【導(dǎo)讀】瓦斯抽采的可行性和必要性進(jìn)行了論證。隨著煤礦開采深度的增加，礦井瓦斯問題日益嚴(yán)重。礦井，日常生產(chǎn)過程中的最大安全隱患就是瓦斯事故。作人員的生命安全，而且間接制約著煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長。因此，如何能有效遏制。瓦斯事故的頻繁發(fā)生，現(xiàn)已成為制約國家煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性問題。然后對(duì)整個(gè)瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)概算，制定了整個(gè)抽采系統(tǒng)。的安全技術(shù)措施，論述了抽采瓦斯的綜合利用和抽采泵站的配套設(shè)施。

　　

【正文】 30176。，掘進(jìn)至距煤層頂板 2m左右后反平，再沿煤層頂板掘2～ 3m平巷作為鉆場。 鉆孔布置：每個(gè)鉆場內(nèi)布置 4 個(gè)鉆孔，呈扇形布置。鉆孔及鉆場布 置，見圖 55；鉆孔參數(shù)， 見表 53。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 回采工作面回風(fēng)順槽運(yùn)輸順槽鉆孔A A平 面 圖A—A回采工作面 鉆孔 煤層剖 面 圖抽采管路 控制閥門 圖 51 工作面順層鉆孔布置 Figure 51working face smooth layer of borehole layout 表 53 鉆孔技術(shù)參數(shù) 表 Table53 drilling technical parameters table 孔號(hào) 鉆孔孔徑 φ（ mm） 方位 （ 176。） 傾角 （ 176。） 開孔 位置 鉆孔間距 （ m） 孔深 （ m） 1＃ 94 0 20 頂板下 110 2＃ 94 10 20 110 3＃ 94 20 20 110 4＃ 94 25 20 110 注：以上技術(shù)參數(shù)只供試驗(yàn)參考，須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。 根據(jù) 《 AQ10272021煤礦瓦斯抽放規(guī)范》 第 條， 鉆 場鉆孔布置應(yīng)按照以下要求： —— 鉆場的布置應(yīng)免受采動(dòng)影響，避開地質(zhì)構(gòu)造帶，便于維護(hù)，利于封孔，保證抽放效果； —— 盡量利用現(xiàn)有的開拓、準(zhǔn)備和回采巷道布置鉆場； —— 對(duì)開采層未卸壓抽放，除按鉆孔抽放半徑確定合理的孔間距外，應(yīng)盡量增大鉆孔的見煤長度； —— 鄰近層卸壓抽放，應(yīng)將鉆孔打在采煤工作面頂板冒落后所形成的裂隙帶內(nèi)，并避開冒落帶； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 —— 強(qiáng)化抽 采 布孔方式除考慮應(yīng)取得好的抽放效果外，還應(yīng)考慮措施施工方便； —— 邊采邊抽鉆孔的方向應(yīng)與開采推進(jìn)方向相迎，避免采動(dòng)首先破壞孔口或鉆場； —— 鉆孔方向應(yīng)盡可能正交或斜交煤 層層理； —— 穿層鉆孔終孔位置，應(yīng)在穿過煤層頂 (底 )板 處。 根據(jù) 《 AQ10272021煤礦瓦斯抽 采 規(guī)范》 第 條， 預(yù)抽煤層瓦斯的鉆孔量 ： —— 當(dāng)采用順層孔抽 采 時(shí) ， 鉆孔量 見表 2； —— 當(dāng)采用穿層鉆孔抽 采 時(shí)，鉆孔見煤點(diǎn)的間距可參照下列數(shù)據(jù)：容易抽放煤層1520m；可以抽 采 煤層 1015m；較難抽 采 煤層 8l0m。 表 2 噸煤鉆孔量表 單位： m/t Table 2tons of coal drilling scale Unit: m/t 煤層類別 博煤層 中厚煤層 厚煤層 容易抽 采 可以抽 采 ~ ~ ~ 較難抽 采 抽采設(shè)計(jì) 掘進(jìn)工作面邊掘邊抽 由于禹州棗園煤業(yè)有限公司二 1煤層煤巷掘進(jìn)過程中發(fā)生過動(dòng)力現(xiàn)象，為防治煤與瓦斯突出需要采取抽放消除突出危險(xiǎn)性。可以在掘進(jìn)巷道兩側(cè)打鉆場，在鉆場內(nèi)向工作面前方打鉆孔邊掘邊抽，鉆場規(guī)格長 ，深 4m，高與掘進(jìn) 巷道相同。 見圖 52，參數(shù)見表52。 閥門孔板鎧裝膠管50m放水器接口封孔材料抽放鉆孔 圖 52 掘進(jìn)面邊掘邊抽瓦斯抽放示意圖 Figure 52tunneling surface driving while pumping gas drainage schematic diagram 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 表 52 邊掘邊抽鉆孔技術(shù)參數(shù)表 Table 52driving while pumping drilling technical parameters table 孔號(hào) 孔深（ m） 開孔處距底 板的距離 (m） 仰 角 水平角 備 注 1 62 1 18176。 0176。 仰角就是鉆孔的軸向和水平線的夾角。 水平角 “0 度 ” 為鉆孔軸線在水平面上投影的方向，向右偏為正，向左偏為負(fù)。 2 60 18176。 3176。 3 70 18176。 6176。 4 62 16176。 0176。 5 60 16176。 3176。 6 70 16176。 6176。 1’ 62 1 18176。 0176。 2’ 60 18176。 3176。 3’ 70 18176。 6176。 4’ 62 16176。 0176。 5’ 60 16176。 3176。 6’ 70 16176。 6176。 上隅角瓦斯抽放 上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯由抽放管路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢（或微風(fēng)）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用 6m 長的鎧裝軟管與主抽放管路連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高），抽放軟管與木棒綁在一起，用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽放濃度，上隅角處應(yīng)采用擋風(fēng)簾，提高 抽放效果。隨著工作的推進(jìn)，拆下前端一段主管路，移動(dòng)抽放軟管，如此反復(fù)。抽放工藝如圖58 所示。軟管可采用 6〞 管。抽放管伸入上隅角長度及位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際抽放效果，不斷調(diào)整，得到合理的參數(shù)。 上隅角插管瓦斯抽放是制造一個(gè)負(fù)壓區(qū)，讓周圍瓦斯向負(fù)壓區(qū)流動(dòng)，然后通過排放管路，抽出工作面，負(fù)壓區(qū)在什么地方最合適，頂板巖性不同，頂板的冒落程度不同，對(duì)負(fù)壓區(qū)的選擇都將有較大影響，為確保抽放點(diǎn)的合適位置（使吸入口瓦斯?jié)舛容^高），在抽放管路負(fù)壓始端的接一個(gè)帶 4～ 8 個(gè)分支的一段管路，分支出幾個(gè)支管，支管出口接 4〞或 6〞鎧裝膠管，膠 管插入上隅角后呈發(fā)散排列，可提高抽放效果，如圖 59 所示。對(duì)于采空區(qū)瓦斯涌出量較大的工作面，也可以采取采空區(qū)埋管抽放的方式，隨著工作面不斷向前推進(jìn)，沿回風(fēng)巷將管路埋入采空區(qū)。采空區(qū)埋管抽放，見圖 510。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 58 上隅角插管抽放瓦斯示意圖 Figure 58corner tube gas drainage schematic diagram 圖 59 上隅角分支插管抽放瓦斯示意圖 Figure 59corner branch tube gas drainage schematic diagram 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 510 采空區(qū)埋管抽放瓦斯示意圖 Figure 510gob drainage pipe gas schematic diagram 封孔方法 封孔材料 鉆孔采用聚氨酯封孔，聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的簡稱。它的種類繁多，根據(jù)原料配方不同，可以制成多種不同產(chǎn)品。對(duì)于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在發(fā)泡后，其內(nèi)所形成的孔為封閉孔，即孔口不漏氣，另外對(duì)發(fā)泡時(shí)間、發(fā)泡倍數(shù)、固化后的強(qiáng)度，可塑性等均有一定的要求。 鉆孔封孔設(shè)計(jì)應(yīng)滿足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造價(jià)低的要求。 封孔 方法的選擇應(yīng)根據(jù)抽放方法及孔口所處煤 (巖 )層位、巖性、構(gòu)造等因素綜合確定，因地制宜地選用新方法、新工藝，并應(yīng)符合下列要求： a) 巖壁鉆孔；宜采用封孔器封孔。 b) 煤壁鉆孔，宜采用充填材料進(jìn)行壓風(fēng)封孔。封孔材料應(yīng)根據(jù)具體條件優(yōu)先選用膨脹水泥、聚氨脂等新型材料。在鉆孔所處圍巖條件較好的情況下，可選用水泥砂漿或其它封孔材料。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 封孔長度 抽放管為內(nèi)徑 25mm的焊縫鋼管（或抗靜電塑料管），長為 10m左右，在管前端焊上鐵檔板，套上木塞和橡膠墊圈，距前端橡膠墊圈 1m 處，再套上木塞和橡膠墊圈，并用鐵線纏緊固定 ，在 1m 間距內(nèi)的抽放管上固定一塊毛巾布（ 1m179。 ）。卷纏藥液法封孔操作程序?yàn)椋合确Q出封一個(gè)孔的甲、乙組成藥液，分別裝入兩個(gè)容器，再將藥液同時(shí)倒入混合桶，立即用棒快速攪拌均勻，當(dāng)藥液由黃褐色變?yōu)槿榘咨珪r(shí)，停止攪拌，將藥液均勻倒在毛巾布上，邊倒藥液邊向抽放管上卷纏毛巾布，并把卷纏好藥液的封孔管迅速插入鉆孔，大約 5min 后，藥液開始發(fā)泡膨脹， 20min 后停止發(fā)泡，逐漸硬化固結(jié)。為了避免封孔管晃動(dòng)影響封孔質(zhì)量，孔口處用木塞楔緊。封一個(gè)鉆孔的聚氨酯用量約為 1kg左右。 封孔長度應(yīng)根據(jù)鉆孔孔口段煤 (巖 )性質(zhì)、裂隙 發(fā)育程度及孔口負(fù)壓等因素確定，并應(yīng)符合下列要求： ⑴孔口段圍巖條件好、構(gòu)造簡單、孔口負(fù)壓中等時(shí)，封孔長度可取 2m~3m； ⑵孔口段圍巖裂隙較發(fā)育、或孔口負(fù)壓很高時(shí)，封孔長度可取 4m~6m； ⑶在煤壁開孔的鉆孔，封孔長度可取 5m~8m； ⑷采用聚氨酯外的其他材料封孔時(shí)，封孔段長度與封孔深度相等； ⑸采用聚氨酯封孔時(shí)，封孔參數(shù)見表 3。 表 3 聚氨酯封孔參數(shù) Table 3polyurethane sealing parameters 封孔材料 鉆孔條件 封孔段長度（ m） 鉆孔深度（ m） 聚氨酯 孔口段較完 整 3~5 孔口段較破碎 4~6 當(dāng)采用地面鉆孔抽放瓦斯時(shí)，抽采 結(jié)束后應(yīng)全孔封孔。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第五章 瓦斯抽采管路系統(tǒng)及設(shè)備選型 抽采管路選型及阻力計(jì)算 根據(jù) 《 AQ10272021煤礦瓦斯抽 采 規(guī)范》 ，對(duì)瓦斯抽放管路有如下要求： 第 條： 抽 采 管路系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)井下巷道的布置、抽 采 地點(diǎn)的分布、瓦斯利用的要求以及礦井的發(fā)展規(guī)劃等因素確定，避免或減少主干管路系統(tǒng)的頻繁改動(dòng)，確保管道運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便，并應(yīng)符合下列要求： —— 抽 采 管路通過的巷道曲線段少、 距離短，管路安裝應(yīng)平直，轉(zhuǎn)彎時(shí)角度不應(yīng)大于 50176。； —— 抽 采 管路系統(tǒng)宜沿回風(fēng)巷道或礦車不經(jīng)常通過的巷道布置；若設(shè)于主要運(yùn)輸巷內(nèi)，在人行道側(cè)其架設(shè)高度不應(yīng)小于 ，并固定在巷道壁上，與巷道壁的距離應(yīng)滿足檢修要求；抽 采 瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于 ； —— 當(dāng)抽 采 設(shè)備或管路發(fā)生故障時(shí)，管路內(nèi)的瓦斯不得流入采掘工作面及機(jī)電硐室內(nèi) ； —— 盡可能避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁 ； —— 管徑要統(tǒng)一，變徑時(shí)必須設(shè)過渡節(jié)。 第 條： 抽 采 瓦斯管路的管徑應(yīng)按最大流量分段計(jì)算，并與抽 采 設(shè)備能力相適應(yīng)，抽 采 管路按 安全流速為 5~15m/s 和最大通過流量來計(jì)算管徑，抽 采 系統(tǒng)管材的備用量可取 10％。 第 條： 當(dāng)采用專用鉆孔敷設(shè)抽放管路時(shí)，專用鉆孔直徑應(yīng)比管道外形尺寸大100mm；當(dāng)沿豎井敷設(shè)抽 采 管路時(shí)，應(yīng)將管道固定在罐道梁上或?qū)Ｓ霉芗苌稀? 第 條： 抽 采 管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負(fù)壓瓦斯管路阻力公式計(jì)算；局部阻力可用估算法計(jì)算，一般取摩擦阻力的 10％ ~20％。 第 條：地面管路布置： —— 不得將抽 采 管路和自來水管、暖氣管、下水道管、動(dòng)力電纜、照明電纜及通訊電纜等敷設(shè)在同一條地溝 內(nèi) ； —— 主干管應(yīng)與城市及礦區(qū)的發(fā)展規(guī)劃和建筑布置相結(jié)合 ； —— 抽放管道與地上、下建 (構(gòu) )筑物及設(shè)施的間距，應(yīng)符合《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定 ； —— 瓦斯管道不得從地下穿過房屋或其它建 (構(gòu) )筑物，一般情況下也不得穿過其它管網(wǎng)，當(dāng)必須穿過其它管網(wǎng)時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定采取措施 。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 計(jì)算方法 ⑴瓦斯抽采管徑選擇 瓦斯抽 采 管徑選擇 得 合理與否，對(duì)抽 采 瓦斯系統(tǒng)的建設(shè)投資及抽放系統(tǒng)效果有很大影響。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(shí)參照抽 采 泵的實(shí)際能力使之留有備用量 。 一般采用下式計(jì)算： D=（ Q/V） 1/2 式中 D— 抽 采 瓦斯管內(nèi)徑， m； Q— 瓦斯管中混合瓦斯流量， m3/min； V— 瓦斯管中混合瓦斯平均流速， 取 10m/s。 為說明方便，將 高負(fù)壓抽放系統(tǒng)中 地面、 地面鉆孔和風(fēng)井內(nèi)的 瓦斯抽放管路稱為主管 1；采區(qū)回風(fēng)上（下）山管路 稱為 干 管 11；底板眼巷穿層鉆孔 稱為支管 11； 煤 順層 鉆孔和煤壁淺孔抽放管路 稱為支管 12。低負(fù)壓大流量抽放系統(tǒng)中 地面、 地面鉆孔和風(fēng)井內(nèi)的瓦斯抽放管路稱為主管 2，采區(qū)回風(fēng)上（下）山管路 稱為 干 管 21；風(fēng)巷高位抽放和低位 埋管抽放管路 稱為支管 21。 依據(jù)瓦斯抽 采 量預(yù)計(jì)結(jié)果，按上式計(jì)算， 如 表 61所示。 表 61 抽 采 瓦斯管徑 計(jì)算和 選擇結(jié)果 Table 61gas drainage pipe diameter calculation and selection results 類別 抽 采 純量（ m3/min） 混合流量（ m3/min） 瓦斯?jié)舛? （％） 計(jì)算管徑（ mm） 選擇管徑（ mm） 壁厚 （ mm） 材質(zhì) 主管 1 54 30 339 377 9 無縫鋼管 干 管 11 54 30 339 377 9 無縫鋼管 支