【正文】 增加，礦井瓦斯涌出量也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，瓦斯問題已對安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅，且僅靠通風來解決回采工作面的瓦斯問題也不太合理。通過對烏東煤礦通風瓦斯資料的收集、周密細致的現(xiàn)場調(diào)研、實地考察以及對礦井生產(chǎn)實際情況進行充分分析、論證和技術(shù)方案比較，提出了烏東煤礦北采區(qū)煤層瓦斯抽放工程設(shè)計。設(shè)計說明只做原則性的簡要說明，施工圖紙則是本次設(shè)計工作的重點，作為瓦斯抽放工程的主要依據(jù)。40′53″～87176。鐵路方面在堿溝、鐵廠溝均有鐵路專用線與蘭新線接軌，通過鐵路可直達鴻雁池電廠、瑪納斯電廠、石河子市、庫爾勒市、區(qū)外甘肅酒泉等。小型溝谷縱橫交錯，大型溝谷以南北走向為主，區(qū)內(nèi)地層出露甚少，大部分為第四系黃土及亞砂土覆蓋。目前，井田內(nèi)的幾條溝基本干枯，只在每年冰雪融化時有一定量的水，雨季有時發(fā)洪水。10月開始冰凍，翌年3月解凍，冰凍期長達6個月，凍土深度100～120cm，最大達130cm，積雪厚度最大34cm。井田內(nèi)出露地層分布于八道灣向斜的南、北兩翼，原鐵廠溝煤礦位于八道灣向斜北翼（七道灣背斜南翼），原堿溝、原小紅溝、原大洪溝煤礦位于八道灣向斜南翼。向斜南翼為一向北北東傾斜的陡傾斜單斜，傾角83～89176。對井田有直接影響的斷層有三條（f3f3f36），其余斷層對井田影響不大。155176。61176。30f34向斜北側(cè)，1922線處500逆斷層53176。42對井田有影響f3519線南部1100平推斷層30176。平推最大60f362223線南部1000平推斷層310176。230176。平推最大20對井田無影響 煤層北采區(qū)主要開采八道灣向斜北翼煤層，含煤地層是中侏羅統(tǒng)的西山窯組。主要開采B12號煤層和B36號煤層。煤層結(jié)構(gòu)從簡單到復雜，含夾矸0～17層，西部結(jié)構(gòu)較簡單，含夾矸1～5層，東部復雜，含夾矸7～10層。煤層組合獨具特征，是區(qū)內(nèi)良好的標志層，根據(jù)煤層組合特征可劃分兩個分層：a. B34號煤層：～，層間距是西大東小。b. B56號煤層：～，層間距由西向東逐漸縮小，至23線時，進而組合在一起，規(guī)律性明顯。B56與B34號煤之間為灰色、灰黑色泥巖、粉砂巖，～，20～～，分層清楚，L1803孔則不能分層。 煤炭地質(zhì)儲量、采區(qū)生產(chǎn)能力及服務年限礦井設(shè)計資源/儲量是指礦井工業(yè)資源/儲量減去設(shè)計計算的斷層煤柱、露頭防水煤柱和井田境界煤柱等永久保護煤柱損失量后的資源儲量。 表14 礦井向斜北翼設(shè)計可采儲量表 單位：Mt水平（m）礦井工業(yè)儲量永久煤柱礦井設(shè)計儲量保護煤柱開采損失設(shè)計可采儲量+650以上+650+600一水平+600+400二水平+400+200合計 礦井開拓及采煤方式 礦井開拓方式礦井工業(yè)廣場選擇在原鐵廠溝選煤廠東南側(cè)，礦井開拓采用集中出煤分區(qū)開拓的方式，井田劃分為2個開采水平，一水平標高為+400m，二水平標高為+200m。鋪設(shè)膠帶輸送機，擔負礦井聯(lián)合技術(shù)改造后的集中提煤任務。 開拓巷道布置（1）+400m水平輔助運輸石門和+400m水平膠帶輸送機石門為實現(xiàn)分區(qū)開拓、集中運煤和排水的目的，設(shè)計在主、副斜井落底+400m水平后，布置+400m水平輔助運輸石門和+400m水平膠帶輸送機石門，溝通八道灣向斜的南、北兩翼，+400m水平輔助運輸石門和+400m水平膠帶輸送機石門直接與南采區(qū)下部車場形成對接（南采區(qū)內(nèi)的采區(qū)工程，作為原小紅溝煤礦的水平延深工程的一部分，由現(xiàn)生產(chǎn)礦井負責完成），分別擔負南采區(qū)和西采區(qū)的主、輔運輸任務。 北采區(qū)位置北采區(qū)（原鐵廠溝井田）煤層傾角43～51176。根據(jù)2007年礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果： /t， m3 /min， /t， m3 /min。 煤層瓦斯壓力B1－2煤層的相對瓦斯壓力在+；B3－6煤層+～； +～。 礦井瓦斯儲量烏東煤礦北采區(qū)的瓦斯資源相當豐富，僅一水平（+400m），這就為礦井的瓦斯開發(fā)利用提供了充足的資源條件，同時也對礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴重的威脅。根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局2010年頒布的《煤礦安全規(guī)程》第一百四十五條規(guī)定，凡有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)或井下臨時抽放系統(tǒng)：（1）一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5m3/min，或一個掘進工作面絕對瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通風方法解決不合理的。采掘工作面是否有必要進行瓦斯抽放的判斷標準是：采掘工作面最大供風量小于稀釋瓦斯所需要的風量，即當瓦斯涌量大于通風所能解決的瓦斯涌出量時就應當抽放瓦斯，其抽放瓦斯的必要性指標通常以下式表示： (31)式中：－工作面允許的最大風速，4m/s；－工作面最小通風斷面，5m2；－允許風流中的瓦斯?jié)舛?%，%；－瓦斯涌出不均衡系數(shù)。 從資源和環(huán)保的角度來看瓦斯抽放的必要性瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)的能源，將抽出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，不僅改善能源結(jié)構(gòu)，而且減少了對環(huán)境的污染，可以取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。一般來說，其衡量指標有兩個個：一為煤層的透氣性系數(shù)（λ）；二為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（）。d)容易抽放可以抽放較難抽放~1010~表32 烏東煤礦本煤層瓦斯抽放難易程度評價結(jié)果表煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(d1)煤層透氣性系數(shù)λ(m2/MPa2 采空區(qū)瓦斯抽放的可行性烏東煤礦北采區(qū)工作面瓦斯涌出量預測結(jié)果顯示，工作面瓦斯主要來源于下階段煤層涌出的瓦斯。根據(jù)烏東煤礦北采區(qū)煤層賦存情況、巷道布置特點等其它因素分析，烏東煤礦北采區(qū)工作面在回采期間，采用下階段煤層瓦斯采前預抽和卸壓抽放方法，也可能能出現(xiàn)上隅角瓦斯超限，需采取綜合抽放瓦斯措施。4 礦井抽放瓦斯方案與工藝 瓦斯治理規(guī)劃的指導思想以科學發(fā)展觀為指導，堅持以人為本，關(guān)愛礦工生命，樹立“瓦斯事故可以預防和避免”、“瓦斯是資源和清潔能源”的意識，貫徹“安全第一、預防為主”和瓦斯治理“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產(chǎn)”的方針，切實加強煤礦瓦斯治理與利用工作，努力建設(shè)本質(zhì)安全型礦井，確保能源供應安全和礦井的可持續(xù)發(fā)展。⑷ 加強與科研機構(gòu)和煤炭院校和合作，對瓦斯治理技術(shù)進行攻關(guān)研究，引進和使用瓦斯治理的先進技術(shù)和裝備，形成一套適合板石煤礦生產(chǎn)條件的瓦斯綜合治理技術(shù)體系。⑺ 強化培訓，提高職工隊伍素質(zhì)。⑻ 嚴格管理，落實“三大規(guī)程”和技術(shù)措施。瓦斯治理規(guī)劃的總體思路是：完善通風系統(tǒng)，提高礦井抗災能力；與煤炭科研院所聯(lián)合，調(diào)整生產(chǎn)系統(tǒng)，改變生產(chǎn)工藝，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)能力；提高裝備水平，加大瓦斯抽采力度，提高礦井瓦斯抽采率；加大監(jiān)控力度，提高管理水平，杜絕瓦斯超限作業(yè)，％以下；杜絕“一通三防”人身事故。若在開采階段回采前，將下階段回風巷道（或運輸巷道）預先掘出，在該巷道內(nèi)布置鉆場，沿著煤層向上打煤層鉆孔，終孔點落在正在回采階段煤層內(nèi)，可對正在開采階段煤層和下階段煤層進行采前預抽和采后下階段煤層卸壓抽放，又能有效截流下階段煤層涌出的卸壓瓦斯，減小工作面瓦斯涌出量，其抽放方法見圖41。圖41 下階段巷道鉆孔抽放瓦斯布置示意圖 圖42 上隅角插管抽放瓦斯平面示意圖（3）掘進工作面瓦斯抽放根據(jù)對烏東煤礦北采區(qū)掘進工作面瓦斯涌出量預測結(jié)果，開采+，隨著開采深度的增加，掘進工作面瓦斯涌出量將增大，掘進工作面應考慮邊掘邊抽，降低巷道煤壁和工作面落煤的瓦斯涌出量，抽放方法見圖43，施工參數(shù)見表41。隨著烏東煤礦開采深度的加深，煤層瓦斯涌出量逐漸增大，給礦井的安全生產(chǎn)帶來影響。按照我國目前抽放本煤層瓦斯技術(shù)水平和工作面瓦斯來源構(gòu)成， ，假設(shè)工作面日產(chǎn)量6500t/d，鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯涌出量80%計算。根據(jù)礦井開拓布置情況，各采區(qū)之間距離較遠，特別是西采區(qū)距北采區(qū)距離10km左右，采用一套系統(tǒng)抽放管路較長，管網(wǎng)阻力損失較大。考慮到下階段鉆孔抽放卸壓煤層瓦斯需要高負壓抽放，而上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯需低負壓抽放，因此北采區(qū)應建立兩套獨立抽放瓦斯系統(tǒng)，一套高負壓抽放系統(tǒng)服務下階段巷道鉆孔預抽開采階段煤層和下階段煤層瓦斯方法，一套低負壓抽放系統(tǒng)服務上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯。根據(jù)《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》第10條規(guī)定：“建立永久瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應同時具備下列2個條件：（1）瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在2m3／min以上；（2）瓦斯資源可靠、儲量豐富，預計瓦斯抽放服務年限在10年以上。從利用角度考慮，距離工業(yè)區(qū)不能太遠，以減少利用成本。缺點是由于井筒內(nèi)安裝的管路較多，而瓦斯抽放管路管徑又比較大，若要安裝抽放管路，需對原有的電纜等設(shè)施進行重新布置，工作量大，并且在重新布置及安裝期間影響正常提升及運輸。管路安裝路徑短，經(jīng)濟上比較合算。⑶ 方案確定通過上述方案比較，從安全的角度、對礦井生產(chǎn)的影響程度和工程投資三個方面綜合考慮，選擇方案二比較合理，即地面永久瓦斯抽放泵站選擇在立風井廣場附近。 瓦斯管路敷設(shè)路線烏東煤礦北采區(qū)抽放瓦斯泵站選擇在風井廣場附近，抽放管路通過立風井進入井下。為說明方便對抽放瓦斯管道名稱作如下約定：采區(qū)石門、回風井及地面瓦斯抽放管為干管；工作面抽放管為支管。 瓦斯抽放管管網(wǎng)阻力計算抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。按照烏東礦抽放瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)路徑，各分段管道長度按如下長度計算分段阻力：工作面抽放瓦斯管道長度：取3000m一水平回風上山抽放瓦斯管道長度：300m一水平回風石門抽放瓦斯管道長度：140m回風立井抽放瓦斯管道長度：163m地面和抽放瓦斯泵站內(nèi)抽放瓦斯管道長度：500m（1）摩擦阻力（Hm） （52）式中：Hm—管路摩擦阻力，Pa；L—管路長度，m；Q—抽放管內(nèi)混合瓦斯流量，m3/h；γ—混合瓦斯對空氣的密度比；K—與管徑有關(guān)的系數(shù)；D—抽放管內(nèi)徑，cm。 瓦斯抽放泵選型 瓦斯抽放泵的選型原則（1）泵的流量應滿足抽放系統(tǒng)服務期間可能達到的最大瓦斯抽放量；（2）泵的壓力能克服最困難路線管網(wǎng)阻力，使抽放鉆孔達到足夠負壓，并滿足抽放泵出口正壓需求；（3）瓦斯抽放泵要具備良好的氣密性；（4）抽放設(shè)備配套電機必須防爆。按上述計算結(jié)果，在標準狀態(tài)下，抽放系統(tǒng)抽放瓦斯泵所需流量=789m3/min，考慮到抽放瓦斯泵吸氣端是在負壓狀態(tài)下，需將抽放管路內(nèi)實際流過的瓦斯量換成標準狀態(tài)下流量，按照氣體壓力與流量的變化關(guān)系換算為：抽放瓦斯系統(tǒng)抽放瓦斯泵在，真空度28%的條件下，抽放瓦斯泵抽放量大于1096m3/min； 根據(jù)計算出抽放瓦斯泵所需的流量，選擇淄博水環(huán)真空泵廠有限公司（供參考）生產(chǎn)的2BEC110礦用瓦斯抽放泵，共兩套系統(tǒng)，每套各2臺，一臺工作，一臺備用。⑵ 地面管路地面管路敷設(shè)除要符合井下管路的有關(guān)要求外，尚需符合下列要求：① 冬季寒冷地區(qū)應采取防凍措施；② 瓦斯管路不宜沿車輛來往繁忙的主要交通干線敷設(shè)；③ 瓦斯管路不允許與自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜和電話電纜等敷設(shè)于一個地溝內(nèi)；④ 在空曠地帶敷設(shè)瓦斯管路時，應考慮到未來的發(fā)展規(guī)劃和建筑物的布置情況；⑤ 瓦斯主管距建筑物的距離大于5m，距動力電纜大于1m，距鐵路大于4m，距木電線桿大于2m；⑥ 瓦斯管路與其它建筑物相交時，與動力、 范圍內(nèi)，管路不準有接頭和布置管件；⑦ 瓦斯管不準在地下穿過房屋和其它建筑物，以及同其它建筑物位于同一平面位置，即上下重疊；⑧ 瓦斯管不準穿過其它管路，確需穿過，應加套管。⑵ 井下管路安裝①立風井內(nèi)的瓦斯抽放主管，采用沿梯子間托梁托掛敷設(shè)，由于立風井施工完畢，通風系統(tǒng)形成，無法進行井下焊接作業(yè)，故管路鏈接全部采用法蘭盤鏈接。⑶ 管道、管道支架及法蘭、彎頭等鋼制管道附件防腐、防銹表面進行噴砂除銹，達到我國《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級標準》Sa2級，噴涂環(huán)氧富鋅底漆兩遍，噴涂丙稀酸聚胺脂面漆兩遍，漆膜厚度δ200μm。⑴ 閥門：在瓦斯抽采管路（主、支管）的分岔處和抽采管路與鉆孔的連接處，均需安設(shè)閥門，主要用于調(diào)節(jié)與控制各個獨立瓦斯抽采地點的抽采負壓、瓦斯?jié)舛?、抽采量等，同時修理和更換瓦斯管時可關(guān)閉閥門切斷回路。測壓嘴還可作為取氣樣孔，取出的氣體可用于進行氣體成份分析。安裝與使用要求如下：① 安裝孔板時，孔板的孔口必須與管道同心，其端面與管道軸線垂直，偏心度應小于1～2%；② 孔板前（按氣流方向，下同）1D（管徑），直徑6mm、高度80mm，材料為紫銅管；③ 安裝孔板的管道內(nèi)壁，在孔板前邊1D的范圍內(nèi)，不應有凸凹不平、焊縫和墊片等；④ 在孔板流量計前端的管道直線段長度不小于10D，后端的直線段長度不小于5D；⑤ 要經(jīng)常清洗孔板前后的積水和污物，孔板銹蝕要及時更換；⑥ 瓦斯抽采量有較大變化時，應根據(jù)流量大小更換相應的孔板。⑸ 放水裝置本礦瓦斯抽采方法主要采用本煤層和采空區(qū)瓦斯抽采，抽采管路內(nèi)涌水量較多，在抽采鉆場、管路拐彎、低洼、溫度突變處及沿管路適當距離（間距一般為200m～300m，最大不超過500m）應設(shè)置放水器。 礦井抽放瓦斯系統(tǒng)主要附屬設(shè)施抽放瓦斯管路系統(tǒng)除應配置控制閥門、測壓嘴、孔板流量計和負壓放水器等附屬設(shè)施外，還應配置下列附屬設(shè)施： ①瓦斯泵的進、出氣端的管道上，均設(shè)置防回火裝置與水封式防爆器。⑤泵房和放空管附近設(shè)置避雷裝置。⑨泵房內(nèi)配置砂箱、滅火器和其它滅火工具。根據(jù)烏東煤礦的實際情況，通過對現(xiàn)場實地勘察和征求礦方的意見，地面抽放瓦斯泵房布置在立風井工業(yè)廣場附近，瓦斯抽放泵站長100m、寬8