神华集团康家滩煤矿88203瓦斯抽放设计说明

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1、 . . . 集团康家滩煤矿88203瓦斯抽放设计摘 要众所周知，抽放瓦斯是避免煤矿瓦斯事故的最有效方法。本文对瓦斯基本规律进行概述并对控制与抽放瓦斯方面的高产高瓦斯工作面的综合抽放，综采高瓦斯工作面的瓦斯治理，无煤柱高产瓦斯工作面邻近层瓦斯抽放，采空区瓦斯抽放等多种方法进行介绍，并在现场实测研究的基础上做出具体设计。目前我国瓦斯抽放技术已经比较成熟，本文对康家滩煤矿88203工作面瓦斯治理进行了分析，在对国外瓦斯治理全面了解的情况下，工作面采用采空区瓦斯抽放方法进行了设计和研究并对其实施制定了管理与安全措施。关键词：综采 高瓦斯 瓦斯抽放Abstraction：As everyone kno

2、ws , district gas is the most effective method to prevent colliery , gas of accident from to release. Between this text and gas basic law is it sum up to go on and to control and it district high yield high gas synthesis of working range of gas smoke and put to release, blast down the roof coal to b

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5、range is it quarry empty district gas is it put method is it design with research and make management and safety measure to their to go on to release to adopt. Key words: Fully Mechanized Mining High gas District gas47 / 53总目录1绪论11.1 问题提出11.2国外煤矿瓦斯灾害防治技术的现状11.2.1我国煤矿瓦斯和瓦斯灾害现状11.2.2国外煤矿瓦斯灾害防治技术的现状21.

6、3 研究目标21.4 研究方法21.5 技术路线22基本理论32.1瓦斯的概念和赋存32.1.1 瓦斯的概念与成份32.1.2 瓦斯的赋存32.2 瓦斯运移和分带42.2.1瓦斯运移的基本概念42.2.2瓦斯运移的基本特征和方式42.2.3 瓦斯的分带52.2.4瓦斯涌出和矿井瓦斯等级52.3瓦斯抽放62.3.1 抽放瓦斯方法分类62.3.2 抽放方法选择依据62.3.3 适合于康家滩煤矿8#煤层的国主要瓦斯抽放方法介绍82.4小结63 康家滩矿简介与8#煤层开采基本情况143.1康家滩煤矿概况143.2康家滩煤矿8#煤层与开采基本情况153.2.1康家滩8#煤层瓦斯涌出特点153.2.2康家

7、滩煤矿20002004年度瓦斯等级鉴定结果汇总163.2.3工作面概况183.2.4工作面瓦斯含量、涌出量预测183.3小结194 抽放系统设计204.1工作面瓦斯治理方案204.2 泵站布置204.3抽放管路布置204.4 抽放管路管径的确定224.5 管路连接方式224.6瓦斯抽放泵站与管路安装技术要求224.6.1 抽放泵站安装要求224.6.2 抽放管路安装要求234.7小结245安全措施255.1抽放安全措施255.2 瓦斯抽放系统相关管理制度265.3其它防治措施265.4小结276 瓦斯抽放系统的应用效果287 结论32参考文献33致34附录文献翻译35表目录表2.1 瓦斯赋存状

8、态3表2.2 瓦斯的分带5表2.3 矿井瓦斯等级划分表6表2.4 抽放方式与抽放负压13表3.1 瓦斯鉴定总表16表3.2 鉴定和二氧化碳测定结果报告表17表3.3 88203工作面瓦斯含量、涌出量测算值表19表6.1 工作面瓦斯和二氧化碳基础数据表29表6.2 回风顺槽瓦斯和二氧化碳基础数据表表30表6.3 总回风巷瓦斯和二氧化碳基础数据表31图目录图1.1 技术路线示意图2图2.1 瓦斯赋存状态示意图4图2.3 在老顶岩石中打水平钻孔抽放法布置图12图4.188203工作面瓦斯抽放系统示意图21图4.2瓦斯抽放泵站平面布置示意图23图5.1 瓦斯浓度日报表与监测系统示意图251绪论1.1

9、问题提出康家滩煤矿隶属于集团神东煤炭分公司，位于省保德县桥头镇境，地处黄河东岸，黄土高原的西北边缘，交通十分便利。康家滩井田围由18个拐点圈定，开采深度由940m至420m标高，面积44.2548Km2，地质储量7.8亿t，可采储量4亿t。井田总体地势东南高，西北低，最高处地形标高为1256.6m，最低处标高为910m，最大高差346.6m，井田地形切割严重，属于黄河流域水系，朱家川河、家沟河两条季节性河流，从井田北部边缘通过并汇入黄河。主要可采煤层为8号、13号煤层，一般在4.128.32m，平均5.67m，赋存稳定，多含12层夹矸。针对该矿实际，8#煤层综采工作面在开采过程中有24m厚的高

10、灰煤与8-2煤丢到采空区，这部分煤在采空区解吸大量的瓦斯，而后向工作面上隅角涌出的实际情况。按照煤矿安全规程要求，结合该矿生产实际，采取以“通风为主、抽放为辅”的综合治理方案。瓦斯以何种方式抽放怎样抽放是面临的首要问题，这个问题的解决对88203工作面的安全、高产、高效具有深远的意义。1.2国外煤矿瓦斯灾害防治技术的现状1.2.1我国煤矿瓦斯和瓦斯灾害现状我国现有国有重点井工煤矿751处，年产量大于30000t的地方国有矿井1850个。根据2002年矿井瓦斯鉴定，全国共有1134个高瓦斯和突出矿井，占全国总矿井数的44%；有重点煤矿的矿井瓦斯总涌出量由1993年的44.8亿m3增至2003年的

11、51.6亿m3。通过对19982003年全国煤矿重大事故的次数、伤亡情况、发生原因、事故性质进行的统计分析结果表明，由瓦斯因素造成的重大事故无论在次数或人员的伤亡方面都是第一位的。近年来，全国煤矿重大瓦斯事故占全部重大事故的比例，发生次数约占55%65%，死亡人数占55%75%。地方国有煤矿的瓦斯事故更为严重，19932003年期间，共发生一次死亡10人以上的特大事故61起。其中，瓦斯事故为40起(占80%)，瓦斯爆炸事故39起，突出事故10起。瓦斯爆炸事故是我国煤矿最严重的事故之一。综观我国煤矿历年事故统计资料，瓦斯爆炸事故人数在全部事故伤亡人数中所占比例呈上升趋势。在重特大事故中，瓦斯事故

12、(含瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息)的死亡人数已经多年占据首位。建国以来，我国煤矿共发生一次死亡人数在100人以上的特大事故18起，其中17起事故属于瓦斯爆炸事故或与瓦斯爆炸密切相关。上述数据充分说明了重视煤矿瓦斯事故防治的紧迫性和重要性。1.2.2国外煤矿瓦斯灾害防治技术的现状世界各主要采煤国家都经历了与我国类似的瓦斯灾害防治途径。整体来讲，现主要存在以下问题：在控制与抽放瓦斯方面：高产高瓦斯工作面的综合抽放；放顶煤综采高瓦斯工作面的瓦斯治理；无煤柱高产瓦斯工作面邻近层瓦斯抽放；高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯处理等。在防止煤与瓦斯突出方面：突出强度分级预测方法；采掘工作面前方地质破坏带预测方法

13、；缓斜厚煤层石门揭煤防突方法；机掘、综采工作面适用的防突措施；延期性突出的预测与防治措施；遥控打钻与掘进装备等。在预防瓦斯爆炸方面：计算机调控网络研究；抑制瓦斯爆炸与传播的抑爆剂研究；供电系统的选择性漏电保护技术研究；低能量或无火花的新型耐磨切割材料研究等。1.3 研究目标88203综采工作面瓦斯得到经济合理有效的防治，瓦斯降到允许的浓度，工作面生产安全、高产、高效。1.4 研究方法采用设计研究、现场实测研究、理论分析相结合的技术方法。1.5 技术路线本设计通过现场实测和理论分析对康家滩煤矿8#厚与特厚煤层88203工作面瓦斯进行治理研究，具体如图1.1。第三步 现场效果分析第一步 现场实测研

14、究第二步 理论分析图1.1 技术路线示意图2基本理论2.1瓦斯的概念和赋存2.1.1 瓦斯的概念与成份瓦斯是指在煤矿生产过称中，从煤层、岩层和采空区放出的各种有害气体的总称。井下有害气体的主要成分有：甲烷（CH4）、重烃（CnHm）氢气（H2）二氧化碳（CO2）、一氧化碳(CO)、二氧化氮（NO2）、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等2.1.2 瓦斯的赋存煤层中瓦斯的赋存状态有游离状态、吸附状态、吸收状态等三种基本形式如图2.1煤层中瓦斯的赋和状态、基本特征与转化关系如下表1.1。表2.1 瓦斯赋存状态赋存状态特征转化关系游离状态（自由状态）以气体分子存在于煤体或围岩的孔隙、裂隙孔洞中，可

15、自由运动自由状态和吸附状态的瓦斯，在一定压力和温度下处于动平衡状态：当压力增加或温度降低时，部分自由状态的瓦斯可转化为吸附状态的瓦斯；反之压力减小或温度升高时，部分吸附状态的瓦斯也可转变为自由状态的瓦斯，前者叫吸附，后者叫解吸吸附状态 （结合状态）吸附以分子吸引力吸附在煤体或岩体孔隙、裂隙或空洞表面形成薄膜；吸附能力的大小和吸附瓦斯量的多少取决于煤、岩体孔隙与裂隙的发育程度、瓦斯压力与外界温度。据测算表明：在自然条件下，煤的最大瓦斯含量可达3545m3/t，其中吸附瓦斯量可占80%90%左右吸收（固溶状态）瓦斯分子本吸收入煤的分子团部，结合成紧密的固溶体图2.1 瓦斯赋存状态示意图1煤体；2裂

16、隙或孔隙；3游离瓦斯；4吸附瓦斯；5吸收瓦斯2.2 瓦斯运移和分带2.2.1瓦斯运移的基本概念游离状态瓦斯可以自由运动，在一定条件下，吸附状态瓦斯又可转化成游离状态瓦斯，因此瓦斯运移是一种经常而普遍的现象。这种运移大致可分为三种情况：一种是瓦斯在地壳深处从形成和聚集地点向地表方向的运移，称为渗滤；另一种是深处瓦斯沿煤层(或岩层)向地表露头方向的运移，称为层移；再一种是瓦斯分子向四周自然散布的现象，称为扩散。渗滤、层移、扩散彼此紧密地联系在一起，经常形成混合型瓦斯流，统称运移。产生运移的基本原因是瓦斯分子浓度和瓦斯压力差异所致。瓦斯流总是由高浓度地段向低浓度地段远移，以达到扩散平衡；它又总是由高

17、压地段向低压地段运移，以达到动平衡。此外，地下水的运动也可促使瓦斯的运移。2.2.2瓦斯运移的基本特征和方式瓦斯运移虽是一种普遍现象，但不总是连续进行的，而是时断时续，时强时弱，时快时慢，有时规模大、有时规模小。小规模慢速运移经常在进行，大规模的快速运移实际就是瓦斯喷出或煤和瓦斯突出。由此可知，瓦斯运移可分为慢速运移和快速运移。瓦斯主要是沿煤层或岩层的孔隙和裂隙运动，这是瓦斯运移的基本方式(途径)，其次是沿煤层或岩层的微孔隙缓慢(速度相当慢)渗滤，也有一部分瓦斯溶解在水中并沿构造裂隙或含水层和地下水一起运动。瓦斯在长时间的慢速运移中，与所穿过的不同煤(岩)层与地下水发生一定作用，从而不同程度的

18、改变着瓦斯的成分。随着埋藏深度的增加，煤(岩)层的气体渗滤性能将要变差，从而有利于瓦斯的保存。从而可知，在不同深度瓦斯的成分应有所不同。现煤层中保存下来的瓦斯只是原始瓦斯的一小部分，而原始瓦斯的大部分已经逸出煤层，成为煤出气。瓦斯从煤层间外排放的途径，不外乎逸散到大气中、围岩裂隙中，或溶解在地下水中，或者杯适当条下形成煤聚气。2.2.3 瓦斯的分带根据许多矿井和钻孔中不同深度瓦斯成分的分析证明，矿井瓦斯有分带现象，从浅部到深部大致可分为五个带见表2.2。表2.2 瓦斯的分带瓦斯分带瓦斯成分与含量 %CH4，%N2，CO2，瓦斯 风化带1234N2CO2带CO2N2带CH4N2带N2CH4带少量

19、微量这种自上而下垂直分带现象是瓦斯长期慢速运移和地表(浅部)风化作出的结果。表2.2中，1带以CO2为主，基本无CH4;2带和3带以N2为主，有的将这两指合称为氮气带(N2带)；4带主要是沼气和氮气；5带CH4占80以上。其中，前四个带合称瓦斯风化带，瓦斯风化带以下全为甲烷气带（或称沼气带)。2.2.4瓦斯涌出和矿井瓦斯等级（1）瓦斯涌出相对瓦斯涌出量 指矿井在正常生产情况下，月平均日产1t煤的瓦斯涌出量，单位（3/）。绝对瓦斯涌出量 矿井在单位时间按体积计算的瓦斯涌出量，单位(m3/min)。（2）矿井瓦斯等级为了便于管理，需要划分矿井瓦斯等级。瓦斯等级是根据矿井相对瓦斯涌出量的大小和瓦斯涌

20、出形式来划分的。表2.3 矿井瓦斯等级划分表 等级方案矿井瓦斯等级矿井瓦斯相对涌出量m3/t方案一一级瓦斯矿二级瓦斯矿三级瓦斯矿超级瓦斯矿15方案二低瓦斯矿井高瓦斯矿井煤与瓦斯突出矿井10凡有突出者均属此类2.3瓦斯抽放2.3.1 抽放瓦斯方法分类瓦斯抽放工作经过几十年的不断发展和提高。根据不同地点、不同煤层条件与巷道布置方式，人们也提出了各种各样的瓦斯抽放方法。但是，到目前为止，还没有统一的分类方法；尽管如此，为了便于抽放瓦斯技术的发展和加强管理各国均相应提出了各种各样的瓦斯抽放方法，其名称大体相似，一般按不同的条件进行不同的分类，见图2.2。2.3.2 抽放方法选择依据由上所述可知，尽管人

21、们提出了各种各样的瓦斯抽放方法，但是，在实际应用中应如何选择呢?一般地，选择抽放方法和形式时，要考虑瓦斯来源、煤层状况、采掘条件、抽放工艺等因素。(1)如果瓦斯来自于开采层本身，则既可采用钻孔抽放，也可采用巷道预抽形式直接把瓦斯从开采层中抽出，且多数形式采用钻孔预抽法。(2)如果瓦斯主要来自于开采煤层的顶、底板邻近煤层，则可采用开在顶底板煤、岩中的巷道。打一些穿至邻近煤层的钻孔，抽放邻近煤层中的瓦斯。(3)如果在采空区或废弃巷道有大量瓦斯积聚，则可采用采空区瓦斯抽放方法。(4)如果在煤巷掘进时就有严重的瓦斯涌出，而且难以用通风方法加以排除，则需采用钻孔预抽或巷道边掘边抽的方法。(5)如果是低透

22、气性煤层则在采取正常的瓦斯抽放方法的同时。还应当采取人工增大煤层透气性的措施(如水力压裂、水力割缝等)，以提高煤层瓦斯抽放效果。总之，在选择瓦斯抽放方法时，应综合加以考虑，既要考虑煤层条件、瓦斯赋存状况、开拓开采与巷道布置条件，又要考虑抽放设备的能力与经济条件，以求达到最佳效果。2.3.3 适合于康家滩煤矿8#煤层的国主要瓦斯抽放方法介绍2.3.3.1本煤层瓦斯抽放本煤层瓦斯抽放，又称开采煤层瓦斯抽放，主要是为了减少煤层中的瓦斯含量和回风流中瓦斯浓度，以确保矿井的安全生产；在此基础上，通过提高抽放瓦斯浓度与抽放量，又可为抽放瓦斯的利用创造一定的条件。本煤层瓦斯抽放主要是抽放本煤层中的瓦斯；根据

23、抽放时间与采掘的关系，本煤层瓦斯抽放又可分为预抽煤层瓦斯和边采(掘)边抽煤层瓦斯；此外，根据收集瓦斯的方式不同又可分为巷道抽放煤层瓦斯和钻孔抽放煤层瓦斯。预抽煤层瓦斯一般是属于末卸压煤层的瓦斯抽放。虽然掘进巷道或打钻孔都会造成局部卸压；但其围一般是有限的，特别是钻孔所引起的松动和卸压围，也只是数倍钻孔直径的距离。因此，在预抽煤层瓦斯时，基本上仍按原始煤层条件下的瓦斯流动状态考虑。而煤层中的瓦斯流动，则是一个比较复杂的问题。根据本章容所述可知、煤是一种多孔介质，煤中包含着各种不同的孔隙，由直径几十nm的微孔直到肉眼可见的孔隙和裂隙(10cm)。瓦斯在煤中的赋存状态，包括游离、吸附和吸收三种状态，

24、在一定的瓦斯压力条件下仅是游离状态的瓦斯可以流动，而吸附和吸收瓦斯只有当瓦斯压力降低时、发生解吸后转为游离瓦斯才能参与瓦斯流动。目前的研究认为大孔和裂隙中的瓦斯是以层流或紊流形式流动为主；而过渡带微孔中，则是以吸附和吸收为主。因此，煤层中瓦斯的流动包括解吸、扩散和渗透几个过程。而在较小孔隙中的瓦斯扩散速度要比在大孔和裂隙中的渗透速度小得多。因此一般情况下预抽煤层瓦斯需要经历较长的时间才能达到预期的目的。而未卸压煤层的瓦斯抽放效果，则主要取决于从煤体向钻孔捅出瓦斯的强度和延续时间。两者又取决于煤体中的瓦斯压力和透气性。瓦斯压力是煤层中瓦斯流动的动力或势能。透气性则是反映瓦斯在煤层中流动的难易程度

25、。(1)巷道预抽本煤层瓦斯巷道预抽本煤层瓦斯，一般是利用回采的准备巷道进行抽放。即、当采区煤巷施工完成后。将其密闭，并插入管子进行抽放；其抽放瓦斯工作在煤巷掘进以后和回采开始以前进行，该方法最早用于煤矿。根据煤矿的实践。抽放时间一般要2年以上可使回采时瓦斯涌出量有较大幅度的降低。巷道预抽本煤层瓦斯虽然是可行和有效的。但也存在一些问题，如当掘进瓦斯涌出量很高时，就会给正常掘进工作带来困难；由于巷道掘进后需较长时间抽放，开采前尚需维修巷道，故而增加了成本等。因此，是否选择巷道法预抽本煤层瓦斯、需认真加以考虑和论证，一般情况下，其考虑的因素包括：矿井的采掘布置方式；巷道抽放瓦斯的有效围；煤层的瓦斯含

26、量与其储量大小；预计瓦斯抽出量与其抽放效益；预计抽放瓦斯的时间。经过综合考虑上述各项因素，并进行比较论证后瓦斯，才能确定是否采用巷道法预抽本煤层(2)钻孔法预抽本煤层瓦斯钻孔法预抽本煤层瓦斯，由于具有施工简便、成本低、抽放瓦斯浓度较高的优点、在我国煤矿中得到了广泛的应用。目前，钻孔法预抽本煤层瓦斯主要有两种布置方式，即穿层钻孔布置方式和顺层钻孔布置方式。当采用穿层钻孔布置时钻场可设在底板岩石巷道或邻近煤层巷道，向开采层打穿层钻孔，经过抽放后再进入煤层进行采掘从而可以解决掘进和采煤过程中的瓦斯问题。当采用顺层钻孔布置方式时、则一般是利用提前开掘出的采区煤巷，沿煤层打顺层钻孔，经过抽放后再进行回采

27、，以解决回采过程中瓦斯涌出问题。（1）优缺点：钻场设在运输巷、回风巷、开切眼，沿煤层打钻孔（上向孔或下向孔；平行孔或扇形孔），钻孔平行于煤层里面，层理裂隙不易沟通，影响抽放效果；钻孔开孔位于煤层中，封孔不以保持严密，影响瓦斯浓度；在松软煤层中打钻，易塌孔卡孔，施工困难；一般情况下，打煤孔速度快费用低；上向孔不会积水，瓦斯涌出均衡；下向孔则相反，涌水量大时尚需排水；在工作面运输巷打下向孔，可以长时间抽放下阶段煤层瓦斯，瓦斯资源多，抽放效果好；同时可截取深部瓦斯，以免涌入工作面；扇形孔是用一个钻场打数个钻孔。可以减少钻机搬迁，但在煤体中分布不均；打扇形孔对围岩破坏较多，封口出易漏气；平行钻孔在煤层

28、中分布均匀，抽放效果好；同时工作面采至钻孔附近时可以用其进行卸压区抽放（边采边抽），有利于提高抽放效果。（2）适用条件单一煤层；煤层透气性较小有抽放可能；煤层赋存条件稳定，地质变化小；钻孔要提前打好，有较长的预抽时间。(3)边采(掘)边抽本煤层瓦斯这是在未经预抽或预抽时间不足的条件下，解决开采煤层采掘过程中瓦斯涌出问题的一种有效抽放方法。实质上，主要是利用采掘过程中造成的卸压作用抽放煤层中的瓦斯、以降低回采或掘进中涌入回风流中的瓦斯量。边采(掘)边抽本煤层瓦斯的适用条件如下：由于该方法是在回来或掘进的同时，抽放煤层中的瓦斯、因此不像预抽法那样受开采时间的限制，可适用于瓦斯涌出大、时间紧、用预抽

29、法不能满足要求的地区。在抽放过程中，可借助于回采过程中的卸压作用，使抽放区域煤体松动增大煤层的透气性，提高煤层瓦斯抽放效果。该方法是在采区掘进准备工作完成后(或掘进过程中)进行的。因此在实际应用中可根据采区各局部地点的瓦斯量大小，投入相应的边采(掘)边抽工程。具有较强的针对性。因此，有利于解决生产环节中瓦斯涌出量大的问题。2.3.3.2 采空区瓦斯抽放在开采高瓦斯煤层，特别是开采厚煤层和煤层群时从邻近层(包括围岩和煤体)煤柱与采掘空间丢失的煤中向开采层采空区大量涌出瓦斯。尤其是近年来，随着工作面的不断推进，采空区面积的日益增大，采空区瓦斯涌出量占矿井瓦斯涌出总量的比例日益增大一些矿井达到406

30、0，如矿务局十矿。这种状态对矿井的安全生产造成了很大的威胁。因此，一方面为了减少矿井瓦斯涌出量，提高矿井生产的安全性，另一方面也为了开发利用瓦斯资源，减少对地面大气环境的污染。采空区瓦斯抽放技术与装备已得到了迅速地发展，一些矿井采空区瓦斯抽放量占矿井总瓦斯抽放量的比例达到了6070，如龙风矿，矿务局十矿等，采空区瓦斯抽放占有日益重要的地位。(1)采空区瓦斯抽放方法根据矿井地质条件和煤层赋存状况、开拓方式和采区瓦斯涌出量的不同、采空区的瓦斯抽放方法有4种：密闭抽放法这是抽放采空区瓦斯最常用和最简单的方法即首先将采空区或回采面的进回风巷均加以密闭，密闭墙厚13m，灌以砂、粉尘、泥浆等材料，保证严密

31、不漏风。然后将抽放管穿过回风巷的密闭墙、伸入采空区进行抽放，伸入深度以10m以上为好；抽放时，应对密闭的气体成分、浓度、抽放负压等参数经常进行监测与控制。以防增大漏风引起来空区浮煤自燃；该方法抽出的瓦斯浓度可达2560。插管抽放法该方法是把带孔眼的管子在顶板冒落前直接插入采空区进行抽放。一般情况下，插入管于直径为4751000 mm处在采空区的一端长约23m的管干，管壁穿有小孔并用沙网包好，防止抽故中发生堵塞现象。该管应尽量靠近煤层顶部，处于瓦斯浓度较高的地点。这种瓦斯抽放方法抽出的瓦斯浓度一般不高，通常只有l0%25%，故而一般抽放效率较低，但简单易行，而且成本低。向冒落拱上方打钻孔抽放法该

32、方法要求钻孔孔底应处在初始冒落拱的上方以捕集处于冒落破坏带中的上部卸压层和未开采的煤分层或下部卸压层涌向采空区中的瓦斯；这种抽放方式，抽出的瓦斯浓度有时可达50%以上，普遍具有较高的瓦斯浓度，钻孔的单孔瓦斯流量可达24m3/min。在开采保护层时，常常在打钻孔抽放邻近层卸压瓦斯时，同时打钻到冒落拱上方，此时，其主要目的是捕集处在冒落带中的上邻近层和未开采的煤分层的瓦斯。在老顶岩石中打水平钻孔抽放法当涌入采空区的瓦斯主要来自开采煤层的顶板之上，而顶板为易于破碎的岩石，打钻抽放有困难时；可采用从回风巷向煤层上部掘一斜巷，一直进入稳定的岩层为止；在斜巷的末端作钻场，逆着工作面推进方向打与煤层平行的钻

33、孔，如图2.3所示，孔径90100 mm，孔长根据实际情况而定，一般在100 m左右。从钻孔中心到煤层顶板的距离则取决于直接顶(不稳定岩层)厚度，一般为510m。随着回来工作面的推进，钻孔底端始终处在冒落拱上部，而孔口处于负压状态，故这种抽放方式可以取得较好的抽放效果。直接向采空区打钻抽放法该抽放方法主要利用运输水平或回风水平的底板岩巷或下部煤层的巷道向采空区打钻、以抽放采空区瓦斯，抽放钻孔进入采空区的位置应在采空区瓦斯积聚处为宜。图2.3 在老顶岩石中打水平钻孔抽放法布置图地面垂直钻孔抽放法该方法适用于开采深度浅的高瓦斯煤层。一般要求开采深度400 m，条件适宜时可从地面打垂直钻孔抽上邻近层

34、和采空区的瓦斯。(2)影响采空区瓦斯抽放的主要参数与分析由于采空区透气性能好，采空区瓦斯抽放的最大特点是低负压高流量。因此只要合理地调节好采空区瓦斯抽放参数，则可取得较好的抽放效果。根据采空区瓦斯抽放的特点，我们认为影响采空区瓦斯抽放的主要因素有：采空区进回风巷的密闭、抽放负压与采空区瓦斯抽放参数的监测和控制。采空区进回风巷的密闭在采空区进回风巷密闭中，由于施工质量、矿山压力等因素的影响，密闭墙与其周围的煤岩层往往会产生漏气，致使抽放瓦斯浓度降低、甚至会引起采空区遗煤自燃。因此为了解决密闭堵的漏气问题，可采用“均压密闭”的措施。抽放负压在进行采空区瓦斯抽放时 应注意调节抽放负压。在抽放采空区瓦

35、斯时，应控制一定的抽放负压，对于具体抽放地点，采空区瓦斯抽放负压多大合适，应根据实际抽放过程进行调节。可参照下表2.4选择。表2.4 抽放方式与抽放负压序号抽放方式建议的负压值/1.33K102Pa123456密闭抽放法插管法向冒落拱上方大钻抽放法在老顶岩石中打水平钻孔抽放法直接向采空区打钻抽放法地面钻孔抽放法50701040204020403070150200在钻孔抽放期间，孔口负压应逐渐减小，以保证新投入抽放的钻孔有必要的负压。(3)瓦斯抽放参数监测与控制采空区瓦斯抽放，由于一般瓦斯浓度较低，且属于低负压高流量的抽放，故易增大采空区漏风而导致采空区遗煤的自燃。为此，原中国统配煤矿总公司颁布

36、的矿井抽放瓦斯管理规中规定：在有自然发火危险的采空区抽放瓦斯时，必须控制抽放负压，减少漏风，并经常检查和掌握CO和气体温度的变化，抽放瓦斯浓度不低于20。2.4小结本章对瓦斯的基本理论从基本概念入手做了具体的表述，特别是瓦斯的运移分带理论和抽放理论并对抽放方法的分类、选择依据进行了具体述，对基本适合88203工作面抽放瓦斯的方法进行了介绍，为下一步的方法选择提供了依据。3 康家滩矿简介与8#煤层开采基本情况3.1康家滩煤矿概况康家滩煤矿位于省保德县桥头镇境，地处黄河东岸，黄土高原的西北边缘，距保德县东关镇18公里，距神东公司总部所在地大柳塔镇168公里，-俯二级公路与神-朔复线电气化铁路从井田

37、中部穿过，交通十分便利。康家滩井田围由18个拐点圈定，开采深度由940m至420m标高，面积44.2548平方公里，地质储量7.8亿吨，可采储量4亿吨。井田总体地势东南高，西北低，最高处地形标高为1256.6m，最低处标高为910m，最大高差346.6m，井田地形切割严重，属于黄河流域水系，朱家川河、家沟河两条季节性河流，从井田北部边缘通过并汇入黄河。主要可采煤层为8号、13号煤层，一般在4.128.32m，平均5.67m，赋存稳定，多含12层夹矸。康家滩煤矿原为保德县桥头煤矿，神东公司于2000年4月租赁并进行技术改造，利用原矿井主斜井作为主运输系统，原风井（斜井）回风，新掘一平硐作为辅助运

38、输系统，于2000年7月份正式投产，配置两套连续采煤机，采用旺格维利采煤法开采，设计生产能力240万吨/年。为适应市场对优质煤源的需求，使神东矿区生产的侏罗纪煤与石炭二迭纪煤达到合理掺配，以此弥补煤种缺陷，提高品牌煤的市场竞争力，2001年11月，集团批准对矿井进行技改，年设计生产能力扩大到500万吨，系统留有800万吨的余量，设计从原主斜井井底沿8号煤层至枣林集装站掘进三条大巷，并从枣林集装站开凿一条-15的主斜井与主运大巷贯通，大巷两侧布置长壁综采工作面，形成“一综四连”生产模式。技改工程于2002年1月15日正式破土动工，全矿员工和各路建设大军克服地质结构复杂、顶板破碎，瓦斯高，设备搬运

39、、物资供应战线长，生产和基建同步进行等诸多困难，在生活条件极其艰苦的情况下，战严寒，斗酷暑，发扬了团队协作、艰苦奋斗、无私奉献的精神， 2002年9月27日首采工作面联合试运转一次获得成功，2002年10月1日顺利投入试生产，仅用八个半月时间实现了矿井如期投产，创出了中国煤炭发展史上的新纪录，一座集煤炭生产与洗选加工为一体的千万吨级出口煤基地耸立于世人面前。2002年，康家滩煤矿创造了神东公司四项第一：建井速度第一；试生产当月生产原煤348206吨，月产量实现第一；是同类型矿井基本建设第一个未突破概算的矿井；基本建设当年完成产量232.2万吨，超额完成神东公司下达的生产任务。2003年，康家滩

40、煤矿计划生产商品煤700万吨，原煤875万吨，矿井发展前景喜人，催人奋进，全矿员工继续发扬基建会战精神，狠抓机电设备管理和现场生产管理，加大动态组织生产的力度，超前决策、超常指挥，上半年实现原煤生产4543846吨，超计划168846吨；商品煤生产3635076吨，超计划135076吨，商品煤均衡生产已超过727万吨的水平，并创造了一个又一个新纪录。4月23日，商品煤外运7列计28914吨，创商品煤日外运最高水平；5月7日全矿生产原煤34562吨，综采生产原煤31200吨，创全矿原煤日产和综采日产最好水平。3.2康家滩煤矿8#煤层与开采基本情况目前正在开采的8煤层位于组底部S3砂岩之上，煤层总

41、体为简单型的宽缓背斜构造，煤层倾角380，煤层厚度3.83-10.39m，平均厚7.46m，属厚煤层。纯煤厚度在3.19-8.84m之间，平均厚度6.01m。煤层结构复杂，含夹矸3-9层，夹矸单层最大厚度0.65m，岩性以泥岩为主，其次为炭质泥岩。全区见煤点22个，全部可采，煤厚变异系数23.65%，因煤层复杂，仍为较稳定煤层。8煤层顶板为典型的复合式结构，伪顶为煤岩互层顶板，厚度22.8m，岩性为煤与岩层或煤与高灰煤互层，岩性差异明显，稳定性差，顶板层理、节理发育，互层间粘结性差，遇水易发生软化离层，掘进揭露煤层伪顶易冒落；直接顶厚度010.97m，岩性为泥岩、砂质泥岩，层理发育；老顶厚度1

42、234m，灰白色粗粒砂岩，厚层状。随采面推进地压显现较为明显，经常出现冒顶、顶板整体下沉与底鼓现象。8煤层瓦斯相对涌出量23m3/t, 煤层自然发火期为46个月，煤尘爆炸指数为41.24，具有较强的爆炸性。目前8煤层采用的长壁综采开采工艺采高仅为3.54m,上部3m以上的煤层由于结构复杂和安全等问题,一直不能有效地利用。这样，固然是由于现有支架高度限制因素的影响，虽保证了康矿石炭煤的商品煤煤质，但由于采空区垮落浮煤的大量存在，成为开采过后瓦斯严重涌出的根源，使工作面开采过程中的瓦斯灾害治理出现相当被动的局面。为保证的可持续发展和安全生产，解决厚与特厚煤层的资源回收率问题，急需开展开采工艺和装备

43、的创新研究，从而为矿区资源与环境协调开采以与在康家滩矿区地质条件下提高资源回采率提供技术保障。3.2.1康家滩8#煤层瓦斯涌出特点目前8#煤层采用的长壁综采开采工艺采高仅为3.54m，上部3m以上的煤层由于结构复杂和安全等问题，一直不能有效的利用。这样，固然是由于现有支架高度限制因素的影响，虽保证了康矿石炭煤的商品煤煤质，但由于采空区跨落浮沉的大量存在，成为开采过后瓦斯严重涌出的根源，使工作面开采过程中的瓦斯灾害治理出现相当被动的局面。8#煤层属于厚与特厚煤层，其后部采空区的压实程度、漏风状态、瓦斯运移规律有其特殊的规律，必须进行系统的研究。由此可见，因康家滩矿为高瓦斯矿井，其开采过程和开采过

44、后的瓦斯涌出规律却十分复杂。不仅大量垮落浮煤造瓦斯严重涌出，沿空掘进巷道、综合机械化放顶煤工作面、厚煤层孤岛采煤面等地点的瓦斯涌出量也会较大,个别地点如工作面回风隅角、巷道高冒区、地质构造带、沿空侧裂隙带都有可能出现瓦斯异常现象。因此研究8#煤层瓦斯涌出规律和防治技术就显得十分的重要。3.2.2康家滩煤矿20002004年度瓦斯等级鉴定结果汇总康家滩煤矿于2001年11月首次进行了瓦斯等级鉴定，鉴定结果：相对瓦斯涌出量为5.37m3/t，绝对瓦斯涌出量为11.97 m3/min，鉴定为低瓦斯矿井。2003年9月对该井重新进行了瓦斯等级鉴定，鉴定结果为：总回风巷瓦斯绝对涌出量最大达到59.98m

45、3/min；相对涌出量最大3.28m3/t；总回风巷二氧化碳绝对涌出量为8.51m3/min；二氧化碳相对涌出量0.93m3/t，根据结果鉴定为高瓦斯矿井。具体鉴定结果见表3.1、3.2表3.1 瓦斯鉴定总表矿 井年度CH4绝对出量m3/minCH4相涌出量m3/tCO2绝对出量m3/minCO2相涌出量m3/t鉴定 等级备注康家滩井200012.0818.323.044.30高瓦斯井未投产康家滩井200110.0417.992.042.79高瓦斯家沟井20013.505.374.774.60低瓦斯康家滩井200219.2510.642.101.16高瓦斯家沟井200215.106.646.4

46、21.40 低瓦斯家沟井200359.983.288.510.93高瓦斯康井未生产家沟井200462.612.9713.100.62高瓦斯康两井贯通表3.2 鉴定和二氧化碳测定结果报告表矿井、煤层、采区、名称气体名称三旬中最大一天的涌出量m3/min月实际工作天数/d月产煤量/t月平均日产煤量t/d相对涌出量m3/t瓦斯等级备注88201综采工作面瓦 斯41.583071507223835.72.51高风排量：31.96（m3/min）抽放量：9.62（m3/min）总 量：41.58（m3/min）二氧化碳3.690.22低88103一号回风顺槽瓦 斯0.903029625987.51.31

47、低二氧化碳0.280.41低88103二号回风顺槽瓦 斯1.323018282609.43.12低二氧化碳0.320.76低88103胶运顺槽瓦 斯0.64低未生产二氧化碳0.20低边界进风巷瓦 斯10.69低未生产二氧化碳2.37低88202备用工作面瓦 斯16.54低未生产二氧化碳2.26低88202伪斜腰巷瓦 斯1.253025991866.42.08低二氧化碳0.560.93低8#层回风大巷瓦 斯59.4030788970262993.25高二氧化碳8.300.45低总回风巷瓦 斯59.9830788970262993.28高二氧化碳8.510.47低3.2.3工作面概况88203工作

48、面位于井田中北部二盘区，北部未开采，南连8#层一号辅运、胶运、回风大巷，东邻88202采空区，西部为未开采区。该工作面采用走向长壁布置方式，共掘四条顺槽，下部两条为工作面辅运、胶运顺槽，上部两条为回风顺槽和专用排放瓦斯尾巷。其中最上部的专用排放瓦斯尾巷是原88202工作面辅运顺槽回采后留设的，该巷平均每隔50m有一个联巷与88202采空区相连（联巷随工作面回采已封闭）。工作面平均走向长2250m，倾向长206m，回采推进长度1754m，靠辅运大巷侧留设496m保护煤柱。该面煤层底板标高+710+672m，平均+691m，煤层厚度5.93m，其中夹矸0.57m，纯煤（包括高灰煤）厚度5.36m。

49、工作面设计采高3.7m，设计日产量2万吨。3.2.4工作面瓦斯含量、涌出量预测（1）工作面瓦斯含量根据康家滩煤矿矿井瓦斯综合治理技术研究报告中有关8#层瓦斯含量梯度预测，按下式计算煤层瓦斯含量：W = -0.0322H + 26.487，m3/tr （1）式中：H煤层底板标高，m。（2）工作面瓦斯涌出量根据康家滩煤矿矿井瓦斯综合治理技术研究报告，回采工作面相对瓦斯涌出量按下式计算（邻近层瓦斯忽略不计）：qk = k1k2k3k4m/mo（xo-x1），m3/t （2）式中：k1围岩瓦斯涌出系数（包括临近的煤线），取k1=1.20；k2工作面丢煤瓦斯涌出系数，取k2=1.11；k3准备巷道预排瓦

50、斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，k3 = （206 - 216）/ 206 = 0.84；k4煤运至地表时的可解吸含量系数，按0.8计算；m 煤层厚度，夹矸层按1/2折算为煤层厚度，m = 5.36 + 0.57/2 =5.65 m；mo煤层开采厚度，按3.7m计算；xo煤层原煤瓦斯含量，m3/t；x1煤的残存瓦斯含量，m3/t，参考康家滩煤矿矿井瓦斯综合治理技术研究报告中残存瓦斯量与原始瓦斯含量的关系，对应最小、最大、平均瓦斯含量的X1值分别为1.7、1.9、1.8。表3.3 88203工作面瓦斯含量、涌出量测算值表开采标高瓦斯量m3/tr相对瓦斯涌出量m3/t设计产量 t/d绝对瓦斯涌出量

51、m3/min备 注+7103.632.922000040.56最大标高+6724.853.492000048.47最小标高+6914.243.222000044.72平均标高考虑临近88202面采空区瓦斯涌出和瓦斯涌出的不均衡性，取不均衡系数1.4，则88203工作面瓦斯总涌出量预计为（以平均值计算）：qk = 44.721.4 = 62.61 m3/min3.3 本章小结本章对康家滩煤矿与康家滩煤矿8#煤层的开采基本情况和88203工作面概况做了具体的介绍，并对工作面瓦斯含量、涌出量做了详尽的预测这对以后的设计工作的顺利展开起了积极的作用。4 抽放系统设计4.1工作面瓦斯治理方案8#煤层综采

52、工作面设计采高3.7m，在开采过程中有24m厚的高灰煤与8-2煤丢到采空区，这部分煤在采空区解吸大量的瓦斯，而后向工作面上隅角涌出。根据88202工作面瓦斯涌出量的预测情况得出，瓦斯主要来源于工作面采空区与临近采空区。按照煤矿安全规程要求，结合我矿生产实际，采取以“通风为主、抽放为辅”的综合治理方案。比照88202工作面回采期间风量调配测试情况，工作面配风量拟定为2400m3/min，其中回风巷风量1800m3/min，尾巷配风量600m3/min，则风排瓦斯能力为q排 = 18001.0% + 6002.5% = 33.0 m3/min。剩余瓦斯涌出量q = qk-q排 = 62.61-33

53、.0 = 29.61 m3/min，这部分瓦斯需要靠抽放措施来解决。4.2 泵站布置（1）泵站硐室位置抽放泵站硐室选择在88202胶运顺槽1联巷以外一段巷道，该段巷道作为胶运机头硐室曾挑顶、劈帮增加了巷道断面，且铺设了水泥地面，选作抽放泵站硐室较为适合。抽放泵安装前需重新补做设备稳定基础，另外再砌筑一个蓄水池即可。（2）泵站设备仍选用88202工作面回采期间采用的CBF610-2型水环式真空泵，2台泵体并联，配套电机315kw。2台抽放泵根据实际需要和抽放效果考虑，可采取一开一备，或采取并联抽放。4.3抽放管路布置（1）抽放主管路（见图4.1）抽放管路：88203抽放泵站88202胶辅运1联巷

54、88203尾巷（88202辅运顺槽）88203工作面切眼（敷设长度2200m）排放管路：88203抽放泵站88202胶辅运1联巷88203回风巷8#回风大巷（敷设长度200m）图4.1 88203工作面采空区瓦斯抽放系统示意图（2）预埋抽放支管根据88202工作面采空区瓦斯抽放系统抽放半径测试结果得知，单台泵抽放用508mm管路抽放半径为170m，该面最长抽放距离为1050m。而88203工作面敷设抽放主管路全长2200m，是88202工作面最长抽放距离的2倍，因此可适当考虑缩短抽放半径为100m，并以此作为分设抽放支管路的依据。主管路每隔一个联巷设一个三通阀门，预埋一段抽放支管（尾巷50m，

55、联巷25m），相邻两个抽放点间隔距离100m，抽放支管采用薄壁卷焊钢管。4.4 抽放管路管径的确定瓦斯抽放管径选择合理与否，对抽放瓦斯系统的建设投资与抽放效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；直径过细，管路阻力损失大。根据煤矿抽放瓦斯手册，并参照抽放系统的实际能力使之留有备用量，同时考虑负压状态与正压状态管路中瓦斯流量变化关系，并兼顾到管路运输、安装工作的方便，管径选择计算如下：D=0.1457（Q/V）1/2式中 D抽放瓦斯管径，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。需要抽放系统解决的瓦斯量29.61 m3/min，按平均抽放浓度16%计算，抽放混合瓦斯流量

56、Q = 29.61 /（17%）= 174.18 m3/min。V瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般V = 1015m/s。则抽放瓦斯管路径为 D = 0.1457（174.18/15）1/2 = 497 mm。实际抽放管路选择508mm6m薄壁卷焊钢管，壁厚35mm。另外，由于每段预埋抽放支管较短（75m），对抽放总阻力影响相对较小，因此采用377mm6m薄壁卷焊钢管作为抽放支管。4.5 管路连接方式管路连接采用螺栓紧固法兰盘，夹防漏胶垫连接方式。为防止静电作用，管路每隔一定距离须设接地装置，并要求法兰盘连接螺栓套绝缘套后再拧紧连接。4.6瓦斯抽放泵站与管路安装技术要求4.6.1 抽放泵站安装要

57、求（1）泵站硐室应用不燃性材料建筑，且应保证通风流畅；（2）泵站硐室不应堆放杂物，并保证供、排水方便；（3）泵站设专门的供电系统，采用独立的两回路供电；（4）泵站通讯设备完好，并有直通矿井调度室的；（5）泵站应配备必要的检测仪器，如正、负压计，瓦斯浓度测定仪，流量计、温度计或综合参数测定仪等；（6）泵站硐室应安装瓦斯监测探头；（7）泵站一旦安装好并投入运行后，应不受生产运输等因素影响，保证正常运转。移动泵站的具体安装步骤按照产品说明书进行。瓦斯抽放泵站设备具体布置情况见瓦斯抽放泵站平面布置示意图图4.2 瓦斯抽放泵站平面布置示意图4.6.2 抽放管路安装要求(1)88203工作面抽放主管路安设

58、在尾巷，1联巷至回撤通道段管路靠88202胶运侧敷设，方便行车、行人以与其它设备材料进出；回撤通道以里至切眼管路靠回风巷侧敷设，主要是相对减少支管敷设量。(2)根据巷道底板起伏状况，选取巷道三处较低点在抽放主管路上安设3个放水器，保证与时放掉管路中的积水。(3)联巷预埋抽放点需抬起一定的高度（23m），以便抽取采空区高浓度的瓦斯，必要时可将安装吸气口处的巷道进行挑顶施工。(4)预埋抽放点吸气口需采取防堵与防砸措施，加三通形成“T”形立管或加弯头形成“”形立管，并用铁丝网进行包扎，以防抽放瓦斯管路的吸入口堵塞，同时用木垛将立管圈起来以防被砸倒。4.7本章小结本章对88203工作面的外瓦斯抽放系统

59、从泵站布置、抽放管路布置、抽放管路管径的确定到管路连接方式等方面进行了具体的设计和说明并提出了具体抽放管路安装要求。为以后本工作面和其他工作面的设计与施工提供了依据。5.安全措施5.1抽放安全措施(1)抽放管路安装完成后，应在上面覆盖黄土袋，以防止撞击产生火花。(2) 管路还应装设接地装置，防止产生静电造成意外。(3) 当采面推进至下一个抽放联巷口时，由当班抽放工负责开启支管阀门，并根据抽放效果，与时关闭主管三通前的阀门，减少采空区漏风，防止采空区出现自燃发火。因巷道冒落人员不能进行阀门开关操作时，立即停止采面作业并通知矿总工采取措施进行处理。(4) 抽放管路排气口设在8#回风大巷中，并采取相

60、应的安全措施，包括设置栅栏，悬挂警戒牌，设置瓦斯监测装置等。附监测示意图5.1图5.1瓦斯浓度日报表与监测系统示意图栅栏设置的位置，上风侧设在管路出口外推5m处，上、下风侧栅栏间距不小于35m，排到回风巷的瓦斯浓度须在30m以被混合到CH40.75%。栅栏处应设置警戒牌和监测装置，巷道瓦斯浓度超限时能自动报警并按煤矿安全规程有关规定进行处理。监测传感器的位置在栅栏5m以，两栅栏间禁止人员通过和任何作业。(5)瓦斯抽放工作由通风队负责，设备操作、看管、维护工作设专人负责， 24小时不间断抽放。泵站维护和日常管理严格按矿井瓦斯抽放管理规执行。(6)泵站使用前检查各种设备的完好性，确保整台瓦斯泵站处

61、于完好状态，在工作围 进行运转试验，一切正常后方可投入正常运行。(7)泵站运转过程中，看管泵站人员应随时检查泵站工作情况并作好记录：轴承是否发热，使用温度不超过环境温度30，轴承不超过75；填料松紧程度是否合适，压盖是否发热；真空度或排气压力是否常；补充水量是否合适，排水温度不超过40；泵运转声音是否正常，泵是否振动。(8) 泵站维护人员每天应对瓦斯泵进行全面检查，发现问题与时处理；每三个月进行一次中修，每年进行一次大修。5.2 瓦斯抽放系统相关管理制度（1）瓦斯抽放进行专门设计，报矿总工程师批准后实施。（2）瓦斯抽放各工种制定严格的考核制度和奖惩制度。（3）各工种实行三班作业，现场交接班制度。（4）建立建全记录报表，定期