跃进煤矿瓦斯抽放设计
3 矿井瓦斯抽放方案初步设计
3.1 抽放方法选择的原则
选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件, 瓦斯基本参数, 瓦斯来源, 巷道布置, 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定, 并应遵守以下原则:
(1).抽放方法应适合煤层赋存状况, 巷道布置,地质条件和开采技术条件。 (2). 应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析, 有针对性地选择抽放瓦斯方法, 以提高瓦斯抽放效果。
(3). 在满足瓦斯抽放的前提下, 应尽可能地利用生产巷道, 以减少抽放工程量。
(4). 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。
(5). 选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本。 (6). 瓦斯抽放应有利于钻场, 钻孔的施工和抽放系统管网的设计, 有利于增加钻孔的抽放时间。
3.2 抽放瓦斯方法选择
跃进煤矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担。 因此, 确定矿井抽放瓦斯的方法为开采煤层抽放(包括开采工作面和掘进工作面抽放)和采空区抽放等方式。
在二-1和二-3煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行高位抽放或本煤层预抽、对大多数的掘进工作面进行瓦斯预抽放. 选择的瓦斯抽放方法如下： (1).采用边采边抽相结合方式抽放回采工作面采空瓦斯； (2).掘进工作面采用边掘边抽方法抽放本煤层瓦斯； (3).采用高位钻孔抽放回采工作面及采空区瓦斯。
由于某矿煤层具有自燃倾向性, 不宜采用采用采空区抽放。
3.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放
由于煤层的透气性低, 采用预抽和边采边抽相结合的抽放方法，即：利用工作面胶带顺槽或轨道顺槽向煤层打迎向平行钻孔预抽本煤层瓦斯，并利用回采工作面前方超前卸压效应边采边抽本煤层瓦斯，以提高煤层瓦斯抽放效率。
推荐的钻孔布置方式如图3－1示。
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进风 顺槽 预抽钻孔 回风 顺槽图3－1 回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图
推荐的本煤层预抽钻孔布置参数如下： 钻孔长度 80-100m； 钻孔直径 ∮75mm； 钻孔与工作面夹角 4°～6°； 钻孔间距 10m； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔。
3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放
掘进工作面抽放瓦斯的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽放两种方式。考虑到跃进煤矿掘进工作面瓦斯涌出较小,采用边掘边抽比较合适。 采用边掘边抽时, 抽放钻孔布置方式如图3－2示。
推荐的钻孔布置参数如下：
钻孔长度 60-100 m；
钻孔直径 ∮75 mm； 相邻孔间夹角 3°～5°； 钻场间距 50 m； 钻场内钻孔数 3个； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔.
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钻场 抽放钻孔 掘进工作
图3－2 掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图
在煤巷掘进工作面后的巷道两邦各施工一个钻场。钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布置的要求，选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定。根据该矿的具体情况，每组钻场在煤巷两侧错开布置，其规格为: 4 x 4 x 2m，采用木棚支护。相邻两组钻场之间的间距为50m。
在每一钻场内，沿走向布置3列边掘边抽钻孔，即左、右钻场各三列 ，孔深60m左右。
掘进工作面先抽后掘就是在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔，每个循环9个钻孔，钻孔深度65m，每个循环间距40-50m，预计抽放时间为20左右。钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m, 2.5m和4m。
钻孔布置的原则就是保证将钻孔布置在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度向上或下倾斜。当掘进工作面抽放钻孔数量较多时，为扩大钻孔覆盖范围，抽放钻孔应以巷道中线为基准，向周围煤体呈放散状排列，以提高抽放效果。
3.2.3 回采工作面高位抽放
采用高位抽放就把回采工作面上部煤层中和部分采空区中的瓦斯通过钻孔和瓦斯抽放管道排放到地表或井下回风巷中。
图3-3为回采工作面高位钻孔布置示意图。
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需要注意的是设计中的瓦斯抽放钻孔设计仅供该矿工程技术人员参考。在生产实际中，应根据现场实际监测参数对抽放钻孔的布置进行调整，以达到最好的抽放效果。
3.2 抽放量预计及抽放服务年限 3.2.1 回采工作面本煤层预抽量预计
由于二-1和二-3煤层的透气性低及回采工作面巷道面积较小等原因，尽量不采用边采边抽的方式，而着重考虑采用高位钻孔抽放的方式。
3.2.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计
跃进煤矿回采工作面顺槽实行单巷掘进，每一条单巷掘进工作面的最大边掘边抽瓦斯量由下式计算：
Q1?N?L2L3?L1100?Qj?(1?e??/t)/t/1440 (3-1)
式中：
Q1 - 单巷掘进工作面边掘边抽瓦斯量，m3 /min；
N - 每个钻场内边掘边抽钻孔数，N＝3； L2 - 掘进工作面平均走向长度，m，L2=2000m； L3 - 钻场间距，m，L3=100m； L1 - 单孔有效抽放长度，m，L1=95m；
Qj - 百米钻孔瓦斯极限抽放量，m3，Qj =67825 m3；
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α - 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1，α=0.0014d-1；
t - 巷道掘进期间边掘边抽钻孔平均抽放瓦斯时间，d，在巷道长度为240m
（包括联络横贯长度）、掘进速度30m/mon条件下，t＝120d。
代入各参数值，计算得 Q1=0.691m3/min。
按全矿4个单巷掘进工作面考虑，边掘边抽瓦斯总量为2.764m3/min。
3.2.3 矿井瓦斯抽放量预计
当矿井实施高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽等措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到11.58m3/min。按年抽放365天、日抽放24小时计算，矿井年最大年瓦斯抽放量可以达到6086448m3。
3.2.4 抽放服务年限
由于矿井瓦斯抽放方式为高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同。
3.2.5 抽放参数的确定
根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法, 设计矿井的瓦斯抽放浓度为30%。设计掘进工作面的预抽(尽量不采用预抽)时间为20天, 回采面的预抽时间大于3个月, 回采面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔, 当采煤工作面推进至该孔孔口附近时, 拆除钻孔. 瓦斯抽放实践证明, 由于预抽煤体瓦斯, 使煤体发生收缩变形, 当煤体原来占据的空间体积相等时, 煤体的收缩既使原有的裂隙加大, 又可以产生新的裂隙. 从而使煤层的透气性增加, 提高瓦斯抽放效果。
3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备
3.3.1 钻机的选择
选择钻机需要考虑的因素包括: 1).钻进深度； 2).转速范围；3).给进, 起拔能力； 4).液压系统； 5).价格。
跃进矿现在使用的钻机采用整体箱式结构, 具有体积小, 重量轻, 移动安装方便, 机械效率高等优点,完全能够满足井下瓦斯抽放钻孔钻进的要求。该钻机主要用于井下钻探深度为50m-200m的各种角度的瓦斯抽放钻孔, 勘探钻孔等多用途的工程钻孔施工。
3.3.2 钻孔施工技术安全措施
除了采取钻孔施工技术的一般安全措施(略)外，还必须采取以下特殊措施：
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