煤矿68 工作面瓦斯抽采

桃山煤矿68#工作面 瓦斯抽采专 业 班 级： 安 全 工 程 姓 名： 学 号： 08 实践课程名称： 技 能 训 练 指导教师姓名： 张 锦 鹏 - 1 - 1 -目录1 矿区及安全概况井田地质特征11.1 矿区概况11.1.1 交通位置11.1.2 地形地势21.1.3 河流21.1.4 气象21.1.5 水源及电源21.2 区域地质构造31.2.1 地质构造31.2.2 煤系地层走向倾向及倾角31.2.3 煤质特征41.3 矿井安全概述41.3.1 水文地质特征42 采区系统概述62.1 采区生产系统概述62.2 采区通风系统概述62.3 回采工作面通风系统的基本要求72.4 采煤工作面风量计算82.5 局部瓦斯积聚处理方法102.6 桃山矿瓦斯抽采设计122.6.1 桃山矿瓦斯抽采的目的和意义122.7 桃山矿瓦斯抽采设计任务132.8 桃山矿瓦斯抽采设计技术路线133 桃山矿抽采瓦斯设计参数153.1 瓦斯涌出量预测方法153.1.1 统计预测法153.2 矿井瓦斯等级鉴定163.3 煤层瓦斯压力及含量测定173.3.1 煤层瓦斯压力测定173.3.2 煤层瓦斯含量的测定183.4 煤层透气性系数193.5 钻孔瓦斯流量及其衰减系数203.6 煤层瓦斯可抽采性评价204 桃山矿瓦斯抽采方案244.1瓦斯抽采的方法及其原理244.2 抽放瓦斯方式及方法264.3 钻机选型及开孔孔径、孔深294.4 封孔294.5 抽放瓦斯管路系统304.6 抽采设备选型314.6.1 瓦斯泵选型原则314.6.2 抽放核定所需的参数315 瓦斯抽采安全措施325.1 瓦斯抽放安全措施325.2 通风安全345.3 供电安全措施345.4 抬运物料的安全技术措施355.5 运输355.5.1 采用电机车运输时，应遵守下列规定355.6 行走路线的注意事项365.7 灾害预防及处理375.7.1 瓦斯、煤尘事故发生时的措施375.7.2 顶板事故的预防和处理375.7.3 透水事故的预防和处理38参考文献39221 矿区及安全概况井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 交通位置 桃山煤矿位于七台河矿区西部生产区的东部，行政区划归七台河市桃山区。地理座标：东经13055421305853，北纬454339454750。桃山煤矿东以桃山F10断层为界，与新富矿相邻；西以F1号断层为界，与新兴矿、新立矿相邻；南以-800水平标高为界；北部以煤层露头为界。井田走向长约5 km，倾斜宽约5 km，倾斜面积约25 km2，开采标高200 m至800米标高，矿区面积22.9957 km2。矿井北部边缘有铁路经七台河站与国铁相接，通往全国各地。公路通哈尔滨、佳木斯、牡丹江、鸡西等地，交通十分方便。详见图1-1所示。图1-1 交通位置示意图1.1.2 地形地势本区地表呈丘陵地貌，南部地势较高最高，海拔250 m左右，北部倭肯河附近较低最低海拔160 m左右，地势平均海拔200 m左右。1.1.3 河流井田及周围发育有两条主要河流，倭肯河发源于勃利县东部山区,在井田北部边界以北0.5 km流过，至依兰县汇入松花江，最高洪水位标高165 m。万宝河发源于井田南部山区，为季节性河流，流经本矿东部汇入倭肯河。河宽5 m左右，冬季干涸，长期无雨也就断流。桃山河虽然沿井田东部边界径流，但因其水流不大，且地面没有采空区塌陷坑，对矿床开采基本上无影响。1.1.4 气象本区属寒温带大陆性气候，由11月至次年4月为冻结期，冻结深度1.52.0 m。最高气温（78月份）零上35，最低气温（121月份）零下38，平均气温33.5。年降雨量400600 mm，多集中在79月份，占年总降雨量的60。年蒸发量8001000 mm。本区冬季以西北风为主，夏季多东南风，风力一般24级，最大可达78级，春季多大风。1.1.5 水源及电源供水水源来自于倭肯河附近的五个水源井和桃山水库净化水，水量满足生产需要。矿区供电，设计矿井2回60 kV电源，均引自桃山矿区域变电所。矿井在工业场地内设有1座63 kV地面变电所，装备2台SFZ7-10000/63变压器。1.2 区域地质构造1.2.1 地质构造 勃利煤田位于新华夏系第二隆起带带北段的三江一穆棱河次级坳陷带，一个新华夏系与弧形构造相迭加而形成的坳陷形聚盆地内，聚煤的古地理景观为滨海冲积平原。构造复杂程度类型：根据桃山煤矿南北两区构造的差异性，构造复杂程度类型不同。1.2.2 煤系地层走向倾向及倾角（1）桃山煤矿位于勃利煤田弧型构造前弧西翼内侧。受弧型构造的控制，该矿内的构造规律明显。（2）井田范围内的构造按其力学性质和展布规律分为两个区域。以F2断层为界，西部为走向N70W接近向南倾斜的单斜构造，在此范围内褶皱不发育，地层倾角一般在2025，断层较少，以小正断层为主，走向N45W落差一般在一米左右，一般对生产影响不大。F2号断层以东为一个压扭性帚状构造带，受帚状构造控制，煤系地层走向及主要断层走向均以弧形展布，走向从N15W向，逐渐转为南北向，地层倾向由近向南倾斜转为向西倾斜，地层倾角一般在2540，局部褶皱挤压。构成帚状构造的主要断层为压扭性断层 （3）井田内地共含煤2层。表1-1 可采煤层特征一览表煤层号煤层厚度结构顶底板发育范围及变化情况最小-最大顶板底板一般681.2-3.2复杂细砂岩粉砂岩该煤层属比较稳定性煤层1.50791.30-1.70复杂粉砂岩粉细互层煤厚由西北向东南逐渐变厚1.51.2.3 煤质特征井田内各可采煤层有焦煤、1/3焦煤、瘦煤。煤的变质程度在水平方向上由西北向东南逐渐加深，在垂向上由上而下加深。原煤灰分较高，半暗煤组分较多，煤质坚硬，呈大块状，中煤含量较多，属难选型煤。本区以冶金用煤为主，火力发电用煤次之。1.3 矿井安全概述1.3.1 水文地质特征经生产中实际观测相邻矿井涌水量为237.0 m3/h262.0 m3/h。在1989年七台河矿务局桃山煤矿生产矿井地质报告中水文地质类型划为“中等”类型，根据近几年的回采情况分析，认为矿井内水文地质类型定为“中等”类型较符合实际。上次矿井地质报告预计涌水量均较大，但随着多年开采涌水量减少，这一具体情况认为：矿井涌水主要是地表水由于各种因素进入井下，多年来桃山煤矿对防治水做了大量的工作，防止了地表水大量进入矿井，另外矿井的地下水静储量有限，所以随着矿井延伸，涌水量趋于减少。根据生产证实，矿井含水层厚度向深部变薄甚至尖灭，断层导水性与上次报告对比没有变化。1.3.2 瓦斯等级据探查可采煤层中， 68#该煤层瓦斯绝对涌出量为3.5m/min，属高瓦斯工作面1.3.3 煤尘情况各煤层的煤尘均有爆炸性，平均爆炸指数31。减少煤尘降低浮尘消除落尘防止煤尘引燃限制煤尘爆炸范围。2 采区系统概述2.1 采区生产系统概述本采区为桃山煤矿三水平的北三采区，赋存68#、72#、79#三层煤，采区采用两条下山，区段石门联合布置。轨道下山回风，运输下山进风。其中42035采煤工作面位于三水平钢带机道左侧下部，为北三采区的第五个区段，该区段输送机巷顶板标高为-414-420m，回风巷顶板标高为 -356.67-365.91m。42305工作面走向可采区域走向长度为900m，倾向长度为150m，平均煤层采高1.5m，煤体的容重为1.35t/m3，工业储量为18.2万吨，可采储量为17.7万吨。采煤工作面采用单一走向长壁后退式采煤法，全部垮落法控制顶板的高档普通机械化采煤工作。2.2 采区通风系统概述 北三采区布置两条下山，区段石门联合布置。轨道下山回风，运输下山进风。2.2.1采煤工作面进回风巷布置1)回采工作面通风系统的基本要求（1）回采工作面与掘进工作面都应独立通风。（2）风流稳定，回采工作面分支应尽量避免处在角联分支或复杂网络的内联分支上。（3）当无法避免时，应有保证风流稳定的措施。（4）漏风小，应尽量减小回采工作面的内部及外部漏风，特别应避免从外部向回采工作面的漏风。（5）回采工作面的调风设施可靠。（6）保证风流畅通。2）回采工作面的通风系统选择按回采工作面的回风方向选择，对上、下行通风优缺点进行比较见表2.1表2.1 回采工作面上、下行通风适用条件及优缺点通风系统适用条件及优缺点上行通风优缺点如下：1.瓦斯自然流动方向和风流方向一致，有利于较快的降低工作面的瓦斯浓度；2.风流方向与运煤方向相反，引起煤尘飞扬，增加了回采工作面进风流中煤尘的浓度；同时，煤炭在运输中放出的瓦斯又随风流带到回采工作面，增加了工作面的瓦斯浓度；3.运输设备运转时所产生的热量随风流散发到回采工作面，使工作面气温升高。下行通风在没有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的煤层中，可考虑采用下行通风；工作面下行通风，除了可以降低瓦斯浓度和工作面温度外，还可以减少煤尘含量，降低水砂充填工作面的空气温度，减少采空区漏风,提高采空区瓦斯浓度,有利于抑制采空区煤炭自燃和进行采空区瓦斯抽放。有利于提高工作面的产量，但运输设备处于回风流中，不太安全。根据本采区的实际情况，因此采用上行通风。2.3 回采工作面通风系统的基本要求回采工作面和掘进工作面都应独立通风；风流稳定，在矿井通风系统中，回采工作面分支应尽量避免处在角联结或复杂网络的内联结上；当无法避免时，应有保证风流稳定的措施；漏风小，应尽量减小回采工作面的内部及外部漏风，特别应避免从外部向回采工作面的漏风；回采工作面的调风设施可靠；证风流畅通。2.4 采煤工作面风量计算每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。 采用气象条件确定所需风量 式中：Q采采煤工作面需要风量，m3/min；Q基本不同采煤方式工作面所需的基本风量m3/min，见表2.2；K温回采工作面温度与对应风速调整系数，见表2.3；K采高回采工作面采高调整系数，见表2.4；K采面长回采工作面长度调整系数，见表2.5。表2.2 采煤工作面基本配风表采煤方法综采高档普采中厚煤层长壁法薄煤层基本风量(m3/min)4.5 m3.24.5 m3.2 m500机采炮采300650500450450350表2.3 K温回采工作面温度与对应风速调整系数表回采工作面空气温度 ()采煤工作面风速 (m/s)系数K温201.01.0020231.01.51.001.1023261.51.81.101.2526281.82.51.251.4028302.53.01.401.60表2.4K采高回采工作面采高调整系数表采高 (m)200系数K采面长1.01.01.31.31.5故采煤工作面所需风量Q采=6001.211.25=900.0m3/min。按照瓦斯涌出量计算Qcf=100qcgkcg式中：qcg采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min。 根据矿井相对瓦斯涌出量计算得： q采 = AQ相/1440 = 0.57610616.5/(3301440)= 20.00m3/minA采煤工作面日生产能力，Mt/dQ相采煤工作面相对瓦斯涌出量，m3/t抽放矿井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算；本采煤工作面绝对瓦斯涌出量为20.00m3/min。根据规定，必须应用瓦斯抽采技术，工作面预计抽采率达60%，抽采后，经计算采煤工作面瓦斯绝对涌出量为12.00 m3/min。根据工作面温度选择的适宜风速进行计算采煤工作面应有良好的劳动气象条件，其温度和风速应符合回采工作面温度与对应风速调整系数表(表5.5)要求。 式中：V采采煤工作面风速，由表2.3可知当回采工作面温度为21时的风速为1.2 m3/min；S采采煤工作面的平均断面积。故采煤工作面所需风量Q采=601.210=720.00 m3/min。 按采场出勤最多人数计算风量式中：N工作面最多人数，人。由于该采区采煤工作面同时工作的最多人数相同为50人，则：采煤工作面所需风量Q采=450=200.00 m3/min。 取上述计算中的最大值进行风速校验由于采煤工作面开切眼断面面积S采=5.76 m2，故150Q采2400 m3/min。根据规程的有关规定，工作面需风量应从多个因素计算中取最大值，则三采区工作面需风量确定为Q=1383 m3/min。2.5 局部瓦斯积聚处理方法2.51 采煤工作面与采空区中积聚瓦斯的处理（1）对于采煤工作面上隅角积聚的瓦斯，可以采用以下技术措施进行处理：因老空区和老顶活动频繁，常不稳定，致使上隅角通风及瓦斯涌出很不稳定，上隅角不管使用抽出式风机，还是使用压入式风机，都不能从根本上解决瓦斯积聚的隐患。防止上隅角瓦斯积聚首先要考虑采用抽采措施，可以沿顶板走向或倾向钻孔抽采，抽采泵站可以是固定式的或井下小型移动式的，其次，要考虑采用科学的采面通风方面，从根本上消除积聚隐患。最后才考虑采用导风帘风局部措施来解决小范围的积聚，使风流通过采煤工作面上隅角三角区，将瓦斯带走，将上隅角处积存的瓦斯排除。（2）炮眼内积存瓦斯的要及时处理。采煤工作面炮眼内的瓦斯浓度可能会超过1.0%时，采用有效措施进行处理。装药要做到火药要顶到炮眼根部，装药后要随即用炮泥将炮眼填实、填满。（3）采空区中积聚瓦斯的拍除方法。如工作面的瓦斯超限，而且主要来源于采空区，应选用Z型或Y型通风系统，改变采空区瓦斯流向，避免其威胁采煤工作面安全；或将采空区上部小阶段回风巷的密闭墙打开，以增加漏风来排除采空区中的瓦斯；或在工作面回风巷加设调节风窗，强迫采空区中的瓦斯不向工作面涌出；有条件时应进行邻近层或采空区瓦斯抽放。对于综采放顶煤工作面，应在U型通风系统基础上，沿顶板加掘一条专用回风巷，进行“一进两回”式通风。2.52 井下巷道中积聚瓦斯的处理（1）巷道冒顶空间里积存的瓦斯，可以采用以下几种方法及时进行处理：风袖通风法，即在风筒上接一段分支小风筒直通巷道顶板冒顶处，排除积聚的瓦斯；挡风板引风法，即在巷道支架顶梁上钉挡板，把风流引到冒顶处，吹散积存的瓦斯；充填隔离法，即在支架顶梁上钉木板或篱笆，然后用黄土、沙子或惰性气体充填、堵塞空间，排除积聚的瓦斯。（2）巷道顶板处积聚的瓦斯，可以采用提高巷道内风速（大于1m/s）来消除，或利用导风板、引射器等引风吹散。（3）处理停风的独头掘进巷道中积存的瓦斯，必须制定专门的安全排放措施，控制送入独头巷道中的风量排放。排放时，应有瓦斯检人员在独头巷道回风流与全风压风流混合处检查瓦斯，当瓦斯浓度达到1.5%时，应指令风量调节人员，减少向独头巷道的送入风量，严禁“一风吹”。瓦斯排风后，只有恢复通风的巷道风流中，瓦斯浓度不超过1.0%和二氧化碳浓度不超过1.5%时，方可恢复正常通风。2.53 刮板输送机底槽处积聚瓦斯的处理刮板输送机停止运转时，底槽附近有时会积聚高浓度的瓦斯。在运煤时，刮板与底槽之间摩擦产生的火花能引起瓦斯燃烧、爆炸因此必须排除该处的瓦斯。处理方法有（1）设专人清理输送机底下遗留的煤炭，保证底槽畅通，使瓦斯不易积聚。（2）保持输送机经常运转，即使不出煤也让输送机继续运转，以防止瓦斯积聚。（3）吊起输送机处理瓦斯的积聚。如果发现输送机底槽内有瓦斯超限的区段，可把输送机吊起来，使空气流通而排除瓦斯。（4）压风排瓦斯。有压风管路的地点可以将压风引至底槽进行通风，排除积聚的瓦斯。“先抽后采、监测监控、以风定产”确立了瓦斯防治的指导思想和方法。在煤矿生产过程中，瓦斯爆炸、燃烧和窒息事故的防治应以预防为主，落实好各项规章制度，杜绝日常生产中存在的瓦斯危害隐患。2.6 桃山矿瓦斯抽采设计2.6.1 桃山矿瓦斯抽采的目的和意义1）瓦斯抽采的目的（1）防治煤与瓦斯突出，防止瓦斯超限和积聚；（2）降低煤层瓦斯含量，减小开采过程瓦斯涌出量；（3）保证煤矿安全生产。2）瓦斯抽采的意义（1）减少瓦斯涌出，减少瓦斯积聚，避免瓦斯燃烧或爆炸，保证矿井安全生产；（2）预防煤与瓦斯突出事故，减少人员伤亡；（3）使瓦斯为工业生产和人民生活服务，变害为利，创造良好的社会效益和经济效益；（4）减少瓦斯对大气的污染，有利于生态坏境的保护。此外，结合所给定的矿井地质资料和生产技术资料，运用所学的专业知识进行矿井瓦斯抽采系统设计，达到以下三个目的：一是确定矿井合理的瓦斯抽采系统，进行合理的抽采技术参数计算，选择合理的抽采设备，因地制宜地制定安全对策措施，以保证矿井安全生产；二是为现场矿井瓦斯抽采工程设计与瓦斯管理提供参考；三是通过理论结合实际，提高自己的工程设计能力以及分析和解决问题的能力。2.7 桃山矿瓦斯抽采设计任务以龙煤集团桃山矿为设计对象，了解桃山矿矿井概况，明确开展瓦斯抽采系统设计的目的与意义；收集或者利用专业理论知识计算并分析新安矿瓦斯涌出量与来源、瓦斯压力与含量、瓦斯储量与可抽量以及钻孔瓦斯流量衰减系数等瓦斯基础数据；结合现有瓦斯抽采技术体系，依据桃山矿68号本煤层、72号79号邻近层瓦斯基础条件，确定煤层瓦斯抽采技术方案；开展钻孔长度与角度、钻场或钻孔间距、抽采率等关键技术参数计算或设计，并针对系统主要设备进行计算与选型，明确瓦斯抽采管路系统敷设及附属装置安装要求；最后，制定出桃山矿瓦斯抽采系统运行监测与安全措施。从而实现桃山矿瓦斯有效抽采、矿井生产安全的目标2.8 桃山矿瓦斯抽采设计技术路线 采用现场提供的测定数据和理论分析相结合的设计方法。具体为：利用现场提供的测定数据，包括瓦斯涌出量、煤层瓦斯压力与含量、煤层透气性系数、瓦斯流量及衰减系数；利用理论分析方法进行抽采方案选择，对瓦斯抽采进行可行性的评估论证和现场提供的考察，设计出整个矿井的瓦斯抽采方案。首先确定矿井瓦斯抽采的必要性与可行性 ，即对矿井瓦斯涌出量预测结果，确定回采工作面瓦斯涌出来源与构成，来说明瓦斯抽采的必要性。矿井瓦斯抽采方案初步设计包括：抽采方法选择的原则及抽采瓦斯方法选择，在进行抽采瓦斯方法选择时有下列方法：本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区抽采。 具体设计步骤如下：(1) 收集桃山矿资料（包括地理概况、地质情况、煤层赋存情况和巷道布置等。）(2) 测定桃山矿瓦斯基础数据及计算（包括瓦斯涌出量、煤层瓦斯压力与含量、煤层透气性系数、瓦斯流量及衰减系数等的测定。）（3）对桃山矿作出抽采可行性分析（必要性和可行性分析。）（4）设计桃山矿瓦斯抽采方案（抽采技术、抽采方法、抽采原理和抽采参数的确定等。）（5）对桃山矿瓦斯抽采设备选型（瓦斯抽采泵及附属设施等。）（6）设计桃山矿瓦斯抽采安全措施3 桃山矿抽采瓦斯设计参数3.1 瓦斯涌出量预测方法 3.1.1 统计预测法统计预测法是国内外矿井长期以来普遍采用的矿井瓦斯涌出量预测方法，该方法主要用于生产矿井深部水平或开采技术条件上、地质条件相同或类似的邻近矿井的瓦斯涌出量预测。该方法的基本原理是：根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开采深度，采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程，并经过统计检验，确认回归方程有意义后，用于对深部（或条件相同矿井）未采区域的瓦斯涌出量作出预测。而通常采用的瓦斯涌出量梯度a，实际上是瓦斯涌出量Q对开采深度H的回归方程的线性回归系数。使用这种预测方法时，一般分两步：即首先需将矿井历年生产过程中积累的实际测定的相对瓦斯涌出量经过去伪存真核实后，计算出相对瓦斯涌出量梯度a；其次，根据计算出的瓦斯涌出量梯度a，外推至深部区域，计算出深部待采煤层的相对瓦斯涌出量。而相对瓦斯涌出量可以根据统计和数据按式算出：式中：统计期内的相对瓦斯涌出量，m3/t；统计期内各采煤区段瓦斯涌出量与抽采瓦斯量的总和，m3；统计期内，第i采煤区段的产煤量，t。实践表明，在地质条件正常、采矿技术条件相近似的条件下，在瓦斯带内，相对瓦斯涌出量与开采深度之间的关系，呈近似线性关系，其直线斜率的倒数称之为瓦斯涌出量梯度a，其物理意义为：相对瓦斯涌出量平均每增加1 m3/t，开采深度增加的平均值，其数学关系式可用式表达：式中：H1，H2分别为瓦斯带内的两个开采深度，m； q1，q2对应于H1，H2深度的相对瓦斯涌出量，m3/t； n指数，在现代开采深度条件下，n值一般取1。如果我们知道了矿井生产水平的瓦斯涌出量梯度，就可以按公式预测深部水平的相对瓦斯涌出量：式中：q0瓦斯带上边界的相对瓦斯涌出量，等于23 m3/t；H0瓦斯带上边界(或瓦斯风化带下边界)的垂深，m；H预测相对瓦斯涌出量为处的垂深，m。3.2 矿井瓦斯等级鉴定鉴定矿井瓦斯等级的鉴定指标为矿井相对瓦斯涌出量，矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式。1）矿井瓦斯等级划分按照矿井瓦斯涌出量和涌出形式，将瓦斯矿井分为三级，级别及其划分标准如下：瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10 m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量40 m3/min。高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量40 m3/min。煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井：矿井发生过煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出现象。2）瓦斯矿井的高瓦斯区域鉴定瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或有瓦斯(二氧化碳)喷出的个别区域(采区或工作面)为高瓦斯(二氧化碳)区，该区应按高瓦斯矿井管理。3）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井的鉴定煤矿安全规程第一百七十六条规定：矿井在采掘活动过程中,只要发生过一次煤(岩)与瓦斯突出,该矿井即为突出矿井,发生突出的煤层即为突出煤层。根据桃山矿最新提供的资料，瓦斯绝对涌出量为20.00m3/min，由此知，瓦斯等级属于高瓦斯矿井。3.3 煤层瓦斯压力及含量测定3.3.1 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力是煤层瓦斯流动和涌出的最基木的参数；因此，准确测定煤层瓦斯压力不仅对煤层瓦斯抽采具有重要意义；而且对于煤和瓦斯突出危险性预测，合理制订防突措施等均具有十分重要的作用。几十年来，国内外有关学者对一此也进行了许多研究，提出了各种各样的测定方法，归纳起来，主要可分为间接测定法和直接测定法。间接测定煤层瓦斯压力的方法（以下简称间接测压法）是根据煤层瓦斯流动的规律、煤层的渗透系数、瓦斯解吸规律、煤层瓦斯含量系数或瓦斯容量曲线，在测定地点附近测定煤层瓦斯涌出量或统计采掘中的涌出量等参数，根据所测的这些数据，进行计算推测出需要测定地点的瓦斯压力。因此，间接测压法一般用于难使用直接测压的条件下，在实际工作中常用直接测压法测定煤层瓦斯压力。直接测定瓦斯压力的方法（以下简称直接测压法）测定煤层瓦斯压力,通常是从围岩巷道（石门或围岩钻场）向煤层打孔径为75 mm的钻孔，要贯穿整个煤层（厚煤层应钻入煤层3 m以上），孔中放测压管，将钻孔密封后，用压力表直接进行测定。为了测定煤层的原始瓦斯压力，测压地点的煤层应为未受采动影响的原始煤体。根据桃山矿提供的资料，68#、72#和79#煤层瓦斯压力的结果见表3.1所示。表3.1煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力/MPa煤层标高/m682.51 -310310.00 721.30 -294791.62 -3153.3.2 煤层瓦斯含量的测定煤层瓦斯含量是指单位体积或重量的煤体中所含有的瓦斯量，按标准状态下的体积而言，也就是吸附和游离两种状态下的瓦斯量的总和，煤层瓦斯含量的测定方法主要是间接测定方法。间接测定方法，即计算法，一般是根据瓦斯含量的计算公式，并进行有关参数的实验室测定而得出。根据煤矿瓦斯抽采规范AQ10272006，其计算公式如下：煤层瓦斯含量的确定 式中：a吸附常数， m3/t；b吸附常数 ， Mpa-1；P煤层绝对瓦斯压力，MPa；Aad煤的灰分， %；Mad煤的水分，%；K煤的空隙体积，m3/m3；R煤的视密度，t/m3。根据矿上提供的资料，对桃山矿煤层的68#、72#和79#煤层进行有关数据试验的测定，测定结果见表3.2所示。表3.2 煤炭工业分析及瓦斯有关参数试验测定结果煤层瓦斯压力P（MPa）工业分析视密度R（t/m3）孔隙容积K（m3/ t）吸附常数水分Mad （%）灰分Aad （%）a（m3/t）b（MPa-1）682.511.6116.701.465.4829.410.374721.301.8314.671.458.2820.660.521791.621.4313.351.444.1716.530.781把试验测定的有关参数带入上式(2-4)，计算得68#、72#和79#煤层的瓦斯含量为X68=41.23 m3/t ；X72=92.11 m3/t，X79=52.19 m3/t3.4 煤层透气性系数煤层透气性系数是反映煤层瓦斯流动难易程度的标志。煤层透气性系数的测定是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属于径向不稳定流动的基础上建立的。该方法的测定按下列步骤进行。测定步骤:1) 从岩石巷道向煤层打钻孔，孔径不限。钻孔与煤层的交角尽量接近90。要记录钻孔的方位角和仰角以及钻孔在煤层中的长度。钻孔进入煤层和打完煤层的时间(年、月、日、时、分)，取这两个时间的平均数作为打钻时钻孔瓦斯开始流动的时间。钻孔结束后，用水冲洗钻孔清除钻孔内的煤屑。 2) 封孔测定钻孔瓦斯压力，要求封孔严密，封孔深度在岩石巷道中不小于3 ，以求能准确地测得煤层的真实压力，测定瓦斯压力的导管直径要大一些。在透气系数大的煤层可使用半寸管，在上压力表之前，测定钻孔瓦斯流量，记录流量和时间(年、月、日、时、分)。 3) 压力表上升到煤层真实压力或压力表稳定后，即可进行测定。4) 卸下压力表排放瓦斯，测量钻孔瓦斯流量，在测定时要记录卸表大量排放瓦斯的时间，作为瓦斯开始流动的其始时间，并记录每次测定瓦斯流量的时间(年、月、日、时、分)。 根据地质报告测压钻孔情况，68#煤层的透气性系数为0.910 m2/（MPa2.d），72#煤层的透气性系数为0.680 m2/（MPa2.d），79#煤层的透气性系数为1.050 m2/（MPa2.d）均属于可以抽采类型。3.5 钻孔瓦斯流量及其衰减系数钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关系的系数，可作为评估开采层预抽瓦斯难易程度的一个指标。 测算方法：选择有代表性、未受采动影响的煤层区域，向煤层打直径75 mm的钻孔，测出其初始瓦斯流量，经过时间t（10天以上）后，再测其瓦斯流量，然后以下式计算之：式中： 钻孔瓦斯流量衰减系数，；钻孔初始瓦斯流量，m3/min；经过时间后的钻孔瓦斯流量，m3/min； 时间，。将上面测定的数据带入得钻孔瓦斯流量衰减系数：（68）=0.0036 d-1；（72）=0.0027 d-1； （79）=0.0031 d-13.6 煤层瓦斯可抽采性评价矿井瓦斯抽采要建立抽采前、抽采过程和抽采后的评价机制。抽采前要对煤层抽采的必要性进行预测和评价，落实“应抽尽抽”的瓦斯治理战略；抽采过程中要进行抽采参数检测，对抽采方法选择和钻孔参数设计的合理性进行评价，以便改进设计，提高抽采率；抽采后要对抽采方法、钻孔布置和效果进行评价，确认是否达到抽采目标、是否消除突出危险性。3.6.1煤层瓦斯抽采原则1）瓦斯抽采要有目的性。从煤矿安全生产角度出发，抽采的目的一是防治煤与瓦斯突出，即突出煤层在采掘作业前必须将其范围内煤层的瓦斯含量和瓦斯压力降到突出危险值以下煤层瓦斯含量8m3/t，煤层瓦斯压力8时，底部或下帮5 m）。钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5 m以上。如不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15 m以上。（2）煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线外8 m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5 m）及工作面前方10 m以上。（3）采煤工作面控制范围（最小超前距）为：工作面前方20 m以上。倾角大于8时，由于自重的作用，安全性提高，底部和下帮的控制范围可减少为5 m。2） 瓦斯抽采使采煤作业前瓦斯涌出量降低到正常通风能解决的程度。瓦斯涌出量主要来自邻近层或围岩的采煤工作面时，瓦斯抽采率应满足表3.2的规定；瓦斯涌出量主要来自开采层的采煤工作面前方20 m以上范围内时。表3.3 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标工作面绝对瓦斯涌出量Q/ m3m in-1工作面抽采率/%备注5Q1020风排瓦斯量 48 m3/min10Q2030风排瓦斯量 714 m3/min20Q4040风排瓦斯量 1224 m3/min40Q7050风排瓦斯量 2035 m3/min70Q10060风排瓦斯量 2840 m3/minQ10070风排瓦斯量30 m3/min3）矿井瓦斯抽采率。确保矿井正常通风能力足以满足要求，限制不合理地增加矿井风量，并符合表5.2的要求。表3.3 矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井绝对瓦斯涌出量Q/ m3m in-1矿井抽采率/%备注Q2025风排瓦斯量15 m3/min20Q4035风排瓦斯量 1426 m3/min40Q8040风排瓦斯量 2448 m3/min80Q16045风排瓦斯量 4488 m3/min160Q30050风排瓦斯量80150 m3/min300Q50055风排瓦斯量135225 m3/minQ50060风排瓦斯量200 m3/min4）工作面瓦斯抽采应确保工作面风速不超过4 m/s，瓦斯浓度不超过1%。4 桃山矿瓦斯抽采方案4.1瓦斯抽采的方法及其原理抽采瓦斯的技术是指从瓦斯源（主要是煤层和采空区）抽取瓦斯的技术手段，主要有钻孔抽采、巷道抽采和巷道与钻孔相结合抽采三种。4.1.1 抽采瓦斯的方法抽采瓦斯的方法见表4.1所列。表4.1矿井瓦斯抽采方法分类表分类方法瓦斯抽采方法（1）按抽采瓦斯的来源分类（1）本煤层瓦斯抽采（2）邻近层瓦斯抽采（3）采空区瓦斯抽采（2）按抽采工艺分类（1）巷道抽采法（2）钻孔抽采法（3）巷道、钻孔混合抽采法（3）按抽采原理分类（1）未卸压层抽采（2）采动卸压抽采（3）人为缷压抽采（4）按抽采与采掘的时间关系分类（1）采前抽采（也叫预抽）（2）采中抽采（也叫卸压抽采）（3）采后抽采（也叫采空区抽采）4.1.2 抽采瓦斯的原理预抽煤层瓦斯是利用煤层原始的裂隙以及原始的瓦斯压力达到抽采目的。当钻孔进入煤体后，其周围形成一个复杂的径向不稳定流动场。瓦斯向钻孔流动的规律与煤层瓦斯压力，透气性，瓦斯含量，地应力，流动时间以及其他一些条件有关。对于透气性大的煤层，瓦斯涌出衰减速度慢，有一个较长的涌出量，较高的阶段供钻孔抽采。对于透气性小的煤层，瓦斯涌出衰减速度快。瓦斯涌出很快进入流量很小的阶段，没较长时间的较高瓦斯涌出量阶段供钻孔抽采。根据实测资料，煤层有随着抽放时间增长而透气性增大的趋势。所以衰减曲线平滑段是一个长时期比较稳定的低流量涌出阶段，对这种煤层，采用加密钻进行长时期抽采瓦斯，可以达到预期的抽采效果。4.1.3 瓦斯抽采方法概述 1） 桃山矿本煤层瓦斯抽采68#层左五片抽放巷，全长600米，开拓断面宽高：2.4m2.4m，于2008年6月份施工完毕，2008年7月份至9月份，我抽放科进入该巷道内，准备打钻为高抽巷增大抽放范围，采用顺抽放钻孔，沿高抽巷层位向上钻孔，打8个顺层抽放钻场，每个钻场内布置34个钻孔。三采区现有3层主力开采煤层，68、72、79#层，其中68#与72#层间距较近（仅6米左右），该抽放巷施工层位位于68#煤层上部1520m处，全长700余米，三开掘进队施工到位撤出后，我矿抽放科组织ZDY3200S型钻机进入该抽放巷，在该巷内顺层向上打岩层裂隙带钻孔，共施工8组钻场，每个钻场内布置3个钻孔，孔长80120米。施工完毕撤出钻机，上好集风器、测试口、放水器及抽放管路后在外打设高抽巷密闭。42035兑位68#左六片后，大量高浓度瓦斯从高抽巷及抽放钻孔进入抽放系统，使采煤工作面正常生产不受瓦斯影响。68#左六片开采完毕后，其顶底板裂隙进一步发育。至42031兑位72左六片时，采煤工作面瓦斯沿采动裂隙经68#采空区进入瓦斯抽放系统。三采区68#层左五片高抽巷，抽放浓度一直在4060，混合流量2030m3/min，连续抽放到现在，抽放时间近两年，总抽出瓦斯量达1800多万立方米。4.2 抽放瓦斯方式及方法(一)抽放方式：本工作面为走向长壁后退式采煤法。根据瓦斯抽放经验及实际采场情况，决定采用对裂隙带打钻孔抽放方式抽放瓦斯。(二)抽放方法：根据瓦斯赋存实际情况，决定沿着68#层专用高位瓦斯抽放巷打高位钻孔抽放方式。(三)钻场间距、钻孔间距及个数：结合采煤工作面的实际情况，综合分析68煤层掘进时瓦斯涌出规律，确定在工作面高抽巷内，每隔20米打一对抽放钻孔，共计钻场51个。(四)钻孔角度：为了保证钻孔的抽放浓度，钻孔终孔位置必须深入到顶板裂隙带中，钻孔的抽放有效范围预计半径4米，确定钻孔终孔间距为10米，沿煤层倾向作平行布置。68层顶板裂隙带经计算位于距煤层底板法线424米之间，综合考虑68#煤层在回采时，属开采保护层活动，使煤体、顶板中的瓦斯大量向回采空间涌出，故将所有高位钻孔布置在高位抽放巷内，以高位钻孔隔断68#层顶板及采空区上浮的瓦斯。各钻孔布置角度如下：4.3 钻机选型及开孔孔径、孔深根据钻孔长度及钻场间距，决定使用桃山煤矿现有的石家庄矿山设备有限公司MKD-5S型液压钻机，最大钻孔孔深300米、孔径94mm，满足设计孔深120米、孔径94mm的要求。4.4 封孔注：本面为高抽巷整体抽放，不必进行封孔操作，本钻孔全部施工完毕后，在抽放巷中施工密闭设管抽放。1封孔长度应根据钻孔孔口段煤(岩)性质、裂隙发育程度及孔口负压等因素确定，并应符合下列要求：（1）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；（2）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；（3）在煤壁开孔的钻孔，封孔长度可取5m8m；（4）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；、封孔长度：2、封孔材料：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、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：（1) 岩壁钻孔；宜采用封孔器封孔；（2) 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；4.5 抽放瓦斯管路系统(一)抽放流程：68#层左五片高抽巷钻孔/68层左五片高抽巷五片前石门三采区五片副井绕道三采区三水平副井下山三采区三水平副井绕道-400主运石门-400瓦斯专用抽放巷地面瓦斯专用抽放钻孔2#瓦斯抽放泵站排空。(二)管路选型：设计管路内纯瓦斯流量达15 m/s，抽放瓦斯浓度为60，混合量抽放总风量为25m/min，管中瓦斯混合物流速为20m/s，则分管管径按下列公式选取： 式中：瓦斯管内径m管内瓦斯流量m/min瓦斯在管路中的平均流速m/s(一般取10-15m/s)根据预计抽放量及浓度，经计算瓦斯抽放管路选用200玻璃钢管300米，满足瓦斯抽放效果。(三)管路中的附属设备：1、在抽放巷密前、管路每间隔200米，变坡处设置阀门及放水器。2、在主管路与支管路连接处设置支管路阀门。3、在抽放系统上安装一套孔板流量计，并带有旁通。(四)钻场通风：1、钻场采用JBT52-2型风机配合胶质风筒压入式通风。2、供给钻场风量不得小于110 m/min。4.6 抽采设备选型4.6.1 瓦斯泵选型原则1) 瓦斯泵的抽气速率必须满足矿井瓦斯抽放期间，预计最大瓦斯抽出量的要求；2）在抽采期间，瓦斯泵压力必须满足克服瓦斯管露系统最大压力损失；3）抽采设备本身必须具有高气密性，防止运转时瓦斯渗入站房；4）抽采设备必须配备防爆电气设备及防爆电动机。5)抽采瓦斯泵选型桃山煤矿固定抽放站的抽放泵型号为SKA-420型抽放泵，最大抽气量为153m3/min，而实际抽气量达到105m3/min4.6.2 抽放核定所需的参数1、200金属抽放管的摩擦阻力系数a=6.5310-42、泵的抽放负压h泵实=H额85%=810.85=68.85KPa3、泵流量Q泵实=Q额85%=850.85=72.25m3/s5 瓦斯抽采安全措施5.1 瓦斯抽放安全措施5.1.1 地面泵站安全措施：、 必须保证泵站严密不漏气，瓦斯浓度、压力、风速、温度检测系统 灵敏可靠。2、保证供水系统安全可靠。3、地面泵房必须用不燃性材料建筑，并必须有防雷电装置。其距进风井口和主要建筑物不得小于50米，并用栅栏或围墙保护。4、地面泵房和泵房周围20米内，禁止堆积易燃物和有明火。5、抽放瓦斯泵及附属设备，至少应有一套备用。6、地面泵房内电气设备、照明和其它电气仪表都应采用矿用防爆型；否则必须采取安全措施。7、泵房必须有直通矿调度室和电话和检测管道瓦斯浓度、流量、压力等参数的仪表或自动监测系统。8、泵房必须有专人值班，经常检测各参数，做好记录。当抽放瓦斯泵停止运转时，必须立即向矿调度室报告。5.1.2 打钻安全措施1、 进入工作面的人员必须严格执行敲帮问顶制度。敲帮问顶”工作必须遵守下列规定：（1）敲帮问顶工作应有两名以上有经验的老职工承担，一人找顶，另一人观察顶板，找顶人员要站在安全地点，观察顶板人员要站在找顶人员的斜后方，不得影响找顶人员的退路，找顶前要看好退路。（2）敲帮问顶要从支护完整处，由外向里先顶后帮依次进行，找顶范围内严禁人员进入。（3）敲帮问顶工作人员应戴手套、用长柄工具，注意防止矸石顺杆而下伤人。（4）顶帮遇有大块矸石或较大面积离层时，应首先设置临时支护，保证安全后由外向里慢慢找下，不得强挖硬刨。2、钻机固定必须平稳、牢固，压戗整齐，并上好防倒绳。3、打戗柱前必须将顶板活浮石用2.5m长钩钎处理下来，处理不下来的必须打设临时加强支护。4、戗柱初撑力不得小于60kN，立柱严禁超高过底使用。5、稳钻机必须三人作业，两人扶钻机找好角度，保证立柱直立，放好木帽，另一人打紧木楔。6、钻机及立柱在搬运时要轻拿轻放，严禁碰撞，严禁