【導讀】大型煤礦之一，設計年生產(chǎn)能力為Mt。該礦為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯涌出量大、瓦斯超限嚴重，并且自2021年籌建以來，多次發(fā)生瓦斯動力現(xiàn)象。為了解決這些問題，并防止瓦斯災害事故的發(fā)生，本設計介紹了該礦的基本情況，預測礦井瓦斯的涌出量是，對抽放瓦斯的必要性與可行性進行了論證。通過對抽放方法的比較和抽放管路的計算和。并計算了抽放系統(tǒng)的管道阻力和瓦。斯泵的流量與壓力，選擇了合適的瓦斯泵型號，建立地面永久抽放泵站。瓦斯加以利用，達到使其變廢為寶、減少環(huán)境污染的目的。Keyword:Yian、coalandgasoutburst、gasgushingquantity、drainagesystem、

　　

【正文】 不受采動影響條件下，煤層內鉆孔的瓦斯流量隨時間呈衰減變化的持性系數(shù)稱鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。它可以作為評價煤層預抽瓦斯難易程度的一個指標，其計算公式如下： qt=q0*eβ t (41) β =( ln q0 ln qt)/t (42) 式中： qt—— 百米 鉆孔經(jīng) t時 排放時的瓦斯流量 ， m3/(min*100m)； q0—— 百米 鉆孔成孔初始時的瓦斯流量 ， m3/(min*100m)； t—— 鉆孔瓦斯涌出經(jīng)歷時間 ， d； β —— 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) ， d1。 實際測定過程中，由于百米 鉆孔成孔初始時的瓦斯流量 難以精確測定，可以根據(jù)式42 在理論上導出任意兩次流量測定所確定的 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) (式 43)。 β=( ln q i ln qj)/(tjti) (43) 式中： ti—— 鉆孔瓦斯涌出經(jīng)歷時間， d； tj—— 鉆孔瓦斯涌出經(jīng)歷時間 ， d； 河南理工大學本科畢業(yè)設計 20 qi—— 百米 鉆孔經(jīng) ti時 排放時的瓦斯流量 ， m3/(min*100m)； qj—— 百米 鉆孔經(jīng) tj時 排放時的瓦斯流量 ， m3/(min*100m)。 通過采用在不同地點、選擇不同的鉆孔直徑和不同的煤孔長度等條件下分別測定原始數(shù)據(jù)，同時在進行數(shù)據(jù)測定后注意區(qū)分鉆孔瓦斯的異常涌出和正常涌出的區(qū)別，剔除鉆孔 內徑向非正常流場對測定結果的影響，同時采用線性回歸分析等方法，減少參數(shù)測定時的非人為誤差，以全面準確的測定出參數(shù)，給煤層預抽瓦斯難易程度提供可靠數(shù)據(jù)和評價。使測定結果更具代表性。由原始數(shù)據(jù)得到的 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) 匯總于表44。所測定的 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) 分別為： d1， d1和 d1。 表 44 不同測定地點的鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) Table 44 Borehole gas flow attenuation coefficient of different measurement site 測定地點 FX004軌道順槽開口以里 230 m流量 西膠大巷變電所口以西 8 m 西膠大巷變電所口以西 18 m 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(d1) 注：表中西 膠大巷變電所口以西 8m和 18m處鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為平均值。 排放孔影響半徑測定 超前鉆孔有效排放半徑的測定方法有 2種：①使用鉆孔流量法測定超前鉆孔的有效排放半徑；②使用鉆屑量與鉆屑瓦斯解吸指標法測定超前鉆孔的有效排放半徑。通過采用第二種方法，在 FX004 工作面軌道順槽開口以里 m 處進行了現(xiàn)場測定，原始孔和測試孔實際測定夾角為 8176。 ，兩孔的孔口距離為 m，排放時間為 30 分鐘。測試的 89 mm 的排放孔經(jīng) 30分鐘的排放半徑為 m。 礦井瓦斯儲量 礦井瓦斯儲量是指在煤田開發(fā)過程中能夠向礦井排放瓦斯的煤層及圍巖所儲存的瓦斯量， 應為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲量之和。 礦井瓦斯儲量計算公式如下： W=W1+ W2+ W3 （ 44） 式中： 河南理工大學本科畢業(yè)設計 21 W— 礦井瓦斯儲量， Mm3； W1— 可采煤層的瓦斯儲量總和， Mm3； ?? ?? ni ii XAW 1 111 （ 45） A1i— 礦井每一個可采煤層的煤炭儲量， Mt； X1i— 礦井每一個可采煤層的瓦斯含量， m3/t； W2— 受采動影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲量， Mm3； ?? ?? mi ii XAW 1 222 （ 46） A2i— 受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的不可采煤層的地質儲量 ,Mt； X2i— 受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的瓦斯儲量 m179。/t； W3— 受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量， Mm3，實測或按下式計算： W3=K（ W1+W2） （ 47） K— 圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取 K=～ 。 考慮到義安煤礦主采煤層為二 1煤 ，其它煤層皆不可采，故礦井瓦斯儲量可按如下公式計算： XACk ??? （ 48） 式中： Wk— 礦井瓦斯儲量， Mm3； C— 圍巖瓦斯儲量系數(shù)，取 C = ； A— 煤炭工業(yè)儲量， A= Mt； X— 礦井煤平均瓦斯含量， X= m3/t。 由此可得，義安礦的礦井瓦斯儲量為 1183 Mm3。 礦井可抽瓦斯量及可抽期 礦井的瓦斯可抽量 為計算礦井的瓦斯可抽量，需首選確定礦井的瓦斯抽采率。瓦斯抽采率可根據(jù)煤層瓦斯抽采難易程度、瓦斯涌 出情況、采用的瓦斯抽采方法等因素綜合確定，也可參照鄰河南理工大學本科畢業(yè)設計 22 近礦井或條件類似礦井數(shù)值選取。 根據(jù)《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》（煤安字 [1997]第 189 號）第 28 條、《礦井瓦斯抽放規(guī)范》（ AQ1027— 2021）第 條規(guī)定，以本煤層預抽為主的礦井，工作面抽采率不小于 25%，礦井抽采率不小于 20%。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（ 2021）第 190 條，采用預抽煤層瓦斯作為防突措施時，煤層瓦斯預抽率大于 30%。根據(jù)河南省煤炭工業(yè)管理局文件（豫煤安 [2021]1 號），高、突采面采前瓦斯預抽率不得低于 30%。 根據(jù)義安礦煤層的實 際情況，采煤工作面瓦斯預抽率設計為 30%，礦井瓦斯抽采率設計為 30%。 礦井瓦斯 可抽量是指礦井瓦斯儲量中能被抽出的瓦斯量，由下式計算： kkkc WW ??? （ 49） 式中： Wkc— 礦井瓦斯可抽量， Mm3； η k— 礦井瓦斯抽采率，按照義馬礦區(qū)生產(chǎn)礦井和義安煤礦的現(xiàn)狀預計，η k=25～35%，取平均值η k= 30%； Wk— 礦井瓦斯儲量， Mm3。 由此可得義安礦的瓦斯可抽量為 355 Mm3。 可抽期 根據(jù)礦井采掘工程計劃，并參照其他礦井實際抽放的效果，確定本礦井抽 放純量為15 m3/min?？紤]設備及系統(tǒng)檢修，年抽放天數(shù)按 330 d 計算，則年抽放瓦斯量為 7 Mm3。由此可計算的抽放抽放服務年限約為 51 a， 與 采區(qū) 生產(chǎn)服務年限相當 符合《煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范》的規(guī)定。 礦井瓦斯涌出量預測 預測方法的選擇 瓦斯涌出量預測是指根據(jù)某些已知的相關數(shù)據(jù)，按照一定的方法和規(guī)律，預估出整個礦井或者局部區(qū)域瓦斯涌出量的工作。對于新建礦井，需要礦井瓦斯涌出量預測資料，作為通風設計以及制定瓦斯措施的依據(jù)。瓦斯涌出量的預測的正確與否，直接影響著煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。若 預測偏低，礦井投產(chǎn)不久就需要進行技術改造，甚至被迫減少產(chǎn)量，而預測偏高，則必須要增加投資和通風設備的運行費用。所以研究礦井瓦斯涌河南理工大學本科畢業(yè)設計 23 出量的預測方法，提高預測精度，一直是世界各主要采煤國的重要課題之一。 綜合國內外傳統(tǒng)的瓦斯涌出量預測的方法有：統(tǒng)計分析法、瓦斯含量預測法、分源預測法、類比法。近年來由于科學技術的快速發(fā)展，尤其是數(shù)學方法和計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的或是進一步優(yōu)化的預測方法，比如瓦斯地質數(shù)學模型法、速度預測法、灰色系統(tǒng)預測法、神經(jīng)網(wǎng)絡預測法、基于遺傳規(guī)劃的預測法等等。下面詳細的介紹對比我國主要使 用的瓦斯涌出量預測法優(yōu)劣及其適用范圍（表 45）。 表 45 瓦斯涌出量預測法對比 Table 45 Gas emission forecast method of contrast 方法 簡介 優(yōu)點 缺點 適用性 礦山統(tǒng)計法 據(jù)已開采工作面的實測瓦斯資料，經(jīng)過統(tǒng)計分析得出某一煤層瓦斯涌出量隨開采深度的變化規(guī)律，并將其應用于計算新采煤工作面瓦斯涌出量。 可以很簡單地通過已知工作面的瓦斯涌出量來計算新采煤工作面的瓦斯涌出量。 需要前期積累的資料多，可推測的深度低，推測結果受煤層傾角和瓦斯涌出量的梯度影響，誤 差較大。 適用于生產(chǎn)礦井的延伸水平、開采水平的新區(qū)、鄰近的新礦井。 分源預測法 根據(jù)采煤工作面同時涌出的瓦斯源及瓦斯源涌出量的大小，預測采煤工作面的瓦斯涌出源的涌出量 技術成熟，預測精度可達 85%以上，適用性廣。 對瓦斯含量測定值的可靠性和含量點的分布有較高的要求，計算使用經(jīng)驗公式，其結果的精度有一定的局限性。 適用于新建礦井、生產(chǎn)礦井水平延深、新設計采區(qū)以及采掘工作面的瓦斯涌出量預測。 瓦斯涌出量預測有多種方法，其中分源法預測礦井瓦斯涌出量，經(jīng)過多年研究、完善與提高，在很多礦井應用取得了滿意的效果。 通過對煤層瓦斯含量與埋深的回歸分析 ,研究煤層瓦斯含量分布規(guī)律 。 對預測方法特性和適用條件比較 ,并結合研究礦井的實際 ， 選取了以煤層原始瓦斯含量為基礎、能夠實現(xiàn)對 該 礦井進行預測的分源預測法 。本設計采用分源法預測采掘工作面及礦井瓦斯涌出量。 河南理工大學本科畢業(yè)設計 24 分源預測法的原理 含瓦斯煤層在開采時，因受到采動作業(yè)的影響，使煤層及圍巖中的瓦斯賦存平衡狀態(tài)遭到破壞，破壞區(qū)內的煤層、圍巖所含瓦斯將涌入井下巷道。瓦斯涌出源即是井下瓦斯涌出的地點。瓦斯涌出源的多寡、涌出瓦斯量的大小是決定礦井瓦斯涌出量大小的重要因素。根據(jù)撫順分院的研 究，礦井瓦斯涌出的源、匯關系如圖 41 所示。 圖 41 礦井瓦斯涌出的源、匯關系 Relations of coal mine gas emission source and sink 回采工作面瓦斯涌出量預測 根據(jù) 《 礦井瓦斯涌出量預測方法 》（ AQ10182021） ，回采工作面瓦斯涌出量預測用相對瓦斯涌出量表達，其計算公式為： 21 qqq ??采 410 式中 ： q 采 —— 回采工作面相 對瓦斯涌出量， m3/t； q1—— 開采層相對瓦斯涌出量， m3/t； q2—— 鄰近層相對瓦斯涌出量， m3/t。 （ 1）開采層瓦斯涌出量 根據(jù) 我國 安全生產(chǎn)行業(yè)標準 《 礦井瓦斯涌出量預測方法 》（ AQ10182021） ， 井下開采二 1煤為分層開采的采煤工作面，開采層瓦斯涌出量計算采用以下公式計算： 匯：礦井瓦斯涌出 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出 源：已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出 采煤工作面瓦斯涌出 掘進工作面瓦斯涌出 源：生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出 源：開采層瓦斯涌出涌出 源：鄰近層瓦斯涌出 源：煤壁瓦斯涌出 源：落煤瓦斯涌出 河南理工大學本科畢業(yè)設計 25 q1=K1*K2*K3*Kf*(WoWc) 411 式中： q1—— 開采層相對瓦斯涌出量， m3/t； K2—— 工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來計算，二 1 煤 層開采工作面綜采時回采率取 ，則 K2＝ ，炮采時回采率取 則 K2′＝ ； K3—— 采區(qū)內準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)，用走向長壁后退式回采， K3按下式計算： K3=（ L2h） /L = L—— 工作面長度， 150 m； h—— 掘進巷道預排等值寬度，貧煤取 10 m； Kf—— 分層開采瓦斯涌出量系數(shù)，分層兩層開采時， Kf取 。 Wo—— 煤層原始瓦斯含量， 取 瓦斯含量 平均值 m3/t； Wc—— 采落煤層運至地面時殘存瓦斯含量 。 表 46 純煤的殘存 瓦斯含量 Table 46 Residual gas content of pure coal 煤的揮發(fā)份含量Vdaf（％） 6～ 8 8～ 12 12～ 18 18～ 26 26～ 35 35～ 42 純煤殘存瓦斯含量（ m3/） 9～ 6 6～ 4 4～ 3 4～ 3 2 2 表 46中所列的 Wc′值為每一噸純煤（即可燃基）的瓦斯殘存含量，所以在應用時應按下式換算成原煤殘存瓦斯含量： Wc＝ 100100 adad MA ?? 179。 Wc′ m3/t 式中 ： Wc′ —— 表 46 中所列的純煤瓦斯殘存量， m3/t； 二 1 煤層原煤揮發(fā)分 Vdaf％為％， Wc′為 4～ 3，設計取 4； 河南理工大學本科畢業(yè)設計