【正文】 采層、鄰近層瓦斯涌出量兩部分組成，其相對瓦斯涌出量按下式計算確定： （31）21Q??采式中 Q1——開采層相對瓦斯涌出量，m ；dt/3?Q ——臨近層相對瓦斯涌出量，m ；2開采層相對瓦斯涌出量按下式計算確定： （32）)(0321 cWMmKQ???式中 K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取 ；K2——工作面丟煤系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來計算；K3——采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)；按下式取值： （33）LHK23??式中 L——回采工作面長度；H——巷道煤體瓦斯排放帶寬度，取 18m；m——開采層厚度；M——工作面采高；W0——煤層原始瓦斯含量；Wc——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，取 ；臨近層相對瓦斯涌出量按下式計算確定： （34）???ni iciMmWQ102)(?式中mi——第i鄰近層厚度，m；M——工作面采高，m；W0i——第i 個鄰近層的原始瓦斯含量，m 3/t；Wci——第i個鄰近層殘余瓦斯含量，m 3/t；14ηi—— 第i個鄰近層瓦斯排放率；根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》AQ10182022中。隨著工作面不斷推進(jìn)，在工作面回采初期頂板來壓以前，工作面承受的頂板壓力較小，煤體較為完整，瓦斯涌出較少，采取的通風(fēng)作為唯一的瓦斯治理措施是有效的。礦井15123 工作面在新建瓦斯抽采泵站低負(fù)壓系統(tǒng)投入使用前，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛纫恢陛^高，上隅角瓦斯超限嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。根據(jù)鄰近礦井一九三〇煤礦、二一三〇煤礦開采情況，一 XX 開采至深部有轉(zhuǎn)變?yōu)槊号c瓦斯突出礦井的趨勢，現(xiàn)已完成防治煤與瓦斯突出專項設(shè)計。在 2022 年，礦井回采15123 工作面期間，工作面瓦斯涌出量為 7～8m 3/min，礦井瓦斯涌出量為18～19m 3/min。井田內(nèi)瓦斯含量分布差異性較大，地質(zhì)構(gòu)造因素對瓦斯含量的影響比較明顯，在逆斷層、地形起伏處等位置，瓦斯局12部富集。礦井改擴(kuò)建后新鮮風(fēng)流由主斜井、副斜井及行人進(jìn)風(fēng)斜井進(jìn)入，經(jīng)副斜井區(qū)段石門車場、+1682m 水平井底車場、到達(dá)工作面運輸順槽，沖洗工作面后的乏風(fēng)經(jīng)回風(fēng)順槽，區(qū)段回風(fēng)石門最終從斜風(fēng)井排到地面。礦井初期四個井筒的服務(wù)范圍為整個礦井，服務(wù)時間與礦井生產(chǎn)年限同步。礦井改擴(kuò)建設(shè)計三個進(jìn)風(fēng)井和一個回風(fēng)井，三個進(jìn)風(fēng)井分別為主斜井、副斜井和行人進(jìn)風(fēng)斜井，四個井筒均位于同一個工業(yè)場地內(nèi)。斜風(fēng)井位于主斜井西側(cè)，與主斜井間距 30m，斜風(fēng)井沿 5 號煤層頂板布置 。礦井工業(yè)場地位于井田東北部，加 4 與 4 勘探線之間的地勢較為平坦的場地內(nèi)，場地內(nèi)布置有主、副斜井和斜風(fēng)井。16122 工作面目前還沒形成回風(fēng)，正在進(jìn)行切眼施工工作。礦井井筒北翼+1682m 水平以上 5 號煤層基本已采完，只 15123 工作面剩余約 300米。東南西北走向長 ～，北東 南西傾向?qū)?～，面積約 。各煤層顯微煤巖類型基本一致，多屬亮煤型。煤巖顯微結(jié)構(gòu)多為均一狀。煤巖組分以鏡煤、亮煤為主，暗煤和絲炭呈條帶狀交互產(chǎn)出。煤層內(nèi)生裂隙較發(fā)育，局部受構(gòu)造的影響，可見外生裂隙發(fā)育，黃鐵礦薄膜充填。表 主要可采煤層特征表煤 層 夾 矸全區(qū)厚度(m) 可采范圍厚度(m)煤層編號 兩極值平均值 兩極值平均值結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性可采性 層數(shù) 巖 性11 0～ （ 51） ～（23） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖12 0～ （ 53） ～（42） 簡單 不穩(wěn)定 大部可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖21 0～ （ 52） ～（20） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖22 0～ （ 52） ～（50） 中等 穩(wěn)定 全區(qū)可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖3 0～ （ 33） ～（21） 簡單 不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖4 0～ （ 51） ～（37） 中等 不穩(wěn)定 大部可采 03 炭質(zhì)泥巖、泥巖、 細(xì)砂巖5 0～ （ 64） ～（59） 簡單 較穩(wěn)定 大部可采 01 炭質(zhì)泥巖、泥巖、 粉砂巖、粗砂巖6 0～ （ 65） ～（61） 簡單 較穩(wěn)定 大部可采 03 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、粗砂巖7 0～ （ 45） ～（37） 簡單 較穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、泥巖8 0～ （ 39） ～（17） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖9 0～ （ 37） ～（16） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖10 0～ （ 42） ～（30） 簡單 較穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖井田內(nèi)各煤層物理性質(zhì)和宏觀煤巖類型基本相似。10井田內(nèi)可采及局部可采煤層為 112210 煤。井田內(nèi)除 1 下 、2 下 2 下 5 上 、112 煤層不可采或零星可采外，其它 12 層均有所分布。 0～60 5 線 1～2 煤層，破壞深度逐層變小 煤層與煤質(zhì)井田內(nèi)的可采煤層主要集中賦存在侏羅系下統(tǒng)八道灣組地層內(nèi)，共含煤 18 層，依次編為 1 11 下 、21 、22 、2 下 2 下 5 上 、112 號。 40～50m 3 線以東 8～10 煤層，破壞深度逐層加 大F6 逆斷層 南傾 25176。 20～70m 縱貫全井 7～10 煤層，破壞深度逐層加 大F510 逆斷層 南傾 30176。 6～40m 6 線以西 4～10 煤層，破壞深度逐層加 大F59 逆斷層 南傾 25176。 15～50m 加 4 線以西 1～5 煤層，破壞深度逐層加大F42 逆斷層 南傾 46176。 20～50m 6 線 1～6 煤層，破壞深度逐層加大F41 上 逆斷層 南傾 33176。 10～30m 3 線以西 1～2 煤層，上盤及下盤局部無 法利用F41 下 逆斷層 南傾 34176。表 礦區(qū)地層表斷層編號斷層性質(zhì)傾向傾角垂直斷距分布位置 切割破壞煤層情況F32 逆斷層 南傾 50176。個別露頭及受斷層破壞影響處的巖煤層傾角局部變化稍大外，井田中部巖煤層傾角較東西兩端平緩，深部傾角逐步變陡。巖煤層傾角一般 7176。石炭系地層在井田東部、西南部都有少量范圍分布，小泉溝組僅在井田東北角有小范圍出露，井田東部及東南部有大面積八道灣組地層分布，三工河組地層在井田西北部有小面積分布，西山窯組在井田西部有大面積分布，在井田中部大部分地層被第四系覆蓋。井田西高東低，最大高差可達(dá) 775m。艾維爾溝自西向東縱穿礦區(qū)，溝底海拔標(biāo)高由西向東由 2435m 逐步降至 1780m；溝兩側(cè)為沖積階地，寬 300～800m。58′58″。井田中心地理坐標(biāo)：東經(jīng) 87176。如圖 所示。礦區(qū)至烏魯木齊市有國道 G314 與省道 S103 相通。礦區(qū)自西向東分布有 2130 煤礦、1930 煤礦及 XX 煤礦。經(jīng)過論證分析，選取一個具體的設(shè)計方案，本設(shè)計要包括各煤層瓦斯抽放設(shè)計的方法，要做到安全可靠同時又要經(jīng)濟(jì)節(jié)約，技術(shù)路線圖如圖 。 技術(shù)路線首先收集有關(guān)新疆焦煤集團(tuán) XX 煤礦的煤質(zhì)、地層、瓦斯與地質(zhì)方面的資料，了解瓦斯抽放的地質(zhì)背景和采掘工作面的瓦斯抽放系統(tǒng)，查閱相關(guān)資料，對瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行計算或預(yù)測。根據(jù)收集的礦山基礎(chǔ)資料，對抽放管道所需的管徑進(jìn)行計算，再結(jié)合進(jìn)行環(huán)境，選取最合適的抽放管徑。（2）抽采方法的優(yōu)選：根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料（煤層賦存狀況、瓦斯賦存規(guī)律、巷道布置、地質(zhì)條件、開采技術(shù)等）和分析計算得出的結(jié)論（瓦斯涌出來源、瓦斯涌出量等）結(jié)合礦井生產(chǎn)的實際情況，選取最優(yōu)的回采工作面瓦斯抽放方法、采空區(qū)瓦斯抽放方法和工作面上隅角瓦斯抽放方法，使煤礦的整體效益最大化。 研究內(nèi)容及技術(shù)路線 研究內(nèi)容（1）瓦斯涌出量預(yù)測：回采工作面的瓦斯涌出量由開采層、臨近層瓦斯涌出量兩部分組成，利用在實習(xí)中收集到的資料，根據(jù)礦井圍巖瓦斯涌出系數(shù)，工作面丟煤系數(shù)，回采工作面長度，開采層厚度，工作面采高，煤層原始瓦斯含量等參數(shù)計算出開采層瓦斯涌出量。總而言之，展經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展，我國的瓦斯抽采技術(shù)雖然取得了長足的發(fā)展，但由于我國井工開采采煤量大，到 2022 年止，抽放礦井的產(chǎn)煤量僅占總產(chǎn)量的%，抽放瓦斯量僅占瓦斯涌出量的 %，故瓦斯抽采的工作還應(yīng)該繼續(xù)發(fā)展，并且煤礦瓦斯事故是威脅煤礦安全生產(chǎn)的頭號大敵，而瓦斯抽放技術(shù)是瓦斯治理工作的治本之策。只有這樣才能從根本上提高抽放瓦斯的能力。目前，中國的瓦斯綜合利用工程只是針對瓦斯抽放礦井，實際上全國每年有 90%的來自回風(fēng)流中的濃度低于 l％的瓦斯被直接排放到空氣中。同時，由于投放資金有限，抽放鉆孔工程量太小，無法加大鉆孔密度以形成網(wǎng)格式布孔，適應(yīng)中國這樣的低透氣性煤層的抽放條件，增大煤層透氣性。③資金投入不足。②單純抽放，利用量小，利用率低。我國抽放率低的原因主要有幾點 [11]：①抽放不穩(wěn)定，利用閑難。（3）我國瓦斯抽放現(xiàn)存問題作為防治瓦斯災(zāi)害事故的主要技術(shù)措施的瓦斯抽放技術(shù)雖然取得了較快地發(fā)展，但總體上看水平仍然較低。尤其是對于本煤層預(yù)抽效果不理想、采空區(qū)瓦斯涌出量大的工作面，采空區(qū)抽放方法是首選的抽放方法。⑥采空區(qū)瓦斯抽放。使用較少，陽泉礦是鄰近層巷道抽放瓦斯方式的先驅(qū)，瓦斯抽放效果也最為顯著，工作面瓦斯抽放率普遍高于 70％，最高時達(dá)到 90％以上。主要指在開采層的頂部處于采動形成的裂隙帶內(nèi)挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏?，用以抽采上鄰近層的卸壓瓦斯。此方法抽采?fù)壓與通風(fēng)負(fù)壓方向一致，有利于提高抽采效果，且斯管道設(shè)在回風(fēng)巷，容易管理，有利于安全。④鄰近層鉆孔抽放。隨著工作面的推進(jìn)，鉆場和鉆孔也向前排列。③本煤層邊掘邊抽。即在工作面前方，在進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷中每隔一定距離打平行于工作面的鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽放，也可以每隔一段距離（2030m ）掘一鉆場，布置 3 個扇形鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽放。鉆孔預(yù)抽鉆孔貫穿煤層，瓦斯很容易沿層理面流入鉆孔，有利于提高抽放效果，而且抽放工作是在掘進(jìn)和回采之前進(jìn)行的，能大大減少生產(chǎn)過程中的瓦斯涌出量，但抽放的煤層沒有受采動影響，煤層壓力變化不大，透氣性低的煤層可能達(dá)不到預(yù)抽效果，目前被廣泛使用。指采用巷道或打鉆孔的方式在開采前抽放開采煤層內(nèi)含有的瓦斯的方法，可以分為巷道預(yù)抽和鉆孔預(yù)抽。根據(jù)抽放對象的不同，可分為本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放。所謂綜合抽放瓦斯就是：把開采煤層瓦斯采前預(yù)抽、卸壓鄰近層瓦斯采后抽及采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個采區(qū)內(nèi)綜合使用，使瓦斯抽放量及抽放率達(dá)到最高。從 80 年代開始隨著機(jī)采、綜采和綜放采煤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進(jìn)速度加快、開采強(qiáng)度增大，使工作面絕對瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有鄰近層的工作面，其瓦斯涌出量的增長幅度更大。多數(shù)方法在試驗區(qū)取得了提高瓦斯抽放量的效果，但仍處于試驗階段，沒有大范圍推廣應(yīng)用。試驗研究了多種強(qiáng)化抽放開采煤層瓦斯的方法，如煤層注水，4水力壓裂．水力割縫，松動爆破，大直徑(擴(kuò)孔)鉆孔，網(wǎng)格式密集布孔，預(yù)裂控制爆破，交叉布孔等。③低透氣性煤層強(qiáng)化抽瓦斯階段。此后在陽泉又試驗成功頂板收集瓦斯巷(高抽巷)抽放上鄰近層瓦斯，抽放率達(dá) 60％一 70％。②鄰近層卸壓瓦斯抽放階段。50 年代初期，在撫順高透氣性特厚煤層中首次采用井下鉆孔預(yù)拄煤層瓦斯，獲得了成功。2022 年時我國共有 141 個礦井建立了地面永久瓦斯泵站進(jìn)行抽放瓦斯，年抽放量達(dá) 866 Mm3；到 2022 我國年抽放礦井?dāng)?shù)達(dá)到 237 個，抽放量達(dá)到 1984Mm3；近年來我國瓦斯抽放量如表 [8]。特別是近十年來，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦井?dāng)?shù)量及煤炭產(chǎn)量迅速增加，礦井向深部延伸過程中，一些低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井和突出礦井，因此需要抽放瓦斯的礦井越來越多。3總體來說，國外瓦斯抽放技術(shù)已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)在主要采用綜合的總體抽放方式，在掘進(jìn)過程中抽放瓦斯，回采過程中邊采邊抽和采空區(qū)抽放千方百計增加瓦斯抽放量，提高瓦斯抽放率，同時建立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井的安全生產(chǎn)提供保障。這期間為提高瓦斯抽放率，各國都對瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了研究：前蘇聯(lián)針對低透氣性煤層難抽問題，在頓巴斯、卡拉干達(dá)和庫基巴斯礦區(qū)最先提出并試驗應(yīng)用了交叉鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯的方法，顯著提高了低透氣性煤層的瓦斯抽放率；而日本針對開采深度大的煤層時采用大直徑鉆孔來提高抽采效果；德國和捷克通過向煤層打放射狀鉆孔以延長抽采時間，成功達(dá)到了提高瓦斯抽采量的目的；在封孔工藝上，德國和日本在首先推廣應(yīng)用聚氨酯封孔技術(shù)，使抽放負(fù)壓達(dá)到50KPa 以上 ， 近年來由于石油、天然氣能源的急缺，煤層氣作為煤炭的伴生能源更是受到熱捧，美國等發(fā)達(dá)國家掀起了對瓦斯抽采開發(fā)試驗的新浪潮 [5]。這些國家都把抽放瓦斯的工作作為治理瓦斯的生產(chǎn)工序，是高瓦斯含量煤層回采中的一個必不可少的環(huán)節(jié) [4]。1964年Lindine等根據(jù)所觀察的瓦斯含量和殘余瓦斯含量與深度之間存在的非線性函數(shù)關(guān)系，提出了第一個預(yù)測生產(chǎn)礦井瓦斯涌出量的經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?968年，Airey從理論上導(dǎo)出了第一個預(yù)測礦井靜止工作面瓦斯釋放量的偏微分方程，采用解析法求解，建立了一維、單孔隙、氣相的產(chǎn)量預(yù)測模型；1972年P(guān)riceAbdalla提出了二維、單孔隙、氣水兩相綜合性產(chǎn)量預(yù)測的數(shù)學(xué)模型和有限差分的數(shù)值模型，該模型能求解具不規(guī)則邊界的條件和模擬工作面推進(jìn)的移動內(nèi)邊界問題，并且開發(fā)了相應(yīng)的計算機(jī)軟件NTERCOMP_1；1978年美國煤礦局提