瓦斯抽采与利用.doc

瓦斯抽采与利用一、瓦斯抽采的必要性及可行性1、瓦斯抽采的必要性根据国家安全生产监督管理总局2006年发布的煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006）4.1节规定，凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下移动泵站抽采瓦斯系统：、一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5 m3/min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。、矿井绝对涌出量达到以下条件的：1）大于或等于40m3/min；2）年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；3）年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；4）年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。下面从三个方面来详细分析本矿瓦斯抽采的必要性。该矿井为煤与瓦斯突出矿井，需要建立瓦斯抽采系统从矿井瓦斯涌出情况来看瓦斯抽采的必要性矿井初期开采M4煤层时，回采工作面平均相对瓦斯涌出量为12.97m3/t；平均绝对瓦斯涌出量12.28m3/min；矿井后期开采M4煤层时，回采工作面平均相对瓦斯涌出量为20.55m3/t；平均绝对瓦斯涌出量19.46m3/min，回采工作面涌出量大于5m3/min以上。从瓦斯涌出的情况分析，矿井应建立瓦斯抽采系统。从资源利用和环保的角度来看瓦斯抽采的必要性。煤层瓦斯主要为甲烷，是煤层形成过程中的一种伴生产物，煤层开采或掘进过程中涌出的瓦斯不仅对矿井安全生产产生威胁，而且破坏地球大气的臭氧层，污染大气环境。根据气候变迁跨国委员会研究报告，瓦斯温室效应是C02的21倍，瓦斯是一种仅次于氟利昂占第二位的主要温室气体。同时，瓦斯又是一种优质的能源，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，目前国家大力提倡节能减排，节约能源，因此建立地面瓦斯抽采系统，进行瓦斯利用，响应国家政策，可以取得显著的经济效益和社会效益。本矿准备利用抽采出的瓦斯，这对环境保护、资源利用及创收效益都是十分有利的!、从工作面通风能力来看瓦斯抽放的必要性回采工作面抽放瓦斯的必要性分析当回采工作面的瓦斯涌出量高于通风能力所允许的瓦斯涌出量，单靠通风稀释无法达到设计产量时，即有下式成立，瓦斯抽放是必要的。式中：q相回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；q0相通风所能稀释的相对瓦斯涌出量，m3/t；A0回采工作面产量，1364t/d；Q0回采工作面的通风能力，后期按设计Q0=25m3/s；C煤矿安全规程允许的工作面瓦斯浓度，取C1%；K回采工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.3；根据上式确定的本矿回采工作面抽放瓦斯必要性结果见表5-3-1。如果不采取抽放瓦斯措施，回采工作面不可能达到设计的产量，因此回采工作面抽放瓦斯是必要的。 回采工作面抽排瓦斯量 表5-3-1 生产煤层设计产量（t/d）瓦 斯 涌 出 量（m3/t）抽放前通风允许的最大产量(t/d)判别结果抽放量（m3/t）工作面抽放率（%）M4136420.55809需抽放8.3741 掘进工作面抽放瓦斯的必要性分析在设计的掘进速度下，当掘进工作面通风能力小于稀释瓦斯所需的风量，即下式成立时，抽放是必要的。式中：Q0掘进工作面设计通风能力，11m3/s； Q掘进工作面瓦斯涌出量，1.95m3/min；K瓦斯涌出不均衡系数，K=1.6；C煤矿安全规程允许的工作面瓦斯浓度，取C1%,；经过计算，在设计的掘进速度下，掘进工作面通风能力大于稀释瓦斯所需的风量，但是为了安全，本设计掘进工作面采取边掘边抽的方法进行瓦斯抽放。综上所述，本矿在生产期间为达到设计产量，必须对回采工作面进行瓦斯抽放。2、瓦斯抽采的可行性根据煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006）第7.2.1条的有关规定，衡量未卸压的原始煤层瓦斯抽采可行性指标有：煤层透气性系数（），钻孔瓦斯流量衰减系数（）。按、判定本煤层瓦斯抽采可行性标准如表5-3-2所示。根据矿方提供的XX煤业有限公司4、9煤参数测试与分析提供数据，结果为M4煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0397d-1；M9煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0466d-1；均属可以抽采煤层。本煤层预抽瓦斯难易程度分类表表5-3-2抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）煤层透气系数（）容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1较难抽采0.050.1二、瓦斯抽采系统的选择及合理性分析目前，我国抽采瓦斯系统一般分为地面钻孔抽采系统、矿井集中抽采系统和井下临时抽采系统。选择抽采瓦斯系统，主要是根据煤层赋存、地形条件、总体规划状况，矿井瓦斯涌出特点和采煤方法等因素综合分析确定。抽采系统的选择基本原则。、若煤层赋存较浅（800m），煤层较厚，或煤层层数较多，层间距较近，且首采层又为中、下部煤层，地面又较平坦，可采用地面钻孔抽采系数。、若煤层透气性较低，地面地形条件复杂，不适宜采用地面钻孔抽采，则应设立矿井集中抽采系统。、不具备建立全矿井抽采瓦斯系统的矿井，个别区域瓦斯涌出量达到35m3/min，或采用加大风量稀释瓦斯不经济时（如采掘工作面、岩石裂隙带、溶洞等），可采用局部抽采措施。、在选择管路系统时，应根据抽采层位或钻场的分布、地面地形或井下巷道布置、利用瓦斯的要求，以及发展规划等状况，全盘考虑，避免和减少以后在主干系统上频繁改动。瓦斯管路系统的选择是地面或矿井瓦斯抽采工作中的一项重要环节，选择是否合理，不仅直接影响着抽采费用和日常的检查、修理和维护等工作，而且影响着整个矿井的安全生产。根据以上原则，结合其它矿区瓦斯抽采经验，矿井设计确定采用地面集中抽采系统和井下移动抽采。地面集中抽采系统位于工业场地内回风斜井井口附近，进行高负压抽采，抽采地点为综采工作面顺层预抽、抽采工作面穿层预抽、顺槽掘进工作面顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，穿层钻孔预抽邻近层瓦斯、岩巷掘进工作面穿层预抽邻近层瓦斯；井下移动抽采位于一采区回风上山，进行低负压抽采，抽采地点为采空区抽采。三、地面集中抽采（预抽）的预抽量、预抽效果分析1、抽采瓦斯基础参数、煤层瓦斯压力M4煤瓦斯压力为0.93MPa，M9煤瓦斯压力为1.20MPa。、煤层瓦斯含量根据中国矿业大学2009年11月提交的XX桥煤业有限公司4、9煤参数测试与分析，初期M4煤瓦斯含量测算结果总含量平均为11.31m3/t;M9煤瓦斯含量测算结果总含量平均为11.82m3/t；后期M4煤瓦斯含量测算结果总含量平均为16m3/t;M9煤瓦斯含量测算结果总含量平均为17m3/t。、钻孔瓦斯流量衰减系数M4煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0397d-1；M9煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0466d-1。、百米钻孔瓦斯流量M4煤层的初始百米钻孔瓦斯流量为0.01902m3min，百米钻孔排放后瓦斯流量为0.007941m3min；M9煤层的初始百米钻孔瓦斯流量为0.01761m3min，百米钻孔排放后瓦斯流量为0.005492m3min。2、矿井瓦斯来源分析矿井在开采M4煤层期间的瓦斯来源由以下三部分组成：回采工作面的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出和采空区（包括围岩）的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占矿井瓦斯的涌出比例与矿井的开采深度和矿井的生产接续布局、采掘强度等有关，根据矿井瓦斯涌出量预测结果，计算确定本矿生产时期的瓦斯涌出构成为：初期M4煤回采工作面瓦斯涌出量12.28m3/min，占矿井涌出量32.51m3/min的38%，M9煤顺槽掘进工作面瓦斯涌出量1.86m3/min，3个掘进工作面瓦斯涌出量5.58m3/min，占矿井涌出量32.51m3/min的17%，采空区瓦斯涌出量14.65m3/min，占矿井瓦斯涌出量32.51m3/min的45%。后期M4煤回采工作面瓦斯涌出量19.46m3/min，占矿井涌出量46.06m3/min的42%，M4煤顺槽掘进工作面瓦斯涌出量1.95m3/min，3个掘进工作面瓦斯涌出量5.85m3/min，占矿井涌出量46.06m3/min的13%，采空区瓦斯涌出量17.54m3/min，占矿井瓦斯涌出量46.06m3/min的45%。可以看出，本矿瓦斯涌出构成中以回采工作面和采空区瓦斯涌出为主，占全矿井瓦斯涌出量的80%以上，因此矿井的瓦斯治理重点应放在回采工作面上和采空区上。3、抽采瓦斯效果预计 M4煤层预抽瓦斯抽采量预计本矿井开采层设计采用本煤层工作面顺槽顺层钻孔预抽及边采边抽。根据本矿井瓦斯抽采方法，按照AQ1027-2006煤矿瓦斯抽采规范(见表5-3-3)中各抽采方法工作面的抽采率，预计本煤层预抽瓦斯抽采量如下：瓦斯抽放类型、方法、使用条件表5-3-3抽 放 分 类方 法 简 述适 用 条 件工作面抽放率（%）开采层瓦斯抽放未卸压抽放岩巷揭煤与煤巷掘进预抽1）由岩巷向煤层打穿层钻孔抽放2）由巷道工作面打超前钻孔抽放高瓦斯煤层或有突出危险煤层10301030采区（工作面）大面积抽放1）由开采层工作面运输巷、回风巷、煤门等打上下向顺层钻孔抽放或打交叉钻孔抽放2）由岩巷、石门、邻近层打穿层钻孔抽放、突出煤层瓦斯预抽可采用网格布孔3）地面钻孔抽放4）密闭开采层巷道抽放有预抽时间的高瓦斯煤层103010201010采动卸压抽放边掘边抽由巷道两侧或沿巷道向掘进巷道周围打钻孔抽放瓦斯涌出量大的掘进巷道2030边采边抽1）由运输巷、回风巷向工作面前方卸压打钻孔抽放2）由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层打穿层或顺层钻孔抽放煤层透气性较小，预抽时间不充分的煤层10201020开采层瓦斯抽放人为卸压抽放水力割缝松动爆破水力压裂控制爆破1）由工作面运输巷打顺层钻孔用水力割煤2）由工作面运输巷或回风巷打顺层钻孔进行松动爆破3）由岩巷或地面打钻进行水力压裂4）由工作面运输巷或回风巷打顺层钻孔，控制孔不装药，爆破孔装药进行爆破多使用于低透气性煤层预抽203020303030邻近煤层瓦斯抽放抽放上、下邻近层瓦斯由开采层机巷、风巷、中巷等向邻近层打钻邻近层瓦斯涌出量大，影响开采层安全时3060由开采层机巷、风巷、中巷等向采空区方向打斜交钻孔3060由煤门打沿邻近层钻孔3060在邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大，钻孔的通过能力满足不了抽放要求时1540从地面打钻孔地面打钻优于井下时15采空区瓦斯抽放半封闭式抽放密封采空区插管抽放瓦斯涌出量大的老采空区15全封闭式抽放1）由现采空区后方设密闭墙插管抽放2）由采空区附近巷道向采空区上方打钻孔抽放采空区瓦斯涌出量大的回采工作面3030围岩瓦斯抽放围岩裂隙与溶洞1）由巷道向裂隙带或溶洞打钻孔抽放2）密闭巷道抽放有围岩瓦斯涌出或瓦斯喷出危险地区、回采工作面平行布孔和扇形布孔抽采（本煤层顺层钻孔抽采）回采工作面采取上下顺槽打顺层钻孔抽采时，瓦斯抽采率为1030%，采M4煤时设计取20%。、边采边抽在回采工作面预抽不充分，回采过程中采取边采边抽时，瓦斯抽采率为1020%，设计取15%。、由M4煤层向深部打穿层钻孔，网格布孔回采工作面顺槽采取向下打穿层钻孔抽采时，瓦斯抽采率为1020%，初期采M4煤时设计取15%，后期取20%。综上所述根据矿井瓦斯涌出量预测，初期M4煤层工作面瓦斯涌出量为12.28m3/min，瓦斯抽采率按50%计算，这样矿井生产能力为0.45Mt/a时本煤层瓦斯抽采量为12.2850%=6.14m3/min左右；后期M4煤层工作面瓦斯涌出量为19.46m3/min，瓦斯抽采率按55%计算，这样矿井生产能力为0.45Mt/a时本煤层瓦斯抽采量为19.4655%=10.70m3/min左右 采空区瓦斯抽采量预计本矿井采空区抽采采取的有全封闭埋管抽采及半封闭式埋管抽采，老采空区全封闭埋管抽采抽采率为15%，采空区半封闭埋管抽采抽采率为30%，根据所采取的抽采方法对应的抽采率，本矿井初期M4煤采空区瓦斯涌出量为14.65m3/min，瓦斯抽采率按45%计算，则采空区瓦斯抽采量为14.6545%6.59m3/min左右；后期M4煤采空区瓦斯涌出量为20.75m3/min，瓦斯抽采率按45%计算，则采空区瓦斯抽采量为20.7545%9.34m3/min左右。 掘进工作面瓦斯抽采量预计掘进工作面瓦斯抽采率30%考虑。初期2个M9煤顺槽掘进工作面和1个二采区下山掘进工作面共计瓦斯涌出量为5.58m3/min，预计该时期矿井掘进工作面边掘边抽量为5.5830%=1.67m3/min；后期2个M4煤顺槽掘进工作面和1个岩巷掘进工作面共计瓦斯涌出量为5.85m3/min，预计该时期矿井掘进工作面边掘边抽量为5.8530%=1.76m3/min。矿井瓦斯抽采量预计按年抽采365天、日抽采24小时进行计算，矿井设计抽采瓦斯量为上述抽采量预计之和，即矿井抽采量为初期：6.14+6.59+1.67=14.40m3/min。 后期：10.70+9.34+1.76=21.8m3/min。 瓦斯抽采系统设计年抽采瓦斯量计算式为：Qa = Qd N 式中：Qa 矿井设计年抽采瓦斯量，Mm3；Qd 矿井设计日抽采瓦斯量(应根据矿井的采掘部署、矿井（采区、采掘、工作面）瓦斯涌出量预测、通风能力、选用的瓦斯抽采方法及其抽采率等来确定)，Mm3；N矿井设计年工作日数，d。矿井后期年抽采瓦斯量为：Qa=21.81440365=11.46Mm3。抽采系统矿井及工作面瓦斯抽采率矿井瓦斯抽采率是指矿井瓦斯抽采量占矿井瓦斯总涌出量的百分比(按矿井生产能力0.45Mt/a计算)，计算公式：式中 ：矿井瓦斯抽采率，%；qc矿井瓦斯抽采量，m3/min；qy矿井瓦斯涌出量，m3/min。初期开采M4煤层，生产能力为0.45Mt/a时矿井及回采工作面瓦斯总涌出量预计分别在32.51m3/min及12.28m3/min左右，矿井及回采工作面瓦斯抽采量分别在14.4m3/min左右及6.49m3/min左右，矿井及回采工作面抽采率分别约在45%和50%。后期开采M4煤层，生产能力为0.45Mt/a时矿井及回采工作面瓦斯总涌出量预计分别在46.06m3/min及19.46m3/min左右，矿井及回采工作面瓦斯抽采量分别在21.8m3/min左右及9.25m3/min左右，矿井及回采工作面抽采率分别约在45%和55%。4、瓦斯抽采应达到的指标保证钻孔有效抽采时间，保证正常生产，抽采平衡，接替正常。突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量和压力降至煤层始突瓦斯含量和压力以下。矿方必须根据实际煤层瓦斯赋存和突出情况进行的防突专项设计和生产实践进一步优化相应的指标，以达到预抽瓦斯的消突效果。5、提高矿井瓦斯抽采率主要措施、开采层人为卸压措施人为卸压抽采是指人为地增大煤层透气性，即扩大、沟通和产生新的裂隙通道一提高抽采煤层瓦斯效果的方法。人为卸压抽采瓦斯方法的基本原则如下：1）在煤体无自由面的情况下，改善煤中裂隙的分布状况，使煤体中产生透气性良好的贯通裂隙，以提高整个煤层的透气性。2）在煤体有自由面的情况下，使煤体膨胀变形，以提高煤层的透气性。3）从煤层中取出部分物质，形成空洞使煤体卸压，扩大原有裂隙，并产生新裂隙以提高煤层透气性。根据上述原则和现有的技术手段以及煤层条件，本矿井可采取以下人为卸压方法水力割缝、空穴卸压法。水力割缝是在钻孔进入煤层后，在孔内用高压水射流沿煤层层面割出一道裂缝，使其上下煤体松动卸压，增大透气性。、对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采边抽或增大孔径和加密钻孔等方法。四、矿井瓦斯储量、瓦斯储量计算范围根据矿井开拓开采范围，确定矿井抽采范围为XX煤矿全区范围。、瓦斯储量及可抽量1、瓦斯储量W = W1 + W2 + W3 式中 W矿井瓦斯储量，万m3； W1可采煤层的瓦斯储量总和，万m3； A1i矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t； X1i矿井每一个可采煤层的瓦斯含量，m3/t；n矿井可采煤层数； W2受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，万m3；A2i受采动影响后能够向开采空间排放瓦斯的不可采煤层的地质储量，万t；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，m/t；n受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层层数； W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，万m3，实测或按下式计算： W3=K（W1+W2） K围岩瓦斯储量系数，一般取K=0.050.20。经计算，矿井瓦斯储量约517Mm3。2、瓦斯抽采率、工作面瓦斯抽采率确定根据煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006），本矿井初期的回采工作面的绝对瓦斯涌出量为12.28m3/min，矿井瓦斯涌出量为32.51m3/min，后期回采工作面的绝对瓦斯涌出量为19.46m3/min，矿井瓦斯涌出量为46.06m3/min，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下移动抽采系统。本根据煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006），采煤工作面绝对瓦斯涌出量在1020 m3/min之间时，抽放率应大于等于30%，见表5-3-4。同时根据前面所述，回采工作面如果不采取抽放瓦斯措施，回采工作面不可能达到设计的产量，因此回采工作面需要首先采用抽排瓦斯，综合考虑初期工作面瓦斯抽采率为50%，后期为55%。采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标 表5-3-4工作面绝对瓦斯涌出量Q（m3/min）工作面抽采率%备注5Q102010Q203020Q404040Q705070Q10060100Q70、矿井瓦斯抽放率确定根据瓦斯涌出量预测，初期XX煤矿矿井瓦斯相对涌出量34.33m3/t，瓦斯绝对涌出量为32.51m3/min；后期瓦斯相对涌出量48.64m3/t，瓦斯绝对涌出量为46.06m3/min。根据煤矿瓦斯抽采指标（AQ1026-2006）中的规定矿井初期绝对瓦斯涌出量在2040 m3/min之间时，抽放率应大于等于35%，矿井后期绝对瓦斯涌出量在4080 m3/min之间时，抽放率应大于等于40%见表5-3-5。矿井瓦斯抽采率应达到的指标 表5-3-5 矿井绝对瓦斯涌出量Qm3/min矿井抽采率%备注Q202520Q403540Q804080Q16045160Q30050300Q50055500Q60本矿井根据本煤层、采空区及掘进工作面抽放效果计算，初期全矿井瓦斯抽放率为45%，后期全矿井瓦斯抽放率为45%，满足矿井瓦斯抽放率应达到的指标。3、可抽瓦斯量根据瓦斯储量及确定的抽采率计算，矿井可抽瓦斯量232.6Mm3。4、年瓦斯抽采量根据矿井采掘工程计划，参照其他矿井实际抽采效果，确定本矿井抽采量为21.8m3/min。年抽采天数按365d计算，则年抽采瓦斯量为：11.46Mm3。5、抽采系统服务年限瓦斯抽采系统与矿井服务年限相同。6、瓦斯涌出量计算矿井瓦斯涌出量计算具体见第二节第四部分内容。五、选择抽采原则及方法1、选择抽采方法的原则抽采瓦斯方法、方式的选择，应根据瓦斯及煤层赋存情况、瓦斯来源、巷道布置方式、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合分析比较后确定。、为提高瓦斯抽采率应采用开采层、穿层、采空区相结合的综合抽采方法。、当井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要来自开采层本身，只有抽采开采层本身的瓦斯才能解决问题时，应采用开采层瓦斯抽采。、工作面后方采空区瓦斯涌出量大，危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大，向邻近的回采工作面涌出瓦斯量多，应采取采空区瓦斯抽采。、对于瓦斯含量大的煤层，在煤巷掘进时，难以用加大风量稀释瓦斯，可在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法。、对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不是很大而回采有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采边抽或增大孔径和加密钻孔等方法。、若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂缝带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽采措施。总之，确定瓦斯抽采的方法应先摸清瓦斯来源，采空区瓦斯及顶板瓦斯含量情况，结合情况选用适合本矿井的抽采瓦斯方法。2、抽采瓦斯的方法抽采瓦斯方法的选择，主要是根据矿井瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。本矿井移交1个采区，首采M4煤层。开采时瓦斯除了来自本煤层外，部分瓦斯还来自邻近层、围岩、采矿卸压范围内的不可采煤线及采空区等。采取“先抽后掘、先抽后采”的措施。本矿井设置高、低压两套瓦斯抽采系统。其中，高负压瓦斯抽采系统主要用于预抽防突，采用穿层钻孔、顺层钻孔预抽抽采方法，另外，采用高位钻孔抽采上隅角裂隙带卸压瓦斯；低负压瓦斯抽采系统主要用于采空区抽采，即采用上顺槽埋管抽采、采空区密闭抽采等。根据采掘工作面的瓦斯涌出情况，一般可以选择以下瓦斯抽采方法：预抽防突 巷道掘进解突：对于具有突出危险性的煤层工作面的上、下顺槽等煤巷掘进前，必须采取“先抽后掘”进行消突，经效果检验无突出危险后方可掘进。煤层掘进时，其解突方法应在考察实际效果的基础上择优选择。在掘进过程中采取挂耳钻场方式预抽本煤层瓦斯，沿巷道两侧布置迈步抽放钻场一组，钻场迈步距离为中对中25m。迈步钻场间距50m，每组钻场控制巷道掘进前方60m，巷帮10m。钻场长宽高3m3m2m，每组钻孔孔深为60m。每个钻场布置钻孔6个、孔径65mm，钻孔施工结束后进行封孔连接抽放。 首采煤层工作面解突：在工作面上顺槽垂直工作面走向布置平行顺层瓦斯抽放钻孔，在工作面下顺槽钻场布置扇形顺层瓦斯抽放钻孔控制整个工作面煤层。平行布孔钻孔参数为：沿走向距工作面切眼10m向外开始布孔，孔径65mm，孔深4070m，钻孔沿煤层中部布置，钻孔倾角与煤层倾角一致，孔间距为0.52m；扇形布孔钻孔参数为：钻场间距为4050米，钻孔间夹角为9，孔径65mm，孔深4070m。见图5-3-1即使采取预抽措施，矿井还必须严格执行“四位一体”防突措施。从工作面切眼垂直工作面煤壁布置排放钻孔排放孔沿倾向距工作面上下顺不小于15m,孔深为1013m，,每隔10m施工1个13m钻孔,其余钻孔孔深10m,孔间距2m(详见图5-3-2采煤工作面排放钻孔布置图)。另外在地质构造带或瓦斯涌出异常的地方增加钻孔,孔间距1m,孔深13m,钻孔布置在煤层中部。倾角与沿走向煤层坡度一致。工作面上隅角插管抽采采空区瓦斯：矿井另设一套低负压抽放系统，工作面上顺铺设直径为250mm的低负压抽放管。在工作面回采推进过程中，每两个循环施工一密闭（长度为35m左右），采用插管方法对上隅角瓦斯进行抽放。 利用高位钻孔抽采裂隙区瓦斯：在插管抽放效果不佳的情况下，可在工作面上顺布置高位图5-3-2 工作面排放钻孔布置图钻孔抽放采空区瓦斯。即在工作面上顺每间隔5070m施工一组高位钻孔，钻孔全部打入煤层顶板中，钻孔终孔位置距煤层顶板垂高1113m，沿走向距上顺1025m，钻孔孔深7080米，开孔6m长度内孔径为89mm，其余钻孔孔径为75mm，钻孔施工结束后封孔连接抽放。如图5-3-3。其它采煤工作面除了以上工作面使用抽采方法外还要使用底板瓦斯抽采巷卸压抽采下邻近层瓦斯，利用底板瓦斯抽采巷，布置向下穿层钻孔，用于工作面开采期间抽采工作面及其下邻近层的卸压瓦斯。本矿井主采煤层均属不易自燃煤层。设计用低负压瓦斯抽采系统抽采采空区瓦斯时，仍须配备较为齐全的监控监测设备和综合防灭火措施，实际操作中，必须经常测定气体温度、CO 浓度，发现有自燃征兆时，必须立即停止抽采，采取措施，防止煤层自燃发火。3、瓦斯抽采应达到的效果及检验、瓦斯抽采效果分析及抽采量、预抽分析根矿井瓦斯抽采效果，应依据实测瓦斯地质资料（如实测瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数及可抽性指标等）分析论证。本设计工作面本煤层瓦斯解突预抽率41。设计在首采工作面移交前，预留了36个月预抽时间。、瓦斯抽排分析矿井初期开采M4煤时工作面设计配风量20m3/s，瓦斯抽出率为45%；后期开采M4煤时工作面设计配风量25m3/s，瓦斯抽出率为45%。、抽采量与抽采负压经计算矿井瓦斯抽出量（最大）：低负压系统，纯量为9.34m3/min。高负压系统，纯量为12.46m3/min。、采用综合指标对工作面进行突出危险性效检采用钻屑量max、钻屑量解吸指标h2值多参数综合预测工作面突出危险性；沿倾向在工作面切眼距上顺10m向下、距下顺10米向上开始布置效检钻孔，孔径42mm，孔深4.5m, 孔间距10m(详见图3 采煤工作面效俭钻孔布置图)。在钻孔施工过程中钻至2、4.5米时分别测定钻屑量、钻屑解吸指标h2一次，根据每个钻孔最大钻屑量Smax、钻屑解吸指标h2最大值及临界值确定工作面的突出危险性。如任一钻孔有任一项指标超标，即视为措施无效，有突出危险。、掘进工作面预测及效果检验措施掘进工作面预测（效检）采用钻孔瓦斯涌出初速度、钻屑量max、钻屑解吸指标值h2等多参数综合检验掘进工作面突出危险性；在掘进工作面打3个直径42毫米，孔深810米的钻孔，钻孔应布置在软分层中，一个钻孔位于巷道工作面中部，并平行于掘进方向，另两个钻孔分别布置在距巷道左、右帮0.5米处，与巷道中线呈21夹角，终孔点位于巷道轮廓线外24米处。钻孔打至2米、4米、6米、8米、10米分别测定钻孔瓦斯涌出初速度、钻屑量Smax、钻屑解吸指标h2。根据每个钻孔的瓦斯涌出初速度、钻屑量Smax和钻屑解吸指标h2的最大值及指标临界值确定工作面的突出危险性。如任一钻孔有任一项指标超标，既视为措施无效（有突出危险），则在原排放孔的空档内补充施工两排排放孔，排放孔控制巷道轮廓线外5m，每循环巷道前方控制距离1013m，每循环留5m超前距。如施工两排排放孔措施达不到预期效果，则在前两排钻孔的基础上再补充施工一排排放孔，直至措施有效为止。效果检验指标临界值见下表。表5-3-6：防突细则规定的临界值。防突细则规定的临界值 表5-3-6qm(L/min)Smax (Kg/m)h2(pa)危险性56干煤200、湿煤160有突出危险56干煤200、湿煤1.5KPa) 要求不高和对燃气热值(2.5MJ/Nm)要求也降低了。燃气管道均采用无缝钢管；室外燃气管道采用地上高空敷设。因为燃气（瓦斯）属于湿燃气，输气管道敷设坡度不小于千分之三，在最低点处设置凝水缸。管道防腐为加强级防腐，防腐材料选用防腐胶带。防腐胶带相对于其他的防腐方式具有施工方便，劳动强度小等优点。5.2冷却水系统采用闭式循环冷却系统，冷却水选用略呈碱性的清洁水。机组冷却系统分为高温循环冷却系统和低温循环冷却系统。正常工作时高温循环水保持在7080范围内，最高水温不超过85，最低水温不低于60；低温循环水低于40。为减少或避免冷却系统机件的腐蚀和水垢覆积，冷却水中添加适量的防腐油配制成防锈乳化液或其他冷却水处理剂。5.3余热回收系统燃气发动机所排烟气温度(630)较高，为充分利用这部分热量及减少对环境的热污染，在每台机组所排烟气管道上均加装一套针形管余热回收装置。型号：REQ50（蒸汽）蒸汽出力：320kg/h蒸汽参数：0.5Mpa饱和蒸汽排污率：5%热效率：85%六套余热锅炉出口蒸汽汇总至分汽缸，由分汽缸通过架空管道DN100送至锅炉房。为防止汤伤，燃气发动机所排烟气管用厚度为100mm的硅酸铝陶瓷纤维壳包扎，然后用厚度为0.5mm的渡锌铁皮包扎。每台机组烟道排气口均加装一台消音器，用以降低躁声，减少对周围环境的污染。6主厂房布置6.1主厂房布置燃气发电机组主厂房布置方式主厂房布置按照常规模式布置，充分体现安全可靠 、经济实用的设计指导思想。主厂房采用敞开式机房。燃气发电机组主厂房布置的主要尺寸序号名称台数厂房跨度厂房全长下弦标高11013.5m52m6.8m(3)雾化水池等设施在主厂房固定端一侧，布置雾化水泵房，里面主要布置有雾化水池（长宽深=1.0m1.0m2.7m）和二台立式多级离心泵以及一台软化水处理设备。雾化水泵房主要尺寸：长宽高=4.5m3.6m4m。雾化水池的补水：夏季由冷却循环低温水泵出水管或自来水管提供，冬季由冷却循环高温水泵出水管提供。6.2燃气发电机组厂房厂房内燃气发电机组采用横向顺列布置方案。燃气发电机组后端各留有一3.0m宽的纵向通道，便于行人及设备操作和检修等。在燃气（瓦斯）管道进厂房处，设置有紧急阀门，以备厂房内发生紧急情况时，可迅速切断气源。7工程安全分析及对策7.1火灾爆炸危险性分析本工程使用的燃气（瓦斯）为易燃易爆物，在静电明火雷击电气火花以及爆炸事故等诱发下，均有发生火灾的可能，火灾危险性的大小与危险物质的多少及生产性质操作管理水平环境状况等有直接关系。主要生产场所及装置的火灾危险性分析：根据城镇燃气设计规范中的相应规定，本工程可能出现的危险环境为爆炸性气体环境，生产场所火灾爆炸危险性为：甲类生产类别，2区危险区域。7.2工程防火和消防措施本工程建设区域的总平面布置，根据生产发生工艺要求及火灾危险性的大小等因素，各设施之间均按建筑设计防火规范城镇燃气设计规范等的要求预留相应的安全防火间距，以防止一旦发生火灾造成火势扩大蔓延。本工程在正常生产情况下，一般不易发生火灾，只有在操作失误违反规程管理不当即其他非正常生产情况下，才可能由各种因素导致火灾发生。因此，为了防止火灾的发生或减少火灾发生的损失，本工程在设计上采取了相应的防范措施，具体如下：（1）采用密封良好的设备及管道输送燃气（瓦斯），防止泄露。（2）燃气输配系统管道超压检修放散均汇集至高处放空管。（3）主厂房内设置大流量排风装置，防止可燃气体积聚等。（4）在生产装置的控制室内设置可燃气体监测报警仪的报警系统，用以对监测主厂房内和其他容易泄露的地点进行监测。（5）生产区内设置安全色和安全标志。7.3安全管理对策措施鉴于本工程的原料及产品为易燃易爆物质，存在着发生火险的可能，因此各级领导应充分重视消防工作，并在生产过程中严格执行相应的操作规章规程等制度。工程在建成后应加强消防设施的维护和管理，加强有关部门人员的安全培训教育和考核，使消防设施能正常有效地运转。增加安全投入与安全设施，完善机构和人员配置，实施监督与日常检查，并制定事故应急救援预案。七、瓦斯抽采系统及设备、初期（+1164m水平以浅）抽采系统及设备选型1、设计依据根据矿井开采实际情况，初期高负压抽采系统按照抽采纯量7.81m3/min，抽采瓦斯浓度30%，低负压抽采系统按照抽采纯量6.59m3/min，抽采瓦斯浓度15%进行计算和设备选型。当地海拔高度约为+1300m左右，大气压力取86.34kPa。2、瓦斯抽采管路选择、抽采管路系统选择的原则为了进行瓦斯抽采，必须在井上、下敷设完整的抽采管路系统，以便把瓦斯抽出并输送至地面利用。在布置抽采管路系统时，应遵循以下原则： 抽采管路系统，应根据井下巷道的布置、抽采地点的分布、地面瓦斯泵站的位置、瓦斯利用的要求以及矿井瓦斯抽采方法及长远发展规划等因素统筹考虑，尽量避免或减少以后在主干管路系统进行频繁改动。 瓦斯管路应敷设在曲线段最少、距离最短的巷道中。 瓦斯管路应尽量敷设在矿车不经常通过的巷道中，避免撞坏漏气，故一般放在回风系统的巷道中为宜。若设在运输巷道内，应按规定将管路架设一定高度并加以固定，防止机车或矿车一旦掉道不至于撞坏管子。 所布置的抽采设备或管路一旦发生故障，管路内瓦斯不得流入采、掘工作面和井下硐室。 管路布置应考虑到运输、安装、维修和日常检查的方便。 抽采管路系统中必须安装调节、控制、测定、防爆、防回火装置。 符合煤矿安全规程的要求，保证与其它管线的安全距离。、抽采管路系统的选择 瓦斯管径计算根据瓦斯抽采管服务的范围和所负担抽采量的大小，其管径按下式计算。D=0.1457(Q混/V)1/2式中，D瓦斯管内径，m； V经济流速，m/s，可取V=512 m/s； Q混管路内混合瓦斯流量，m3/min。按照大管径流速取大值、小管径流速取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速，抽采瓦斯管径计算结果见表5-3-7。 抽采系统抽采管径计算表 表5-3-7 管路名称纯瓦斯流量(m3/min)标准状态下瓦斯浓度(%)混合瓦斯流量(m3/min)气体流速(m/s)管道内径(m)高负压抽采主管7.813058.57580.394高负压抽采支管3.913029.287580.279低负压抽采主管6.591582.375100.418低负压抽采支管3.301541.1875100.296 抽采管材的选择和管径的确定考虑到使用期限及防腐等因素，高负压瓦斯抽采主管、支管分别选用PE-KM1.0/500(MPE100) 和PE-KM1.0/355(MPE100)煤矿井下用聚乙烯管；低负压瓦斯抽采主管、支管分别选用PE-KM1.0/355(MPE100) 和PE-KM1.0/250(MPE100)煤矿井下用聚乙烯管。矿井也可以选择相同内径的具有煤安标志和符合瓦斯抽采规范要求的其它管材。地面段主管路采用与井下主管管径相应的聚乙烯复合钢管(具有煤安标志和符合瓦斯抽采规范要求)。 管路阻力计算管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力，设计高负压管路局部阻力按摩擦阻力的15%计算，低负压管路局部阻力按摩擦阻力的10%计算。摩擦阻力按下式计算式中：管路摩擦阻力损失，Pa； 管路长度，m； 标准状态下的混合瓦斯流量，m3/h； 管道内径，mm；标准状态下的混合瓦斯运动黏度，m2/s；管道内混合瓦斯密度，kg/m3；管路内壁的当量绝对粗糙度，0.15mm标准大气压力，101325Pa；管道内气体的绝对压力，Pa；管路中气体温度为时的绝对温度，K；标准状态下的绝对温度，K；管路中的气体温度温度，取=20；抽采管路摩擦阻力按后期开采距离最远的工作面计算，抽采管道直管阻力损失计算见表5-3-8。 抽采管路摩擦阻力计算表 表5-3-8管路名称(m3/h)(mm)(10-5m2/s)( kg/m3)H (Pa)高负压抽采支管18001786.5 3021.61 1.12 4681 高负压抽采主管14003568.5 4261.61 1.12 2561 低负压抽采支管6001305.0 2131.56 1.21 4756 低负压抽采主管14002610.0 3021.56 1.21 7563 经计算，高负压瓦斯抽采管路摩擦阻力H高摩=7242Pa，局部阻力H高局=1086Pa，管路阻力H高=8328Pa；低负压瓦斯抽采管路摩擦阻力H低摩=12319Pa，局部阻力H低局=1232Pa，管路阻力H低=13551Pa。 瓦斯管路附属装置为了便于管路系统负压的调节，掌握各抽采地点瓦斯抽出量、瓦斯浓度的变化情况以及保证管网系统的正常抽采，设计时在各主、分管路上分别安设阀门、孔板流量计和放水器。此外，在瓦斯泵房和地面管路上还安设有防爆、防回火装置及放空管等。矿井初期井下瓦斯抽采管路布置参见图C1648-298-1。3、抽采设备选型、抽采设备选型原则 瓦斯泵的流量必须满足矿井抽采期间预计最大瓦斯抽出量的需求； 在抽采期间，瓦斯泵的负压必须能克服管路系统的最大阻力； 瓦斯泵要具备良好的气密性； 抽采设备配套电机必须防爆。、瓦斯抽采泵选型 抽采系统压力计算式中：抽采系统压力，Pa；抽采设备入口侧(负压段)系统服务年限内管路最大阻力损失和抽采钻孔孔口负压，Pa；抽采设备出口侧(正压段)管路阻力损失和出口正压，取=5000Pa；抽采系统压力富余系数，高负压抽采系统取1.5，低负压抽采系统取1.5；入口侧管路摩擦阻力，Pa；入口侧管路局部阻力，Pa；井下抽采钻孔的设计孔口负压，高负压抽采系统取Hk=18000Pa；低负压抽采系统取Hk=8000Pa；则高负压抽采系统压力：=26328Pa=46992Pa则低负压抽采系统压力：=21551Pa=39827Pa 抽采泵工况压力计算式中：抽采泵工况压力，Pa；抽采泵站的大气压力，86340Pa；则高负压抽采泵工况压力：=39348Pa则低负压抽采泵工况压力：=46513Pa 标准状态下抽采泵流量计算式中：标准状态下抽采泵的计算流量，m3/min；服务年限内最大的设计瓦斯抽采量，m3/min；抽采泵入口处预计的瓦斯浓度(%)，高负压抽采系统取30%，低负压抽采系统取15%；泵的机械效率(%)，取80%；