【正文】 production capacity is greatly ， the mine gas emission increases more and more with the depth of mine. The gas has bee the first restriction of coal mine safety. The gas hazard of the mine is plex and the gas emission quantity is large, which seriously restricts the normal capacity of the mine, and it is difficult to solve with the method of ventilation alone. In the paper, the basic situation of the XX Coal Mine is introduced, and the feasibility and necessity of mine gas drainage are analysised too； Gas emission is calculated using the Separate source method, and the mine gas drainage technology is designed with analysising the different gas drainage method。 近年來(lái)我 國(guó)煤礦安全生產(chǎn)狀況有明顯改善，百萬(wàn)噸 死亡率從 2020年的 降至 2020 年的 ，但是 與發(fā)達(dá)國(guó)家 的百萬(wàn)噸死亡率相比仍相差甚遠(yuǎn)，煤炭行業(yè) 在我國(guó) 仍然是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)，煤礦事故發(fā)生率居高不下。瓦斯抽放對(duì)煤礦瓦斯治理有以下幾方面的作用 ：首先，瓦斯抽放可以減少開采時(shí)的瓦斯涌出量，從而減少瓦斯隱患和各種瓦斯事故，是保證安全生產(chǎn)的一項(xiàng)預(yù)防性措施。 因此，瓦斯抽放已成為我國(guó)煤礦瓦斯災(zāi)害治理的主要技術(shù)手段。 1964年Lindine等根據(jù)所觀察的 瓦斯 含量和殘余 瓦斯 含量與深度之間存在 的非線性函數(shù)關(guān)系，提出了第一個(gè)預(yù)測(cè)生產(chǎn)礦井瓦斯涌出量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?； 1968年， Airey從理論上導(dǎo)出了第一個(gè)預(yù) 測(cè)礦井靜止工作面瓦斯釋放量的偏微 分方程，采用解析法求解，建立了一維、單孔隙、氣相的產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型 ； 1972年 PriceAbdalla提出了二維、單孔隙、氣水兩相綜合性產(chǎn)量預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型和有限差分的數(shù)值模型，該模型能求解具不規(guī)則邊界的條件和模擬工作面推進(jìn)的移動(dòng)內(nèi)邊界問(wèn)題，并且開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件 NTERCOMP_1； 1978年美國(guó)煤礦局提出了 定向傾斜鉆孔 法來(lái)抽采煤層瓦斯，該方法將是地面垂直鉆孔和煤層中水平針孔相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了彎曲鉆孔 [3]。這期間為提高瓦斯抽放率，各國(guó)都對(duì)瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了研究：前蘇聯(lián)針對(duì)低透氣 性煤層難抽問(wèn)題，在頓巴斯、卡拉干達(dá)和庫(kù)基巴斯礦區(qū)最先提出并試驗(yàn)應(yīng)用了交叉鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯的方法，顯著提高了低透氣性煤層的瓦斯抽放率；而日本針對(duì)開采深度大的煤層時(shí)采用大直徑鉆孔來(lái)提高抽采效果；德國(guó)和捷克通過(guò)向煤層打放射狀鉆孔以延長(zhǎng)抽采時(shí)間，成功達(dá)到了提高瓦斯抽采量的目的；在封孔工藝上，德國(guó)和日本在首先推廣應(yīng)用聚氨酯封孔技術(shù)，使抽放負(fù)壓達(dá)到 50KPa 以上 ， 近年來(lái)由于石油、天然氣能源的急缺，煤層氣作為煤炭的伴生能源更是受到熱捧，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家掀起了對(duì)瓦斯抽采開發(fā)試驗(yàn)的新浪潮 [5]。特別 是近十年來(lái)，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展 ， 礦井?dāng)?shù)量及煤炭產(chǎn)量迅速增加，礦井向深部延伸過(guò)程中，一些低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井和突出礦井，因此需要抽放瓦斯的礦井越來(lái)越多。 50 年 代初期，在撫順高透氣性特厚煤層中首次采用井下鉆孔預(yù)拄煤層瓦斯，獲得了成功。此后在陽(yáng)泉又試驗(yàn)成功頂板收集瓦斯巷 (高抽巷 )抽放上鄰近層瓦斯，抽放率達(dá) 60％一 70％。試驗(yàn)研究了多種強(qiáng)化抽放開采煤層瓦斯的方法，如煤層注水，水 4 力壓裂．水力割縫，松動(dòng)爆破，大直徑 (擴(kuò)孔 )鉆孔，網(wǎng)格式密集布孔，預(yù)裂控制爆破，交叉布孔等。從 80 年代開始隨著機(jī)采、綜采和綜放采煤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進(jìn)速度加快、開采強(qiáng)度 增大，使工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有鄰近層的工作面，其瓦斯涌出量的增長(zhǎng)幅度更大。根據(jù)抽放對(duì)象的不同，可分為本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放。鉆孔預(yù)抽鉆孔貫穿煤層，瓦斯很容易沿層理面流入鉆孔，有利于提高抽放效果，而且 抽放工作是在掘進(jìn)和回采之前進(jìn)行的，能大大減少生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯涌出量，但抽放的煤層沒(méi)有受采動(dòng)影響，煤層壓力變化不大，透氣性低的煤層可能達(dá)不到預(yù)抽效果，目前被廣泛使用。 ③ 本煤層邊掘邊抽。 ④ 鄰近層鉆孔抽放。 主要指在開采層的頂部處于采動(dòng)形成的裂隙帶內(nèi)挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏?，用以抽采上鄰近層的卸壓瓦斯? ⑥ 采空區(qū)瓦斯抽放。 （ 3） 我國(guó)瓦斯 抽放 現(xiàn)存問(wèn)題 作為防治瓦斯災(zāi)害事故的主要技術(shù)措施的瓦斯抽放技術(shù)雖然取得了較快地發(fā)展，但總體上看水平仍然較低。 ② 單純抽放，利用量小，利用率低。同時(shí)，由于投放資金有限，抽放鉆孔工程 量太小，無(wú)法加大鉆孔密度以形成網(wǎng)格式布孔，適應(yīng)中國(guó)這樣的低透氣性煤層的抽放條件，增大煤層透氣性。只有這樣才能從根本上提高抽放瓦斯的 能力。 研究?jī)?nèi)容 及技術(shù)路線 研究?jī)?nèi)容 （ 1）瓦斯涌出量預(yù)測(cè)：回采工作面的瓦斯涌出量 由開采層、臨近層瓦斯涌出量?jī)刹糠纸M成，利用在實(shí)習(xí)中收集到的資料，根據(jù)礦井 圍巖瓦斯涌出系數(shù)，工作面丟煤系數(shù)，回采工作面長(zhǎng)度，開采層厚度，工作面采高，煤層原始瓦斯含量等參數(shù)計(jì)算出開采層瓦斯涌出量。根據(jù)收集的礦山基礎(chǔ)資料，對(duì)抽放管道所需的管徑進(jìn)行計(jì)算，再結(jié)合進(jìn)行環(huán)境，選取最合適的抽放管徑。 經(jīng)過(guò)論證分析，選取一個(gè)具體的設(shè)計(jì)方案， 本設(shè)計(jì)要包括各煤層瓦 斯抽放設(shè)計(jì)的方法，要做到安全可靠同時(shí)又要經(jīng)濟(jì)節(jié)約 ，技術(shù)路線圖如圖 。礦區(qū)至烏魯木齊市有國(guó)道 G314 與省道 S103 相通。 井田中心地理坐標(biāo)：東經(jīng) 87176。艾維爾溝自西向東縱穿礦區(qū)，溝底海拔標(biāo)高由西向東由 2435m 逐步降至 1780m；溝兩側(cè)為沖積階地，寬 300～ 800m。石炭系地層在井田東部、西南部都有少量范圍分布，小泉溝組僅在井田東北角有小范圍出露，井田東部及東南部有大面積八道灣組地層分布，三工河組地層在井田西北部有小面積分布，西山窯組在井田西部有大面積分布，在井田中部大部分地層被第四系覆蓋。個(gè)別露頭及受斷層破壞影響處的巖煤層傾角局部變化稍大外，井田中部巖煤層傾角較東西兩端平緩，深部?jī)A角逐步變陡。 10～ 30m 3 線以西 1～ 2 煤層，上盤及下盤局部無(wú) 法利用 F41 下 逆斷層 南傾 34176。 15～ 50m 加 4 線以西 1～ 5 煤層，破壞深度逐層加大 F42 逆斷層 南傾 46176。 20～ 70m 縱貫全井 7～ 10 煤層，破壞深度逐層加大 F510 逆斷層 南傾 30176。 0～ 60 5 線 1～ 2 煤層，破壞深度逐層變小 煤層與煤質(zhì) 井田內(nèi)的可采煤層主要集中賦存在侏羅系下統(tǒng)八道灣組地層內(nèi)，共含煤 18 層，依次編為 1 1 1 下 、 2 2 2 下 2 下 5 上 、 1 12 號(hào)。 井田內(nèi)可采及局部可采煤層為 1 1 2 2 10 煤 。煤層內(nèi)生裂隙較發(fā)育，局部受構(gòu)造的影響，可見外生裂隙發(fā)育，黃鐵礦薄膜充填。 煤巖顯微結(jié)構(gòu)多為均一狀。東南 西北走向長(zhǎng) ～ ，北東 南西傾向?qū)?～ ，面積約 。 16122 工作面目前還沒(méi)形成回風(fēng)， 正在進(jìn)行切眼施工工作。斜風(fēng)井位于主斜井西側(cè)，與主斜井間距 30m，斜風(fēng)井沿 5 號(hào)煤層頂板布置 。礦井初期四個(gè)井筒的服務(wù)范圍為整個(gè)礦井，服務(wù)時(shí)間與礦井生產(chǎn)年限同步。井田內(nèi)瓦斯含量分布差異性較大，地質(zhì)構(gòu)造因素對(duì)瓦斯含量的影響比較明顯，在逆斷層、地形起伏處等位置，瓦斯局部富集。根據(jù)鄰近礦井一九三〇煤礦、二一三〇煤礦開采情況，一 XX 開采至深 12 部有轉(zhuǎn)變?yōu)槊号c瓦斯突出礦井的趨勢(shì)，現(xiàn)已完成防治煤與瓦斯突出專項(xiàng)設(shè)計(jì)。隨著工作面不斷推進(jìn)，在工作面回采初期頂板來(lái)壓以前，工作面承受的頂板壓力較小，煤體較為完整，瓦斯涌出較少，采取的通風(fēng)作為唯一的瓦斯治理措施是有效的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于緩傾斜煤層受開采采動(dòng)影響，上鄰近層能向工作面涌出卸壓瓦斯 的巖層破壞范圍取 100m；下鄰近層能向工作面涌出卸壓瓦斯的巖層破壞范圍取 60m。 15 表 1號(hào)煤層工作面鄰近層瓦斯涌出預(yù)測(cè)表 煤層 煤層厚度 （ m） 與一號(hào)煤層平均間距（ m） 瓦斯排放 率 瓦斯含量（ m3/t） 殘存瓦斯含量（ m3/t） 相對(duì)瓦斯涌出 量（ m3/t） 21號(hào) 60% 22號(hào) 15% 合計(jì) — — — — — 表 5號(hào)煤層工作面鄰近層瓦斯涌出預(yù)測(cè)表 煤層 煤層厚度 （ m） 與 5號(hào)煤層平均間距（ m） 瓦斯排放 率 瓦斯含量（ m3/t） 殘存瓦斯含量（ m3/t） 相對(duì)瓦斯涌出 量（ m3/t） 3號(hào) 30 4號(hào) 55 6號(hào) 30 7號(hào) 15 合計(jì) — — — — — 下面計(jì)算 4號(hào)煤層、 6號(hào)煤層開采時(shí)的回采工作面瓦斯涌出量。 6號(hào)煤層與 5號(hào)煤層的間距為 ，按圖 ，5號(hào)煤層開采時(shí) 6號(hào)煤層的瓦斯排放率為 30%，則 6號(hào)煤層的殘余瓦斯含量為 。 根據(jù)公式（ 34）對(duì) 4號(hào)煤層工作面鄰近層進(jìn)行瓦斯涌出預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果如表。 通過(guò)表 、表 、表 看出， 4號(hào)煤層相對(duì)瓦斯涌出量為 Q 4采 =+= m3/t， 6號(hào)煤層相對(duì)瓦斯涌出量Q 6采 =+= m3/t。 根據(jù)礦井改擴(kuò)建初步設(shè)計(jì)報(bào)告中采掘接替安排，礦井回采 5號(hào)、 6號(hào)、 1號(hào)、 4號(hào)煤層時(shí)，掘進(jìn)工作面分別布置在 4號(hào)、 5號(hào)、 1號(hào)、 5號(hào)煤層中。其計(jì)算公式為： 0n1in1i iii AQ1440AQK ）（ 掘采采采區(qū)? ?? ????Q (39) 式中 Q采區(qū) ——采區(qū)瓦斯涌出量， m3 /t； K采 ——采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)； Q i采 ——第 i回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量， m3 /t； Ai ——第 i回采工作面平均日產(chǎn)量， t/d； Q i掘 ——第 i掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量， m3/min； A0 ——采區(qū)平均日產(chǎn)量 ,t/d； 礦井布置兩個(gè)回采工作面和四 個(gè)掘進(jìn)工作面時(shí)采區(qū)瓦斯涌出量，回采工作面布置在 1號(hào)、 4號(hào)煤層時(shí)，掘進(jìn)工作面分別布置在 1號(hào)、 5號(hào)煤層中，根據(jù)公式（ 39）采區(qū)瓦斯涌出量，見表 表 布置兩個(gè)回采工作面時(shí)采區(qū)瓦斯涌出量表 回采 煤層 Q i采 ( m3 /t) Ai ( t/d) Q i掘 (m3/min) K采 A0 (t/d) Q采區(qū) (m3/t) Q采區(qū) (m3/min) 1號(hào) 1636 3636 4號(hào) 1636 3636 注：兩個(gè)回采工作面年產(chǎn)量之和按 ，掘進(jìn)面年產(chǎn)量按 ，年工作日 330d計(jì)算 。 瓦斯涌出 分析結(jié)果 綜上所述， 礦井一采兩掘達(dá)產(chǎn) ， 5號(hào)回采工作面 瓦斯涌出量為 m3/min，掘進(jìn)工作面瓦斯 涌量為 m3/min，采空區(qū)瓦斯涌 量為 m3/min。從表 、表 和表 中可以看出，工作面瓦斯一部分來(lái)源于開采層的 煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來(lái)源于采空區(qū)和鄰近層的涌出。 （ 4）開采具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。 21 表 開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表 抽放難易程度 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) ? (d1 ) 煤層透氣性系數(shù) ? (m2 /MPa2 22 4 抽放方法與抽放工藝 瓦斯抽放設(shè)計(jì)參數(shù) 瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算 礦井瓦斯儲(chǔ)量是指礦井可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量、受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲(chǔ)量之和，可按下式進(jìn)行計(jì)算： W=W1+W2+W3 （ 41） 式中： W——礦井瓦 斯儲(chǔ)量， Mm3； W1——可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量， Mm3； W2——受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量， Mm3； W1= ?? ?n1i 11 ii XA （ 42） 式中： iA1 ——礦井可采煤層 i的資源量， Mt； iX1 ——礦井可采煤層 i的瓦斯含量， m3/t； n——礦井可采煤層數(shù)； W2= ?? ?m1 22i ii XA (43) 式中： A2i——受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層 i的資源量， Mt； X2i——受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層 i的瓦斯含量， m3/t； m——礦井可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)的不可采煤層數(shù)； W3——受采動(dòng)影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲(chǔ)量， Mm3實(shí)測(cè)或按下式計(jì)算： W3 =K（ W1+W2 ） （ 44） 式中： K——圍巖瓦斯儲(chǔ) 量系數(shù)