[工学]矿井瓦斯防治课程设计

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1、 矿井瓦斯防治课程设计1工作面概况1.1采区位置范围、地质条件本煤采区开采某煤层（2号），煤层厚度为5m；赋存稳定，倾角为15，顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距离上覆1号煤层50m，煤厚3m。本区域有小断层，对开采影响不大。工作面走向长度1500m、倾向长度120m，采区回风上山长度1800m。1.2煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数1.主要瓦斯参数 1号煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa，具有突出危险性。2.抽放

2、瓦斯参数： 1号煤层透气性系数12.76（m2/MPa2.d)，2号煤层透气性系数5.76（m2/MPa2.d)。1.3采区和工作面巷道布置、采煤方法1.通风方式及风量 采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500m3/min。 2.采煤方法及巷道布置： 采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜一次开采，巷道布置如图所示。 附：工作面巷道布置范围2瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证2.1煤层瓦斯储量计算本设计煤采区开采煤层（2号），煤层厚度为5m；赋存稳定，倾角为15，顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距离上覆1号煤层50m，煤厚3m。本区域有小断层，对开采影响

3、不大。工作面走向长度1500m、倾向长度120m，采区回风上山长度1800m。1号煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa，具有突出危险性。2.1.1煤层瓦斯储量计算根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算： 式中 矿井瓦斯储量，Mm3；W1可采煤层的瓦斯储量（Mm3）；

4、W2受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量（Mm3）；W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量（Mm3），实测或按式4.0.1-4计算；A1i矿井可采煤层i的资源量（Mt）；X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量（m3/t）；A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的资源量（Mt）；X2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的瓦斯含量（m3/t）；K围岩瓦斯储量系数，可取0.050.20；当围岩瓦斯很小时，可取W3=0；若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。因此， 1号煤层瓦斯储量W11=1500m120m3m1.45t/m312m3/t=9.396Mm3

5、2号煤层瓦斯储量W12=1500m120m5m1.32t/m311.5m3/t=13.662 Mm3。可采煤层瓦斯储量：W1=W11+W12=23.056 Mm3不可采煤层的瓦斯储量：W2=0围岩瓦斯储量：W3=0.15（W1+W2）=3.458 Mm3 （K取0.15）最后得到，煤层瓦斯总储量W=W1+W2+W3=26.514 Mm32.2抽放必要性可行性论证2.2.1 瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。2.2.1.1 规定根据煤矿安全规程第145条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第4.1.14.1.3条规定：有下列情况之

6、一的矿井，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个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。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1.01.5Mt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。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。本设计中煤层具有突出危险性，故必须进行抽放，对于一个突出煤层工作面而言，开采前需要通过采前瓦斯抽采消除煤层的突出

7、危险性。开采期间需要通过采中瓦斯抽采保证工作面瓦斯浓度不超限。开采结束后通过对采空区进行采后瓦斯抽采提高矿井瓦斯抽采率。为了实现上述瓦斯抽采的目标，就需要在采掘活动的各个时期、各个地点进行瓦斯的综合抽采，因此为保证工作面及矿井的安全开采，对高瓦斯及突出煤层进行综合瓦斯抽采是非常必要的。2.2.1.3 矿井瓦斯涌出量预测对于改（扩）建矿井及生产矿井，矿井瓦斯涌出量可以实测；对于新建矿井，矿井瓦斯涌出量要进行预测，预测依据AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法，采用分源预测法预测工作面瓦斯涌出量，论证是否需要抽放；薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量可由式(A.1)计算。 式中：q1开

8、采层相对瓦斯涌出量，mt；K1围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.11.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2；全部充填法管理顶板K1取1.1；砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小；K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率90%的倒数来计算； K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，如无实测值可按参照AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法附录D选取，本设计取1；采用长壁后退式回采时，K3按式（D.1）计算。K3=（L-2h）/L（D.1）式中： L工作面长度，m；h掘进巷道预排等值宽度，m；m开采层厚度，5m；M工作面采高，取5m

9、；W0煤层原始瓦斯含量，m3t，参照附录C选取； Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3t，如无实测值可参照AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法附录C选取，本设计取4m3t。工作面日产量3000t；预抽期安排一年。1号煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa，采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500m3/min。由此，计算得工作面相对瓦斯涌出量为12.28m3/t，则工作面

10、绝对瓦斯涌出量25.58 m3/min。根据供风量为1500m3/min,工作面瓦斯浓度按0.6计算风排瓦斯量Qp=QC=15000.6/100=9m3/min。不抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限。2.2.1.2 通风处理瓦斯量核定当一个矿井、采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时，就要抽放瓦斯，即： （12）式中 q矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min；qf通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m3/min；v通风巷道（或工作面）允许的最大风速，m/s；S通风巷道（或工作面）断面积，m2；C煤矿安全规程允许的风流中的瓦斯浓度，%；K瓦斯涌出不均衡系数，取值为1.21.

11、7。qqf= 6m3/min故应该对煤层进行瓦斯抽放。尚需抽放瓦斯量q-qf=25.58-6=19.58m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6。2.2.2 瓦斯抽放的可行性开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性，一般来说，其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数；二为钻孔瓦斯流量衰减系数，按和判定开采层瓦斯抽放可行性的标准，如表1所示。表1 煤层瓦斯抽放难易程度分类表 抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（）(d-1)煤层透气性系数（）(m2/MPa2.d)容易抽放10可以抽放0.0030.050.110较难抽放0.050.1本设计中1号煤层透气性系数12.76（m2/MPa

12、2.d)，属于容易抽放；2号煤层透气性系数5.76（m2/MPa2.d)，属于可以抽放。2.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期2.3.1瓦斯抽放率根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准煤矿瓦斯抽采基本指标AQ 1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.3条规定：瓦斯抽出率：预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；邻近

13、层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标第4.2条进行选取。矿井（或采区）瓦斯抽放率的测定与计算：在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。每月底按式（10）计算矿井月平均瓦

14、斯抽采率。 （10）式中 矿井月平均瓦斯抽采率，%；矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；矿井月平均风排瓦斯量，m3/min工作面瓦斯抽放率的测定与计算：工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。每月底按式（11）计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，%；回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；工作面月平均风排瓦斯量，m3/min=10019.58m3/min/（19.58m3/min+6 m3/min）=76.54%2.3.2可抽放瓦斯总量计算根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.

15、2条规定可按下列公式计算：WcWK （4.0.21）KK1K 2K 3 （4.0.22）K1K4（My-Mc）/ My （4.0.23）式中 Wc可抽瓦斯量（Mm3 ）；K可抽系数；K1瓦斯涌出程度系数；K2负压抽采时的抽采作用系数，可取1.2；K3矿井瓦斯抽采率（%）。按目前我国的抽采技术水平，预抽煤层瓦斯时，可取25%35%；抽采上下邻近层瓦斯时，可取35%45%；K4煤层瓦斯排放率，可根据 矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006）中的规定选取；当采高大于4.5m时，K4按式（D.4）计算。 式中： hi第i邻近层与开采层垂直距离，50m； M工作面采高，5m。 L工作面长度，12

16、0m。 K4=60.28%My煤层原始瓦斯含量（11.5m 3 /t）；Mc运到地面煤的残余瓦斯含量（m 3 /t），取4。所以，可抽瓦斯量Wc=26.514 Mm324.5%=6.5 Mm32.3.3 年抽采量和可抽期根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.4条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第5.3.5都规定：矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。矿井设计瓦斯年抽采量可按下式计算：QN=1440365Q/1000000 （4.0.6）式中 QN矿井设计瓦斯年抽采量（Mm3）；Q矿井设计瓦斯抽采规模（m3/min）。QN=14403656.28/

17、1000000 = 3.3Mm3则可抽期T=26.514/3.3=8年3煤层瓦斯抽放方法设计3.1抽放方法的比较和选择3.1.1一般规定根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第5.1.1条规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道；b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件；c)有利于提高瓦斯抽放率；d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；e)尽量采用综合抽放；f)抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成

18、本低。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。一套抽放瓦斯系统难以满足要求。3.1.2抽放方法选择根据上面建立的抽放瓦斯的必

19、要性指标和可行性指标，依据规程、规范的规定论述采用矿井集中抽放瓦斯系统或地面钻孔抽放瓦斯系统，还是采用井下移动式抽放瓦斯系统。瓦斯抽放方法及各方法的抽放率详见AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范附录B。3.1.2.1本煤层瓦斯抽放方法未卸压煤层进行预抽，煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类。煤层透气性较好，容易抽放的煤层，宜采用本层预抽方法，可采用顺层或穿层布孔方式。煤层透气性较差，采用分层开采的厚煤层，可利用先采分层的卸压作用抽放未采分层的瓦斯。单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽放。煤与瓦斯突出危险严重煤层，应选择穿层

20、网格布孔方式。煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。3.1.2.2邻近层瓦斯抽放方法。通常采用从开采层回风巷(或回风副巷)向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯的方法。当邻近层瓦斯涌出量大时，可采用顶（底）板瓦斯巷道（高抽巷）抽放。当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可在工作面回风侧沿开采层顶板布置迎面水平长钻孔（高位钻孔）抽放上邻近层瓦斯。3.1.2.3采空区瓦斯抽放方法。老采空区应选用全封闭式抽放方法。现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶(底)板钻孔法，有煤柱及无煤柱垂直及斜交钻孔法，插(埋)管法等抽放方法，并应采取措施，提高抽放瓦斯浓度。开采容易自燃或自

21、燃煤层的采空区，必须经常检测抽放管路中C0浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发火征兆时，必须采取防止煤自燃的措施。3.1.2.4其它情况。煤与瓦斯突出矿井开采保护层时，必须同时抽放被保护煤层的瓦斯。埋藏浅、瓦斯含量高的厚煤层或煤层群，有条件时，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、抽放卸压邻近层瓦斯或抽放采空区瓦斯的方法。对矿井瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。表1-33 瓦斯抽放类型、方法、适用条件抽放分类抽放方式适用条件工作面抽放率 %开采层抽放未卸压抽放岩巷揭煤和煤巷掘进预抽由岩巷向煤层大穿层钻孔；煤巷工作面打超前钻孔高突出危险煤

22、层、高瓦斯煤层10301030采区大面积预抽由开采层机巷、风巷或煤门等打上向、下向顺层钻孔由预抽时间的高瓦斯煤层、突出危险煤层1030由岩巷、石门、邻近层煤巷等向开采层打穿层钻孔属“勉强抽放煤层”10，个别超过50地面钻孔高瓦斯“容易抽放”煤层，埋深较浅10密封开采层巷道高瓦斯“容易抽放”厚煤层10卸压抽放边掘边抽由煤巷两侧或岩巷向煤层周围打防护钻孔高瓦斯煤层、突出煤层10边采边抽由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区打钻高瓦斯煤层1020由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层打穿层或顺层钻孔高瓦斯煤层1020水力割缝、松动爆破水力压裂（预抽）由开采层机巷、风巷等打顺层钻孔；由岩巷或地面

23、打钻孔高瓦斯“难以抽放”煤层203030邻近层抽放卸压抽放开采层工作面推过后抽放上、下邻近层瓦斯由开采层机巷、风巷、中巷等向邻近层打钻邻近层瓦斯涌出量大、影响开采层安全时3060由开采层机巷、风巷、中巷等向采空区方向打斜交钻孔3060由煤门打沿邻近层钻孔3060在邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大、钻孔的通过能力满足不了抽放要求时3060从地面打钻孔地面打钻优于井下时1540采空区抽放开采层工作面推过后抽放采空区瓦斯密封采空区插管抽放无自燃危险或采用防火措施时15现采采空区设密闭墙或采空区打钻抽放15综合抽放多种抽放方式相组合采用单一的抽放方式效果较差时，应采用该种抽放方式4080围岩瓦斯

24、抽放由岩巷两侧或正前方向溶洞或裂隙带打钻、密闭岩石巷道抽放、封堵岩巷喷瓦斯区并插管抽放围岩有瓦斯喷出危险，瓦斯涌出量大或有溶洞，裂隙带储存高压瓦斯时3.2抽放钻孔参数确定3.2.1钻场及钻孔布置根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第7.4条，钻场钻孔布置应按照以下要求：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；尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场；对开采层未卸压抽放，除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外，应尽量增大钻孔的见煤长度；邻近层卸压抽放，应将钻孔打在采煤工作面顶板冒落后所形成的裂隙带内，并避开冒落带；强化抽放布孔方式除考虑应取得好的抽放效果外

25、，还应考虑措施施工方便；边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎，避免采动首先破坏孔口或钻场；钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理；穿层钻孔终孔位置，应在穿过煤层顶(底)板0.5m处。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.4条，预抽煤层瓦斯的钻孔量：当采用顺层孔抽放时，钻孔量见表2；当采用穿层钻孔抽放时，钻孔见煤点的间距可参照下列数据：容易抽放煤层15-20m；可以抽放煤层10-15m；较难抽放煤层8-l0m。表2 吨煤钻孔量表 单位：m/t煤层类别薄煤层中厚煤层厚煤层容易抽放0.050.030.01可以抽放0.050.10.030.050.010.03较难抽放0.10.050.03

26、3.2.1.1钻场（钻孔）的间距1.开采层抽放钻孔布置1）沿倾斜布孔以钻场和钻孔工作面水平所成的角度来划分，有上向孔、下向孔、水平孔三种形式。三种形式的优缺点：（1）下向式钻孔瓦斯流量较大，可以加速排放瓦斯，但下向孔中易积水，打钻施工困难。（2）上向式钻孔不会积水，瓦斯涌出量较均衡，但在相同条件下比下向孔略小。（3）水平孔处于两者之间。2）沿走向布孔沿走向布孔的间距，决定于抽放瓦斯的影响范围，即抽放半径B，而影响范围的大小与煤质、瓦斯等诸因素有关。2.邻近层抽放钻孔间距决定钻孔间距主要是根据钻孔的抽放影响范围。在一定条件下，上邻近层的影响范围要大些，下邻近层要小些，远距离邻近层要大些。 1）抽

27、放影响距离L，它是随开采层工作面的推移，瓦斯量逐渐增加，当达到最大值后又逐渐下降，直至恢复到原来的水平，此时钻孔至回采工作面的距离为“抽放影响距离”。2）有效抽放距离L1，当满足下列条件，工作面推过钻孔的距离称为“有效抽放距离”。（1）钻孔抽出的瓦斯浓度不应小于30%。（2）回采工作面回风流中的瓦斯可以维持在允许限度之内。（3）钻孔瓦斯流量不应小于一个常数，一般小到0.30.5m3/min以下时，即不再抽放。3）可抽距离L2，钻孔能够抽出瓦斯是在回采工作面采过钻孔一定距离后才开始的，这个距离称为“可抽距离”。钻孔的可抽距离，为设计布置采区内第一个抽放钻场位置提供了依据，而钻孔的有效抽放距离，决

28、定着工作面的钻场个数。 钻场间距M M=K（L1-L2） （1-81） 式中：K 抽放不均衡系数。见下表。表8-7-46 钻孔间距参数层间距(m)有效抽放距离L1(m)可抽距离L2(m)K合理孔距(m)上邻近层1020304060803050406050706080801001001201020152520302535354545550.80.80.90.90.90.9162420282736324142505060下邻近层10203040802545355545607090110130101515202025303530600.80.90.90.90.91224183223413650548

29、33.2.1.2钻孔角度的确定1.本煤层抽放钻孔角度计算（表1-47）表1-47 本煤层抽放钻孔角度计算图示公式符号注释垂直煤层走向钻孔1.2.煤层倾角，（）；钻孔角度，（）；钻场至煤层顶、底板的水平距离，可在井巷平面图上量取，m；钻孔终孔高度，m；号钻场在底板时，上向孔取负下向孔取正，钻场在顶板时，上向孔取正下向孔取负。公式2中的符号与1中符号相反；钻孔长度，m。斜交煤层走向钻孔1.2.3.垂直煤层走向钻孔与斜交煤层走向钻孔的水平投影的夹角，（）；垂直煤层走向钻孔的长度，m；孔底分布距离，m，由钻孔抽放半径确定；斜交煤层钻孔的角度，（）；、同上；斜交煤层钻孔长度，m；垂直煤层走向钻孔与斜交煤

30、层走向钻孔的夹角，（）表1-49 邻近层卸压角值N/M31010303080（）707580注：N为层间距，M为开采厚度，当或抽放效果一般很差。邻近层钻孔角度计算1）钻孔布置原则（1）钻孔必须深入到邻近层的卸压带内；（2）保持钻孔不受岩压活动影响而中断；（3）考虑打钻是否方便。邻近层钻孔合适布置，见图1-332）钻孔角度计算（表1-48）表1-48 邻近层钻孔角度计算表图示公式参数及符号注释1.缓倾斜煤层钻孔角度计算钻孔与水平线的夹角，（）；层间距离，m；煤层倾角，（）；未卸压范围长度，m；邻近层卸压角，参见表1-49工作面内部煤柱一侧阻碍邻近层卸压的宽度，m；煤柱宽，再加1015m备用；钻孔

31、角度，（）2.急倾斜钻孔角度计算从开采水平的运输巷道打钻时从开采水平的上部回风巷打钻时本煤层顺层钻孔抽放钻孔间距3m，卸压抽放控制距风巷20m范围内、终孔间距5m；高位钻场距煤层顶板15m；穿层抽放布置底板巷，底板巷距2号煤层15m，穿层钻孔间距15m；然后布置顺层抽放，顺层钻孔间距4m。3.3绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图3.3.1要求图上标明钻孔布置形状、钻场结构尺寸和巷道尺寸3.3.2计算钻孔工程量和抽放量3.3.3封孔工艺、钻场和巷道支护方式3.3.3.1封孔材料钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。封孔方法的选择应根据抽放方法及孔口所处煤(岩)层位、岩性、

32、构造等因素综合确定，因地制宜地选用新方法、新工艺，并应符合下列要求：a) 岩壁钻孔；宜采用封孔器封孔。b) 煤壁钻孔，宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下，可选用水泥砂浆或其它封孔材料。封孔材料的选择应符合下列规定：1）穿层钻孔宜采用封孔器封孔。封孔器械应满足密封性能好、操作简单、封孔速度快的要求。2）顺层钻孔宜采用充填材料封孔。封孔材料可选用膨胀水泥、聚氨酯等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下，亦可选用水泥砂浆或其它封孔材料。3）不宜采用黄泥封孔。3.3.3.2封孔长度封孔长度应根据钻孔孔口段煤(岩)性质、

33、裂隙发育程度及孔口负压等因素确定，并应符合下列要求：孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时，封孔长度可取2m3m；孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压很高时，封孔长度可取4m6m；在煤壁开孔的钻孔，封孔长度可取5m8m；采用聚氨酯外的其他材料封孔时，封孔段长度与封孔深度相等；采用聚氨酯封孔时，封孔参数见表3。表2 聚氨酯封孔参数 单位为m封孔材料钻孔条件封孔段长度封孔深度聚氨酯孔口段较完整0.835孔口段较破碎1.046采空区抽采时插管周围应封闭严密，宜减少外部空气漏入，有条件时可设置均压密闭。3.3.3.3钻孔封孔质量检查标准：预抽瓦斯钻孔抽放过程中孔口瓦斯浓度不应小于40%；邻近层瓦斯抽放

34、钻孔抽放过程中孔口瓦斯尝试不应小于30%；当钻孔封孔 质量达不到上代用品标准时，抽放结束后应全孔封实。3.3.3.4专用瓦斯抽放巷道的要求专用瓦斯抽放巷道的位置、数量应能达到良好的抽放效果。必须提前掘好巷道，保证有足够的抽放时间，有较大抽放范围。专用于敷设抽放管路、布置钻场、钻孔的瓦斯抽放巷道采用矿井全压通风时，巷道风速不得低于0.5m/s。4工作面瓦斯抽放系统4.1工作面瓦斯抽放设施的配置和布置根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范规定具备下列两个条件的矿井，应建立地面永久瓦斯抽放系统；瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2 m3 /min以上；瓦斯资源可靠，储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限五年以

35、上。根据4.1、4.2规定，不具备建立地面永久瓦斯抽放系统条件的，对高瓦斯区应建立井下移动泵站瓦斯抽放系统。建立井下移动泵站瓦斯抽放系统时，由企业技术负责人负责组织编制设计和安全技术措施。井下移动泵站瓦斯抽放工程设计可按地面永久瓦斯抽放工程设计的相关内容进行。井下移功瓦斯抽放泵站应安装在瓦斯抽放地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；已建永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可直接送至矿井抽放系统的管道内，但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合煤矿安全规程第一百四十八条规定。移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安争措施包括设置栅栏、悬挂警戒牌。栅栏

36、设置的市置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35 m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30 m以内被混合到煤矿安全教程允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止瓦斯抽放、进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1 m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。井下移动瓦斯抽放泵站必须实行“三专”供电，即专用变压器、专用开关、专用线路。根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范规定：井下固定瓦斯抽采泵站的位置应选择在稳定、坚硬的岩层中，并宜避开较大的断层、含水层、松软岩层、煤与瓦斯突出煤层，不应

37、受采动影响，并应采用不燃性材料支护。泵站与主要巷道及硐室的安全距离应满足下列要求：1）泵站与井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室，以及影响全矿井或多个采区通风的风门的法线距离不应低于60m。2）泵站与行人巷道的法线距离不应低于35m。3）泵站与地面或上下巷道的法线距离不应低于30m。泵站硐室应符合下列规定：1）必须采用独立通风。2）必须有两个供人员撤离的安全出口。3）出口应设置向外开启的防火、防爆门。4）泵站内除应设置消防管路系统，还应配备消防器材。5）应设置完备的照明设施。硐室的规格尺寸，应符合泵站设备的运输、安装、工艺系统布置及检修的要求。泵站的输出管路宜通过矿井回风系统与地面泵房管路系

38、统或放空管路相连接。当抽采出的瓦斯采用地面直接排空方式时，放空地点应根据矿井抽采系统的具体情况，结合地面的建筑设施确定。放空地点距井口和主要建筑物的距离不应小于50m，放空地点附近20m以内严禁堆积易燃物和有明火。在排空管附近应安设避雷装置和防爆炸、防回火等安全装置。井下移动瓦斯抽采泵站井下移动瓦斯抽采泵站应安设在抽采瓦斯地点附近的全风压通风新鲜风流中，安设位置应满足泵站运输、安装及检修的要求。移动泵站抽出的瓦斯如果不并入矿井固定抽采系统的管道内时，在抽采管路出口应设置栅栏和悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧应为管路出口外推5m，上、下风侧栅栏间距不得小于35m。栅栏内严禁人员通行及作业。移动

39、泵站抽出的瓦斯如果排放到地面时，应符合本规范第7.2.6条的规定。移动泵站抽采的瓦斯在井下应引排到总回风巷、一翼回风巷或分区回风巷，并应保证稀释后风流中的瓦斯浓度符合现行煤矿安全规程的有关规定。4.2抽放管路的计算和选择5.1 抽放管路选型及阻力计算5.1.1规定根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范，对瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1条：抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、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：抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直，转弯时角度不应大于50

40、；抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m；当抽放设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内；尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁；管径要统一，变径时必须设过渡节。第5.4.2条：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。第5.4.3条：当采用专用钻孔敷设抽放管路时，专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100m

41、m；当沿竖井敷设抽放管路时，应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。第5.4.4条：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；局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的1020。第5.4.5条：地面管路布置：不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内；主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合；抽放管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距，应符合工业企业总平面设计规范的有关规定；瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。5.1.2 计算

42、方法瓦斯抽放管径选择选择瓦斯管径，可按下式计算： （13）式中 D瓦斯管内径，m；Q管内瓦斯流量，m3/min；V瓦斯在管路中的经济流速，m/s，一般取V1015m/s。管路摩擦阻力计算计算直管摩擦阻力，可按下式计算： （14）式中 H阻力损失，Pa；L直管长度，m；Q瓦斯流量，m3/h；D管道内径，cm；k0系数，见表4；D混合瓦斯对空气的相对密度，见表5。表4 不同管径的系数K0值通称管径mm152025324050K值0.460.470.480.490.500.52通称管径mm7080100125150180以上K值0.550.570.620.670.700.71局部阻力可口用估算法计算

43、，一般摩擦阻力的10%20%。管路系统长，网络复杂或主管管径较小者，可按上限取值，反之则按下限取值。管道局部阻力计算局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10%20%。管路系统长，网络复杂或主管管径较小者，可按上限取值，反之则按下限取值。表5 在0及105 Pa气压时的值瓦斯浓度%0123456789010.9960.9910.9870.9820.9780.9730.9690.9640.960100.9550.9510.9470.9420.9380.9330.9290.9240.9200.915200.9110.9060.9020.8980.8930.8890.8840.8800.8750.

44、871300.8660.8620.8570.8530.8480.8440.8400.8350.8310.826400.822 0.817 0.8130.8080.804 0.799 0.795 0.7910.7860.782 500.777 0.773 0.768 0.764 0.759 0.755 0.750 0.746 0.7420.737 600.733 0.728 0.724 0.719 0.715 0.710 0.706 0.701 0.6970.693 700.688 0.684 0.679 0.675 0.670 0 .666 0.661 0.657 0.6520.648 800

45、.644 0.639 0.635 0.630 0.626 0.621 0.617 0.6 12 0.6080.603 900.5990.595 0.590 0.586 0.581 0.577 0.572 0.568 0.5630.559 1000.5545瓦斯泵选型5.1抽放系统管道阻力计算5.2瓦斯泵流量和压力计算5.3瓦斯泵选型确定5.2.1 规定根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范，对瓦斯抽放设备有如下要求：5.5.1条：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

46、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。5.2.2 选型原则根据以上规定，瓦斯泵选型原则为：瓦斯泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽出量的需求；瓦斯泵的负压能克服管路系统的最大阻力；具有良好的真空度；抽放设备配备电机必须防爆。5.2.3 计算方法瓦斯泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放系统服务年限之内最大抽放量的需要。 （15）式中 抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min；矿井瓦斯最大抽放总量（纯量），m3/min；x矿井抽放瓦斯浓度，；瓦斯抽放泵的机械效率，一般取0.8；K备用系数，K=1.2。瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起，经抽放管路到抽

47、放泵，再到释放点所产生的全部阻力损失。 （16）式中 H瓦斯抽放压力，Pa；井下负压段管路全部阻力损失，Pa；井上正压段管路全部阻力损失，Pa；K压力备用系数，取K=1.2；井下负压段管路摩擦阻力损失，Pa；井下负压段管路局部阻力损失，Pa；井下抽放钻场或钻孔孔口必须造成的负压，Pa；根据经验，对于非卸压煤层可取13kPa；对于卸压煤层可取6.7kPa；对于采空区瓦斯抽放，孔口负压不可太高，以免引起采空区煤的自燃；井上正压段管路摩擦阻力损失，Pa；井上正压段管路局部阻力损失，Pa；用户在瓦斯出口所需的正压，Pa；井上、下管路最大总摩擦阻力损失，Pa；井上、下管路最大总局部阻力损失，Pa。瓦斯抽

48、放泵真空度计算 （17）式中 瓦斯抽放泵的真空度，%；瓦斯抽放泵提供的最大负压，Pa，其值可通过式（17）进行计算。5.2.4 瓦斯泵类型目前国内使用的瓦斯泵类型主要有：离心式鼓风机；回转式鼓风机(包括罗茨鼓风机、叶式鼓风机、滑板式压气机等)；水环真空压缩机；往复式压气机(只用于地面正压输送瓦斯)。表6 各类瓦斯泵的特点及适用条件类型优点缺点适用条件离心式鼓风机1运转可靠,不易出故障,2运行平稳,供气均匀,便于维修,保养,使用寿命长;3流量大,最大可达1200m3/min。1工作效率低,两台并联运转,性能较差;2相同的功率,流量,压力与回转式鼓风机相比,成本高1.52倍。1适用于瓦斯流量大(8

49、001200 m3/min),负压要求高(400050000Pa)的抽放瓦斯矿井;2可作为正压鼓风输往用户,同时又可作为负压抽出瓦斯。回转式鼓风机1流量不受阻力变化的明显影响,接近一个常数;2运行稳定,供气均匀,效率高,便于保养;3相同功率,流量和压力的瓦斯泵成本只是离心泵的7080%1检修工艺复杂,机械加工要求较高;2运转中噪音大;3压力高时,漏气大,磨损较严重;4转子表面易粘灰尘,需定期清洗1因压力改变时流量不变,故适用于用户要求流量稳定的工艺过程;2适用于瓦斯流量大(1600 m3/min),负压高(2000090000Pa )的抽放瓦斯矿井;3空气冷却的鼓风机适用于缺水的地方水环式真空

50、压缩机1真空度高,且可正压输出;2工作水不断带走气体压送时产生的热量,泵题不会升温发;,当抽出瓦斯浓度达到爆炸界限时,也没有爆炸危险;3结构简单,运转可靠,平稳,供气均匀;4将负压抽出和正压输出合二为一,一般不需另设正压输出设备需要提供工作水1单机瓦斯抽出量由1.8450 m3/min,适用范围广,煤层透气性低,管路阻力大,需要高负压抽放的矿井;2适用于负压抽出瓦斯;3适用于瓦斯浓度经常变化的矿井,特别适用于浓度变化较大的邻近层抽放矿井往复式压气机1最大特点是加压能力大,最大出口压力可达800kPa;2流量只与转数成正比,而与压力无直接关系1机械体积大,重量大,占地多,造价高;2供气不均匀,有

51、冲击震动和脉动;3有曲柄,联杆装置,不能直接与电动机连接,转速低;4活塞与气缸经常摩擦,磨损快1适用于输出流量不大(50 m3/min以下),但需要高压(400600 kPa),输送瓦斯的矿井;2只用于正压输送瓦斯,不能作为负压抽出瓦斯用5.2.5 辅助设备抽放管路附属装置及设施安装应符合以下要求：主管、分管、支管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置；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500m)应设置放水器；在抽放管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置；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；地面主管上的阀门应设置

52、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。抽放管路应保持一定的坡度，一般不小于1。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。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。通往井下的抽放管路应采取防雷措施。抽放瓦斯管路必须进行防腐处理，外部涂红色以示区别。6工作面瓦斯抽放安全技术措施6.1瓦斯抽放管理矿井瓦斯抽放工作由企业总工程师负全面技术责任，应定期检查、平衡抽放瓦斯工作：负责组织编制、审批、实施、检查抽放瓦斯工作长远规划、年度计划和安全技术措施，保证抽放瓦斯工作的正常衔接，做到“掘、抽

53、、采”平衡。企业行政正、副职负责落实和检查所分管范围内的有关抽放瓦斯工作；企业各职能部门负责人对本职范围内的抽放瓦斯工作负责。抽放瓦斯所需要的费用、材料和设备等，必须列入企业财务、供应计划和生产计划。煤炭企业必须配备专业技术人员，负责瓦斯抽放日常管理，总结分析抽放瓦斯效果，研究和改进抽放技术，组织新技术推广等。6.1.1 瓦斯抽放管理及规章制度抽放瓦斯矿井必须建立健全岗位责任制、钻孔钻场检查管理制度、抽放工程质量验收等相关制度。6.1.2 瓦斯抽放人员配备抽放瓦斯矿井必须建立专门的瓦斯抽放队伍，负责打钻、管路安装回收等工程的施工和瓦斯抽放参数测定等工作。6.1.3 瓦斯抽放技术资料抽放瓦斯矿井

54、必须有下列图纸和技术资料：图纸：1)抽放瓦斯系统图；2)泵站平面与管网(包括阀门、安全装备、检测仪表、放水器等)布置图：3)抽放钻场及钻孔布置图；4)泵站供电系统图。记录：抽放工程和钻孔施工记录；抽放参数测定记录：泵房值班记录。报表：抽放工程年、季、月报表；抽放量年、季、月、旬报表。台账抽放设备管理台账；抽放工程管理台账；抽放瓦斯系统和抽放参数、抽放量管理台账。报告：矿井和采区抽放工程设计文件及竣工报告；瓦斯抽放总结与分析报告。6.1.4抽放瓦斯管理要求加强瓦斯抽放参数（抽放量、瓦斯浓度、负压、正压、大气压、温度等 ）的监测，发现问题时，及时处理。抽放量的计算用大气压为101.325kPa、温

55、度为20时标准状态下的数值。 “多打孔、严封、综合抽”是加强瓦斯抽放工作的方向。瓦斯抽放矿井应增加瓦斯抽放钻孔量，提高瓦斯管路敷设质量、严密封孔及对多瓦斯源矿井（工作面）采用综合抽放方法，以提高抽放效果。永久抽放系统的年瓦斯抽放量应不小于100万m3 ，移动泵站不小于10万m3。瓦斯抽出率：预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；煤与瓦斯突出矿井预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层

56、瓦斯压力降至0.74Mpa以下。6.2 井下固定瓦斯抽采泵站井下固定瓦斯抽采泵站的位置应选择在稳定、坚硬的岩层中，并宜避开较大的断层、含水层、松软岩层、煤与瓦斯突出煤层，不应受采动影响，并应采用不燃性材料支护。6.2.1泵站与主要巷道及硐室的安全距离应满足下列要求：1）泵站与井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室，以及影响全矿井或多个采区通风的风门的法线距离不应低于60m。2）泵站与行人巷道的法线距离不应低于35m。3）泵站与地面或上下巷道的法线距离不应低于30m。6.2.2泵站硐室应符合下列规定：1）必须采用独立通风。2）必须有两个供人员撤离的安全出口。3）出口应设置向外开启的防火、防爆门。

57、4）泵站内除应设置消防管路系统，还应配备消防器材。5）应设置完备的照明设施。6.2.3其他规定硐室的规格尺寸，应符合泵站设备的运输、安装、工艺系统布置及检修的要求。泵站的输出管路宜通过矿井回风系统与地面泵房管路系统或放空管路相连接。当抽采出的瓦斯采用地面直接排空方式时，放空地点应根据矿井抽采系统的具体情况，结合地面的建筑设施确定。放空地点距井口和主要建筑物的距离不应小于50m，放空地点附近20m以内严禁堆积易燃物和有明火。在排空管附近应安设避雷装置和防爆炸、防回火等安全装置。6.3 井下移动瓦斯抽采泵站井下移动瓦斯抽采泵站应安设在抽采瓦斯地点附近的全风压通风新鲜风流中，安设位置应满足泵站运输、安装及检修的要求。移动泵站抽出的瓦斯如果不并入矿井固定抽采系统的管道内时，在抽采