煤矿瓦斯抽采设计
系数（?）。
《煤矿瓦斯抽放规范》第7.2.1条规定，对未卸压的原始煤层，瓦斯抽采的难易程度划分为三类，见表4-1。
表4-1 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
Tab.4-1 The difficulty level classification scheme of preliminarily Drainaging gas along seam 抽采难易程度 容易抽采 可以抽采 较难抽采
钻孔瓦斯流量衰减系数α（d-1）
<0.003 0.003～0.05 >0.05
煤层透气系数λ（m2/MPa2·d）
>10 10～0.1 <0.1
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》得知，实测的二1煤层钻孔流量衰减系数和煤层透气系数。二1煤层各测点的透气系数为0.0127~0.117 m2/MPa2.d，煤层处于可以抽采和较难抽采之间，根据数据分析本矿井的较大范围内的煤层为较难抽采煤层；同时对应的二1煤层钻孔流量衰减系数分别为1.92 d-1和1.97 d-1，远远超出较难抽采的上限0.05d-1，百米钻孔极限流量为37.9 m3/min，总体来看，本矿二1煤层透气性系数很低，钻孔瓦斯流量衰减很快，属于较难抽采煤层。
由此确定，如不采取其它配套的辅助性技术措施，华泰煤矿基本不具备预抽本煤层瓦斯的可行性。虽然如此，鉴于以下几方面原因，在华泰煤矿设计井下移动抽放泵站仍然具有可行性。
（1）煤层瓦斯资源量稳定、可靠。通过对华泰煤业的二1煤层瓦斯含量的实际测试，煤层瓦斯含量为3.08~8.19 m3/t，煤层瓦斯压力为0.24~59 MPa。结合井下移动瓦斯泵站的抽采的经验，表明瓦斯抽采对工作面安全生产起到了一定积极作用，瓦斯抽采量稳定，所以应该将二1煤层的瓦斯储量作为矿井瓦斯抽采的依据。
（2）华泰煤矿已经于2008年开始建立了井下瓦斯移动抽采系统，不仅在瓦斯防治中取得了一定的成效，而且经过近期的运转和实践，积累了丰富的管理经验，锻炼了队伍，对瓦斯抽采有了更深刻的认识，全矿上下对瓦斯抽采工程极其关注和重视。
2．采空区抽采瓦斯的可行性
华泰煤矿开采方法为炮采放顶煤，采用全部垮落法管理顶板，采空区瓦斯涌出量较大；同时，采空区存在的大量瓦斯在风压的作用下涌向回采工作面，成为回采工作面上隅角和回风巷道的瓦斯超限主要原因。该煤矿通过低负压瓦斯抽采系统进行采空区瓦斯抽放，在技术上是可行的；其它矿井抽采实践证明采空区瓦斯抽放可以取得良好的抽放效果，所以经济上也是合理的。因此，抽采采空区瓦斯是可行的。
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5 抽采方法
5.1 规定
瓦斯抽采的类型分有开采层、邻近层、采空区和围岩抽采；按地应力对比来分，有未卸压和卸压抽采；按时间对比分，有采（掘）前预抽、边掘边抽、边采边抽和采后抽采。
瓦斯抽采方法是指汇集瓦斯的施工方法而言，可以分为钻孔法、巷道法和综合法。根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第4.1.1条规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定，并应符合下列要求：
1．尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道； 2．适应煤层的赋存条件及开采技术条件； 3．有利于提高瓦斯抽放率；
4．抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求； 5．尽量采用综合抽放；
6．抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。 根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。
瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：
1．分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。 2．抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：
（1）分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。 （2）矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。 （3）一套抽放瓦斯系统难以满足要求。 5.2 矿井瓦斯来源分析 5.2.1 分析依据
矿井瓦斯来源是确定抽放方法的主要依据，因此，应尽量详细地做好以下测量工作： 1．必须测定出掘进、采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量的比例； 2．必须准确地判断出采区工作面的瓦斯主要来自本煤层还是邻近层。一般把回采工作面老顶初次冒落前的平均瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量，而将老顶初次冒
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落后的平均瓦斯涌出增加量认为是邻近层的瓦斯涌出量。 5.2.2 分析结果
根据河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心编制的《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》得知，本矿井瓦斯来源由回采工作面的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出、采空区的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占矿井瓦斯的涌出比例与矿井的开采深度和矿井的生产接替布局、采掘强度有关，具体如下：
1．本井田内煤层厚薄变化较快，瓦斯赋存较为不均匀，-50m以下煤层瓦斯较高。二1煤层瓦斯含量为4.49 m3/t～11.22m3/t，煤层瓦斯压力为0.24~0.59 MPa。
2．回采工作面的瓦斯涌出主要来自工作面煤体和工作面的落煤。采空区的瓦斯涌出也是影响和制约华泰煤矿工作面安全生产的重要因素之一。
3．进入11采区深部开采以后，回采工作面瓦斯来源于上区段采空区以及下区段未采煤体。
4．本矿井为单一煤层开采，所以不考虑临近层瓦斯涌出情况。 5.3 抽采方法选择 5.3.1 本煤层瓦斯抽采方法
本煤层瓦斯抽采方法选择应符合下列规定：
1．容易抽采及可以抽采的煤层，宜采用本层预先抽采的抽采方法，可采用顺层或穿层布孔方式。
2．可以抽采及较难抽采的煤层，宜采用边采边抽的抽采方法。
3．单一较难抽采的煤层，可以选用密集顺层钻孔，密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法强化抽采。
4．对煤与瓦斯突出危险严重的煤层，宜选择穿层网格布孔方式。
5．煤巷掘进时瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。 5.3.2 邻近层瓦斯抽放方法
1．通常采用从开采层回风巷（或回风副巷）向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯的方法。
2．当邻近层瓦斯涌出量大时，可采用顶（底）板瓦斯巷道（高抽巷）抽放。 3．当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可在工作面回风侧沿开采层顶板布置迎面水平长钻孔（高位钻孔）抽放上邻近层瓦斯。 5.3.3 采空区瓦斯抽采方法
采空区瓦斯抽采方法选择应符合下列规定：
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1．老采空区应采用全封闭式抽采方法。
2．现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶（底）板钻孔法、有煤柱及无煤柱钻孔法、插（埋）管法等瓦斯抽采方法，并应采用提高抽采瓦斯浓度的措施。 5.3.4 其它情况
1．在开采的厚煤层、煤层群瓦斯涌出量较大时，可选用“高抽巷”的抽采方法，也可选择直径为300~500 mm的顶板水平长钻孔进行抽采，不易自然煤层也可以选择尾巷进行抽采。
2．当围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙带储存有高瓦斯并喷出时，应采取抽采围岩瓦斯的措施。
3．对瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层透气性差、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽采方法相结合的综合瓦斯抽采。
4．有煤与瓦斯突出危险的矿井开采保护层时，应同时抽采被保护的瓦斯。 5.4 钻孔及钻场布置
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.4条，钻场钻孔布置应按照以下要求： 1．钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔，保证抽放效果；
2．尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场；
3．对开采层未卸压抽放，除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外，应尽量增大钻孔的见煤长度；
4．邻近层卸压抽放，应将钻孔打在采煤工作面顶板冒落后所形成的裂隙带内，并避开冒落带；
5．强化抽放布孔方式除考虑应取得好的抽放效果外，还应考虑措施施工方便； 6．边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎，避免采动首先破坏孔口或钻场； 7．钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理；
8．穿层钻孔终孔位置，应在穿过煤层顶（底）板0.5m处。
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.4条，预抽煤层瓦斯的钻孔量： 1．当采用顺层孔抽放时，钻孔量见表5-1；
表5-1 吨煤钻孔量表 单位：m/t
Tab.5-1 The scale of drilling capacity per ton of coals Unit:m/t 煤层类别 容易抽放 可以抽放 较难抽放
博煤层 0.05 0.05~0.1 >0.1
中厚煤层 0.03 0.03~0.05 >0.05
厚煤层 0.01 0.01~0.03 >0.03
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2．采用穿层钻孔抽放时，钻孔见煤点的间距可参照下列数据：容易抽放煤层15-20m；可以抽放煤层10-15m；较难抽放煤层8-l0m。 5.5 抽采设计
5.5.1 矿井瓦斯构成分析
华泰煤矿在生产过程中，回采工作面的瓦斯涌出量为12.08 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的36.4%；采空区的瓦斯涌出量为6.02m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的18.1%；掘进工作面的瓦斯能出量为1.88 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的5.7%，其它未采动区域煤层的瓦斯涌出为3.96 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的39.8%。由此可见，回采工作面和采空区的瓦斯涌出量比较大，作为矿井瓦斯抽采的重中之重。
华泰煤矿二1煤层透气性系数为0.0127~0.117 m2/MPa2·d，本煤层预抽瓦斯难易属于较难抽采煤层，根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（2008年）第5.2.1（2、3、5）、5.2.3、5.2.7条文规定，本煤层宜采用“边采边抽”的抽采方法，钻孔采用密集顺层布置；华泰煤矿的巷道在掘进过程中，由于煤层赋存不稳定，部分直接是在岩巷中掘进，因此，巷道在掘进过程中的瓦斯涌出量并不是太大，可以采用“边抽边掘”的抽采方法；采空区采用高位钻场抽采上隅角瓦斯和埋管抽采采空区瓦斯，以减少采空区瓦斯涌出导致上隅角瓦斯超限的次数。鉴于本矿井采用的抽采方法，应布置两路抽采系统：一路布置高负压、低流量瓦斯抽采系统，主要抽采回采工作面以及掘进工作面的瓦斯；一路布置低负压、高流量瓦斯抽采系统，主要抽采采空区以及上隅角的瓦斯。
本矿井二1煤层下部一1煤已开采完毕，分析因一1煤煤柱作用下，在二1煤内形成的应力集中区，造成的瓦斯异常现象可能性。生产过程中如遇到瓦斯涌出的异常区域必须采取强化抽采措施，以确保瓦斯抽采效果，强化抽采措施有密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等。 5.5.2 抽采方案的确定
5.5.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽采
在回采过程中，分别在11050和11090回采工作面采用边采边抽相的抽采方法。采用密集平行钻孔布置，利用工作面回风巷和进风巷向煤层打顺层平行钻孔预抽本煤层瓦斯，应根据钻孔的有效抽放半径，合理布置钻孔间距，从而提高煤层瓦斯抽采效率。钻孔布置方案如图5-1所示，推荐的本煤层预抽钻孔布置参数如下：
钻孔长度：60-80 m； 钻孔直径：Ф75 mm； 钻孔与煤层夹角：0°~3°； 钻孔间距：1.4~2 m； 封孔深度：大于或等于7 m；
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