【正文】 115 煤與瓦斯突出危險性 煤與瓦斯突出是礦井開采過程中煤層瓦斯的一種動力現(xiàn)象， 其發(fā)生受煤層瓦斯含量、煤層瓦斯壓力以及煤體結(jié)構(gòu)等多種地質(zhì)因素的制約。大量的生產(chǎn)實 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 7 頁 踐表明，煤與瓦斯突出多發(fā)生在煤層瓦斯含量高、煤層具有一定厚度的軟分層、煤層瓦斯壓力大的開采地段，其中較高的煤層瓦斯含量是發(fā)生 煤與瓦斯突出的前提條件。 前已述及，本區(qū)煤層瓦斯成份中 CH4 成份均小于 80％，煤層 瓦斯含量在～ daf 之間，為低瓦斯煤層；煤層瓦斯 的原始壓力較小，僅為～ ，可見本區(qū)煤層不具備煤與 瓦斯突出的前提條件。 此外，近幾年的開采實踐表明，開采中礦井相對涌出量均小 于 10m3/td ，為低瓦斯礦井，生產(chǎn)中未發(fā)生礦井瓦斯爆炸和 煤與瓦斯突出現(xiàn)象。 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 8 頁 第三章 煤層 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù) 煤層瓦斯含量 據(jù)取樣測試結(jié)果 （ 表 31） 。 二 1煤層瓦斯含量為 ～ daf，其變化與瓦斯成份變化大體一致，即隨著煤層埋深的增加而增高。 經(jīng)對鉆孔取樣測試結(jié)果分析，本區(qū)煤層瓦斯含量 (W)與煤層埋深 (H)的關(guān)系式為： W=+ (n=13 r=) 由上式可知，本區(qū)煤層瓦斯含量的變化梯度為 105m/(m3/t daf)，即當煤層瓦斯含量增加 l m3/t daf 時，煤層埋深增加 105 m，其瓦斯變化梯度較大。同時可以看出，煤層瓦斯與煤層埋深的相關(guān)系數(shù)僅為 (圖 31)，表明本區(qū)煤 層瓦斯含量雖有隨煤層埋深增力口而增高的變化趨勢，但其相關(guān)性并不明顯。 圖 11 瓦斯含量與開采深度的關(guān)系 由于礦井生產(chǎn)未取得較為系統(tǒng)的瓦斯涌出資料，現(xiàn)僅籍 14070、 14090 工作面瓦斯涌出資料，對礦井瓦斯涌出與煤層瓦斯含量之間的關(guān)系簡述如下。 為分析瓦斯涌出量與煤層瓦斯含量之間的關(guān)系，本次選擇了當月僅有一個工作面采煤的礦井通風資料 (表 31)，根據(jù)其工作面通風量、 CH4濃度以及本月的產(chǎn)量和生產(chǎn)天數(shù)，求出了該工作面的瓦斯相對涌出量，以期分析相對瓦斯涌出量與煤層原始 瓦斯 含量 。 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 9 頁 表 31 煤層原 始 瓦斯 含量 工作面 編 號 風 量 (m3/min) CH4 濃度 (％ ) 相對涌出量 (m3/td) 煤層瓦斯含量 (m3/tdaf) 14070 14090 (1508 孔 ) 由表 31 可以看出，相對瓦斯涌出量均高于煤層的原始甲烷 含量，一般地，相對涌出量是煤層原始甲烷含量的 1～ 倍。 試結(jié)果基本反映了被測試煤層瓦斯的原始瓦斯壓力。 煤層瓦斯壓力 表 32 煤層瓦斯壓力測試結(jié)果 孔 號 補 1 補 2 補 3 補 4 煤層止深 (m) 壓力 (Mpa) 煤層瓦斯壓力測 定 結(jié)果表 32。 本區(qū)二 1煤層 瓦斯壓力為 ～ Mpa，表明區(qū)內(nèi)煤層瓦斯壓力相對較小，煤 層瓦斯呈低壓欠飽和狀態(tài)賦存。 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 10 頁 第四章 瓦斯 抽放方法 瓦斯 抽放方法 選擇依據(jù) 選擇抽放瓦斯方法，應根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯來源、巷道布置、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯利用要求等因素經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較 確定。并應符合下列要求： （ 1） 盡可能利用開采巷道抽放瓦斯，必要時可設(shè)專用抽放瓦斯巷道。 （ 2） 適應煤層的賦存條件及開采技術(shù)條件。 （ 3） 有利于提高瓦斯抽放率。 （ 4） 抽放效果好，抽放的瓦斯量和濃度盡可能滿足利用要求。 （ 5） 盡量采用綜合抽放。 （ 6） 抽放瓦斯工程系統(tǒng)簡單，有利于維護和安全生產(chǎn)，建設(shè)投資省，抽放成本低。 鶴壁六礦 二 1煤層為單一厚煤層，采用厚煤層放頂煤開采工藝，掘進期間有異常瓦斯涌出現(xiàn)象，工作面瓦斯主要來自本煤層，因此， 鶴壁六礦 的瓦斯抽放方法為本煤層瓦斯抽放結(jié)合采空區(qū)瓦斯抽放方法。 本煤層 抽放 瓦斯方法可按下列要求選擇： （ 1） 煤層透氣性較好，宜采用本 煤 層預抽方法，一般優(yōu)先考慮沿層布孔方式；當突出危險性大時，可選擇穿層布孔方式。 （ 2） 有一定傾角的分層開采煤層，宜采用邊采邊抽的卸壓 抽 放方法。 （ 3） 單一低透氣性高瓦斯煤層，可選用密集網(wǎng)格鉆孔、水力割縫、水力壓裂、松動爆破、深孔控制卸壓爆破、物理化學等方法強化抽放。 （ 4） 煤巷掘進瓦斯涌出量較大的煤層，可采用邊掘邊抽或 先 抽后掘的卸壓抽放方法。 根據(jù) 鶴壁六礦 二 1煤層 賦存條件、瓦斯來源 、 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù) 及其突出危險性，考慮到煤層透氣性差，但采用放頂煤開采的特 點，利用厚煤層放頂煤開采工作面前方卸壓范圍大的特征，采用本煤層預抽、邊采邊抽和高位鉆孔相結(jié)合的綜合抽放瓦斯方法作為 鶴壁六礦 的主要瓦斯抽放方法。 回采工作面采用 抽放方式為 順層 交叉鉆孔 抽 放 和高位鉆孔抽放 相結(jié)合的綜合抽放方式 。 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 11 頁 回采工作面 瓦斯 抽放方法設(shè)計 回采工作面 瓦斯 抽放方法 目前，回采工作面順層布孔方式主要有順煤層扇形布孔預抽、順煤層平行布孔預抽、順煤層交叉鉆孔預抽、順煤層迎向鉆孔預抽 方法 等。 考慮到大峪溝礦煤層瓦斯來源及煤層透氣性系數(shù)，采用沿層交叉鉆孔布置，既滿足預抽，也滿足邊采 邊抽。 沿層交叉抽放鉆孔布置 布孔方式如圖 41所示。鉆孔直徑 75～ 89 mm， 鉆孔長度為 60～ 70m,鉆孔間距 m,鉆孔仰角為 16176。 ，即在煤層內(nèi)形成穿層孔布置。 迎向交叉鉆孔夾角 20。 沿層鉆孔和交叉鉆孔間隔布置。 鉆孔進入采動影響帶之前，預抽時間不得低于 6 個月。 交叉鉆孔距工作面 21～24m時開始進行邊采邊抽。 圖 41 沿 煤層交叉 鉆 孔 布置 1— 風巷； 2— 機巷； 3— 迎面交叉鉆孔； 4— 沿層鉆孔 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 12 頁 回風 鉆 場 高位鉆孔 抽 放采空區(qū)瓦斯 鉆 孔方式如圖 42所示 ， 鉆場設(shè)計見圖 43。鉆孔長度為 60 m，鉆場間距為 50m,抽放目的為解決工作面上隅角瓦斯超限。鉆孔偏角分別為 10176。 、 13176。 和 15176。， 仰角 15176。 ，鉆孔終孔控制 巷 幫 17～ 23 m， 眾孔層位 控制 裂隙帶 高度 20 m。 圖 42 高位鉆孔布置圖 1— 風巷； 2— 機巷； 3— 鉆孔； 4— 鉆場 圖 43 高位鉆場布置圖 抽放量預計 沿煤層交叉鉆孔為預抽，為高濃度低流量瓦斯抽放方式，預計預抽瓦斯量為，抽放瓦斯?jié)舛葹?30%，抽放混合量為 5 m3/min。高位鉆孔為低濃度大流量抽放方式，預計抽放量為 m3/min， 抽放瓦斯?jié)舛葹?10%。抽放混合量為 15 m3/min。工作面累計抽放純 量為 m3/min, 抽放混合量為 m3/min。 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 13 頁 第五章 瓦斯 抽放 系統(tǒng) 與 抽放設(shè)備 瓦斯 抽放系統(tǒng) 根據(jù) 鶴壁六礦 生產(chǎn) 采區(qū) 布局 具體條件， 鶴壁六礦 八采區(qū)設(shè)計為井下移動式瓦斯抽放泵站，抽放管路系統(tǒng)比較簡單，主要有工作面抽放管路、 ZWY40/75 移動式瓦斯抽放泵站、排氣管路等組成。 12090 工作 面抽放管路系統(tǒng)為： 煤層鉆孔瓦斯→風巷 4 吋和機巷 3 吋 抽放管路→進入 采 區(qū)變徑為 6 吋 管路→ZWY40/75 移動式瓦斯抽放泵站→離開 采 變徑為 6吋 管路→進入采區(qū) 總 回風。 圖 44 瓦斯 抽放系統(tǒng)示意圖 總回風巷 14110 抽放泵站 抽 放管路 水平大巷 上山 西二風井 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 14 頁 瓦斯 抽放管路設(shè)計 抽放管路直徑計算 抽放管路直徑選擇按下式計算： VQd ? 式中 cQ —— 系統(tǒng)混合瓦斯流量， m3/min； d —— 管路內(nèi)徑， m； V —— 管路內(nèi)瓦斯流動速度，取經(jīng)濟流速 ，取 V=10 m/s。 （ 1） 機巷支管 直徑計算 分擔機巷 沿煤層交叉鉆孔 預抽煤層瓦斯量，即抽放量 1m3/min，瓦斯?jié)舛葹?30%，抽放混合量為 ，取管中合理流速為 10m/s，則該 支管直徑為： ??d （ m） 該支管直徑 選用 3吋 管，敷設(shè)在 14090 工作面機巷。 （ 2） 風巷支管直徑計算 分擔風巷 高位鉆孔抽放 瓦斯量，即抽放量 ，瓦斯?jié)舛葹?20%，抽放混合量為 m3/min，取管中合理流速為 10m/s， 則該 支管直徑為： ??d （ m） 該支管直徑選用 4吋管，敷設(shè)在 14090 工作面風巷。 （ 3） 主管直徑計算 分擔工作面 高位鉆孔抽放 瓦斯量和 沿煤層交叉鉆孔 預抽煤層瓦斯量，即抽放量，瓦斯?jié)舛葹?15%，抽放混合量為 m3/min，取管中合理流速為 10m/s，則該 支管直徑為： 15 ??d （ m） 該支管直徑選用 6吋管，敷設(shè)在泵站到 14090 工作面和泵站到總回風道的正壓管路。 瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè) 計 第 15 頁 抽放 管 路 阻力 計算 抽放管路阻力按下式計算： 52KD ??支風 式中 H—— 阻力損失， Pa； L— 直管長度， m； Q— 瓦斯流量， m3/h； D—— 管道內(nèi)徑， cm； K—— 系數(shù)，見表 51； γ —— 混合瓦斯對空氣的相對密度，見表 4。 表 51 不同管徑的系數(shù) K值 通稱管徑 (mm) 15 20 25 32 40 50 K值 通稱管徑 (mm) 70 80 100 125 150 ＞ 150 K值 （ 1） 風巷支管管路阻力 風巷支管抽放量大，瓦斯?jié)舛鹊停侵Ч苤泄苈纷枇ψ畲蟮?，故支管管路阻力計算采用該支路進行計算。風巷支管抽放 瓦斯?jié)舛葹?20%，抽放混合量為 0 m3/min，管路長度按最大 1000 計算，氣體密度為 ，則該 支管直徑為： 20504KD 52 ?? ?