急倾斜特厚煤层高瓦斯综放工作面瓦斯治理集成技术研究

采高为2.2m,放顶煤高度为12.8m～17.8m。主采Cu₂煤层，煤层倾角76～82°,平均厚度22.58m;Cu₄煤层局部可采，亦属急倾斜特厚煤层。目前，矿井绝对瓦斯涌出量为18m³/min,相对瓦斯涌出量为12~13m³/t,但矿井采面瓦斯涌出作面瓦斯来源分析、上分段开采对下分段煤体卸压变化影响数值模拟和钻孔抽采效果的考查，可得出如下结论：(1)急倾斜特厚煤层分段开采，矿井瓦斯治理的根本措施应该是对工作面开采分段的下部煤体的瓦斯进行预抽和卸压瓦斯拦截抽采，这是解决矿井瓦斯涌出问题的关键所在。(2)上分段开采后，其采动卸压范围为不规则的椭圆弧状，即中部底板下约14米深度范围内，两帮3~4米范围内。下分段工作面抽采钻孔最佳层位应布置在工作面两侧距上分段底板2~3米范围，中部8~11米范围内。(3)由于水平分段厚度大，为了有效解决下分段工作面开采时本分段的瓦斯涌出量，工作面抽采钻孔应高低位布置，高位钻孔距工作面顶面2米左右，低位钻孔距工作面顶面10米左右。(4)通过现场考察，高位钻孔抽采效果明显优于低位钻孔，能有效拦截因上分段开采而造成的下分段卸压瓦斯，减少了涌入上分段开采空间的瓦斯量，为上分段顺利回采提供了可靠的安全保障。关键词：瓦斯抽放，放顶煤，分段开采，数值模拟I第一章矿井概况 4 41.2矿区地层特征及构造 41.3煤层情况 61.4矿井开拓、开采 71.5矿井通风、瓦斯情况 7 8第二章煤层瓦斯基本参数测定 2.1煤的瓦斯吸附常数测定与煤的工业分析 2.2煤层瓦斯压力 2.3煤层瓦斯含量 2.4煤层钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数 2.5煤层透气性系数 第三章综放工作面瓦斯涌出及治理对策分析 第五章瓦斯抽放参数及抽放效果考察试验 24 5.2考察钻孔施工及封孔要求 5.3钻孔施工安全管理 5.4试验钻场及钻孔抽放效果考察方案 5.4.1考察内容 5.4.2单孔瓦斯抽放流量考察 5.4.3钻场上层钻孔组及下层钻孔组预抽瓦斯流量 5.4.4钻场预抽瓦斯流量考察 5.4.5钻场抽放卸压瓦斯流量考察 5.4.6单孔抽放卸压瓦斯流量考察 5.4.7钻场上层钻孔组和下层钻孔组抽放卸压瓦斯流量考察 5.4.8抽放管理的附属设施 5.4.9钻场管理 6.1抽放瓦斯规模 436.2抽放方法选择 6.3抽放泵选型 43 467.1现场考察技术方案 46 46 467.1.3资料收集与数据分析 477.2考察地点基本情况 487.2.1钻孔布置情况 487.2.2瓦斯抽采计量 7.3现场抽采考察 第八章布孔层位数值模拟分析 8.1数值模拟由来 8.2参数来源及建模 8.3数值模拟方法 8.4数值模拟结果 8.4最佳布孔层位分析 第九章抽采效果综合分析 649.1从矿井瓦斯治理整体分析 9.2从工作面瓦斯涌出情况分析 9.3单孔抽采效果分析 第十章总结建议及结论 67 参考文献 4第一章矿井概况北宽2km,矿区面积6.7764km²。西与大炭壕井田相邻，东与老窝铺井田相邻，行矿区交通便利，由该矿向南经过阿刀亥沟7.5km水泥公路与110国道相接，东至呼和浩特约120km,西抵包头市约50km。京包铁路从矿区南部的山前平原萨拉齐镇通过，阿刀亥煤矿在此区段设煤炭外用集装站，与京包铁路接轨，接轨距离2km。矿区交通运输较为便利。阿刀亥矿区位于阴山山脉之大青山中段南缘，受造山运动的影响，属高山地形，侵蚀性地貌。相对高差大，最高点在矿区西界，标高1785.10m,最低点位于悬崖陡峭，山高谷深，'V’字型冲沟发育。矿区外南部为前寒武系片麻岩组成的高山地形，海拔标高为1500～2000m左右。矿区及北部为寒武奥陶系灰岩、石炭系、二叠系、三叠系中、古生界之沉积岩地层组成的中高山地形，山势较缓，海(一)地层大青山煤田地层系统划属：古生代地层区划为华北大区一晋冀鲁豫地层区一阴山地层分区一大青山小区。地层从老至新依次出露有太古界乌拉山群、下古生界寒武～奥陶系、上古生界石炭系上统栓马桩组、二叠系下统杂怀沟组、下石叶5湾组、二叠系上统上石叶湾组，脑包沟组、中生界三叠系下统老窝铺组、侏罗系地层总厚度6000m有余。(二)地质构造大青山煤田大地构造单元位于华北地台一内蒙古台隆—阴山断隆(三级),其基底由太古代乌拉山群组成，盖层为中下寒武统，中下奥陶统，上石炭统，二叠系，下三叠统和侏罗系。区内构造复杂，褶皱断层发育，混合岩化强烈，每期构大青山煤田呈北东东——南西西向展布，地层走向60°~80°,主要构造线循此方向延展，构造线多以近东西为主，形成近东西向褶皱即倒转的背向斜及低褶皱轴面多向南倾斜形成倒转。断层面大都南倾，形成由南而北之低角度逆掩断大青山煤田从构造特点看，由东向西，由复杂变为较简单的规律，西部地层平缓，褶皱断层较少，往东褶皱断层剧烈，以至东端有花岗岩侵入。从南北方向大青山煤田内火成岩较少，仅在煤田外的乌拉山群岩系中有各种不同时代的侵入体，以辉长岩、伟晶岩等为主体。西部侏罗系底部砾岩和片麻岩系之间有安山岩，其时代不清。另于正沟、灯草渠沟、石拐子北山内有玄武岩墙侵入石拐煤系。东端万家沟以东有燕山期花岗岩侵入三叠系及侏罗系地层中，为本区最大的本区在震旦纪以前为地槽沉积，经多次造山运动发生区域变质作用，并伴火成岩活动，上升为古陆，在以震旦系后，寒武纪前形成四周为古老岩系而高差大的山间盆地，接受古生代、中生代、新生代的沉积，由于地壳趋于稳定及气候的变迁形成石炭二叠纪泥炭沼泽相与近距离搬运的河流相交替的含煤建造，二叠、三叠纪气候炎热干燥有大量红层沉积，尔后发生大青山运动(相当于印支运动)6至使侏罗纪初沉积凹陷扩展，形成内湖、沼泽、泥炭沼泽、河流之交替沉积，岩相变化复杂，厚度变化大。晚侏罗纪后发生造山运动(相当于燕山运动),结束大青山煤田的沉积建成造。同时造成紧闭式倒转褶皱及巨大的断裂，同时伴有酸性(一)含煤性砂质粘土岩、泥岩及各种粒级的碎屑岩组成，砾岩与碎屑岩占70%以上，相变频繁，泥炭沼泽相与河流相相互交替，煤层厚度变化大，结构复杂，煤分层难以对比。煤系地层含Cu₂和Cu4两个煤层组，煤系地层全厚183m,煤层总厚为28m,含煤系数为15%。(二)含煤煤层矿区内3号孔中煤层最厚为31m,结构极复杂，分为34分层。在其他钻孔中未见或不可采，厚度变化极大，为极不稳定煤层。原煤灰分都在40%以上，为不可采开采所收集的资料，经统计Cu2煤组自然最大厚度为49.67m,最小厚度为0.90m,平均厚度为19.23m。夹石3～42层。夹石单层厚度最大24.42m,最小厚度0.02m。夹石岩性多为炭质泥岩、高岭土岩及粉砂岩，局部复煤层。煤组可采最大厚度为37.18m,最小厚度为0.90m,平均厚度14.12m。根据地质勘查资料证明，本煤组在槽72处厚度为0.90m,在39号和26号探槽之间煤层厚度为5～10m。此区内有一厚层夹石，在童盛茂村南达10m,岩性为含砾砂岩、砂岩。往东(第4勘探线以东)此夹石尖灭，煤层变厚。该夹石向西也逐渐变薄，而煤组又逐渐加厚，如26号到24号槽探之间煤组厚度为43m;24号以西到17号槽之间，煤层厚度又变薄。井田东部石匠窑附近A2背斜轴从Cu₂7煤组通过。受倒转背斜的影响，煤组发生重复，8号孔内煤层全厚89m。Cu₂煤组阿刀亥煤矿始建于1958年，当时为5万吨/年的小型矿井，经过三次技术改造后，目前是神华包头矿业公司唯一的井口开采的生产矿井，设计生产能力为60万吨/年，核定生产能力为90万吨/年。矿井服务年限为52年。开采标高为1576m至矿井主采煤层为石炭二迭纪Cu₂煤层，煤层厚度4.72~42.79m,平均厚度22.58m,煤层倾角一般在70°以上，局部回采Cu₂煤层。矿井开拓方式为中央并列式斜井多水平开拓，共有5个井筒，分别为大倾角皮带主井、箕斗提研井和副采煤方法为急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤，采2.2m,采放比一般为1:6～1:8左右。目前开采+1155m水平，接续水平为+1000m水平，采煤工作面距地表深度分别为东部180～260m,西部240～280m,矿井东部和西部各有一个采区，矿井正常生产安排2个工作面。1.5矿井通风、瓦斯情况(一)矿井通风矿井通风方式为中央边界和中央对角混合抽出式，由大倾角皮带主井、箕斗提研井和副井进风，由白家尧和西二两个回风井回风，掘进工作面供风采用局部白家尧风井和西二风井2个井筒排风，白家尧风井：安装BDK618-No18型对旋轴流式风机1台，BDKNo20型对旋轴流式风机1台，一台工作，一台备用，BDK618-No18型对旋轴流式风机主要技术参数：风量1860～5100m³/min,静压：运行时，静压700Pa,总排风量为2330m³/min,担负东二采区生产用风，备扇8和30°,运行时，静压800Pa,总排风量为2080m³/min,负担西二采区生产用风；据矿井2009年三季度的配风计划和8月中旬通风报表数据，矿井计划需要风量为3383.7m³/min,矿井总进风4301m³/min,有效风量为3655m³/min,矿井总回风量4410m³/min,矿井有效风量率为84.98%,矿井有效风量富裕系数为1.08。1155东运输大巷，1155-1310暗副井(1155猴车下山),1310东大巷、1310-1228材料下山→1209石门、1155石门、1228-1155下山→1155风硐→1209采面、1209掘面→1209-1228回风上山回风→1228-1260皮带上山→1260东大巷→东部采区风井西二采区通风系统：新鲜风由主井、副井、提矸带暗主井、1260-1310皮带上山→1260西大巷、1260-1155暗副井，1155西运输大巷→1171石门、1187石门1187-1203进风上山，风眼→1203-1218进风上山→1218采面、1203备用采面→工作面回风巷，风硐→1218专用回风上山→1260-1352回风上山，1260石门联络巷→西二风井排出地面。(二)矿井瓦斯2007年矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井，矿井绝对瓦斯涌出量为14.76m³/min,相对瓦斯涌出量为8.33m³/t,但矿井采面瓦斯涌出不均衡，部分采煤工作面瓦斯涌出量较大，矿井一直按高瓦斯矿井进行管理，而且随着开采深度增2009年矿井绝对瓦斯涌出量为18m³/min。本区矿区属高山地形，侵蚀性地貌。地表植被稀9少且集中，蒸发量大，地下水补给来源以大气降水为主。各含水层含水性皆小，断层导水性较差。根据重庆煤研所1983年煤尘化验资料结果，本矿井煤尘具有爆炸危险，其爆炸指数为18.07%～20.65%。根据内蒙古煤田地质勘探公司煤质化验所1983年煤层化验资料结论，本区煤层不具有自燃发火性。但是据抚顺煤研所1990年煤层化验资料结论，煤层具有自燃发火性。矿井安全监测系统于2005年建成，2008年底由KJ109升级为KJ325安全监控系统，主要用于矿井安全监测、生产监控任务。矿井通讯为阿刀亥煤矿内部网，通信方式为RS485。矿井建立防尘洒水管路系统，制定了防尘管理制度和综合防尘措施，矿区建有一个500m³的地面水库专供井下防尘和灭火用。矿井建立了防灭火检测和管理制度，制定了防灭火措施。消防与防尘洒水共用一套管路系统，在井下建有消防材料库。第二章煤层瓦斯基本参数测定主要依据。阿刀亥煤矿已掌握Cu₂煤层瓦斯基本参数，Cu掌握不全，因此，本次只测定Cu4煤层瓦斯基础参数，主要包括：煤层瓦斯压力、煤层透气性系数、煤层瓦斯含量、煤层钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数、煤的煤的坚固性系数(f)、煤层自燃倾向性、2.1煤的瓦斯吸附常数测定与煤的工业分析煤中的瓦斯是以游离和吸附两种状态存在的，煤的瓦斯吸附常数是衡量煤吸附瓦斯能力大小的标志，是计算煤层瓦斯含量的重要指标之一。煤样的工业分析值也是计算煤层瓦斯含量的重要参数。目前，煤的瓦斯吸附常数与工业分析只能需要选定两个以上的地点(回采工作面，煤巷掘进工作面)采集Cu4煤层煤样煤层1193东翼工作面回风巷和运输巷掘进工作面内选取两个以上的煤样。2.2煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，即气体作用于孔隙壁的压力。它是煤层瓦斯赋存与涌出的基本参数，亦是煤层瓦斯流动的动力。煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个主要因素，当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤中所含瓦斯量也就越大。它不仅决定着煤层瓦斯含量与涌出量的大小，而且对于合理地进行通风设计起着重要的作用。因此，准确测定煤层瓦斯压力是十分必要的。目前测定煤层瓦斯压力的方法有两种，一是间接测定方法，二是直接测定方法。间接测定煤层瓦斯压力方法是根据煤层瓦斯流动规律、煤层透气性系数、瓦斯解吸规律、煤层瓦斯含量系数曲线等，通过计算，推测出该地点的瓦斯压力。间接测压法一般用于难以进行直接测压的条件下，根据煤层原始瓦斯含量、残存瓦斯含量等基础参数推算煤层瓦斯压力，以及由地层深度估算煤层瓦斯压力等。直接测定煤层瓦斯压力方法是先用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定测量煤层瓦斯压力的地点打一钻孔，然后在钻孔中放置测压装置再将钻孔严密封闭堵塞并将压力表和测压装置相连来测出瓦斯压力。直接测压法的关键是钻孔封闭的质量。直接测压的封孔方法可分为填料法和封孔器法两类。根据封孔器的结构特点，封孔器又可分为胶圈、胶囊和胶圈—粘液等几种类型。根据阿刀亥煤矿的情况，采用直接法测定该矿的Cu4煤层瓦斯压力，地点初步定在Cu4煤层1193东翼工作面回风巷和运输巷掘进工作面或者与Cu4煤层1193东翼工作面相关石门内，向Cu4煤层打钻孔测压。具体测压地点现场勘察后确定。测定数据记入附表2.1。煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，以m³/t或m³/m³表示。它是计算矿井及煤层瓦斯储量、矿井瓦斯涌出量预测和煤与瓦斯突出危险性预测的重要依据参数之一。目前，煤层原始瓦斯含量测定方法有直接方法和间接方法。直接方法包括：地勘钻孔瓦斯解吸法、井下钻孔瓦斯解吸法和煤芯采取器法等。直接法比较简单、直观，应用该法时，直接从采取的煤试样中确定其瓦斯成分和瓦斯量。其缺点是在试样采取过程中难免有部分瓦斯逸散，需要建立补偿瓦斯损失量的方法。间接法比较复杂，它是先在井下实测或根据已知规律推算煤层瓦斯压力，并在实验室测定煤的孔隙率、吸附等温线和煤的工业分析结果，然后再计算煤层瓦斯含量。该法的优点是煤样不需密封，采样方法简单，且如果已知煤层各个不同区域的瓦斯压力，则可根据吸附等温线推算各个不同区域的煤层瓦斯含量；该法采用直接法和间接法相结合的方法。其中直接测定法初步确定在Cu4煤层1193东2.4煤层钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数q₀和钻孔瓦斯流量衰减系数α,其中钻孔瓦斯流量衰减系数α是评价煤层瓦斯预抽难易程度的一个重要指标。q₀和α值是通过测定不同时间的钻孔自然瓦斯涌出利用测压钻孔完成该项工作，钻孔自然瓦斯涌出量记入附表2.2内。煤是一种多孔介质，在一定的压力梯度下，瓦斯可以在煤体内流动，煤层瓦斯流动难易程度通常用煤层透气性系数来表示，也是评价煤层瓦斯预抽难易程度的一个重要指标。其物理意义是：在1m长的煤体上，当瓦斯压力平方差为1MPa²目前，我国广泛采用的测定方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的，通过测定煤层瓦斯径向不稳定流量来计算煤层透气性系瓦斯基本参数测定试验所需的设备、装置及工具见表2.1所示。序号材料名称规格型号单位数量备注矿井名称煤层名称_煤层厚度时间瓦斯压力(MPa)备注1234附表2.2钻孔瓦斯涌出量测定记录表矿井名称煤层名称煤层厚度(m³/min)(m³/min)旧底图总号日期测压管根根根根附图2.1测压孔测压管加工图封孔测压旧底图总号日期注浆管1/2"镀锌铁管附图2.2测压孔注浆管加工图立I旧底图总号日期煤研炭究附图2.3测压孔测压管加工图L项口负责附图2.4测压孔木楔加工图附图2.5压力表接头第三章综放工作面瓦斯涌出及治理对策分析目前，矿井绝对瓦斯涌出量为18m³/min,相对瓦斯涌出量为12～13m³/t,2.2m,放顶煤高度为12.8m～17.8m,采面瓦斯涌出70%～80%由采面放顶煤时根据矿井瓦斯涌出来源分析，采面瓦斯涌出70%～80%由采面放顶煤时涌出，目前阿刀亥煤矿采取的瓦斯治理方法主要有：回风巷内向采面顶煤打抽放钻如图3.1所示，对采面采空区进行瓦斯抽放；增大瓦斯抽放能力；减少分层厚度但深层次的分析，采面瓦斯涌出70%～80%由采面放顶煤时涌出，这部分瓦的卸压瓦斯的涌出量是工作面瓦斯涌出量的主体。采煤工作而从以上分析可以看出，矿井目前采用高位钻孔抽采采空区瓦斯是治标不治本的措施，是在卸压瓦斯已经涌入回采空间后再对其进行抽采，虽然目前的情况下还能解决；但随着采深的增加，煤层瓦斯含量也随之增大，现有的瓦斯抽采措施可能就无法解决工作面瓦斯超限问题。因此矿井瓦斯治理的根本措施应该是对工作面开采分层的下部煤体的瓦斯进行预抽和卸压瓦斯的拦截抽采，从源头上解决该矿的瓦斯涌出问题，这是解决矿井瓦斯涌出问题的关键。第四章综放工作面瓦斯治理集成技术总体方案阿刀亥煤矿瓦斯治理的关键是采取何种有效措施治理开采阶段回采过程中下方煤体的卸压瓦斯涌出问题。针对矿井为急倾斜特厚煤层水平分层综采放顶煤开采的具体情况，提出了以下两个瓦斯治理总体方案。这两个方案的总体思路是对在开采分层工作面回采之前，提前在其下部分层的煤体施工抽放钻孔进行瓦斯预抽工作，降低下部分层煤体的瓦斯含量；而在开采分层工作面回采时，利用这些抽放钻孔对开采层下部煤体的采动卸压瓦斯进行拦截抽采，减少其向开采层回采空间的涌出，降低回采工作面的瓦斯治理难度；在下部分层进行回采时，这些抽放钻孔还可进行边采边抽工作，进一步加强瓦斯治理。方案一：掘进下部分层巷道施工顺层钻孔抽采瓦斯该方案适用于工作面的煤体较软，存在构造难以施工长钻孔的情况下，如图4.1所示，其具体措施方法为：(1)在回采工作面的下部分层煤体中，提前将下部分层工作的顺槽掘进出来；考虑到矿井回采工作面矿压较大的问题，可先将矿压相对较小的煤层顶板一侧的煤巷顺槽提前准备；(2)在掘进好的巷道内每隔120～150m施工一个钻场，在每个钻场中施工上、下两层钻孔，每层3～5个钻孔。上层钻孔的终孔点应距上方回采工作面的底板垂距为1.5～2m,对下方煤体进行瓦斯预抽；(3)上部分层媒体工作面回采时，下部分层煤体中的抽放钻孔可拦截下部分层煤体中卸压瓦斯，避免下部分层煤体中卸压瓦斯涌到工作面回采空间，引起工作面瓦斯超限；(4)将掘进好的超前巷道作为准备工作面的回风巷，在准备工作面回采时，抽放钻孔继续进行边采边抽，加强工作面的瓦斯治理工作。方案二：石门中施工顺层长钻孔抽采瓦斯该方案适用于工作面的煤体较硬，可施工长钻孔的情况下，如图4.2所示，其具体措施方法为：(1)在回采工作面的下部分层煤体对应的石门内，沿回采工作面走向方向超前施工两个大直径长钻孔，每个钻孔的直径不小于133mm,钻孔的终孔点应距上方回采工作面底板的垂距为1.5～2m,施工好的钻孔对下部分层煤体进行瓦斯预抽；(2)上部分层工作面回采时，下部分层煤体中的抽放钻孔可拦截卸压瓦斯采采止线(a)剖面图(b)平面图图4.1瓦斯治理总体方案一钻孔布置示意图走向大直径钻孔，钻孔终孔点距上工作面1.5-2m剖面图石门走向大直径长钻孔走向大直径长钻孔(b)平面图采采止线图4.2瓦斯治理总体方案二钻孔布置示意图根据矿井煤层的赋存情况，建议矿井采用方案一，即提前布置下部分层工作面的煤巷，在煤巷中施工顺层钻孔进行瓦斯抽采的方案。矿井可选择合适的地点对该方案进行试验，对钻孔的布置层位、钻孔数量、抽采参数、抽采效果等内容进行考察，确定适合本矿井的合理的抽采参数。采用上述方案进行瓦斯抽采后，因对工作面回采时瓦斯涌出的主要来源下部分层的卸压瓦斯进行拦截抽采，同时下部分层煤体的瓦斯含量也大大降低。在采用该治理方案实施一个循环以上后，回采工作面的瓦斯治理采用加强通风管理应该能够解决。第五章瓦斯抽放参数及抽放效果考察试验因矿井煤层的赋存情况，矿井瓦斯治理总体方案首选方案一，因此本试验试验地点初步定在西一采区1203东翼工作面。在该工作面回风巷和运输巷进好的回风巷内每隔120～150m布置一个钻场，钻场大小为3m×3m×2.5m,每个钻场内按照图4.1分两层施工一定数量的钻孔。作为试验考察，先选取其中的3个钻场，1#试验钻场内共施工8个钻孔，分两层，每层4个钻孔，钻孔终孔点均匀分布控制煤层厚度。2#钻场内共施工6个钻孔，分两层，每层3个钻孔，钻孔终孔点均匀分布控制煤层厚度，3#钻场内共施工10个钻孔，分两层，每层5个采区1203东翼工作面垂距为2m,下层钻孔终孔点距上分层钻孔终孔点垂距为8~10m。每个钻场的上层钻孔按长度大小，最长者标为上1#,次之者标为上2#,并依次类推；每个钻场的下层钻孔亦按长度大小，最长者标为下1#,次之者标为下2#,并依次类推。(1)每个钻场内的钻孔先施工上层钻孔组钻孔，再施工下层钻孔组钻孔；(2)钻孔的开孔位置、钻孔施工参数必须严格按设计要求进行；(3)施工中每班应对钻孔进尺、煤岩孔长度以及施工地点瓦斯浓度进行详(4)在钻孔施工中设瓦检员对施工中瓦斯浓度进行监测，对于钻孔施工处(5)钻机操作台不得正对孔口，操作人员在距孔口3m外的操作台上操作。(6)钻孔施工完成后，应即时进行封孔和接抽(每个钻场的上层钻孔汇成一组接到抽放管路上，下层钻孔汇成一组接到抽放管路上),以防止大量钻孔瓦(7)施工地点必须保证一定的供风量，且不能间断；(8)同一条巷内不得安排两台钻机同时施工两煤孔段，并实行“风、电、抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔、聚胺脂封孔、人工水泥沙浆封孔等。封孔段长度不少于6m,作为试验考察，要求用水泥注浆泵封孔，其中1#钻场内的钻孔封孔段长度为7m,2#钻场内的钻孔封孔长度为8m,3#钻场内的钻孔封孔长度为9m。(1)水泥注浆泵封孔采用水泥注浆泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，钻孔封方便，易于维护。其额定压力1.2MPa,流量为0.5m³/min。KFB型矿用封孔泵其主要由(图5.1所示)电动机(1)、安全离合器(2)、变速系统(3)、搅拌机(4)、离合器(5)、离合器操作手柄(6)、送浆泵(7)及机座(8)组成。封孔管采用抗静电的工程塑料管或铁管。抽放面钻孔封孔长度为5m,抽放面掘进的抽放钻孔封孔长度为5m(同时将上次抽放钻孔的残孔封孔8m),封孔材料采用425#硅酸盐水泥，配比为1:0.4;孔内抽放管长度6m,为1.5时双抗塑料管或铁管，封孔长度为5m,抽放管在孔内端钻10～20个直径10mm的小孔，并用双层铁筛网扎好。封孔工艺过程一般在打钻将要结束时就可准备水泥砂浆。水泥砂浆一般应加入适量的膨胀剂，以避免凝固后收缩出现裂缝。当钻孔倾角较小时可适当增大浆液的浓度。注浆泵与所封钻孔的连接如附图5.2所示，井下封孔操作方法为：b)检查抽放钻孔所需的抽放管是否齐全，长度是否达到要求(Φ25mm,长c)根据井下顺层抽放钻孔的封孔深度，计算所需要的水泥量，相关资料表明，封5m的孔一般是用一包水泥，水泥：水=1:0.4(重量比);d)直接将井下装水泥的袋子缠绕在抽放管上，送入钻孔内封住孔口，其做——将抽放管的一端与注浆管摆放在一起，其重叠处约30cm左右；——准备编织袋(将水泥倒入封孔泵的搅拌器内后，就可空出);(2)聚胺脂封孔聚胺脂封孔就是由异氰酸酯和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体聚胺脂封孔采用卷缠药液与压注药液2种工艺方法。现主要应用的是卷缠药液法，封孔深度一般为3～6m(见图5.3)。聚胺脂封孔操作简单，省时省力，气密性好，抽放效果好，但封孔成本略5.3钻孔施工安全管理[1]钻场内所有电气设备的防爆质量必须符合《煤矿安全规程》有关规定。电缆一律吊挂整齐，不得相互缠绕，开关上架。必须加强自身钻机等设备的检查、维护，杜绝失爆、确保设备完好。[2]接班先检查钻机压梁、防护装置、顶板状况、通风设施等安全状况是否齐全可靠。[3]钻孔施工前要将钻机摆放平稳，打好全部压车柱，且根根打牢打上劲，打压车柱时，必须带上木楔或丝杠；并将压车柱用铁丝拴挂好，以防震动脱落砸伤人员，否则严禁施工。钻孔的施工方向、角度要按设计要求施工，原始记录要准确无误。施工的钻机必须保持完好，严禁带病作业，严禁使用报废钻杆。[4]施工钻机的皮带罩、马达罩必须完好，螺丝紧固，否则严禁施工。所有机电设备严禁带电挪移。[5]施工过程中，操作人员要严格按照钻机操作规程和钻孔施工参数精心操作施工，记录准确、详实。严格控制钻进速度，根据不同岩性给定合适压力转速。防止卡钻，打出的煤粉要及时清理走，经常洒水灭尘，严禁煤尘飞扬作业。[6]施工前，带班负责人应先检查施工地点安全情况并清除施工地点20米范围内的杂物，并认真执行敲帮问顶制度，在确认无安全隐患的情况下，方可开[7]施工前，调度所负责在打钻地点安装一部电话，并确保通讯畅通。[8]要确保钻孔前后的水沟畅通，确保巷道无积水。[9]施工现场至少配置两只灭火器。[10]施工迎头必须设置防护板，大板厚度不小于30mm。[11]通风区安设测气员认真检查迎头及回风流瓦斯情况，确保迎头风量充足，发现问题及时处理。钻机施工期间，钻机当班人员必须携带便携仪，挂在施工地点上方并打开正常使用。[12]施工在点点风流中瓦斯浓度达到0.8%时，必须停止钻孔施工；当风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须将人员撤至安全地带、切断电源，进行处理。电动机或其开关附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止运转，切断电源，将人员撤至安全地带，并把控制钻机的开关打在停止位置，同时向矿调度汇报，待处理恢复正常后，方可继续施工。所有施工的电器设备只有在瓦斯浓度降到0.8%以下时，方可人工复电开动机器。[13]钻孔施工过程中，钻杆两旁0.5m范围内及钻杆前后严禁站人，严禁人员碰触钻机运转部件，所有施工人员要将工作服穿戴整齐，扎好裤角、袖口；钻杆难以拆卸时，只能用铜锤敲击，严禁使用铁器敲砸钻具；严禁任何人从运行的钻杆上、下方经过。[14]钻机上卸顶丝和启动操作必须是专人。[15]钻机施工必须安设远距离操作按钮，放置在钻机平台上或就近摆放，确保一人操作、停送电；加尺、卸钻杆钻具等必须在断电状态下进行，口令清楚，相互配合好，否则严禁动作。[16]钻机各机械转动部分要安设防护罩。[17]钻机启动时，操作人员注意力要集中，要求手不离按钮，眼不离钻机，动作要准确、及时、迅速。[18]钻机启动运转、钻进中和起、下钻期间，严禁任何人员在钻杆末端逗留或工作，以免喷孔或钻杆下滑伤人。[19]钻孔施工期间，发现孔口瓦斯增大，夹钻、顶钻等现象时，应及时采取措施处理。在钻孔过程中发现问题，要及时向调度所汇报，并采取相应措施处理，确认安全后方可继续施工。[20]钻孔施工巷道保持合理风量，巷道内设置同时作业最多工作人员用的压风自救器，以防钻孔大量喷瓦斯。[21]钻工应严格按钻机和钻工的《操作规程》及《作业规程》施工，严禁违章作业，严格现场交接班制度。钻孔工作开始前必须编制周密的组织管理措施，成立专门的打钻管理和施工队伍，具体措施在打钻前进行详细编制。5.4.1考察内容(1)单孔瓦斯抽放流量；(2)钻场上层钻孔组及下层钻孔组预抽瓦斯流量；(3)钻场预抽瓦斯流量；(4)钻场抽放卸压瓦斯流量；(5)单孔抽放卸压瓦斯流量；(6)钻场上分层钻孔组及下分层钻孔组抽放卸压瓦斯流量。5.4.2单孔瓦斯抽放流量考察选择1#钻场上1#钻孔和上3#钻孔、2#钻场的下3#钻孔和上2#钻孔、3#钻场的上2#钻孔和下1#钻孔作为单孔瓦斯抽放效果考察钻孔。现场测定装置及操作如下：(1)单孔抽放量测定装置及仪表在每个要求测定单孔流量的钻孔口安装一个固定的单孔流量测定装置，见图每次测定前抽放瓦斯流量时，携带J2.5型煤气表(最大允许的瓦斯流量为66L/min,最小流量一般在1L/min以下)、负压表、瓦斯浓度表检测仪器、记时工具(可用手表)等，即可对其抽放瓦斯流量进行测定。测定装置。在封孔套管的尾部加工管螺纹，外接一个管径为1/2”的三通。三通的外侧通过一个直接头连接一闸阀，再通过一个直接头连接另一个相同的三通。最外端连接倒刺管和胶管，并与抽放管相通。为能测定浓度和负压，还要在最后端的倒刺管上焊接一段小铁管(称观测管),平时用木塞或胶管堵住，也可插上一段胶管堵塞。两个三通的侧边管都装上一个1/2”的倒刺(分别称为前、后流量管),管口用一个打开方便的木塞或胶塞堵住。前流量管(1/2”)后流量管(1/2)前流量管(1/2”)后流量管(1/2)三通内接头闸阀内接头三通(2)测定步骤每次测定一个钻孔的流量时，必须在同一时间内测定其浓度、负压和混合流量，三个参数测定的间隔时间应尽可能地短，以确保测定的三个参数是同一抽放状态下的数值。此外，在测定过程中应尽可能减少由检测口向管内的漏气量，以便减少测定时与正常抽放状态的差别，降低测定的误差，同时，减少测定流量时需要的时间。一个钻孔的测定的具体操作步骤为：a.拔掉观测管的塞子，迅速上瓦检仪，15～20s后抽取气样，测定孔内瓦斯浓度。若负压较高，瓦检仪的皮球不能胀起时，还应在瓦检仪与观测管之间串一个抽气筒(如一氧化碳抽气筒等)。浓度数据对流量测定结果的影响最大，因此，浓度测定一定要尽可能准确。由于抽放时孔内处于负压状态，则拔掉观测管塞子时漏进的空气将首先被吸入钻孔内。因此，在刚接上瓦检仪后流经检测管的气体浓度不能代表正常的数值，而应等待15～20s,漏进的空气被抽入主管道后再吸气检查瓦斯浓度。b.测完浓度后，拔掉瓦检仪，迅速插上负压表。待负压读数完毕后，拔掉负压表，重新堵住观测管。c.将煤气表的进、出气口都事先连上适当长度和直径的胶管弯死(使其不通气),将钻孔上的前流量管塞子取下，迅速把煤气表的进气端胶管插上(此时切莫让胶管漏气)。然后取下后流量管的塞子，迅速将煤气表的出气端胶管插上。让煤气表的胶管恢复通气，关掉闸阀，使钻孔内的气体完全由煤气表通过。此后，至少间隔2min后可开始读数测定流量。读数时，先在某一时刻记下开始的时间和煤气表的数值，经过2min或5min后，再次读出煤气表的数值。前后两次数值相减并除以测定的时间(2min或5min)即得该钻孔的混合流量。如果负压较高，还应根据负压算出气体的绝对压力，利用理想气体状态方程折算出标准状态的瓦斯流量。d.打开闸阀，将煤气表任一端的胶管弯折，先后从钻孔测定装置上拔掉两端的胶管。注意，每拔掉一段胶管都要立即堵上塞子，以免大量漏气，影响浓度。5.4.3钻场上层钻孔组及下层钻孔组预抽瓦斯流量在2#钻场上层所有钻孔施工、封孔完毕后，按要求把上层钻孔汇成一组，立即测定上层钻孔组预抽流量随时间的变化关系，并收集整理2#钻场上层钻孔施工参数(孔径、倾角、方位、岩孔段长度、煤孔段长度等)、施工情况(有无动力现象、施工时间等)。测定要求：①首先测定上层钻孔组的初始抽放流量，在2#钻场所有上层钻孔施工、封孔完毕后，立即按图5.5的连接方式，将抽放钻场、闸阀、旁通管连接于抽放管路，连接好以后马上将煤气表并联于两旁通管之间，关闭主通管路之间闸阀并读数，用秒表或手表计时，待5min后再对煤气表读数，数据记录至表5.1。测完以后取下煤气表，将旁通瓦斯路径短接或堵死旁通管。②预抽前10天，每2天对上层钻孔组抽放流量测定一次；10天以后，每3～4天对抽放流量测定一次，直到连续3次测得的抽放流量基本稳定以后可以7天测定一次，考察时间初步定为3个月，并根据测定的数据分析确定是否继续再测定。图5.52#钻场上分层预抽流量测定连接图同2#钻场上层钻孔组预抽瓦斯流量，考察1#钻场下层钻孔组预抽瓦斯流量。5.4.4钻场预抽瓦斯流量考察在钻场所有钻孔施工、封孔完毕后，立即测定钻场预抽流量与随时间的变化关系，并收集整理钻场钻孔施工参数(孔径、倾角、方位、岩孔段长度、煤孔段长度等)、施工情况(有无动力现象、施工时间等)。测定要求：①首先测定钻场初始抽放流量，在钻场所有钻孔施工、封孔完毕后，立即按图5.6的连接方式，将抽放钻场、放水器、闸阀、旁通管连接于抽放管路，连接好以后马上将煤气表并联于两旁通管之间，关闭主通管路之间闸阀并读数，用秒表或手表计时，待5min后再对煤气表读数，数据记录至表5.2。测完以后取下煤气表，将旁通瓦斯路径短接或堵死旁通管。②预抽前10天，每2天对钻场抽放流量测定一次；10天以后，每3～4天对抽放流量测定一次，直到连续3次测得的抽放流量基本稳定以后可以7天测定一次，考察时间初步定为3个月，并根据测定的数据分析确定是否继续再测定。瓦斯浓度年年图5.6钻场预抽流量测定连接图从试验工作面西一采区1203东翼工作面回采开始，每天测定下部准备工作采范围100m外开始，直到工作面采过钻场后，钻场瓦斯流量衰减至稳定为止。5.4.6单孔抽放卸压瓦斯流量考察成钻孔垮塌、堵孔等减小抽放流量的不利情况，还是会增大煤(岩)层透气性系得出下部准备工作面抽放钻孔受开采应力影响的稳定性。在西一采区1203东翼工作面推进过程中，选择1#钻场上1#钻孔和上3#钻孔、2#钻场的下3#钻孔和上2#钻孔作为单孔卸压瓦斯抽放效果考察钻孔。单孔抽放卸压瓦斯流量考察从距西一采区1203东翼工作面回采范围100m外开始，直到工作面推过钻孔后，钻孔瓦斯流量衰减至稳定为止。5.4.7钻场上层钻孔组和下层钻孔组抽放卸压瓦斯流量考察在上部西一采区1203东翼工作面回采后，其下部准备工作面的每个钻场的上层钻孔组和下层钻孔组受到煤层变形的影响，但在工作面推过后，对钻场的上层钻孔组和下部钻孔组影响程度需要考察；工作面推过后，上层钻孔组的抽放卸压瓦斯效果和下层钻孔组抽放卸压瓦斯的效果也需要通过一定的考察才可确定。选择1#钻场的下层钻孔组和2#钻场的上层钻孔组进行抽放卸压瓦斯的考察。钻场上层钻孔组和下层钻孔组抽放卸压瓦斯流量考察从距西一采区1203东翼工作面回采范围100m外开始，直到工作面推过钻孔组后，钻孔组瓦斯流量衰减至稳定为止。5.4.8抽放管理的附属设施在抽放管路系统最低点安设自动放水器，及时放空抽放管路中的水，提高系统抽放效率。在排气端低凹处还应设下压放水器。推荐选用煤炭科学研究总院重庆研究院设计生产的CF型全自动负压放水器，该放水器可满足不同的使用要求和各类安装条件，适用范围广、放水可靠。CF系列抽放管路负压全自动放水器，主要用于各类负压气体管路的自动放水，可满足不同的使用要求和各类安装条件，它不仅适用范围广、放水可靠，而且安装方便、使用灵活。二适接头主要技术指标放水器的主要技术指标为：(3)最小安装尺寸：485×350×415;放水器应安装在容易积水的地方，或是管路的最低处。在需安装放水器的管段一般应串接一个三通，以形成集水口。具体的安装过程和要求是：如图5.6,在CF自动放水器中，自动放水器要求抽放管道距地板的高度至少有0.42m,安装方法见图5.7。放水器应安设在管道的下方，用一根1英寸铁管或能承受一定负压的胶管作进水管，将放水器的进水管与管道的集水口连接好，再用1根能承受一定负压的6分钢管或胶管作放水器的负压平衡管，将瓦斯抽放管与放水器负压平衡接口相连，即可进行自动放水了。安装的进水管应自抽放管路到放水器保持逐渐降低的趋势或水平状态，不得有低于放水器进水口的部位(即不能向下弯曲),否则，容易淤积泥砂，甚至不能正常放水。为了检修的方便，可在进水管串接一个球阀。在放水器正常工作期间，该阀应一直处于开通状态，而且要求保持通畅。同时，也可选择人工放水器。人工放水器及下压放水器结构如图5.8、5.9所1钢管2闸阀DN153榫抽出的瓦斯排放至地面，还必须安装防爆、防回火装置及放空管等，并请专门的设计机关做消防、排空、避雷等方面设计。412图5.9正压放水器1钢管2闸阀DN253榫子头4钢板在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安设一个孔板流量计，计量各支管的瓦斯抽放量。在抽放系统的主管道上安设一个孔板流量计，计量整个抽放系统的瓦斯抽放量。同时在每个钻场中用煤气表和三通阀进行单孔计量。瓦斯抽放计量采用孔板流量计，参见图5.10。孔板流量计由抽放瓦斯管路中加的一个中心开孔的节流板、孔板两侧的垂直管壁和取压孔等组成。当气体流经管路内的流板时，流束将形成局部收缩，在全压不变的条件下，收缩使流速增加、静压下降，在节流板前后便会产生静压差。在同一管路截面条件下，气体的流量越大，产生的压差也越大，因而可以通过测量压差来确定气体流量。混合气体流量由下式计算：式中ko—孔板流量计系数，有实验室确定；b—瓦斯浓度校正系数，由有关手册查取；△h—孔板两侧的静压差，mmH₂O,有现场实际测定获取。抽放的纯瓦斯流量，采用下式计算：1--孔板2--测量嘴3--抽放管式中C一抽放瓦斯管路中的实际瓦斯浓度，%。抽放的纯瓦斯流量，可按下式换算为标准状态下的瓦斯流量：式中P₁一当地的绝对大气压，kPa;Pb—标准状态下的大气压，101.325kPa;Tb—标准状态下的绝对温度，293K。孔板流量计在安装时要注意孔板与瓦斯管的同心度，不能装偏。在钻场内安装流量计时，应保证孔板前后各1m段应平直，不要有阀门和变径管。在抽放巷瓦斯管末端安装流量计应保证孔板前后各5m段应平直，不要有阀门和变径管。测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计，测定抽放管路中的抽放负压可采用水银计，抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。孔板流量计两侧的测压孔使用橡胶管分别与U型压差计(使用方自备，长800mm)连接，见图5.11。水银压差计测量抽放负压，水柱压差计测量孔板两侧的压差，高沼监测抽放管路内瓦斯浓度，通过附录流量计算公式计算瓦斯抽放量。1胶管2孔板流量计3水柱压差计4水银压差计5三通6测压孔5.4.9钻场管理现场管理工作是抽放钻场管理的中心工作，它包括钻场设计和施工管理、巡回检查、文明化生产等.(1)钻场设计抽放瓦斯钻场必须保持通风良好，瓦斯不能积聚和超限，并且要便于施工和①钻场设计必须满足扩散通风要求和钻孔布置、钻机操作的需要。②布置钻场位置的岩层应完整、不破碎，断面符合施工要求，支护可靠，无空帮，空顶，布孔岩壁要平直，以利钻孔施工、封孔和安设瓦斯管。(2)施工管理施工管理是指瓦斯抽放钻场掘出后，在钻孔施工中除人员合理安排及钻机、钻具配套使用等管理工作外的全过程管理。①现场必须有瓦斯钻孔设计图板和说明书，并标明钻孔数目，位置，间距、方位、角度(仰、俯)、孔径、孔探、封孔长度、封孔材料、注意事项及特殊要求等，并要求施工操作人员在施工中严格遵守。②必须有安全技术措施。针对具体地点提出具体措施，提出操作人员应该注意的安全问题，发生意外时的处理方法，发生灾害时的避灾路线等。③在钻孔施工中，每班必须有钻孔施工记录，记录内容包括：施工时间(年、月、日、班次)、孔径、进尺、岩性变化及施工中出现的各种问题，以便有关人员和接班人员及时掌握现场情况。④抽放瓦斯钻孔施工过程中必须实行先封孔、后钻进，边钻进、边抽瓦斯的施工工艺，避免孔内瓦斯大量涌入钻场，造成瓦斯积聚和超限。⑤在钻场施工完毕后，要由质量管理部门进行检查验收，必须经过检查验收合格，钻孔方可正常投入使用。⑥钻孔验收合格后，必须进行严密封堵，不得泄漏。钻场全部钻孔验收后，要撒出钻机，将钻场及周围的淤泥、积水清理干净，安设好场抽放集中管、放水装置，并使之与抽放系统联网。⑦所有抽放钻场(密闭)都必须设置栅栏，使其与巷槽分隔，同时设置免进牌，除了检查人员外，其他人员一律不得进入钻场。(3)巡回检查在钻场投入使用后，由于受采动影响会使钻场的状态、瓦斯流量、瓦斯浓度，压力等发生变化，而影响抽放效果。因此，巡回检查是钻场管理的重要内容。在巡回检查时，应指定专人携带测试仪器，在所负责的区域内进行检查。同时钻场必须设置测量牌板、检查牌板；原始记录板、压差计等。测试检查人员进行检查时，要逐个对钻场、钻孔进行检查，并将检查结果认真按项填入检查牌板和记入测试拉查记录中。①测量牌扳填写抽放瓦斯浓度，抽放负压、测定时间、抽放量(混合量、纯量),瓦斯管内外温度、检查人员姓名。要求每旬检查填写一次。②原始记录板填写钻孔施工时间、孔数、角度(仰角)、钻孔长度(煤层、岩层、合计)、孔径(开孔、终孔、平均)、封孔长度、封孔材料等。原始记录板在钻孔施工完毕后填写。③检查牌板填写钻场内外瓦斯检查情况、检查时间、钻场内外温度等.要求每日巡回检查一次。④每个钻场都要在钻场支管上留有观测孔，以便于进行检查测试，平时观测孔应封堵严密不漏气。(二)安全管理安全管理是瓦斯抽放管理的重要环节，目的是及时发现瓦斯抽放过程中出现的安全隐患，并及时进行调整和处理，防止发生各种事故。(1)抽放管线检查瓦斯管安没要求尽可能直，并靠帮、靠顶.有合理的流水坡度，吊丝，垫墩齐全牢固，在适宜的地点设置放水装置，插管、孔壁不漏，经常有专人检查维护。①检查吊丝、垫墩是否齐全、牢固，发现缺吊丝、少垫墩或不牢固时，应及时补齐或紧固，防止管线塌落。②检查管路是否跑、漏气和水堵(积水),一经发现跑、漏气和水堵要立即③检查安设瓦斯管线的巷道是否安全，发现问题不能正常进行检查时，必须即时报告有关部门处理。(2)钻场检查钻场检查是定期按时测定钻场抽放负压、瓦斯流量、温度、气体成分，随时掌握帖插(密闭)的抽放状态，及时处理发现的问题。①钻场(密封)抽放瓦斯浓度低于20%时，应采取措施进行处理，只有瓦斯浓度达到20%以上方可抽放。②钻场(密闭)抽放必须设置调控阀门，以便及时调整抽放负压和抽放流量。③对密闭(采空区)抽放负压要及时而适宜地进行调控。因为受采动影响，爆炸.因此，必须对采空区的抽放负压、气体温度、气体成份、一氧化碳浓度严格控制。在检查测定中一经发现温度超过50℃、一氧化碳浓度超过0.005%,应第六章井下移动抽放泵初步选型瓦斯抽采规模应根据矿井可抽瓦斯量、矿井服务年限、矿井瓦斯涌出现状、抽采瓦斯目的及抽采瓦斯不均衡系数等因素综合考虑。根据煤炭科学研究总院沈阳研究院2009年提供《阿刀亥煤矿矿井瓦斯基础参数测试研究报告》表明，阿刀亥煤矿在1155水平，Cu₂煤层原始瓦斯压力0.7MPa,原始瓦斯含量6.35m³/t,煤层透气性系数0.18-0.89m2/MPa².d,百米钻孔瓦斯流量衰减系数0.0057-0.0847d-¹,该煤层总体属于可以抽放类型。本次井下移动抽放泵的选型主要是解决矿井瓦斯问题，2009年阿刀亥煤矿瓦斯等级鉴定结果显示，目前全矿井瓦斯绝对涌出量为18m³/min,随着矿井采掘的延伸及矿井产量的增大，再参照目前矿井瓦斯等级鉴定结果，将抽放规模确定在21m³/min纯瓦斯。下部准备工作面回风巷走向超前钻孔抽放。具体见图4.1所示。(一)瓦斯泵流量计算瓦斯泵流量按下式计算：式中Q泵——瓦斯抽采泵的额定流量，m³/min;Q——最大抽采瓦斯纯量，m³/min;C——瓦斯泵入口处的瓦斯浓度40%;η——瓦斯泵的机械效率，取80%;K——瓦斯抽采综合系数，取K=1.2。本次设计移动式瓦斯抽采泵站，抽采瓦斯纯量为21m³/min,则代入上式计Q泵=79m³/min(二)瓦斯泵压力计算瓦斯泵压力，必须能克服抽采管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压，以及能满足泵出口正压之需求。瓦斯泵压力按下式计算：H孔——抽采所需负压，取H孔=15000Pa;H正——瓦斯泵出口正压，取H正=5000Pa;K——抽采备用系数，取K=1.2。根据当地气象资料，井下移动式瓦斯抽放泵站的压力为93000Pa,经过计算，实际泵入口压力设计不少于65KPa。根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，即可确定抽采泵的型号。因目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需按下式把标准状态下的抽采泵流量换算成工况状态下的流量。式中Q泵工——工况状态下的瓦斯泵流量，m³Q泵——标准状态下的瓦斯流量，m³/min;Po——标准大气压力(Po=101325),Pa;T——瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度(T=273+t),K;To——按瓦斯抽采行业标准规定的标准状态绝对温度(To=273+20),K;t——瓦斯泵入口瓦斯的温度，℃。取瓦斯泵入口温度t=20℃,则：综上，井下抽放泵选型时，真空泵的性能曲线在65KPa压力状态下的工况流量不小于122.5m³/min。第七章抽采参数现场考察抽采参数及效果考察的主要目的是为了找出适合阿刀亥煤矿煤层赋存条件、开采工艺等实际情况的最佳抽采钻孔布孔参数(钻孔倾角、终孔间距、终孔层位位置范围等)、钻孔封孔工艺(封孔材料、封孔深度等)等，因此，合理的(1)抽采钻孔应分组布置在煤层的不同层位，以满足分析不同层位抽采钻孔(2)抽采钻孔应布置在下分层工作面，且上分层工作面正在回采过程中，以(3)钻孔封孔应有针对性的分组，分别采用不同封孔材料、封孔深度，以便通过以上合理考察地点的基本要求，根据阿刀亥煤矿目前的抽采布孔及计的考察地点，本次现场考察地点选取西部采区1171工作面南巷斜交抽采钻孔进根据1187回采工作面与1171工作面南巷斜交钻孔的相互位置关系，每天观测采面线下方前60m、后30m,共90m范围内每个斜交钻孔单孔抽采瓦斯浓度、温度、负压和流量的数据。测定钻孔随1187工作面回采位置而动态变化，并保证每天测定1187工作面采面线投影下方1171南巷90m范围内的抽采钻孔的各项抽采参数，单孔测定范围示意图见图7-1所示：每次测定前首先确定1187工作面回采位置，然后根据图7-1所示确定测定(2)第二天测定起始位置则由前一天测定到第二天测定时期间的工作面退尺距离L确定：前一天测定起点向前(横川方向)移动L即为第二天测定起点，此后90m范围内(即20组高低位钻孔，共40个钻孔)为第二天测定范围。可抽采管路测定仪器采用郑州市光力科技发展有限公司生产的CJZ70型瓦斯抽放综合位钻孔类别、浓度、负压、流量、距工作面的相对位置等，填写表格格式如表1187工作面通风瓦斯情况前一天进尺(m)累计进尺(m)回风风量回风瓦斯浓度(%)上隅角瓦斯浓度(%)1171南巷单孔考察流量数据编号钻孔类别(高/低)与1187采面线平距(m)备注终孔浓度温度负压7.1.3资料收集与数据分析在考察期间要收集1187工作面每天的进尺、累计进尺及剩余采长等工作面绘制工作面瓦斯涌出量、回风瓦斯浓度与回采工根据钻孔设计参数和抽采参数测定数据，选取3~5个有代表性的高低位钻根据全部的考察数据，从中选取终孔位置距工作面距离分别为30m、25m、1171工作面南巷(回风巷)已经掘进至设计切眼位置，目前已停掘。北巷工作面目前正在掘进，预计2011年6月份贯通。1171工作面上部为1187采煤工作面，采面设计长度473m,目前已回采至6#抽采钻孔，回采大约210m,剩余260m左右，正常情况下日平均进尺2.5m左右，预计2011年7月回采完毕。7.2.1钻孔布置情况1171工作面抽采钻孔设计横川内施工长钻孔，沿两巷帮施工与巷帮斜交的高低位钻孔，距且眼40m位置在南、北巷对称施工初放钻场，在钻场内施工初放抽放钻孔。目前，在1171横川内施工了个长钻孔，钻孔参数见表7-2所示：钻场编号钻孔编号实际倾角(°)施工深度(m)水平孔深(m)备注1号钻场8塌孔、报废82号钻场2011年2月15日~3月2日，在距1171工作面切眼150m位置向横川方向220m段内共布置50组高低位钻孔，钻孔与巷道夹角45°,其中高位钻孔终孔距上分层工作面底板2.5m,低位9m。220m段的斜交高低位钻孔因1171工作面内施工10个钻孔，分两层布置，高低位钻孔各5个，高位钻孔距采面底板14m,低位钻孔距采面底板10m,钻孔在回采方向的投影长度50m,即钻孔控制且眼外10m,高低位钻孔终孔间距均为7m。3月2日1171工作面南巷钻孔施工与1187工作面相互位置示意图见图7-2所示：yfi58.407水泵房1Fl0o付水)石门付水)石门YF28/6100图7-2西部采区采掘工作面钻孔布置示意图7.2.2瓦斯抽采计量西部采区各采掘工作面未进行单独计量，即1187采煤工作面巷帮钻场、横川长钻孔和1171巷帮斜交钻孔、横川长钻孔在西部采区1000暗付井联络巷西80m处的抽放泵站汇流一套管路抽出，通过立眼排出地面。抽采泵站处抽采计量采用V锥流量计，通过KJ90监控分站将抽采参数传输至地面中心站。阿刀亥煤矿抽采管路未安装孔板流量计，但各抽采管路有流量测定孔，可满足涡街流量计进行管道流量测定。抽采队有两台郑州市光力科技发展有限公司生产的CJZ70型瓦斯抽放综合参数测定仪，仪器可读抽采参数有：温度、瓦斯浓度、抽采负压、标况流量。7.3现场抽采考察由于1171南巷抽采钻孔未提前预留高低位钻孔单孔计量条件，若满足现场单孔计量要求，需加工单孔计量附属装置且重新连接抽采支管。通过西北院和阿刀亥煤矿相关人员的共同努力，于2011年4月27日达到抽采单孔计量现场测定条件。根据单孔计量附属装置加工数量、1187工作面回采进度及井下抽采管路连接的实际情况，选择5、7号分支器共24个高低位抽采钻孔作为考察钻孔，每天考察高低位钻孔的抽采数据。4月27日，1187工作面距最近、最远一组高低位钻孔终孔点距离分别为27.48m、104m,考察开始时井下考察钻孔与1187工作面位置关系示意图如下图4-3所示：可考察开始时由西北院人员现场指导阿刀亥煤矿有关技术人员进行抽采参数考察，待考察一段时间后由矿方技术人员单独考察。经过矿方技术人员4月27日~5月26日的连续考察，除去因管路积水未进行测量单孔外(管路积水孔10个，横川1号钻场1-1号钻孔积水未考察，1-2号孔有部分时间段积水考察不连续),取得工作面横川走向预抽长钻孔考察数据80组数据，1171工作面南巷考察钻孔抽采参数考察数据共420组数据，定数据不可靠的现象(例如出现抽采浓度或抽采流量为0),因此需选取测定钻80组预抽长钻孔考察数据进行分析、筛选，现选取走向预抽长钻孔2#钻场2-1和2-2号钻孔数据来分析，钻孔抽采数考察数据见表7-3、表7-4所示。经过对420组1171工作面南巷考察钻孔数据进行分析、筛选，选取1171工作面南巷7号分支器1~4高低钻孔抽采考察数据进行分析，钻孔抽采参数考察数据见表7-5所示。图7-3筛选后2-1走向预抽长钻孔抽采参数考察数据表终孔距工作面距离(m)浓度日期终孔距工作面距离(m)浓度4月27日5月12日4月28日5月13日4月29日5月14日4月30日5月15日5月1日5月16日5月2日5月17日5月3日5月18日5月4日5月19日5月5日5月20日5月6日5月21日5月7日5月22日5月8日5月23日5月9日5月24日5月10日5月25日5月11日5月26日1、以上数据由矿方提供；2、与工作面位置关系“+”表示工作面未采至钻孔终孔距终孔距工作面距离(m)浓度日期终孔距工作面距离(m)浓度4月27日5月12日4月28日5月13日4月29日5月14日4月30日5月15日5月1日5月16日5月2日5月17日5月3日5月18日5月4日5月19日5月5日5月20日5月6日5月21日5月7日5月22日5月8日5月23日5月9日5月24日5月10日5月25日5月11日5月26日根据钻孔实际施工参数可知，4月27日考察时2-1和2-2走向预抽长钻孔终孔位置已位于1187工作面采空区下方，钻孔深部均已受采动影响。由于长钻孔由表7-3、表7-4可知，2-1号钻孔抽放最大浓度71%,平均浓度66%,抽采最大纯流量1.07m³/min,平均0.82m³/min;2-2号钻孔抽放最大浓度9.8%,平均浓度6.2%,抽采最大纯流量0.07m³/min,平均0.05m³/min。两钻孔抽放浓度及抽放流量均变化不大，2-1号预抽长钻孔抽采效果明显好于2-2号预抽长钻孔。若横川内4个钻孔均能达到2-1号孔抽采效果，则预抽流量将达到4m³/min走向预抽长钻孔设置非常必要，但需改进钻具以便更好的控制钻孔施工轨迹，并采取提高钻孔抽采效果的措施，提高百米钻孔抽采量，以便有更高的钻孔利用率。钻孔编号流量(m³/min)浓度(%)钻孔编号流量(m³/min)浓度(%)流量(m³/min)钻孔编号终孔距工作面距离(m)终孔距工作面距离(m)浓度(%)日期4月27日4月28日4月29日4月30日5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日5月7日5月8日5月9日5月10日5月11日5月12日5月13日5月14日5月15日5月16日5月17日5月18日5月19日5月20日5月21日5月22日5月23日5月24日5月25日5月26日高位终孔距工作面距离(m)浓度(%)日期4月27日4月28日4月29日4月30日5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日5月7日5月8日5月9日5月10日5月11日5月12日5月13日5月14日5月15日5月16日5月17日5月18日5月19日5月20日5月21日5月22日5月23日5月24日5月25日5月26日高位高位6高位1备注备注根据表7-5的考察数据，则7号分支器1~4号抽采钻孔抽采浓度和流量与工作面相互位置关系曲线见图7-4、图7-5、图7-6、图7-7所示：0根据表7-3的考察数据，结合图7-4、图7-5可以看出：7-1、7-2号钻孔单孔抽采浓度与工作面回采变化不大，测定浓度值呈振荡曲线变化。高位钻孔抽采浓度普遍高于低位钻孔，高位孔浓度在10~20%之间，低位钻孔一般位于5~15%之间。由图7-5抽采流量变化曲线可以看出，高低位抽采钻孔抽采流量随工作面的回采变化趋势较一致，均在距工作面15m左右位置，抽采流量开始变小，当工作面回采至钻孔终孔位置时流量开始慢慢变大，在工作面回采超过钻孔终孔位置20m左右的位置时抽采流量达到最大，而后在超过30~40m段有所变小，随后0.1~0.35m³/min,低位钻孔在0.05~0.2m³/min,高位钻孔抽采效果明显好于低位钻孔。抽采纯流量抽采纯流量0终孔位置与工作面距离(m)根据表7-3的考察数据，结合图7-6、图7-7可以看出：7-3、7-4钻孔抽采浓度随工作面的回采无明显的变化规律，高低位钻孔浓度变化趋势一致，仅从抽采浓度上看，高位钻孔略好于低位钻孔。由抽采流量变化曲线图4-7可知，高低位钻孔抽采流量在工作面回采越过终孔位置20m前无较大变化，且高低位抽采钻孔抽采量相差不大，均位于0~0.1m³/min,在工作面回采超过终孔位置20m抽采量有明显变大，在采过30~40m段也有所降低，随后呈现振荡状态，但均比采动影响前抽采量大。高低位钻孔的抽采流量随工作面回采变化趋于一致，但高位钻孔抽采量略好于低位钻孔。从以上图表分析可以看出，抽采钻孔的抽采量受上分层1187工作面采动影响变化较大，由于开采活动工作面前方一定范围煤体产生应力集中，工作面临近钻孔终孔位置时，钻孔终孔位置煤体产生收缩变形，煤层透气性降低，煤层瓦斯流通受阻，抽采量降低。当工作面采过钻孔终孔位置后，受采动影响，1171工作面顶板上部煤体应力释放，煤层透气性增加，煤层瓦斯流动增强，抽采量变大。因此，高位钻孔拦截了部分因上部1187工作面回采后由于采动影响而涌入1187工作面采场空间的1171工作面煤体的卸压瓦斯，降低1187工作面的安全回采瓦斯治理的压力。第八章布孔层位数值模拟分析据分析得出高位钻孔的抽采效果优于低位钻孔，但这仅仅是两个层位之间的比最佳层位?是否比现在的高位孔的层位再高些或再低些抽采效果更佳?这些问随着计算机软、硬件技术的迅猛发展，CAD/CAM/CAE技术日趋成熟，计8.2参数来源及建模内摩擦角和抗拉强度等物理力学参数根据矿方提供的资料数据或根据经验和参根据工程实际，本工程的煤层赋存及回采参数见图8-1所示。由于煤层走向为500m远，本数值模型为采用平面应变模型进行分析，以400m×400m的平面正方形为基础构建，本模型共计8000个单元，如图8-2、图8-3所示。力学参数以矿井岩性为基础根据经验选取，在1187工作面及其以下煤层施加0.6MPa的瓦斯压力。根据煤层回采工艺，1187工作面放顶煤的开采采用一次开挖全部煤层的方式进行模拟。下部未采区域图8-11187与1171相互位置关系图1187工作面1187工作1171工作面横向约束边界条件横向约束边界条件急倾斜煤层边界根据煤层回采工艺，1187工作面放顶煤的开采采用一次开挖全部煤层的方式进行模拟，顶板采用全部跨落法管理。由于1187工作面以上为采空区，其对1171工作面底板的影响有限，所以本模拟对采空区不进行特殊处理。数值运算稳定后的最大不平衡力指示如图8-4所示，表明模型已经求解稳定。8.4数值模拟结果由工程实践和理论分析结果可知：采动卸压区的应力一般会降低50%左右采动后1187工作面附近采动应力分布如图8-5所示，通过各单元应力对比可以发现在1187工作面底板下约14m深度的范围内，应力变化达到或超过了50%;而由图8-6所示的采场应变增量的变化图中可以开到，在底板下约13m深度范围内，应变增量变化明显，并且可以看到1171工作面两帮3～4m范围内的越大表征煤岩体卸压越明显，因此从侧面可以证明1187工作面回采后的采动卸压范围为底板下约14m深度范围内，两帮3～4m范围内。另外，1187回采工作面上部为采空区，其变化与存在对1187回采工作面底图8-5垂向应力图8-6应变增量变化8.4最佳布孔层位分析工作面回采后的其下部1171工作面煤体采动卸压范围为1187工作面底板中部下约14m深度范围内，两帮3～4m范围内。由相似条件开采时间经验可知，钻孔作面的抽采钻孔最佳终孔层位应布置在工作面两侧距上分层底板2~3m范围，中部8~11m范围内。阿刀亥煤矿1171工作面南巷抽采钻孔布置横剖面图示意如图8-7所示，由图可知两帮的高位抽采钻孔终孔位于1187工作面底板下方2.5m位置，两高位钻孔中间交叉点距1187工作面底板9.23m。1187二百52因此，目前阿刀亥煤矿1171工作面巷帮高位抽采钻孔布孔层位合理，能起层开采厚度达16m,为了有效解决11