煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)說明書

山西省沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)山西省沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)說明書煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院二O一O年一月項(xiàng)目名稱：山西省沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫：曲曉明工程師項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王海東工程師技術(shù)審查：王魁軍研究員撫順分院院長劉志忠高級工程師撫順分院副院長張興華研究員撫順分院副院長形式審查：梁運(yùn)濤研究員科技發(fā)展部主任工作人員：曲曉明王海東黃玉璽張勁松王巖譙永剛0前言0.1概況山西省沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦（以下簡稱南山煤礦）為股份制企業(yè)，1977年建井，1980年8月建成投產(chǎn)。南山煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為30萬t/a，礦井批準(zhǔn)開采1號、2號、3號、6號、9+10號和11號煤層，井田煤層賦存穩(wěn)定，儲(chǔ)量可靠。2009年資源整合后礦井生產(chǎn)能力提升為90萬t/a。礦井整合生產(chǎn)能力提升后，開采煤層由原來的2號煤層改變?yōu)?、2號煤層聯(lián)合開采。由于生產(chǎn)能力的提升，開采力度的加大，瓦斯涌出量加大。南山煤礦為高瓦斯礦井，為保證礦井的安全生產(chǎn)，原建有井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)，抽放能力為60m3/min。生產(chǎn)能力提升后，原有系統(tǒng)能力已不能滿足生產(chǎn)需要，南山煤礦決定新建瓦斯抽放系統(tǒng)，并委托煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院進(jìn)行瓦斯抽放設(shè)計(jì)0.2任務(wù)來源受南山煤礦的委托，煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院承擔(dān)了《山西沁源煤焦有限公司南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)》任務(wù)。沈陽研究院的設(shè)計(jì)人員認(rèn)真研究和分析了南山煤礦的煤層賦存、開拓開采及瓦斯涌出等情況后認(rèn)為南山煤礦具備建立井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。同意接受南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。通過對南山煤礦地質(zhì)及生產(chǎn)資料的收集，周密細(xì)致的現(xiàn)場調(diào)研及實(shí)地考察，對南山煤礦實(shí)際情況進(jìn)行充分分析、論證和技術(shù)方案比較的基礎(chǔ)上，提出了南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計(jì)。0.3設(shè)計(jì)的主要依據(jù)1、《礦井抽放瓦斯工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（MT5018-96）中華人民共和國煤炭工業(yè)部1997年1月；3、《煤礦瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50471-2008） 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局聯(lián)合發(fā)布；4、礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法（AQ1018-2006）國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局；5、瓦斯抽放基本指標(biāo)（AQ1026-2006）國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局；6、《煤礦安全規(guī)程》（2010版）；7、山西省煤炭工業(yè)局晉煤安發(fā)（2008）313號文件關(guān)于下發(fā)《瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)編制提綱》等有關(guān)規(guī)定；8、《南山煤礦2號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及抽放可行性研究》煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院2OO9年1月；9、《山西省沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦1#煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及抽放可行性研究報(bào)告》煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院2OO9年11月；10、南山煤礦提供的通風(fēng)、生產(chǎn)和地質(zhì)方面的資料。0.4設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想1、根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》和高瓦斯礦井的相關(guān)規(guī)定；2、在符合規(guī)范要求，滿足使用的前提下，盡可能降低成本，節(jié)省工程投資；3、設(shè)備、管材選型留有余地，能充分滿足礦井安全生產(chǎn)的需要；4、盡量利用原有的巷道、不增加開拓費(fèi)用；5、采用的工藝技術(shù)具有先進(jìn)性，且符合實(shí)際；6、設(shè)備、管材選型留有余地，能充分滿足工作面瓦斯抽放的需求。0.5設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1、礦井瓦斯賦存情況、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放瓦斯量預(yù)計(jì)；2、瓦斯抽放方法及抽放工藝設(shè)計(jì)，抽放瓦斯鉆場與鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)；3、井下移動(dòng)抽放泵站的位置選擇、供水、供電、通訊等設(shè)計(jì)；4、工程中所需設(shè)備、儀器、儀表及附屬裝置等選型及安裝設(shè)計(jì)；5、井下抽放泵站及井下管網(wǎng)的檢測、監(jiān)控系統(tǒng)布置；6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；7、抽放所需設(shè)備清單及工程投資概算。8、安裝及施工圖紙繪制。1礦井概況1.1位置與交通南山煤礦位于沁源縣城西北約32.5km，靈空山鎮(zhèn)東南約2.5km的王莊村西，行政區(qū)劃屬沁源縣靈空山鎮(zhèn)管轄，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)112°08′20″～112°10′23″，北緯36°31′41″～36°32′33″。由礦地面工業(yè)廣場沿河柏公路向北1.6km可達(dá)靈空山鎮(zhèn)，再向東15km到李元鄉(xiāng)。南山煤礦向西約1km可至靈空山鎮(zhèn)，沿縣級公路向北東約25km可達(dá)沁源縣城，與汾—屯省級公路相接，南距屯留張店35km，東距沁縣50km。向西南經(jīng)古縣北平鎮(zhèn)、古縣可達(dá)南同蒲線洪洞火車站，也可與大—運(yùn)公路接運(yùn)，相距約1.2自然地理1.2.1地形、地貌及河流井田地處太岳山區(qū)，地表為山區(qū)侵蝕地貌，溝谷縱橫，地形復(fù)雜，屬侵蝕強(qiáng)烈的中山區(qū)。地勢總體為南高北低，西高東低，最高點(diǎn)位于井田西南山梁上，標(biāo)高為+1421.9m；最低點(diǎn)位于井田東部柏子河谷中，標(biāo)高為+1123m，相對高差298.91.2.2氣象、電源及地震井田屬大陸性氣候，根據(jù)沁源縣氣象臺(tái)觀測記錄，井田年降水量最小為463.3mm（1972年），最大為861.6mm（1975年），冬春兩季雨雪較少，夏末秋初雨量較大，降水量多集中在7、8、9三個(gè)月；蒸發(fā)量最小為1306.7mm（1983年），最大1609.6mm（1972年），蒸發(fā)量大于降水量2.3倍。一月份氣溫最低，平均為零下6.5℃，七月份氣溫最高，為37℃～38℃，年平均氣溫18.7℃。十一月份開始結(jié)冰，次年三月份開始解凍，凍土深度最大為750mm(1976～1977年)，最小為370mm(1972～1973年)據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（GB18306-2001圖A1）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）2008年版，井田抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g。圖1-1南山煤礦交通位置圖1.2.3鄰井及小窯井田西鄰沁源縣康偉煤焦有限公司孟子峪煤礦，東接山西汾西太岳煤業(yè)股份有限公司太岳煤礦，北與山西新達(dá)煤業(yè)有限公司、山西沁源五一煤業(yè)有限公司、山西乾元煤業(yè)有限公司相連，西南為臨汾市古縣東興煤礦，東南為臨汾市古縣臨古煤礦。詳見圖1-2。圖1-2南山煤礦四鄰關(guān)系1.3地質(zhì)特征1.3.1地層1.3.1.1區(qū)域地層沁水煤田位于太行山西翼，總體呈現(xiàn)為軸向NNE的向斜構(gòu)造，煤田四周地層翹起，地層走向與向斜軸向大致相當(dāng)。沁源礦區(qū)位于沁水煤田西部。本區(qū)地層發(fā)育比較齊全，自西向東出露的地層為太古界至中生界地層。另外新生界上第三系及第四系也有廣泛分布。1.3.1.2井田地層井田內(nèi)地層由老到新有：奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f），石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、上統(tǒng)太原組（C3t），二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）、上統(tǒng)上石盒子組（P2s），第四系中上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)（Q2、Q3、Q4（1）奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f為煤系地層之基底，厚度大于100m，由灰、深灰色中厚層狀石灰?guī)r、泥灰?guī)r組成，局部含白云質(zhì)。（2）石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）厚度為11.60～22.25m，平均16.（3）石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）為井田內(nèi)主要含煤地層之一，厚度105.48～126.05m，平均114.11m，巖性主要由深灰色、灰黑色、黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、石灰?guī)r、煤層及灰白色砂巖組成。（4）山西組（P1s）從K7砂巖底至K8砂巖底，厚度42.85～55.87m，平均46.58m，為井田內(nèi)主要含煤地層之一。巖性主要為淺、灰白色砂巖，深灰色粉砂巖，灰黑色泥巖，夾炭質(zhì)泥巖，含煤層5～（5）二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）自K8砂巖底至K10砂巖底，厚110m左右。（6）二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）井田內(nèi)廣泛出露，按其巖性特征分為三段：下段（P2s1）：K10砂巖底到K12砂巖底，厚度150m左右，底部K10砂巖為灰白、灰、黃綠色中砂巖，分選差，局部夾粉砂巖、泥巖包裹體。下部以灰白、灰綠、黃綠杏黃色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，夾灰黑色泥巖，暗紫、紫色泥巖粉砂巖薄層；上部為灰紫、紫、灰綠色相雜，呈花斑狀的粉砂巖、細(xì)砂巖互層，夾紫色泥巖。中段（P2s2）：K12砂巖底到K13砂巖底，厚度100m左右，巖性以淺灰、灰、灰綠色泥巖、粉砂巖互層為主，夾紫、暗紫色泥巖、粉砂巖及2～3層黃綠、灰綠色細(xì)砂巖，下部為灰綠色砂巖帶，底部K12砂巖為灰白色、灰綠色中砂巖，成分以適應(yīng)、長石為主，分選差，磨圓度低。上段（P2s3）：本井田大部遭剝蝕，只殘留與井田東南部，最大殘留厚度70m。巖性以黃綠色砂巖為主，夾綠色砂質(zhì)泥巖，底部為黃綠色粗砂巖。（7）第四系中、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)（Q2）中更新統(tǒng)：由棕紅、黃褐色亞粘土、亞砂土組成，夾薄層砂礫石層，厚0～10m，一般5m左右。上更新統(tǒng)：主要由砂層及砂礫層組成，間夾灰黃色粘土及棕紅色古土壤條帶，厚0～30m，一般10m左右。全新統(tǒng)：主要分布于井田北部河川中，由近代沖洪積砂土、砂礫組成，厚0～20m，一般8m左右。1.3.1.3含煤地層上石炭統(tǒng)太原組（C3t）和下二疊統(tǒng)山西組（P1s）為本區(qū)主要含煤地層，詳述如下：（1）上石炭統(tǒng)太原組（C3t）為本區(qū)的主要含煤地層之一。自K1砂巖底至K7砂巖底，地層平均厚度126.05m，以沉積環(huán)境的差異和含煤性，可劃分為三段：下段（C3t1）從K1砂巖底至K2石灰?guī)r底，地層厚度平均為61.97m。是本區(qū)最重要的含煤地層。主要由灰白色砂巖、灰－灰黑色泥巖、鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖及穩(wěn)定可采的9＋10號和11號煤層所組成。底部K1砂巖，平均厚度2.00m，為灰白色薄層狀細(xì)—中粒石英砂巖，巖性特征明顯，致密堅(jiān)硬，是一層良好的地層劃分對比標(biāo)志。中段（C3t2）從K2石灰?guī)r底至K4石灰?guī)r頂。地層厚度平均31.77m，主要由三層深灰色石灰?guī)r及灰白色砂巖、灰黑色粉砂巖、泥巖間夾三層薄煤層。底部為深灰色、巨厚層狀致密、堅(jiān)硬的K2石灰?guī)r。含有豐富的有孔蟲、蜓科、腕足類化石和燧石結(jié)核，中、下部常夾有一層灰黑色泥巖。自K2向上為灰黑色泥巖及其具波狀層理的粉砂巖、細(xì)粒砂巖，多受黃鐵礦浸染，其上發(fā)育有不可采的8號煤層。其頂板為深灰色、厚層狀的K3石灰?guī)r。K3石灰?guī)r全區(qū)穩(wěn)定，易于對比，K3至K4石灰?guī)r間，為灰、灰黑色的砂巖、粉砂巖和泥巖，間夾層位穩(wěn)定但不可采的7號和7下號煤層，其頂部即為深灰色，中厚層狀，致密堅(jiān)硬的K4石灰?guī)r。上段（C3t3）從K4石灰?guī)r頂至K7砂巖底，地層厚度平均32.31m。主要由灰黑色、黑色泥巖、粉砂巖、灰—灰白色中、細(xì)粒砂巖組成，含煤2～4層，其中6號煤層為穩(wěn)定可采煤層。下部為灰黑色、黑色薄層狀鐵質(zhì)泥巖。中部為灰色、灰白色鈣質(zhì)石英長石砂巖，稱為K5砂巖。上部為黑色厚層狀泥巖。頂部為灰黑色薄層狀鈣質(zhì)泥巖，含動(dòng)物化石。本段依據(jù)巖相旋回分析，應(yīng)為瀉湖海灣相沉積。（2）下二疊統(tǒng)山西組（P1s）K7砂巖底至K8砂巖底，厚度平均42.14m，與下伏太原組地層為整合接觸，為本區(qū)主要含煤地層之一。巖性以灰色、灰白色中細(xì)粒砂巖，深灰色、灰黑色粉砂巖、泥巖為主，含煤3層，其中2號煤層為穩(wěn)定可采煤層。1號、3號煤層為較穩(wěn)定大部可采煤層。1.3.2地質(zhì)構(gòu)造井田位于沁水煤田沁安普查區(qū)西北部，總體為一走向NE、傾向SE的單斜構(gòu)造，東部地層較陡，西部較緩，傾角3°～21°，一般10°左右。井田內(nèi)共發(fā)育4條斷層，均為正斷層，落差2.6～20m，F(xiàn)1、F2為勘探時(shí)地表填圖控制并在井下實(shí)見，F(xiàn)3、F4為井下揭露，斷層特性見表1-1。表1-1主要斷層一覽表斷層編號位置性質(zhì)走向傾向傾角（°）落差（m）井田內(nèi)延伸長度（m）F1井田西北部正NENW65201120F2井田中部正NEENW7010950F3井田東部正NWNE705800F4井田東部正NESE802.6500勘探時(shí)在地表發(fā)現(xiàn)X1號陷落柱，并在主、副井予以揭露，在井下生產(chǎn)過程中，又發(fā)現(xiàn)了4個(gè)陷落柱，一般為橢圓形，長軸直徑最大約為300m，一般150m左右，詳見表1-2。表1-2陷落柱一覽表陷落柱編號位置揭露工程長軸直徑（m）X1北部地表及主、副井300X2北部1、2號煤層井下巷道60X3中部1、2號煤層井下巷道85X4中部風(fēng)井及1#煤層井下巷道160X5東南部2號煤層井下巷道155井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入現(xiàn)象。綜上所述，井田內(nèi)地層平緩，斷層較少，井田構(gòu)造屬于簡單類型。1.3.3煤層賦存1.3.3.1含煤性本井田含煤地層主要為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組。山西組平均厚度46.58m，含煤5～7層，其中1、2、3號煤層為可采煤層，煤層平均總厚5.27m，含煤系數(shù)11.31%；可采煤層總厚3.79m，可采含煤系數(shù)8.14太原組平均厚度114.11m，含5、6、6下、7、7下、8、9+10、10下、11、11下號煤層，其中6、9+10、11號煤層為可采煤層。煤層平均總厚9.25m，含煤系數(shù)8.11%；可采煤層總厚兩煤系地層總厚160.69m，含煤總厚14.52m，含煤系數(shù)9.04%；可采煤層總厚9.70m，可采含煤系數(shù)6.04%。1.3.3.2可采煤層（1）1號煤層位于山西組頂部，上距K8砂巖9m左右，煤厚0.60～1.04m，平均0.80m，井田西南部變薄不可采，為較穩(wěn)定大部可采煤層，結(jié)構(gòu)簡單，無夾矸，（2）2號煤層賦存于山西組中部，上距1號煤層11.65～19.70m，平均16.12m；煤層厚度0.65～2.65m，平均2（3）3號煤層賦存于山西組中下部，上距2號煤層5.15～6.65m，平均5.79m；煤厚0.38～1．63m，平均0.81n1，不穩(wěn)定，只在井田南部局部可采，結(jié)構(gòu)簡單，大多含1層夾矸，單層夾矸最大厚度0.（4）6號煤層位于太原組上部，上距3號煤層34.15～38.07m，平均35.99m；煤層厚度0.60～2.65m，平均1.66m，只在井田西北部變薄不可采，為穩(wěn)定大部可采煤層，結(jié)構(gòu)簡單，局部含1（5）9+10號煤層賦存于太原組中部，上距6號煤層38.96～45.32m，平均42.12m；屬穩(wěn)定可采煤層，煤層厚度2.00～2.89m，平均2.（6）11號煤層賦存于太原組下部，上距9+10號煤層18.95～19.38m，平均19.2m；屬穩(wěn)定大部可采煤層，煤層厚度0.68～3.08m，平均1.82m表1-3可采煤層特征一覽表煤層煤層厚度層間距結(jié)構(gòu)（夾矸數(shù)）穩(wěn)定性可采性頂板巖性底板巖性最小-最大平均(m)最小-最大平均(m)10.62-1.040.8011.65-19.7016.12簡單0較穩(wěn)定大部可采粉砂巖泥巖細(xì)砂巖20.65-2.652.14簡單0-1穩(wěn)定大部可采細(xì)砂巖粉砂巖粉砂巖細(xì)砂巖5.15-6.655.7930.38-1.630.81簡單0-1不穩(wěn)定局部可采泥巖粉砂巖泥巖粉砂巖34.15-38.0735.9960.60-2.651.66簡單-較簡單0-2穩(wěn)定大部可采砂質(zhì)泥巖泥巖泥巖38.96-45.3242.129+102.00-2.892.38較簡單1-2穩(wěn)定全區(qū)可采石灰?guī)r泥巖細(xì)砂巖18.95-19.3819.21110.68-3.081.82簡單-復(fù)雜0-3穩(wěn)定大部可采泥巖泥巖1.3.4煤質(zhì)1.3.4.1煤的物理性質(zhì)及煤巖特征（1）物理性質(zhì)及宏觀煤巖特征1、2、3、6、9+10、11號煤層以光亮型煤質(zhì)—半光亮型煤為主，夾半暗型煤條帶。結(jié)構(gòu)以細(xì)條帶到中條帶為主，鏡煤、絲炭、粘土礦物以稀疏的線理狀、透鏡狀不均勻分布于條帶中，局部還夾有黃鐵礦結(jié)核。構(gòu)造為層狀、塊狀。光澤為強(qiáng)玻璃光澤。顏色為黑色。性脆、裂隙發(fā)育，參差狀斷口。（2）顯微煤巖特征鏡質(zhì)組含量一般在75.00%左右，半鏡質(zhì)組含量一般在2.4%左右，絲質(zhì)組含量一般在20.00～30.00%之間，礦物含量一般在10～15%左右。各煤層中，鏡質(zhì)組一般是以均質(zhì)鏡質(zhì)體為主，其次為基質(zhì)鏡質(zhì)體，絲質(zhì)組多為結(jié)構(gòu)半絲質(zhì)體，部分為粗粒體、少量為碎屑體，礦物含量多為分散狀粘土，有個(gè)別球狀黃鐵礦和黃鐵礦結(jié)核以及次生方解石。（3）變質(zhì)階段各煤層最大反射率Rmax在1.50%左右之間，屬第Ⅳ-Ⅴ變質(zhì)階段，相當(dāng)于焦煤—瘦煤階段。1.3.4.2煤類根據(jù)《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)》（GB5751－86）劃分，1、3號煤層均屬焦煤（JM），2、6號煤層大部為焦煤，局部有瘦煤，9+10、11號煤層均為瘦煤（SM）。1.3.5瓦斯、煤塵和煤的自燃1）瓦斯根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局晉煤安發(fā)[2007]2030號文《關(guān)于2007年度年產(chǎn)30萬噸及以上煤礦礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果的批復(fù)》，沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦日生產(chǎn)能力為900t時(shí)，礦井絕對CH4涌出量為7.49m3/min，相對CH4涌出量為11.98m3/t，絕對CO2涌出量為1.55m3/min，相對CO2（2）煤塵爆炸性及煤的自燃2007年3月，本礦西鄰孟子峪煤礦在6號煤層取樣送山西省煤炭地質(zhì)研究所進(jìn)行測試，結(jié)果：火焰長度40mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量75%，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。2008年7月，本礦在井下采取1、2號煤層樣送山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心進(jìn)行測試，結(jié)果：火焰長度分別為50、80mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量均為70%，煤塵均具有爆炸危險(xiǎn)性。2008年7月，本礦在西鄰的孟子峪煤礦9+10號煤層取樣送山西省煤炭地質(zhì)研究所進(jìn)行測試，火焰長度20mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量65%，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。2008年施工補(bǔ)勘鉆孔時(shí)取煤芯樣送山西省煤炭地質(zhì)研究所進(jìn)行測試，其結(jié)果見表2-3-6，各可采煤層均具有爆炸危險(xiǎn)性。2007年3月，本礦西鄰孟子峪煤礦在6號煤層取樣送山西省煤炭地質(zhì)研究所進(jìn)行測試，結(jié)果：煤的吸氧量0.69cm3/g，自燃傾向性為Ⅱ類，為自燃煤層。2008年7月，本礦在井下采取1、2號煤層樣送山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心進(jìn)行測試，結(jié)果：煤的吸氧量分別為0.76、0.80cm3/g，自燃傾向性分別為Ⅰ、Ⅲ類，自然傾向性分別為容易自燃和不易自燃。2008年7月，本礦在西鄰的孟子峪煤礦9+10號煤層取樣送山西省煤炭地質(zhì)研究所進(jìn)行測試，結(jié)果：煤的吸氧量0.92cm3/g，自燃傾向性為Ⅱ類，為自燃煤層。2008年施工補(bǔ)勘鉆孔時(shí)取煤芯樣送山西省煤炭地質(zhì)研究所進(jìn)行測試，其結(jié)果見表1-4，1號煤層自燃傾向性為Ⅰ—Ⅱ類，為容易自燃—自燃煤層；2號煤層自燃傾向性Ⅱ—Ⅲ類，為自燃—不易自燃煤層；3號煤層自燃傾向性為Ⅱ類，為自燃煤層；6號煤層自燃傾向性為Ⅰ—Ⅱ類，為容易自燃—自燃煤層；9+10號煤層自燃傾向性為Ⅰ—Ⅱ類，為容易自燃—自燃煤層；11號煤層自燃傾向性為Ⅱ—Ⅲ類，為自燃—不易自燃煤層。表1-4自燃傾向性、煤塵爆炸性檢測成果表煤層鉆孔全硫（St,d）（%）自燃傾向性煤塵爆炸性吸氧量（cm3/g）自燃傾向性等級自燃傾向性火焰長度（mm）抑制煤塵爆炸最低巖粉用量（%）煤塵爆炸性1J-50.440.78Ⅰ容易自燃5070有J-30.460.63Ⅱ自燃3065有2J-50.440.88Ⅲ不易自燃4075有J-20.330.74Ⅲ不易自燃3065有J-30.420.65Ⅱ自燃4575有3J-52.490.61Ⅱ自燃1555有6J-51.670.73Ⅰ容易自燃2065有J-21.660.74Ⅰ容易自燃2060有J-31.270.61Ⅱ自燃2570有9+10J-53.650.80Ⅱ自燃3070有J-21.660.74Ⅰ容易自燃1560有J-36.210.72Ⅰ容易自燃4070有11J-51.430.65Ⅱ自燃2365有J-20.570.79Ⅲ不易自燃3070有J-31.230.63Ⅱ自燃1050有山西省沁源縣康偉煤焦有限公司南山煤礦井下移動(dòng)瓦斯抽放工程初步設(shè)計(jì)2礦井開拓及生產(chǎn)概況2.1礦井開拓開采礦井升級改造后，維持現(xiàn)有的斜井開拓方式。礦井目前開采1、2號煤層，采用聯(lián)合布置方式，開拓巷道已基本完成。礦井共布置主斜井、副斜井、安全出口及回風(fēng)立井四個(gè)井筒。主斜井（已有）井筒凈寬4.6m，凈斷面15.20m2，傾角8°，斜長1350m。擔(dān)負(fù)提煤、行人、進(jìn)風(fēng)和安全出口之作用。副斜井（已有）井筒凈寬2.4m，凈斷面5.70m2，傾角12°，斜長1170m。擔(dān)負(fù)運(yùn)送設(shè)備、材料、進(jìn)風(fēng)和安全出口之作用。將現(xiàn)有的主斜井改為安全出口，井筒凈寬2.2m，凈斷面4.6m2，傾角10°，斜長1260m。擔(dān)負(fù)進(jìn)風(fēng)和安全出口之作用。在原有回風(fēng)立井東北60m處新開鑿回風(fēng)立井，井筒凈直徑5.0m，凈斷面19.63m2，垂深至6號煤層174m現(xiàn)有井筒均掘至2號煤層，在2號煤層中布置井底車場、巷道、硐室和開拓巷道。在主斜井井底布置有井底煤倉和候車硐室，在副斜井井底布置有井底車場、主變電所、主水泵房、主副水倉及消防材料庫。沿2號煤層頂板東北—西南走向布置集中運(yùn)輸大巷、集中軌道大巷和集中回風(fēng)大巷，沿西北—東南方向布置采區(qū)巷道。開采1號煤層時(shí)沿1號煤層傾向布置采區(qū)軌道上（下）山、回風(fēng)上（下）山，運(yùn)輸上（下）山共用2號煤層運(yùn)輸上（下）山、軌道上（下）山。開采2號煤層時(shí)沿2號煤層傾向布置采區(qū)運(yùn)輸上（下）山、軌道上（下）山、回風(fēng)上（下）山，開采1號煤層時(shí)利用沿2號煤層傾向布置采區(qū)運(yùn)輸上（下）山、軌道上（下）山、回風(fēng)上（下）山。工作面采用走向長壁式采煤方法。礦井回風(fēng)立井落底于6號煤層，集中回風(fēng)巷布置在6號煤層中，開采1、2、3號煤層的回風(fēng)由2號煤層的回風(fēng)斜巷到達(dá)6號煤層的集中回風(fēng)巷。根據(jù)礦井設(shè)計(jì)，布置雙翼和單翼采區(qū)，采區(qū)每一翼長800～1000m左右。井田1號煤層劃分2個(gè)采區(qū)，2號煤層劃分為3個(gè)采區(qū)，3號煤層劃分為2個(gè)采區(qū)，6號煤層劃分為3個(gè)采區(qū)，9+10號煤層劃分為3個(gè)采區(qū)，11號煤層劃分為3個(gè)采區(qū)。煤層開采順序?yàn)?號煤層→2號煤層→3號煤層→6號煤層→9+10號煤層→11號煤層。首采區(qū)位于一水平的1號煤層101采區(qū)和2號煤層201采區(qū)，分別在1號煤層和2號煤層布置一個(gè)回采工作面。采區(qū)內(nèi)工作面采用接替順序后退式開采。根據(jù)井田開拓方案，1、2號煤層采用聯(lián)合布置方式，投產(chǎn)采區(qū)為1、2號煤層的第一采區(qū)，即101采區(qū)及201采區(qū)。1、2號煤層的第一采區(qū)采用聯(lián)合布置方式，在2號煤層中沿煤層頂板東西向布置2號煤層運(yùn)輸下山、軌道下山和回風(fēng)下山，2號煤層運(yùn)輸下山敷設(shè)帶式輸送機(jī)，運(yùn)輸由1號煤層和2號煤層采掘工作面生產(chǎn)的煤炭，2號煤層軌道下山運(yùn)輸2號煤層采掘工作面所需要的設(shè)備及材料，2號煤層回風(fēng)下山負(fù)責(zé)2號煤層采掘工作面的回風(fēng)。在1號煤層中和2號煤層運(yùn)輸下山重疊沿頂板臥底布置1號煤層回風(fēng)下山，1號煤層軌道下山負(fù)責(zé)1號煤層采掘工作面材料和設(shè)備運(yùn)輸，1號煤層回風(fēng)下山負(fù)責(zé)1號煤層采掘工作面的回風(fēng)，1號煤層采掘工作面生產(chǎn)的煤炭由順槽運(yùn)到1號煤層與2號煤層之間的溜煤眼，然后到達(dá)2號煤層運(yùn)輸下山，由位于2號煤層運(yùn)輸下山的帶式輸送機(jī)統(tǒng)一運(yùn)至2號煤層集中運(yùn)輸下山。1號煤層的順槽巷道沿1號煤層底板破頂掘進(jìn)，2號煤層的順槽巷道沿2號煤層頂板掘進(jìn)，順槽巷道和采區(qū)下山巷道垂直布置，為走向長壁式回采工作面。1號煤層采用綜合機(jī)械化采煤方法，一次采全高，頂板管理均采用全部垮落法。1號煤層以一個(gè)長壁綜采面，兩個(gè)炮掘面保證年產(chǎn)30萬t的生產(chǎn)能力，長壁綜采工作面日產(chǎn)量在950t左右，采高0.8m?；夭晒ぷ髅骈L度150m，工作面回采率95%。2號煤層采用綜合機(jī)械化采煤方法，一次采全高，頂板管理均采用全部垮落法。以一個(gè)長壁綜采面，兩個(gè)綜掘面保證年產(chǎn)60萬t的生產(chǎn)能力，長壁綜采工作面日產(chǎn)量在1900t左右，采高2.14m?；夭晒ぷ髅骈L度150m，工作面回采率95%。2.2礦井生產(chǎn)能力及服務(wù)年限礦井井田東西寬3.05km，南北長3.87km，面積8.1554km2。礦井煤炭工業(yè)儲(chǔ)量為64160kt，設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為61597kt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為44960kt，其中1號煤層設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為2059kt，2號煤層設(shè)計(jì)儲(chǔ)量9127kt，3號煤層設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為2421kt，6號煤層設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為8180kt，9+10號煤層設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為13078kt，11號煤層設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為礦井年工作日330天，“三八”工作制，日凈提升時(shí)間16h。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬t/a，礦井服務(wù)年限35.7a。2.3礦井通風(fēng)礦井通風(fēng)方式為中央分列機(jī)械抽出式，風(fēng)機(jī)型號為BDK618-6-No20軸流風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為185KW×2，風(fēng)量范圍為22～123m3/s。風(fēng)量分配為：主斜井進(jìn)風(fēng)40m3/s，副斜井進(jìn)風(fēng)30m3s，進(jìn)風(fēng)行人井25m3/s，回風(fēng)立井回風(fēng)95m3/s。1號煤層回采工作面風(fēng)量15m3/s，1號煤層掘進(jìn)工作面8m3/s，2號煤層回采工作面煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)1號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院實(shí)地觀測，南山煤礦1號煤層各個(gè)測點(diǎn)瓦斯含量結(jié)果如表3-1表3-1南山煤礦1號煤層瓦斯含量實(shí)測結(jié)果測定地點(diǎn)標(biāo)高(m)埋深(m)水分(%)灰分(%)解吸量(m3/t)損失量(m3/t)殘存量可燃質(zhì)瓦斯含量(m3/t·r)原煤瓦斯含量(m3/t)(m3/t·r)(m3/t)010回采面350m處7904971.2515.53.392.543.452.879.557.95205運(yùn)輸順槽800m處9103771.1861.281.981.148.213.0816.846.22052運(yùn)順300m處9753121.1853.341.260.576.633.0214.784.85由表3-1得，南山煤礦1號煤層實(shí)測的瓦斯含量為4.85～7.95m3根據(jù)三個(gè)測點(diǎn)的埋藏深度及瓦斯含量值回歸計(jì)算得出1號煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加瓦斯含量的增加趨勢圖，見圖3-1。其規(guī)律符合公式（3-3）：W=0.0165H-0.1839………………（3-1）式中：W—原煤瓦斯含量，m3/t；H—煤層埋深。圖3-1瓦斯含量與煤層埋藏深度趨勢線圖由圖3-1可知，礦井開采范圍內(nèi)，一采區(qū)1號煤層最低標(biāo)高710米，地面平均1287，則最大埋深為577，原煤瓦斯含量為9.34m根據(jù)參數(shù)測定報(bào)告，1號煤層百米鉆孔瓦斯自然涌出特征見表3-2表3-21號煤層百米鉆孔瓦斯自然涌出特征計(jì)算結(jié)果煤層涌出規(guī)律qt=q0e-αt初始瓦斯涌出強(qiáng)度(m3/min·100m)鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)(d-1)鉆孔極限瓦斯涌出量(m3·100m)1號qt=0.0084e-00682t0.00840.06821693.2煤的自燃傾向性及煤塵爆炸指數(shù)測定在南山煤礦010回采面350m處、205運(yùn)輸順槽800m及2052運(yùn)輸順槽300m處分別向1號煤層施工了穿層鉆孔采樣進(jìn)行了煤的自燃傾向性及煤塵爆炸指數(shù)測定，測定結(jié)果見表3-9。表3-31號煤層煤的自燃傾向性及煤塵爆炸指數(shù)測定結(jié)果煤層測定地點(diǎn)自燃傾向等級自燃傾向性火焰長度(mm)抑制煤塵爆炸最低巖粉量(%)有無爆炸性1號010回采面350m處Ⅱ類自燃55有1號205運(yùn)輸順槽800mⅡ類自燃55有1號2052運(yùn)輸順槽300mⅡ類自燃＜5020有3.3瓦斯儲(chǔ)量與可抽量預(yù)計(jì)礦井瓦斯儲(chǔ)量應(yīng)為礦井可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量、受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲(chǔ)量之和。瓦斯儲(chǔ)量的大小標(biāo)志著瓦斯資源多少，同時(shí)亦是衡量有無開發(fā)利用價(jià)值的重要指標(biāo)，可按下式計(jì)算：Wk=Wl＋W2＋W3…………………（3-2）式中：Wk—礦井瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；Wl—可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量總和，Mm3；……（3-3）Ali—礦井每一個(gè)可采煤層的煤炭儲(chǔ)量，Mt；n—礦井可采煤層數(shù)；X1i—每一個(gè)可采煤層的瓦斯含量，m3/t；W2—可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)的不可采鄰近層的瓦斯儲(chǔ)量總和，Mm3；……（3-4）A2i—可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)每一個(gè)不可采煤層的煤炭儲(chǔ)量，Mt。X2i—可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)每一個(gè)不可采煤層的瓦斯含量，m3/t；n—礦井可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)的不可采煤層數(shù)；W3—圍巖瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；當(dāng)圍巖瓦斯很小時(shí)，W3=0；若瓦斯含量多時(shí)，可實(shí)測或按式（3-5）計(jì)算：W3＝K（W1+W2）…………………（3-5）K—圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)，一般取K＝0.05～0.20。礦井可開發(fā)瓦斯量（或稱可抽放量）是指在既定的開采技術(shù)條件下，按照目前的抽放技術(shù)水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映著礦井瓦斯資源的開發(fā)程度，與其抽放工藝技術(shù)和抽放能力密切相關(guān)。一般采用下式計(jì)算：Wkc=ηk·Wk………（3-6）式中：Wkc—礦井可抽瓦斯量，Mm3；ηk—礦井瓦斯抽放率，取ηk=30%；Wk—礦井瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；計(jì)算礦井瓦斯儲(chǔ)量時(shí)計(jì)算煤層及圍巖的瓦斯儲(chǔ)量。礦井1號、2號煤層瓦斯儲(chǔ)量和可開發(fā)瓦斯量的計(jì)算結(jié)果詳見表3-4。表3-4礦井1號煤層瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算表煤層煤層性質(zhì)煤炭儲(chǔ)量（Mt）瓦斯含量（m3/t）（實(shí)測平均值）瓦斯儲(chǔ)量（Mm3）可開發(fā)瓦斯量（Mm3）1號可采層2.0596.713.804.142號可采層9.1279.586.7126.01圍巖按煤層瓦斯儲(chǔ)量10%計(jì)算10.053.02合計(jì)110.5633.174礦井瓦斯涌出量預(yù)測礦井瓦斯涌出量是礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)，本次采用分源預(yù)測法對礦井瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測，該方法是根據(jù)煤層瓦斯含量，按礦井瓦斯主要涌出源—回采（包括開采層、圍巖和鄰近層）、掘進(jìn)及采空區(qū)瓦斯涌出量進(jìn)行計(jì)算，從而達(dá)到預(yù)測各采區(qū)、全礦井瓦斯涌出量之目的。礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法可概括為兩類：礦山統(tǒng)計(jì)預(yù)測法和分源預(yù)測法。分源預(yù)測法的技術(shù)原理是：根據(jù)煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出的源匯關(guān)系（圖4-1），利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律并結(jié)合煤層的賦存條件和開采技術(shù)條件，通過對回采工作面和掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的計(jì)算，達(dá)到預(yù)測采區(qū)和礦井瓦斯涌出量的目的。匯：礦井瓦斯涌出匯：礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出源：已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘進(jìn)工作面瓦斯涌出源：生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出源：開采層瓦斯涌出源：鄰近層瓦斯涌出源：煤壁瓦斯涌出源：落煤瓦斯涌出圖4-1礦井瓦斯涌出源匯關(guān)系示意圖根據(jù)礦井采掘布置，1號煤層按30萬t/a產(chǎn)量進(jìn)行瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測，2號煤層按60萬t/a產(chǎn)量進(jìn)行瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)工作面回采生產(chǎn)接續(xù)情況，南山煤礦1號和2號煤層不在同一區(qū)域開采即布置兩個(gè)采區(qū)。一采區(qū)開采1號煤層，二采區(qū)開采2號煤層。4.1回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測南山煤礦現(xiàn)開采的1號煤層、2號煤層分為兩個(gè)采區(qū)，首采工作面分別為1101、2201工作面，由于1號煤層、2號煤層與其鄰近的煤層相距較近，所以開采1號煤層和2號煤層期間礦井的瓦斯涌出量主要來自于本煤層和鄰近煤層。即回采工作面的瓦斯涌出量包括開采層瓦斯涌出量（包括圍巖）和鄰近層瓦斯涌出量。1）開采層瓦斯涌出量（包括圍巖）按下式計(jì)算：………（4-1）式中：qhi—開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；k1—圍巖瓦斯涌出系數(shù)。其值取決于回采工作面頂板管理方法：取k1=1.30；k2—工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率95%的倒數(shù)，取k2=1.05；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)，k3=（L-2h）/L；L—工作面長度，m；取L=150m；h—巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，取h1=14m，h2=m—煤層的實(shí)際厚度，m；取m1=0.8m，m2=2.14m；M—煤層的開采厚度，m；取M1=0.8m，M2=2.14m；X0i—煤層原始瓦斯含量，m3/t；一采區(qū)煤層瓦斯最大含量為9.34m3/t，二采區(qū)2號煤層最大瓦斯含量為X1i—煤的殘存瓦斯含量，m3/t；取1號煤層2.87m3/t，2號煤層表4-1開采層瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果煤層名稱煤層厚度（m）原始瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）瓦斯涌出量（m3/t）1號煤層0.89.342.876.472號煤層2.144.223.570.652）鄰近層瓦斯涌出量按下式計(jì)算：……………（4-2）式中：q鄰—鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；mi—第i個(gè)鄰近層厚度，m；m1—開采層的開采厚度，m；x0i—第i層的原始瓦斯含量，m3/t；x1i—第i鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；ki—第i鄰近層瓦斯排放系數(shù)。圖4-2鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線表4-2開采1號煤層鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果煤層號煤厚（m）煤層性質(zhì)與1號煤層間距（m）瓦斯排放率%原始瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）鄰近層瓦斯涌出量（m3/t）2號2.14下鄰近層16.12464.223.570.83號0.81下鄰近層21.91364.223.570.24總計(jì)1.04注：未測定過含量的煤層按2號煤層的瓦斯含量實(shí)測最大值取值。表4-3開采2號煤層鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果煤層號煤厚（m）煤層性質(zhì)與2號煤層間距（m）瓦斯排放率%原始瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）鄰近層瓦斯涌出量（m3/t）1號0.8上鄰近層16.12909.342.872.183號0.81下鄰近層5.79804.223.570.206號1.66下鄰近層41.7884.223.570.04總計(jì)2.42注：未測定過含量的煤層按2號煤層的瓦斯含量實(shí)測最大值取值。礦井正式開采時(shí)，一采區(qū)1號煤層工作面相對瓦斯涌出量預(yù)測值為10.38m3/t，二采區(qū)2號煤層工作面瓦斯涌出量預(yù)測值為6.641101回采工作面設(shè)計(jì)開采強(qiáng)度約為950t/d，工作面絕對瓦斯涌出量為6.85m3/min；2201回采工作面設(shè)計(jì)開采強(qiáng)度約為1900t/d，工作面絕對瓦斯涌出量為8.76m3/min。回采工作面瓦斯涌出呈不均衡的，其不均衡系數(shù)在1.2～1.5之間，取1.4。這樣1101回采工作面最大瓦斯涌出量將達(dá)到9.59m3表4-4回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果表工作面名稱煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)日產(chǎn)量(t/d)瓦斯涌出量(m3/t)不均衡系數(shù)瓦斯涌出量(m3/min)瓦斯涌出量（最大）(m3/min)開采層鄰近層合計(jì)1號煤層0.88.519506.471.047.511.46.859.592號煤層2.144.2219000.652.423.071.48.7612.264.2掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)時(shí)煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出：qj=qB+qL………（4-3）式中：qj—掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/t；qB—煤壁瓦斯涌出量，m3/t；qL—落煤瓦斯涌出量，m3/t。1）掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯涌出量在巷道掘進(jìn)過程中，巷道周圍煤層中的瓦斯壓力平衡狀態(tài)遭到破壞，煤體內(nèi)部到煤壁間存在著壓力梯度，瓦斯就會(huì)沿煤體裂隙及孔隙向巷道泄出。單位時(shí)間內(nèi)單位面積暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）隨著煤壁暴露時(shí)間的延長而降低。通常暴露6個(gè)月后煤壁瓦斯涌出基本穩(wěn)定。其計(jì)算公式為：………………（4-4）式中：qB—掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D—巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面周長，m；對于薄及中厚煤層D=2m0，m0為開采層厚度；1號煤層取1.6m，2號煤層取4.28mv—巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；1號煤層炮掘取0.0035m/min，2號煤層綜掘取0.0093mL—掘進(jìn)巷道長度，m；q0i—煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/m2·min按下式計(jì)算：………（4-5）式中：Vf—煤中揮發(fā)份含量，%；1號煤層取17.81%，2號煤層取15.83%；W0i—煤層原始瓦斯含量，m3/t；1號煤層取8.51m3/t，2號煤層取2）掘進(jìn)工作面落煤瓦斯涌出量……………（4-6）式中：qLi—掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；v—巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；1號煤層炮掘取0.0035m/min，2號煤層綜掘取0.0093mS—掘進(jìn)巷道斷面積，m2；1號煤層取6.00m2，2號煤層取γ—煤的密度，t/m3；1、2號煤層都取1.35t/m3；W0i—煤層原始瓦斯含量，m3/t；1號煤層取9.34m3/t，2號煤層取4.22W1i—煤層殘存瓦斯含量，m3/t；1號煤層取2.87m3/t根據(jù)以上計(jì)算，南山煤礦1、2號煤層各布置兩個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)計(jì)分別為0.55、0.55；0.76、0.76m3/min。掘進(jìn)工作面瓦斯涌出呈不均衡的，其不均衡系數(shù)也在1.2～1.5之間，取1.4。南山煤礦1、2號煤層掘進(jìn)工作面最大瓦斯涌出量將分別達(dá)到0.77、0.77m3/min和1.06、1表4-5掘進(jìn)工作面(備用面)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果表生產(chǎn)采面掘進(jìn)工作面煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)巷長(m)斷面(m2)掘進(jìn)速度(m/月)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁落煤合計(jì)不均衡系數(shù)最大11011101膠帶順槽0.809.348006.01500.370.180.551.40.771101回風(fēng)順槽0.809.348006.01500.370.180.551.40.7722012201膠帶順槽2.144.228008.744000.660.100.761.41.062201回風(fēng)順槽2.144.228008.744000.660.100.761.41.064.3生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量系采區(qū)內(nèi)所有回采工作面、掘進(jìn)工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量之和，其計(jì)算公式為：………（4-7）式中：q采區(qū)—生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t；k—生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取k=0.20qci—第i個(gè)回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；Ai—第i個(gè)回采工作面平均日產(chǎn)量；t；qji—第i個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min；A0—生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量；t取3000；表4-6采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果表生產(chǎn)采區(qū)平均產(chǎn)量(t/d)瓦斯涌出量回采(m3/t)掘進(jìn)(m3/min)采空區(qū)(m3/t)合計(jì)(m3/t)平均不均衡系數(shù)最大1號煤層100010.511.542.9314.641.217.572號煤層20004.302.121.356.731.28.084.5礦井瓦斯涌出量預(yù)測…………（4-8）式中：q礦井—礦井瓦斯涌出量，m3/t；k〞—已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取k〞=0.2q區(qū)i—第i個(gè)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t；A0i—第i個(gè)生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t；根據(jù)（4-8）式計(jì)算礦井相對瓦斯涌出量為13.49m3/t。當(dāng)?shù)V井日產(chǎn)量為3000t時(shí)，絕對涌出量為28.10m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，抽放瓦斯為井下安全生產(chǎn)和更好地發(fā)揮采掘機(jī)械效能提供了條件。根據(jù)上表可知，康偉煤焦有限公司南山煤礦回采工作面瓦斯涌出來源主要是本煤層與鄰近層?？祩ッ航褂邢薰灸仙矫旱V回采工作面抽放工作應(yīng)針對各涌出源采取多種抽放方法相結(jié)合的綜合抽放方法。工作面治理瓦斯的重點(diǎn)應(yīng)放在預(yù)抽本煤層瓦斯和采空區(qū)瓦斯抽放。根據(jù)實(shí)際情況及要求，主體為本煤層預(yù)抽和采空區(qū)抽放?？祩ッ航褂邢薰灸仙矫旱V一采區(qū)回采工作面抽放工作應(yīng)針對各涌出源采取多種抽放方法相結(jié)合的綜合抽放方法。5瓦斯抽放的必要性與可行性5.1礦井瓦斯資源評價(jià)5.1.1煤層預(yù)抽瓦斯難易程度分類見表5-1。表5-1煤層預(yù)抽瓦斯難易程度分類指標(biāo)難易程度鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α（d-1）百米鉆孔瓦斯極限抽放量Qj（m3）煤層透氣性系數(shù)λ（m2/MPa2·d）容易抽放＜0.003＞14400＞10可以抽放0.003～0.0514400～288010～0.1較難抽放＞0.05＜2880＜0.1南山煤礦實(shí)測的1號煤層的參數(shù)分別為：百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.068d-1。煤層透氣性系數(shù)為0.41m2/MPa25.2建立瓦斯抽放系統(tǒng)的必要性5.2.1建立瓦斯抽放根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局聯(lián)合發(fā)布的《煤礦瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50471-2008）3.1節(jié)規(guī)定：凡符合下列情況之一時(shí)，必須建立瓦斯抽放系統(tǒng)：1、高瓦斯礦井。2、一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個(gè)掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，且用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的3、礦井絕對瓦斯涌出量達(dá)到下列條件時(shí)：1）大于或等于40m32）年產(chǎn)量1.0Mt～1.5Mt的礦井，大于30m33）年產(chǎn)量0.6Mt～1.0Mt的礦井，大于25m34）年產(chǎn)量0.4Mt～0.6Mt的礦井，大于20m35）年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m34、開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的礦井。根據(jù)前面的論述，康偉煤焦有限公司南山煤礦滿足1、2兩個(gè)條件，具備建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。5.2.2從工作面通風(fēng)能力來看瓦斯瓦斯抽放旨在保障礦井安全生產(chǎn)，同時(shí)也是解決瓦斯的基本手段。加強(qiáng)通風(fēng)是處理瓦斯的最有效方法，而當(dāng)瓦斯涌出量q采大于通風(fēng)所能解決的瓦斯涌出量q通時(shí)就應(yīng)當(dāng)采取抽放瓦斯措施，其抽放瓦斯的必要性指標(biāo)通常以下式表示：q采>q通=Q通C/K（5-1）式中Q通－工作面供風(fēng)量，m/s；C－《規(guī)程》允許風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，％；K－瓦斯涌出不均衡系數(shù)，1.2～1.5，回采工作面取1.4，掘進(jìn)工作面取1.5。根據(jù)通風(fēng)及泵資料，南山煤礦一采區(qū)回采工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量15m3/s=900m3/min，二采區(qū)回采工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量20q通=900×1/1.4/100=6.4mq通=1200×1/1.4/100=8.57m根據(jù)預(yù)測礦井開采期間工作面瓦斯涌出可達(dá)到12.26m3/min，已超出工作面通風(fēng)能力解決范圍，必須建立瓦斯掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量480m3q排=480×1%/1.5=3.2m3根據(jù)預(yù)測量，康偉煤焦有限公司南山煤礦掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量可達(dá)到1.06m3/min左右，在工作面通風(fēng)能力解決范圍因此，從回采工作面通風(fēng)能力來看有必要進(jìn)行瓦斯抽放。5.2.3從資源利用和環(huán)保的角度來看瓦斯煤層瓦斯即甲烷，是煤層形成過程中的一種伴生產(chǎn)物，煤層開采或掘進(jìn)過程中涌出的瓦斯不僅對礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生威脅，而且破壞地球大氣的臭氧層，污染大氣環(huán)境。根據(jù)氣候變遷跨國委員會(huì)研究報(bào)告，瓦斯溫室效應(yīng)是C02的21倍，瓦斯是一種僅次于氟利昂占第二位的主要溫室氣體。同時(shí)，瓦斯又是一種優(yōu)質(zhì)的能源，將抽出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，不僅改善能源結(jié)構(gòu)，而且減少了對環(huán)境的污染，目前國家大力提倡節(jié)能減排，節(jié)約能源，因此建立瓦斯抽放系統(tǒng)，進(jìn)行瓦斯利用，響應(yīng)國家政策，可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，從資源和環(huán)保的角度來看有必要進(jìn)行瓦斯抽放。5.3新建瓦斯抽放泵站的必要性康偉煤焦有限公司南山煤礦原有井下移動(dòng)瓦斯抽放泵站，安裝兩臺(tái)抽放能力60m3/min的瓦斯抽放泵，一臺(tái)工作一臺(tái)備用。2009年資源整合后礦井生產(chǎn)能力提升為90萬t/a。礦井整合生產(chǎn)能力提升后，開采煤層由原來的2號煤層改變?yōu)?、2號煤層聯(lián)合開采。根據(jù)預(yù)測結(jié)果一采區(qū)瓦斯涌出量為12.2m3/min，二采區(qū)瓦斯涌出量為11.2m3/min。共計(jì)需抽放瓦斯33.7m所以，為了解決回采期間工作面瓦斯問題，康偉煤焦有限公司南山煤礦有必要增加一個(gè)井下移動(dòng)泵站，與原有泵站同時(shí)使用，來滿足今后兩個(gè)采區(qū)同時(shí)開采的瓦斯治理工作。5.4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(jìn)行預(yù)抽的可能性。一般來說,其衡量指標(biāo)有兩個(gè)：一為煤層的透氣性系數(shù)λ；二為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α,按λ和α判定開采層瓦斯抽放可行性的標(biāo)準(zhǔn)如表5-2所示。表5-2開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表抽放難易程度（α）(d-1)煤層透氣性系數(shù)（λ）(m2/MPa2.d)容易抽放<0.003>10可以抽放0.003～0.0510～0.1較難抽放>0.05<0.1根據(jù)《南山煤礦1號煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及抽放可行性研究報(bào)告》，康偉煤焦有限公司南山煤礦1號煤層的透氣性系數(shù)為0.41m2/MPa2.d,鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.068d-1，對比表5-2，可知1號煤層屬于可以抽放煤層和較難抽放煤層的邊緣。南山煤礦已經(jīng)進(jìn)行了瓦斯抽放工作，可見，康偉煤焦有限公司南山煤礦除預(yù)抽外，采空區(qū)和裂隙帶瓦斯來源充足流量穩(wěn)定，抽放經(jīng)驗(yàn)已比較成熟。實(shí)踐證明，只要抽放工藝合理都會(huì)取得較好的抽放效果。5.5抽放瓦斯效果預(yù)計(jì)5.5.1本煤層抽放沿工作面回風(fēng)順槽每6米施工一個(gè)瓦斯預(yù)抽鉆孔，根據(jù)百米鉆孔初始瓦斯涌出強(qiáng)度和百米鉆孔自燃衰減系數(shù)計(jì)算，預(yù)計(jì)鉆孔瓦斯抽放量為0.03一采區(qū)工作面走向長約460米，共施工鉆孔76個(gè)，總預(yù)抽瓦斯量為：2.28m3/min。二采區(qū)工作面走向長約750米，共施工鉆孔125個(gè)，總預(yù)抽瓦斯量為5.5.2臨近層瓦斯抽放鄰近層瓦斯抽放，屬于卸壓抽放，目前國內(nèi)抽放技術(shù)已比較成熟。鄰近層抽放方法最普遍的是采用高位鉆孔抽放，南山煤礦煤層臨近層較多，臨近層瓦斯涌出是工作面瓦斯的重要來源。上鄰近層瓦斯抽放選擇施工高位鉆孔的方法，二采區(qū)開采2號煤層，設(shè)計(jì)施工4個(gè)高位鉆孔，單孔抽放量0.6m3/min左右，預(yù)計(jì)抽放量為2.45.5.3采空區(qū)瓦斯康偉煤焦有限公司南山煤礦1號煤層下部有2號煤層，平均間距16.12m。下鄰近層瓦斯在原始情況下是很難抽放的，上賦煤層開采后才會(huì)卸壓，從而向采空區(qū)釋放瓦斯。根據(jù)工作面瓦斯涌出量預(yù)計(jì)，南山煤礦一采區(qū)1號煤層工作面開采時(shí)，采用現(xiàn)采空區(qū)埋管的方法治理現(xiàn)采空區(qū)瓦斯，預(yù)計(jì)采空區(qū)埋管抽放量為3m35.5.4礦井瓦斯康偉煤焦有限公司南山煤礦礦井瓦斯抽放量為本煤層預(yù)抽、臨近層抽放和采空區(qū)抽放量之和，共計(jì)11.43礦井設(shè)計(jì)年抽放瓦斯量計(jì)算式為：Qa=Qd×N（5-2）式中：Qa——礦井設(shè)計(jì)年抽放瓦斯量，Mm3／a；Qd——礦井設(shè)計(jì)日抽放瓦斯量（應(yīng)根據(jù)礦井的采掘布屬、礦井（采區(qū)、采掘、工作面）瓦斯涌出量預(yù)測、通風(fēng)能力、選用的瓦斯抽放方法及其抽放率等來確定)，Mm3／d；N—礦井瓦斯抽放年工作日數(shù)，d。當(dāng)年產(chǎn)量達(dá)到0.9Mt/a時(shí)，礦井實(shí)際年抽放瓦斯量為：Qa=11.43×1440×365/1000000=6.0Mm3／a5.6瓦斯抽放效果評價(jià)5.6.1采煤工作面瓦斯抽放綜采工作面瓦斯預(yù)抽率計(jì)算：η=（X0-X）/X0式中：η—回采工作面預(yù)抽瓦斯抽放率，%；X0—回采工作面瓦斯涌出量，m3/min，一采區(qū)工作面取9.59，二采區(qū)取12.26；X—回采工作面瓦斯抽放量，m3/min，一、二采區(qū)分別取5.28和6.15;；根據(jù)上式計(jì)算出一采區(qū)回采工作面瓦斯抽放率為55%，二采區(qū)回采工作面瓦斯抽放率為50%，均符合《煤礦瓦斯抽放基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）標(biāo)準(zhǔn)的要求。5.6采用順層鉆孔抽放時(shí)噸煤鉆孔量表，詳見表5-3。表5-3噸煤鉆孔量表單位：m/t煤層類別薄煤層中厚煤層厚煤層容易抽放0.050.030.01可以抽放0.05~0.10.03~0.050.01~0.03較難抽放>0.1>0.05>0.03康偉煤焦有限公司南山煤礦一采區(qū)工作面抽放鉆孔總長度約為9880m，回采工作面煤炭儲(chǔ)量約為74520t，回采工作面噸煤鉆孔量約為0.13m/t，1號煤層為可以抽放的薄煤層，回采工作面噸煤鉆孔量符合《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006）8.6節(jié)要求。二采區(qū)工作面抽放鉆孔總長度約為16250m，回采工作面煤炭儲(chǔ)量約為325013t，回采工作面噸煤鉆孔量約為0.05m/t，2#煤層為可以5.6.回采工作面抽放后風(fēng)排瓦斯量等于工作面預(yù)測的瓦斯涌出量減去抽放瓦斯量。Q排=Q涌–Q抽（5-3）式中Q排—抽放后風(fēng)排瓦斯量，m3/min；Q涌—工作面預(yù)測的瓦斯涌出量，m3/min；Q抽—抽放瓦斯量，m3/min。年產(chǎn)量0.9Mt/a時(shí)，康偉煤焦有限公司南山煤礦，一采區(qū)1號煤層回采工作面預(yù)測的瓦斯涌出量為9.59m3/min，工作面預(yù)計(jì)抽放瓦斯量為5.28m3/min；由式5-3可知，回采工作面抽放后風(fēng)排瓦斯量為4.31m3/min。二采區(qū)2號煤層回采工作面預(yù)測的瓦斯涌出量為12.26m3/min，工作面預(yù)計(jì)抽放瓦斯量為由3.2節(jié)可知，康偉煤焦有限公司南山煤礦兩個(gè)采區(qū)回采工作面通風(fēng)能解決的瓦斯量分別為6.4m3/min和8.57m3因此，康偉煤焦有限公司南山煤礦，經(jīng)過預(yù)抽后，回采工作面配風(fēng)量可以滿足風(fēng)排瓦斯的需要。5.6.4礦井瓦斯抽放率礦井（工作面）瓦斯抽放率是指礦井（工作面）瓦斯抽放量占礦井（工作面）瓦斯總涌出量的百分比，計(jì)算公式：（5-4）式中η—礦井（工作面）瓦斯抽放率，%；qc—礦井（工作面）瓦斯抽放量，m3/min；qf—礦井（工作面）風(fēng)排瓦斯量，m3/min。當(dāng)年產(chǎn)量為0.9Mt/a時(shí)，康偉煤焦有限公司南山煤礦礦井瓦斯總涌出量為28.10m3/min，礦井瓦斯抽放量為11.43m3/min，礦井瓦斯抽放率約為40.7％；回采面瓦斯總涌出量為9.59m3/min和12.26m3/min，回采面瓦斯抽放量為5.28可見，康偉煤焦有限公司南山煤礦礦井及回采工作面瓦斯抽放率均符合《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）標(biāo)準(zhǔn)的要求。6抽放瓦斯方法的選擇6.1抽放瓦斯方法的選擇抽放瓦斯方法的選擇，主要是根據(jù)礦井（或采區(qū)、工作面）瓦斯來源、煤層賦存狀況、采掘布置、開采程序以及開采地質(zhì)條件等因素進(jìn)行綜合考慮。目前抽放瓦斯方法主要有：開采層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放，選擇具體抽放瓦斯方法時(shí)應(yīng)遵循如下原則：1、選擇的抽放瓦斯方法應(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、應(yīng)根據(jù)瓦斯來源及涌出構(gòu)成進(jìn)行，盡量采取綜合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；3、有利于減少井巷工程量，實(shí)現(xiàn)抽放巷道與開采巷道相結(jié)合；4、選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)有利于抽放巷道布置與維修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；5、所選擇的抽放方法應(yīng)有利于抽放工程施工、抽放管路敷設(shè)以及抽放時(shí)間增加。6.1.1瓦斯抽放1、回采工作面瓦斯來源及構(gòu)成工作面瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區(qū)丟煤解吸的瓦斯和圍巖、鄰近層涌出的瓦斯。工作面瓦斯主要來源于鄰近層和開采層涌出的瓦斯。2、開采層瓦斯抽放開采層抽放包括預(yù)抽、邊采邊抽和強(qiáng)化抽放等方式，預(yù)抽主要采用鉆孔預(yù)抽，是在工作面開采前預(yù)先抽放煤體中的瓦斯，屬于未卸壓煤層的瓦斯抽放，對于透氣性及其它預(yù)抽條件較好的煤層，預(yù)抽會(huì)取得較好效果。邊采邊抽利用工作面開采時(shí)的卸壓效應(yīng)抽放本層瓦斯，當(dāng)工作面推進(jìn)時(shí)，工作面前方煤體由于卸壓，透氣性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向鉆孔，抽放工作面前方煤體的卸壓瓦斯?？祩ッ航褂邢薰灸仙矫旱V煤層雖屬于可以抽放煤層，但和我國晉城、老虎臺(tái)等礦區(qū)相比透氣性并不是很好，為了保證本煤層預(yù)抽的效果，康偉煤焦有限公司南山煤礦應(yīng)加強(qiáng)邊采邊抽，并適當(dāng)加大布孔密度和增加抽放時(shí)間來提高預(yù)抽效果。3、鄰近層瓦斯抽放鄰近層瓦斯抽放就是通常所說的卸壓層瓦斯抽放。在煤層群條件下，受開采層的采動(dòng)影響，其上部或下部的鄰近層煤層得到卸壓，而產(chǎn)生膨脹變形，煤層透氣性大幅度提高。此時(shí)煤層與巖層之間形成的空隙與裂縫，不僅可儲(chǔ)存卸壓瓦斯，而且也是良好的瓦斯流動(dòng)通道，為防止鄰近層瓦斯向開采層工作面涌出就應(yīng)當(dāng)用抽放的辦法來處理這部分瓦斯。實(shí)踐證明，鄰近層瓦斯抽放效果好，如果抽放參數(shù)選取得當(dāng)，抽放率可達(dá)到70~80%，甚至更高。根據(jù)康偉煤焦有限公司南山煤礦的煤層賦存與開采條件，煤層間距小，臨近層向采掘空間涌出量大，二采區(qū)開采2號煤層時(shí)，可以向?yàn)殚_采的1號煤層施工鉆孔抽放鄰近層及裂隙帶瓦斯。4、采空區(qū)瓦斯抽放回采過程中采空區(qū)丟煤、圍巖瓦斯的涌出，使回采工作面采空區(qū)瓦斯主要來源；采空區(qū)瓦斯抽放具有抽放量大、來源穩(wěn)定等特點(diǎn)。南山煤礦現(xiàn)采空區(qū)瓦斯涌出量占開采層瓦斯涌出量的38%左右，采空區(qū)瓦斯抽放尤為重要。根據(jù)1號煤層賦存條件和巷道布置情況，康偉煤焦有限公司南山煤礦可采用采空區(qū)埋管抽放采空區(qū)瓦斯。抽放過程中應(yīng)根據(jù)抽放效果適當(dāng)調(diào)整抽放參數(shù)，提高瓦斯抽放效果。6.1.2可選瓦斯抽放方法及參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)抽放方法的選擇原則，結(jié)合康偉煤焦有限公司南山煤礦各煤層的賦存、瓦斯來源等特點(diǎn)，考慮到工作面所需的抽放量，提出康偉煤焦有限公司南山煤礦較合理的抽放方法。1、開采層瓦斯預(yù)抽（1）斜向鉆孔抽放1）抽放方法：根據(jù)煤層傾斜情況，從工作面回風(fēng)側(cè)即回風(fēng)順槽打斜向鉆孔，工作面開采前進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽；開采時(shí)進(jìn)行采動(dòng)卸壓抽放，具體采用在回風(fēng)順槽向裂隙帶打鉆。2）抽放鉆孔布置：鉆孔技術(shù)參數(shù)見表6-1，抽放鉆孔布置見圖6-1。表6-1交叉鉆孔技術(shù)參數(shù)表鉆孔類別鉆孔與巷道夾角鉆孔傾角（°）孔深（m）鉆孔直徑（mm）孔間距（m）開孔高度（m）1101工作面60°同煤層傾角1309460.52201工作面60°同煤層傾角1309461注：以上技術(shù)參數(shù)供工作面試驗(yàn)用，須根據(jù)實(shí)際效果考察來確定合適的參數(shù)。圖6-1交叉鉆孔布置示意圖3）封孔工藝鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔深度8m，封孔段長度2m，封孔管為直徑φ50mm的PE管（阻燃、抗靜電），再用鎧裝膠管連接到支管上，再連接到主管上，最終排入大氣。實(shí)踐中需進(jìn)一步考察抽放鉆孔間距，確定合理鉆孔間距。工作面預(yù)抽時(shí)間為18聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的簡稱。它的種類繁多，根據(jù)原料配方不同，可以制成多種不同產(chǎn)品。對于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在發(fā)泡后，其內(nèi)所形成的孔為封閉孔，不漏氣，另外對發(fā)泡時(shí)間、發(fā)泡倍數(shù)、固化后的強(qiáng)度，可塑性等均有一定的要求。聚氨酯封孔采用卷纏藥液法及鉆孔內(nèi)封孔管結(jié)構(gòu)，見圖6-2。圖6-2聚氨酯纏藥方法及封孔管結(jié)構(gòu)示意圖4）抽放管路管理工作面開采后，隨著工作面的推進(jìn)，靠近切眼的抽放鉆孔不斷報(bào)廢，當(dāng)鉆孔距工作面切眼20m時(shí)，預(yù)計(jì)抽放鉆孔進(jìn)入卸壓區(qū)，進(jìn)行卸壓抽放，隨著抽放管路不斷變短，靠近切眼的管路要逐段卸下來，端頭用法蘭蓋密封。由于工作面在回采時(shí)，回風(fēng)巷及進(jìn)風(fēng)巷需進(jìn)行超前支護(hù)大約20m，為了不影響生產(chǎn)，需提前拆除管路，給瓦斯管路的管理造成一定困難，所以可以考慮在靠近工作面切眼30m內(nèi)的鉆孔用軟膠管與抽放管相連，抽放管未端特制一段2～3m長的短管，短管上做幾個(gè)變徑三通，與靠近工作面的鉆孔用軟管相連，鉆孔報(bào)廢后再向前移動(dòng)短管，保持短管始終在抽放管路的末端，這樣一來，工作面的預(yù)抽鉆孔可以抽取大量的卸壓瓦斯，使本煤層預(yù)抽取得較好的抽放2、高位鉆孔抽放臨近層瓦斯鉆場、鉆孔及管路布置，見圖6-3。鉆孔參數(shù)見表6-2。圖6-3頂板走向長鉆孔抽放瓦斯示意圖表6-2鉆孔技術(shù)參數(shù)表孔類開徑孔φ（mm）終孔徑φ（mm）方位（°）傾角（°）開孔位置鉆孔間距（m）孔深（m）頂板孔9494030距鉆場底板1.5距軌順幫1.580頂板孔9494530距1號孔0.580頂板孔94941030距2號孔0.585頂板孔94941530距3號孔0.585注：以上技術(shù)參數(shù)只供試驗(yàn)參考，須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。3、埋管法抽放現(xiàn)采空區(qū)瓦斯采空區(qū)瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯由抽放管路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢（或微風(fēng)）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。對于采空區(qū)瓦斯涌出量較大的工作面，可以采取采空區(qū)埋管抽放的方式，隨著工作面不斷向前推進(jìn)，沿回風(fēng)巷將管路埋入采空區(qū)。焊接高0.5m、橫向長1m、直徑50mm的“T”字管，管口用紗布包裹。每30m連接一個(gè)，埋入采空區(qū)，打木垛保護(hù)，見圖圖6-4采空區(qū)埋管法抽放采空區(qū)示意圖6.1.3瓦斯抽放經(jīng)過綜合分析，結(jié)合實(shí)際康偉煤焦有限公司南山煤礦選定的瓦斯抽放方法，見表6-3。表6-3抽放方法選擇類別抽放方式理由備注建議本煤層抽放回采面預(yù)抽及邊采邊抽煤層瓦斯含量大，透氣性系數(shù)衰減系數(shù)滿足預(yù)抽條件，同時(shí)可采前預(yù)抽，采時(shí)卸壓抽放在回風(fēng)順槽內(nèi)向煤層施工交叉鉆孔首先采用采空區(qū)抽放現(xiàn)采空區(qū)埋管抽放下臨近層瓦斯釋放到現(xiàn)采空區(qū)由回風(fēng)順槽向采空區(qū)埋管抽放（一采區(qū)使用）首先采用高位鉆孔抽放上臨近層及裂隙帶瓦斯量大向裂隙帶施工鉆孔（二采區(qū)使用）首先采用6.2抽放施工設(shè)備、檢測儀表及施工量從康偉煤焦有限公司南山煤礦所采用的抽放瓦斯方法來看，1號煤層抽放需要在回風(fēng)順槽內(nèi)施工鉆孔。打鉆工程所需的設(shè)備為：一、鉆機(jī)煤礦抽放瓦斯鉆機(jī)應(yīng)符合下列要求：1、電動(dòng)機(jī)及附屬電器設(shè)備必須是防爆的；2、鉆機(jī)要體積小，輕便或解體方便，以利于搬遷；3、鉆機(jī)應(yīng)能打水平、上向、下向任意角度的鉆孔。在綜合分析我國煤礦常用鉆機(jī)性能和現(xiàn)場實(shí)際使用情況的基礎(chǔ)上，考慮康偉煤焦有限公司南山煤礦煤、巖硬度以及設(shè)計(jì)抽放鉆孔的長度，設(shè)計(jì)選擇ZDY3200S型全液壓鉆機(jī)。根據(jù)鉆孔數(shù)量和鉆孔長度，配備1臺(tái)ZDY3200S型鉆機(jī)，配套鉆桿選用φ73mm，每節(jié)長度1.5m。選用φ94mm二、主要檢測儀器、儀表配置井下抽放瓦斯主要檢測儀器、儀表包括孔板流量計(jì)、U型水柱計(jì)（汞柱計(jì)）、瓦斯?jié)舛葯z定器和高負(fù)壓取樣器等。三、施工量兩個(gè)采區(qū)回采工作面鉆孔總長度約26130m；高位鉆孔總長度約10800上述鉆場、鉆孔和抽放瓦斯管路在工作面投產(chǎn)前需施工完成，進(jìn)入預(yù)抽放狀態(tài)。為了保證康偉煤焦有限公司南山煤礦的瓦斯抽放效果，每年投入的抽放工程必須達(dá)到要求，并且本煤層預(yù)抽時(shí)間為6個(gè)月。7瓦斯抽放管路系統(tǒng)布置及選型7.1抽放管路布置及選型7.1.1瓦斯抽放1、瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則抽放管路系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)井下巷道的布置、抽放地點(diǎn)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(dòng)，確保管道運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便，并應(yīng)遵循如下原則：1)抽放管路通過的巷道曲線段少、距離短，管路安裝應(yīng)平直，轉(zhuǎn)彎時(shí)角度不應(yīng)大于50°。2)盡量避開運(yùn)輸繁忙巷道，首選回風(fēng)巷內(nèi)鋪設(shè)；若敷設(shè)在主要運(yùn)輸巷道內(nèi)，在人行道側(cè)其架設(shè)高度不小于1.8m，并固定在巷道壁上，與巷道壁的距離應(yīng)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。3)管路發(fā)生故障，管道內(nèi)的瓦斯不得流入采掘工作面、機(jī)房或機(jī)電硐室內(nèi)。4)抽放管道與地上、下建（構(gòu)）筑物及設(shè)施的間距，應(yīng)符合《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。5）抽放瓦斯管路的管徑應(yīng)按最大流量分段計(jì)算，并與抽放設(shè)備能力相適應(yīng)，抽放管路按全流速為5～12m/s和最大通過流量來計(jì)算管徑，抽放系統(tǒng)管材的備用量可取10%。6）當(dāng)采用專用鉆孔敷設(shè)抽放管路時(shí)，專用鉆孔直徑應(yīng)比管道外形尺寸大200mm；當(dāng)沿豎井敷設(shè)抽放7)抽放管路系統(tǒng)中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、測定、防回氣、防回火裝置。7.1.2康偉煤焦有限公司南山煤礦抽放瓦斯管網(wǎng)敷設(shè)路線為：現(xiàn)采空區(qū)及工作面→工作面回風(fēng)順槽→采區(qū)回風(fēng)巷→瓦斯抽放泵站→回風(fēng)大巷礦井抽放管網(wǎng)敷設(shè)系統(tǒng)示意圖，見井下管路布置圖。7.1.3抽放瓦斯抽放管徑選擇是否合理，對抽放瓦斯系統(tǒng)的建設(shè)投資及抽放系統(tǒng)效果有很大影響。應(yīng)考慮抽放量最大時(shí)期，直徑選擇需合理，太大增加投資費(fèi)用；太小管路阻力損失大，同時(shí)參照抽放泵的實(shí)際能力使之留有備用量。抽放管徑一般采用下式計(jì)算：D=0.1457（Q/V）1/2（7-1）式中D—抽放瓦斯管內(nèi)徑，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，一般V=5～12m/s。依據(jù)礦井、工作面的瓦斯抽放量預(yù)計(jì)結(jié)果，兩套抽放系統(tǒng)分別抽放一采區(qū)和二采區(qū)工作面瓦斯。礦井原有抽放系統(tǒng)服務(wù)二采區(qū)，抽放純量為7.35m3/min左右，抽放濃度預(yù)計(jì)為30%左右；新建抽放系統(tǒng)抽放一采區(qū)工作面瓦斯，抽放量5.28m3/min左右，抽放濃度預(yù)計(jì)為20%左右。按上式計(jì)算并留有一定余量?？祩ッ航褂邢薰灸仙矫旱V瓦斯抽放表7-1抽放系統(tǒng)抽放瓦斯管徑選擇結(jié)果類別抽放純量（m3/min）瓦斯?jié)舛龋ǎィ┗旌狭髁浚╩3/min）備用流量平均流速（m/s）計(jì)算管徑（mm）選擇管徑（外徑）（mm）壁厚(mm)材質(zhì)原系統(tǒng)6.183517.5721.0841219328013.3PE或PVC新系統(tǒng)5.281829.3335.21225028013.3PE或PVC3152024122062196螺旋焊縫鋼管7.1.4抽PE管采用與所選PE管配套的法蘭或快速管接頭連接。7.1.5抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。計(jì)算管網(wǎng)阻力應(yīng)在抽放管網(wǎng)系統(tǒng)敷設(shè)線路確定后，按其最長的線路和抽放最困難時(shí)期的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)康偉煤焦有限公司南山煤礦巷道布置情況，一采區(qū)瓦斯抽放最困難時(shí)期系統(tǒng)瓦斯抽放管路長約1600m。1、摩擦阻力計(jì)算（7-2）式中H摩—管路的摩擦阻力，Pa；L—管路長度，m；γ—混合瓦斯對空氣的密度比；K—與管徑有關(guān)系數(shù)；D—瓦斯管內(nèi)徑，cm；Q—抽放混合瓦斯量，m3/h。系統(tǒng)摩擦阻力：2、局部阻力（H局）抽放管網(wǎng)系統(tǒng)中管件局部阻力（H局），按管道總摩擦力阻力的15％考慮，則：系統(tǒng)摩擦阻力：二采區(qū)工作面瓦斯抽放系統(tǒng)局部阻力：H局=0.15·H摩低H局=0.15×2885=433(Pa)一采區(qū)工作面瓦斯抽放系統(tǒng)局部阻力：H局=0.15·H摩低H局=0.15×9377=1406(Pa)（2）瓦斯抽放管網(wǎng)系統(tǒng)的總阻力（H總）二采區(qū)工作面瓦斯抽放系統(tǒng)：H總=H摩+H局=2885+433=3318Pa)一采區(qū)工作面瓦斯抽放系統(tǒng)：H總=H摩+H局=9377+1406=10784（Pa）7.1.61、井下管路敷設(shè)要求煤礦井下的環(huán)境條件較惡劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受壓變形，空氣濕潤易銹蝕等，為此對煤礦井下抽放瓦斯管路的敷設(shè)有如下要求：(1)瓦斯管路應(yīng)采取防腐、防銹蝕措施；(2)管路底部應(yīng)墊木墊，墊起高度不低于30cm(3)傾斜巷道的瓦斯管路，應(yīng)用卡子將管道固定在巷道支護(hù)上，以免下滑；(4)管路敷設(shè)要求平直，盡量避免急彎；(5)主要運(yùn)輸巷道中的瓦斯管路架設(shè)高度不小于1.8m；(6)管路敷設(shè)時(shí)，要考慮流水坡度，要求坡度盡量一致，避免高低起伏，低洼處需安裝放水器；(7)新敷設(shè)的管路要進(jìn)行氣密性。2、井下管路安裝康偉煤焦有限公司南山煤礦抽放管路選PE或PVC管，抽放瓦斯管路安裝采用側(cè)幫吊掛方式。采用鐵絲將抽放瓦斯管路吊掛在側(cè)幫錨桿或棚退上。3、附屬裝置(1)閥門：在瓦斯抽放管路（主、支管）上和鉆孔的連接處，均需安設(shè)閥門，主要用于調(diào)節(jié)與控制各個(gè)獨(dú)立抽放地點(diǎn)的抽放負(fù)壓、瓦斯?jié)舛取⒊榉帕康?，同時(shí)修理和更換瓦斯管時(shí)可關(guān)閉閥門切斷回路。設(shè)計(jì)選用的閥門為截止閥。(2)在管路以及鉆孔連接裝置上均應(yīng)設(shè)置測壓嘴，以便經(jīng)常觀測抽放管內(nèi)的壓力。在管路安裝過程中加入一小段鋼管，管路用DN273鋼管，裝上之前預(yù)先焊上內(nèi)徑6mm，高20mm的紫銅管測壓嘴還可作為取氣樣孔，取出氣體進(jìn)行氣體成分分析。(3)計(jì)量裝置瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一個(gè)重要參數(shù)，較準(zhǔn)確的測定瓦斯流量才能真實(shí)地反映瓦斯抽放效果。目前瓦斯計(jì)量方法的種類很多，應(yīng)用條件也各不相同。本設(shè)計(jì)選用孔板流量計(jì)作為計(jì)量裝備，安裝與使用要求如下：①安裝孔板時(shí)，孔板的孔口必須與管道同心，其端面與管道軸線垂直，偏心度小于1~2%；②孔板前（按氣流方向，下同）D（管徑）和孔板后半部0.5D處預(yù)先焊接兩個(gè)測壓嘴，直徑6mm，材料為紫銅管；③安裝孔板的管道內(nèi)壁，在孔板前邊D的范圍內(nèi)，不應(yīng)有凸凹不平、焊縫和墊片等；④孔板流量計(jì)的前端，管道直線段的長度不小于20D，后端的長度不小于10D；⑤要經(jīng)常清洗孔板前后的積水和污物，孔板銹蝕要及時(shí)更換；⑥抽放瓦斯量有較大變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)流量大小更換相應(yīng)的孔板。⑦孔板使用1年后，要對孔板進(jìn)行校正，以減小計(jì)量誤差。(4)鉆孔連接方式回采工作面預(yù)抽鉆孔與抽放管路的連接是利用膠管連接，膠管的一端連接到鉆孔封孔管上，另一端與抽放瓦斯管路連接，構(gòu)成抽放系統(tǒng)。采空區(qū)抽放的埋管與支管用配套管接頭直接對接，但必須安裝閥門、孔板流量計(jì)和濃度、壓差檢測口，以觀測和調(diào)整抽放參數(shù)。(5)放水裝置放水裝置的種類很多，根據(jù)康偉煤焦有限公司南山煤礦抽放瓦斯實(shí)際情況，鉆孔涌水量小，設(shè)計(jì)放水裝置全部選用自動(dòng)放水器。7.2抽放設(shè)備布置及選型7.2.11、瓦斯泵的流量必須滿足礦井抽放期間預(yù)計(jì)最大瓦斯抽出量的需求；2、瓦斯泵的負(fù)壓能克服管路系統(tǒng)的最大阻力；3、具有良好的真空度；4、抽放設(shè)備配備電機(jī)必須防爆。7.2.2抽放抽放瓦斯泵流量必須滿足抽放系統(tǒng)服務(wù)年限之內(nèi)最大抽放量的需要：Q泵=100·QZ·K/（x·η）（7-3）式中：Q泵—抽放瓦斯泵的額定流量，m3/min；QZ—礦井抽放瓦斯總量（純量），m3/min；x—礦井抽放瓦斯?jié)舛龋?；K—備用系數(shù)；η—瓦斯抽放泵的抽放效率，一般取η＝0.8。一采區(qū)工作面抽放系統(tǒng)QZ=5.28m3/min，x=18%，K=1.6。根據(jù)上式計(jì)算抽放泵所需的額定流量為二采區(qū)工作面抽放系