【導(dǎo)讀】田進行瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計。分析了礦井瓦斯涌出源及構(gòu)成，認為瓦斯主要來自回采工作面和采空區(qū)，后制定了打鉆和抽采管理安全技術(shù)措施。

　　

【正文】 貫穿礦井東、西兩翼，并通過風井聯(lián)絡(luò)巷與風井相連，用于礦井回風。 礦井開采 xx 現(xiàn)開采二 1煤層，原設(shè)計生產(chǎn)能力 45 萬 t， 2021 年核定生產(chǎn)能力為 100萬 t，現(xiàn)實際生產(chǎn)能力 90 萬 t。 xx 礦主、 副 井均為豎井，井筒直徑均為 6m，主井深 218m， 副 井深 189m，座落在二 1煤頂板大占砂巖中。主井坐標： X=， Y=； 副井坐標： X=， Y=。 目前，一水平已基本采完。一水平面積約 km2，探明儲量 萬 t。平均煤厚 ，煤層穩(wěn)定；二水平現(xiàn)主要 22 采區(qū)、 25 采區(qū)和 27 采區(qū)等開采 。 該礦采用走向長壁傾斜分層法開采，全部冒落法頂板管理，冒落帶高度一般 5m 左右。前期巷道位于二 1煤層底板砂質(zhì)泥巖，后期位于二 1煤層頂板大占砂巖。 礦井通風系統(tǒng)概況 礦井為中 央邊界與兩翼對角式混合通風，采用抽出式通風法，主、副井和東四斜井進風、東西井回風，東風井安裝兩臺 BDK8N028 型對旋式通風機，一臺運轉(zhuǎn)，一臺備用，該井風機各配備 YBF6308 型 400KW 電動機， 2風機風葉安裝角度均為 +6176。，單級運轉(zhuǎn)；工作風量為 6175m3/min；西風井安裝兩臺2K58N024 型 800KW 同步電動機，一臺運轉(zhuǎn)，一臺備用，該井 2風 機風葉安裝角度分別為 35176。、 40176。工作風量為 5710m3/min，負壓 2254Pa。 目前，礦井進風總量為 14711m3/min，總回風 量為 15260m3/min。 其中東風井進風量為 7705m3/min，瓦斯?jié)舛?%；西風井進風量為 7248m3/min，瓦斯?jié)舛?%；礦井有效風量為 13559m3/min，有效風量率 %，礦井等積孔，礦井外部漏風率 %。 礦井采區(qū)均有較完善的通風系統(tǒng)，實現(xiàn)了分區(qū)通風，采區(qū)實現(xiàn)了 ―兩進一回 ‖比較可靠的通風系統(tǒng)，采掘工作面全部實現(xiàn)了獨立的進回風系統(tǒng)。并在采掘工作面的進回風巷的進風側(cè)全部建筑了兩道堅固的正反向風門，專用回風巷內(nèi)未安任何調(diào)風設(shè)施。二七采區(qū)、二五采區(qū)、二 二 采區(qū)、二 一下山采區(qū)、二二下段采區(qū)均設(shè)置了采區(qū)專用回風巷，分別與礦井的東西總回風相連通，形成獨立的礦井通風系統(tǒng)。每月對采區(qū)專用回風巷、采掘工作面專用回風巷及礦井總回風河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 19 巷進行一次全面檢查，對檢查出來的問題立即制定出整改方案和措施，按照 ―五定 ‖的原則限期進行整改，并由安檢科落實整改情況。確保按期處理結(jié)束。通風系統(tǒng)合理、穩(wěn)定、可靠，目前，礦井通風系統(tǒng)不存在不合理因素。 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 20 第三章 礦井瓦斯現(xiàn)狀與抽采設(shè)計參數(shù) 礦井瓦斯現(xiàn)狀 該礦井按《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定于每年 8 月份進行礦井瓦斯等級鑒定工作， 2021～ 2021 年的瓦斯鑒 定結(jié)果：礦井絕對瓦斯涌出量 ～ ，相對瓦斯涌出量 ～ ，具體結(jié)果見表 31。 表 31 2021–2021 年瓦斯 等級 鑒定結(jié)果 Tab. 31 Identifition of classification of gaseous mine results in 20212021 時間 /年 瓦斯 二氧化碳 絕對涌出量 相對涌出量 最大相對量 鑒定等級 絕對涌出量 相對涌出量 采區(qū)最大相對量 鑒定等級 2021 突 出礦井 高 CO2礦井 2021 突出礦井 高 CO2礦井 2021 突出礦井 高 CO2礦井 2021 突出礦井 低 CO2礦井 2021 年礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為：礦井絕對瓦斯涌出量為 ，相對瓦斯涌出量為 ，礦井鑒定為煤與瓦 斯突出礦井。 抽采系統(tǒng)選擇 根據(jù)《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》第 10 條和《煤礦瓦斯抽采規(guī)范》（ AQ1026—2021）第 條規(guī)定，建立固定瓦斯抽采系統(tǒng)的礦井，應(yīng)同時具備下列 2 個條件： （ 1）瓦斯抽采系統(tǒng)的抽采量可穩(wěn)定在 2m3/min 以上； （ 2）瓦斯資源可靠、儲量豐富，預(yù)計瓦斯抽采服務(wù)年限在 5 年以上。 根據(jù)《礦井抽采瓦斯工程設(shè)計規(guī)范》 GB50471— 2021 第 條，凡符合下列情況之一，必須建立地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)： （ 1）開采有煤與瓦斯突出危險煤層的； （ 2）瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計抽采量 ≥2m3/min（純量）。 根據(jù)河南省煤炭工業(yè)管理局文件 (豫煤安 [2021]1 號） ，高、突礦井以及低瓦河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 21 斯礦井高瓦斯區(qū)域必須健全瓦斯抽采系統(tǒng)，突出礦井和瓦斯絕對涌出量在40m3/min 以上的礦井必須建立地面瓦斯抽采系統(tǒng)。 根據(jù) xx 礦瓦斯等級鑒定結(jié)果，該井田屬于煤與瓦斯突出礦井，二 1煤層按突出煤層管理，因此， xx 應(yīng)選擇地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)。 礦井瓦斯抽采設(shè)計參數(shù) 礦井瓦斯儲量估算 根據(jù)《 MT5018— 96 礦井瓦斯抽放工程設(shè)計規(guī)范》第 條規(guī)定，礦井瓦斯儲量應(yīng)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?？砂聪率接嬎悖? 32l WWWW ??? (31) 式中 W—礦井瓦斯儲量， Mm3； W1—可采煤層的瓦斯儲量， Mm3； ??? ni 1 1ilil XAW (32) 式中 Ali—礦井可采煤層 i 的地質(zhì)儲量， Mt X1i—礦井可采煤層 i 的瓦斯含量， m3/t； 2W —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； ??? n1i 2i2i2 XAW (33) 式中 A2i—受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層地質(zhì)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含量， m3/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： )WK(WW 213 ?? (34) 式中 K—圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取 K＝ ~。 采用體積法對 xx 內(nèi)瓦斯儲量進行估算。按照計算塊段和參數(shù)確定的準則，塊段的劃分及含氣量等參數(shù)的選取見圖 31，資源量計算結(jié)果見表 32。 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 22 表 32 xx 礦二 1 煤瓦斯儲量計算結(jié)果表 Tab. 32 Gas reserves calculation results of Yanmazhuang mine B1 coal 塊段編號 面積 /km2 含量 ① /m3/t 煤厚 /m 密度 /t/m3 埋藏深度 /m 圍巖瓦斯 儲量 / Mm3 地質(zhì)儲量 ② /Mm3 1 ～ 300～ 460 2 ～ 350～ 390 3 ～ 390～ 450 4 ～ 460～ 570 5 ～ 390～ 460 6 ～ 270～ 340 7 ～ 340～ 570 8 ～ 390～ 570 9 ～ 300～ 570 合計 注： ① 分子表示計算塊段內(nèi)煤層氣含量變化范圍，分母為均值； ② 地質(zhì)儲量計算中圍巖瓦斯儲量系數(shù)取 。河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 23 26+ +左上角為瓦斯儲量( M m 3 ) ；左下角為塊段編號；右邊表示塊段瓦斯含量大小( m3 / t ) ，分子表示含量變化范圍，分母為平均值。0 1km 圖 31 xx 瓦斯塊段劃分圖 Fig. 31 Figure of gas block partmentalized into section in Yanmazhuang mine field河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 24 按照瓦斯地質(zhì)圖所反映的斷層構(gòu)造及煤層埋深等影響瓦斯賦存的主要因素， 瓦斯儲量 計算單元劃分為九個塊段，總面積約為 ，瓦斯含量最高可達 30m3/t 以上。表 32 計算結(jié)果 可知 ， xx 瓦斯儲量 為 。 礦井可抽瓦斯量 礦井可抽瓦斯量是指礦井瓦斯儲量中在當前技術(shù)水平下能被抽出來的最大瓦斯量。其概算法是： 可抽瓦斯量 =瓦斯儲量 抽采率 (35) 根據(jù) xx 二 1煤層的實際情況， W=，礦井抽采率取 30%，則礦井可抽瓦斯量為 。 瓦斯抽采率 根據(jù)《 AQ1027— 2021 煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第 條規(guī)定： （ 1）預(yù)抽煤層瓦斯的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于 20%，回采工作面抽出率應(yīng)不小于 25%； （ 2）鄰近層卸壓瓦斯抽采的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于 35%，回采工作面抽出率應(yīng)不小于 45%； （ 3）采用綜合抽采方法的礦井：礦井抽出率應(yīng)不小于 30%； （ 4）煤與瓦斯突出礦井：預(yù)抽煤層瓦 斯后，突出煤層的瓦斯含量應(yīng)小于該煤層始突深度的原始煤層瓦斯含量或?qū)⒚簩油咚箟毫档? MPa 以下。 由以上規(guī)定，并且礦井采取綜合抽采方法，則礦井瓦斯抽采率取 30%，工作面瓦斯抽采率取 30%。 設(shè)計瓦斯抽采規(guī)模 根據(jù)礦井生產(chǎn)能力和采掘接替安排， xx 瓦斯抽采規(guī)模設(shè)計為 2 個回采工作面和 4 個掘進工作面同時進行瓦斯抽采。 設(shè)計瓦斯可抽期 根據(jù)《 MT501896 礦井瓦斯抽放工程設(shè)計規(guī)范》第 條及《 AQ1027—2021 煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第 都規(guī)定：礦井或水平的抽采年限應(yīng)與其抽 采瓦斯區(qū)域的開采年限相適應(yīng)。 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 25 第四章 瓦斯抽采的必要性和可行性論證 瓦斯抽采的必要性 規(guī)定 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第 145 條及《 AQ1027— 2021 煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第~ 條規(guī)定： 有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng)： （ 1） 1 個采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m3/min 或 1 個掘進工作面瓦斯涌出量大于 3m3/min，用通風方法解決瓦斯問題不合理的。 （ 2）礦井絕對瓦斯涌出量達到以下條件的： ① 大于或等于 40m3/min； ② 年產(chǎn)量 ～ 的礦井，大于 30m3/min； ③ 年產(chǎn)量 ～ 的礦井，大于 25m3/min； ④ 年產(chǎn)量 ～ 的礦井，大于 20m3/min； ⑤ 年產(chǎn)量小于或等于 的礦井，大于 15m3/min。 （ 3）開采有煤與瓦斯突出危險煤層的。 瓦斯涌出量預(yù)測 礦井瓦斯涌出量是礦井瓦斯抽采和瓦斯管理必不可少的基本參數(shù)。礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法可以概括為兩類：礦山統(tǒng)計預(yù)測法和分源預(yù)測法。 本次設(shè)計采用分源預(yù)測法對礦井瓦斯涌出量進行預(yù)測，該方法的實質(zhì)是根據(jù)煤層瓦斯含量，按礦井瓦斯主要涌出源 ——回采（包括開采層、圍巖和臨近層）、掘進及采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律對礦井各個回采面、掘進工作面的瓦斯涌出量進行計算，從而達到預(yù)測各個采區(qū)乃至全礦井瓦斯涌出量之目的。 本次設(shè)計為 xx 瓦斯抽采設(shè)計，其他已采完 的 采區(qū)，瓦斯也在生產(chǎn)時期相應(yīng)抽放完畢，所以瓦斯涌出量預(yù)測時不考慮其影響， 這里 僅預(yù)測二五采區(qū)、二七采區(qū)瓦斯涌出量。 預(yù)測礦井瓦斯涌出量時考慮二五采區(qū) 25091 回采工作面、二七采區(qū) 27061回采工作面和 四 個掘進工作面。 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 26 回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測 二 1煤層與其鄰近的煤層相距較近，采動過程中 會受到 臨近煤層 瓦斯 涌出量的影響 ，所以開采二 1 煤層 時 期礦井的瓦斯涌出量主要來自于本煤層和鄰近煤層。即回采工作面的總瓦斯涌出量包括開采層瓦斯涌出量（包括圍巖）和鄰近煤層瓦斯涌出。 （ 1）開采層瓦斯涌出量 (包括圍巖 )按下式計算 )( 03211 cf WWkkkkq ?????? (41) 式中 1q —開采煤層 (包括圍巖 )平均相對瓦斯涌出量， m179。/t； 1k —圍巖瓦斯涌出系數(shù)， K1值選取范圍為 ；全部陷落法管理頂 板，碳質(zhì)組分較多的圍巖， K1取 ；局部充填法管理頂板 K1取 ；全部充填法管理頂板 K1取 ； 砂質(zhì)泥巖等致密性圍巖 K1取值可偏小； 2k —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)，取回采率為 80%； 3k —準備巷道預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；利用長壁后退式回采時，系數(shù) LhLk /)2(3 ?? L —工作面長度； h —巷道瓦斯預(yù)排等值寬度， h =10m； fk —取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層瓦斯涌出系數(shù)； 0W —煤層原始瓦斯含量； cW —煤的殘存瓦斯含量。 根據(jù)公式 41，開采層相對瓦斯涌出量計算結(jié)果見表 41。 表 41 開采層相對瓦斯涌出量預(yù)測 結(jié)果 Tab. 41 Prediction results of extraction seam relative ga