【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(fēng)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(fēng)瓦斯資料的收集、周密細(xì)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(jìn)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(dá)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(dá)6個月，凍土深度100～120cm，最大達(dá)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(fù)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(fù)雜，含夾矸7～10層。煤層組合獨具特征，是區(qū)內(nèi)良好的標(biāo)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(jìn)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(wù)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(hù)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(hù)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(biāo)高為+400m，二水平標(biāo)高為+200m。鋪設(shè)膠帶輸送機(jī)，擔(dān)負(fù)礦井聯(lián)合技術(shù)改造后的集中提煤任務(wù)。 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(jī)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(jī)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(jī)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(fù)責(zé)完成），分別擔(dān)負(fù)南采區(qū)和西采區(qū)的主、輔運輸任務(wù)。 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(dāng)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(yán)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(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通風(fēng)方法解決不合理的。采掘工作面是否有必要進(jìn)行瓦斯抽放的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：采掘工作面最大供風(fēng)量小于稀釋瓦斯所需要的風(fēng)量，即當(dāng)瓦斯涌量大于通風(fēng)所能解決的瓦斯涌出量時就應(yīng)當(dāng)抽放瓦斯，其抽放瓦斯的必要性指標(biāo)通常以下式表示： (31)式中：－工作面允許的最大風(fēng)速，4m/s；－工作面最小通風(fēng)斷面，5m2；－允許風(fēng)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(jì)效益和社會效益。一般來說，其衡量指標(biāo)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(yù)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(yù)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(dǎo)思想以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，堅持以人為本，關(guān)愛礦工生命，樹立“瓦斯事故可以預(yù)防和避免”、“瓦斯是資源和清潔能源”的意識，貫徹“安全第一、預(yù)防為主”和瓦斯治理“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的方針，切實加強(qiáng)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(yīng)安全和礦井的可持續(xù)發(fā)展。⑷ 加強(qiáng)與科研機(jī)構(gòu)和煤炭院校和合作，對瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)研究，引進(jìn)和使用瓦斯治理的先進(jìn)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(qiáng)化培訓(xùn)，提高職工隊伍素質(zhì)。⑻ 嚴(yán)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(fēng)系統(tǒng)，提高礦井抗災(zāi)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(fēng)巷道（或運輸巷道）預(yù)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(jìn)行采前預(yù)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(jìn)工作面瓦斯抽放根據(jù)對烏東煤礦北采區(qū)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，開采+，隨著開采深度的增加，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量將增大，掘進(jìn)工作面應(yīng)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(yuǎn)，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?？紤]到下階段鉆孔抽放卸壓煤層瓦斯需要高負(fù)壓抽放，而上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯需低負(fù)壓抽放，因此北采區(qū)應(yīng)建立兩套獨立抽放瓦斯系統(tǒng)，一套高負(fù)壓抽放系統(tǒng)服務(wù)下階段巷道鉆孔預(yù)抽開采階段煤層和下階段煤層瓦斯方法，一套低負(fù)壓抽放系統(tǒng)服務(wù)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(yīng)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(yù)計瓦斯抽放服務(wù)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(yuǎn)，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(jìn)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(jì)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(fēng)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(fēng)井廣場附近，抽放管路通過立風(fēng)井進(jìn)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(fēng)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(fēng)上山抽放瓦斯管道長度：300m一水平回風(fēng)石門抽放瓦斯管道長度：140m回風(fēng)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(yīng)滿足抽放系統(tǒng)服務(wù)期間可能達(dá)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(dá)到足夠負(fù)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(jī)必須防爆。按上述計算結(jié)果，在標(biāo)準(zhǔn)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(fù)壓狀態(tài)下，需將抽放管路內(nèi)實際流過的瓦斯量換成標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)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(zhǔn)有接頭和布置管件；⑦ 瓦斯管不準(zhǔn)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(zhǔn)穿過其它管路，確需穿過，應(yīng)加套管。⑵ 井下管路安裝①立風(fēng)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(fēng)井施工完畢，通風(fēng)系統(tǒng)形成，無法進(jìn)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(jìn)行噴砂除銹，達(dá)到我國《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級標(biāo)準(zhǔn)》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(fù)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(jìn)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(yīng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)流量大小更換相應(yīng)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(dāng)距離（間距一般為200m～300m，最大不超過500m）應(yīng)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(yīng)配置控制閥門、測壓嘴、孔板流量計和負(fù)壓放水器等附屬設(shè)施外，還應(yīng)配置下列附屬設(shè)施： ①瓦斯泵的進(jìn)、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(fēng)井工業(yè)廣場附近，瓦斯抽放泵站長100m、寬8