【正文】 含量(ml/g表 223 井下鉆孔煤層瓦斯壓力測定匯總表其 它 參 數(shù)煤層 地點(diǎn)煤層頂板標(biāo)高(m)壓力(MPa)瓦斯流量(l/min)換算瓦斯含量(m3/t)f a b 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 17320 己組南石門 己二通風(fēng)排水下山 己二通風(fēng)排水下山 己二通風(fēng)排水下山 20220 采面 二 120220 采面 由表知，煤層瓦斯壓力較大，煤體堅(jiān)固性系數(shù)（f）小，煤的等溫吸附常數(shù)中 a 值較大，表明煤的粒度較小，比表面積大，煤體對瓦斯的吸附量大。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明》的規(guī)定：井田中只要有一個(gè)煤樣有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，該井田就應(yīng)評價(jià)為有煤塵爆炸危險(xiǎn)性的井田，因此本礦為有煤塵爆炸危險(xiǎn)性的礦井，應(yīng)采取措施控制煤塵量，確保安全生產(chǎn)。 井田水文地質(zhì)(1) 礦區(qū)水文地質(zhì)特征 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 18平頂山礦區(qū)屬伏牛山東北側(cè)構(gòu)造復(fù)雜的水文地質(zhì)區(qū)，韓梁～平頂山水文地質(zhì)亞區(qū)，以鍋底山斷層為界，分十一礦——七礦及平頂山——首山水文地質(zhì)段。由于礦區(qū)邊界高角度正斷層使礦區(qū)老地層與礦區(qū)邊界外第四系松散層直接接觸，礦區(qū)不能從外圍接受地下水補(bǔ)給，形成相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元。 地 表 三疊 系 下 統(tǒng) 劉 家 溝 組 及 二 疊 系 上 統(tǒng) 石 千 峰 組 砂 巖 出 露 ， 組 成 一 系 列 近 北 西 、南 東 走 向 的 低 山 ， 形 成 向 北 西 方 向 開 口 的 箕 形 地 貌 單 元 。 分 水 嶺 以 南 為 沙 河 水 系 ， 以 北 為汝 河 水 系 。沙河、汝河流經(jīng)礦區(qū)的南部和北部。汝河流經(jīng)煤系地層之上，最大流量 3000m3/s，旱季流量 。汝河、北干渠、烏江河流經(jīng)灰?guī)r地層露頭附近，對礦區(qū)地下水影響較大。 (3) 巖溶地下水的補(bǔ)給、逕流及排泄平頂山礦區(qū)作為一個(gè)相對獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，幾乎不受單元以外的地下水補(bǔ)給，礦區(qū)地下水的補(bǔ)給來源主要有：礦區(qū)西南部的七礦、五礦、十一礦淺部灰?guī)r露頭的降水補(bǔ)給和第四系、新近系含水層地下水的下滲補(bǔ)給。灰?guī)r隱伏露頭可接受第四系含水層“天窗” 補(bǔ)給。 井田開拓與開采 礦井開拓方式十礦現(xiàn)有主井、副井、主斜井各一個(gè)，丁三斜井、戊二風(fēng)井各一個(gè)，礦井北翼有北翼風(fēng)井、北翼進(jìn)風(fēng)井、三水平北風(fēng)井，另有專門為采區(qū)服務(wù)的丁二風(fēng)井、丁三斜井，丁四風(fēng)井、戊一風(fēng)井、戊二風(fēng)井、戊三風(fēng)井、己四風(fēng)井。開拓方式為多水平立井、斜井綜合開拓。目前采煤方法以綜合機(jī)械化放頂煤（綜采）為主，高普炮采落煤為輔，實(shí)現(xiàn)了長走向、寬傾斜一次采全高。 掘進(jìn)方式掘進(jìn)采用綜掘和炮掘兩種作業(yè)方法。十礦有中央副井、北翼副井、中央大 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 21斜井皮帶三個(gè)進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，由丁三風(fēng)井、四號風(fēng)井、己四風(fēng)井、三水平風(fēng)井四個(gè)回風(fēng)井回風(fēng)。設(shè)計(jì)中平能化十礦己二采區(qū)煤礦開采煤的工作面的平均采高為，工作面長 120m，走向長度 1100m ,日推進(jìn) ,煤層瓦斯含量— m3/t。c tm3由此計(jì)算得工作面瓦斯涌出量見表321。L(1)掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯涌出量 在巷道掘進(jìn)過程中，巷道周圍煤層中的瓦斯壓力平衡狀態(tài)遭到破壞，煤體內(nèi)部到煤壁間存在著壓力梯度，瓦斯就會沿煤體裂隙及孔隙向巷道泄出。通常暴露 6 個(gè)月后煤壁瓦斯涌出基本穩(wěn)定。tm3代入數(shù)據(jù)得： = ；oq??in2? 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 24= 。3代入數(shù)據(jù)得： = 。開采己二采區(qū)煤層時(shí)，應(yīng)該納入采區(qū)瓦斯儲量計(jì)算有本煤層和圍巖的瓦斯儲量(鄰近層 11—2 煤層距本煤層較遠(yuǎn)，涌出瓦斯予以忽略) ，計(jì)算公式如下： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 XACWk?? （3—6） 式中： ——礦井瓦斯儲量，萬 ；wk 3m C —— 圍巖瓦斯儲量系數(shù) ，取 C = ； A—— 己二采區(qū)煤工業(yè)儲量，萬 ；tX—— 本采區(qū)煤平均瓦斯含量， 。Wkc=40%19850=7940 萬 m3 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 264 瓦斯抽放的必要性和可行性論證 瓦斯抽放的必要性 規(guī)定根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第 145 條及《AQ10272022 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(shí)抽放瓦斯系統(tǒng)：（1）1 個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m3/min 或 1 個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于 3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的。（3）開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。 ????式中： —礦井（采區(qū)或工作面）的瓦斯涌出量， ；min3 —通風(fēng)所能承擔(dān)的最大瓦斯涌出量， ；f v—通風(fēng)巷道（或工作面）允許的最大風(fēng)速，v=3 ；s S—通風(fēng)巷道（或工作面）斷面積，S= ；2mC—《煤礦安全規(guī)程》允許的風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?，C=1；K—瓦斯涌出不均衡系數(shù)，~,取K=代入數(shù)據(jù)計(jì)算如表411。因此為防止瓦斯突出，十礦己二采區(qū)必須進(jìn)行瓦斯抽放，且本煤層瓦斯預(yù)抽率要超過 30％。如果將抽出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，不僅改善能源結(jié)構(gòu)，而且減少了對環(huán)境的污染，保護(hù)人類生存環(huán)境。目前，我國許多瓦斯抽放礦井都進(jìn)行了利用，利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電及民用，變被動抽放為主動開發(fā)，瓦斯抽放成為已礦井的一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。 建立瓦斯抽放系統(tǒng)的可行性瓦斯抽放的可行性應(yīng)以是否能抽出瓦斯或能否獲得較好的抽放效果來評價(jià)。表 421 開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表抽放難易程度鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）(d 1)煤層透氣性系數(shù)（λ）(m2/)容易抽放 10可以抽放 ～ 10～較難抽放 十礦己二采區(qū)煤層的透氣性系數(shù)為 瓦斯抽放泵站的類型及位置根據(jù)《礦井抽放瓦斯工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 、 《煤礦安全規(guī)程》的要求，回采工作面絕對瓦斯涌出量超出 5m3/min；掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量大于 3 m3/min；年產(chǎn)量小于等于 100 萬 t，礦井絕對瓦斯涌出量大于 25 m3/min 的礦井都應(yīng)建立瓦斯抽放系統(tǒng)。 目前國內(nèi)主要使用的瓦斯泵類型（1）離心式瓦斯泵；（2）回轉(zhuǎn)式瓦斯泵(包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)、葉式鼓風(fēng)機(jī)、滑板式壓氣機(jī)等)；（3）水環(huán)式真空泵。 5 礦井瓦斯抽放方案選取 瓦斯來源分析 在己二采區(qū)對己 15 煤層而言，直接頂為砂質(zhì)條帶泥巖夾炭質(zhì)泥巖及己 14 煤線，厚約 8 米，頂板類型較好，老頂為砂巖，富含白云母，厚約 15 米，其偽底為極易水化成泥的泥巖或劣質(zhì)煤，厚約 ～ 米，直接底為含多層煤線及炭質(zhì)泥巖的泥巖，厚約 ～9 米（采區(qū)東薄西厚） ，松軟極易底鼓。 瓦斯抽放方法選擇目前國內(nèi)礦井常用的瓦斯抽放方法主要有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放。 表 521 抽放方案選擇表種類 抽放方式 理 由 備注區(qū)域預(yù)抽 區(qū)域煤體內(nèi)瓦斯含量大，提前進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，以利于今后采、掘工作的進(jìn)行向區(qū)域煤體內(nèi)打順層平行長鉆孔進(jìn)行預(yù)抽回采工作面預(yù)抽 煤體內(nèi)瓦斯含量大，回采時(shí)瓦斯涌出量大。利用鉆場在掘進(jìn)面兩幫布置鉆孔本煤層抽放掘進(jìn)面預(yù)抽 防止掘進(jìn)面瓦斯突出 向掘進(jìn)工作面打迎頭鉆孔預(yù)抽現(xiàn)采空區(qū)半封閉抽放回采過程中，下分層及圍巖等瓦斯涌出，造成采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量大密閉尾巷，插（埋）管抽放采空區(qū)抽放老采空區(qū)全封閉抽放已采完封閉的老采空區(qū)瓦斯涌出量大 密閉內(nèi)插管抽放鄰近層抽放區(qū)域預(yù)抽 鄰近層瓦斯涌出量大，鉆孔的通過能力滿足不了抽放要求從開采層回風(fēng)巷向鄰近層打垂直或斜交穿層鉆孔抽放 瓦斯預(yù)抽量預(yù)計(jì)預(yù)抽煤層瓦斯預(yù)抽量預(yù)計(jì) 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 32 預(yù)抽煤層瓦斯抽放率按 40%計(jì)算，在預(yù)抽期為 12 個(gè)月時(shí)，其瓦斯抽放量為 ，抽放瓦斯?jié)舛葹?50%，則抽放系統(tǒng)混合氣體流量min3為 ，假設(shè)其被上下順槽平分，則單一順槽混合氣體流量為 。i3回采煤層瓦斯預(yù)抽量預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)回采工作面絕對瓦斯涌出量最大達(dá) ，風(fēng)排瓦斯min3量為 則瓦斯抽放量為 ，抽放瓦斯?jié)舛劝磎in3 i330%，則抽放系統(tǒng)混合氣體流量為 ，單一順槽混合氣體流量為 。用鉆孔預(yù)抽本每層瓦斯，鉆孔瓦斯抽出量的大小，主要取決于鉆孔暴露煤壁面積和鉆孔煤壁瓦斯涌出速度。故而確定鉆孔布置參數(shù)如下，瓦斯抽放鉆孔布置如圖51所示：鉆孔間間距 10m；鉆孔直徑 ф105mm；鉆孔角度 平行煤層或上仰3 0；鉆孔長度 150m；封孔方式 聚胺脂封孔；封孔長度 6m；預(yù)抽時(shí)間 12個(gè)月運(yùn)輸順槽回風(fēng)順槽 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 34圖51 回采工作面預(yù)抽瓦斯鉆孔布置示意圖 （3）鉆孔與管路的連接：如圖 52 所示聚氨酯封孔 1 小時(shí)后，便可與抽放管路連接。預(yù)抽時(shí)間最少 6個(gè)月以上。鉆孔封孔器與抽放管路的連接見圖 52 所示,為減小孔板阻力，不影響鉆孔流量，可在管路中并聯(lián)一個(gè)旁通管。對于低透氣性煤巷掘進(jìn)，為提高瓦斯抽放率，設(shè)計(jì)采取“鉆墻”布孔高效邊掘邊抽瓦斯方法。 由上式確定鉆孔布置參數(shù)如下，瓦斯抽放鉆孔布置如圖 53 所示： 鉆孔長度 120m；鉆孔直徑 ф110mm；上下鉆孔夾角 1～2176。；鉆場間距 60m；鉆場內(nèi)鉆孔數(shù) 4 個(gè)；封孔深度 10m；封孔方式 聚胺酯封孔。；左右鉆孔夾角 10176。圖 54 邊采邊抽鉆孔布置示意圖 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 38 封孔方法封孔工藝：鉆孔采用聚氨酯封孔，聚氨酯封孔采用卷纏藥液法,封孔深度 5m，封孔段長度 2m，封孔管為直徑 50mm 的 PVC 管（阻燃、防靜電） ，長為 5～，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（1m） 。為了避免封孔管晃動影響封孔質(zhì)量，孔口處用木塞楔緊。如圖 551— 集氣孔段； 2—聚氨酯封孔段； 3—水泥砂漿封孔段；4—套管圖 55 瓦斯抽放鉆孔封孔示意圖 1 2 3 4 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 396 瓦斯抽放系統(tǒng)管路設(shè)計(jì) 抽放瓦斯管路選擇 瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則 (1)抽放管路應(yīng)敷設(shè)在巷道曲線段少和距離最短的路線；(2)盡量避開運(yùn)輸繁忙巷道，首選回風(fēng)巷內(nèi)鋪設(shè)；(3)考慮安裝、檢修方便；(4)管路發(fā)生故障，管道內(nèi)的瓦斯不至于進(jìn)入采掘工作面、機(jī)房或機(jī)電硐室等；(5)抽放管路系統(tǒng)中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、測定、防爆、防回火裝置。約定： (1) 回風(fēng)大巷、回風(fēng)井及地面瓦斯抽放管為干管； (2) 預(yù)抽煤層瓦斯抽放管為支管 1； (3) 掘進(jìn)工作面瓦斯抽放管為支管 2； (4) 回采工作面瓦斯抽放管為支管 3。 管網(wǎng)阻力計(jì)算抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。下面以管路 1 為例計(jì)算阻力：摩擦阻力計(jì)算 （6—2）50?? 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 41式中 H z—管路的摩擦阻力，Pa；L—管路長度，m；γ—混合瓦斯對空氣的密度比，見表 622；K0—與管徑有關(guān)系數(shù)，見表 621；D—瓦斯管內(nèi)徑，cm；Q—抽放混合瓦斯量，m 3/h。最大摩擦阻力 = 1021Pa+6430Pa+857Pa+107Pa=8415 PazH2．局部阻力計(jì)算管網(wǎng)局部阻力一般取摩擦阻力的 10%～20%。 局部阻力 = 12%= Pa （6—3）jHz所以瓦斯抽放系統(tǒng)總阻力 H= + = PazHj 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 43 管路敷設(shè)及附屬裝置 管路敷設(shè)要求地面管路地面敷設(shè)管路除符合井下管路的有關(guān)要求外，尚需符合下列要求：(1)冬季寒冷地區(qū)應(yīng)采取防凍措施；(2)瓦斯管路不宜沿車輛來往繁忙的主要交通干線敷設(shè)；(3)瓦斯管路不允許與自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜和電話電纜等敷設(shè)于一個(gè)地溝內(nèi)；(4)在空曠地帶敷設(shè)瓦斯管路時(shí)，應(yīng)考慮到未來的發(fā)展規(guī)劃和建筑物的布置情況；(5)瓦斯主管距建筑物的距離大于 5m 距動力電纜大于 1m，距水管和排水溝大于 ，距鐵路大于 4m，距木電線桿大于 2m；(6)瓦斯管路與其它建筑物相交時(shí)，其垂直距離大于 ，與動力、照明電纜及電話線大于 且距相交構(gòu)筑物 2m 范圍內(nèi)，管路不準(zhǔn)有接頭和布置管件；(7)瓦斯管不準(zhǔn)在地下穿過房屋和其它建筑物，