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夹河煤矿抽采瓦斯设计说明书

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2020年4月19日
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前 言
一、概况
徐州矿务集团公司夹河煤矿(以下简称夹河煤矿) 位于江苏省徐州市西北九里区境内。夹河煤矿于1965年2月开建，1969年10月投产，设计生产能力45万t/a。1979年2月开始改扩建，设计生产能力120万t/a，1994年9月改扩建完成。 核定生产能力140万t/a。
随着矿井开采深度的增加，自 以来，采掘活动全部进入-800m水平以下，采掘工作面的瓦斯随着开采深度的增加而呈明显增加趋势。掘进工作面瓦斯涌出量平均达到2～3 m3/min，回采工作面绝对瓦斯涌出量平均达到13～15m3/min。 夹河煤矿被鉴定为高瓦斯矿井。夹河煤矿 瓦斯鉴定结果为：矿井瓦斯相对涌出量15.39 m3/t，绝对量为37.57 m3/min，为高瓦斯矿井。
二、任务来源
由于夹河煤矿要对低浓度瓦斯利用，受徐州矿务（集团）公司委托，煤炭科学研究总院抚顺分院承担了《徐州矿务集团公司夹河煤矿抽采瓦斯工程设计》任务。抚顺分院的设计人员研究和分析了夹河煤矿各煤层的赋存、开拓开采及瓦斯涌出情况后认为：夹河煤矿具备建立地面永久性瓦斯抽采系统的条件，同意承担该项任务，并签定了合同书。
三、设计的主要依据
1、《煤矿安全规程》 ；
2、《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（MT5018-96）；
3、《矿井瓦斯抽放管理规范》（1997版）；
4、《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027- ）；
5、《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026- ）；
6、《徐州矿务集团公司夹河煤矿煤层瓦斯基础参数测定及突出危险性评价研究报告》；（煤炭科学研究总院抚顺分院 11月20日）；
7、《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》；
（徐州矿务集团公司夹河煤矿 ）
8、夹河煤矿提供的其它地质资料和实测资料。

四、设计的指导思想
1、在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；
2、尽量利用原有的巷道、已有的土地，不占用良田，不增加开拓费用；
3、设备、管材选型留有余地，能满足矿井改扩建后的需求；
4、采用的工艺技术具有先进性，且符合现场实际。
五、设计的主要内容
经过对夹河煤矿生产及通风瓦斯资料的收集、现场调研、实地考察以及分析、论证和技术方案比较，提出了夹河煤矿抽放瓦斯工程设计。
本次瓦斯抽放工程初步设计主要包括《设计说明书》、《机电设备与器材清册》、《概算书》和图纸四部分。

1 矿井概况
1.1交通位置
夹河煤矿位于徐州市西北九里区境内，距徐州市约11km，以夹河矿主井为中心，地理座标为东经117°5’13”，北纬34°18’47”，地面标高37~42.92m。西陇海铁路干线从井田西南经过，矿铁路专用线在夹河寨与西陇海干线接轨，矿专用公路与徐沛公路干线连接，交通十分便。详见图1-1。
图1-1 矿井交通示意图
1.2 自然地理
1.2.1 地形、地貌、河流及气象情况
本区地势较为平坦，西南略低，地形坡度为千分之一点五，地表迳流条件较好，大气降水以蒸发及地表迳流的形式排泄，余下部分滞缓地渗入地下。
本区河流不发育，天然水系只有故黄河，由北西向南东横穿井田之中，与煤层及含水层露头的夹角为55～57°，因第四系中部有粘土及粘土类沉积物30～40m起到隔水作用，故大气降水及地表水系对矿井充水无直接影响。
据徐州气象台的汇编资料，本区属南温带的鲁淮区，具有长江流域和黄河流域的过渡性特点，气候温和，日照充分，年降雨量充沛，夏季多雨，冬季干寒，常有寒潮霜冻，冰雹和旱风等气候现象，年平均气温14.4℃，最大风速达23.4m/s，霜降期一般在十一月至次年三月，最大积雪深度为247mm。
1.2.2电源
夹河现有地面35/6kV变电所一座，其35kV双回路电源架空输电线路由柳新110kV区域变电所馈出，一回路为LGJ-95+120，长7.65km（其中LGJ-95，长6.65km；LGJ-120，长1km）；另一回路LGJ-185，长10.2km，该变电所有两台变压器，型号为SFL1-16000/35，35/6kV，16000kVA。
1.3 地质特征与煤层赋存
1.3.1地层
石炭二迭系地层是其含煤地层，在该区内均被第四系冲积层覆盖。本区钻探揭露的地层主要有：上石炭统太原组，下二迭统山西组和下石盒子组，上二迭统上石盒子组和第四系。现按地层沉积顺序分述如下：
1、上石炭统太原组（C3）
整合于本溪组地层之上。全组厚约159m。本组为浅海相与滨海过渡相交替沉积形成的地层，岩性组合特征明显，岩相旋回结构清晰，一般含薄～厚层灰岩十三层，含煤10层，其中20、21煤为本区浅部可采煤层。全组地层大致可分六个旋回段，现将其岩性自下而上分述如下：
1）第一旋回：铝土质泥岩，灰色砂质泥岩，偶见薄煤层煤，灰色砂岩，22煤，十三灰（局部缺失）灰色砂质泥岩，深灰色泥岩，21煤，十二灰，灰黑色泥岩，十一灰，厚32m。其中十二灰为～深灰色，含燧石结核，中、下部富含蜓科化石，为本组主要标志层之一。十一灰为浅灰色薄层泥质灰岩，有时十一、十二灰合并为一层。
2）第二旋回：深灰色砂质泥岩，灰色砂岩，20煤，十灰。厚22m。十灰为灰～深灰色中厚层灰岩，含蜓科化石。
3）第三旋回：灰黑色砂质泥岩，浅灰色砂岩，砂岩、泥岩、17煤、深灰色泥岩，15煤，九灰，灰黑色泥岩，14煤，八灰。厚31m。
4）第四旋回：深灰色泥岩，13煤，七灰，灰黑色砂质泥岩，12煤，灰色泥岩，11煤，六灰。厚16m.
5）第五旋回：深灰色砂质泥岩，灰色砂岩，泥岩，五灰，灰色泥岩，四灰。厚28m.四灰为灰色厚层灰岩，常含燧石结核，少含动物化石，为本组主要标志层之一。
6）第六旋回：深灰色砂质泥岩，三灰，灰黑色砂质泥岩，灰色砂岩，二灰，灰黑色泥岩，一灰。厚30m一、二灰间距小，常合并为一层，为浅灰色泥质灰岩，含大量海百合茎及珊瑚化石碎片，少含腕足类化石，其特征明显，为本组与山西组分界之标志层。
2、下二迭统山西组(p11)
为本区主要含煤地层之一，整合于太原组地层之上，全组厚105.17～122.82m平均112.9m.
本组为滨海三角洲冲积平原沉积地层，沉积旋回明显，大致可分为三个旋回段，含煤2～6层，现将岩性自下而上分述如下：
1）第一旋回：灰黑色海相泥岩，深灰色砂质泥岩，10煤，灰色砂岩，砂质泥岩，深灰色泥岩，9煤，厚35m。海相泥岩致密，性脆，含少量动物化石及黄铁矿，偶含钙质透镜体。
2）第二旋回：灰～灰白色细中粒砂岩，灰色砂质泥岩，深灰色砂质泥岩，7煤。厚30m，其中7煤沉积稳定。
3）第三旋回：深灰色泥岩，灰色砂岩，深灰色泥岩，偶夹薄煤层，灰色质泥岩，灰～灰白色～中粒砂岩，绿灰色泥岩或杂色泥岩，厚54m。
3、下二迭统下石盒子组（p12）
为本区主要含煤地层，整合于山西组地层之上，全组厚174.3～220.5m，平均197.2m。
本组为近海冲积平原沉积地层，岩性大致可分为上、下两段，下段发育了本区主要煤组，含煤2～11层，可分为下、中、上三个煤组，其中发育在中煤组的1煤、2煤为本组主要可采煤层。现将岩性自下而上分述如下：
1）下段
灰绿～浅灰色中～粗粒砂岩，含细砾，分选差（俗称分界砂岩）为本组与下伏山西组分界标志层，厚10m。
浅灰色含铝质泥岩，杂色泥岩。铝质泥岩沉积较稳定，厚11m.
浅灰～灰白色细粒砂岩，深灰色砂质泥岩，含0～2层薄煤（为本组下分煤组），厚15m。
浅灰色细粒砂岩，灰～深灰色砂质泥岩，中夹2～6层薄～中厚层煤（为本组中分煤组），厚23m。
浅灰色细粒砂岩，深灰色砂质泥岩，浅灰色砂岩，灰～深灰色砂质泥岩，含 0～3层薄煤（为本组上分煤组），厚10m。
2）上段
（1）灰色砂质泥岩，灰白色细粒砂岩，灰色泥岩，砂质泥岩，灰白色中粒砂岩。其中中粒砂岩（俗称60m砂岩）层位较稳定，平均厚12m，下距2煤约50～60m，可作为对比标志层，厚56m。
（2）灰～灰绿色泥岩，砂质泥岩，灰色系细粒砂岩，杂色泥岩，厚87m。
4、第四系（Q）
不整合于各系地层之上，全系由砾石、粘土砂姜、亚粘土、粉砂土等组成。厚75.50～109.9m。
1.3.2地质构造
该区进行了三维地震勘探，中、小型断层及次一级褶皱得到有效控制，构造简述如下。
1、褶曲：该区总体为一走向和倾向略有变化的单斜构造，地层走向北东～北北东、倾向北西～北西西，倾角5～25°，平均20°，局部倾角变化较大。位于18-14钻孔、19-10钻孔之间发现向斜，轴向NE，倾角15～20°，向斜轴被DF22断层切割。位于20-10钻孔、20-11钻孔之间发现背斜，轴向NW，倾角5～10°。
2、断层：依据三维地震勘探资料，该区中、小型断层较发育，共11条。详见表1-2
表1-2 　　　 各断层产状统计表
序号
名称
性质
走向
倾向
倾角（°）
落差（m）
延展长度（m）
切割煤层
1
DF10
逆
NEE
SSE
30～40
0～10
＞390
2、7、9
2
DF11
正
NEE
NWW
40～50
0～15
95～125
2、7、9
3
DF13
逆
NE
SE
40～45
0～10
270
2
4
DF14
逆
NNE
SEE
30～35
0～12
255
2
5
DF16
正
NNE
NWW
40～45
0～8
300
2
6
DF17
逆
SN
E
45～50
0～8
120
2
7
DF18
正
NE
NW
35～40
0～15
275
2
8
DF20
正
NE
SE
55～60
0～12
160～200
2、7、9
9
DF21
正
SE
E
50～55
0～8
120
2
10
DF22
正
NE
SE
30～55
0～16
605
2、7、9
11
DF23
逆
NNE
SEE
55～60
0～18
250～300
2、7、9
1.3.3煤层
含煤情况：
1、下二迭统下石盒子组
本组煤层属近海湖泊沼泽相沉积，煤层层数多，厚度变化较大，常有分叉合并，变薄与增厚等现象。但煤层都集中在下石盒子组下段中部，该含煤层段由浅灰色细粒砂岩，深灰色砂泥岩、泥岩和煤组成，厚约48m，含煤2～11层。根据含煤段的煤岩驵合关系，可分为上、中、下三个分煤组，上分煤组在1煤顶板砂岩以上，下分煤组在2煤底板砂岩或砂泥岩以下。从全区分析，东部上分煤组发育，下分煤组不发育，西部下分煤组发育，上分煤组不发育。上分煤组常发育1～2层薄煤，下分煤组常发育1～3层薄煤，均极不稳定。本区主要可采煤层1煤、2煤发育在中分煤组。
2煤上距奎山砂岩160.70m，下距分界砂岩49.30m，1、2煤间距2.20～3.92m，平均2.50m。1煤顶板多为深灰色泥岩或砂质泥岩，其上常发育一层厚2～3m的浅灰色细粒砂岩，普遍含菱铁质鲕粒条纹，称之顶板砂岩，有时为1煤直接顶板，该砂岩可作为上、中分煤组划分标志。1、2煤间多为泥岩、砂质泥岩，其下常有一层浅灰色细～中粒砂岩。1煤含1～2层夹矸，结构较复杂，以西不含夹矸；2煤常含1～2层夹矸，结构复杂。经过岩煤组合及测井曲线对比，认为本次所确定的1煤层位基本可靠，2煤层位可靠。
2、山西组
本组地层属滨海三角洲相沉积，沉积旋回明显，大致可分为三个旋回，沉积发育了2～6层煤，其中7煤9煤是本区沉积较稳定的主要可采煤层之一，7煤位于第二旋回顶部，9煤位于第一旋回顶部。
7煤上距下石盒子组2煤93.01～112.58m，平均104.60m，距分界砂岩34.80～70.10m，平均49.30m，下距一灰约62m，煤层厚而稳定，结构简单，其顶部普遍有一层5～13m的灰～灰白色细中粒砂岩，底板普遍为泥岩及砂质泥岩，7煤下2～3m处偶伴生8煤，薄而极不稳定，结构简单。
9煤上距7煤约28.3～31.20m, 平均29.30m，下距一灰约33m，其顶板普遍发育一层浅～灰白色中细粒砂岩，厚3.50～25.50m，多含微波状炭纹。底板多为泥岩或砂质泥岩，煤沉积稳定，厚度大，结构较简单。
煤层情况：
2煤：全区11点穿过，11点见煤可采，见煤点两极厚度0.95～3.19m，平均厚度2.03m，结构较复杂，大部分钻孔见有1～4层夹矸。可采性指数Km=1.0，煤层厚度变异系数r =32.9%，属沉积较稳定可采中厚煤层。
7煤：全区9点穿过，9点见煤可采，见煤点两极厚度1.95～4.05m，平均厚度2.49m结构简单。可采性指数Km=1.0，煤层厚度变异系数r =42.2%，属沉积稳定的可采中厚煤层。
9煤：全区9点穿过，9点见煤可采，见煤点两极厚度0.64～2.81m,平均厚度1.79m，结构较简单。可采性指数Km=1.0，煤层厚度变异系数r =45.6%，属沉积较稳定的大部分可采中厚煤层。各煤层特征见表1-3。

表1-3 主要煤层特征表
煤层
编号
煤层厚度
煤层结构
煤层间距
（m）
最小~最大
平均
类型
夹矸层数
2
0.95~3.19
2.03
较复杂
1~4

93.01~112.58
104.6

28.3~31.2
29.3
7
1.95~4.05
2.49
简单
1~2
9
0.64~2.81
1.79
较简单
1

1.3.4 煤质
1、煤的物理性质
2煤：半亮至半暗型，沥青光泽，条带状结构，片状为主少量块状构造，局部含星点状黄铁矿，硬度 Ⅱ ～Ⅲ级。
7煤：半亮至半暗型，玻璃光泽，条带状结构，块状及片状构造，裂隙中多方解石充填，硬度Ⅱ ～ Ⅲ级。
9煤：半光亮型，树脂及玻璃光泽，块状，性脆，内生裂隙较发育，硬度Ⅱ ～ Ⅲ级。
2、煤的化学性质
（1）水份（Mad）
各主采煤层均属低水份煤，且变化不大，由0.5～2.5%，最高不超过3.2%，其原煤水份平均含量为：2煤1.89%，7煤1.58%，9煤为1.81%。
（2）灰份（Ad）
各主采煤层原煤灰份平均含量分别为：1煤26.15%，2煤26.57%，7煤20.38%，9煤12.11%。从中能够看出1、2煤灰份相对含量较高，以中灰煤～富灰煤为主，7、9煤相对含量较低，以低灰煤～中灰煤为主，然而各主采煤层精煤灰份含量均低于10%，说明原煤中外在灰份较多，精选后大部分可剔除掉，另外采样过程中夹矸的混入也是造成部份样品原煤灰份增高的原因之一。
（3）硫份（St,d）
1、2、7、9煤层原煤全硫含量均，＜1%，属特低硫煤，精煤中全硫含量略有提高，但仍均＜1%。
（4）挥发份（Vdaf）
原煤挥发份各可采煤层之间变化不大，挥发份一般在36～39%之间，精煤的挥发份7、9层煤比1、2层煤略高，均属中等变质程度煤层。
（5）发热量（Qb,ad）
原煤分析基弹筒发热量1、2煤平均在23MJ/kg，7煤平均为26.83MJ/kg，9煤最高为30.05MJ/kg，各主采煤层精煤发热量均>30MJ/kg。
1.3.5瓦斯
根据 矿井瓦斯等级鉴定结果，矿井绝对瓦斯涌出量37.57m3/min，相对瓦斯涌出量13.39m3/t，属于高瓦斯矿井。近几年的矿井瓦斯等级鉴定结果见表1-4。
表1-4 历年矿井瓦斯等级鉴定结果
年份
总风量
(m3/min)
绝对涌出量（m3/min）
相对涌出量(m3/t)
瓦斯等级鉴定
1996年

10.18
4.41
低
1997年

13.04
5.22
低
1998年

11.02
5.22
低
1999年

14.03
6.64
低

9710
22.62
6.9
低

9267
34.57
10.42
高

9066
37.38
12.65
高
矿井现有瓦斯抽放泵站2座，即-800m西一抽放泵站、-1010m抽放站。瓦斯抽放方式主要采取本煤层抽放、高位钻孔抽放、上隅角及上隅角老塘埋管抽放的形式。
-800m西一抽放泵站安装抽放泵6台，其中2台流量60m3/min 的2BE1-303-0BD3G型的瓦斯抽放泵，一用一备；4台流量100m3/min 的2BE1-355/6-1型瓦斯抽放泵，2用2备。-1010抽放泵站安装8台抽放泵，其中4台流量100m3/min 的2BE1-355/6-1型抽放泵，2用2备；2台流量157m3/min 的2BEY-42型抽放泵，1用1备；2台流量60m3/min 的2BE1-303-0BD3G型的瓦斯抽放泵，一用一备。矿井抽放能力为677m3/min 。
从瓦斯抽放情况来看， 矿井瓦斯抽采率为17.2％， 矿井瓦斯抽采率为20.9％，抽放瓦斯440.2675m3， 矿井瓦斯抽采率为32%，抽放瓦斯593万m3。
1.3.6煤的自燃与煤尘爆炸
各煤层均有自燃发生现象，一般发火期为4～5个月。煤层自燃等级鉴定为自燃煤层。
2、7、9煤都具有爆炸性危险。
1.4 矿井开拓与开采
1.4.1 矿井生产能力
矿井年设计生产能力140万t/a，矿井服务年限为11.1a。
1.4.2矿井开拓及开采
矿井开拓方式为立井、暗斜井多水平集中运输大巷分区式开拓，单翼井田，通风方式为中央并列式。当前工业广场内有3个井筒，即主井、副井和风井，全为立井。主井和副井进风，风井回风，各采区实行分区回风。
矿井共划分为五个水平，第一（-280m）、第二（-450m）、第三水平（-600m）已结束开采，现集中在第四水平（-800m）及第五水平（-1010m）生产，正在进行第六水平（-1200m）的开拓延深。
采煤方法为走向长壁后退式综合机械化开采，回采工作面顶板管理采用全部陷落法。
采掘比为1：3，即一个综采面，三个煤巷掘进面。
1.4.3 矿井通风
矿井采用抽出式通风方法，中央并列式通风方式，主扇风机型号为70B2G-№28，现矿井总入风量为9035 m3/min，主扇叶片角为+7.5度，负压水柱2700Pa。
所有掘进工作面均采用压入式局部通风方式，安装“双风机、双电源及双风机自动切换装置”，实现了“三专两闭锁”，单个掘进工作面的供风量为450～550m3/min，风筒直径为800mm，煤巷风筒出口风量为270～300m3/min；岩巷风筒出口风量为220～250 m3/min。局部通风机主要为2×15Kw及2×30Kw对旋式风机。
2 矿井瓦斯
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：煤层原始瓦斯含量、煤的瓦斯吸附常数、孔隙率、煤层透气性系数和钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数。
本次设计所依据的煤层瓦斯基础参数数据取自《徐州矿务集团公司夹河煤矿煤层瓦斯基础参数测定及突出危险性评价研究报告》（抚顺分院 -11-20），详见表2-1、表2-2。

表2-1 煤样吸附瓦斯试验与工业分析结果
测定煤层
吸附常数
灰分Aad
(%)
水份Mad
( %)
挥发份ｖr
(%)
真密度(t/m3)
视密度(t/m3)
孔隙率(%)
a(ml/g.r)
b(M-1)
2
26.6
0.680
17.11
1.62
27.72
1.7
1.58
7.06
7
31.996
0.312
8.78
2.23
32.79
1.42
1.39
6.34
9
30.1
0.31
7.14
1.96
33.31
1.37
1.29
5.84

表2-2 煤层瓦斯含量及煤层透气性系数实测结果表
序
号
测定
煤层
标高
(m)
瓦斯压力
MPa
瓦斯含量
3/t)
煤层透气性系数
（m2/Mpa2.d）
1
2
-850～-968
0.78～1.0
6.616
0.178
2
7
-950～-1085
1.33
5.178
0.236
3
9
-1010
1.3
5.31
0.218
2.2 矿井瓦斯储量
矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层所赋存的瓦斯总量。瓦斯储量计算公式如下：
Wk=W1+W2+W3
式中 Wk－矿井瓦斯储量，万m3；
W1－可采层的瓦斯储量总和，万m3；
W1
A1i－矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t；
n－矿井可采煤层数；
X1i－矿井每一个可采煤层的瓦斯含量，m3/t；
W2－可采煤层采动影响范围内的不可采邻近煤层的瓦斯储量总和，万m3；
W2
A2i－可采煤层采动影响范围内的每一个不可采邻近煤层的煤炭储量，万t；
X2i－可采层采动影响范围内的每一个不可采邻近煤层的瓦斯含量，m3/t；
m—可采层采动影响范围内的不可采煤层数；
W3－围岩瓦斯储量，万m3。
计算矿井瓦斯储量时，按以下原则考虑：
(1)邻近层的瓦斯含量视为与其邻近的开采层相同，各煤层的瓦斯含量均取其间接法测定结果的平均值；
(2)围岩瓦斯因无实测值，故根据经验取W1+W2的10％。
矿井可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平能被抽出来的最大瓦斯量。它反映着矿井资源的开发程度，与抽放工艺技术和抽放能力密切相关。
可抽瓦斯量为开采层的瓦斯储量与抽放率之积；邻近层可抽瓦斯量为邻近层的瓦斯储量、瓦斯涌出系数与抽放率三者之积；围岩瓦斯可抽瓦斯量按岩层瓦斯储量和涌出系数计算。
为使计算的可抽量能较符合实际，瓦斯涌出系数，应考虑由于层间距、岩性不同而导致邻近层卸压程度的差别等因素，抽放率可参照中国的实际情况与经验确定。
矿井瓦斯储量、可开发瓦斯量的计算基础数据与计算结果详见《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》。
《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》中夹河煤矿-800～-1200m水平尚有煤炭可采储量1415万t，矿井抽放瓦斯量为9509万m3。计算结果表明，夹河煤矿瓦斯资源较丰富，同时可开发瓦斯量亦比较可观，能为瓦斯利用提供充分的气源。

3 瓦斯抽放
3.1 瓦斯涌出量预测
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。
当前矿井瓦斯涌出量预测方法可概括为两大类：矿山统计预测法和分源预测法。本次采用分源预测法，其实质是根据煤层瓦斯含量，按矿井瓦斯主要涌出源—回采（包括开采层、围岩和邻近层）、掘进及采空区瓦斯涌出规律对矿井各回采工作面、掘进工作面的瓦斯涌出量进行计算，达到预测各采区及全矿井瓦斯涌出量的目的。
夹河煤矿回采工作面按照2121t/d（采区700kt/a）产量进行预测瓦斯涌出量。
3.1.1回采工作面瓦斯涌出量预测
回采工作面瓦斯涌出量包括开采层瓦斯涌出量和邻近层瓦斯涌出量。

式中：—回采工作面吨煤瓦斯涌出量，m3/t ；
—开采层瓦斯吨煤涌出量，m3/t；
—邻近层瓦斯吨煤涌出量，m3/t。
1、开采层吨煤相对瓦斯涌出量（包括围岩瓦斯涌出量）
计算瓦斯涌出量时按下式计算：

式中：—开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；
—围岩瓦斯涌出系数，取k1=1.3；
—工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，取k2=1.18；
—准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，按下式计算：
K3=
L—工作面长度，取150m；
h—巷道预排瓦斯宽度，取13m；
—煤层厚度，m；
—煤层开采厚度，m；
—煤层原始瓦斯含量， m3/t；
—煤的残存瓦斯含量， m3/t。
2、邻近层相对瓦斯涌出量

式中：－邻近层吨煤瓦斯涌出量，m3/t；
－第个邻近层厚度，m；
－开采层的开采厚度，m；
－第 邻近层的原始瓦斯含量，m3/t；
－第 邻近层的残存瓦斯含量，m3/t；
－第邻近层瓦斯排放系数，根据开采煤层与邻近层之间距离、开采层顶底板岩性等关系选取；
计算过程详见《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》，计算结果如下：
开采2煤层时：

开采7煤层时：

开采9煤层时：

根据相对瓦斯涌出量预测结果，得出各煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量预测结果，见表3-1。
表3-1 回采工作面瓦斯涌出量计算表
煤
层
日产量(t/d)
相对涌出量(m3/t)
绝对涌出量(m3/min)
2
2121
5.9
8.69
7
2121
6.04
8.90
9
2121
6.17
9.09
夹河煤矿开采7层时，工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸，另一部分来源于采空区丢煤解吸和围岩（煤）涌出的瓦斯，其下邻近层9层均处在卸压范围内，这些煤层的卸压瓦斯也向工作面采空区涌出。
根据前面的各煤层回采工作面瓦斯涌出预测结果，预测工作面的瓦斯涌出量构成结果见表3-2。
表3-2 工作面瓦斯涌出量构成预测结果
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
占比例（%）
采空区瓦斯
占比例（%）
2
8.69
5.67
3.02
65.25
34.75
7
8.90
3.94
4.96
44.27
55.73
9
9.09
4.06
5.03
44.66
55.34
注：采空区瓦斯包括围岩与邻近层瓦斯。
3.1.2掘进工作面瓦斯涌出量预测
掘进工作面的瓦斯主要来源于煤壁和落煤两部分，其计算公式为：

式中：－煤壁瓦斯涌出量，m3/min；
－落煤瓦斯涌出量，m3/min。
(1)掘进工作面煤壁瓦斯涌量
在巷道掘进过程中，巷道周围煤层中的瓦斯压力平衡状态遭到破坏，煤体内部到煤壁间存在着瓦斯压差，内部的瓦斯就会沿煤体裂隙及孔隙向煤壁泄出。单位时间单位面积暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）随着煤壁暴露时间的延长而降低。一般暴露6个月后，煤壁瓦斯涌出已基本稳定。其计算式为：

式中：－掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；
－巷道断面内暴露煤面的周边长度，m。对于薄及中厚煤层，D=2m0，m0为开采层厚度；
－巷道平均掘进速度，m/min；
－巷道长度，m；（取1000m）
－暴露煤壁初始瓦斯涌出强度，m3/m2·min；

式中：－煤中挥发份含量，%；
－煤层原始瓦斯含量，m3/t。

(2)掘进工作面落煤瓦斯涌出量

式中：－掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；
－巷道平均掘进速度，m/min；
－掘进巷道断面积，m2；
－煤的密度， t/m3；
－煤层原始瓦斯含量，m3/t；
－煤层残存瓦斯含量，m3/t。
计算过程详见《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》，计算结果如下：
按夹河煤矿各煤层巷道的瓦斯含量及掘进速度情况，预计各煤层瓦斯涌出量计算结果见表3-3。
表3-3 煤巷掘进工作面瓦斯涌出量
煤层
月掘进量(m)
巷道断面(m2)
瓦斯含量(m3/t)
瓦斯涌出量(m3/min)
2
180
10
6.616
3.29
7
180
10
5.178
3.21
9
180
10
5.31
3.23
从以上结果能够看出，掘进工作面瓦斯涌出量在煤层瓦斯含量不变的情况下，与巷道掘进速度有关，掘进速度越快，其瓦斯涌出量越大；在煤巷掘进速度相同的情况下，所掘进煤层的瓦斯含量越大，巷道绝对瓦斯涌出量越大。
3.1.3生产采区瓦斯涌出量预测
生产采区瓦斯涌出量系采区内所有回采工作面、掘进工作面（巷道）和生产采空区瓦斯涌出量之和，按下式计算：

式中：—生产采区瓦斯涌出量，m3/t；
—生产采区采空区瓦斯涌出系数，根据本矿实际取1.30；
—第i个回采工作面的瓦斯涌出量，m3/t；
—第i个回采工作面的平均日产量，t/d；
—第i个掘进工作面（巷道）的瓦斯涌出量，m3/min；
—生产采区回采煤量和掘进煤量的总和，t/d。
计算过程详见《夹河煤矿低浓度瓦斯利用可行性分析报告》，计算结果如下：
采区相对瓦斯涌出量：

则生产采区的绝对瓦斯涌出量为19.44 m3/min。
3.1.4矿井瓦斯涌出量预测
矿井瓦斯涌出量是矿井内全部生产采区和已采采空区瓦斯涌出量之和，按下式计算：

式中：—矿井瓦斯涌出量，m3/t；
—已采采空区瓦斯涌出系数，根据本矿实际取1.40；
—第i个生产采区的瓦斯涌出量，m3/t；
—第i个生产采区的产煤量，t/d。
生产采区时，矿井瓦斯涌出量为：

则矿井的绝对瓦斯涌出量为54.44 m3/min。
需要说明的是工作面乃至整个矿井的瓦斯涌出量与工作面的产量有直接关系，随着工作面产量的增大，矿井瓦斯绝对涌出量也将增大。

3.2 抽放瓦斯的必要性和可行性
3.2.1建立瓦斯抽放系统的必要条件
《煤矿安全规程》第145条和《矿井瓦斯抽放管理规范》4.1中对符合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移动泵站瓦斯抽放系统。
（一）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，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
（二）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：
1．大于或等于40m3/min；
2．年产量1.0~1.5Mt的矿井，大于30m3/min；
3．年产量0.6~1.0Mt的矿井，大于25m3/min；
4．年产量0.4~0.6Mt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。
（三）开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。
下面从几个方面来分析夹河煤矿瓦斯抽放的必要性。
1、 从矿井瓦斯涌出现状看抽放瓦斯的必要性
从生产现状看，如前所述 矿井绝对瓦斯涌出量为37.57m3/min，相对瓦斯涌出量为15.39 m3/t左右。从预测瓦斯涌出状况看，夹河煤矿2煤层工作面相对瓦斯涌出量为5.9m3/t，日产2121t/d时工作面绝对瓦斯涌出量为8.69m3/min。靠通风方法稀释工作面瓦斯比较困难且不合理，按照“先抽后采”的方针，应采用抽放。故从矿井瓦斯涌出情况看，建立抽放瓦斯系统是非常必要。
2、从资源利用和环保角度看抽放瓦斯的必要性
瓦斯是一种优质洁净能源，将抽出的瓦斯加以利用，可变害为利，改进能源结构，保护环境，取得显著的经济和社会效益。根据前面的计算，夹河煤矿可开发瓦斯量9509万m3。表明夹河煤矿瓦斯资源较丰富，同时可开发瓦斯量亦比较可观，为瓦斯利用提供充分的气源。因此，从资源利用和环保角度看建立瓦斯抽放系统是必要的。
3、从矿井通风能力看抽放瓦斯必要性
采掘工作面是否有必要进行瓦斯抽放的判断标准是：采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风量，即当瓦斯涌出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一般以下式表示：
qj>qy=0.6vsc/K
式中 v－工作面允许的最大风速，m/s；
s－工作面最小通风断面，m2;
c－《规程》允许风流中的瓦斯浓度，％；
k－瓦斯涌出不均衡系数，1.2～1.7,取1.5。
工作面面：qy=(0.6×4×6.4×1)/1.5=10.24m3/min
夹河煤矿回采工作面产量在2121t/d时，工作面瓦斯涌出量预测最大值为9.09m3/min。而实际生产中工作面风速不会达到4 m/s，结合夹河煤矿现生产的2445、7443工作面，风速在2.75 m/s，则通风能够解决瓦斯涌出为7.04 m3/min。因而仅靠通风不能满足工作面所需风量的要求。
夹河煤矿掘进工作面采用15KW×2及30KW×2局部通风机进行供风，单个掘进工作面供风量为450～550m3/min，风筒直径为800mm，风筒出口风量为270～300 m3/min。按《煤矿安全规程》规定，掘进工作面最大能够稀释瓦斯量为2.7～3m3/min，而预测掘进工作面最大瓦斯涌出量为3.29 m3/min，因而靠通风解决掘进工作面瓦斯问题也不合理。
预测采掘工作面瓦斯涌出量大于通风所能稀释瓦斯量，通风不能满足工作面所需风量的要求，不能保证采掘工作面瓦斯不超限，从通风能力看建立抽采瓦斯系统进行瓦斯抽放是必要的。
3.2.2瓦斯抽放的可行性
瓦斯抽放的可行性是以能否抽出瓦斯或能否获得较好的抽放效果来评价矿井、煤层或工作面瓦斯抽放的可行性。
（1）开采层瓦斯抽放
开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。一般用煤层的透气性系数（λ）和钻孔瓦斯流量衰减系数（α）来判断开采层瓦斯抽放可行性。根据《徐州矿务集团公司夹河煤矿煤层瓦斯基础参数测定及突出危险性评价研究报告》提供的数据，该矿区的煤层透气性系数在0.178～0.236m2/MPa2·d左右，属于能够抽放煤层。
经过顺层钻孔、顺层斜向交叉钻孔和超前钻孔来进行预抽、边采（掘）边抽煤体内的瓦斯，能取得一定的抽放效果。
（2）邻近层与采空区瓦斯抽放
夹河煤矿当前主要是回采工作面上隅角附近瓦斯超限，其原因是：煤层开采过程中，邻近煤层瓦斯会大量涌入开采层采空区，还有围岩、煤柱和工作面丢煤中的瓦斯都会涌入采空区，近而扩散到回采工作面和上隅角。采空区内的瓦斯不但在工作面开采过程中涌出，且采完密闭后也仍继续涌出，因此要对这些瓦斯进行抽放，以解决因此而产生的瓦斯超限问题。采用工作面上隅角插管、采空区埋管和顶板高位钻孔等方法来抽放采空区中的瓦斯是可行且有效的。
经过以上分析，夹河煤矿具备建立地面永久瓦斯抽采系统的条件。
3.2.3建立矿井地面永久抽放瓦斯系统的结论
如前所述，夹河煤矿瓦斯资源可靠、储量丰富，满足《煤矿瓦斯抽放规范》中4.2的规定，即：
建立地面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5年以上。
因此结论是：夹河煤矿符合建立地面永久瓦斯抽放系统的条件。

4 抽放瓦斯方法与工艺
4.1 抽放瓦斯方法
4.1.1抽放瓦斯方法的选择
抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放。选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：
1、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；
2、根据瓦斯来源及涌出构成进行选择，尽量采取综合抽放瓦斯方法，提高抽放瓦斯效果；
3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；
4、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；
5、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。
4.1.2瓦斯抽放方法确定
根据抽放方法的选择原则，结合夹河煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点和工作面所需的抽放量，提出夹河煤矿抽放瓦