【文章內(nèi)容簡介】 出資料的統(tǒng)計分析得出礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的規(guī)律，預(yù)測新井或新水平瓦斯涌出量的方法。西溝一號井井田位于黃山街倒轉(zhuǎn)向斜北翼，呈南傾單斜構(gòu)造，傾角48～64度，走向基本為東西向，井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有較大的斷層?！?，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，頂板為粉沙巖及細砂巖，局部為中粒砂巖，頂板為泥巖及粉沙巖。西溝二號井與西溝一號井通過對比其地質(zhì)構(gòu)造，煤層賦存及煤層埋藏深度，兩個礦井處于同一個地質(zhì)單元，兩礦井之間無復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。西溝一號井測定中大槽煤層瓦斯基本參數(shù)的標高為+854m，其煤層埋深為200多米，2003年開采水平到+854m時，生產(chǎn)能力為100kt/a，，采煤方法為倉儲式采煤法，回采率為45%。西溝二號井在中央采區(qū)+，測點埋深240m。二號井在開采東翼采區(qū)時， m3/ min， m3/ t； m3/ min, ，礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井； m3/t， m3/min； m3/t, m3/min，礦井瓦斯等級為高瓦斯礦井；2007年礦井開采深度到220m時，測得礦井瓦斯相對涌出量為22m3/t。西溝二號井開采東翼采區(qū)時采用倉儲式采煤法，回采率為45%，根據(jù)歷年的瓦斯等級鑒定結(jié)果看，煤層瓦斯涌出量承著開采深度的加深而增加。根據(jù)西溝二號井對礦區(qū)內(nèi)火燒區(qū)的勘察，東翼采區(qū)火燒區(qū)在+860m水平以上，中央采區(qū)火燒區(qū)深度最深到了+740m水平，最淺部+850m水平。由火燒區(qū)的深度可知在同一水平時中央采區(qū)相同煤層的瓦斯含量會低于東翼采區(qū)。中大槽煤層中央采區(qū)在+，+，由此可證明中采采區(qū)受火燒區(qū)的影響，其瓦斯含量較低。如果中央采區(qū)與東翼采區(qū)采用同樣的采煤方法通過對比可知中央采區(qū)的相對瓦斯涌出量會小于東翼采區(qū)相同水平煤層的相對瓦斯涌出量。根據(jù)分源預(yù)測法的公式24開采層瓦斯涌出量與丟煤系數(shù)K2（即回采率的倒數(shù)）成正比關(guān)系，也即是與回采率成反比關(guān)系，說明礦井回采率越低，相對瓦斯涌出量越大，井下實際開采中也證明丟煤中所含瓦斯的絕大部分會涌入巷道或采空區(qū)。西溝二號井中央采區(qū)采用水平分層采煤法，目前還沒有建立此種采煤方法的瓦斯涌出數(shù)學(xué)模型，經(jīng)咨詢相關(guān)專家暫時采用與鄰近礦井或采區(qū)回采率相對比的方法預(yù)測水平分層采煤法的瓦斯涌出量較合適。西溝二號井經(jīng)改擴建后設(shè)計生產(chǎn)能力為90kt/a，采煤方法設(shè)計為水平分層走向長壁綜放采煤法，回采率可達到75%。，取二者中較大的相對瓦斯涌出量22m3/t作為中央采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測的參照數(shù)據(jù)，經(jīng)計算如下： 因此西溝二號井開采中央采區(qū)+740m水平以上煤層時，根據(jù)其礦井設(shè)計產(chǎn)量。礦井在以后的生產(chǎn)中應(yīng)隨時監(jiān)測礦井瓦斯涌出量，及時和設(shè)計單位聯(lián)系，以便作出相應(yīng)的調(diào)整。西溝二號井中央采區(qū)設(shè)計開采深度為+800m~+680m，但目前西溝二號井還沒有+740m水平以下的相關(guān)瓦斯資料，也沒有水平分層開采的瓦斯涌出梯度，無法預(yù)測+680m水平的瓦斯涌出量，因此在開采+740m水平以上煤層，礦井需要做好各水平開采時瓦斯涌出量記錄，以便為預(yù)測+680m水平煤層開采時的瓦斯涌出量做指導(dǎo)。第四節(jié) 瓦斯抽采規(guī)模及礦井瓦斯可抽量1．礦井瓦斯抽采規(guī)模西溝二號井煤礦開采中央采區(qū)+740m水平以上煤層時，，根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標》礦井絕對瓦斯涌出量≤20m3/min，礦井瓦斯抽采率≥25%。根據(jù)礦主提供的資料，西溝一號井抽采期間瓦斯抽采率為40%~45%，為了穩(wěn)定抽放流量，設(shè)計礦井瓦斯抽采率為35%。由于小型礦井生產(chǎn)產(chǎn)量不均衡及瓦斯涌出的不均衡性。2．礦井瓦斯可抽量瓦斯可抽量是指在瓦斯儲量中能被抽出的最大瓦斯量，其計算公式如下： W抽＝W0Kg （214） 式中 W抽—— 可抽瓦斯量，Mm3； Kg —— 礦井瓦斯抽采率，%。設(shè)計礦井瓦斯抽采率Kg=35%，經(jīng)計算。第五節(jié) 礦井瓦斯抽采必要性和可行性分析，因此屬于高瓦斯礦井，根據(jù)國務(wù)院關(guān)于預(yù)防煤礦生產(chǎn)安全事故的特別規(guī)定（國務(wù)院令446號），高瓦斯礦井必須建立瓦斯抽采系統(tǒng)，因此該礦需加強礦井瓦斯治理，進行瓦斯抽采工作。同時西溝二號井開采煤層屬于特厚煤層，當(dāng)開采上部煤層時，其下部煤層的瓦斯會大量涌向開采區(qū)段的采空區(qū)，當(dāng)頂板垮落時采空區(qū)的瓦斯就會大量涌向開采巷道，引起瓦斯超限，影響煤礦安全生產(chǎn)，當(dāng)對采空區(qū)采進行瓦斯抽采后就可以有效地減少采空區(qū)瓦斯涌出，礦井在2007年開采東翼采區(qū)時由于回采瓦斯?jié)舛容^高影響生產(chǎn)，在對采空區(qū)進行抽采后，回采瓦斯?jié)舛认陆?，生產(chǎn)得以順利進行。因此，不論是國家法規(guī)還是煤礦安全生產(chǎn)需要，西溝二號井開采中央采區(qū)時進行瓦斯抽采都是必要的。開采煤層抽采瓦斯的難易一般取決于煤層的自然透氣性，其評價指標有兩個：煤層透氣性系數(shù)（）、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（），分為三類，即容易抽放、可以抽放、較難抽放，《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》規(guī)定的煤層瓦斯抽放難易程度分類見表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。表251 煤層瓦斯抽放難易程度表類別鉆孔流量衰減系數(shù)煤層透氣性系數(shù)容易抽放﹤﹥10可以抽放～10～較難抽放﹥﹤根據(jù)表251， d1，屬于較難抽放煤層。 m2/MPa2d，屬于可以抽放煤層。兩項系數(shù)對比，而衰減系數(shù)靠近可以抽放煤層，因此從綜合兩方面來看，西溝二號井中大槽煤層可抽性較好。第六節(jié) 設(shè)計范圍本設(shè)計為礦井瓦斯抽采系統(tǒng)方案設(shè)計，由于目前還沒有對+740m水平以下煤層進行瓦斯基本參數(shù)測定，因此本次設(shè)計范圍為西溝二號井中央采區(qū)+740m水平以上煤層，設(shè)計內(nèi)容包括瓦斯抽采泵站方案設(shè)計、瓦斯抽采管路系統(tǒng)方案設(shè)計和瓦斯抽采工藝設(shè)計。具體設(shè)計內(nèi)容如下：瓦斯抽采泵站設(shè)計：包括抽采泵站計算、選型等。瓦斯抽采管路系統(tǒng)設(shè)計：包括瓦斯抽采管徑計算、管路選擇、附屬設(shè)施的設(shè)計選型等。瓦斯抽采方法設(shè)計：包括本煤層鉆孔抽采和采空區(qū)埋管抽采的工藝設(shè)計等，抽采方法應(yīng)由建設(shè)方根據(jù)實際應(yīng)用效果進行修改和優(yōu)化。第三章　抽采方法設(shè)計第一節(jié)　抽采瓦斯方法選擇一、選擇抽采瓦斯方法的原則 選擇礦井瓦斯抽采方法應(yīng)根據(jù)礦井煤層賦存條件、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯來源、巷道布置、抽采瓦斯目的及利用要求等因素確定，并遵循以下原則：　　選擇的抽采瓦斯方法應(yīng)適合煤層賦存狀況、巷道布置、地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件。應(yīng)根據(jù)礦井瓦斯涌出來源及涌出量構(gòu)成分析，有針對性地選擇抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果。抽采方法在滿足礦井安全開采的前提下，還需滿足開發(fā)、利用瓦斯的需要。巷道布置在滿足瓦斯抽采的前提下，應(yīng)盡可能利用生產(chǎn)巷道，以減少抽采工程量。選擇的抽采方法應(yīng)有利于抽采巷道的布置和維護。選擇的抽采方法應(yīng)有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。抽采方法應(yīng)有利于鉆場、鉆孔的施工和抽采系統(tǒng)管網(wǎng)的設(shè)計，有利于增加鉆孔的抽采時間。二、抽采瓦斯方法選擇根據(jù)該礦瓦斯涌出狀況及臨近礦井瓦斯涌出狀況，本礦井瓦斯主要來源于本煤層和采空區(qū)，西溝二號井中央采區(qū)瓦斯抽采方法設(shè)計為回采工作面預(yù)抽和采空區(qū)瓦斯抽采并重的抽采方法。由于瓦斯抽采受礦井開采的影響，因此，礦井在選用瓦斯抽采方法時應(yīng)根據(jù)礦井井下的實際生產(chǎn)情況從以下方法中選擇適合礦井的瓦斯抽采方法。水平分層開采時，上區(qū)段煤層開采后，下區(qū)的煤層的瓦斯會大量涌向上區(qū)段的采空區(qū)，同時由于采用放頂煤采煤，采空區(qū)丟煤較多，采空區(qū)丟煤的瓦斯會涌入采空區(qū)，為確保安全生產(chǎn)，應(yīng)加強采空區(qū)瓦斯抽采，采空區(qū)抽采采用半封閉的采空區(qū)埋管抽采、全封閉插管抽采及穿層鉆孔抽采空區(qū)。第二節(jié) 掘進面抽采一、掘進預(yù)抽如果在煤巷掘進時監(jiān)測到掘進瓦斯涌出較大，通風(fēng)解決瓦斯較困難時，便可進行掘進預(yù)抽。掘進預(yù)抽是在煤巷掘進工作面向前方煤層施工扇形鉆孔，每個循環(huán)施工3個鉆孔，每個循環(huán)間距130m，孔深至少150m，保證預(yù)抽鉆孔超前距不小于20m，鉆孔孔徑75mm，終孔孔底間距為8m，鉆孔布置如圖321所示。圖321 掘進巷道預(yù)抽示意圖二、鉆孔施工打鉆：采用ZK150型鉆機施工，嚴格按設(shè)計參數(shù)施工，施工完后作好鉆孔竣工參數(shù)記錄。封孔：采用BFZ水泥漿封孔泵封孔。封孔管采用Φ50mm具有煤安標志的礦井允用塑料管，水泥漿采用425號水泥與水?dāng)嚢柚瞥?，水灰比?:2，封孔長度為6m以上，也可采用聚胺脂人工封孔。三、抽采工藝在鉆孔施工完后，用DN50mm吸引膠管將每個鉆孔與鉆場匯流瓦斯管相連接，連接處需用8號鐵絲將膠管扎緊。然后將匯流管與安設(shè)的抽采管路相連接，在連接處需安設(shè)閥門以便控制抽采負壓。第三節(jié) 工作面鉆孔抽采一、抽采工藝該礦回采工作面抽采主要以預(yù)抽為主，邊采邊抽為輔。該礦主要采用順層鉆孔抽采。西溝二號井中央采區(qū)為兩翼開采，東、西翼工作面交替布置，由于礦井采掘接替較緊張，為了有更多的預(yù)抽時間，因此在回采工作面的準備巷道掘進時開始布置預(yù)抽鉆孔，鉆孔布置如圖3－3－1。鉆孔沿巷道走向方向每15m布置一組鉆孔，在靠近工作面切眼150m段煤體由于預(yù)抽時間較短，為了提高預(yù)抽率，因此這段煤體每組預(yù)抽鉆孔間隔距離為8m。 圖3－3－1 工作面瓦斯抽采鉆孔布置圖表331 鉆孔參數(shù)表鉆孔編號鉆孔傾角（176。）鉆孔長度（m）備注139472296031945 注：井下鉆孔實際布置時應(yīng)根據(jù)煤層賦存傾角對鉆孔傾角和長度作相應(yīng)的調(diào)整。二、鉆孔施工打鉆：采用ZL500（最大鉆進深度：150m，電機功率：，終孔直徑：65/75mm）型鉆機施工，嚴格按設(shè)計參數(shù)施工，施工完后作好鉆孔竣工參數(shù)記錄。封孔：采用BFZ水泥漿封孔泵封孔。封孔管采用Φ50mm具有煤安標志的礦井允用塑料管，封孔管作成篩孔管，頂端管口堵實，在管壁處每隔100mm鉆直徑為10mm的十字交叉鉆孔。水泥漿采用425號水泥與水?dāng)嚢柚瞥?，水灰比?:2，封孔長度為6m以上，也可采用聚胺脂人工封孔。三、抽采工藝在鉆孔施工完后，用DN50mm吸引膠管將每個鉆孔與匯流瓦斯管相連接，連接處需用8號鐵絲將膠管扎緊。然后將匯流管與安設(shè)的抽采管路相連接，在連接處需安設(shè)閥門以便控制抽采負壓。第四節(jié) 采空區(qū)抽采一、埋管抽采1．埋管抽采方式在頂板順槽內(nèi)利用采面預(yù)抽支管作為采空區(qū)瓦斯抽采支管，隨著工作面推進，抽采管管口保持伸入采空區(qū)20m，將采空區(qū)瓦斯抽出，并使采空區(qū)氣體向埋管口流動，以此治理工作面采空區(qū)瓦斯涌出及工作面瓦斯超限。2．埋管抽采工藝在回風(fēng)巷頂部敷設(shè)第一趟埋管，埋管長約20m，在埋管前端管口堵實，并用鋼絲和錨桿固定好，以此形成埋管口。當(dāng)抽采管被埋進15m時，開始沿回風(fēng)巷頂部敷設(shè)第二趟埋管。為防止采空區(qū)瓦斯沿第二趟埋管涌出，第二趟埋管與抽采管連接前用堵盤堵住。當(dāng)?shù)诙顺椴晒鼙宦襁M約5m時，撤下抽采管與第一趟埋管的連接管，并把抽采管與第二趟埋管相連，如此循環(huán)，以此達到利用埋管不斷抽采采空區(qū)的瓦斯的目的，埋管抽采接替見圖3－4－1。建議礦井對實際循環(huán)距離進行考察，得出最佳循環(huán)抽采距離。圖3－4－1 采空區(qū)埋管抽采布置圖與本煤層預(yù)抽瓦斯相比，采空區(qū)抽采的特點是抽采量較大，但埋管抽采負壓一般控制在3～5kPa。為保證抽采安全，在采空區(qū)瓦斯抽采過程中，應(yīng)經(jīng)常檢測CO和溫度等參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，應(yīng)控制抽采或暫停抽采。二、插管抽采工藝全封閉采空區(qū)是指工作面已采完封閉的采空區(qū)，也稱老采空區(qū)。采空區(qū)中往往積存大量的高濃度瓦斯，可能通過巷道密閉或隔離煤柱的裂隙往外泄出。加強采空區(qū)密閉對全封閉采空區(qū)瓦斯抽采是個必要條件，提高采空區(qū)的氣密性可防止漏氣，保持必要的抽采瓦斯?jié)舛群头乐褂凶匀純A向煤層因漏氣進氧而發(fā)生采空區(qū)發(fā)火。對于已采完的采空區(qū)都要砌筑永久性密閉。永久性密閉要選擇頂?shù)装鍒怨痰膸r（煤）層巷道，兩道密閉墻（磚或料石）中間充填砂或黃土，密閉墻四周要掏槽，插管抽采的密閉上還應(yīng)設(shè)置注砂（泥漿）管和采氣測溫管等觀測管。密閉墻厚度不小于1m。見圖34－2。圖3－4－2 全封閉采空區(qū)插管抽采示意圖三、鉆孔瓦斯抽采西溝二號井中央采區(qū)+740m水平以上煤層開采時，礦井設(shè)計第一個開采區(qū)段為中大槽煤標高為+791m煤層，在+795m水平八尺槽煤層有一巷道，利用此巷道向中央采區(qū)中大槽煤層+740m水平以上各區(qū)段的采空區(qū)打鉆孔，孔底離回采工作面距離為10~30m，合適間距建議礦方進行實際考察，得出最佳間距。圖3－4－3 鉆孔抽采空區(qū)示意圖四、采空區(qū)瓦斯抽采注意事項根據(jù)《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》第22條規(guī)定：“在有自燃發(fā)火危險煤層的采空區(qū)抽采瓦斯時，必須經(jīng)常檢測CO濃度和氣體