煤矿抽采达标工艺的设计方案

- 1 - 煤矿 抽采达标工艺的设计方案 1 井田概况 通位置 八连城井田位于东经 13013075 至 13020375，北纬 424615至 425345，吉林省珲春市 郊区，距市区 5 珲春至图们铁路已建成，但尚未通车，因此本区对外交通当前主要以公路至图们市，图们市有铁路与全国各地相通。交通位置见图 1 北斯罗俄和龙市和龙县龙井市江们鲜朝图县春珲河春珲珲春矿区珲春市密江凉水图们市延吉市龙井县汪清汪 清 县图 1通位置图 然地理 形与地貌特征 - 2 - 八连城井田全部处于珲春河河图们江冲积平原地带，地面 标高一般在 +30 +40m。 文 井田西部有图们江流过，宽 50 100m 左右，河岸为二级阶地，高 10m 左右，局部有修筑了防洪堤，因此洪水时期对井田影响不大。井田南部有珲春河，由东向西注入图们江，河谷最宽达 4000m，因此形成了广阔的冲积平原。 1962 年沿珲春河两岸修筑了防洪堤，堤高 防 20 年一遇的洪水。 象与地震 历年最低气温 ，最高气温 34 ，历年平均气温 5；历年最大降雨量 小为 最高蒸发量 低为 结期为 11 月至翌年 5月，冻结深度 要风向为西风及北西风，一般 5。 本区地震活动强度较小，频率低的弱震区。 源情况 珲春矿区北部英安斜井附近有珲春发电厂，现发电能力 66 万 区供电系统按总体规划已基本形成，矿区主电源取自珲春电厂，备用电源取自石砚一次变，电压等级 60连城变电所主电源取自珲春电厂，备用电源取自城西变电所。 源情况 八连城供水由城西矿加压站引入管线。 田境界及煤炭储量 田境界 八连城煤矿井田位于东经 13013075 至 13020375，北纬 424615至 425345，吉林省珲春市境内；珲春煤田河北区的西部。西以 图们江为界，东邻城西立井井田；北及东北与英安矿井田相接，南止珲春河防洪堤。南北平均长 8西平均宽 积 36 炭储量 以 7 勘探线为界，以西为普查区，以东为精查区。普查区地质储量为 2937 万吨，其中高级储量 67 万吨，精查区工业储量为 14430 万吨，其中高级储量 4273 万吨。可采储量为 10030 万吨。 井地质与煤层赋存 - 3 - 井地层 本井田含煤地层为第三系珲春 组（ ， 基底为上侏罗统屯田营组（ 上覆第四系。 现分述如下： 1、上侏罗纪屯田营组 屯田营组为一套火山碎屑岩系，构成了含煤地层的基底，井田内 95%以上钻孔均见到这套地层。主要有火山碎屑岩、灰绿色、暗紫色凝灰岩、安山岩、安山集块岩、凝灰集块岩等组成。 2、下第三系珲春组 珲春组为井田含煤地层，根据岩相、岩性及含煤特征可分为上、中、下三段。 上段： 19 煤层以上，以灰浅灰色粉砂岩、砂质泥岩为主，细砂岩次之，夹有 45 层细腻质纯的褐色泥岩和凝灰岩 标志层。本段含有 9、 12、 13、 15、 18、 18 6 个局部可采煤层和 20 余个薄煤层。 13、 17 煤层之上含有动物化石。本段厚度 380800m ，一般厚度 450600m。 中段： 19 煤层至 28 下 煤层为中段，是主要含煤段。以灰、浅灰色粉砂岩、细砂岩为主，中粗砂岩、泥岩次之。夹有薄层钙质中粗砂岩和凝灰岩示志层。水平波状、镐状及混浊层理较发育。含有 19、 191920、 23、 26 等 6 层主要可采煤层和 21、 232326 下 、28、 28 下 等 6 层局部可采煤层。含丰富植物化石， 20、 21、 28 煤 层之下含动物化石。本段厚度 0130m。 下段： 28 下 煤层至基底，以深灰色粉砂岩、中粗砂岩为主，泥岩次之，局部见有砾岩，含煤层较多，但厚度及煤质变化大。含有 30 上 、 30、 30 下 、 32、 32 下 、 33、 34 等 7 层局部可采煤层。本段特点是由上而下颜色逐渐加深，凝灰物质成分逐渐增多。本段厚度 0280屯田营组呈不整合接触。 3、第四系 全井田被第四系覆盖，上部为腐植土、砂质粘土、亚粘土。中部为砂砾及中、细砂。底部为砂砾及含砂砾质粘土。厚度 728m。 质构造 本区构造比较复杂，与其东邻城西 立井井田的构造特征基本一致。可以看作城西立井井田主体构造向西的延续。以断裂为主，褶皱宽缓起伏，略向西平缓倾伏，地层走向总体为近 倾角小于 15。 - 4 - 1、褶皱 本区为一轴向近东西、向西倾伏的宽缓背斜。背斜轴位于城西立井区的 10 之间略向南偏移至 21 断层之间。背斜两翼平缓，并有一次一级波状起伏，组成一个宽缓复式背斜。 2、断层 本区断层发育，以近东西走向断层为主，伴有北东、 北 西向两组断层，均为正断层。近东西向走向断层（主干断层）发生在复式背斜之上，由一系列倾向相反近似平行背斜轴的断层 ，如 断层，构成与背斜轴向近平行的地堑和地垒及伴有阶状断层，为本区主要构造形迹和特征。 区内探煤钻孔 172 个，共发现 126 个断点首采区地震勘探发现 115 个断点，经综合研究分析，组成 53 条落差大于 15m 以上的断层。其中落差大于 100m 的断层有 6 条，即：差大于 50m 的断层有 13 条，其余断层均小于 50m。 3、火成岩 本区火成岩仅在 7 线 74 22 号孔、 6 线 784 号孔和 5 线 504 号孔见到辉绿岩岩脉，大体呈东西向分布，并顺层侵 入于 23 号 26 号煤层之间，侵吞部分煤层和使煤层受到强烈的烘烤现象，煤的变质程度显著增加。 层及煤质 煤层 煤层可采性 本井田可采煤层极不稳定， 5 个主要可采煤层可采性指数为 接近 煤层 本井田主要含煤地层位于 第三系珲春 组（ 。共有煤层 25 层，全区有 5 个主要可采煤层，为 19#、 19 20#、 23#、 26#煤层，属大部分可采煤层；有 20 个局部可采煤层或小局部可采煤层，可采煤层厚度、结构及间距等见表 1 煤质特征 本区所有煤 层均为长焰煤，空气干燥基原煤水分平均为 原煤干燥基弹筒发热量平均 4774 卡 /克、主要可采层平均 4830 卡 /克。 井生产情况 - 5 - 井生产现状 八连城煤矿于 1992 年开工建设， 1994 年 5 月八连城立井建设停工， 2004 年 10 月恢复建设， 2007 年 1 月正式投产， 矿井设计生产能力 a， 服务年限为 74a，现核定生产能力为 a。 表 1 可采煤层厚度、结构、间距表 编号 厚 度（ m） 间 距（ m） 计量面积（ 结 构 （分层） 可采程度 两极值 一般 两极值 一般 9 10420部可采 12 部可采 1153 部可采 2005 部可采 3808 局部可采 28 部可采 39 部可采 19 部可采 19 部可采 30 部可采 11 部可采 23 部可采 3 部可采 3 部可 采 6 部可采 6 下 部可采 8 部可采 8 下 部可采 800 上 部可采 0 部可采 40 下 部可采 602 部可采 2 下 部可采 50- 6 - 33 部可采 1254 部可采 田开拓方式、采区划分及采煤方法 开拓方式 矿井开拓方式立井单水平开采 ， 现有两个主井、一个副井、一个专用回风井。主井为提煤井兼回风井，新主井为提煤井兼入风井，副井为辅助提升井兼入风井，西风井为专用回风井。单一水平标高为 采区划分、采区储量及开采顺序 全井田把精查区 南北长分为北、中、南三个区， 层以北 为北部区； 层之间为中部区，其中 5 个主要的可采煤层公布在中部采区。 全井共划分 8 个采区，采区宽度一般 1500度为 700 采区开采顺序按自近向远；在采区内回采工作面实行“跳采”。 采煤方法 采用单一长壁综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。掘进采用综掘和炮掘，工字钢支护。 井通风方式 及瓦斯情况 本矿通风方式为混合式通风，副井、新主井入风，主井、西风井排风。 在地质勘探阶段没有进行过煤层瓦斯含量测定， 1998 年 度瓦斯绝对涌出量（最大）为 定为低瓦斯矿井。 2007 年 1 月投产以来，矿井绝对瓦斯涌出量呈增大的趋势， 2011 年矿井瓦斯绝对涌出量为 - 7 - 2 矿井煤层瓦斯 层瓦斯基础参数 煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，煤层瓦斯赋存基础参数主要包括：煤层原始瓦斯压力、煤层原始 瓦斯 含量、百米钻孔 自然 瓦斯涌出量 及衰减系数 、煤层透气性系数等。 煤科总院沈阳研究院承担的 “ 八连城 煤矿 抽放 瓦斯 可行性 研究 报告 ” 项目 开展期间，对本矿的瓦斯基础参数 进行了测定，测定结果如下。 层瓦斯压力 19#煤层的瓦斯压力在 间 ； 20#煤层的瓦斯压力在 26#煤层的瓦斯压力在 间。 层瓦斯含量 19#煤层的瓦斯 含量 在 t 之间 ； 20#煤层的瓦斯 含量 在 t； 26#煤层的瓦斯 含量 在 t 之间。 米钻孔 自然 瓦斯涌出量 及衰减系数 19#煤层的百米钻孔初始 自然 瓦斯涌出量在 00间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在 间； 煤层的百米钻孔初始 自然 0间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在 间 . 层透气性系数 19#煤层的透气性系数在 间； 20#煤层的透气性系数 26#煤层的透气性系数 为 间。 井瓦斯储量及可抽量 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。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少，同时亦是衡 量有无开发利用价值的重要指标，可按下式计算： - 8 - l 十 式中 ： 井瓦斯储量， 采煤层的瓦斯储量， 1 =井可采煤层 i 的地质储量， 井可采煤层 i 的瓦斯含量， t； 采动影响后能够向开采空间排放瓦斯的各不可采煤层的总瓦斯储量， 2 =（ 采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量， 采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量， t； 采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量， 下式计算： K( K围岩瓦斯储量系数，取 K 矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采技术条件下，按照目前的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与其抽放工艺技术和抽放能力密切相关 ， 一般采用下式计算： kW k 式中 ： 井可抽瓦斯量， k矿井瓦斯抽放率，按照我国目前的技术水平； 矿井瓦斯储量 按上式 计算 得出 煤层的瓦斯储量及可抽量 ，计算结果见表 2示。 从表 2以看出，本矿的瓦斯资源相当丰富，这就为矿井的瓦斯开发利用提供了充足的资源条件 ，同时也 对 矿井的 安全生产构成了严重的威胁。 本 矿的瓦斯资源相当丰富， 其瓦斯储量和可抽量分别为 就为矿井的瓦斯开发利用提供了充足的资源条件 ，同时也 对 矿 井的 安全生产构成了严重 - 9 - 的威胁。 表 2 八连城煤矿瓦斯储量及可抽量计算结果汇总表 煤层 工业 储量 (10可采储量 (10瓦斯含量 (m3/t) 瓦斯储量 (10可采煤炭瓦斯 储量 (10抽放率 （ %） 可开发瓦斯 量 (109 146 1491 30 447 12 042 724 30 217 13 687 1172 30 352 15 18 9 77 401 30 120 1822 155 30 46 19 9219 13357 30 4007 19764 5396 30 1619 19480 5894 30 1768 20 1686 8121 30 2436 21 900 1320 30 396 23 1406 7928 30 2378 23218 2237 30 671 23102 766 30 230 26 101 6326 30 1898 26 下 736 2597 30 779 28 541 2461 30 738 28 下 732 1203 30 361 30 上 44 297 901 30 270 30 242 515 1053 30 316 30 下 323 022 1405 30 422 32 577 1791 30 537 32 下 09 632 30 189 33 236 859 30 258 34 380 959 30 288 小计 99494 69149 20745 岩层 9949 6915 2074 合计 109444 76064 17610 - 10 - 3 瓦斯抽放的必要性和可行性 斯涌出量预测结果 矿井瓦斯涌出量预测的任务是确定新矿井、新水平、新采区投产时瓦斯涌出量的大小，为矿井和采区提供通风及瓦斯管理方面的基础数据，它是矿井通风设计、瓦斯抽放和瓦斯管理必不可少的基础参数。 在八连城 煤矿 抽放 瓦斯 可行性 研究 报告 项目 中， 沈阳研究院使用分源预测法，对八连城煤矿各主采煤层瓦斯涌出量进行了预测，结果如下： 回采工作面： 19#工作面瓦斯涌出量为 t， 20#t； 26#工作面瓦 斯涌出量为 t。 煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量预计见表 3 表 3 19#煤层不同产量下工作面瓦斯涌出量预计 单位：（ m3/ 产量（ t） 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 瓦斯涌出量 产量（ t） 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 瓦斯涌出量 产量（ t） 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 瓦斯涌出量 表 320#煤层不同产量下工作面绝对瓦斯涌出 量预计 单位： m3/量 /t/d 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 瓦斯涌出量 量 /t/d 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 瓦斯涌出量 量 /t/d 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 瓦斯涌出量 - 11 - 表 36#煤层不同产量下回采工作面瓦斯涌出量预计 m3/ 产量 /t/d 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 瓦斯涌出量 量 /t/d 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 瓦斯涌出量 量 /t/d 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 瓦斯涌出量 进工作面： 19#煤层 煤巷综掘工作面的推进度为 450m/月计算， 19#煤层煤巷综掘工作面的绝对瓦斯涌出量为 m3/20#煤层掘进工作面的推进度为 250m/月计算， 20 煤层掘进工作面的绝对瓦斯涌出量为 26#煤层掘进工作面的推进度为 200m/月计算，掘进工作面的绝对瓦斯涌出量为 2.2 m3/ 斯抽放的必要性 根据煤矿安全规程第一百四十五条规定，凡 有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时抽放系统 ： （ 1）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于 5m3/一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于 3m3/用通风方法解决不合理的。 （ 2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 大于或等于 40m3/ 年产量 矿井，大于 30m3/ 年产量 矿井，大于 25m3/ 年产量 矿井，大于 20m3/ 年产量小于或等于 矿井，大于 15m3/ （ 3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 下面从三个方面来分析八连城煤矿瓦斯抽放的必要性。 矿井瓦斯涌出量预测结果来看瓦斯抽放的必要性 从八连城矿采掘工作面瓦斯涌出量预测结果来看，开采 19#煤层回采工作面瓦斯涌出量 t，产量 2000t/d 时，绝对瓦斯涌出量 掘工作面月进尺 450m/月 - 12 - 时，其绝对瓦斯涌出量 20#煤层回采工作面瓦斯涌出量 t，产量 2000t/对瓦斯涌出量 掘工作面月进尺 250m/月时， 26#煤层回采工作面瓦斯涌出量 t，产量 2000t/d 时，掘工作面月进尺 200m/月时，绝对瓦斯涌出量 采工作面瓦斯涌出量已超过 煤矿安全规程 规定回采工作面 5m3/ 界限。 因 此 对 本矿 来说，为彻底有效地解决瓦斯问题，保证矿井的高效、安全生产，进行 回采工作面 瓦斯抽放是非常必要的 。 矿井通风能力来看瓦斯抽放的必要性 采掘工作面是否有必要进行瓦斯抽放的判断标准是：采掘工作 面最大供风量小于稀释瓦斯所需要的风量，即当瓦斯涌量抽放瓦斯的必要性指标通常以下式表示： 式中： v 工作面允许的最大风速， 4m/s； S 工作面最小通风断面， c 允许风流中的瓦斯浓度 1%，这里从安全的角度考虑取 k 瓦斯涌出不均衡系数，取 ( ) m mq y = 按前面计算结果， 19#煤层回采工作面瓦斯涌出量 t，产量 2000t/d 时，绝对瓦斯涌出量 20#煤层回采工作面瓦斯涌出量 t，产量 2000t/d 时，绝对瓦斯涌出量 26#煤层回采工作面瓦斯涌出量 t，产量 2000t/d 时，绝对瓦斯涌出量 各回采工作面瓦斯涌出量均 大于通风所能稀释瓦斯量，通风能力不能满足工作面所需风量的要求，不能保证工作面回风和上隅角瓦斯不超限。如工作面增加供风量，会造成风速超标，工作面煤尘太大，将对工作面作业人员的身体健康构成威胁，同时随着工作面风量的增大，会导致工作面上下隅角风压增大，采空区漏风量增加，严重可造成采空区瓦斯大量涌出。因此，从工作面通风能力看矿井已具备建立抽放瓦斯系统的必要条件。 资源和环保的角度来看瓦斯抽放的必要性 - 13 - 瓦斯是一种 优质的能源，将 抽出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，不仅改善能源结构，而且减少了对环境的污染，可以取得显著的经济效益和社会效益。根据前面计算 我矿煤层瓦斯储量和可抽量分别为 这说明矿井的瓦斯资源比较丰富，为瓦斯开发利用提供了较为充足的条件。 总之，无论是从矿井目前的瓦斯涌出现状 、 矿井通风能力，还是从 资源和环保的角度来看都有必要进行瓦斯抽放，特别是 进入 深部煤炭开采，瓦斯问题将是制约煤矿安全高效生产的重要因素， 提前 进行瓦斯抽放 工作 ，对 我 矿安全 生产很有必要。 斯抽放的可行性 煤层瓦斯抽放的可行性 本煤层瓦斯抽放的可行性是指煤层在天然透气性条件下进行预抽的可行性。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（ ）。 据上述指标将煤层预抽瓦斯的难易程度进行分类，见表 3 八连城煤矿本煤层瓦斯抽放 难易程度 评价结果见表 3 表 3煤层预抽瓦斯难易程度分类表 指标 难易程度 钻孔瓦斯流量衰减系数 (煤层透气性系数 (d) 容易抽放 可以抽放 较难抽放 10 10 3八连城煤矿本煤层瓦斯抽放 难易程度 评价结果 表 煤层 钻孔瓦斯流量衰减系数 (煤层透气性系数 (d) 煤层抽放难 易程度 19 以抽放 20 以抽放 26 以抽放 从表 3以看出，我矿 19、 20 和 26 煤层属于可以抽放煤层，具备本煤层瓦斯抽放的可行性。 近层、 采空区瓦斯抽放的可行性 - 14 - 根据 19、 20 和 26 煤层的赋存与开采条件 分析 ， 开采 19 煤层时， 其 上 邻近层 有 18#、18层，其下邻近层 有 19 19 20#、 21#、 23#、 26#煤层 均 处于 其开采 影响范围内 ，18#、 18层 绝 大部分 的 卸压 瓦斯 涌入 19#煤层的 采空区和 工作面 ； 19 19 20#、 21#、23#煤层 也由于其采动影响，有相当数量 的瓦斯 涌入 19#煤层的采空区和工作面 。 由于八连城煤矿属煤层群开采，煤层赋存不稳定， 19 煤层有部分地区不可采，在此区域内，若回采 20 煤层时， 其 上 邻近层 有 19、 1919层 ，下邻近层有 21、 23、 233层全部处在卸压范围内，其上、下邻近层的卸压瓦斯将涌向开采煤层。 分析八连城煤矿煤层赋存，不论是开采 23 煤层还是开采 26 煤层，其上、下均有卸压邻近层存在，邻近层和围岩卸压瓦斯均涌向开采层。 若能在开采煤层上部邻近层适当位置煤层内掘一条内错高位抽放瓦斯巷并密闭 抽放 ，既可以 直接抽放 邻近层 涌出的卸压 瓦 斯 ，也可以通过裂隙抽放工作面采空区内高冒拱内的瓦斯；或 在 开采 煤层 回风 巷 开掘钻场 向 上邻近层 打 上 向钻孔 直接 抽放 上邻近层 的卸压瓦斯和开采层切眼前方煤体的 卸压瓦斯 ，后期抽放采空区内高冒拱内的瓦斯。 综上所述， 我 矿 19、 20 和 26 煤层属于煤层群开采，工作面瓦斯大部分来源于邻近层和围岩， 为减少工作面瓦斯涌出量， 减轻矿井通风负担，保证工作面正常开采 ， 进行 邻近层及采空区 瓦斯抽放是必要的 。 因此，在 我 矿建立抽放瓦斯系统进行瓦斯抽放是必要的也是可行的。 - 15 - 4 矿井抽放瓦斯方案与工艺 放瓦斯方法选择的原则 抽放瓦斯方法主 要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放。选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则： 抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质和开采条件； 应根据瓦斯来源及构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果； 有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合； 选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本； 所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。 作面瓦斯来源构成 我矿属煤层群开采，根据八连城 煤矿煤层瓦斯参数测定报告对工作面瓦斯涌出量结果分析，工作面涌出的瓦斯主要来源于采空区（含邻近层和围岩）涌出的瓦斯。其中开采层涌出的瓦斯由开采层的煤壁和落煤解吸瓦斯构成；采空区涌出的瓦斯由邻近层、采空区丢煤和围岩涌出的瓦斯构成。计算得出工作面的瓦斯涌出构成，见表 4 表 4作面瓦斯涌出构成 开采 煤层 采面瓦斯 总涌出量 (m3/本层瓦斯 涌出量 (m3/采空区瓦 斯涌出量 (m3/本层瓦斯 所占比例 （ %） 采空区瓦斯所占比例 （ %） 19 4 66 20 1 69 26 8 72 注： 表中按一个面 2000t/d 计算工作面瓦斯涌出量和各占的比例，采空区瓦斯涌出量含围岩和邻近层瓦斯涌出量， 工作面瓦斯抽放方法选择 根据我矿 工作面 瓦斯涌出量统计数据和 工作面 的瓦斯涌出量预测以及工作面瓦斯来源分析结果，其回采工作面涌出的瓦斯有 2834%来源于开采层，有 6672%来源于采空区 - 16 - （含邻近层瓦斯）。考虑开采层较薄、煤层透气性系数低、煤层钻孔自然瓦斯涌出 衰减较快，综合认为：回采 工作面 应采取以采空区、邻近层瓦斯抽放为主，针对工作面瓦斯涌出特征，提出如下抽放方法。 方案一：内错高位瓦斯巷抽放采空区瓦斯 由于我矿是煤层群开采，由表 4知其开采层上下邻近层和采空区瓦斯涌出较大，因此治理八连城煤矿开采层煤瓦斯的关键在于治理起邻近层和采空区瓦斯，根据以往在国内其它矿井治理邻近层和采空区瓦斯的成功经验，结合开采煤层的赋存条件和工作面巷道布置情况，分析研究拟采用内错高位瓦斯巷治理邻近层和采空区瓦斯。该方法是在综采工作面回风巷内侧 15m 处，沿 18#煤层开掘一条瓦斯巷， 密闭进行抽放，通过开采层的采动影响所形成裂隙在抽放负压作用下截流上邻近层涌出的瓦斯，同时将工作面采空区内高顶区瓦斯抽走，降低采空区和邻近层向工作面瓦斯涌出，有效地解决上隅角瓦斯积聚和回风瓦斯超限问题。其抽放方法见图 4 运 巷风巷卸压带瓦斯巷采区皮带巷采区材料巷专用回风巷图 4错高位瓦斯巷引排采空区瓦斯示意图 方案 二 ：高位钻孔抽放采空区瓦斯 高位钻孔是提高开控点标高，增加钻孔在裂隙带的有效长度，利用顺层钻孔 抽放采空区高处的高浓度瓦斯， 提高抽放效率，现将高位顺层钻孔施工方法叙述如下： 抽放方法： 沿煤层顶板向采空区方向呈扇形打 10 个孔深为 150 200m 钻孔，钻孔终孔点距回风巷的最远距离在 80m 以上，封孔后抽放 采空区及邻近层瓦斯。 钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔 120m 开掘一条垂直回风巷的上山，上山宽 3m，高 度为 30，掘 6m 后返平，再沿煤层顶板掘 2 3m 平巷作为钻场， - 17 - 上山总长度 78m，钻场采用工字钢支护。 钻孔布置：每个钻场内布置 10 个钻孔，呈扇形布置，详见图 4层走向没有变化的情况下，各钻孔参数见表 4 12345B - B 剖 面钻孔工作面 A 剖 面工作面运输巷道12345抽放管采空区埋管图 4位顺层钻孔采空区埋管抽放采空区瓦斯 表 4位顺层钻孔技术参数表 孔号 孔径 （ 方位 （） 倾角 （） 开孔 位置 钻孔间距 （ m） 孔深 （ m） 1 94 5 4 5 20 150 2 94 15 4 5 20 150 3 94 25 4 5 20 150 4 94 35 4 5 20 150 5 94 45 4 5 20 150 封孔工艺：钻孔采用聚氨 脂封孔，封孔深度 5m，封孔段长度 2m，封孔管为 60抗静电塑料管），再用钢丝骨架胶管连接到 放管上，再连接到主管路上。 - 18 - 抽放管路管理：随着工作面的推进，靠近切眼的抽放钻孔不断报废，当钻孔距工作面切眼一定距离时，该钻孔进入卸压区，进行卸压抽放。随着抽放管路不断变短，靠近切眼的管路要逐段卸下来，端头用法兰片密封。为了不影响工作面的正常回采，需提前拆除距切眼 20m 以内管路，这给瓦斯管路的管理造成一定困难，所以可以考虑在靠近工作面切眼 30m 内的钻孔用软胶管与抽放管未端相连，抽放管未 端特制一段 2 3m 长的短管，短管上做几个变径三通，与靠近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后再向前移动短管，保持短管始终在抽放管路的未端，见图 4样一来，工作面的预抽钻孔可以抽取大量的卸压瓦斯，来弥补难以抽放这一缺陷。 抽放支管软管图 4放管路末端连接示意图 方案三：仰角钻孔 抽放瓦斯 仰角钻孔和高位钻孔相差不多，仰角钻孔省去高位钻孔掘进小上山的费用，加快钻孔施工，但是钻孔在裂隙带的有效长度减少，钻孔密封效果和钻孔有效寿命降低。 仰角钻孔施工方法叙述 如下： 抽放方法：在 回风巷布置的钻场内向采空区方向呈扇形打 10 个孔深为 120 150孔，钻孔终孔点距回风巷的最远距离在 80m 以上，封孔后抽放 采空区及邻近层瓦斯。 钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔 100m 开掘一个垂直回风巷的钻场，长度 4m，宽 3m，高 场采用工字钢支护。 钻孔布置：每个钻场内布置 10 个钻孔，呈扇形布置，详见图 4煤层倾角为 27，煤层走向没有变化的情况下，各钻孔参数见表 4 - 19 - B - B 剖 面钻孔工作面 A 剖 面工作面运输巷道12345678910抽放管图 4角钻孔采空区埋管抽放采空区瓦斯 表 4角钻孔 技术参数表 孔号 孔径 （ 方位 （） 倾角 （） 开孔 位置 钻孔间距 （ m） 孔深 （ m） 1 94 0 7 9 开孔点距钻场顶板 20 150 3 94 10 7 9 20 150 5 94 20 7 9 20 150 7 94 30 7 9 20 150 9 94 40 7 9 20 150 2 94 5 7 9 开孔点距钻场顶板 20 150 4 94 15 7 9 20 150 6 94 25 7 9 20 150 8 94 35 7 9 20 150 10 94 45 7 9 20 150 封孔工艺： 同 方案二。 抽放管路管理：同 方案二。 - 20 - 矿井 抽放瓦斯量预计 开采煤层抽放量预计 根据 19#、 20#和 26#煤层 的 赋存条件 、 开采布置方式和现行开采方法，工作面的瓦斯主要来源于邻近层和围岩。 根据前面 对工作面瓦斯涌出特点 的 分析， 回采工作面日产为 2000t/在 回采 开采煤层 瓦斯涌出量为 m3/但是由于 19#、 20#和 26#煤层 百米钻孔极限 瓦斯 涌出量 不稳定 ，较难进行本煤层抽放， 若采用 强化抽放， 预 计 抽放 本煤层卸压瓦斯量为 开采层总瓦斯涌出量的 25%左右 ， 故开采煤层 预抽瓦斯量为 2 m3/ 采空区（含邻近层及围岩）抽放量预计 近年来，我国采空区瓦斯抽放发展较快，采空区抽放瓦斯量所占抽放瓦斯量的比重愈来愈大，单工作面抽放瓦斯量最高达 100m3/空区抽放瓦斯量的多少，主要取决于采空区内瓦斯资源的多寡和矿井的抽放瓦斯能力。对我矿采煤方法和工作面瓦斯涌出情况统计，在回采工作面达到设计生产 能力 2000t/a 时，回采工作面采空区（含邻近层）瓦斯涌出量为 虑到工作面瓦斯涌出不均衡性，工作面瓦斯涌出不均衡系数取 作面最大瓦斯涌出量为 据国内相同条件矿井的抽放经验，结合我矿开采 煤层 工作面抽放结果分析认为，采用内错高位尾巷、高位钻孔或仰角钻孔抽放采空区涌出的瓦斯方法，按采空区抽放瓦斯涌出量的 65%计算，故预计工作面抽放采空区瓦斯量为 21m3/ 掘进工作面抽放瓦斯量预计 通过对开采 煤层 掘进工作面瓦斯涌出统计和掘进工作 面瓦斯涌出预测结果分析，掘进工作面瓦斯涌出量不大，目前靠通风完全可以瓦斯问题，正常情况下不需进行抽放。但考虑到 八连城煤矿地质构造较复杂，开采煤层裂隙较发育，局部地区存在高瓦斯富集区，需进行局部抽放，可采用井下移动抽放瓦斯系统对 掘进工作面前方煤体瓦斯进行抽放，地面系统不预留掘进工作面抽放瓦斯量。 矿井抽放瓦斯量预计 西采区一般情况下井下有 2 个综采工作面开采，根据前面各项预计结果，西采区按 2个综采工作面同时开采，西采区建立抽放瓦斯系统需具备抽放 46m3/瓦斯的能力，故八连城煤矿西采区抽放瓦斯系统设备选 型按系统抽放瓦斯能力 46m3/行设计。 中央采区一般情况下井下有 1 个综采工作面开采，根据前面各项预计结果，中央采区按 1 个综采工作面同时开采，中央采区建立抽放瓦斯系统需具备抽放 23m3/瓦斯的能 - 21 - 力，故中央采区抽放瓦斯系统设备选型按系统抽放瓦斯能力 23m3/行设计。 抽放服务年限 由于矿井采用采空区抽放法抽放瓦斯，其抽放服务根年限与矿井生产服务年限相当，矿井核定生产能力为 a，其服务年限大于 20 年。 建立地面 永久瓦斯抽放系统的 必 要性 及可行性 八连城煤矿依 据 矿井瓦斯抽放管理规范第 9 条的规定 ， 目前不论从采掘工作面的瓦斯涌出量还是矿井瓦斯涌出量都已经满足建立抽放系统的必要条件 ，前面已经论述过，这里就不再 重复 。 因此，从 矿井长远的发展，有必要建立地面瓦斯 永久 抽放系统。 根据矿井瓦斯抽放管理规范第 10 条规定：“建立永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列 2 个条件：（ 1）瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在 2m3/上；（ 2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在 10 年以上。” 从 对八连城 煤矿 的瓦斯抽放量预计 及瓦斯储量计算 结果可以看出，抽放量远远大于 2m3/时 瓦斯资源可靠、储量丰富，瓦斯抽放服务年限与 矿井的服务年限相当，大于 20 年，所以建立地面 永久 瓦斯抽放系统 是完全可行的。 - 22 - 5 瓦斯抽放管网系统 放瓦斯泵房位置及管网敷设路线 放瓦斯泵房位置选择 抽放瓦斯场地的布置原则应严格按照国家所颁布的相关法律、法规执行，不占用良田，有效利用现有的场地，平面布置整齐、合理，便于安装与维修。 瓦斯泵房属有爆炸危险的厂房，要求周围 50m 范围内无居民，远离井口， 20m 范围内无明火，同时，应选择交通便利，地势平坦的开阔地，有利于建筑物施工、抽放管路和电缆敷设。从利用角度考虑，距离工业区不能太远，以减少利用成本。 通过对现场实地勘察和征求矿方的意见，并 考虑井下与地面瓦斯抽放管路距离的远近， 地面