矿井瓦斯防治课程设计.doc

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矿井瓦斯防治课程设计

1工作面概况
1.1采区位置范围、 地质条件
  本煤采区开采某煤层( 2号) , 煤层厚度为5m; 赋存稳定, 倾角为15°, 顶板为砂质泥岩, 岩层不能致密, 距离上覆1号煤层50m, 煤厚3m。本区域有小断层, 对开采影响不大。
工作面走向长度1500m、 倾向长度120m, 采区回风上山长度1800m。
1.2煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数
1.主要瓦斯参数
 1号煤层瓦斯含量为12m3/t, 煤的密度为1.45t/m3, 水分0.2%、 灰分21%、 挥发份15%; 2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t, 煤的密度为1.32t/m3, 水分1.2%、 灰分18%、 挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa, 具有突出危险性。
2.抽放瓦斯参数:
1号煤层透气性系数λ＝12.76( m2/MPa2.d), 2号煤层透气性系数λ＝5.76( m2/MPa2.d)。
1.3采区和工作面巷道布置、 采煤方法
1.通风方式及风量
  采区采用抽出式, 回风由采区主要扇风机排出地面, 经计算工作面供风量为1500m3/min。
2.采煤方法及巷道布置:
  采用走向长壁全部跨落顶板管理法, 工作面后退式倾斜一次开采, 巷道布置如图所示。   

附: 工作面巷道布置范围

2瓦斯储量计算、 抽放瓦斯必要性论证

2.1煤层瓦斯储量计算
本设计煤采区开采煤层( 2号) , 煤层厚度为5m; 赋存稳定, 倾角为15°, 顶板为砂质泥岩, 岩层不能致密, 距离上覆1号煤层50m, 煤厚3m。本区域有小断层, 对开采影响不大。工作面走向长度1500m、 倾向长度120m, 采区回风上山长度1800m。
1号煤层瓦斯含量为12m3/t, 煤的密度为1.45t/m3, 水分0.2%、 灰分21%、 挥发份15%; 2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t, 煤的密度为1.32t/m3, 水分1.2%、 灰分18%、 挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa, 具有突出危险性。
2.1.1煤层瓦斯储量计算
根据《GB50471— 煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.1条规定, 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。可按下式计算:

式中 —矿井瓦斯储量, Mm3;
W1——可采煤层的瓦斯储量( Mm3) ;
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( Mm3) ;
W3——受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量( Mm3) , 实测或按式4.0.1-4计算;
A1i——矿井可采煤层i的资源量( Mt) ;
X1i——矿井可采煤层i的瓦斯含量( m3/t) ;
A2i——受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的资源量( Mt) ;
X2i——受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的瓦斯含量( m3/t) ;
K——围岩瓦斯储量系数, 可取0.05～0.20; 当围岩瓦斯很小时, 可取W3=0; 若含瓦斯量较多时, 可按经验取值或实测确定。
因此,
1号煤层瓦斯储量W11=1500m×120m×3m×1.45t/m3×12m3/t=9.396Mm3
2号煤层瓦斯储量W12=1500m×120m×5m×1.32t/m3×11.5m3/t=13.662 Mm3。
可采煤层瓦斯储量: W1=W11+W12=23.056 Mm3
不可采煤层的瓦斯储量: W2=0
围岩瓦斯储量: W3=0.15×( W1+W2) =3.458 Mm3 ( K取0.15)
最后得到, 煤层瓦斯总储量W=W1+W2+W3=26.514 Mm3

2.2抽放必要性可行性论证
2.2.1 瓦斯抽放的必要性
抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、 回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。
2.2.1.1 规定
根据《煤矿安全规程》第145条及《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》第4.1.1~4.1.3条规定:
有下列情况之一的矿井, 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:
⑴1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min, 用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
⑵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。
⑶开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
本设计中煤层具有突出危险性, 故必须进行抽放, 对于一个突出煤层工作面而言, 开采前需要经过采前瓦斯抽采消除煤层的突出危险性。开采期间需要经过采中瓦斯抽采保证工作面瓦斯浓度不超限。开采结束后经过对采空区进行采后瓦斯抽采提高矿井瓦斯抽采率。为了实现上述瓦斯抽采的目标, 就需要在采掘活动的各个时期、 各个地点进行瓦斯的综合抽采, 因此为保证工作面及矿井的安全开采, 对高瓦斯及突出煤层进行综合瓦斯抽采是非常必要的。
2.2.1.3 矿井瓦斯涌出量预测
对于改( 扩) 建矿井及生产矿井, 矿井瓦斯涌出量能够实测; 对于新建矿井, 矿井瓦斯涌出量要进行预测, 预测依据《AQ1018- 矿井瓦斯涌出量预测方法》, 采用分源预测法预测工作面瓦斯涌出量, 论证是否需要抽放;
薄及中厚煤层不分层开采时, 开采层瓦斯涌出量可由式(A.1)计算。

式中: q1——开采层相对瓦斯涌出量, m／t;
K1——围岩瓦斯涌出系数; K1值选取范围为1.1～1.3; 全部陷落法管理顶板, 碳质组分较多的围岩, K1取1.3; 局部充填法管理顶板K1取1.2; 全部充填法管理顶板K1取1.1; 砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小;
　K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数, 用回采率90%的倒数来计算;
　　 K3——采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数, 如无实测值可按参照《AQ1018- 矿井瓦斯涌出量预测方法》附录D选取, 本设计取1;
采用长壁后退式回采时, K3按式( D.1) 计算。
K3=( L-2h) /L…………( D.1)
式中: 　 L——工作面长度, m;
h——掘进巷道预排等值宽度, m;
　　m——开采层厚度, 5m;
　　M——工作面采高, 取5m;
　　W0——煤层原始瓦斯含量, m3／t, 参照附录C选取;
　 Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量, m3／t, 如无实测值可参照《AQ1018- 矿井瓦斯涌出量预测方法》附录C选取, 本设计取4m3／t。

工作面日产量3000t; 预抽期安排一年。 1号煤层瓦斯含量为12m3/t, 煤的密度为1.45t/m3, 水分0.2%、 灰分21%、 挥发份15%; 2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t, 煤的密度为1.32t/m3, 水分1.2%、 灰分18%、 挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa, 采区采用抽出式, 回风由采区主要扇风机排出地面, 经计算工作面供风量为1500m3/min。
由此, 计算得工作面绝对瓦斯涌出量为12.28m3/min。
根据供风量为1500m3/min,工作面瓦斯浓度按0.6％计算风排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。不抽放瓦斯, 则工作面的瓦斯浓度将超限。
2.2.1.2 通风处理瓦斯量核定
当一个矿井、 采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时, 就要抽放瓦斯, 即:
( 12)
式中 q—矿井( 采区或工作面) 的瓦斯涌出量, m3/min;
qf—通风所能承担的最大瓦斯涌出量, m3/min;
v—通风巷道( 或工作面) 允许的最大风速, m/s;
S—通风巷道( 或工作面) 断面积, m2;
C—《煤矿安全规程》允许的风流中的瓦斯浓度, %;
K—瓦斯涌出不均衡系数, 取值为1.2~1.7。
q﹥qf= 6m3/min故应该对煤层进行瓦斯抽放。
尚需抽放瓦斯量＝q-qf=12.28-6=6.28m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6％。
2.2.2 瓦斯抽放的可行性
开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性, 一般来说, 其衡量指标有两个: 一为煤层的透气性系数λ; 二为钻孔瓦斯流量衰减系数α, 按λ和α判定开采层瓦斯抽放可行性的标准, 如表1所示。
表1 煤层瓦斯抽放难易程度分类表
抽放难易程度
钻孔瓦斯流量衰减系数( α) (d-1)
煤层透气性系数( λ)
(m2/MPa2.d)
容易抽放
<0.003
>10
能够抽放
0.003～0.05
0.1～10
较难抽放
>0.05
<0.1
本设计中1号煤层透气性系数λ＝12.76( m2/MPa2.d), 属于容易抽放; 2号煤层透气性系数λ＝5.76( m2/MPa2.d), 属于能够抽放。
2.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期
2.3.1瓦斯抽放率
根据《GB50471— 煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.3条规定: 设计瓦斯抽采率, 可根据煤层瓦斯抽采难易程度、 瓦斯涌出情况、 采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定, 也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取; 并应符合国家现行标准《煤矿瓦斯抽采基本指标》AQ 1027的有关规定, 同时应满足采、 掘工作面的通风要求。
根据《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.3条规定:
瓦斯抽出率:
——预抽煤层瓦斯的矿井: 矿井抽出率应不小于20%, 回采工作面抽出率应不小于25%;
——邻近层卸压瓦斯抽放的矿井: 矿井抽出率应不小于35%, 回采工作面抽出率应不小于45%;
——采用综合抽放方法的矿井: 矿井抽出率应不小于30%;
——煤与瓦斯突出矿井: 预抽煤层瓦斯后, 突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。
对于设计来说, 瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求, 也能够参照《AQ1026- 煤矿瓦斯抽采基本指标》第4.2条进行选取。
⑴矿井( 或采区) 瓦斯抽放率的测定与计算:
在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置, 测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、 井下抽采( 含移动抽采) 的瓦斯量。每月底按式( 10) 计算矿井月平均瓦斯抽采率。
( 10)
式中 —矿井月平均瓦斯抽采率, %;
—矿井月平均瓦斯抽采量, m3/min;
—矿井月平均风排瓦斯量, m3/min
⑵工作面瓦斯抽放率的测定与计算:
工作面回采期间, 在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置, 每周测定工作面瓦斯抽采量( 含移动抽采) 。每月底按式( 11) 计算工作面月平均瓦斯抽采率。
( 11)
式中 —工作面月平均瓦斯抽采率, %;
—回采期间, 工作面月平均瓦斯抽采量, m3/min;
—工作面月平均风排瓦斯量, m3/min
=100×6.28m3/min/( 6.28m3/min+6 m3/min) =51.14%
2.3.2可抽放瓦斯总量计算
根据《GB50471— 煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.2条规定可按下列公式计算:
Wc＝W·K ( 4.0.21)
K＝K1·K 2·K 3 ( 4.0.22)
K1＝K4( My-Mc) / My ( 4.0.23)
式中 Wc——可抽瓦斯量( Mm3 ) ;
K——可抽系数;
K1——瓦斯涌出程度系数;
K2——负压抽采时的抽采作用系数, 可取1.2;
K3——矿井瓦斯抽采率( %) 。按当前中国的抽采技术水平, 预抽煤层瓦斯时, 可取25%～35%; 抽采上下邻近层瓦斯时, 可取35%～45%;
K4——煤层瓦斯排放率, 可根据《 矿井瓦斯涌出量预测方法》( AQ1018- ) 中的规定选取;
当采高大于4.5m时, K4按式( D.4) 计算。

式中: hi——第i邻近层与开采层垂直距离, 50m;
　　 M——工作面采高, 5m。
　　 L——工作面长度, 120m。
K4=60.28%
My——煤层原始瓦斯含量( 11.5m 3 /t) ;
Mc——运到地面煤的残余瓦斯含量( m 3 /t) , 取4。
因此, 可抽瓦斯量Wc=26.514 Mm3×24.5%=6.5 Mm3
2.3.3 年抽采量和可抽期
根据《GB50471— 煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.4条及《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》第5.3.5都规定: 矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。
矿井设计瓦斯年抽采量可按下式计算:
QN=1440×365×Q/1000000 ( 4.0.6)
式中 QN——矿井设计瓦斯年抽采量( Mm3) ;
Q——矿井设计瓦斯抽采规模( m3/min) 。
QN=1440×365×6.28/1000000 = 3.3Mm3
则可抽期T=26.514/3.3=8年
3煤层瓦斯抽放方法设计
3.1抽放方法的比较和选择
3.1.1一般规定
根据《GB50471— 煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第5.1.1条规定: 选择抽放瓦斯方法, 应根据煤层赋存条件、 瓦斯来源、 巷道布置、 瓦斯基础参数、 瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求:
a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯, 必要时可设专用抽放瓦斯巷道;
b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件;
c)有利于提高瓦斯抽放率;
d)抽放效果好, 抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求;
e)尽量采用综合抽放;
f)抽放瓦斯工程系统简单, 有利于维护和安全生产, 建设投资省, 抽放成本低。
根据《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定: 按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、 邻近层瓦斯抽放、 采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放; 第7.1.3条规定: 多瓦斯来源的矿井, 应采用综合瓦斯抽放方法。
瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题:
⑴分期建设、 分期投产的矿井, 抽放瓦斯工程可一次设计, 分期建设、 分期投抽。
⑵抽放瓦斯站的建设方式, 应经技术经济比较确定。一般情况下, 宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时, 可采用分散建站方式:
——分区开拓或分期建设的大型矿井, 集中建站技术经济不合理。
——矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。
——一套抽放瓦斯系统难以满足要求。
3.1.2抽放方法选择
根据上面建立的抽放瓦斯的必要性指标和可行性指标, 依据规程、 规范的规定论述采用矿井集中抽放瓦斯系统或地面钻孔抽放瓦斯系统, 还是采用井下移动式抽放瓦斯系统。瓦斯抽放方法及各方法的抽放率详见《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》附录B。
3.1.2.1本煤层瓦斯抽放方法
未卸压煤层进行预抽, 煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类。
——煤层透气性较好, 容易抽放的煤层, 宜采用本层预抽方法, 可采用顺层或穿层布孔方式。
——煤层透气性较差, 采用分层开采的厚煤层, 可利用先采分层的卸压作用抽放未采分层的瓦斯。
——单一低透气性高瓦斯煤层, 可选用加密钻孔、 交叉钻孔、 水力割缝、 水力压裂、 松动爆破、 深孔控制预裂爆破等方法强化抽放。煤与瓦斯突出危险严重煤层, 应选择穿层网格布孔方式。
——煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层, 可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。
3.1.2.2邻近层瓦斯抽放方法。
——一般采用从开采层回风巷(或回风副巷)向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯的方法。
——当邻近层瓦斯涌出量大时, 可采用顶( 底) 板瓦斯巷道( 高抽巷) 抽放。
——当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时, 可在工作面回风侧沿开采层顶板布置迎面水平长钻孔( 高位钻孔) 抽放上邻近层瓦斯。
3.1.2.3采空区瓦斯抽放方法。
——老采空区应选用全封闭式抽放方法。
——现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况, 采用顶(底)板钻孔法, 有煤柱及无煤柱垂直及斜交钻孔法, 插(埋)管法等抽放方法, 并应采取措施, 提高抽放瓦斯浓度。
——开采容易自燃或自燃煤层的采空区, 必须经常检测抽放管路中C0浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发火征兆时, 必须采取防止煤自燃的措施。
3.1.2.4其它情况。
――煤与瓦斯突出矿井开采保护层时, 必须同时抽放被保护煤层的瓦斯。
――埋藏浅、 瓦斯含量高的厚煤层或煤层群, 有条件时, 可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、 抽放卸压邻近层瓦斯或抽放采空区瓦斯的方法。
――对矿井瓦斯涌出来源多、 分布范围广、 煤层赋存条件复杂的矿井, 应采用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。
表1-33 瓦斯抽放类型、 方法、 适用条件
抽放分类
抽放方式
适用条件
工作面抽放率 %
开

采

层

抽

放
未
卸
压
抽
放
岩巷揭煤和煤巷掘进预抽
由岩巷向煤层大穿层钻孔; 煤巷工作面打超前钻孔
高突出危险煤层、 高瓦斯煤层
10～30
10～30
采区大面积预抽
由开采层机巷、 风巷或煤门等打上向、 下向顺层钻孔
由预抽时间的高瓦斯煤层、 突出危险煤层
10～30
由岩巷、 石门、 邻近层煤巷等向开采层打穿层钻孔
属”勉强抽放煤层”
10, 个别
超过50
地面钻孔
高瓦斯”容易抽放”煤层, 埋深较浅
10
密封开采层巷道
高瓦斯”容易抽放”厚煤层
10
卸
压
抽
放
边掘边抽
由煤巷两侧或岩巷向煤层周围打防护钻孔
高瓦斯煤层、
突出煤层
10
边采边抽
由开采层机巷、 风巷等向工作面前方卸压区打钻
高瓦斯煤层
10～20
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
高瓦斯煤层
10～20
水力割缝、 松动爆破水力压裂( 预抽)
由开采层机巷、 风巷等打顺层钻孔; 由岩巷或地面打钻孔
高瓦斯”难以抽放”煤层
20～30
＜30
邻
近
层
抽
放
卸
压
抽
放
开采层工作面推过后抽放上、 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
30～60
由开采层机巷、 风巷、 中巷等向采空区方向打斜交钻孔
30～60
由煤门打沿邻近层钻孔
30～60
在邻近层掘汇集瓦斯巷道
邻近层瓦斯涌出量大、 钻孔的经过能力满足不了抽放要求时

30～60
从地面打钻孔
地面打钻优于井下时
15～40
采空区
抽放
开采层工作面推过后抽放采空区瓦斯
密封采空区插管抽放
无自燃危险或采用防
火措施时
15
现采采空区设密闭墙或采空区打钻
抽放
15
综
合
抽
放

多种抽放方式相组合
采用单一的抽放方式
效果较差时, 应采用
该种抽放方式

40～80
围岩
瓦斯
抽放

由岩巷两侧或正前方向溶洞或裂隙带打钻、 密闭岩石巷道抽放、 封堵岩巷喷瓦斯区并插管抽放
围岩有瓦斯喷出危险, 瓦斯涌出量大或有溶洞, 裂隙带储存高压瓦斯时

3.2抽放钻孔参数确定
3.2.1钻场及钻孔布置
根据《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》第7.4条, 钻场钻孔布置应按照以下要求:
——钻场的布置应免受采动影响, 避开地质构造带, 便于维护, 利于封孔, 保证抽放效果;
——尽量利用现有的开拓、 准备和回采巷道布置钻场;
——对开采层未卸压抽放, 除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外, 应尽量增大钻孔的见煤长度;
——邻近层卸压抽放, 应将钻孔打在采煤工作面顶板冒落后所形成的裂隙带内, 并避开冒落带;
——强化抽放布孔方式除考虑应取得好的抽放效果外, 还应考虑措施施工方便;
——边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎, 避免采动首先破坏孔口或钻场;
——钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理;
——穿层钻孔终孔位置, 应在穿过煤层顶(底)板0.5m处。
根据《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.4条, 预抽煤层瓦斯的钻孔量:
——当采用顺层孔抽放时, 钻孔量见表2;
——当采用穿层钻孔抽放时, 钻孔见煤点的间距可参照下列数据: 容易抽放煤层15-20m; 能够抽放煤层10-15m; 较难抽放煤层8-l0m。
表2 吨煤钻孔量表 单位: m/t
煤层类别
薄煤层
中厚煤层
厚煤层
容易抽放
0.05
0.03
0.01
能够抽放
0.05～0.1
0.03～0.05
0.01～0.03
较难抽放
﹥0.1
﹥0.05
﹥0.03

3.2.1.1钻场( 钻孔) 的间距
1.开采层抽放钻孔布置
1) 沿倾斜布孔
以钻场和钻孔工作面水平所成的角度来划分, 有上向孔、 下向孔、 水平孔三种形式。
三种形式的优缺点:
( 1) 下向式钻孔瓦斯流量较大, 能够加速排放瓦斯, 但下向孔中易积水, 打钻施工困难。
( 2) 上向式钻孔不会积水, 瓦斯涌出量较均衡, 但在相同条件下比下向孔略小。
( 3) 水平孔处于两者之间。
2) 沿走向布孔
沿走向布孔的间距, 决定于抽放瓦斯的影响范围, 即抽放半径B, 而影响范围的大小与煤质、 瓦斯等诸因素有关。
2.邻近层抽放钻孔间距
决定钻孔间距主要是根据钻孔的抽放影响范围。在一定条件下, 上邻近层的影响范围要大些, 下邻近层要小些, 远距离邻近层要大些。
1) 抽放影响距离L, 它是随开采层工作面的推移, 瓦斯量逐渐增加, 当达到最大值后又逐渐下降, 直至恢复到原来的水平, 此时钻孔至回采工作面的距离为”抽放影响距离”。
2) 有效抽放距离L1, 当满足下列条件, 工作面推过钻孔的距离称为”有效抽放距离”。
( 1) 钻孔抽出的瓦斯浓度不应小于30%。
( 2) 回采工作面回风流中的瓦斯能够维持在允许限度之内。
( 3) 钻孔瓦斯流量不应小于一个常数, 一般小到0.3～0.5m3/min以下时, 即不再抽放。
3) 可抽距离L2, 钻孔能够抽出瓦斯是在回采工作面采过钻孔一定距离后才开始的, 这个距离称为”可抽距离”。
钻孔的可抽距离, 为设计布置采区内第一个抽放钻场位置提供了依据, 而钻孔的有效抽放距离, 决定着工作面的钻场个数。
钻场间距M
M=K( L1-L2) ( 1-81)
式中: K—— 抽放不均衡系数。见下表。
表8-7-46 钻孔间距参数
层间距(m)
有效抽放距离L1(m)
可抽距离L2(m)
K
合理孔距(m)
上
邻
近
层
10
20
30
40
60
80
30～50
40～60
50～70
60～80
80～100
100～120
10～20
15～25
20～30
25～35
35～45
45～55
0.8
0.8
0.9
0.9
0.9
0.9
16～24
20～28
27～36
32～41
42～50
50～60
下
邻
近
层
10
20
30
40
80
25～45
35～55
45～60
70～90
110～130
10～15
15～20
20～25
30～35
30～60
0.8
0.9
0.9
0.9
0.9
12～24
18～32
23～41
36～50
54～83

3.2.1.2钻孔角度的确定
1.本煤层抽放钻孔角度计算( 表1-47)
表1-47 本煤层抽放钻孔角度计算
图示
公式
符号注释

垂直煤层走向钻孔
1.
2.
——煤层倾角, ( º) ;
——钻孔角度, ( º) ;
——钻场至煤层顶、 底板的水平距离,
可在井巷平面图上量取, m;
——钻孔终孔高度, m;
号——钻场在底板时, 上向孔取负下
向孔取正, 钻场在顶板时, 上向
孔取正下向孔取负。公式2中的
符号与1中符号相反;
——钻孔长度, m。

斜交煤层走向钻孔
1.
2.
3.
——垂直煤层走向钻孔与斜交煤层走向钻孔的水平投影的夹角, ( º) ;
——垂直煤层走向钻孔的长度, m;
——孔底分布距离, m, 由钻孔抽放半径确定;
——斜交煤层钻孔的角度, ( º) ;
、 ——同上;
——斜交煤层钻孔长度, m;
——垂直煤层走向钻孔与斜交煤层走向钻孔的夹角, ( º)
表1-49 邻近层卸压角值
N/M
3～10
10～30
30～80
( º)
70
75
80
注: N为层间距, M为开采厚度, 当或抽放效果一般很差。

邻近层钻孔角度计算
1) 钻孔布置原则
( 1) 钻孔必须深入到邻近层的卸压带内;
( 2) 保持钻孔不受岩压活动影响而中断;
( 3) 考虑打钻是否方便。
邻近层钻孔合适布置, 见图1-33

2) 钻孔角度计算( 表1-48)
表1-48 邻近层钻孔角度计算表
图示
公式
参数及符号注释

1.缓倾斜煤层钻孔角度计算

——钻孔与水平线的夹角, ( º) ;
——层间距离, m;
——煤层倾角, ( º) ;
——未卸压范围长度, m;
——邻近层卸压角, 参见表1-49
——工作面内部煤柱一侧阻碍邻近层卸压的宽度, m;
——煤柱宽, 再加10～15m备用;
——钻孔角度, ( º)

2.急倾斜钻孔角度计算
从开采水平的运输巷道打钻时

从开采水平的上部回风巷打钻时

本煤层顺层钻孔抽放钻孔间距3m, 卸压抽放控制距风巷20m范围内、 终孔间距5m; 高位钻场距煤层顶板15m; 穿层抽放布置底板巷, 底板巷距2号煤层15m, 穿层钻孔间距15m; 然后布置顺层抽放, 顺层钻孔间距4m。

3.3绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图

3.3.1要求图上标明钻孔布置形状、 钻场结构尺寸和巷道尺寸

3.3.2计算钻孔工程量和抽放量

3.3.3封孔工艺、 钻场和巷道支护方式
3.3.3.1封孔材料
钻孔封孔设计应满足密封性能好、 操作便捷、 封孔速度快、 造价低的要求。
封孔方法的选择应根据抽放方法及孔口所处煤(岩)层位、 岩性、 构造等因素综合确定, 因地制宜地选用新方法、 新工艺, 并应符合下列要求:
a) 岩壁钻孔; 宜采用封孔器封孔。
b) 煤壁钻孔, 宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、 聚氨脂等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下, 可选用水泥砂浆或其它封孔材料。
封孔材料的选择应符合下列规定:
1) 穿层钻孔宜采用封孔器封孔。封孔器械应满足密封性能好、 操作简单、 封孔速度快的要求。
2) 顺层钻孔宜采用充填材料封孔。封孔材料可选用膨胀水泥、 聚氨酯等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下, 亦可选用水泥砂浆或其它封孔材料。
3) 不宜采用黄泥封孔。
3.3.3.2封孔长度
封孔长度应根据钻孔孔口段煤(岩)性质、 裂隙发育程度及孔口负压等因素确定, 并应符合下列要求:
⑴孔口段围岩条件好、 构造简单、 孔口负压中等时, 封孔长度可取2m~3m;
⑵孔口段围岩裂隙较发育、 或孔口负压很高时, 封孔长度可取4m~6m;
⑶在煤壁开孔的钻孔, 封孔长度可取5m~8m;
⑷采用聚氨酯外的其它材料封孔时, 封孔段长度与封孔深度相等;
⑸采用聚氨酯封孔时, 封孔参数见表3。
表2 聚氨酯封孔参数 单位为m
封孔材料
钻孔条件
封孔段长度
封孔深度
聚氨酯
孔口段较完整
0.8
3～5
孔口段较破碎
1.0
4～6
采空区抽采时插管周围应封闭严密, 宜减少外部空气漏入, 有条件时可设置均压密闭。
3.3.3.3钻孔封孔质量检查标准:
——预抽瓦斯钻孔抽放过程中孔口瓦斯浓度不应小于40%;
——邻近层瓦斯抽放钻孔抽放过程中孔口瓦斯尝试不应小于30%;
——当钻孔封孔 质量达不到上代用品标准时, 抽放结束后应全孔封实。
3.3.3.4专用瓦斯抽放巷道的要求
——专用瓦斯抽放巷道的位置、 数量应能达到良好的抽放效果。
——必须提前掘好巷道, 保证有足够的抽放时间, 有较大抽放范围。
——专用于敷设抽放管路、 布置钻场、 钻孔的瓦斯抽放巷道采用矿井全压通风时, 巷道风速不得低于0.5m/s。

4工作面瓦斯抽放系统

4.1工作面瓦斯抽放设施的配置和布置
根据《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》规定具备下列两个条件的矿井, 应建立地面永久瓦斯抽放系统;
——瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2 m3 /min以上;
——瓦斯资源可靠, 储量丰富, 预计瓦斯抽放服务年限五年以上。
根据4.1、 4.2规定, 不具备建立地面永久瓦斯抽放系统条件的, 对高瓦斯区应建立井下移动泵站瓦斯抽放系统。
建立井下移动泵站瓦斯抽放系统时, 由企业技术负责人负责组织编制设计和安全技术措施。井下移动泵站瓦斯抽放工程设计可按地面永久瓦斯抽放工程设计的相关内容进行。
井下移功瓦斯抽放泵站应安装在瓦斯抽放地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、 总回风道或分区回风道; 已建永久抽放系统的矿井, 移动泵站抽出的瓦斯可直接送至矿井抽放系统的管道内, 但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合《煤矿安全规程》第一百四十八条规定。
移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时, 在抽放管路出口处必须采取安争措施．包括设置栅栏、 悬挂警戒牌。栅栏设置的市置, 上风侧为管路出口外推5m, 上下风侧栅栏间距不小于35 m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯, 其浓度必须在30 m以内被混合到《煤矿安全教程》允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置, 巷道内瓦斯浓度超限报警时, 应断电、 停止瓦斯抽放、 进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1 m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。
井下移动瓦斯抽放泵站必须实行”三专”供电, 即专用变压器、 专用开关、 专用线路。
根据《GB50471— 煤矿瓦斯抽采工程设计规范》规定:
井下固定瓦斯抽采泵站的位置应选择在稳定、 坚硬的岩层中, 并宜避开较大的断层、 含水层、 松软岩层、 煤与瓦斯突出煤层, 不应受采动影响, 并应采用不燃性材料支护。泵站与主要巷道及硐室的安全距离应满足下列要求:
1) 泵站与井筒、 井底车场、 主要运输巷道、 主要硐室, 以及影响全矿井或多个采区通风的风门的法线距离不应低于60m。
2) 泵站与行人巷道的法线距离不应低于35m。
3) 泵站与地面或上下巷道的法线距离不应低于30m。
泵站硐室应符合下列规定:
1) 必须采用独立通风。
2) 必须有两个供人员撤离的安全出口。
3) 出口应设置向外开启的防火、 防爆门。
4) 泵站内除应设置消防管路系统, 还应配备消防器材。
5) 应设置完备的照明设施。
硐室的规格尺寸, 应符合泵站设备的运输、 安装、 工艺系统布置及检修的要求。
泵站的输出管路宜经过矿井回风系统与地面泵房管路系统或放空管路相连接。
当抽采出的瓦斯采用地面直接排空方式时, 放空地点应根据矿井抽采系统的具体情况, 结合地面的建筑设施确定。放空地点距井口和主要建筑物的距离不应小于50m, 放空地点附近20m以内严禁堆积易燃物和有明火。在排空管附近应安设避雷装置和防爆炸、 防回火等安全装置。
井下移动瓦斯抽采泵站
井下移动瓦斯抽采泵站应安设在抽采瓦斯地点附近的全风压通风新鲜风流中, 安设位置应满足泵站运输、 安装及检修的要求。
移动泵站抽出的瓦斯如果不并入矿井固定抽采系统的管道内时, 在抽采管路出口应设置栅栏和悬挂警戒牌。栅栏设置的位置, 上风侧应为管路出口外推5m, 上、 下风侧栅栏间距不得小于35m。栅栏内严禁人员通行及作业。
移动泵站抽出的瓦斯如果排放到地面时, 应符合本规范第7.2.6条的规定。
移动泵站抽采的瓦斯在井下应引排到总回风巷、 一翼回风巷或分区回风巷, 并应保证稀释后风流中的瓦斯浓度符合现行《煤矿安全规程》的有关规定。

4.2抽放管路的计算和选择
5.1 抽放管路选型及阻力计算
5.1.1规定
根据《AQ1027- 煤矿瓦斯抽放规范》, 对瓦斯抽放管路有如下要求:
第5.4.1条: 抽放管路系统应根据井下巷道的布置、 抽放地点的分布、 瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定, 避免或减少主干管路系统的频繁改动, 确保管道运输、 安装和维护方便, 并应符合下列要求:
——抽放管路经过的巷道曲线段少、 距离短, 管路安装应平直, 转弯时角度不应大于50°;
——抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常经过的巷道布置; 若设于主要运输巷内, 在人行道侧其架设高度不应小于1.8m, 并固定在巷道壁上, 与巷道壁的距离应满足检修要求; 抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m;
——当抽放设备或管路发生故障时, 管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内;
——尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁;
——管径要统一, 变径时必须设过渡节。
第5.4.2条: 抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算, 并与抽放设备能力相适应, 抽放管路按安全流速为5~15m/s和最大经过流量来计算管径, 抽放系统管材的备用量可取10％。
第5.4.3条: 当采用专用钻孔敷设抽放管路时, 专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm; 当沿竖井敷设抽放管路时, 应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。
第5.4.4条: 抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力; 摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算; 局部阻力可用估算法计算, 一般取摩擦阻力的10％~20％。
第5.4.5条: 地面管路布置:
——不得将抽放管路和自来水管、 暖气管、 下水道管、 动力电缆、 照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内;
——主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合;
——抽放管道与地上、 下建(构)筑物及设施的间距, 应符合《工业企业总平面设计规范》的有关规定;
——瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物, 一般情况下也不得穿过其它管网, 当必须穿过其它管网时, 应按有关规定采取措施。
5.1.2 计算方法
⑴瓦斯抽放管径选择
选