【正文】 .................... 51 瓦斯的民用及工業(yè)利用 ............................................................................................ 52 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 1 前 言 一、概況 盂縣常順煤礦為山西省陽泉市盂縣南婁鎮(zhèn)管轄的地方煤礦。 根據(jù) 20xx 年 9月山西省煤炭工業(yè)局文件（晉煤行發(fā) [20xx]638 號）“關(guān)于盂縣躍進(jìn)煤礦 5 號井等兩座礦井進(jìn)行綜合機(jī)械化采煤升級改造的批復(fù)”，同意盂縣常順煤礦進(jìn)行綜合 機(jī)械化采煤的升級改造，生產(chǎn)規(guī)模為 900kt/a，以一井一面滿足生產(chǎn)能力。 隨著礦井開采 強(qiáng)度的 增加，礦井瓦斯涌出量相應(yīng)增大 ， 局部區(qū)域的瓦斯 無法用通風(fēng)解決， 同時，由于地 應(yīng) 力和瓦斯壓力 的增大，在采掘過程中，也可能產(chǎn)生煤與瓦斯突出危險性。設(shè)計說明書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，作為抽放瓦斯工程施工的主要依據(jù)。 礦區(qū)東鄰新勝煤業(yè)有限公司，萬隆煤業(yè)有限公司，南鄰牛村安定煤業(yè)有限公司，西南鄰壽陽縣方山煤礦，西鄰西南關(guān)村辦煤礦，北為煤層露頭區(qū)。 地形、地貌 井田位于太行山脈西側(cè)，山西黃土高原東部，井田內(nèi)地形屬低山丘陵地帶，地形復(fù)雜，沖溝發(fā)育，南高北低，山梁上基巖大面積出露，溝谷兩側(cè)為黃土層覆蓋，區(qū)內(nèi)最高點為于井田中南部，海拔 ，最低點位于井田東北部，海拔 ，相對高差 ， 9 號煤層出露地表，最大埋藏深度 320m， 15 號煤層出露地表，最大埋藏深度 410m。C，平均最低氣溫 ℃，七月最高，平均 最高氣溫 ℃ 。 （ 2） 地震 情況 根據(jù)《中國地震烈度區(qū)劃圖（ 1990）》盂縣地震基本烈度為 ，該礦井所 處的盂縣地震基本烈度 為 7 度。 石炭系中統(tǒng)本溪組（ C2b） 根據(jù) 本 區(qū) 勘探 資料，本溪組厚度 — ，平均 。本組與下伏 馬家溝 組呈平行不整合接觸。主要由灰色、灰白色砂巖、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，含 5 號煤層，其中 4號煤層為 零星 可采煤層，其它煤層均為不可采煤層。本組最大 殘 留 厚度 約 100m左右 。在中部偏北發(fā)育 S2 背斜，在井田南部主要表現(xiàn)為 S2 背斜的南翼，為一單斜構(gòu)造， 傾角一般 3— 10176。 ，落差 20m，貫穿于井田東西。為隱伏斷層，在開采過程中發(fā)現(xiàn)，在井田內(nèi)延伸長度為 1200m 左右。在井下開采中發(fā)現(xiàn)。主要 含煤地層為太原組，太原組地層厚100m左右，其含煤 6 層，按沉積先后順序分為： 15 號、 13 號、 12 號、 11 號、 9 號、8 號等，其中 15 號、 12 號、 9 號煤層穩(wěn)定可采煤層， 8 號煤層局部可采。 （ 2） 12 號煤層 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 6 當(dāng)?shù)厮追Q“兩節(jié)煤”，下距 15 號煤層 40m，煤層厚度 ～ ，平均 ，煤層結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定含一層夾矸 ，屬穩(wěn)定可采煤層。 （ 4） 8 號煤層 當(dāng)?shù)厮追Q“四尺煤”，位于太原組頂部，距 9 號煤層 18～ 25m，煤層厚度為 0～， 為局部可采煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單。 15 號煤層平均灰份為 %，水分為 %，揮發(fā)份為 %，全硫為 %，發(fā)熱量為 ， 15 號煤層確定為中灰、中硫貧煤。井筒 布置和開拓方式為該礦穩(wěn)定生產(chǎn)和發(fā)展，奠定了堅實的基礎(chǔ)。 采煤方法 井田內(nèi)批準(zhǔn)開采煤層為 8 號、 9 號、 12 號和 15 號煤層，其中 9 號、 12 號、 15號煤層為全井田穩(wěn)定可采煤層， 8 號煤層為局部可采煤層。 8 號煤層厚度為 0～ ， 9 號煤層平均厚度 ，確定各煤層采用綜合機(jī)械化采煤方法，布置一個綜合機(jī)械化采煤工作面以保證井田900kt/a 的設(shè)計規(guī)模。 15 號煤層平均厚度 ，采用綜合機(jī)械化放頂煤一次采全高采煤法，布置一個綜采放頂煤工作面以保證礦井 900kt/a 的設(shè)計規(guī)模。主斜井、副斜井、回風(fēng)立井服務(wù)井田內(nèi) 1 15 號煤層開拓開采 ，總服務(wù)年限為 。 礦井總需風(fēng)量為 94m3/s，其中主斜井井筒進(jìn)風(fēng)量為 40m3/s，副斜井井筒進(jìn)風(fēng) 量為54m3/s。 本次采用分源預(yù)測法對回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測，該方法是根據(jù)煤層瓦斯含量，按回采工作面瓦斯主要涌出源 — 開采層（ 包括圍巖和鄰近層）對回采工作面瓦斯涌出量進(jìn)行計算，從而達(dá)到預(yù)測回采工作面面瓦斯涌出量之目的。瓦斯儲量的大小標(biāo)志著瓦斯資源的多寡，同時亦是衡量有無開發(fā)利用價值的重要標(biāo)志。一般采用下式計算： Wkc=η k計算結(jié)果表明， 常順煤 礦 瓦斯資源較豐富，同時可 抽 瓦斯量亦比較可觀。其值取決于回采工作面頂板管理方法，取 k1=； k2－工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率的倒數(shù)，回采率按 95%計算，取 k2=； k3－準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)， k3=(L2h)/L， L－工作面長度， 180m， h－巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，取 15m， k3=； x0－煤層瓦斯含量，取 x0=； x1－煤的殘存瓦斯含量，取 x1=。鄰近煤層瓦斯涌出量計算詳見表 23。 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 15 三、 礦井瓦斯涌出量 0jiihikj ) /Aq1 4 4 0Aq()K(1)K(1q ?? ??????????? 式中 qkj— 礦井瓦斯涌出量， m3/t； K?— 生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取 ； K? — 已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)， 9煤層只布置一個采區(qū) ， K? 取 0； qhi— 第 i回采工作面的瓦斯涌出量， m3/t； qji— 第 i掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量， m3/min； A0— 礦井平均日產(chǎn)量， t，為 2727t； Ai— 第 i 回采工作面平均日產(chǎn)量， t， 為 2590t。眾所周知，加強(qiáng)通風(fēng)是處理瓦斯的有效方法，而當(dāng)瓦斯涌出量大于通風(fēng)所能解決的瓦斯涌出量時，應(yīng)當(dāng)采取抽放瓦斯措施，對于局部區(qū)域的瓦斯超限，采用通風(fēng)方法可能無法解決瓦斯問題或采用通風(fēng)方法不合理時，也必須采取瓦斯抽放措施 ，才能解決工作面局部瓦斯超限問題。 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 16 CQ KQ1000 三 、從防止煤與瓦斯突出看瓦斯抽放的必要性 隨著礦井開采深度增加，礦井瓦斯涌出量將相應(yīng)增大。 四 、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，與人工制氣相比，利用瓦斯具有成本 低，質(zhì)量高 、 清潔安全，使用方便等顯著的優(yōu)點。 瓦斯抽放的可行性 瓦斯抽放的可行性應(yīng)以是否能抽出瓦斯或能否獲得較好地抽放效果來評價。 根據(jù)陽泉礦區(qū)的瓦斯抽放經(jīng)驗， 9 號、 12 號、 15 號 煤層透氣性較差，但鄰近層抽放及采空區(qū)抽放均屬卸壓抽放，在陽泉礦區(qū)已取得較好效果。 5）變廢為寶，利于環(huán)保，瓦斯利用可以提高經(jīng)濟(jì)效益。但上鄰近層 8 號煤層，距 9 號煤層 18～ 25m，大部 分卸壓瓦斯都涌向 9 號煤層開采空間和采空區(qū)。 （ 2）應(yīng)根據(jù)礦井瓦斯涌出來源及涌出量構(gòu)成分析，有針對性地選擇抽放瓦斯方法，以提高瓦斯抽放效果。 （ 6）抽放方法應(yīng)有利于鉆場、鉆孔的施工和抽放系統(tǒng)管網(wǎng)的設(shè)計，有利于增加鉆孔的抽放時間。 上鄰近層瓦斯涌出量較大 在回風(fēng)巷內(nèi)向煤層頂板掘一條小上山，然后返平做鉆場，向采空區(qū)上方打扇形孔。 采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量較大 上隅角淺部或深部插管抽放。 （ 1）頂板抽放巷抽放瓦斯 工作面鄰近層瓦斯涌出量較大，可在回采工作面采用頂板抽放巷抽放采空區(qū)瓦斯。 如圖 43。鉆孔布置：每個鉆場內(nèi)布置 4個鉆孔，呈扇形布置，鉆孔參數(shù)，見表 42。） 開孔 位置 鉆孔間距 （ m） 孔深 （ m） 1＃ 108 94 0 8 鉆 窩上幫距頂梁 100 2＃ 108 94 10 8 100 3＃ 108 94 20 8 100 4＃ 108 94 25 8 100 注：以上技術(shù)參數(shù)只供試驗參考，須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。頂板高位鉆孔一般采用水泥封孔，在水泥封孔有困難時，采 用聚胺酯封孔。 工作面進(jìn)風(fēng)巷回風(fēng)巷BBA A50m鉆場B－B 剖面A－A 剖面鉆場走向孔頂板孔回采面圖 44 頂板走向長鉆孔抽放瓦斯示意圖 頂板走向長鉆孔適合于上 鄰近層瓦斯涌出量較大的回采工作面。抽放工藝，如圖 45 所示。采空區(qū)埋管抽放，見圖 46。 采空區(qū)工作面回風(fēng)順槽尾巷進(jìn)風(fēng)順槽鉆孔鉆孔AA尾巷 回風(fēng)巷9號煤8號煤冒落帶裂隙帶圖 47 尾巷密集 仰角 鉆孔布置示意圖 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 25 表 43 鉆孔技術(shù)參數(shù)表 開徑孔φ（ mm） 終孔徑 φ（ mm） 方位 （176。 根據(jù)瓦斯來源分析，進(jìn)行上鄰近層和采空區(qū)瓦斯抽放是該礦瓦斯抽放工作的重點。 高位鉆孔抽放 巷道工程量小，投資少。 通過上述比較，考慮高抽巷抽放量較大， 在陽泉地區(qū)應(yīng)用較廣泛 ， 為確保安全生產(chǎn)，設(shè)計推薦選用高位巷抽放。 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 26 瓦斯 抽放 量 及抽放率 預(yù)計 （ 1） 抽放瓦斯量預(yù)計 根據(jù)常順礦提供的資料，回采工作面通風(fēng)量 2200 m3/min，可稀釋的瓦斯量為，工作面預(yù)計絕對瓦斯涌出量 m3/min。 (3) 礦井的瓦斯抽放率 fccqq q?? 100? 式中 η — 礦井瓦斯抽放率， %； qc— 礦井瓦斯抽放量， m3/min； qf— 礦井風(fēng)排瓦斯量， m3/min。配備兩臺鉆機(jī)，其中一臺工作，一臺備用 。封孔長度，孔口巖石完整 致 密，長度 3m，巖石比較松軟破碎，長度 5m以上。 5 瓦斯抽放管路系統(tǒng) 抽放瓦斯管路選擇 一、瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇 瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則 1)抽放管路應(yīng)敷設(shè)在巷道曲線段少和距離最短的線路； 2)盡量避開運(yùn)輸繁忙巷道，首選回風(fēng)巷內(nèi)鋪設(shè)； 3)考慮安裝、檢修方便； 4)管路發(fā)生故障，管道內(nèi)的瓦斯不至于進(jìn)入采掘工作面 、機(jī)房或機(jī)電硐室等； 5)抽放管路系統(tǒng)中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、測定、防爆、防回火裝置。直徑太大，投資費(fèi)用增加；直徑過細(xì)，管路阻力損失大，同時參照抽放泵的實際能力使之留有備用量。 由于管路直徑較大，在巷道、通風(fēng)設(shè)計時應(yīng)考慮管路對通風(fēng)及運(yùn)輸?shù)挠绊?。根?jù) 常順煤礦巷道布置情況，抽放最困難時期抽放瓦斯管路長 3000m。 根據(jù)上述要求，結(jié)合 常順 煤礦的實際情況，選擇管路敷設(shè)方式和附屬裝置如下： 井下管路 煤礦井下的環(huán)境條件較惡劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受壓變形，空氣濕潤易銹蝕等，為此對煤礦井下抽放瓦斯管路的敷設(shè)有如下要求： (1)瓦斯管路應(yīng)采取防腐、防銹蝕措施； (2)管路底部應(yīng)墊木墊，墊起高度不低于 30cm，以防止底鼓損壞管路； (3)傾斜巷道的瓦斯管路，應(yīng)用卡子將管道固定在巷道支護(hù)上，以免下滑； (4)管路敷設(shè)要求平直，盡量避免急彎； (5)主要運(yùn)輸巷道中的瓦斯管路架設(shè)高度不小于 ； (6)管路敷設(shè) 時，要考慮流水坡度，要求坡度盡量一致，避免高低起伏，低洼處需安裝放水器； (7)新敷設(shè)的管路要進(jìn)行氣密性。 井下管路安裝 井下抽放瓦斯管路包括風(fēng)井管路、采區(qū)管 路和工作面管路。 風(fēng) 井 抽 放 瓦 斯 管 路 安 裝 施 工 設(shè) 計 見 風(fēng) 井 抽 放 瓦 斯 管 路 安 裝 圖CSJXAZ03~CSJXAZ08。 3）工作面抽放瓦斯管路安裝 工作面抽放瓦斯管路安裝采用側(cè)幫吊掛方式。 附屬裝置 管路附 屬主要包括如下設(shè)備： 抽放管路低洼處要安裝放水器。設(shè)計選用的閥門為截止閥。 (3) 計量裝置：瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一個重要參數(shù)，移動泵站配套了孔板流量計作為計量裝備。在連接孔板流量計時，其較短一部分的管路與泵體聯(lián)接。 — 標(biāo)準(zhǔn)絕對溫度， ℃； PT— 孔板上風(fēng)端測得的絕對壓力，毫米水銀柱； 760—— 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，毫米水銀柱； 760273293TPTPt??? ?????山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設(shè)計說明書 33 b—— 瓦斯?jié)舛刃Ｕ禂?shù)； γ 空標(biāo) —— 在 760 毫米水銀柱、 20℃時的空氣容重，為 ； γ 標(biāo) 。 K—— 實際孔板流量特性系數(shù)； δ T— 溫度校正系數(shù)； δ P— 壓力校正系數(shù)；