【正文】 礦井瓦斯涌出量預測 1. 預測方法選擇 瓦斯涌出量預測是指根據(jù)某些已知的相關(guān)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。 界溝煤礦 72 煤層的 7222 工作面的瓦斯涌出量大于 5m3/min， 并且依靠通風瓦斯無法解決。 （ 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。眾所周知，加強通風是處理瓦斯的最有效方法，而當瓦斯涌出量大于通風所能解決的瓦斯涌出量時就應當采取抽放瓦斯措施，對于局部區(qū)域的瓦斯超限（如上隅角等），采用通風方法可能無 法解決瓦斯問題或采用通風方法不合理時，也必須采取瓦斯抽放措施。所以礦井可抽期也取 年。 可抽期 根據(jù)《 MT501896 礦 井瓦斯抽放工程設(shè)計規(guī)范》第 條及《 AQ102720xx 煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第 都規(guī)定：礦井或水平的抽放年限應與其抽放瓦斯區(qū)域的開采年限相適應。 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。 礦井瓦斯抽采率應滿足表 32規(guī)定。抽放率指標應符合現(xiàn)行的《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定?？砂聪率接嬎悖? 321 WWWW ??? (31) 式中 W—礦井瓦斯儲量， Mm3； W1—可采煤層的瓦斯儲量， Mm3； lini li XAW ??? 11 (32) 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； 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； 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 15 ini i XAW 21 22 ??? (33) A2i—受采動影響后能夠 向開采空間排放的不可采煤層的地質(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： )( 213 WWKW ?? (34) K—圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取 K＝ ~。參與礦井儲量計算的煤層除了設(shè)計開采的 72 煤層，還包括圍巖中的瓦斯。 最后得出鉆孔流量衰減系數(shù) 。 鉆孔瓦斯流量和流量衰減系數(shù) 鉆孔自然初始瓦斯涌出強度 q0 和鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù) α 是表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數(shù)。 根據(jù)收集資料，界溝煤礦 瓦斯透氣性系數(shù)為 m2/MPa2 1m2/MPa2d 。 煤層透氣性系數(shù) 煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動難易程度的標志，是煤層對于瓦斯流動的阻力，通常用透氣性系數(shù)表示。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個主要因素，當煤的吸附能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含瓦斯量也越大。本次設(shè)計中得到的所設(shè)計 72 煤層地堪瓦斯含量平均為 。煤層瓦斯含量也可用單位質(zhì)量純煤 (去掉煤中水分和灰分 )的瓦斯 體積表示，單位是 m3/t 72煤層瓦斯基本參數(shù)值詳見表 31。 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 13 3 礦井瓦斯賦存情況 煤層瓦斯基本參數(shù) 煤層瓦斯賦存基本參數(shù)是礦井瓦斯防治和瓦斯抽放設(shè)計的依據(jù)。 目前中央風井安裝 2 臺 BDK8№28 型對旋式風機。 界溝 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為 ， 服務年限為 年。 井田南北長約 ，東西寬約 ，面積約為 。 本設(shè)計主要針對界溝礦井東一采 72 煤層。72 煤層平 均傾角為 10176。 72 煤層煤塵均有爆炸性，要做好防塵抑爆工作。 界溝 礦井開采的 界溝 煤層未發(fā)生過自燃現(xiàn)象，根據(jù)鉆孔采樣試驗， 72 煤層還原樣與氧化樣燃點之差為 6～ 33 C176。原煤 水份平均 ％，灰分平均值 %,揮發(fā)分平均值為 %,為中高揮發(fā)分煤，原煤硫含量稍低，屬于低硫煤 ,磷含量平均 值 %,屬特低磷煤。 表 21 主要煤層一覽表 Table 21 The main coal seam List 注： 7 72 煤層間距為 ,7 82 煤層間距為 ， 8 10 煤層間距為 。 煤層及煤質(zhì) 1) 煤層： 本井田的含煤地層為華北型石炭、二疊系，其中二疊系的山西組與上、下石盒子組為主要含煤層段。根據(jù)中央采區(qū)鉆探注漿資料，太灰富水性強，水文地質(zhì)條件復雜，有 0~21m 的原始導高，在底板薄弱地段及構(gòu)造發(fā)育段，極易發(fā)生突水的可能。共含灰?guī)r 13層，累厚 63m左右， 8 灰厚度較大。煤系砂巖裂隙含水層是礦井開采的直接充水水源。砂巖裂隙不發(fā)育，富水性弱，開采中一般不會出現(xiàn)較大涌水，可疏干。四含直覆于煤系之上，與煤系砂巖和風化裂隙帶具有直接的水力聯(lián)系，四含是礦井開采的重要充水水源。按照沉積物的組合特征和含隔水性質(zhì)，可將新生界自上而下大致分為一含、一隔、二含、二隔、三含、三隔和四含計 4 個含水層 (組 )和3 個隔水層 (組 )，其中三隔分布穩(wěn)定，厚度在 ~ 之間，平均 ，以粘土為主，可塑性極強，為良好的隔水層?？梢?，地表水對本井田的開發(fā)沒有影響。 水文地質(zhì)條件 ① 、地表水 本井田地勢平坦，自然地面標高為 +～ +；井田內(nèi)無較大河流，僅在其南緣有一條季節(jié)性小河，但人工溝渠較多。斷層的延展方向多以北東向為主，北西向次之。 資源勘探、井筒檢查孔和二維地震補勘資料表明：本井田共發(fā)現(xiàn)斷層 35 條，其中正斷層 28 條，逆斷層 7 條 ?！?20176。～ 50176。～ 10176。 地質(zhì)特征 地質(zhì)構(gòu)造 本井田位于淮北煤田童亭背斜西翼五溝向斜的南部，總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向近北西、兩端各被一條走向北東而對傾的斷層切割成地塹型的不完整向斜。 本地區(qū)一般春秋多東北風，夏季多東～東南風，冬季多北～西北風，平均風速 3m/s，最大風速達 18m/s；年均氣溫 ℃ ，極端最高氣溫 41℃ ，極端最低氣溫 ℃ ；年均降雨 ，雨量多集中在 8 月份；最大積雪厚度 22cm；最大凍土深度 15cm。交通方便。 井田外東有宿縣～蒙城公路，井田內(nèi)有淮北～六安公路通過。然后根據(jù)計算得到的參數(shù)進行分析，確定抽放方法和抽放設(shè)備，并且對該礦瓦斯抽放方法和抽放設(shè)備的選取，進行論證。根據(jù)礦山的基礎(chǔ)資料 ，對抽放管路的阻力、瓦斯泵流量和河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 8 壓力進行計算，結(jié)合井下具體狀況，確定瓦斯泵的型號，使之既不產(chǎn)生浪費，又能達到瓦斯抽放的需求。 （ 3）抽采設(shè)備的選型：根據(jù)礦井開拓方式、井下采掘部署和通風設(shè)計確定抽放管路的布置。利用鄰近層厚度工作面采高鄰近層的原始瓦斯含量，鄰近層殘余瓦斯含量，鄰近層 瓦斯排放率計算臨近層瓦斯涌出量。 （ 7）抽采方式單一 目前我 國大多數(shù)礦井瓦斯抽采效率較低，抽采形式單一，抽采技術(shù)也不高，抽采瓦斯參數(shù)不能隨地質(zhì)及開采條件的變化及時修正和優(yōu)化處理，從而限制了瓦斯抽出量，抽采效果差。目前，我國約有 2/3 的瓦斯抽采礦井仍然采用黃泥或水泥砂漿封孔，甚至少數(shù)開采近水平或緩斜煤層的礦井也采用水泥砂漿封孔，封孔長度短而且密封質(zhì)量很差，既影響了抽采率，也影響了抽采濃度。實施鄰近層瓦斯抽采的礦區(qū)也存在同樣的 問題，部分礦區(qū)的鄰近層抽采鉆孔瓦斯流速高達 30～ 50m/s，遠遠超過瓦斯抽采的經(jīng)濟流速，抽采鉆孔數(shù)量嚴重不足。我國約有 80％以上的高瓦斯和突出危險工作面采用本煤層預抽，單個工作面抽采鉆孔長度一般為 15000～ 35000m，鉆孔總長度數(shù)值很大，但噸煤鉆孔長度數(shù)值卻極小。 （ 5）鉆孔工程量不足 抽采鉆孔具有輸排瓦斯和提高煤層透氣性的雙重作用。 抽采率 /% 晉城 撫順 121 103 陽泉 599 306 松藻 222 231 天府 67 71 盤江 316 128 352 132 淮南 430 150 450 162 鐵法 水城 215 230 平頂山 44 46 芙蓉 98 中梁山 南桐 95 13 96 淮北 85 91 鶴崗 146 鶴壁 峰峰 160 25 焦作 129 23 27 豐城 六枝 37 （ 3）抽采系統(tǒng)不匹配，投入不足 近年來，我國政府利用國債資金對部分煤礦的抽采系統(tǒng)進行了更新改造，抽采系統(tǒng)不匹配的狀況有了一定的改觀，但這種現(xiàn)象 仍然非常普遍：部分礦井抽采泵能力不足，極限抽采流量小，真空度低，不足以克服抽采管道的沿程阻力；部分礦井抽采泵能力雖然較大，但選用的抽采支管甚至主干管管徑太小，抽采泵產(chǎn)生的負壓絕大部分消耗在抽采管道的沿程阻力上；其結(jié)果是，這些礦井的本煤層預抽鉆孔孔口負壓不到 490Pa，有的甚至靠正壓自排。 抽采率 /% 瓦斯涌出量/Mm179。 抽采率 /% 瓦斯涌出量/Mm179。 河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 6 表 12 我國主要礦區(qū)瓦斯抽采量和瓦斯抽采率 Tab. 12 The gas drainage volume and rate in our main drainage mine 礦區(qū) 名稱 20xx 年 20xx 年 20xx 年 瓦斯涌出量/Mm179。在實施抽采鉆孔過程中，極易出現(xiàn)嚴重的塌孔現(xiàn)象，打鉆難，工期 長，特別是突出煤層打鉆時，煤層軟，瓦斯壓力大，存在著頂鉆、卡鉆、塌孔、噴孔等問題。如黑龍江省雞西礦區(qū)、平頂山、七臺河、樂平、萍鄉(xiāng)、湖南白沙等許多礦區(qū)都因為瓦斯透氣性極差、投人大等原因，礦井基本沒有開展瓦斯預抽，嚴重影響抽采效果。d)]，為較難抽采或勉強抽采。近年來，國內(nèi)外對高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽放進行了大量的研究，隨著煤礦安全生產(chǎn)以及對瓦斯利用的重視，采空區(qū)抽放比例正在逐步增大。采空區(qū)瓦斯是回采工作面瓦斯涌出主要來源之一，而采空區(qū)瓦斯抽放具有抽放流量大、來源穩(wěn)定等特點，成為回采工作面瓦斯治理的重要手段。目前，該方法已在陽泉礦區(qū) 15 號煤層工作面廣泛推廣。巷道可以布置在鄰近煤層或巖層內(nèi)。 ⑤ 鄰近層巷道抽放。指煤層群條件下，受開采層的采動影響，其上部或下部的鄰近煤層得到卸壓 后會發(fā)生膨脹，其透氣性會大幅提高 , 鄰近煤層的卸壓瓦斯會通過層間裂隙大量涌向開采層，為防止和減少鄰近層瓦斯涌向開采層，在井下鉆孔來抽采這部分瓦斯的方法。此方法的工作面前方和巷道兩幫一范圍內(nèi)的應力已發(fā)生變化，因而游離和解吸瓦斯能直接被鉆孔抽出，透氣性低的煤層也會獲得一定的效果，但增加了鉆場和打孔的工程量和時間，對掘進速度有一定影響，有漏風，抽放率低。即在掘進巷道兩幫每隔一定距離掘一鉆場，在鉆場向工作面推進的方向打 2～ 3 個超前鉆孔，然后插管、封孔進行抽放。此方法由于采動影響，煤層已卸壓，煤層透氣性增加，抽放效果好，不受采掘工作影響和時間限制，具有較強的靈活性和針對性，但 開孔位置在煤層，封孔不易保持嚴密，影響抽放效果和瓦斯?jié)舛取? ② 本煤層邊采邊抽。巷道預抽煤體卸壓范圍大，煤的暴露面積大，有利于瓦斯釋放，但密閉困難，巷道內(nèi)易引起自燃發(fā)火，目前很少使用。目前，煤礦應用最為普遍的瓦斯抽放方法有如下 6 種： ① 本煤層采前預抽。 （ 2）瓦斯抽放方法 根據(jù)我國煤層地質(zhì)條件和瓦斯賦存特點，我國自主開展了多種瓦斯抽放方法。為了解決高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的問題，必須結(jié)合礦井的地質(zhì)條件，實施綜合抽放瓦斯。 ④ 綜合抽瓦斯階段。在這些方法中。由于在我國一些透氣性較差的高瓦斯煤層及突出危險煤層采用通常的布孔方式預抽瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開采時的瓦斯威脅，為此，從 60 年代開始。 60 年代以后，鄰近層卸壓瓦斯抽放技術(shù)在我國得到了廣泛的推廣應用。 50 年代中期，在開采煤層群的礦井中，采用穿層鉆孔抽放上鄰近層瓦斯的試驗在陽泉礦區(qū)首先獲得成功，解決了煤層群開采中首采工作面 瓦斯涌出量大的問題。解決了撫順礦區(qū)向深部發(fā)展的安全關(guān)鍵問題，而河南理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 4 且抽出的瓦斯還被作為民用燃料得到了應用。s mines each years 年份 抽放量 /Mm3 年份 抽放量 /Mm3 1992 年 534 20xx 年 866 1993 年 536 20xx 年 984 1994 年 564 20xx 年 1