【正文】 華北科技學(xué)院瓦斯防治課程設(shè)計瓦斯抽放系統(tǒng)1 礦井概況某煤礦為某集團(tuán)公司所屬的大型煤礦之一. 1958年投產(chǎn), 設(shè)計生產(chǎn)能力為600kt/年. 1976年進(jìn)行了生產(chǎn)環(huán)節(jié)改造, 1980年核定生產(chǎn)能力為1200 kt/年. 根據(jù)該礦提供的礦井設(shè)計和礦井瓦斯涌出資料(2004年鑒定報告), , m3/min, 屬于低瓦斯礦井. 由于二區(qū)瓦斯較大, 按高瓦斯礦井管理. 隨礦井產(chǎn)量的增加和開采范圍的擴(kuò)大及開采水平的延伸, 該礦今后主采煤層采掘進(jìn)工作面和采空區(qū)的瓦斯涌出量都將進(jìn)一步增大. 該礦已在井下安裝了為21181回采工作面服務(wù)的移動式瓦斯抽放泵站和與其相配套的瓦斯抽放系統(tǒng). 抽出的瓦斯直接排放到礦井的回風(fēng)系統(tǒng)中. 隨著礦井瓦斯涌出量的增大, 總回風(fēng)的瓦斯?jié)舛容^高, 并時常出現(xiàn)超限. 另外, 井下泵站的管理也比較復(fù)雜, 經(jīng)常需要對瓦斯抽放泵的水垢進(jìn)行清理. 隨著新風(fēng)井的建成使用, 建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的. 特 主要可采煤層從上至下分別為111333號煤層共八層。其中：全區(qū)可采7層(11333號煤層)、大部可采1層(15號煤層)?？刹擅簩尤龑?。表11. 某井田可采煤層發(fā)育情況地 層煤 層 總 計可 采 煤 層代號平均厚度(m)層數(shù)平均厚度(m)含煤系數(shù)(%)層數(shù)平均厚度(m)含煤系數(shù)(%)P3l10358P3l 35145P3l 23151P3l 1232目前開采的煤層為 上段(P3l3)：B2底界至18號煤層底界。含煤5－14層，一般6層左右， m， m，%；含可采煤層5層（1118號），，%。中段(P3l 2)：18號煤底界至31號煤頂界。含煤315層，一般10層左右， m， m，%；含可采煤層1層（20號），，%。下段(P3l 1)：31號煤頂界至B5底界鋁土質(zhì)泥巖。含煤23層，一般2層，，%；含可采煤層2層（333號），，%。 表1－2 鄰近礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果(2004年8月) 年度礦名瓦斯(全礦井)二氧化碳(全礦井)鑒定等級審批等級絕對量(m3/min)相對量(m3/t)絕對量(m3/min)相對量(m3/t)某 2 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局2001年頒布的《煤礦安全規(guī)程》第145條規(guī)定, , 無論井型大小, 也不管煤層有無煤與瓦斯突出危險性, 必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng). 《煤礦安全規(guī)程》, 《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》以及《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》有關(guān)條款規(guī)定: 當(dāng)一個回采工作面的絕對瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不可能或不合理時應(yīng)采用瓦斯抽放措施.除此而外,為貫徹國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局”先抽后采, 以風(fēng)定產(chǎn), 監(jiān)測監(jiān)控”的安全生產(chǎn)方針, 需建立了一個地面抽放瓦斯泵站為抽放瓦斯服務(wù). 礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果表2－1至表24是二1和二3煤層開采時，對應(yīng)于不同生產(chǎn)時期的回采工作面、掘進(jìn)工作面、采區(qū)及礦井瓦斯涌出量鑒定結(jié)果，由此可知，無論是當(dāng)前生產(chǎn)時期、中期還是后期，某煤礦都屬于低瓦斯礦井.表2－1給出了回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(或鑒定)結(jié)果. 瓦斯含量是根據(jù)*****工作面的瓦斯涌出統(tǒng)計, *****工作面煤樣的吸附實(shí)驗(yàn)等確定的，建議巖腳田礦將來進(jìn)行這方面的實(shí)測工作.表2－1 回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(或鑒定)結(jié)果 生產(chǎn)時期采區(qū)煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)日產(chǎn)量(t/d)開采層瓦斯涌出量(m3/t)(m3/min)當(dāng)前時期 煤層 煤層 中期 煤層 煤層 后期 煤層 煤層 表2－2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果 生產(chǎn)時期煤層煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)巷長(m)掘進(jìn)速度(m/月)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁落煤合計前期 中期 后期 備注：⑴每個炮掘工作面掘進(jìn)一條大巷，其瓦斯涌出量為這條大巷的煤壁瓦斯涌出量加上單頭掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量；⑵每個炮掘工作面掘進(jìn)煤量均為70t/d，瓦斯涌出量為：， m3/min. 瓦斯抽放的必要性 相關(guān)法規(guī)的要求按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)程的有關(guān)規(guī)定及”先抽后采, 以風(fēng)定產(chǎn), 監(jiān)測監(jiān)控”的十二字方針，無論高瓦斯礦井的井型大小，也不管煤層有無煤與瓦斯突出危險性，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng).某煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為600Mt/年, 目前生產(chǎn)能力達(dá)到1000Mt/年. 從瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果 來看， m3/min, 單純靠通風(fēng)系統(tǒng)來稀釋瓦斯是不可能的. 因此，必須建立瓦斯抽放系統(tǒng). 采掘工作面瓦斯治理的需要《煤礦安全規(guī)程》、《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》以及《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》有關(guān)條款規(guī)定:當(dāng)一個回采工作面的絕對瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通風(fēng)方法解決瓦斯不可能或不合理時應(yīng)采用瓦斯抽放措施. 雖然, 該礦回采工作面的絕對瓦斯涌出量已經(jīng)超過5m3/min. 產(chǎn)量和瓦斯涌出量都有進(jìn)一步增加的趨勢.采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判斷標(biāo)準(zhǔn)是: 在給定的巷道通風(fēng)斷面條件下，采掘工作面設(shè)計通風(fēng)能力小于稀釋瓦斯所需的風(fēng)量,即式(2－1)成立時, 抽放瓦斯才是必要的.(2－1) ………………………………… 式中: Q0 采掘工作面設(shè)計風(fēng)量, m3/s； Q 采掘工作面瓦斯涌出量, m3/min； K 瓦斯涌出不均衡系數(shù),取K=； C 《煤礦安全規(guī)程》允許的采掘工作面瓦斯?jié)舛龋?，取C=1.3 礦井瓦斯抽放方案初步設(shè)計 抽放瓦斯方法選擇某煤礦抽放瓦斯的目的是消除或緩解瓦斯突出的危險性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通風(fēng)能解決的水平或減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān). 因此, 確定礦井抽放瓦斯的方法為開采煤層抽放(包括開采工作面和掘進(jìn)工作面抽放)和采空區(qū)抽放等方式.在二1和二3煤層開采時，必須對所有的回采工作面進(jìn)行高位抽放或本煤層預(yù)抽、對大多數(shù)的掘進(jìn)工作面進(jìn)行瓦斯預(yù)抽放. 選擇的瓦斯抽放方法如下：⑴.采用邊采邊抽相結(jié)合方式抽放回采工作面采空瓦斯；⑵.掘進(jìn)工作面采用邊掘邊抽方法抽放本煤層瓦斯。⑶.采用高位鉆孔抽放回采工作面及采空區(qū)瓦斯.由于某礦煤層具有自燃傾向性, 不宜采用采用采空區(qū)抽放. 掘進(jìn)工作面瓦斯抽放,采用邊掘邊抽比較合適. 采用邊掘邊抽時, 抽放鉆孔布置方式如圖3－2示.推薦的鉆孔布置參數(shù)如下： 鉆孔長度 60100 m；鉆孔直徑 ∮75 mm；相鄰孔間夾角 3176。～5176。；鉆場間距 50 m；鉆場內(nèi)鉆孔數(shù) 3個；封孔深度 5m；封孔方式 聚胺脂封孔.掘進(jìn)工作面后5m處的巷道兩邦各施工一個鉆場. 鉆場的規(guī)格應(yīng)根據(jù)巷邦瓦斯抽放鉆孔布置的要求, 選用鉆機(jī)的外形尺寸及鉆桿長度而定. 根據(jù)該礦的具體情況, 每組鉆場在煤巷兩側(cè)錯開布置, 其規(guī)格為: 4 x 4 x 2m, 采用木棚支護(hù). 相鄰兩組鉆場之間的間距為4050m. 在每一鉆場內(nèi), 沿走向布置3個邊掘邊抽鉆孔, 即左, 右鉆場各三個, 孔深60m左右. 掘進(jìn)工作面先抽后掘就是在煤巷掘進(jìn)工作面向前方煤層施工扇形鉆孔, 每個循環(huán)69個鉆孔, 鉆孔深度5060m, 每個循環(huán)間距4050m, 預(yù)計抽放時間為20左右. 鉆孔終孔點(diǎn)分別距離巷道中心線0m, .鉆孔布置的原則就是保證將鉆孔布置在煤層內(nèi), 鉆孔傾角與巷道底板平行或根據(jù)煤層的厚度向上或下傾斜. 當(dāng)掘進(jìn)工作面抽放鉆孔數(shù)量較多時, 為擴(kuò)大鉆孔覆蓋范圍, 抽放鉆孔應(yīng)以巷道中線為基準(zhǔn), 向周圍煤體呈放散狀排列, 以提高抽放效果.實(shí)際中, 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測參數(shù)對抽放鉆孔的布置進(jìn)行調(diào)整, 以達(dá)到最好的抽放效果. 抽放量預(yù)計及抽放服務(wù)年限 回采工作面本煤層預(yù)抽量預(yù)計 由于二1和二3煤層的透氣性低及回采工作面巷道面積較小等原因, 盡量不采用邊采邊抽的方式, 而著重考慮采用高位鉆孔抽放的方式. 掘進(jìn)工作面邊掘邊抽瓦斯量預(yù)計 某煤礦回采工作面順槽實(shí)行單巷掘進(jìn)，每一條單巷掘進(jìn)工作面的最大邊掘邊抽瓦斯量由下式計算： (31)式中: Q1 單巷掘進(jìn)工作面邊掘邊抽瓦斯量，m3 /min；N 每個鉆場內(nèi)邊掘邊抽鉆孔數(shù)，N＝3；L2 掘進(jìn)工作面平均走向長度，m，L2=2000m；L3 鉆場間距，m，L3=100m；L1 單孔有效抽放長度，m，L1=95m；Qj 百米鉆孔瓦斯極限抽放量，m3，Q