亭南煤矿局部瓦斯抽放设计 2 矿井瓦斯
2.1 煤层瓦斯基础参数
煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，根据《抽放可行性》报告，亭南煤矿8＃煤层瓦斯基础参数值如下：
8＃煤层原始瓦斯含量 2.29 ～3.15m3/t 煤的孔隙度 5.8～8.6％ 煤层透气性系数 2.59m2/MPa2.d 百米钻孔瓦斯流量衰减系数 0.0138～0.0178 d-1 百米钻孔初始瓦斯流量 0.010m3/min·100m 2.2 矿井瓦斯储量 2.2.1 储量计算范围
参与瓦斯储量计算的除开采层8＃煤层外，还包括围岩所含的瓦斯储量。8＃煤层瓦斯含量3.15m3/t。煤层中的瓦斯资源储量以矿井煤炭地质储量为依据。 2.2.2 矿井瓦斯储量及可抽量
矿井瓦斯储量系指煤层开采过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤、岩层赋存的瓦斯总量。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多寡，同时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标。瓦斯储量计算公式为：
W煤=A4×X煤 =370×3.15=1165.50 Mm
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式中 W煤－8＃煤层瓦斯储量，Mm3；
A4 －8＃煤层地质储量，Mt； X煤－8＃煤层的瓦斯含量，m3/t。
由于8＃煤层无邻近层因此不考虑邻近层瓦斯，在我国一般围岩瓦斯储量都按开采层的15％估算。
W岩= 1165.50×15％=174.83Mm3 矿井瓦斯储量合计
W矿= W煤+ W岩=1165.50+174.83=1340.33 Mm3
矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采地质条件下，按照目前的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井资源的开发程度，其与抽放工艺技术和抽放能力密切相关。
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亭南煤矿局部瓦斯抽放设计 开采煤层的可抽瓦斯量为开采层的瓦斯储量与抽放率之积。围岩（或邻近层）可抽瓦斯量为围岩（或邻近层）的瓦斯储量、瓦斯涌出系数与抽放率三者之积，由此可计算矿井的可抽放量为：
Wkc= W煤·η =1340.33×0.25=335.08 Mm3； 式中：Wkc—矿井可抽放瓦斯量，Mm3；
η—矿井开采层瓦斯抽放率，按我国目前抽放瓦斯的实际水平，结合本矿所采用方法（煤层预抽、边采（掘）边抽、采空区抽放），η取25％。 3 矿井瓦斯抽放可行性论证 3.1 瓦斯抽放的必要性
3.1.1 建立瓦斯抽放系统的必要条件
根据国家煤矿安全监察局2005年颁布的《煤矿安全规程》第一百四十五条规定，凡有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时抽放系统：
（一）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯
涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的。 （二）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。 （三）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
以下从两个方面来分析亭南煤矿8＃煤层是否具有瓦斯抽放的必要性。 3.1.2 从矿井目前的瓦斯涌出现状来看瓦斯抽放的必要性
从目前煤巷掘进情况看，单巷的最大瓦斯涌出量为3.63m3/min，大于3 m3/min。亭南煤矿为基建矿井，首采面已贯通，还未开始生产，矿井现在没有生产工作面，根据《抽放可行性》报告对工作面瓦斯涌出量的预测，工作面绝对瓦斯涌出量预计为9.00m3/min，大于5 m3/min。矿井的绝对瓦斯涌出量预计为 21.46m3/min，小于30m3/min。如采用通风方法解决有困难则需考虑建立瓦斯抽放系统。
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亭南煤矿局部瓦斯抽放设计 3.1.3 从矿井通风能力来看瓦斯抽放的必要性
采掘工作面实行瓦斯抽放的必要性判断标准是：采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风量，即（3-7）式成立时，抽放瓦斯才是必要的。
Q0?100?Q?KC (3-7)
式中：Q0—采掘工作面设计风量，m3/min； Q—采掘工作面的瓦斯涌出量，m3/min； K—瓦斯涌出不均衡系数，取k=1.5；
C—《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，％，C≤1.0。 根据对矿井101回采工作面瓦斯涌出量的预测，回采工作面绝对瓦斯涌出量一般为9.00m3/min，工作面需风量1350m3/min左右，亭南煤矿101工作面设计风量为1320m3/min。根据对矿井掘进工作面瓦斯涌出量的预测，综掘工作面绝对瓦斯涌出量一般为3.63m3/min，工作面需风量545m3/min左右，炮掘工作面绝对瓦斯涌出量一般为0.81m3/min，工作面需风量122m3/min左右。亭南煤矿综掘工作面设计风量为480m3/min，炮掘工作面设计风量为240m3/min。
由于回采面、综掘面瓦斯涌出量大于5m3/min和3m3/min，且回采工作面和综掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需风量，亭南煤矿有必要建立瓦斯抽放系统。 3.1.4 瓦斯抽放的必要性
综上所述，亭南矿的瓦斯抽放必要性如下：
1）101工作面为矿井首采工作面，投产后产量较高，瓦斯涌出量将达到9.00 m3/min，用通风方法解决比较困难；综掘工作面掘进速度较快，瓦斯涌出量为3.63 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题比较困难。
2）亭南煤矿采用综放采煤法，落煤强度较大，工作面后方采空区瓦斯将大量涌出，上隅角附近可能出现瓦斯积聚，特别是遇到顶板破碎带，工作面冒顶后高顶内也将有高浓度瓦斯积聚，给工作面瓦斯管理工作带来一定的隐患。
3）亭南煤矿的邻近矿井下沟煤矿，其四采区的首采工作面40401工作面，由于遇到地质构造带，出现瓦斯异常涌出，掘进期间瓦斯经常超限，对掘进影响很大。在形成工作面后由于瓦斯影响，近一个月无法生产，在建立瓦斯抽放系统以后，才恢复正常回采。亭南煤矿的地质条件与工作面布置与下沟煤矿相似，很可能存在瓦斯富集区，而且
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亭南煤矿局部瓦斯抽放设计 亭南煤矿2008年开始开凿史家峪回风立井，在回风立井投入使用前没有专用回风巷，如遇到地质构造带，出现瓦斯异常涌出，将严重影响矿井的正常生产。 3.2 瓦斯抽放的可行性
开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性,一般来说,其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数λ；二为钻孔瓦斯流量衰减系数α,按λ和α判定开采层瓦斯抽放可行性的标准如表3-1所示。
表3-1 开采层预抽瓦斯难易程度分类表
抽放难易程度 容易抽放 可以抽放 较难抽放
亭南煤矿实测8#煤层的透气性系数为2.5935m2/MPa2.d，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0138～0.0178 d-1,，对比表3-2可以看出8#煤层属于可以抽放煤层，具备本煤层瓦斯抽放的条件，我国除抚顺、晋城等少数矿区煤层透气性较好外，其它矿区煤层透气性都比较差，亭南煤矿的抽放条件还是相对较好的。
采空区瓦斯抽放属卸压抽放，只要抽放工艺合理，一般都会取得较好的抽放效果。 3.3 建立瓦斯抽放系统的类型
瓦斯抽放系统分地面永久抽放系统和井下局部瓦斯抽放系统两类，根据原煤炭工业部1997年颁布的《矿井瓦斯抽放管理规范》第10条规定：建立永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列2个条件：
（1）瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2 m3/min以上；
（2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在10年以上。
根据亭南煤矿的抽放条件，预计可满足上述2 个条件，但亭南煤矿属首次进行瓦
钻孔瓦斯流量衰减系数（α）(d-1) <0.003 0.003～0.05 >0.05 煤层透气性系数（λ） (m2/MPa2.d) >10 10～0.1 <0.1 14
亭南煤矿局部瓦斯抽放设计 斯抽放，建立地面永久抽放系统的条件尚未成熟，因此首先考虑建立井下局部瓦斯抽放系统。主要理由如下：
1）亭南煤矿初期瓦斯涌出量相对较小，抽放量要求不大，适合进行井下移动抽放； 2）矿井首次进行瓦斯抽放，经验不足；
3）建设地面永久瓦斯抽放系统投资较大，在建立地面抽放瓦斯泵站之前，用移动泵站进行井下试抽，由试验确定最佳抽放方法和抽放参数，为建立永久性地面泵站抽放系统提供可靠的依据，避免盲目投资造成浪费。
因此亭南煤矿应首先开展井下移动抽放工作，积累抽放经验，如今后瓦斯涌出量增大，局部瓦斯抽放系统不能满足要求时，再考虑建立永久瓦斯抽放系统。因此亭南煤矿首先建立井下移动瓦斯抽放系统。建议亭南煤矿在井筒预敷设瓦斯抽放管路为建立地面固定瓦斯抽放系统做准备。 4 抽放瓦斯方法与工艺 4.1 矿井瓦斯来源分析
亭南煤矿101工作面属厚煤层一次采全高，采用综放采煤法。工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分来源于采空区和邻近层，采空区瓦斯涌出包括丢煤解吸的瓦斯、围岩涌出的瓦斯，为此工作面瓦斯主要来源于开采落煤、邻近层和采空区（含围岩）涌出的瓦斯。因此101工作面瓦斯抽放的重点应放在预抽本煤层和抽放采空区瓦斯上。 4.2 抽放瓦斯方法
抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：
1、选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；
2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合治理瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；
3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；
4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低
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