：一般钻孔直径越大越好，但考虑在施工钻孔孔径越大，考虑到施工器材一致性，便于维修、施工困难越大的实际情况，设计选用钻孔直径75mm，当施工工艺成熟后可适当增大钻孔直径。钻孔间距：本矿井打钻工艺不算太成熟，刚开始施工大直径钻孔具有一定难度，故设计75mm的小钻孔，钻孔间距控制在15m左右。待能施工大直径钻孔后再适当增加钻孔间距。钻孔长度：由于钻孔开孔位于回风副巷内，在钻孔跨越回风巷上部时容易出现漏风问题，根据回风巷的掘进断面

32、以及顶板岩性进行综合考虑后，为了避免漏风，钻孔出煤柱高度应大于15m，钻孔终孔于煤层顶板40m左右。钻孔开孔位置如图4-11所示（俯视图见图4-6所示）；钻孔主要参数见表4-3所示。图4-11 邻近层瓦斯抽放钻孔开孔位置图钻孔开孔布置方式如图3-12所示。钻孔主要参数见表3-3。图4-12 回风顺槽1上向瓦斯抽放钻孔开孔位置图 （三）采空区瓦斯抽放钻孔布置全封闭抽放采空区瓦斯方法主要针对工作面已采完(在工作面回采完成之后)封闭的采空区采用密闭巷道法抽放采空区瓦斯。该法首先在巷道中打密闭，将管子插入采空区直接抽放采空区瓦斯。密闭打在工作面回风顺槽内，厚度3m以上。为了保证密闭的严密，煤壁和顶、底

33、板的挖槽深度要大于0.3m。密闭两壁用砖(或料石)砌筑，厚度不小于0.4m，两层砖(或料石)墙间要充填黄土并夯实，抽瓦斯管插进采空区10m左右。对于生产工作面的采空区为半封闭采空区，回风顺槽上向钻孔法抽放半封闭采空区是在工作面回风巷道内设钻场，向采空区冒落拱上方施工钻孔，使孔底处于初使冒落拱的上方，捕获冒落破坏带的瓦斯，此种抽放方法还可以兼顾抽放来源于上邻近层的瓦斯和采空区积聚瓦斯。如果钻孔施工有困难时也可采用采空区预埋水平管法，及在顶板冒落之前把瓦斯管直接插入采空区进行抽放瓦斯，瓦斯管的末段约为2m长的一段应打上孔眼，同时瓦斯管要尽量靠近煤层顶板，使之处于高浓度瓦斯带，但其抽放效果不如上向钻

34、孔抽放法好。采用采空区预埋水平管法时，可以在回风巷中进行钻孔施工，设计各抽放管间距30m，最佳距离可以在抽放开始后根据抽放效果进行适当调整。二、钻场钻孔布置要求1、钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔，保证抽放效果。2、尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场。3、穿层钻孔终孔位置，应在穿过煤层顶(底)板0.5m处。三、钻孔封孔抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔，人工水泥沙浆封孔和聚胺脂封孔等。在岩层中封孔长度不小于3m，在煤层中封孔长度不小于5m。考虑到某煤矿的钻孔数量不大，没有必要购买价格昂贵的封孔泵或采用人工水泥沙浆封孔。因为使用水泥沙浆封孔，凝固时间长，对于

35、倾斜钻孔不易充满。因此，应该使用人工聚胺脂封孔。聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔。聚胺脂封孔采用卷缠药液与压注药液两种工艺方法。现主要应用卷缠药液法封孔，封孔深度一般为3-6m即可符合要求。虽然聚胺脂封孔(见图4-13)的成本略高于水泥浆封孔，但聚胺脂封孔操作简单、省时省力、气密性好、抽放效果好，非常适用于某煤矿。1 集气孔段; 2聚氨酯封孔段; 3水泥砂浆封孔段; 4套管图4-13 聚胺脂封孔示意图第五章 综采工作面瓦斯抽放系统 第一节 工作面瓦斯抽放设施的配置和布置一、抽放瓦斯系统选择通过先对矿井瓦斯储量以及可抽量预测，得知本矿井瓦斯资源可靠、储量丰

36、富；后对矿井煤层瓦斯抽放的可行性以及必要性进行论证后，得出本矿井可以进行瓦斯抽放的结论。矿井在采取本煤层预抽、邻近层抽放和采空区抽放等综合抽放措施后，瓦斯抽放量会稳定在2 m3/min以上；抽放系统服务年限为大于5年。龙泉煤矿的条件符合煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）4.2节建立地面抽放系统的条件，应建立地面瓦斯抽放系统。通过对矿井瓦斯涌出量预测，得出恒昌煤矿瓦斯涌出量较大，并且从矿井瓦斯涌出来源构成可以看出，矿井回采时绝大部分瓦斯涌出量来自于邻近层，本煤层的瓦斯涌出量所占比例较低，如矿井只建立一套抽放系统、使用相同的抽放负压，难以使矿井预抽以及卸压瓦斯抽放均取得较好的抽放效果。因此

37、，拟建立两套地面抽放系统，即分别建立高、低负压两套抽采系统，满足煤层预抽、卸压抽采和采空区抽采的需要，保证矿井安全高效地达产0.6Mt的年生产能力。二、抽放管路附属装置及设施安装要求1、主管、分管、支管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置；2、抽放钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处及沿管路适当距离(间距一般为200m300m，最大不超过500(m)应设置放水器；3、在抽放管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置；4、抽放管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与安装地点的管径相匹配；5、地面主管上的阀门应设置在地表下用不燃性材料砌成，不透水的观察井内，其间距为500m1000m。6、抽放管路应保持一定的

38、坡度，一般不小于1%。7、在倾斜巷道中，管路应设防滑卡，其间距可根据巷道坡度确定，对28以下的斜巷，间距一般取15m-20m。8、抽放管路应有良好的气密性及采取防腐蚀、防砸坏、防带电及防冻等措施。9、通往井下的抽放管路应采取防雷措施。10、抽放瓦斯管路必须进行防腐处理，外部涂红色以示区别。根据上述要求，结合恒昌煤矿的实际情况，选择管路敷设方式和附属装置。三、管路敷设地面管路从抽放泵站至回风立井段无需穿过构筑物，采用支撑墩垫起铺设至回风立井口，回风立井内采用托架铺设至井底，井下管路敷设采用沿巷道侧帮敷设，总回风大巷管路用混凝土支撑墩垫起或支撑吊挂铺设方式。在变坡处安装放水器，巷道分叉处将管路架空

39、，用锚杆、卡子固定在巷道邦上，不影响行车和行人。四、管路防腐、防锈及地面管路的防冻措施地面和井下管路外表均要涂刷一层红色或黑色防锈漆，以防管路锈蚀；地面管路需要在外表设置保温层，以防冬季寒冷冻裂。五、附属装置及其安装1、截流阀门：在瓦斯抽放管路(干管、支管)上和钻场、钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个抽放地点的抽放负压、瓦斯浓度、抽放量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。 设计选用的阀门为截止阀。2、测压装置：在瓦斯干管、支管以及钻孔连接装置上均应设置测压嘴，以便经常观测管内压力。测压孔高度设计为80mm，选用内径6mm的紫铜管， 在安装管路之前预先焊上，平常用密封罩

40、罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。测压嘴还可作为取气样孔，取出气体进行气体成分分析或测定瓦斯浓度。3、计量装置：瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数，较准确的测定瓦斯流量才能真实地反映瓦斯抽放效果。目前，瓦斯计量方法的种类很多，应用条件也各不相同。设计选用孔板流量计作为计量装置如图5-1所示，安装与使用要求如下：安装孔板时，孔板的孔口必须与管道同心，其端面与管道轴线垂直，偏心度12%；孔板前(按气流方向，下同)0.5D(管径)和孔板后1D处预先焊接两个测压嘴，直径6mm，材料为紫铜管；安装孔板的管道内壁，在孔板前后2D的范围内，不应有凹凸不平、焊缝和垫片等；孔板流量计的前端，管道上游端直线段

41、的长度不小于10D，下游端的长度不小于4D；要经常清理孔板前后的积水和污物，孔板锈蚀要更换；抽放瓦斯量有较大变化时，应根据流量大小更换相应的孔板。1. 孔板 2. 测量嘴 3. 钢管图 5-1 孔板流量计构造图4、钻孔连接装置：钻孔与管路的连接装置，包括弯管、自动放水器、孔板流量计和铠装胶管等。回采工作面预抽钻孔，利用胶管连接，胶管的一端连接到钻孔封孔管上，另一端与瓦斯抽放管连接，构成抽放系统；边掘边抽钻孔用连接汇总管将钻孔与抽放瓦斯管路连接起来。5、放水装置：放水装置的种类很多，根据龙泉煤矿矿井涌水不大的特点，设计放水装置全部采用自动放水器，井下采用(CGW-FY型)负压自动放水器。该放水器

42、适用范围广，且安全可靠，适用管内负压00.9MPa，最大放水量10L/min。第二节 抽放管路的计算和选择一、瓦斯抽放管路系统设计瓦斯抽放系统目的就是为了进行矿井煤层瓦斯抽放，以减少矿井煤层瓦斯在井下涌出，因此应根据各抽放对象以及抽放钻场的分布情况、巷道布置情况以及瓦斯利用的要求，必须敷设一套完整的瓦斯输送管路，作为单独输送瓦斯之用。一般进行管路系统的选择应该满足以下要求：1、瓦斯管路系统必须根据巷道布置图，选择巷道曲线段少和距离最短的线路；2、瓦斯管路应设在不经常通过矿车的回风巷道，以防止管道被撞坏漏气，若设在运输巷道，需架设在巷道的上方；3、敷设瓦斯管路应考虑到运输、安装和检修的方便；4、

43、敷设瓦斯管路应考虑到抽放设备或管路系统一旦发生故障，管道内的瓦斯不至于进入采掘工作面、机房或硐室等；5、抽放管路系统中必须安装调节、控制、测定、防爆、防回火装置。根据不同抽放源需要不同抽放负压、抽放量，结合瓦斯抽放量预计结果对抽放系统管路进行分配。故本矿井抽放管路系统确定为：高负压：（未卸压抽放）未压卸瓦斯源（本煤层、掘进工作面）掘进巷道或进风巷回风大巷回风立井地面抽放瓦斯管路抽放泵站用户（或放空）。低负压：（卸压抽放）卸压瓦斯源（邻近层、采空区）回风巷顺槽回风大巷回风立井地面抽放瓦斯管路抽放泵站用户（或放空）。抽放管路系统示意图见附图。二、一般要求抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的

44、分布、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应符合下列要求：抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算，并与抽放设备能力相适应，抽放管路按安全流速为515m/s和最大通过流量来计算管径，抽放系统管材的备用量可取10%。矿井抽放瓦斯设备的能力，应满足矿井抽放瓦斯期间或在抽放瓦斯设备服务年限内所达到的开采范围的最大抽放量和最大抽放阻力的要求，且应有不小于15%的富裕能力。矿井抽放系统的总阻力，必须按管网最大阻力计算，抽放瓦斯系统应不出现正压状态。抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算；局部阻力

45、可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10%20%。三、抽放瓦斯管路选型计算瓦斯管路直径选择的恰当与否，对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放效果均有很大影响，直径太大，投资太多造成浪费，直径过细不能满足抽放要求且阻力过大影响抽放效果。故一般采用下式计算，并参考抽放泵的实际能力使之留有备用量，同时尚需考虑运输和安装的方便。 D=0.1457(Q/V)0.5 式中：D 抽放瓦斯管内径，m；Q 瓦斯管中瓦斯流量，m3/min；V 瓦斯管中的瓦斯平均流速，一般1015 m/s；取管路V=12m/s。考虑到所掘进巷道中所铺设管路在工作面回采后进行预抽和卸压瓦斯的抽放，为了降低管路铺设工程量，故巷道掘进时抽放管路使用

46、323.9管路。另外，支管4虽然只需188mm内径管路满足需要，但考虑该部分管路仅仅用于老空区抽放，所需管材比较少且，为了所选型材规格的统一，方便管理和维护，因此老空区支管路选型其余抽放管路型号一致。根据各类管路的自己的抽放特征，在管路设备选型时考虑一定量的富余系数。四、抽放管路阻力计算抽放瓦斯管路的阻力分摩擦阻力和局部阻力。摩擦阻力按下式计算：Hm=9.81Q2L/(KD5) 式中：Hm-管路的摩擦阻力，Pa；L-管路长度，m；-混合瓦斯对空气的密度比；K-与管径有关的系数；D-管道内径，cm；Q-瓦斯流量(混合量)，m3/h；局部阻力按摩擦阻力的15%计算，即：Hj=0.15Hm 式中：Hj-抽放瓦斯管路局部阻力，Pa。五、抽放管路选型通过以上计算，选择主管路为600和500的热轧无缝钢管。在工作面需要预抽巷道中掘进时，可使用323.9螺旋缝埋弧焊钢管，管路沿掘进巷道铺设好，边掘边抽的瓦斯直接接入此两种管路中进行抽放，工作面开始回采后连接卸压部分瓦斯抽放钻孔进行抽放，可以减少管路铺设，避免了抽放管路的重复铺设所增加的工程量。本设计上述主管路管材均为国家定型产品，详见国标输送流体用热轧无缝钢管（GBT8163-1999），支管路选用螺旋缝埋弧焊钢管详见中华人民共和国石油天然气行业标准（SY/T 5037-2000）。六、瓦斯管的连接方式及支管趟数本设计抽放系统敷设