煤礦瓦斯抽采課程設(shè)計(jì)--煤層瓦斯抽采設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　題 目 大平一礦1煤層瓦斯抽采設(shè)計(jì) </p><p>　　院(系)別 安全工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 煤層氣11-1班 </p><p><b>　　目 錄<

2、;/b></p><p>　　1 礦井概況及安全條件1</p><p>　　1.1 井田概況1</p><p>　　1.1.1 交通位置1</p><p>　　1.1.2 地形與地貌特征1</p><p>　　1.1.3 氣候地震等情況2</p><p>　　1.2 井田地質(zhì)特征

3、2</p><p>　　1.2.1 地層與地質(zhì)構(gòu)造2</p><p>　　1.2.2 巖漿與水文地質(zhì)2</p><p>　　1.2.3 煤層與煤質(zhì)4</p><p>　　1.2.4 煤系地層5</p><p>　　1.2.5 煤塵、煤的自燃、煤質(zhì)5</p><p>　　1.3 礦井開

4、拓、開采概況6</p><p>　　1.4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況6</p><p>　　2 礦井瓦斯賦存情況7</p><p>　　2.1 煤層瓦斯基本參數(shù)7</p><p>　　2.1.1 煤層瓦斯含量7</p><p>　　2.1.2 百米鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減系數(shù)7</p><p&g

5、t;　　2.1.3煤層透氣性系數(shù)7</p><p>　　2.1.4圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)7</p><p>　　2.2礦井瓦斯儲(chǔ)量及可抽量7</p><p>　　2.3 瓦斯抽采的必要性9</p><p>　　2.3.1礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)9</p><p>　　2.3.2瓦斯抽采的必要性9</p>

6、<p>　　2.3.3從礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果來看瓦斯抽采的必要性10</p><p>　　2.3.4 從礦井通風(fēng)能力來看瓦斯抽采的必要性10</p><p>　　2.3.5 從資源和環(huán)保的角度來看瓦斯抽采的必要性11</p><p>　　2.4 瓦斯抽采的可行性11</p><p>　　3 瓦斯抽采施工工藝的確定13&l

7、t;/p><p>　　3.1礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)的原則13</p><p>　　4抽采瓦斯方法14</p><p>　　4.1礦井瓦斯來源分析14</p><p>　　4.1.1回采工作面瓦斯來源及涌出構(gòu)成14</p><p>　　4.2抽采瓦斯方法14</p><p>　　4.2.1選擇抽采

8、方法的原則14</p><p>　　4.2.2瓦斯抽采方法的選擇方案的確定16</p><p>　　4.3鉆場(chǎng)布置、鉆孔參數(shù)確定17</p><p>　　4.3.1布孔方式及鉆孔布置17</p><p>　　4.3.2鉆孔直徑、長(zhǎng)度及個(gè)數(shù)的確定18</p><p>　　4.3.3鉆孔布置平剖圖19</

9、p><p>　　4.3.4封孔方式、材料及工藝19</p><p>　　4.3.5封孔方式、材料及工藝選擇22</p><p>　　5 瓦斯抽采基礎(chǔ)參數(shù)23</p><p>　　5.1瓦斯抽采量計(jì)算Qi23</p><p>　　5.2工作面最大抽采量的抽采率d23</p><p>　　5.

10、3抽采瓦斯時(shí)間24</p><p><b>　　結(jié) 論25</b></p><p>　　1 礦井概況及安全條件</p><p><b>　　1.1 井田概況</b></p><p>　　1.1.1 交通位置</p><p>　　大平煤礦位于沈陽市康平縣境內(nèi)，位于法庫與康平

11、兩縣之間，大部分隸屬于康平縣東關(guān)屯鄉(xiāng)管轄，其地理坐標(biāo)為：東經(jīng)123°18′45″～123°30′,北緯42°35′～42°45′。大平煤礦距沈陽130Km，距鐵嶺70Km。入礦公路3.4Km與自井田東南部通過的203國(guó)道連接，礦區(qū)鐵路在大青編組站與國(guó)鐵連接，交通十分便利。交通位置圖見圖1-1。</p><p>　　圖1-1大平礦交通位置圖</p><p&

12、gt;　　1.1.2 地形與地貌特征</p><p>　　大平一礦井田處于北東走向的八虎山和調(diào)兵山兩個(gè)背斜之間，大平煤田的西南部，井田內(nèi)無較大河流，北部為低緩的丘陵地形，南部為沖積平原。在中生代晚侏羅紀(jì)中期該煤田普遍下降形成了湖泊相和泥炭沼澤相沉積—沙海組煤系。在白堊紀(jì)末期，該區(qū)一直限于侵蝕基準(zhǔn)面以上，直到第四紀(jì)還仍在接受剝蝕堆積。從而構(gòu)成了現(xiàn)代的剝蝕堆積地貌類型，形成了井田內(nèi)平緩的剝蝕堆積丘陵地形。</p

13、><p>　　大平礦井田位于康平煤田西南部，東北以F1、F2、F3號(hào)斷層為界與康平縣三臺(tái)子煤礦、鐵煤集團(tuán)小康礦相鄰，東南以第10勘探線和-300水平為界與法庫縣邊家煤礦相鄰，其余均以煤層最低可采厚度(0.70米)圈定。井田中賦存有兩層煤：煤層2。兩層煤間距為9.3米。煤層發(fā)育情況呈全區(qū)發(fā)育。</p><p>　　1.1.3 氣候地震等情況</p><p>　　本區(qū)屬大陸

14、性氣候，多風(fēng)少雨，春干冬寒。冬季多西北風(fēng)，春季多西南風(fēng)，風(fēng)力7~9級(jí)，瞬時(shí)達(dá)10級(jí)。凍土層最大厚度1.4米。</p><p>　　本區(qū)地震歷年來未超過二級(jí)，烈度為Ⅵ度。</p><p>　　1.2 井田地質(zhì)特征</p><p>　　1.2.1 地層與地質(zhì)構(gòu)造</p><p>　　大平礦井田的煤層總體走向?yàn)镹W向，傾向NE，傾角7~9°

15、;。三臺(tái)子井田整體為一向斜構(gòu)造，由于受后期構(gòu)造的影響，致使向斜的東西兩翼不對(duì)稱。向斜軸由于巖層傾角平緩和斷裂的破壞而不突出，但是看出向斜軸總的規(guī)律是由北向南逐漸加深，其軸向?yàn)镹35°W，向斜軸傾伏角6°，軸部最深處可達(dá)830米。</p><p>　　井田內(nèi)無陷落柱和火成巖侵入。</p><p>　　地層：大平煤田屬于中生代陸相沉積，除元古代地層在煤田西側(cè)以低山形式出露，

16、其它地層幾乎都被第四系沉積所覆蓋前震旦系花崗片麻巖、結(jié)晶片巖等變質(zhì)巖系構(gòu)成鐵法煤田的基底。晚侏羅系地層不整合于變質(zhì)巖之上，白堊系地層幾乎平行不整合于侏羅系地層接觸，白堊系及新生界第四系地層不整合于白堊系之上。</p><p>　　根據(jù)鉆孔資料所見：有中生界侏羅系、白堊系及新生界第四系，現(xiàn)由下而上分如下：</p><p><b>　　1)中生界（M2）</b></

17、p><p>　?。?）侏羅系上統(tǒng)阜新組（J3f）為井田內(nèi)唯一含煤地層，本組分為四段，分別為：底部沙礫巖段（J3f1）、下含煤段（J3f2）中部砂巖、泥巖段（J3f3）、上含煤段（J3f4）。</p><p>　　（2）白堊系上統(tǒng)孫家灣組（K1s），本組分為兩段，分別為：下部灰綠色砂巖段（K1s1）和上部紫色砂巖、礫巖段（K1s2）。</p><p><b>　

18、　2) 新生界</b></p><p>　　第四系（Q）下部以砂、沙礫巖為主，中夾砂層，底部較粗。</p><p>　　1.2.2 巖漿與水文地質(zhì)</p><p><b>　　1）巖漿活動(dòng)</b></p><p>　　本區(qū)巖漿活動(dòng)主要有倆期，一期為燕山期，呈多次間歇，噴發(fā)之火山巖，構(gòu)成本區(qū)上侏羅統(tǒng)大明山組地層

19、中段覆蓋在石炭二迭地層之上，一般對(duì)煤層煤質(zhì)無影響。</p><p>　　另一期為喜山期基性淺層侵入巖及揮綠巖，該揮綠巖以斷層為通道，多沿煤層或較軟弱地層呈巖床和巖脈分別侵入到煤系地層和煤層中，不同程度的破壞了煤層。</p><p><b>　　2）水文地質(zhì)</b></p><p><b>　?。?）含水層：</b><

20、/p><p>　　大平礦井田劃分3個(gè)含水層，分別為：侏羅系直接充水承壓含水層、白堊系砂巖及砂礫巖承壓含水層、第四系砂巖及砂礫巖承壓含水層。</p><p>　　（2）侏羅系直接充水承壓含水層</p><p>　　該層主要由灰白色砂巖及砂礫巖組成。泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)致密質(zhì)軟，賦存于煤層的中下部，一般厚度5 – 10m。底板平均深度575m。該含水層含水性及透水性很弱，在本采區(qū)

21、425號(hào)鉆孔水位標(biāo)高是60.77米。</p><p>　　從水質(zhì)分析看：PH值平均8.1，最高達(dá)9.1，耗氧量7.78，最高達(dá)9.94，礦化度亦很高，這充分說明了該水是處于深層、高壓、缺氧、導(dǎo)水性甚微的封閉構(gòu)造的還原環(huán)境。同時(shí)亦證明了補(bǔ)給及逕流條件都很遲緩，從而富集了大量的可溶鹽，形成了ClHCO3-Na、Cl-Na、ClSO4- Na型水，另外也證明了該含水層與上部含水層無水力聯(lián)系。</p>&l

22、t;p>　?。?）白堊系砂巖及砂礫巖承壓含水層</p><p>　　該含水層據(jù)其巖性和沉積建造環(huán)境及水文地質(zhì)特征等可分為兩段，即上部白堊系風(fēng)化帶含水段及白堊系下部微弱含水段。</p><p>　　a上部白堊系風(fēng)化帶含水段主要由紫紅色砂巖及砂礫巖所組成，其成分以石英、長(zhǎng)石為主，結(jié)構(gòu)松散破碎，礫徑不一，一般5m/m。其分布西北較深，東南部較淺（45.70 ~ 77.25m）。含水層厚度也

23、隨賦存深度加深而增厚（10.73~ 62.34m），含水性及透水性較強(qiáng)。水位標(biāo)高79.59 ~ 84.93m，由東北流向西南，并在該段淺部發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象，最大漏水量7m3/h。</p><p>　　b白堊系下部微弱含水段主要由灰綠色砂巖及砂礫巖所組成，并為泥質(zhì)膠結(jié)，其結(jié)構(gòu)較上部風(fēng)化帶含水段致密，含水性及透水性比較弱。水質(zhì)分析表明該層的上部風(fēng)化帶含水段主要來源于大氣降水的直接補(bǔ)給，而風(fēng)化帶下部含水段則依靠上部風(fēng)化帶

24、含水段水的垂直滲透補(bǔ)給，所以上段含水性及透水性強(qiáng)于下段，同時(shí)逕流條件也好于下部含水段。總之越向采區(qū)深部逕流條件越差，排泄條件越差。</p><p><b>　　3）隔水層</b></p><p>　　井田內(nèi)劃分為二個(gè)隔水層，即第四系粘土及亞粘土隔水層和侏羅系煤層頂板油頁（泥）巖隔水層。</p><p>　?。?）第四系粘土及亞粘土隔水層主要由黃

25、色或黃褐色粘土及亞粘土所組成，結(jié)構(gòu)密實(shí)，含鐵質(zhì)結(jié)核，具可塑性，干硬。在井田內(nèi)分布西北薄而東南厚（1.30 ~ 13.47m，平均7.2m）。水庫底部南北兩側(cè)較薄，約6m，中部較厚，約11m，平均8m左右。據(jù)土工試驗(yàn)成果表明在2.66m以下均起隔水作用。</p><p>　?。?）侏羅系煤層頂板油頁（泥）巖隔水層主要由黑色泥巖及黑褐色油頁巖所組成。結(jié)構(gòu)細(xì)膩，并直接賦存于煤層之上，在井田內(nèi)普遍發(fā)育，由西南向東北逐漸加

26、深（136 ~770m），厚度也隨之增厚（10 ~ 110m），平均60m左右。本采區(qū)內(nèi)水庫底部亦是如此規(guī)律，由西南向東北逐漸加深，厚度也隨之增厚（30 ~ 70m），平均50m左右，為礦床良好的隔水層。</p><p><b>　　4）水文地質(zhì)類型</b></p><p>　　采區(qū)內(nèi)直接充水含水層主要由侏羅系粗砂巖及砂礫巖微弱的裂隙孔隙承壓含水層所組成，雖然粗砂巖疏

27、軟多裂隙，但單位涌水量均小于0.0043L/sm，而且煤層頂部有較厚的油頁巖、泥巖，含水層間發(fā)育著具有良好隔水性能的泥巖、粉砂巖層，所以與地表水以及各主要含水層間無水力聯(lián)系，故將該井田水文地質(zhì)條件劃分為簡(jiǎn)單的二類一型。</p><p>　　1.2.3 煤層與煤質(zhì)</p><p><b>　　1）煤層</b></p><p>　　大平礦井田含煤地

28、層，由煤層、煤質(zhì)頁巖、黑色泥巖、油頁巖及粉砂巖組成，煤層編號(hào)自上而下為1煤層和2煤層。1煤層厚度5m，2煤厚3.0 m。煤層全區(qū)發(fā)育，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但到東部邊緣較復(fù)雜。</p><p>　　煤層無偽頂，直接頂為黑褐色油頁巖，常夾有1~3層薄層粘土，厚度0.10~ 0.30m，其下部含有3 ~ 5層菱鐵礦薄層，一般厚度為0.20~0.40m。油頁巖結(jié)構(gòu)致密、細(xì)膩、無裂隙，其厚度分布變化在本采區(qū)西南部15~17m，東南部

29、28 ~ 30 m。</p><p>　　老頂以黑色泥巖為主，夾有深灰色粉砂巖，本層中富含蚌、螺及介形蟲等動(dòng)物化石。本層厚20~34m。</p><p>　　煤層直接頂板：主要由黑褐色油頁巖組成。結(jié)構(gòu)致密、細(xì)膩、無裂隙，厚度一般在10~30米之間，平均20米左右，按其堅(jiān)固程度屬于軟質(zhì)巖石。</p><p>　　煤層直接底板：由灰黑色泥巖和灰白色粉、細(xì)砂巖所組成。結(jié)構(gòu)

30、較細(xì)致，質(zhì)軟。其厚度變化西南薄5~6米，東北厚約10米以上，一般5~10米左右，按其堅(jiān)固程度屬于軟質(zhì)巖石。</p><p><b>　　2）煤質(zhì)</b></p><p>　　煤質(zhì)工業(yè)牌號(hào)為長(zhǎng)焰煤，黑色，瀝青光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，貝殼狀斷口或平坦?fàn)顢嗫?，以亮煤為主，暗煤次之，在亮煤條帶中常見兩組垂直層面的內(nèi)生裂隙，一組發(fā)育，另一組次之，裂隙面平坦。在裂隙中常有方解

31、石及黃鐵礦薄膜充填。煤層頂?shù)装逡话銥檎辖佑|。</p><p>　　1.2.4 煤系地層</p><p>　　1）煤層底板和2煤層頂板（即1、2煤層間距）為灰黑色泥巖、灰白色粉、細(xì)砂巖組成。泥巖結(jié)構(gòu)較細(xì)致，質(zhì)軟；而灰白色砂巖則較堅(jiān)硬。其厚度變化為西南薄，東北厚，最薄處0.10米，最厚處10.8米左右。薄處巖性單一，為泥巖，厚處巖性稍復(fù)雜，由泥巖、粉、細(xì)砂巖組成。</p>&l

32、t;p>　　2）煤層底板巖性與1煤層底板基本相同。</p><p>　　本采區(qū)煤層頂、底板巖石的抗壓強(qiáng)度均小于1000 kg/cm2，巖石硬度為中硬偏軟，生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)底板的維護(hù)，防止巷道底鼓。</p><p><b>　　煤層及厚度：</b></p><p>　?、瘢好簩樱壕飪?nèi)開采煤層為1、2。</p><p&g

33、t;　　Ⅱ：煤厚：1#煤層為5.0m，2#煤層為3.0m。</p><p>　　1.2.5 煤塵、煤的自燃、煤質(zhì)</p><p>　　大平一礦井田內(nèi)的兩個(gè)可采煤層最小厚度3m，厚度最大5m，煤層平均傾角10°，煤層節(jié)理不發(fā)育，揮發(fā)分含量為30.89%，有助于煤層氣的產(chǎn)生和貯存。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，1#煤層和2#煤層密度分別為1.35×103t/m3和1.38×103t

34、/m3，煤炭自然發(fā)火期最短20天，煤塵爆炸指數(shù)為48.98%。具體參數(shù)見表1-1。</p><p>　　表1-1煤層結(jié)構(gòu)與特征表</p><p>　　Tab.1-1 Coal layer structure and features table </p><p>　　1.3 礦井開拓、開采概況</p><p>　　大平一礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.80

35、Mt/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限為83年。大平一礦工業(yè)廣場(chǎng)布置在井田的儲(chǔ)量中心，且地勢(shì)比較平坦處。煤層埋藏最深為-700m，所以井田采用立井開拓，井筒數(shù)目為主井、副井兩個(gè)井筒，井筒標(biāo)高+80米。大平一礦采用長(zhǎng)壁采煤法，礦井的通風(fēng)方式采用中央并列式通風(fēng)，風(fēng)井設(shè)在井田范圍內(nèi)。井底車場(chǎng)采用立式車場(chǎng)，井田劃分為3個(gè)階段，1個(gè)開采水平，5個(gè)采區(qū)，采區(qū)分別為S1、S2、S3、N1和N2，首先進(jìn)行N1采區(qū)的煤炭開采，因而本設(shè)計(jì)針對(duì)N1采區(qū)的工作面進(jìn)行瓦斯抽采設(shè)

36、計(jì)。由于煤層傾角較小，所以采用帯區(qū)開采。運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷均布置在巖層中，維護(hù)方便，帶區(qū)工作面長(zhǎng)度235m，日生產(chǎn)量為5455t，日推進(jìn)量4m，運(yùn)輸方式采用皮帶運(yùn)輸。</p><p>　　1.4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況</p><p>　　大平一礦采用的是中央并列式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。風(fēng)井安裝兩臺(tái)GAF26.6/15.8-1型軸流式風(fēng)機(jī)，配套電機(jī)1600KW，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/min。礦井各采

37、區(qū)均采用分區(qū)通風(fēng)方式，由主要進(jìn)風(fēng)大巷（皮帶巷、軌道巷）進(jìn)風(fēng)→采區(qū)石門→經(jīng)采區(qū)上山或本煤層上山→工作面運(yùn)輸巷→工作面→工作面回風(fēng)巷→采區(qū)上山或本煤層上山→采區(qū)回風(fēng)石門到采區(qū)回風(fēng)大巷。</p><p>　　2 礦井瓦斯賦存情況</p><p>　　2.1 煤層瓦斯基本參數(shù)</p><p>　　煤層瓦斯基本參數(shù)包括：瓦斯風(fēng)化帶深度、煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、煤的殘存瓦斯

38、含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤層透氣性系數(shù)、抽采鉆孔影響半徑、百米鉆孔瓦斯流量及其衰減系數(shù)等[6]。</p><p>　　對(duì)于以上參數(shù)的確定，根據(jù)《AQ1027-2006煤礦瓦斯抽采規(guī)范》第5.2.2條規(guī)定：新建礦井瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)應(yīng)以批準(zhǔn)的精查地質(zhì)報(bào)告為依據(jù)，并參照鄰近或條件類似生產(chǎn)礦井的瓦斯資料；改(擴(kuò))建及生產(chǎn)礦井應(yīng)以本礦地質(zhì)、瓦斯資料為依據(jù)[2]。</p><p>　　2.

39、1.1 煤層瓦斯含量</p><p>　　1#煤層瓦斯含量8.5m3/t，殘余瓦斯含量3.5m3/t。</p><p>　　2.1.2 百米鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減系數(shù)</p><p>　　鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.032d-1。</p><p>　　2.1.3煤層透氣性系數(shù)</p><p>　　煤層透氣性系數(shù)為0.4

40、5MPa2·d。</p><p>　　2.1.4圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)</p><p>　　煤層的直接頂板主要由黑褐色油頁巖組成。結(jié)構(gòu)致密、細(xì)膩、無裂隙，厚度一般在10~30米之間，平均20米左右。煤層直接底板主要由灰黑色泥巖和灰白色粉、細(xì)砂巖所組成。結(jié)構(gòu)較細(xì)致，質(zhì)軟。其厚度變化西南薄5~6米，東北厚約10米以上，一般5~10米左右。</p><p>　　圍巖瓦

41、斯儲(chǔ)量系數(shù)取定為0.08。</p><p>　　2.2礦井瓦斯儲(chǔ)量及可抽量</p><p>　　根據(jù)《MT5018-96礦井瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.1條規(guī)定，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。可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(2-1)</b></p&g

42、t;<p>　　式中，W—礦井瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；</p><p>　　W1—可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；</p><p>　　W2—受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；</p><p>　　W3—受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲(chǔ)量，Mm3。</p><p>　?。?）可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量W1&

43、lt;/p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中，A1i—礦井可采煤層i的地質(zhì)儲(chǔ)量，Mt</p><p>　　X1i—礦井可采煤層i的瓦斯含量，m3/t，</p><p>　　（2）受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量W2</p><p><b>

44、;　　(2-3)</b></p><p>　　式中，A2i—受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的地質(zhì)儲(chǔ)量，Mt；</p><p>　　X2i—受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的瓦斯含量，m3/t；</p><p>　　給定礦井中的所有煤層均為可采煤層，井田面積為18720480m2，煤層平均傾角10°，W2取值應(yīng)為0。<

45、/p><p>　　（3）受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲(chǔ)量W3</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中，K—圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)，取0.08。</p><p>　　按上式計(jì)算得出煤層的瓦斯儲(chǔ)量及可抽量，計(jì)算結(jié)果見表2-1所示。</p><p>　　表2-1 1

46、#,煤層瓦斯儲(chǔ)量及可抽量計(jì)算結(jié)果匯總</p><p>　　2.3 瓦斯抽采的必要性</p><p>　　2.3.1礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)</p><p>　?。?）工作面絕對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中，—開采煤層涌入工作面的瓦斯量，m3/m

47、in；</p><p>　　—開采煤層原始煤層瓦斯含量，m3/t；</p><p>　　—煤的殘余瓦斯含量，m3/t； </p><p>　　—煤的容重，ρ=1.45 t/m3 </p><p>　　—煤層厚度，m； </p><p>

48、　　—工作面平均推進(jìn)速度，m/d； </p><p>　　—工作面長(zhǎng)度；m； </p><p>　　—進(jìn)、回風(fēng)巷排放瓦斯帶的總寬度m；當(dāng)煤的揮發(fā)分r大于27%時(shí)，取=26m。</p><p>　?。?）工作面相對(duì)瓦斯涌出量的計(jì)算</p><p>　　A為工作面日產(chǎn)量，根據(jù)礦井年產(chǎn)量計(jì)算得出：</p

49、><p>　　2.3.2 瓦斯抽采的必要性</p><p>　　根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百四十五條規(guī)定，凡有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久瓦斯抽采系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽采系統(tǒng)：</p><p>　　（1）一個(gè)采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于5m³/min，或一個(gè)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于3m³/min，采用通風(fēng)方法解決不合理的。</p>

50、<p>　?。?）礦井絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到以下條件的：</p><p>　?、?大于或等于40m³/min；</p><p>　?、?年產(chǎn)量1.0～1.5Mt的礦井，大于30m³/min；</p><p>　?、?年產(chǎn)量0.6～1.0Mt的礦井，大于25m³/min；</p><p>　?、?年產(chǎn)量0.4

51、～0.6Mt的礦井，大于20m³/min；</p><p>　?、?年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m³/min。</p><p>　　開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。</p><p>　　下面從三個(gè)方面來分析板石煤礦瓦斯抽采的必要性。</p><p>　　2.3.3 從礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果來看瓦斯抽采的必要性&

52、lt;/p><p>　　從工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果來看，1#煤層回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量19.59m³/min，已超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定回采工作面5m³/min的界限。因此對(duì)太平一礦來說，為徹底有效地解決瓦斯問題，保證礦井的高效、安全生產(chǎn)，進(jìn)行瓦斯抽采是非常必要的。</p><p>　　2.3.4 從礦井通風(fēng)能力來看瓦斯抽采的必要性</p><p>

53、;　　采掘工作面是否有必要進(jìn)行瓦斯抽采的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：采掘工作面最大供風(fēng)量小于稀釋瓦斯所需要的風(fēng)量。因此對(duì)通風(fēng)處理瓦斯量進(jìn)行核定：</p><p>　?。?）工作面可以供給的風(fēng)量</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　式中，—工作面可以供給的風(fēng)量，m3/min；</p><p>　　—最小控頂

54、距，m；取3m</p><p><b>　　—采高，m；</b></p><p>　　—有效斷面系數(shù)；取0.6</p><p>　　—《規(guī)程》允許最高風(fēng)速，4。</p><p>　?。?）通風(fēng)方法可以解決的瓦斯含量</p><p><b>　　(2-7)</b></p&

55、gt;<p>　　式中，—工作面可以供給的風(fēng)量m3/min；</p><p>　　—《規(guī)程》允許最高瓦斯?jié)舛龋?%；</p><p>　　—工作面日產(chǎn)量，t/日；(傾斜長(zhǎng)×煤厚×日推進(jìn)量×容重)</p><p>　　—瓦斯涌出不均勻系數(shù)，取1.6；</p><p>　　—?dú)堄嗤咚沽?，m3/t； &

56、lt;/p><p>　　（3）工作面所需風(fēng)量的計(jì)算</p><p>　　=100 (2-8)</p><p>　　式中，—絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；</p><p>　　—工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，=1.6。</p><p>　　按前面計(jì)算結(jié)果，工作面所需風(fēng)量為3134m3/min，

57、而工作面可以供給的風(fēng)量只有2160m3/min，通風(fēng)能力不能滿足工作面所需風(fēng)量的要求，難以保證工作面瓦斯不超限。且由于工作面采用綜采，如增加風(fēng)量，會(huì)造成風(fēng)速過高，工作面煤塵太大，將對(duì)工作面作業(yè)人員的身體健康構(gòu)成威脅。因此，從通風(fēng)能力看礦井已具備建立抽采瓦斯系統(tǒng)的必要條件。</p><p>　　2.3.5 從資源和環(huán)保的角度來看瓦斯抽采的必要性</p><p>　　瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)的能源，將抽

58、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(duì)環(huán)境的污染，可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　總之，無論是從礦井目前的瓦斯涌出現(xiàn)狀、礦井通風(fēng)能力，還是從資源和環(huán)保的角度來看都有必要進(jìn)行瓦斯抽采，特別是進(jìn)入深部煤炭開采，瓦斯問題將是制約煤礦安全高效生產(chǎn)的重要因素，提前進(jìn)行瓦斯抽采工作，對(duì)大平一礦安全生產(chǎn)很有必要。</p><p>　　2.4 瓦斯抽采的可行

59、性</p><p>　　開采層瓦斯抽采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判定開采層瓦斯抽采可行性的標(biāo)準(zhǔn)，如表2-2所示。大平一礦1#煤層瓦斯抽采難易程度評(píng)價(jià)結(jié)果見表2-3。</p><p>　　表2-2 煤層瓦斯抽采難易程度分類表 </p><p>　　表2-3

60、大平一礦1#煤層瓦斯抽采難易程度評(píng)價(jià)結(jié)果表</p><p>　　從表2-3可以看出， 1#煤層屬于可以抽采煤層，具備瓦斯抽采的可行性。</p><p>　　3 瓦斯抽采施工工藝的確定</p><p>　　3.1礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)的原則</p><p>　　礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)的原則</p><p>　　(1)編制礦井抽采瓦斯

61、設(shè)計(jì)要以上級(jí)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)任務(wù)書和經(jīng)審批的《礦井瓦斯抽采可行性研究報(bào)告》提供的瓦斯基礎(chǔ)資料為依據(jù)，設(shè)計(jì)任務(wù)書一般有生產(chǎn)單位與承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)書的單位共同編制，按隸屬關(guān)系報(bào)有關(guān)上級(jí)批準(zhǔn)后下達(dá)。其主要內(nèi)容為：抽采目的、抽采規(guī)模、抽采瓦斯量預(yù)計(jì)、工程量和投資額概算，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等。</p><p>　　礦井瓦斯抽采可行性分析研究報(bào)告，其主要內(nèi)容包括：礦井地質(zhì)與煤層賦存資料、開拓方式與采煤方法，通風(fēng)與瓦斯涌出情況、瓦斯儲(chǔ)量與

62、可抽量、抽采規(guī)模與服務(wù)年限、所需設(shè)備、投資概算和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等。</p><p>　　(2)確定抽采規(guī)模與抽采能力時(shí)，應(yīng)能適應(yīng)礦井生產(chǎn)能力和服務(wù)年限的需求，并應(yīng)滿足礦井生產(chǎn)期間最大抽采瓦斯量的要求。如礦井生產(chǎn)期間因井型與生產(chǎn)規(guī)模增大，使抽采瓦斯能力和抽采系統(tǒng)與生產(chǎn)需要不相適應(yīng)時(shí)，尚可對(duì)抽采系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。</p><p>　　(3)設(shè)計(jì)抽采系統(tǒng)與抽采方法時(shí)，要有利于多抽采瓦斯，保證礦井生產(chǎn)安

63、全；應(yīng)結(jié)合礦井及煤層的具體地質(zhì)開采條件，礦井及采區(qū)主要瓦斯來源，以選擇適宜的抽采方法；要有適宜打抽采瓦斯瓦斯鉆孔的地點(diǎn)及充足的施工和抽采時(shí)間；抽采瓦斯鉆孔的孔口應(yīng)有足夠的抽采負(fù)壓；要配備一定的抽采瓦斯專業(yè)人員和裝備，以實(shí)施抽采瓦斯工程和進(jìn)行維護(hù)管理工作。</p><p>　　鉆孔施工和管路敷設(shè)應(yīng)盡量利用生產(chǎn)巷道，以減少抽采瓦斯的工程量與投資額。</p><p><b>　　4抽采

64、瓦斯方法</b></p><p>　　4.1礦井瓦斯來源分析</p><p>　　4.1.1回采工作面瓦斯來源及涌出構(gòu)成</p><p>　　回采工作面瓦斯來源主要為回采過程中煤層涌出的瓦斯、采空區(qū)涌出的瓦斯、區(qū)段平巷涌出的瓦斯及頂?shù)装逑蚬ぷ髅嬗砍龅耐咚埂Ｆ渲胁煽諈^(qū)涌出和回采過程中本煤層的瓦斯為工作面瓦斯涌出的主要來源。</p><p

65、><b>　　4.2抽采瓦斯方法</b></p><p>　　4.2.1選擇抽采方法的原則</p><p>　　煤層瓦斯抽采一般是指利用瓦斯泵或其他抽采設(shè)備，抽取煤層中高濃度的瓦斯，并通過與巷道隔離的管網(wǎng)，把抽出的高濃度瓦斯，排至地面或礦井回風(fēng)巷中。目前認(rèn)為，煤礦瓦斯抽采不僅是降低礦井瓦斯涌出量，，防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出災(zāi)害的重要措施，而且抽出的瓦斯還可以變

66、害為利，作為煤炭的伴生資源加以開發(fā)利用。因此，從本世紀(jì)50年代起，世界上各主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì)煤礦的瓦斯抽采甚為重視，使瓦斯抽采工作得到了較快的發(fā)展。近年來，隨著煤礦開采深度增大和開采強(qiáng)度的提高，礦井瓦斯涌出量增大，抽采瓦斯已越來越成為高瓦斯煤層開采的一個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)，并為煤礦瓦斯利用提供了重要條件。</p><p>　　瓦斯抽采一般具有如下幾個(gè)方面的作用： </p><p>　　1)通過

67、抽采，可降低礦井瓦斯涌出量和回采空間中的瓦斯?jié)舛?，從而達(dá)到礦井安全生產(chǎn)的目的。 </p><p>　　2)通過抽采，可降低煤層中的瓦斯壓力和瓦斯含量，防治煤與瓦斯突出，從而減少礦井傷亡事故及重大惡性事故的發(fā)生。</p><p>　　3)礦井瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)燃料，具有商業(yè)利用價(jià)值。 </p><p>　　4)通過抽采和瓦斯利用，可減少瓦斯對(duì)大氣的污染；因此，瓦斯抽采對(duì)

68、環(huán)境的保護(hù)還有至關(guān)重要的作用。</p><p>　　抽采瓦斯是一項(xiàng)集技術(shù)、裝備和效益于一體的工作。因此，要做好瓦斯抽采工作，應(yīng)注意如下原則：</p><p>　　1)抽采瓦斯應(yīng)具有明確的目的性，即主要是降低風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，改善礦井生產(chǎn)的狀況，并使通風(fēng)處于合理和良好的狀況；因此應(yīng)盡可能在瓦斯進(jìn)入礦井風(fēng)流之前將它抽采出來。在實(shí)際應(yīng)用中，瓦斯抽采還可以作為一項(xiàng)防治煤與瓦斯突出的措施單獨(dú)應(yīng)用。此

69、外抽出的瓦斯又是一種優(yōu)質(zhì)能源，只要保持一定的抽采瓦斯量和濃度，則可加以利用，從而形成“以抽促用，以用促抽”的良性循環(huán)。</p><p>　　2)抽采瓦斯要有針對(duì)性，即針對(duì)礦井瓦斯來源，采取相應(yīng)措施進(jìn)行抽采。目前認(rèn)為，礦井瓦斯來源主要包括：本煤層瓦斯抽采；鄰近層瓦斯涌出；圍巖瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出。這些瓦斯來源是構(gòu)成礦井或采區(qū)瓦斯涌出量的組成部分，在瓦斯抽采中應(yīng)根據(jù)這些瓦斯來源，并考慮抽采地點(diǎn)時(shí)間和空間條件，采取

70、不同的抽采原理和方法，以便進(jìn)行有效的瓦斯抽采。</p><p>　　3)要認(rèn)真作好抽采設(shè)計(jì)、施工和管理工作等，以便獲得好的瓦斯抽采效果。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)了解清楚礦井地質(zhì)、煤層賦存及開采等條件，礦井瓦斯方面的有關(guān)參數(shù)，預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量及其組成來源。在此基礎(chǔ)上，選擇合適抽采方法，確定可靠的抽采規(guī)模，設(shè)計(jì)一套合理的抽采系統(tǒng)。其次，在抽采瓦斯的開始階段，還應(yīng)進(jìn)行必要的有關(guān)參數(shù)考查測(cè)定，以確定合理的抽采工藝和參數(shù)；

71、在正常抽采時(shí)，要全面加強(qiáng)管理，積累資料，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而使抽采瓦斯工作得到不斷改進(jìn)和提高。</p><p>　　抽采瓦斯方法、方式的選擇，應(yīng)根據(jù)瓦斯及煤層賦存情況、瓦斯來源、巷道布置方式、礦井開采技術(shù)條件、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)等綜合分析比較后確定。</p><p>　　1）為提高瓦斯抽采率應(yīng)采用開采層、采空區(qū)相結(jié)合的綜合抽采方法。</p><p>　　2）當(dāng)井下采掘工作面

72、所遇到的瓦斯主要來自開采層本身，只有抽采開采層本身的瓦斯才能解決問題時(shí)，應(yīng)采用開采層瓦斯抽采。</p><p>　　3）工作面后方采空區(qū)瓦斯涌出量大，危害工作面安全生產(chǎn)或老采空區(qū)瓦斯積存量大，向鄰近的回采工作面涌出量瓦斯量多，應(yīng)采取采空區(qū)瓦斯抽采。</p><p>　　4）對(duì)于瓦斯含量大的煤層，在煤巷掘進(jìn)時(shí)，難以用加大風(fēng)量稀釋瓦斯，可在掘進(jìn)工作開始前對(duì)煤層進(jìn)行大面積預(yù)抽或采取邊掘邊抽的方法

73、。</p><p>　　5）對(duì)于煤層透氣性較低，采用預(yù)抽方法不易直接抽出瓦斯，掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤層，可采用邊采邊抽或增大孔徑和加密鉆孔等方法。</p><p>　　6）若圍巖瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂縫帶儲(chǔ)存有高壓瓦斯時(shí)，應(yīng)采取圍巖瓦斯抽采措施。</p><p>　　總之，確定瓦斯抽采的方法應(yīng)先摸清瓦斯來源，采空區(qū)瓦斯及頂板瓦斯含量情況，

74、結(jié)合情況選用適合本礦井的抽采瓦斯方法。</p><p>　　4.2.2瓦斯抽采方法</p><p>　　礦井瓦斯抽采的基本方法分類：</p><p>　　1）按抽采瓦斯的來源分為：</p><p>　　（1）本煤層瓦斯抽采（開采層）</p><p>　　（2）臨近層瓦斯抽采（上下臨近層）</p><

75、p>　?。?）采空區(qū)瓦斯抽采（全封閉、半封閉和鉆孔）</p><p><b>　?。?)圍巖瓦斯抽采</b></p><p>　　2）按抽采的機(jī)理分為：</p><p>　?。?)未卸壓瓦斯抽采（本煤層、圍巖）</p><p>　　（2)卸壓瓦斯抽采（采空區(qū)）</p><p>　　3）按灰機(jī)

76、瓦斯的方法分為：</p><p>　?。?)鉆孔抽采（各種鉆孔）</p><p>　?。?)巷道抽采（全封閉、半封閉）</p><p>　　(3)綜合抽采（巷道與鉆孔）</p><p>　　4）按鉆孔與煤層的關(guān)系分為：</p><p><b>　　(1)沿煤層鉆孔</b></p>&

77、lt;p><b>　　(2)穿層鉆孔</b></p><p><b>　　5）鉆孔角度分為：</b></p><p><b>　　(1)上向孔</b></p><p><b>　　(2)下向孔</b></p><p><b>　　(3)水平

78、孔</b></p><p>　　6)回采工作面瓦斯來源及構(gòu)成</p><p>　　回采工作面瓦斯來源主要為回采過程中煤層涌出的瓦斯、采空區(qū)涌出的瓦斯、區(qū)段平巷涌出的瓦斯及頂?shù)装逑蚬ぷ髅嬗砍龅耐咚?。其中采空區(qū)涌出和回采過程中本煤層的瓦斯為工作面瓦斯涌出的主要來源。</p><p>　　此僅考慮本煤層瓦斯抽采方法</p><p>　　

79、（1）容易抽采及可以抽采的煤層，宜采用本層預(yù)先抽采的抽采方法，可采用沿層或穿層布孔方式。</p><p>　　(2 )可以抽采及較難抽采的煤層，宜采用邊采邊抽的抽采方法。煤層抽采難易程度可按本規(guī)范附錄A劃分。</p><p>　　(3）單一較難抽采的煤層，可選用密集順層鉆孔、密集網(wǎng)格穿層鉆孔、交叉鉆孔、水力割縫、水力壓裂、松動(dòng)爆破、深孔預(yù)裂爆破、高壓水射流擴(kuò)孔等方法強(qiáng)化抽采。</p&

80、gt;<p>　?。?）對(duì)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)嚴(yán)重的煤層，宜選擇穿層網(wǎng)格布孔方式。</p><p>　?。?）煤巷掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量較大的煤層，可采用邊掘邊抽或先抽后掘的抽采方法</p><p>　　4.2.3瓦斯抽采方法的選擇方案的確定</p><p>　　了解了瓦斯抽采的方法后，就應(yīng)該了解在何種情況下選擇何種方法，如表4-1所示</p>&

81、lt;p>　　表4-1 瓦斯抽放方法選擇</p><p>　　參考此次1#煤層情況，計(jì)劃選擇抽采方法：</p><p>　　1層一片走向長(zhǎng)度1320m，傾斜長(zhǎng)度235m。容重1.35×103t/m3，采高5m，具有獨(dú)立的回風(fēng)系統(tǒng)，采用本煤層鉆場(chǎng)扇形鉆孔、邊采邊抽的方法。</p><p>　　在回風(fēng)巷設(shè)鉆場(chǎng)鉆孔→沿走向方向布置30個(gè)鉆場(chǎng)→封孔→管徑和管

82、材的選擇→鋪設(shè)管路→進(jìn)行瓦斯抽采</p><p>　　4.3鉆場(chǎng)布置、鉆孔參數(shù)確定</p><p>　　4.3.1布孔方式及鉆孔布置</p><p>　　沿傾斜分布以鉆孔和鉆場(chǎng)工作面水平所成的角度來劃分，有上向孔、下向孔、水平孔三種形式。</p><p>　　有關(guān)鉆孔的角度，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，有以下幾點(diǎn)應(yīng)以注意：</p><p

83、>　　1)由于深部煤層瓦斯含量比較大，瓦斯向上流動(dòng)，所以下向式鉆孔瓦斯量較大，可以加速瓦斯排放。但下向孔中易積水，對(duì)瓦斯涌出有一定阻力，且打鉆施工比較困難。</p><p>　　2)向上式鉆孔內(nèi)不會(huì)積水，瓦斯涌出量也較均衡，但在相同條件下比下向孔略小。</p><p>　　3)水平式鉆孔處于上述兩種方式之間，可以克服上向孔和下向孔的缺點(diǎn)，是目前預(yù)抽瓦斯礦井的主要形式。</p&g

84、t;<p>　　沿走向布置 一般為發(fā)揮鉆場(chǎng)作用，在鉆場(chǎng)內(nèi)除布置垂直鉆孔，還布置斜向鉆孔，構(gòu)成一組扇形鉆孔，在寬度便于打鉆和接管的巷道中，也可不設(shè)專門的鉆場(chǎng)，鉆孔也可一律平行布置。</p><p>　　綜上所述該采區(qū)邊采邊抽、走向高位鉆孔均采用扇形鉆孔</p><p>　　1）鉆孔開孔部分應(yīng)圓且光滑。鉆孔施工中不得出現(xiàn)三角孔、偏孔、臺(tái)階等變形孔。</p><

85、;p>　　2）抽采開采層未卸壓瓦斯時(shí)，鉆孔間距應(yīng)按鉆孔抽采半徑確定，宜增大鉆孔的見煤長(zhǎng)度。</p><p>　　3）高位鉆孔抽采時(shí)，應(yīng)將鉆孔打到采煤工作面頂板冒落后形成的裂隙帶內(nèi)，并應(yīng)避開冒落帶。</p><p>　　4）強(qiáng)化抽采布孔方式應(yīng)能取得較好的抽采效果，并宜方便施工。</p><p>　　5）邊采邊抽鉆孔的方向應(yīng)與開采推進(jìn)方向相迎（交叉鉆孔除外），并應(yīng)

86、避免采動(dòng)首先破壞孔口或鉆場(chǎng)。</p><p>　　6）抽采采空區(qū)瓦斯的鉆孔或插管應(yīng)布置在采空區(qū)回風(fēng)側(cè)。</p><p>　　7）鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔個(gè)數(shù)應(yīng)由試驗(yàn)得出，一般順層鉆孔宜采用3～5個(gè)孔；穿層鉆孔宜采用6～9個(gè)孔。設(shè)計(jì)將采用5個(gè)鉆孔</p><p>　　8）穿層鉆孔的終孔位置，應(yīng)位于穿透煤層頂（底）板0.5m處。</p><p>　　9）噸煤

87、鉆孔工程量應(yīng)根據(jù)抽采方式、鉆孔抽采半徑、預(yù)抽期、煤層厚度等綜合確定。順層鉆孔預(yù)抽時(shí)，噸煤鉆孔工程量可取0.04～0.1m/t。</p><p>　　10)鉆孔直徑宜采用42、50、64、73、89、110、130mm等規(guī)格。設(shè)計(jì)中使用110mm規(guī)格。</p><p>　　4.3.2鉆孔直徑、長(zhǎng)度及個(gè)數(shù)的確定</p><p><b>　　1）鉆孔直徑<

88、/b></p><p>　　鉆孔直徑的大小對(duì)抽采瓦斯有一定的影響。直徑大的鉆孔由于暴露的煤面多，瓦斯涌出量就較大，排放瓦斯的效果也就較好。反之，直徑小的鉆孔效果較差。</p><p><b>　　2）鉆孔長(zhǎng)度</b></p><p>　　鉆孔越長(zhǎng)，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，而鉆孔中的瓦斯成分與鉆孔長(zhǎng)度則無很大的關(guān)系。</p>

89、;<p><b>　　3）鉆孔個(gè)數(shù) </b></p><p>　　同一個(gè)鉆場(chǎng)的抽采量隨鉆孔數(shù)增加而增加，但鉆孔數(shù)超過3-5個(gè)時(shí)抽采量增加不明顯。因此，同一鉆孔數(shù)為3-5個(gè)時(shí)較合適。</p><p>　　4）鉆場(chǎng)間距應(yīng)略小于或等于鉆孔的有效抽采半徑的2倍</p><p>　　5）計(jì)劃回采工作面平行鉆孔預(yù)抽方案：</p>

90、<p>　?。?）鉆孔長(zhǎng)度：按回采工作面長(zhǎng)度235m考慮，鉆孔長(zhǎng)度設(shè)為130m。</p><p>　?。?）鉆孔間距、個(gè)數(shù)：</p><p>　　采面抽放鉆孔采用扇形鉆孔布孔，在矩形工作面內(nèi)，風(fēng)巷、機(jī)巷長(zhǎng)度均為1320m，每隔40m設(shè)置一個(gè)鉆場(chǎng)，共33個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔個(gè)數(shù)5個(gè)，鉆孔間距10m，每個(gè)鉆孔長(zhǎng)度為130m，封孔長(zhǎng)度為8m。</p><p>

91、　　（3）鉆孔參數(shù)：如表4-2</p><p>　　表4-2 邊采邊抽瓦斯抽采鉆孔參數(shù)</p><p>　　4.3.3鉆孔布置平剖圖</p><p>　　4.3.4封孔方式、材料及工藝</p><p>　　常規(guī)的瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)包括采用有機(jī)材料或無機(jī)材料直接封堵、封孔器封堵。而直接封堵法包括粘土人工封孔、機(jī)械注水泥砂漿封孔、發(fā)泡聚合材料

92、封孔?，F(xiàn)在研究的很多種封孔放法結(jié)合了各種封孔技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，采用兩種或多種技術(shù)組合使用，使封孔效果得到改善。同時(shí)從一次封孔研究到二次封孔技術(shù)，使封孔技術(shù)更加豐富，提高了抽采效率。 </p><p><b>　　1）粘土人工封孔</b></p><p>　　常用粘土為黃泥或水泥團(tuán)，粘土封孔法對(duì)封孔的材料要求不高,而且所花費(fèi)的成本也很低,但是對(duì)封孔的工藝要求卻很高。其受限于鉆孔

93、長(zhǎng)度和粘土的軟硬度,很難將鉆孔封的密閉不透氣,稍有一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽都可以導(dǎo)致其鉆孔封閉不實(shí)。粘土封孔方法封孔長(zhǎng)度較短，黃泥遇水變軟，密實(shí)性不好，容易漏氣。采用黃泥、水泥團(tuán)人工封孔，鉆孔密封質(zhì)量差、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大，現(xiàn)場(chǎng)已很少采用。</p><p>　　2）機(jī)械注水泥砂漿封孔</p><p>　　水泥砂漿封孔法是在孔口處安好截止裝置后,將水泥砂漿用注漿泵壓入鉆孔,可以封孔段較長(zhǎng)的鉆孔。其

94、封孔材料在注入時(shí)為液態(tài),等其凝固后為固態(tài),能較好的封閉鉆孔周圍的一些裂隙和解決粘土法封孔難以解決的一些難題,從而能較好的封實(shí)鉆孔。用一根回漿管即可檢驗(yàn)其封孔長(zhǎng)度,操作比較簡(jiǎn)單省時(shí)。</p><p>　　機(jī)械注漿雖可大大縮短封孔時(shí)間，但是目前的機(jī)械注漿設(shè)備笨重，加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和搬運(yùn)時(shí)間。對(duì)于傾斜鉆孔可以保證封孔質(zhì)量，但是對(duì)于近水平或緩傾斜煤層不適用。水泥短時(shí)間內(nèi)不能硬化固結(jié)，并且凝固后易收縮導(dǎo)致漏氣，從而使封

95、孔后瓦斯?jié)舛人p比較快。</p><p>　　3）發(fā)泡聚合材料封孔</p><p>　　采用發(fā)泡聚合材料聚氨酯(馬麗散)封孔，由于聚合材料發(fā)泡倍數(shù)高、質(zhì)量輕，具有工藝簡(jiǎn)單、密封可靠、封孔迅速等特點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。然而目前化學(xué)聚氨酯封孔技術(shù)主要是采用徒手封孔，封孔長(zhǎng)度只有3～5 m，不能有效封堵鉆孔瓦斯抽采松動(dòng)裂隙帶，瓦斯抽采濃度不高，鉆孔抽采壽命不長(zhǎng)，甚至對(duì)操作不熟練的封孔工人，由于聚氨

96、酯發(fā)泡反應(yīng)快，一般在2～4min完成，抽采鉆孔往往很難成功封孔而造成廢孔。發(fā)泡聚合材料封孔其封孔材料成本高，操作要求高。</p><p><b>　　4）封孔器封孔</b></p><p>　　封孔器封孔法一般用于巖層致密和服務(wù)時(shí)間不長(zhǎng)的巖孔, 主要包括摩擦式封孔器和水力膨脹式封孔器兩大類。封孔時(shí)先將封孔器放入鉆孔封孔位置, 再通過留在鉆孔外的專門機(jī)械機(jī)構(gòu)使內(nèi)、外管相

97、對(duì)運(yùn)動(dòng), 擠壓封孔器前端的膠皮脹圈, 使之在徑向膨脹進(jìn)而將鉆孔封堵嚴(yán)密。封孔器膨脹系數(shù)大, 封孔質(zhì)量可靠, 還可以重復(fù)利用, 是一種理想的封孔裝置。但是由于其昂貴的成本和價(jià)格, 目前并沒有得到普及應(yīng)用。 </p><p>　　5）聚氨酯封孔器封孔</p><p>　　該方法使用三種化學(xué)藥液,按一定比例進(jìn)行配比,將配好的藥液均勻涂抹在麻袋上,涂抹的同時(shí)迅速把麻袋纏繞在封孔器上,再把封孔器送入

98、抽放鉆孔孔口內(nèi),此時(shí)依靠聚胺脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而膨脹,從而達(dá)到鉆孔封孔的目的。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）藥液配比必須適中,一旦配比不適中,將不能實(shí)現(xiàn)封孔目的,導(dǎo)致材料的浪費(fèi)。</p><p>　?。?）藥液發(fā)生膨脹需要一定時(shí)間,一般在60min以上,8h班最多可完成6個(gè)鉆孔,不能實(shí)現(xiàn)快速封孔,且孔口有殘

99、留膨脹物。</p><p>　?。?）封孔后受到頂板的擠壓易出現(xiàn)裂縫,導(dǎo)致鉆孔漏氣,降低抽放效果。 </p><p>　?。?）鉆孔封孔長(zhǎng)度有限,一般封孔器的長(zhǎng)度僅為3 m ,封孔段僅為800 mm～1 000 mm。實(shí)踐證明,封孔段距離應(yīng)不小于5 m。由于不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離封孔,導(dǎo)致鉆孔抽放負(fù)壓較低,最大只能達(dá)到9.3kPa～10.9kPa 。</p><p>　?。?/p>

100、5）鉆孔封孔段易出現(xiàn)導(dǎo)通通道,尤其是全錨支護(hù)的巷道。 </p><p><b>　　6）囊袋式注漿封孔</b></p><p>　　囊袋式注漿封孔法是考慮到國(guó)內(nèi)現(xiàn)行封孔技術(shù)的缺陷,結(jié)合國(guó)外封孔技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)和國(guó)內(nèi)情況提出的一種成本適中、能顯著改善抽采效果的封孔方法。它改變了過去人們普遍認(rèn)為的瓦斯抽采鉆孔難以實(shí)現(xiàn)注漿封孔的常規(guī)看法。同時(shí),這種封孔方法一方面能使鉆孔周圍的裂隙

101、得到充填,消除開孔時(shí)形成的漏氣通道(裂隙);另一方面能使鉆孔得到可靠的支護(hù),保證鉆孔的穩(wěn)定性,使鉆孔周圍不再產(chǎn)生新的漏氣通道(裂隙) 。</p><p>　　囊袋式注漿封孔法的關(guān)鍵技術(shù)是孔內(nèi)一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過2個(gè)囊袋封堵1 段鉆孔,2個(gè)囊袋之間有1段塑料管,塑料管上開設(shè)有鉆孔注漿口,先向囊袋注漿,通過囊袋膨漲后封堵封孔段鉆孔,然后囊袋內(nèi)的漿液通過鉆孔注漿口向2個(gè)囊袋之間的鉆孔注漿,并形成注漿壓力使?jié){液

102、向鉆孔壁滲透。 </p><p>　　囊袋式注漿封孔法的裝置結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)思巧妙,能夠順利的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工,封孔效果較聚氨酯封孔法有顯著的提高,是提高煤層瓦斯抽采濃度的有效方法。</p><p>　　7）帶壓注漿封孔技術(shù)</p><p>　　由于煤層內(nèi)存在大量的構(gòu)造裂隙,尤其是在受采動(dòng)影響較大的煤體內(nèi),裂隙發(fā)育程度更高。同時(shí)在鉆機(jī)打鉆的過程中,加劇了煤體的破壞程度,使裂

103、隙貫穿煤幫和鉆孔,如果封孔不嚴(yán)實(shí),在負(fù)壓狀態(tài)下,空氣由煤幫和鉆孔周邊進(jìn)入孔內(nèi),會(huì)導(dǎo)致抽采濃度短期內(nèi)下降到10%以下。帶壓注漿封孔技術(shù)把鉆孔兩端堵住,中間一段注入封孔劑,封孔深度可達(dá)8m,超過巷道的裂隙帶。封孔劑在密閉的空間膨脹時(shí),產(chǎn)生一定的壓力,可進(jìn)入鉆孔壁周圍的裂隙中,加強(qiáng)了與孔壁的粘合度。</p><p>　　為了有效改善封孔質(zhì)量,提高抽采濃度，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研發(fā)了賽瑞封孔劑及配套封孔設(shè)備KSZB160-2礦用

104、手動(dòng)注漿泵。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　?。?） 在現(xiàn)場(chǎng)使用帶壓注漿封孔技術(shù)比原封孔技術(shù)瓦斯抽采濃度平均提高了40%左右，高濃度維持周期長(zhǎng)，一次封孔后一般可達(dá)2個(gè)月，單孔平均多抽瓦斯量約為1036．8m3(按抽2個(gè)月算) 。</p><p>　?。?）帶壓注漿封孔技術(shù)，增加了封孔深度，實(shí)現(xiàn)了封孔技術(shù)由手工向機(jī)

105、械的轉(zhuǎn)換，提高了抽采鉆孔的封孔質(zhì)量，保證了瓦斯抽采效果，延長(zhǎng)了鉆孔瓦斯抽采期，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 </p><p>　?。?）賽瑞封孔劑的發(fā)泡倍數(shù)為4～5倍，發(fā)泡倍數(shù)適中，材料的密實(shí)度滿足封孔的要求，在不會(huì)漏氣的情況下又節(jié)省材料。</p><p>　?。?）賽瑞封孔材料在發(fā)泡的過程中可以滲入孔壁的裂隙中，增加封孔的密實(shí)性，且賽瑞材料具有良好的柔韌性和抗壓能力，可以避免抽采負(fù)壓作

106、用下封孔管的微量變形造成的影響。</p><p>　?。?）增加了封孔深度和長(zhǎng)度，有效避開巷道松動(dòng)圈。</p><p>　?。?）封孔過程操作簡(jiǎn)單，工人可以熟練掌握。</p><p>　　（7）封孔工藝配套使用的KSZB160-2 礦用手動(dòng)注漿泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量?jī)H為20 kg，便于移動(dòng)，使用維護(hù)方便。</p><p><b>　　8）

107、二次封孔</b></p><p>　　現(xiàn)有的瓦斯抽放鉆孔的封孔方法都還局限于一次封孔階段,未涉及到如何提高后期瓦斯抽放濃度。對(duì)于順層鉆孔,即使初期瓦斯抽放濃度較高,但隨著大量瓦斯被抽出,煤體的彈性潛能得以釋放,將使煤層發(fā)生變形、位移和卸壓,鉆孔周邊的孔(裂)隙發(fā)育、擴(kuò)張,在抽放負(fù)壓的作用下外界空氣易從這些孔(裂)隙通道進(jìn)入孔內(nèi),從而導(dǎo)致瓦斯抽放濃度下降,縮短了鉆孔的有效抽放壽命。針對(duì)該技術(shù)難題,借鑒火

108、區(qū)封閉堵漏的原理,2007 年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課題組首次提出了二次封孔方法及配套裝置,并在山西晉城寺河礦進(jìn)行了成功應(yīng)用。</p><p>　　二次封孔方法的應(yīng)用可劃分為2個(gè)階段:第1次封孔階段和第2次封孔階段。一次封孔利用馬麗散、賽瑞等高分子聚合發(fā)泡封孔材料一次封孔。二次封孔瓦斯抽放濃度下降到30%時(shí)，利用壓縮氣源將微細(xì)膨脹粉料噴入煤層鉆孔內(nèi)，滲入煤層裂隙區(qū)域，堵塞裂隙，濃度上升。 <

109、/p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)用二次封孔方法瓦斯抽放后期的濃度可提高25%～50% ,平均延長(zhǎng)瓦斯抽放期約3個(gè)月,提高了鉆孔的利用率,顯著改善瓦斯抽放效果。二次封孔方法在我國(guó)的煤層鉆孔瓦斯抽放封孔中具有重要的推廣應(yīng)用前景。</p><p>　　4.3.5封孔方式、材料及工藝選擇</p><p>　　結(jié)合本煤層工作面實(shí)際情況，鉆孔封孔應(yīng)滿足密封性能好，操作便捷，封

110、孔速度快，造價(jià)低的要求，設(shè)計(jì)要求對(duì)所有抽采鉆孔封孔深度為8m，采用聚氨酯封孔器封孔。</p><p>　　5 瓦斯抽采基礎(chǔ)參數(shù)</p><p>　　以上給出了瓦斯賦存情況和抽采方案的設(shè)計(jì)，但是此種方案的抽采效果究竟如何，先根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)是否能滿足抽放需求，因此需要求出最大抽放量，抽采率，抽采時(shí)間。</p><p>　　5.1瓦斯抽采量計(jì)算Qi</p>

111、;<p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中， Li =鉆孔個(gè)數(shù)N深度h；</p><p>　　百米鉆孔抽采量Q百取0.02 m3/min；</p><p>　　鉆孔成孔率η為80％；</p><p><b>　　封孔長(zhǎng)度L封。</b></p>&

112、lt;p>　　所以 （5-2）</p><p>　　工作面總有效鉆孔長(zhǎng)度的最大抽采量Q總=Q機(jī)+Q風(fēng)</p><p>　　Q機(jī)= Q風(fēng)=（21450×0.8-8×165）×0.02÷100=3.17m3/min</p><p>　　Q總=Q機(jī)+Q

113、風(fēng)=6.34m3/min</p><p>　　最大抽放量為6.34m3/min。</p><p>　　5.2工作面最大抽采量的抽采率d</p><p><b>　　（5-3）</b></p><p>　　式中， Q總—工作面最大瓦斯抽采量，m3/min；</p><p>　　Xi—煤層（巖層）i瓦

114、斯含量，m3/t；</p><p>　　WC—?dú)堄嗤咚沽?，m3/t；</p><p>　　工作面日產(chǎn)量，t/日；</p><p>　　d=100×6.34×1440÷(8.5-3.5)÷5455=33.5%</p><p><b>　　5.3抽采瓦斯時(shí)間</b></p>

115、<p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中， Qk—工作面煤層可抽瓦斯量，m3；</p><p>　　Qk—瓦斯儲(chǔ)量Wi抽采率d；</p><p>　　Q總—工作面最大瓦斯抽采量，m3/min。</p><p>　　所以 ==11777Mm3×33.5%=39

116、45Mm3</p><p>　　=3945Mm3÷(6.34×60×24)=432天</p><p>　　根據(jù)上面的計(jì)算可以看出本煤層瓦斯最大抽放量為6.34m3/min，抽采率33.5%，抽放時(shí)間432天，基本滿足了工作面瓦斯抽采要求，在保證生產(chǎn)的同時(shí)滿足了安全的需要。</p><p><b>　　結(jié) 論</b>

117、</p><p>　　我課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)大平一礦1#煤層進(jìn)行礦井瓦斯抽采的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)我根據(jù)礦井概況及煤層瓦斯賦存情況，確定了瓦斯抽采的必要性和可行性;根據(jù)煤層瓦斯含量及可抽采量，確定了瓦斯抽采參數(shù)（其中包括煤層瓦斯壓力，百米鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減系數(shù)等），瓦斯抽采施工工藝（其中包括瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，抽采率及年瓦斯抽采量等）及瓦斯抽采方法；通過計(jì)算，我設(shè)計(jì)了鉆孔、鉆場(chǎng)的布置，鉆孔參數(shù)（其中包括鉆孔直徑、長(zhǎng)度