煤矿地面永久瓦斯抽放系统设计说明书

1、义马煤业集团公司耿村煤矿地面永久瓦斯抽放系统设计说 明 书项目名称：耿村煤矿地面永久瓦斯抽放系统设计目 录0 前 言10.1立项背景与意义10.2 设计依据21 矿井概况31.1地质简况31.2 井田地质构造61.3 井田地形与气候61.4 井工开拓与生产现状61.5 矿井通风及瓦斯涌出状况72 矿井瓦斯抽放的必要性和可行性分析92.1瓦斯抽放的必要性92.1.1从安全生产角度来衡量92.1.2相关政策法规的要求122.1.3 经济效益与环保要求132.2抽放瓦斯的可行性分析133 矿井瓦斯抽放方案设计163.1选择抽放瓦斯方法的原则163.2抽放瓦斯方案的确定163.2.1瓦斯来源分析163

2、.2.2抽放瓦斯方案的初步设计173.2.3抽放钻孔设计173.3矿井瓦斯抽放效果预测194 瓦斯抽放管路系统方案设计214.1瓦斯抽放管路系统的布置214.2瓦斯抽放管道的选择与管网阻力计算224.2.1瓦斯抽放管径的选择224.2.2管网系统阻力计算234.3瓦斯抽放泵的选型254.3.1瓦斯抽放泵的选型原则254.3.2瓦斯抽放泵流量计算254.3.3瓦斯抽放泵压力计算254.3.4瓦斯抽放泵的选型265 井下瓦斯抽放管路系统设计275.1敷设井下瓦斯抽放管路的原则与要求275.1.1敷设井下瓦斯抽放管路的原则275.1.2敷设井下瓦斯抽放管路的要求275.2井下瓦斯抽放管路的附属装置2

3、75.3井下瓦斯抽放管路控制设计305.3.1井下瓦斯抽放管路的安装305.3.2控制阀门的作用305.4瓦斯抽放钻孔及施工315.4.1钻孔施工的设备及工艺315.4.2钻孔封孔325.4.3钻孔与管路的连接326 地面永久瓦斯抽放泵站建设346.1泵站的总体设计与规划346.1.1泵房及附属装置的设计原则346.1.2泵站位置的确定 346.2地面瓦斯抽放泵站的管路系统及其附属装置 346.2.1瓦斯泵房管路系统346.2.2 水封式防爆、防回火装置366.2.3 放空管376.2.4 避雷器376.2.5 瓦斯抽放管路系统控制设置386.2.6 瓦斯抽放管路主要附属装置的位置与作用396

4、.3 瓦斯泵房396.4 瓦斯抽放泵站供电396.5 瓦斯抽放泵给排水396.6 其它设施416.7瓦斯抽放、排放管路及附属设施的安装416.8 耿村矿地面永久瓦斯抽放泵站的施工建设416.8.1 概述416.8.2地面瓦斯抽放系统426.8.3 瓦斯泵站监测、监控系统436.8.4 配电、供电系统446.8.5 冷却水循环系统446.8.6 地面建筑物446.8.7 其它配套设施447 瓦斯抽放组织管理及安全技术措施457.1 组织管理457.1.1 管理规范457.1.2 组织机构设置457.2 瓦斯抽放钻场施工管理457.3 井下瓦斯抽放管路管理477.4 瓦斯抽放泵的维护和操作487.

5、4.1 瓦斯泵的日常维护和保养487.4.2 瓦斯机的操作和注意事项488 机电设备与器材清册528.1 井下抽放系统528.2 地面瓦斯泵站539 工程概算5410 结论和建议55参考文献56附录1 钻机操作规程57附录2 瓦斯抽放泵司机作业操作规程58附录3 瓦斯抽放报表60附录4 附图62附图1 耿村煤矿地面永久瓦斯抽放泵站规划施工平面图附图2 耿村煤矿地面永久瓦斯抽放泵站厂房施工平面图附录5 耿村煤矿瓦斯抽放泵站配电方案图及其说明书63iv0 前 言0.1立项背景与意义根据耿村煤矿提供的矿井瓦斯涌出资料，从1983年至2004年进行矿井瓦斯等级鉴定表明，该矿一直到目前为止尚属于低瓦斯矿

6、井；其中2004年的矿井瓦斯等级鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量为34.02 m3/min, 相对瓦斯涌出量为4.18m3/t。虽然如此，近年来随着开采深度增加、开发强度加大，煤层瓦斯赋存量和采掘生产期间的瓦斯涌出量都呈现出明显的上升趋势。特别是目前主采的2-3煤层由于1-2煤层从井田中部开始向东南部与其合层直到井田的深部边界，从而导致了煤层的大面积增厚，煤层瓦斯含量必将有大幅度的提高。实际资料显示，日趋频繁的回采工作面上隅角瓦斯浓度超限问题已经严重制约了生产进程，时刻威胁着井下作业工人的生命安全。另据河南理工大学（原焦作工学院）先前针对耿村煤矿完成的“低瓦斯矿井瓦斯赋存规律及瓦斯灾害治理技术研究”

7、科研成果反映，随着开拓工程的延深，回采工作面瓦斯涌出量将逐渐增大，预测井田东翼当煤层埋深超过600m后，绝对瓦斯涌出量达到25 m3/min以上，而且还存在着绝对瓦斯涌出量超过30 m3/min的局部高瓦斯涌出区域。在此情况下，仅靠加大通风量解决回采工作面瓦斯问题不仅不太合理，而且实现的难度相当大。大量的科研成果及生产实际资料表明，在低瓦斯矿井（煤层）的局部存在着一定的高瓦斯区域（条带）。煤矿安全规程的第134条明确规定，“低瓦斯矿井中存在的个别高瓦斯区域应按照高瓦斯矿井来实施管理”。耿村煤矿到目前为止尚没有任何煤层和地点出现过任何形式的瓦斯动力现象，属于低瓦斯非突出矿井，目前对井下安全生产威

8、胁最大的是回采工作面上隅角的瓦斯浓度超限问题。为贯彻执行国家煤矿安全生产监督管理局制定的“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿安全生产管理方针，有力保障井下安全和生产计划的圆满完成，该矿从2003年开始已在井下安装了为西二采区12151和12171及东三采区13130回采工作面服务的移动式瓦斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统，目前井下共安置3台瓦斯泵实施移动抽放，混合抽放流量达到140m3/min，抽出的瓦斯直接排放到矿井的总回风系统中；特别是1-2煤的12171和2-3煤的13130两个高瓦斯工作面都是在实施了回风巷高位钻场抽放和采空区埋管抽放技术之后才得以正常生产的，从一定程度上缓解了安

9、全管理的压力。虽然如此，同时也存在以下几方面不容忽视的问题：2004年下半年以来，矿井东西两个采区瓦斯涌出量都明显升高，随着开拓工程的延深，矿井瓦斯等级也有进一步提高的可能。瓦斯抽放措施将会成为该矿井今后常规性的瓦斯治理方法，井下移动抽放泵站无论从抽放能力和服务范围是都将受到一定的限制。井下移动抽放将瓦斯通过管道排入总回风道，引起总回风巷道的瓦斯浓度升高。目前已经接近或达到煤矿安全规程规定的临界值。受矿压、供水等井下客观条件的限制，移动泵站的管理和维护工作也比较复杂和困难。矿井瓦斯既是一种热值很高的能源，同时也是一种严重危害大气层的污染源。井下移动泵站抽放的瓦斯全部通过回风巷道排空，不仅浪费了

10、能源，而且污染了空气。鉴于以上的综合分析，建立耿村矿地面永久瓦斯抽放系统不仅非常必要，而且急需实施。为此，在义煤集团公司科技处的组织和协调下，河南理工大学瓦斯地质研究所与耿村煤矿经过认真、详细的研究，共同制定了总体设计内容和方案，并于2005年3月3日正式签定了本课题的技术合同书。0.2设计依据l 矿井抽放瓦斯工程设计规范(mt95018-96)，中华人民共和国煤炭工业部，1997年l 矿井抽放瓦斯管理规范，中华人民共和国煤炭工业部，1997年l 煤矿安全规程，国家煤矿安全监察局，2004年l 防治煤与瓦斯突出细则，中华人民共和国煤炭工业部，1995年l 矿井地勘、通风、生产及相关瓦斯地质等资

11、料，耿村煤矿l “低瓦斯矿井瓦斯赋存规律及瓦斯灾害治理技术研究”研究报告，河南理工大学（原焦作工学院），2003年1矿井概况1.1 地质简况耿村煤矿位于义马矿区西部，为义马煤业（集团）有限责任公司大型骨干矿井之一。井田范围北起各煤层露头或老窑采空区，南止于f16断层，东以41勘探线东200m与千秋矿人为划定界限，西部以f5101断层与杨村矿相接。井田东西走向长4.5km，南北倾斜宽2.8km，面积12.5km2。根据钻孔揭露，本区主要分布三叠纪、侏罗纪地层。耿村井田范围内自下而上主要发育中生界三叠系上统潭庄组（ t3）、侏罗系中统义马组（j21）、侏罗系中统上部（j22）、侏罗系上统（j3）及

12、新生界第三系（r）、第四系（q）地层（图1-1）。其中侏罗系中统义马组为本井田的主要含煤地层，主要由碎屑岩、泥岩和煤层组成，厚 25.12127.10m，平均厚74.6m。义马组由下而上分为四段，即底部砂砾岩段、下部含煤砂岩段、中部泥岩段和上部含煤泥岩段，具体描述为：底部砂砾岩段该段岩层厚度变化较大，039.45m，平均厚13.10m。井田范围内43线以东，由下向上依次为底部砂砾岩、含砾中粗粒砂岩（或夹细砂岩、粉砂岩）、细粉砂岩或泥岩、薄层砂砾岩。以西，砂砾岩尖灭，仅在浅部（北部）少数钻孔中偶见砂砾岩，其岩性组合由下而上为含砾粗、中（细）粒砂岩、含砾细（粉）砂岩或含砾泥岩（多呈互层出现）。井田

13、西南部砾岩段全部由砂质泥岩所代替。下部含煤砂岩段本段厚31.8976.66m，主要由煤层和砂岩组成。北部含有三层煤，即2-1、2-2和2-3煤，向南先后合并，最后合并为2-3煤。实质上2-1、2-2煤均为2-3 煤的分岔煤层，厚度由北向南逐渐变薄消失。现分层简述如下。下部：2-3煤层以下，为砂质泥岩、炭质泥岩或煤矸互叠层（曾命名为2-4煤）、泥岩或粉砂岩，位于底部砂砾岩段之上，呈透镜状或似层状分布，属河流平原泛滥相沉积物。 上部：为主要含煤段，由煤层和各粒级的砂岩组成。 2-3煤层：下距三迭纪地层0.528.92m，煤层厚度0.2421.73m，一般8.69m。煤厚变异系数g=63.76，可采

14、性指数km=0.96，属不稳定煤层，但厚度大，井田内普遍可采。在井田浅部和中部+300m以上，顶板为灰白色薄层含菱铁质细砂岩；中深部与2-1、2-2煤合并后顶板为黑色泥岩。 2-2煤层：下距2-3煤026.57m，一般9.36m，煤厚2.606.18m，平均4.36m，煤厚变系数g=39.90，可采性指数km=1.0，属较稳定煤层。结构复杂，分布于井田300m以上。图1-1 耿村矿地层综合柱状图2-1煤层：下距2-2煤4.5947.26m，一般33.78m。煤厚0.106.34m，平均4.7m，煤厚变异系数g=22.88，可采性指数km=0.97，属稳定型厚煤层。分布于井田北部250m水平以上

15、，+250m以下与2-3煤合并。中部泥岩段 主要为灰黑色致密状泥岩，偶夹泥灰岩，具水平层理，含瘤状、透镜状黄铁矿和菱铁矿结核，全井田发育，为义马组主要标志层(jk1)，厚度由4.0442.64m，平均厚为24.19m。上部含煤泥岩段主要由黄褐色、灰黑色泥岩、1-1煤和1-2煤层所组成，有时泥岩中夹有粉砂岩薄层。井田内普遍受到后期剥蚀，保留不全，浅部有的剥蚀殆尽，厚010.5m不等，一般为46m。 1-2煤层：下距2-1煤11.7042.20m，平均47.42m。厚度0.092.62m，平均1.57m，煤厚变异系数g=49.49，可采性指数km=0.79，属不稳定煤层，除剥蚀区外大部分可采。1-

16、1煤层：位于煤系地层顶部，上距j22砾岩05.87m，下距1-2煤2.102.60m，一般2.23m。该煤层大面积缺失，主要分布在井田的西南隅。义马组地层共含煤5层，由下而上分别为2-3煤、2-2煤、2-1煤、1-2煤、1-1煤。其中2-3煤普遍可采，也是目前矿井的主采煤层和本次研究的目标煤层；1-2、2-1、和2-2煤层为大面积可采煤层；1-1煤仅局部可采。煤层总厚22.73m，含煤系数29.7%。矿井储量情况见表1-1所示。表1-1 耿村矿储量计算汇总表（1995年末）煤层全井田地质储量（万t ）矿井工业储量（万t）abca+ba+b+ca+ba+b+c1-1110.5145.0110.5

17、255.51-2347.4116.2567.1463.61030.7463.6669.72-11241.0354.2659.01595.22254.21241.01426.02-2821.8108.01390.0929.82319.8247.5733.82-36886.63758.47294.810645.017939.83265.19596.7合计2296.84447.310055.913744.123800011548.817504.2耿村井田位于义马向斜西段北翼，为一总体向南倾斜的单斜构造，地层倾角一般在1115之间，仅在井田南部f16断层附近，地层局部直立或倒转。褶皱不发育，沿走向局部

18、发育有宽缓的背、向斜和井田浅部沿走向的挠曲。1.2 井田地质构造本区以断层为主，西部以f5101正断层与杨村矿为界，南部止于f16逆断层。井田内断层主要集中在43线以西，250m标高以上，全部为正断层，最大落差18m，最小落差0.3m。断层沿倾向的延伸性随落差变小而减弱。井田内小断层在平面展布上，按断层走向大体可分为nnw、近sn和nne-ne向三组；按断层组合的分布特点可划分为西风井构造区、东风井构造区和东三皮带大巷构造区。根据该井田整个构造应力场及边界条件预测，由西向东，三个构造区在断层展布范围和单一断层的延展规模上逐渐变小，这些规律性和差异性，与该井田所处的古构造环境以及煤系形成之后f1

19、6断层由南向北的逆冲有关。1.3 井田地形与气候（1）地形地貌特征本井田以上侏罗统砾岩为骨架，上部广覆第四系亚粘土，地形较复杂，属低山丘陵区。西部地势较平缓，东部沟谷发育，整个井田呈南高北低的形态，标高在+510+640之间，最大相对高差133m，平均标高575m。（2）气候本区属于大陆性气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明。根据渑池气象站资料， 最高气温41c（1966年6月20日），最低气温-18.70c（1969年1月31日），年平均气温12.4c。7月份最高气温一般在2427.8c，元月份最低气温为0.55.1c.冬季冷天数平均为106天，夏季炎热天数平均为45天。冰冻期一般为11月中旬

20、至次年3月，土壤最大冻结深度0.34m，一般为0.150.21m。1.4 井工开拓与生产现状耿村矿于1975年4月由河南省煤矿设计研究院设计，1975年12 月由义马矿务局建井处与河南省建井二处共同施工兴建，1982年12月投产，矿井设计能力120万t/a，1985年已基本达到设计生产能力，主要开采1-2、2-1、2-2和2-3煤层。为扩大生产规模，经义马矿务局、省煤炭厅批准矿井进行改扩建，1988年元月动工，1992年12月完工。扩建后井型由120万t/a增加到240万t/a，净增120万t/a。目前矿井主要开采1-2、2-1、2-2和2-3煤层，全井田共分二个采区，即西二、东三采区。全矿井

21、采掘机械化程度较高，并配备了生产监控、安全监测系统。主斜井一个，主要承担全矿井的提升任务；副斜井两个，主要用于进风、提料、提矸及升降人员；西二采区进风和回风斜井各一个，配备g4-73-11：22d风机两台；东三采区有回风斜井一个，配备g4-73-11：22d风机两台；主、副斜井均为进风井之用。运输大巷设在+300m水平的2-3煤层底板岩石中，贯穿东西采区。两个采区为两翼上下山开采，由于煤层厚度大，采用走向长臂采煤法；煤厚小于4.5m时，一次采全高，全部陷落法管理顶板。耿村矿原设计生产能力240万t，现实际生产能力在300万t以上，2004年生产原煤为310万t。目前主采的2-3煤在东西两个采区

22、各布置一个综采工作面生产，分别为西二采区的12160工作面和东三采区的13080高产高效工作面。其中13080工作面刚刚开始回采，北部为2-3煤13060工作面采空区。顶部局部地段为2-2煤11031和13061工作面采空区，南部为未开采的2-3煤实体。该工作面为通过瓦斯抽放治理工作面上隅角瓦斯超限的重点对象。1.5 矿井通风及瓦斯涌出状况耿村煤矿目前采用中央边界式抽出式通风，主、副斜井进风，东三风井回风，两个西风井一个回风，一个辅助进风。自1983年至2004年的矿井瓦斯等级鉴定结果表明，耿村煤矿为低瓦斯矿井（表1-2）。但随开采深度的增加，回采强度的逐年增大，绝对瓦斯涌出量有明显增大的趋势

23、（图1-21-3）。2003年矿井瓦斯涌出量为27.95 m3/min，2004年全矿井绝对瓦斯涌出量又升高到34.02m3/min。特别是2004年下半年以来，该矿东、西采区瓦斯涌出量都明显升高，2-3煤的综采13130面和1-2煤的12171面瓦斯涌出量都超过10m3/min；而且在工作面风量达到900 m3/min以上，又经过采用高位抽放和上隅角埋管抽放措施的情况下，工作面回风流的瓦斯浓度仍维持在0.50.8%。回采工作面上隅角瓦斯浓度超限是目前和今后严重影响和制约安全生产的主要因素。表1-2 耿村矿历年瓦斯等级鉴定结果年 度绝对瓦斯涌出量（m3/min）相对瓦斯涌出量（m3/t）鉴 定

24、结 果ch4co2ch4co2ch4co219833.846.605.307.59低低19843.515.137.961.63低低19852.472.795.367.53低低19862.903.831.121.48低低19874.307.035.669.59低低19883.504.575.776.31低低19893.535.021.742.47低低19907.5510.163.945.30低低19913.894.963.654.66低低19923.833.822.062.43低低19936.508.606.217.90低低19947.469.864.936.67低低19954.279.424.

25、947.81低低19963.704.592.112.63低低19977.7512.592.504.07低低19989.8916.143.455.63低低199914.4019.633.755.11低低200017.7935.286.6413.17低低200125.8631.036.597.91低低200229.9333.154.975.42低低200327.9531.364.384.91低低200434.0222.794.182.80低低2 矿井瓦斯抽放的必要性和可行性分析2.1 瓦斯抽放的必要性瓦斯抽放的目的有两个：为了确保矿井安全生产，防止或减少采、掘工作面瓦斯浓度超限；为了开发利用瓦斯资

26、源，减少瓦斯排空导致的大气环境污染，变害为利。因此，对于一个矿井或采区（工作面）是否必要抽放瓦斯，首先应从保证安全生产的角度来考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能实现或方案不合理时，就应该采取抽放措施。其次，还应从充分利用瓦斯资源和改善职工劳动、生活条件等方面综合考虑瓦斯抽放的必要性和经济上的合理性。所以，在具体进行瓦斯抽放设计时，一般通过如下方面的指标来衡量。2.1.1从安全生产角度来衡量（1）耿村矿瓦斯涌出现状与预测结果据耿村矿提供的实测资料反映，随着开采深度的增加（目前东西采区煤层底板标高都已经下降到了+250m以下，如东翼的13130面和西翼的12160面），生产强度也在不断增

27、大（2004年实际生产原煤310万t，比原设计生产能力240万t提高了近1/3），矿井绝对瓦斯涌出量逐年呈上升趋势。特别是2000年以来，矿井瓦斯涌出量增幅愈发加快，其中2003年的鉴定结果为27.95 m3/min，2004年为34.02 m3/min，按此趋势发展下去，2005年的矿井瓦斯涌出量将会突破40 m3/min。根据国家煤矿安全监察局2004年颁布的煤矿安全规程第145条规定， 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min，无论井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。2004年下半年以来，该矿东、西采区瓦斯涌出量都明显升高

28、，2-3煤的综采13130面和1-2煤的12171面瓦斯涌出量都超过10m3/min；而且在工作面风量达到900 m3/min以上，又经过采用高位抽放和上隅角埋管抽放措施的情况下，工作面回风流的瓦斯浓度仍维持在0.50.8%。回采工作面上隅角瓦斯浓度超限是目前和今后严重影响和制约安全生产的主要因素。据河南理工大学2003年完成的“低瓦斯矿井瓦斯赋存规律及瓦斯灾害治理技术研究”科研成果反映，随着2-1、2-3煤在+250m标高左右逐渐合并入2-3煤层，从而使得2-3煤层的厚度增大，瓦斯含量和瓦斯涌出量也急剧升高；特别是在东翼采区的南东部的0水平已经达到30 m3/min以上，局部区域超过32m3

29、/min（表2-1表2-2）。因此，矿井下一步的瓦斯涌出治理工作正面临着严峻的挑战。表2-1 井田东翼2-3煤层未采区瓦斯涌出量预测结果预测点编号煤层埋深（m）煤层厚度（m）绝对瓦斯涌出量(m3/min)备 注1319.010.008.5045勘探线与+300m等高线交点2422.510.8014.1645勘探线与+200m等高线交点3553.114.6823.8545勘探线与+100m等高线交点4620.015.1227.4545勘探线与0m等高线交点5395.010.2612.3744勘探线与+250m等高线交点6512.06.7114.8244勘探线与+150m等高线交点7590.013

30、.9724.9944勘探线与+50m等高线交点8280.09.005.7443勘探线与+300m等高线交点9415.03.116.9943勘探线与+200m等高线交点10532.311.5320.0743勘探线与+100m等高线交点11644.918.3531.5043勘探线与0m 等高线交点12696.616.8532.6543勘探线与-100m等高线交点13260.06.802.8342勘探线与+300m等高线交点14386.07.689.6542勘探线与+200m等高线交点15528.011.1619.5342勘探线与+100m等高线交点16651.116.8730.4942勘探线与0m

31、 等高线交点17390.021.0721.7142勘探线与-100m等高线交点（2）通风管理的局限性当一个矿井或采区（工作面）的绝对瓦斯涌出量大于通风所允许稀释的瓦斯涌出量时，就需要考虑瓦斯抽放。在此状况下，抽放瓦斯的必要性指标为： （2-1）式中 q回采工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min； 通风能力可以排除的绝对瓦斯涌出量，m3/min； v回采工作面允许的最大风速，m/s，按煤矿安全规程规定最高风速为4 m/s，结合耿村矿当前配风状况及煤层自燃的实际情况，取2.5 m/s； s风流通过的最小巷道断面，m2，据13080工作面作业规程，采煤机表2-2 井田西翼2-3煤层未采区瓦斯涌出量预测结

32、果预测点编号煤层埋深（m）煤层厚度（m）绝对瓦斯涌出量(m3/min)备 注1381.413.466.4249勘探线与+250m等高线交点2493.118.4211.4949勘探线与+150m等高线交点3250.02.382.6148勘探线与+350m等高线交点4311.19.332.9448勘探线与+300m等高线交点5426.810.897.2148勘探线与+200m等高线交点6546.112.3111.5548勘探线与+100m等高线交点7230.07.173.2846勘探线与+350m等高线交点8294.612.496.9046勘探线与+300m等高线交点9432.115.158.56

33、46勘探线与+200m等高线交点10533.715.0711.9146勘探线与+100m等高线交点11390.012.856.5350勘探线与+250m等高线交点采煤高度2.6m，平均控顶距为4.9m，工作面平均断面面积取11.27 m2； c煤矿安全规程允许的工作面风流最大瓦斯浓度，取1.0%； k矿井或采区（工作面）瓦斯涌出不均衡系数，k=1.21.7，取1.5。由以上公式（2-1）及数据资料计算得到的=6.77 m3/min，该数值远远小于预测的井田深部（特别是东翼采区）的瓦斯涌出量值。考虑矿井瓦斯涌出管理最困难时期的状况，如果井田东翼回采工作面（预测）最大瓦斯涌出量按30 m3/min

34、（qd）；西翼最大瓦斯涌出量虽然预测值为12 m3/min，但由于井田东西两翼之间并无大的地质差别，考虑到永久抽放系统一旦建成将难以调整，为了使设计的瓦斯抽放量保有充分的余量，故参考东翼采区同标高地段的预测数据（表2-1中的+50m预测值24.99 m3/min），取两翼预测结果（12和24.99）的平均值，按18.5m3/min（qx）计，东、西采区回采工作面的需风量（q需）分别为：东翼：q需= qdkj/c=301.6100=4800 m3/min西翼：q需= qxkj/c=18.51.6100=2960 m3/min上式中，kj为工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.6；c意义同前。目前耿村矿

35、回采工作面的设计配风量（据13080工作面作业规程）为560 m3/min.由此说明，采用通风方法解决深部采场回采工作面瓦斯涌出基本上是不可行的，必须采取瓦斯抽放措施。在未来的生产进程中需要抽放的最大瓦斯量分别为：m3/min （2-2） m3/min （2-3）2.1.2 相关政策法规的要求根据煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定与要求，凡是同时具备如下三个条件时，需要建立瓦斯抽放系统进行瓦斯抽放：矿井绝对瓦斯涌出量大于15 m3/min；一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不可

36、能或不合理时；矿井抽放瓦斯总量能长期稳定在2 m3/min以上，抽放系统的服务年限应在10年以上。很明显，耿村矿目前已经满足了前两条的要求，而且实际存在着回采工作面上隅角瓦斯浓度频繁超限的问题。另外，由于以上安全生产制约因素的存在，该矿已经于2003年开始分别在西二采区和东三采区建立了两个分别服务于12151、12171工作面和13130工作面的井下移动抽放瓦斯泵站，并对高瓦斯地点实施了试抽放工作。抽放结果显示，两翼采区工作面抽放的纯瓦斯量达到3.56.0m3/min，抽放瓦斯浓度长期可稳定在1935%，最高浓度达到55%。这些为今后实施综合抽放和大规模抽放奠定了基础，在以后矿井生产规划中，如

37、果能很好地平衡掘、采、抽的关系，保证抽放工程正常运行、接替合理，并通过优化抽放系统、提高管理水平等措施，完全可以将抽放系统的瓦斯抽放量持续、稳定地保证在2 m3/min以上。同时，由于今后的瓦斯抽放工作是密切服务于矿井采掘生产，根据1996年矿井勘探地质报告资料反映，按改扩建后的年产量240万t/a计并考虑1.3的富裕系数，矿井服务年限为39年。由此推断，从现在开始，耿村矿尚有29年的生产时间。即使按当前的生产计划正常发展下去，矿井服务年限也应该在20年以上。所以设计建设的瓦斯抽放系统的服务年限不会少于20年。另一方面，耿村矿开采煤层为1-2、2-1和2-3煤层。截止目前，1-2煤层仅余有一个

38、回采工作面。而2-1和2-2煤层在井田中部的+250水平左右先后与2-3煤层合并，合层后的2-3煤层厚度逐渐增大，在井田的西南部和东南部，煤层厚度增大到20m以上，为该矿井下一阶段的主采煤层。随着煤层深度和厚度的增加，瓦斯含量也会相应增大，从而使采掘进程中的瓦斯涌出量明显升高。在此状况下，有可能造成矿井瓦斯的升级，所以通过瓦斯抽放措施缓解矿井通风压力是有效预防瓦斯灾害是客观需要的。综上所述，不仅从安全生产的角度考虑，还是根据国家相关法规中要求的所有内容，耿村矿建立矿井瓦斯抽放系统都势在必行。2.1.3 经济效益与环保要求前面已经提到，虽然时刻威胁着煤矿的安全生产，但与煤炭一样，瓦斯也是一种热值

39、很高的不可再生性能源。据统计，自2003年7月至2004年12月耿村矿建立了井下移动瓦斯抽放系统以来，共抽放瓦斯3132516 m3，这些宝贵的能源已经全部通过矿井总回风巷道排入地面大气中。从而造成了极大的能源浪费。另一方面，由于瓦斯（其主要成分ch4）能够对地球大气层产生“温室效应”，因此，它又是一种对人类生存和生活质量极其有害的气体。大量矿井瓦斯排空导致的负面影响已经引起了我国政府和全球各国的密切关注。从绿色环保及煤炭企业的长久发展角度出发，综合考虑通过有计划抽放矿井瓦斯并致力于发电、民用等方面具有深远的社会意义和极大的经济意义。2.2 抽放瓦斯的可行性分析本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然

40、透气条件下进行预抽的可能性。衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个：煤层透气性系数（），钻孔瓦斯流量衰减系数（）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（qj）。矿井瓦斯抽放管理规范第19条规定，对未卸压的原始煤层，瓦斯抽放的难易程度划分为三类，见表2-3。根据实测的钻孔流量衰减系数和煤层透气系数（据河南理工大学2003年测定），1-2煤层和2-3煤层透气系数为0.006 m2/mpa2.d和0.074 m2/mpa2.d，远远低于较难抽放标准的下限0.1 m2/mpa2.d；同时，对应的钻孔衰减系数分别为119.36d-1和114.31d-1，远远超出较难抽放的上限0.05d-1。煤层透气性系数很低，钻

41、孔瓦斯流量衰减的很快，是属于极难抽放煤层。表2-3 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）百米钻孔瓦斯极限抽量qj (m3)煤层透气系数（m2/mpa2d）容易抽放1440010可以抽放0.0030.05144002880100.1较难抽放0.0528800.1由此确定，如不采取其它配套的辅助性技术措施，耿村矿基本不具备预抽本煤层瓦斯的可行性。虽然如此，鉴于以下几方面原因，在耿村矿设计建立瓦斯抽放系统仍然具有很大的可行性。煤层瓦斯资源量稳定、可靠。由于2-1、2-2、2-3煤层同属于一组煤，在井田的浅部层间距较小。到深部以后又合并成为一层煤，所以针对2-3煤层建

42、立的瓦斯抽放系统实际上是为有效抽放以上三层煤中瓦斯服务的。所以应该以该三层煤的瓦斯储量作为矿井瓦斯储量来进行评价。矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量。开采2-3煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算的应该有2-1和2-2煤层和围岩（含煤线）的瓦斯储量，计算公式如下： （2-4）式中：wk矿井瓦斯储量，万m3； c围岩瓦斯储量系数 ，取c = 1.05； a2-1、2-2、2-3煤层工业储量，万t； x2-3煤平均瓦斯含量，m3/t，取2.03m3/t（据河南理工大学测定）；矿井瓦斯可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算： （2-5）式中：wkc

43、矿井瓦斯可抽量，万m3； k 矿井瓦斯抽放率，按照义马矿区生产矿井的现状预计，k =2535%，取平均值k = 30%； wk 矿井瓦斯储量，万m3。由以上公式计算耿村矿目前矿井瓦斯可抽量结果见表2-4所示。表2-4 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果煤 层煤炭工业储量*（万t）平均瓦斯含量（m3/t）当前矿井瓦斯储量（万m3）当前矿井瓦斯可抽量（万m3）2-1、2-2、2-314674.52.0329789.28936.8*截止1995年末总计为16834.5，以此减去1996年2004年生产出煤量。平均年产量按设计年产量240万t/a计共9240=2160万t。若结合目前耿村矿设立井下移动瓦斯

44、抽放系统的实际抽放参数，平均瓦斯总抽放量可取7.5m3/min纯瓦斯量（其中东三采区4.5，西二采区3.0）计算，则设计瓦斯抽放系统的服务年限为：8936.8/7.5=1191.6104min=22.67年这个数据不仅符合矿井瓦斯抽放管理规范第八条中关于“瓦斯抽放系统服务年限应该保持在10年以上”的规定，而且与本说明书先前关于矿井服务年限的时间基本保持一致。耿村矿已经于2003年开始建立了井下瓦斯移动抽放系统，不仅在瓦斯防治中取得了一定的成效，而且经过两年来的运转和实践，积累了经验，锻炼了队伍，转变了“低瓦斯矿井”的老观念，全矿上下对瓦斯抽放工程极其关注和重视。同属义马煤业集团公司的相邻千秋煤

45、矿已经设计完成并开始建造地面永久瓦斯抽放系统，有前期的成功经验可以借鉴。3 矿井瓦斯抽放方案设计3.1选择抽放瓦斯方法的原则抽放瓦斯的类型按空间对象分有开采层、邻近层、采空区和围岩抽放；按地应力对比来分，有未卸压和卸压抽放；按时间对比分，有采（掘）前预抽、边掘边抽、边采边抽和采后抽放。抽放瓦斯方法是指汇集瓦斯的施工方法而言，可以分为钻孔法、巷道法和综合法。选择矿井瓦斯抽放的类型和方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基本参数、瓦斯来源、巷道布置、抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定，并应遵守以下原则：（1）抽放方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。（2）应根据矿井瓦斯涌出来源及涌

46、出量构成分析，有针对性地选择抽放瓦斯方法，以提高瓦斯抽放效果。（3）在满足瓦斯抽放的前提下，应尽可能地利用生产巷道，以减少抽放工程量。（4）选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。（5）选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果，降低瓦斯抽放成本。（6）瓦斯抽放应有利于钻场、钻孔的施工和抽放系统管网的布置，有利于增加钻孔的抽放时间。3.2 抽放瓦斯方案的确定3.2.1瓦斯来源分析根据河南理工大学2003年的“低瓦斯矿井瓦斯赋存规律及瓦斯灾害治理技术研究”科研成果中反映：耿村矿东、西翼采区瓦斯压力和瓦斯含量都比较低（表3-1），根据一般规律，测定地点均处于瓦斯风化带之内；同时，由于整个井田地质条

47、件相对简单，地质构造不太发育，煤层赋存比较稳定。据此推断，井田深部虽然瓦斯压力和瓦斯含量会有所增加，但总体升高幅度不应很大，即深部开采范围仍当属于低瓦斯区域。表3-1 耿村矿瓦斯基本参数测定成果表（据河南理工大学2003年测）测点编号测点位置煤层瓦斯压力（mpa）瓦斯含量（m3/t）瓦斯中ch4比例（%）1西二采区12151下顺槽1-20.350.94016.72西二采区12151下山2-30.952.03430.83东三采区2-30.350.40210.3回采工作面的瓦斯涌出主要来自采空区，无论是生产班和检修班均达到工作面瓦斯涌出总量的70%以上，该部分瓦斯主要来自围岩和邻近煤层。生产实践表

48、明，影响和制约耿村矿安全生产主要原因就是由于采空区瓦斯大量涌出导致的回采工作面上隅角瓦斯浓度超限。进入深部采区后，由于2-1、2-2煤相继合并入2-3煤，采空区的瓦斯将主要来源于遗煤、上阶段采空区、下阶段未采煤体及围岩。3.2.2 抽放瓦斯方案的初步设计确定耿村矿瓦斯抽放的方案需要考虑以下几方面的因素：随着1-2煤层最后一个工作面回采结束，矿井下一阶段即井田深部的生产任务主要是针对2-3煤开展。矿井生产进入单一煤层开采状态，没有邻近层。但是，根据先前的预测成果，由于开采深度增加和煤层变厚可能导致煤层瓦斯含量的增大，从而导致回采工作面瓦斯涌出量的升高。根据本煤层瓦斯含量小而且极难抽放的特点，结合目前回采工作面上隅角瓦斯浓度频繁超限及2003年以来建立井下移动瓦斯抽放系统的成功实践，下阶段瓦斯抽放的重点仍应该以有效排除采空区内卸压瓦斯为主。由于耿村矿煤层具有较强的自燃