矿井瓦斯防治安全专业课程设计.doc

矿井瓦斯防治课程设计

矿井瓦斯防治课程设计

姓 名： xx
班 级： 安全11xx班
学 号：
指导老师：

2014.7.4

课程设计题目
已知某矿煤系地层从上到下有2号煤层、3号煤层，煤层倾角均为12°。煤质为瘦煤，挥发分分别为17.19%和16.45%。2号煤层厚2.6m，平均瓦斯含量为12m3/t。3号煤层厚2.8m，预测的瓦斯含量等值线如图一所示。两个煤层之间距离为45m。该矿首先采用上山开采3号煤层，共布置一个采区。目前采区内布置有1个回采工作面（101工作面）、一个准备工作面（102工作面）和2个掘进工作面（106回风顺槽和进风顺槽）。101-105工作面设计长度均为150m，走向长度为1200m。掘进巷道的长度均为1200m，巷道断面积为12m2。掘进工作面月进尺250m。
工作面采用走向长壁后退式采煤法，顶板管理采用全部垮落法。试预测该矿井最大瓦斯涌出量，并判断该矿井的瓦斯等级。

工作面巷道布置
图一 矿井采掘工程平面图

1.矿井瓦斯涌出量预测
新建矿井或生产矿井新水平，都必须进行瓦斯涌出量预测，是新建矿井和改建矿井通风设计，安全管理，制定合理的瓦斯防治措施必不可少的重要环节，瓦斯涌出量预测精度的高低直接决定着矿井生产时的安全程度，经济效益的好坏。瓦斯涌出量预测可以为灾害的预防提供基础，为了解瓦斯的赋存规律，防止瓦斯的局部聚集和稀释瓦斯的含量，安全措施尤其是通风状况的效果检验的制定提供依据。
1.1预测方法
《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018—2006）》中规定矿井瓦斯涌出量预测方法有矿山统计法与分源预测法。其中矿山统计法为根据对本矿井或邻近矿井实际瓦斯涌出资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，预测新井或新水平瓦斯的方法；分源预测法为根据时间和地点的不同，分成数个向矿井涌出的与瓦斯源，在分别对这些瓦斯涌出源进行预测的基础上得出矿井瓦斯涌出量的方法。考虑到矿井的实际情况，本次预测采用分源预测法预测。矿井瓦斯涌出源汇关系如图1-1。
汇：矿井瓦斯涌出
生产采区瓦斯涌出
源：已采采区采空区瓦斯涌出
回采工作面瓦斯涌出
掘进工作面瓦斯涌出
源：生产采区采空区瓦斯涌出
源：开采层瓦斯涌出
源：邻近层瓦斯涌出
源：煤壁瓦斯涌出
源：落煤瓦斯涌出

图1-1 矿井瓦斯涌出源汇关系示意图

1.2 分源预测法预测

1、开采层瓦斯涌出量
薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量可由式(1-1)计算。
(1-1)
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，矿井顶板管理方式为全部跨落法管理顶板，故取=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，按设计工作面回采率为90%，则=1.11；
——采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数；
——煤层厚度，15号煤层平均厚度＝2.8m；
——煤层采高，=2.8m；
——煤层原始瓦斯含量，=12m3/t；
——煤的残存瓦斯含量，取3.5m3/t，按煤的挥发分来确定。
采用长壁后退式回采时，系数按下式确定：
(1-2)
其中：
——回采工作面长度，=150m；
——巷道瓦斯预排等值宽度，=15.4m；
按式（4-2）计算得=0.80。
将各个参数及系数数据代入式（1-1）中，计算得=9.82m3/t。
2、 邻近煤层瓦斯涌出量

(1-3)
式中：
——邻近层瓦斯涌出量，m3/t；
——第i个邻近层厚度，m；
——开采层的开采厚度，m；
——第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t；
——第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；
——第i邻近层的瓦斯排放率，与邻近层至开采层的间距有关；
本矿井邻近层瓦斯排放率值按图1-2进行确定。

1—上邻近层 2—缓倾斜煤层下邻近层 3—倾斜、急倾斜煤层下邻近层
图1-2 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线

根据矿井资料，3号煤层邻近层均为上邻近层，邻近层瓦斯涌出量参数可列出表1-1。

表1-1 邻近层瓦斯涌出量参数
煤层编号
与开采层的层间距(m)
（m）
（m）

（m3/t）
（m3/t）
3号
45
2.6
2.8
0.23
12
3.5
2号
45
2.8
2.8
0.27
12
3.5

将各个参数及系数数据代入式（1-3）中，计算得=2.96m3/t。

3.掘进巷道煤壁瓦斯涌出量
（1-4）
式中：
——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；
D——巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于汇能煤矿15号煤层，，h及b分别为巷道的高度及宽度，顺槽掘进工作面，h=2.6m，b=2m，计算得D=5.2m
——巷道平均掘进速度，0.0058m/min；
——巷道长度，800m；
——煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min，按下式计算：
（1-5）
其中：
——煤中挥发分含量，%，=17.19；
——煤层原始瓦斯含量，12m3/t。
按式（1-5）计算得=0.048m3/m2·min
将各个参数及系数代入式（1-4）中计算得=1.46m3/min

4.掘进落煤的瓦斯涌出量
（1-6）
式中：
——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；
——掘进巷道断面积，m2，对于顺槽掘进工作面，S=12m2；
——巷道平均掘进速度，0.0058m/min；
——煤的容重，γ=1.15t/m3；
——煤层原始瓦斯含量，=12m3/t；
——煤层残存瓦斯含量，3.5m3/t；
将各项数据及参数数据代入式（1-6）计算得=0.80m3/min。

5、回采工作面瓦斯涌出量
回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出两部分组成：

（1-7）
式中：
——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t。
——开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，由上面知=9.82m3/t；
——邻近层瓦斯涌出量，由上面知=2.96m3/t；
计算得=12.78m3/t。

6、 掘进工作面瓦斯涌出量

（1-8）
式中：
——回采工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min。
——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min，由上面知=1.46m3/min；
——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min，由上面知=0.80m3/min；
计算得=2.26m3/min。

7、 生产采区瓦斯涌出量
生产采区瓦斯涌出量是采区内所有回采工作面、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和，其计算公式为：
（1-9）
式中：
——生产采区内采空区瓦斯涌出系数，取=1.20~1.35，本矿井取1.35。
——第回采工作面瓦斯涌出量，=12.78m3/t；
——第回采工作面平均日产量，=3000t；
——第掘进工作面瓦斯涌出量，=2.26m3/min；
——生产采区平均日产量，=3115t。
——生产采区瓦斯涌出量，m3/t；
计算得=16.83 m3/t

8、矿井瓦斯涌出量
矿井瓦斯涌出量为矿井内全部生产采区和已采采区（包括其它辅助巷道）瓦斯涌出量之和，其计算公式为：
（1-10）
式中：
——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；
——已采采区采空区瓦斯涌出量系数，取=1.25~1.45，本矿井取1.25；
——第i生产采区瓦斯涌出量，=16.83 m3/t；
——第i生产采区日平均产量，=3115t。
回采面日产量为3000t。根据式（1-9）与式（1-10）得，=16.83m3/t，=22.89m3/t。

2.瓦斯等级的判断
查课本知矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：
2.1瓦斯矿井
同时满足以下条件的矿井为瓦斯矿井：
a.矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t；
b矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min；
c.矿井各掘进工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于3m3/min；
d矿井各采煤工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于5m3/min。
2.2高瓦斯矿井
具备下列情形之一的矿井为高瓦斯矿井：
a.矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t；
b.矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min；
c.矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min；
d矿井任一采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min。
2.3突出矿井
a.具备下列情形之一的矿井为突出矿井：
b发生过煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的；
c.经鉴定具有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤（岩）层的；
d.依照有关规定有按照突出管理的煤层，但在规定期限内未完成突出危险性鉴定的。
根据已知条件，经计算，得该矿井的相对瓦斯涌出量为22.89 m3/t，显然其大于10 m3/t，根据相关规定判定该矿井为高瓦斯矿井，需采取必要的瓦斯防治措施。

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