煤矿瓦斯抽采设计
矿井瓦斯涌出量采用下式计算。
nK??(?qqui?A0i)qjing?i?1n (3-13)
?i?1A0i式中：qjing——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；
qqui——第i个生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；
i个生产采区平均日产量，t，同上；
1.2。
A0i——第
K??——采空区瓦斯涌出系数，本设计中取
经计算可得，qjing=14.05 m3/t。 5．矿井瓦斯涌出预测结果 矿井瓦斯涌出预测结果见表3-2。
表3-2 矿井瓦斯涌出量预测结果
Tab.3-2 The prediction results of coal gas emission 工作面（m3/t） 掘进面（m3/min） 生产采区（m3/t） 矿井（m3/t）
10.98
0.94
11.70
14.05
生产区域
瓦斯涌出量预测结果
3.4 矿井可抽瓦斯量及可抽期 3.4.1 矿井可抽瓦斯量
矿井可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中在当前技术水平下能被抽出来的最大瓦斯量。其概算法见下式（3-14）。
可抽瓦斯量=瓦斯储量×抽放率 （3-14）
由于瓦斯储量可由式（3-1）计算，因此，要得到一个矿井的可抽瓦斯量，关键是要确定瓦斯抽放率。 3.4.2 瓦斯抽采量计算
根据《郑州市大峪沟矿务局三号井改扩建矿井基本参数测定和瓦斯涌出量预测报告》（2009年）得知，本矿井的预测的绝对瓦斯涌出量33.20 m3/min；11采区预测的绝对瓦斯涌出量为27.67 m3/min；11采区11050工作面预测的绝对瓦斯涌出量预测为12.06 m3/min。回采工作面风排瓦斯量为4.8 m3/min，掘进工作面风排瓦斯量按0.8 m3/min。
根据《煤矿瓦斯抽采达标规定》，预计回采工作面预抽率，预抽回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于等于10 m3/min，同时小于20m3/min，则抽出率应不应小于30%；矿井的绝对瓦斯涌出量大于等于20m3/min，同时小于40m3/min，则抽出率应不应小于35%。
根据矿井瓦斯预抽效果预计，瓦斯抽放量预测如下：
27
煤矿瓦斯抽采设计
1．矿井预抽瓦斯量计算
本矿井的绝对瓦斯涌出量为33.20 m3/min，预计的瓦斯抽采率取35%，则本矿井的的预抽瓦斯量为：33.20×35%=11.62 m3/min。
2．回用工作面本煤层预抽瓦斯量计算
回采工作面的绝对瓦斯涌出量为12.06 m3/min，预计的瓦斯抽采率取30%，则本矿井的的预抽瓦斯量为：12.06×30%=3.62 m3/min。
经计算，可得11050回采工作面和11090备用工作面的本煤层预抽瓦斯预抽量为3.62 m3/min。
3．采空区预抽瓦斯量计算
已知工作面的绝对瓦斯涌出量为12.06 m3/min，本煤层预抽瓦斯量为3.62 m3/min，回采工作面的风排量为4.8 m3/min。因此，采空区预抽瓦斯量=工作面绝对瓦斯涌出量-本煤层预抽瓦斯量-风排量，则采空区预抽瓦斯量为：
12.06-3.62-4.8=3.64 m3/min。 4．掘进工作面预抽瓦斯量计算
掘进工作面的预抽瓦斯量应为矿井瓦斯涌出量减去回采工作面及备用工作面的瓦斯涌出量，则掘进工作面的预计瓦斯抽采量为：
11.62-3.64-3.62×2=0.74m/min。
因此，可得每个掘进工作面的预计抽采量为0.37m3/min。 矿井可抽瓦斯量预计见表3-3。
表3-3 矿井可抽瓦斯量预计
Tab.3-3 The prediction of drainable coal gas 工作面掘进面采空区生产采区矿井（m3/min） （m3/min） （m3/min） （m3/min） （m3/min）
3.62
0.37
3.64
11.62
11.62
生产区域 可抽瓦斯量预测结果
3.4.3 瓦斯抽采率
根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.3条规定：设计瓦斯抽放率，可根据煤层瓦斯抽放难易程度、瓦斯涌出情况、采用的抽放瓦斯方法等因素综合确定；也可参照邻近生产矿井或条件类似矿井的数值选取。抽放率指标应符合现行的《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定。
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.3条规定： 瓦斯抽出率：
1．预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；
2．邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应
28
煤矿瓦斯抽采设计
不小于45%；
3．采用综合抽采方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；
4．煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。
根据《GB50471-2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》，考虑到该矿井瓦斯含量比较高，宜采用综合瓦斯抽采方法进行瓦斯治理，矿井瓦斯抽采率在此取35%，刚该矿井的可抽瓦斯储量预计为：
W可=W×35%=29210.70×35%=10223.75万m3
则华泰煤矿目前矿井瓦斯储量及可抽量结果如表3-4所示。
表3-4 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果
Tab.3-4 The calculation results of the mine gas drainage volume and drainable gas quantity 煤 层 二1煤层 煤炭工业储量（万t） 3319.40 平均瓦斯含量（m3/t） 8 矿井瓦斯储量（万m3） 29210.70 矿井瓦斯可抽量（万m3） 10223.75 3.4.4 矿井可抽期
1．矿井抽采规模
通过对矿井瓦斯抽采效果预计，设计矿井年抽采330d，日工作班数为三班，每班工作8h，每天抽采24h，当矿井瓦斯抽采量达到设计要求时，全矿井瓦斯抽采量为7.78 m3/min，矿井设计瓦斯年抽采量可按式3-15进行计算。
QN =1440×330×Q×10-6 Mm3 (3-15)
式中：QN——矿井设计瓦斯年抽采量，Mm3；
Q——矿井设计瓦斯预抽量，m3/min。
经计算，矿井设计年瓦斯抽采量为5.522 Mm3。 2．服务年限
由于本矿井设计采用本煤层预抽、采空区瓦斯抽采、围岩瓦斯抽采相结合的综合抽采方法，瓦斯抽采工作开展与矿井采区工作面布置相互联系紧密，受矿井工作面回采进度的影响以及不确定性因素的制约，因此其抽采服务年限将与矿井生产服务年限相当，也为30a。
29
煤矿瓦斯抽采设计
4 瓦斯抽采的必要性和可行性论证
4.1 瓦斯抽采的必要性
瓦斯抽采的目的有两个：①为了确保矿井安全生产，防止或减少采、掘工作面瓦斯浓度超限；②为了开发利用瓦斯资源，减少瓦斯排空导致的大气环境污染，变害为利。因此，对于一个矿井或采区（工作面）是否必要瓦斯抽采，首先应从保证安全生产的角度来考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能实现或方案不合理时，应该采取抽采措施。其次，还应从充分利用瓦斯资源和改善职工劳动、生活条件等方面综合考虑瓦斯抽采的必要性和经济上的合理性。 4.1.1 规定
根据《煤矿安全规程》第145条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第4.1.1~4.1.3条规定：
有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：
1．1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
2．矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： ①大于或等于40m3/min；
②年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min； ③年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min； ④年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min； ⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。 3．开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 4.1.2 通风处理瓦斯量核定
当一个矿井或采区（工作面）的绝对瓦斯涌出量大于通风所允许稀释的瓦斯涌出量时，就需要考虑瓦斯抽采。因此，瓦斯抽采的必要性指标为：
q>qf=0.6VSCK （4-1）
式中：q——回采工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；
qf——通风能力可以排除的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
V——回采工作面允许的最大风速，m/s，按《煤矿安全规程》规定最高风速为4 m/s，
30
煤矿瓦斯抽采设计
结合矿当前配风状况，取2.5 m/s； S——风流通过的最小巷道断面，4.8 m2；
C——《煤矿安全规程》允许的工作面风流最大瓦斯浓度，取1.0%； K——矿井或采区（工作面）瓦斯涌出不均衡系数，K=1.2～1.7，取1.5。
由以上公式（4-1）及数据资料计算得：qf= 4.8 m3/min 4.1.3 矿井瓦斯涌出量预测
根据《郑州市大峪沟矿务局三号井改扩建矿井基本参数测定和瓦斯涌出量预测报告》（2009年）以及表3-2中计算数据，可得知，本矿井预测的相对瓦斯涌出量为14.05m3/t，绝对瓦斯涌出量为33.20 m3/min；11采区预测的相对瓦斯涌出量为11.70m3/t，绝对瓦斯涌出量为27.67m3/min；11采区回采工作面预测的相对瓦斯涌出量为10.98m3/t，绝对瓦斯涌出量预测为12.06m3/min；11采区掘进工作面预测的绝对瓦斯涌出量预测为0.94m3/min。本矿井为新建矿井仅布置1个采区，1个工作面，一个备用工作面，两个掘进工作面，本次矿井的绝对瓦斯涌出量预测取大值，即33.20m3/min。
由此可知，通风能力可以排除的绝对瓦斯涌出量小于回采工作面预测的瓦斯涌出量。采用通风方法解决采场回采工作面瓦斯涌出基本上是不可行的，必须采取瓦斯抽采措施。
4.1.4 必要性分析
回采工作面预测绝对瓦斯涌出量为12.06 m3/min，计算回采工作面风排瓦斯能力为4.8m3/min。因此可知，工作面通风不能解决瓦斯超限问题，必须进行回采工作面的瓦斯抽采。同时根据《煤矿安全规程》有关规定，华泰煤矿一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统进行瓦斯抽采。
掘进工作面预测绝对瓦斯涌出量为0.94 m3/min，计算需风量为141m3/min，设计风量为250 m3/min。虽然通风能够满足稀释瓦斯的要求，但是由于掘进工作面瓦斯涌出的不均匀性以及突发性，建议采用边掘边抽的方法进行瓦斯抽采，从而有效地降低掘进工作面的突出危险性。 4.2 瓦斯抽采的可行性
1．开采层抽采瓦斯的可行性
本煤层瓦斯抽采的可行性是指在自然透气条件下进行煤层瓦斯预抽的可能性。衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有两个：一是煤层透气性系数（λ），二是钻孔瓦斯流量衰减
31