煤矿抽采达标工艺的设计方案.doc

煤矿抽采达标工艺的设计方案1 井田概况1.1 交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5km。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1-1：图1-1 交通位置图1.2 自然地理1.2.1 地形与地貌特征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。1.2.2 水文井田西部有图们江流过，宽50100m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2.0-3.8m，可防20年一遇的洪水。1.2.3 气象与地震历年最低气温-31，最高气温34，历年平均气温5-6；历年最大降雨量842.6mm，最小为416.2mm；年最高蒸发量1535.4mm，最低为1100.1mm，冻结期为11月至翌年5月，冻结深度1.5m；主要风向为西风及北西风，一般5-6级。本区地震活动强度较小，频率低的弱震区。1.2.4 电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kw。矿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60kV。八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。1.2.5 水源情况八连城供水由城西矿加压站引入管线。1.3 井田境界及煤炭储量1.3.1 井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8km，东西平均宽4.5km，面积36km2。1.3.2 煤炭储量 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。1.4 矿井地质与煤层赋存1.4.1 矿井地层本井田含煤地层为第三系珲春组（E2-3H），基底为上侏罗统屯田营组（J3T）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、18-2等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、19-1、19-2、20、23、26等6层主要可采煤层和21、23-1、23-2、26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0280m左右。与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。1.4.2 地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EWNEE ，倾角小于15。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F7F10之间略向南偏移至F13F21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F7、F52、F13、F58、F55、F21等断层，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：F7、F81、F68、F13、F22、F88，落差大于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7422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。1.4.3 煤层及煤质 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0.5或接近0.5煤层本井田主要含煤地层位于第三系珲春组（E2-3H）。共有煤层25层，全区有5个主要可采煤层，为19#、19-1#、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1-1。 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14.5%；原煤干燥基灰分平均31.78%，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。1.5 矿井生产情况1.5.1 矿井生产现状 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0.9Mt/a，服务年限为74a，现核定生产能力为1.8M/a。表1-1 可采煤层厚度、结构、间距表编号厚 度（m）间 距（m）计量面积（km2）结 构（分层）可采程度两极值一般两极值一般90-1.590.5-1.0104-190120-1503.01-2局部可采120-1.350.5-0.91.281-2局部可采11-2615-20130-1.300.5-0.94.761-2局部可采20-6830-45150-1.250.4-0.82.701-2局部可采38-5340-50180-1.850.4-0.90.831局部可采2-175-1018-20-1.400.5-1.01.731-2局部可采3-185-12190.2-3.700.8-1.526.661-3大部可采1-195-1019-10-2.370.5-1.010.701-2局部可采1-124-1019-20-2.500.6-1.221.301-2大部可采3-225-12200.2-2.461.0-1.519.571-3大部可采1-145-10210-1.340.4-0.810.131-2局部可采2-295-20230-2.940.8-1.520.601-3大部可采0.5-184-1023-10-1.860.5-0.94.931-2局部可采0.5-4.51-223-20-1.950.5-1.04.771-2局部可采3.5-287-15260-2.650.6-1.517.981-4大部可采0.5-132-726下0-1.880.5-1.06.811-2局部可采1.5-184-14280-1.680.6-1.09.421-3局部可采1-9.02-528下0-2.310.5-0.82.221-4局部可采8-3410-2030上0-2.070.5-0.91.981-3局部可采0.4-101-4300-1.650.4-0.82.801-3局部可采4-248-1530下0-2.350.4-1.43.301-3局部可采6-2910-20320-2.180.4-1.04.441-3局部可采0.5-134-832下0-1.800.3-0.81.431-3局部可采5-3010-20330-1.780.4-1.51.771-4局部可采12-2715-20340-3.200.3-1.61.601-5局部可采1.5.2 井田开拓方式、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-420m。 采区划分、采区储量及开采顺序全井田把精查区7.2km的南北长分为北、中、南三个区，F13断层以北为北部区；F23断层以南为南部区；F13到F23断层之间为中部区，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1500-2500m，长度为700-1300m。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。1.6 矿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-2003年度瓦斯绝对涌出量（最大）为8.45m3/min，鉴定为低瓦斯矿井。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48.56m3/min。- 49 - 2 矿井煤层瓦斯2.1煤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。2.1.1 煤层瓦斯压力19#煤层的瓦斯压力在0.91.4MPa之间； 20#煤层的瓦斯压力在1.55MPa；26#煤层的瓦斯压力在1.612.34MPa之间。2.1.2 煤层瓦斯含量19#煤层的瓦斯含量在6.28.18m3/t之间； 20#煤层的瓦斯含量在0.76.04m3/t；26#煤层的瓦斯含量在5.086.02m3/t之间。2.1.3 百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1.4210-32.20110-3m3/min之间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在0.01820.0235d-1之间；煤层的百米钻孔初始自然瓦斯涌出量2740.110-3m3/min之间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在0.019d-1之间.2.1.4 煤层透气性系数19#煤层的透气性系数在0.1072.356m2/MPa2.d之间；20#煤层的透气性系数为0.336m2/MPa2.d；26#煤层的透气性系数为0.2291.192m2/MPa2.d之间。2.2矿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：Wk=Wl十W2十W3 式中：Wk矿井瓦斯储量，Mm3； Wl可采煤层的瓦斯储量，Mm3； Ali矿井可采煤层i的地质储量，Mt； X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量，m3t； W2受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， （Mm3）A2i受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，Mt； X2i受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，m3t； W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3,按下式计算： W3K(W1十W2) K围岩瓦斯储量系数，取K0.15。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：Wkc=kWk 式中：Wkc矿井可抽瓦斯量，Mm3；k矿井瓦斯抽放率，按照我国目前的技术水平；Wk矿井瓦斯储量 Mm3；按上式计算得出煤层的瓦斯储量及可抽量，计算结果见表2-1所示。从表2-1可以看出，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167394.8Mm3和50218.43Mm3，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。表2-1 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(10kt)可采储量(10kt)瓦斯含量(m3/t)瓦斯储量 (10km3)可采煤炭瓦斯储量 (10km3)抽放率（%）可开发瓦斯量(10km3)9262.3182.38.182146 1491 30 447 12127.488.58.181042 724 30 217 13206.2143.38.181687 1172 30 352 158.181870.5498.18577 401 30 120 18-227.218.98.18222 155 30 46 192349.51632.98.1819219 13357 30 4007 19-1949.1659.68.187764 5396 30 1619 19-21036.7720.58.188480 5894 30 1768 201934.71344.66.0411686 8121 30 2436 21314.5218.66.041900 1320 30 396 231822.11266.46.2611406 7928 30 2378 23-1514.1357.36.263218 2237 30 671 23-2176.1122.46.261102 766 30 230 261453.91010.56.269101 6326 30 1898 26下596.8414.86.263736 2597 30 779 28565.6393.16.263541 2461 30 738 28下276.6192.26.261732 1203 30 361 30上207.21446.261297 901 30 270 30242168.26.261515 1053 30 316 30下323224.56.262022 1405 30 422 32411.7286.16.262577 1791 30 537 32下145.2100.96.26909 632 30 189 33197.5137.36.261236 859 30 258 34220.4153.26.261380 959 30 288 小计14430.39785.4 99494 69149 20745 岩层9949 6915 2074 合计109444 76064 17610 3 瓦斯抽放的必要性和可行性3.1 瓦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11.6216.84m3/t，20#工作面瓦斯涌出量为17.42m3/t；26#工作面瓦斯涌出量为19.77m3/t。煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量预计见表3-13-3。表3-1 19#煤层不同产量下工作面瓦斯涌出量预计 单位：（m3/min）产量（t）1002003004005006007008009001000瓦斯涌出量1.17 2.34 3.51 4.68 5.85 7.02 8.19 9.36 10.53 11.69 产量（t）1100120013001400150016001700180019002000瓦斯涌出量12.86 14.03 15.20 16.37 17.54 18.71 19.88 21.05 22.22 23.39 产量（t）2100220023002400250026002700280029003000瓦斯涌出量24.56 25.73 26.90 28.07 29.24 30.41 31.58 32.74 33.91 35.08 表3-2 20#煤层不同产量下工作面绝对瓦斯涌出量预计 单位：m3/min产量/t/d1002003004005006007008009001000瓦斯涌出量1.212.423.634.846.057.268.479.6810.8912.10产量/t/d1100120013001400150016001700180019002000瓦斯涌出量13.3114.5215.7316.9418.1519.3620.5721.7822.9824.19产量/t/d2100220023002400250026002700280029003000瓦斯涌出量25.4026.6127.8229.0330.2431.4532.6633.8735.0836.29表3-3 26#煤层不同产量下回采工作面瓦斯涌出量预计 m3/min 产量/t/d1002003004005006007008009001000瓦斯涌出量1.372.754.125.496.868.249.6110.9812.3613.73产量/t/d1100120013001400150016001700180019002000瓦斯涌出量15.1016.4817.8519.2220.5921.9723.424.7126.0927.46产量/t/d2100220023002400250026002700280029003000瓦斯涌出量28.8330.2031.5832.9534.3235.7037.0738.4439.8141.19掘进工作面：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1.72 m3/min，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1.92m3/min。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/min。3.2 瓦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/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采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/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。（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。3.2.1 从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16.84m3/t，产量2000t/d时，绝对瓦斯涌出量23.39m3/min，综掘工作面月进尺450m/月时，其绝对瓦斯涌出量1.72m3/min；20#煤层回采工作面瓦斯涌出量17.42m3/t，产量2000t/d时，绝对瓦斯涌出量24.19m3/min，综掘工作面月进尺250m/月时，绝对瓦斯涌出量1.92m3/min，；26#煤层回采工作面瓦斯涌出量19.77m3/t，产量2000t/d时，绝对瓦斯涌出量27.46m3/min，综掘工作面月进尺200m/月时，绝对瓦斯涌出量2.2m3/mi。回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/min的界限。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。3.2.2 从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，即当瓦斯涌量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时就应当抽放瓦斯，其抽放瓦斯的必要性指标通常以下式表示： 式中：工作面允许的最大风速，4m/s；工作面最小通风断面，5.49m2；允许风流中的瓦斯浓度1%，这里从安全的角度考虑取0.8%；瓦斯涌出不均衡系数，取1.5。按前面计算结果，19#煤层回采工作面瓦斯涌出量16.84m3/t，产量2000t/d时，绝对瓦斯涌出量23.39m3/min，；20#煤层回采工作面瓦斯涌出量17.42m3/t，产量2000t/d时，绝对瓦斯涌出量24.19m3/min，；26#煤层回采工作面瓦斯涌出量19.77m3/t，产量2000t/d时，绝对瓦斯涌出量27.46m3/min。 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。3.2.3 从资源和环保的角度来看瓦斯抽放的必要性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1094.44Mm3和760.64Mm3，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。3.3 瓦斯抽放的可行性3.3.1 本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3-2。八连城煤矿本煤层瓦斯抽放难易程度评价结果见表3-3。表3-2 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(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2d)容易抽放可以抽放较难抽放0.0510100.10.1表3-3 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(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2d)煤层抽放难易程度190.01820.03570.1072.356可以抽放200.0190.336可以抽放260.2290.336可以抽放从表3-3可以看出，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。3.3.2 邻近层、采空区瓦斯抽放的可行性根据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#、18-2#煤层，其下邻近层有19-1#、19-2#、20#、21#、23#、26#煤层均处于其开采影响范围内，18#、18-2#煤层绝大部分的卸压瓦斯涌入19#煤层的采空区和工作面；19-1#、19-2#、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、19-1、19-2煤层，下邻近层有21、23、23-1、23-2煤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。4 矿井抽放瓦斯方案与工艺4.1 抽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。4.2工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4-1。表4-1 工作面瓦斯涌出构成开采煤层采面瓦斯总涌出量(m3/min)本层瓦斯涌出量(m3/min)采空区瓦斯涌出量(m3/min)本层瓦斯所占比例（%）采空区瓦斯所占比例（%）1923.397.9715.4134662024.197.5716.6231692627.467.5319.932872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，4.3 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（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4-1可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4-1。图4-1内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150200m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2.5m，坡度为30，掘6m后返平，再沿煤层顶板掘23m平巷作为钻场，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4-2。煤层走向没有变化的情况下，各钻孔参数见表4-2。图4-2 高位顺层钻孔采空区埋管抽放采空区瓦斯表4-2 高位顺层钻孔技术参数表孔号孔径（mm）方位（）倾角（）开孔位置钻孔间距（m）孔深（m）194545距顶板0.5m0.512015029415450.512015039425450.512015049435450.512015059445450.5120150 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60mm的铁管（或抗静电塑料管），再用钢丝骨架胶管连接到DN400mm抽放管上，再连接到主管路上。 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23m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4-3。这样一来，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。图4-3抽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120150m仰角钻孔，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100m开掘一个垂直回风巷的钻场，长度4m，宽3m，高2.5m，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4-4。若煤层倾角为27，煤层走向没有变化的情况下，各钻孔参数见表4-3。图4-4 仰角钻孔采空区埋管抽放采空区瓦斯表4-3 仰角钻孔技术参数表孔号孔径（mm）方位（）倾角（）开孔位置钻孔间距（m）孔深（m）194079开孔点距钻场顶板0.5m0.512015039410790.512015059420790.512015079430790.512015099440790.5120150294579开孔点距钻场顶板1.0m0.512015049415790.512015069425790.512015089435790.5120150109445790.5120150 封孔工艺： 同方案二。 抽放管路管理：同方案二。4.3 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/d时，在回采开采煤层瓦斯涌出量为7.537.97 m3/min。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/min。 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/min。采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15.4119.93m3/min，考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1.5，工作面最大瓦斯涌出量为22.8229.9m3/min。根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/min。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/min纯瓦斯的能力，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/min进行设计。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/min纯瓦斯的能力，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/min进行设计。4.4 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1.80Mt/a，其服务年限大于20年。4.5 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/min以上；（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/min，同时瓦斯资源可靠、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。5瓦斯抽放管网系统5.1 抽放瓦斯泵房位置及管网敷设路线5.1.1 抽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，地面抽放瓦斯泵房选择在回风井工业广场附近，瓦斯抽放泵站占地面积1092m2，其中长42 m、宽26m。中央采区建立井下移动瓦斯抽放泵站。5.1.2 抽放瓦斯管网敷设路线选择根据井下巷道的布置和地面工业广场内各种设施的分布情况，地面瓦斯泵房选择在回风井工业广场附近，抽放管路通过回风井进入井下。井下移动瓦斯抽放泵站建在-420m井底车场。5.2 抽放瓦斯管路选择5.2.1 瓦斯抽放管路系统的选择原则 抽放管路应敷设在巷道曲线段少和距离最短的线路； 尽量避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设； 考虑安装、检修方便； 如管路发生故障，管道内的瓦斯不至于流入采掘工作面、机房或机电硐室等； 抽放管路系统中必须安装调节、控制、检测、防爆、防回火装置。5.2.2 瓦斯管路敷设路线抽放瓦斯泵站选择在回风井广场附近，抽放管路通过立风井进入井下。管网敷设路线为：负压管网路径：地面抽放瓦斯泵房西采区立风井西采区总回风回采工作面回风巷钻孔（高位抽放巷）。正压管网路径：地面抽放瓦斯泵房放空（用户）井下移动抽放瓦斯泵站选择在-420m井底车场。管网敷设路线为：负压管网路径：井下移动抽放瓦斯泵站回风上山回风巷回采工作面回风巷钻孔（高位抽放巷）。正压管网路径：井下移动抽放瓦斯泵站-395回风巷主井（用户或放空）5.2.3 瓦斯抽放管管径计算及管材选择瓦斯抽放管路管径选择得合理与否，对抽放瓦斯系统的工程投资及抽放系统抽放瓦斯效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；管径过细，管路阻力损失大。按照预测的工作面瓦斯涌出量和工作面的通风能力情况，预计工作面抽放瓦斯量为17.15m3/min，故西采区抽放瓦斯管路按通过17.