矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
q区—生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；
K'—生产采区内采空区相对瓦斯涌出量系数，查AQ1018取值1.35；
q采i—第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，一个回采工作面首采煤层为18号煤层，所以采面的相对瓦
斯涌出量为15.163m3/t；
Ai—第i个回采工作面日产量，本矿采面的日产量为0.143万t，即1428t/天； q掘i—第i个掘进面绝对瓦斯涌出量，掘进面的绝对瓦斯涌出量为1.597 m3/min； A0—生产采区平均日产量，生产采区的平均日产量为0.157万t，即1571t/天；
则第一采区相对瓦斯涌出量为
q区1?1.35?(16.736?1428?1440?1.597)=20.336m3/t。
15713.3矿井瓦斯涌出量预测计算
矿井瓦斯涌出预测值(生产时期、矿井日产量；矿井瓦斯涌出量含回采、掘进、采空区)。矿井瓦斯涌出量按照式2-4-1计算。
q井?K''(?q区iA0i)n?Ai?1i?1n-9
0iq井—矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；
； K''—已采采空区瓦斯涌出系数，查AQ1018取值1.25；
q区i—第i个生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；一采区相对瓦斯涌出量均为20.336m3/t；
A0i—第i个生产采区平均日产量t；一采区的平均日产量为 0.143万吨，即1428t/天；
则矿井瓦斯涌出量为q井?1.25?20.336?1428=25.664m3/t。
1428由以上计算可知本矿回采工作面瓦斯涌出量为15.163m3/t，掘进工作面瓦斯涌出量为33.943m3/t，生产采区瓦斯涌出量为20.336m3/t，矿井瓦斯涌出量为25.664m3/t。则选择最大的预测值作为矿井瓦斯涌出量设计的依据，即矿井相对瓦斯涌出量为33.943m3/t。
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第四章 矿井抽放瓦斯的必要性和可行性分析
4.1矿井瓦斯来源分析
4.1.1矿井瓦斯来源及涌出构成
矿井瓦斯涌出量为全矿井内全部生产采区和已采采区(包括其他辅助巷道)瓦斯涌出量之和。矿井瓦斯分别来源于回采工作面、掘进工作面及采空区。全矿井瓦斯涌出量为33.943m3/t。
4.1.2回采工作面瓦斯来源及涌出构成
回采工作面瓦斯涌出量主要由开采层和邻近层瓦斯涌出量构成。一采区回采工作面瓦斯涌出量为16.736 m3/t，其中开采层瓦斯涌出量为13.980m3/t，邻近层的瓦斯涌出量为2.756m3/t。
4.2抽放瓦斯的必要性
抽放瓦斯的目的有：预防瓦斯超限、确保矿井安全（采用通风、抽放等措施）。
本矿设计生产能力为30万t/a，从瓦斯涌出量预测结果来看，矿井今后在深部的生产过程中瓦斯涌出量将增加，单纯靠通风系统来稀释瓦斯比较困难,因此，必须建立瓦斯抽放系统。
4.2.1回采工作面抽放瓦斯必要性分析
本矿由于未作煤层的瓦斯鉴定，且建设过程中未发生煤与瓦斯突出；故矿井仍按煤与瓦斯突出矿井进行设计，矿井在今后的建设生产过程中必须按煤与瓦斯突出矿井进行设计和管理。对鉴定为不突出的区域按突出矿井的无危险区进行管理。因此，矿井安装抽放系统是必要的。
Q0?1.67?Q?K/C
Q0 ——采掘工作面设计风量, m3/s； Q——采掘工作面瓦斯涌出量, 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，%，取C=1。
对回采工作面而言，虽然单纯靠通风方法可以解决工作面瓦斯超限问题，但由于小矿生产的不稳定性和地质条件的多变性, 必须采取瓦斯抽放措施。
4.2.2掘进工作面抽放瓦斯必要性分析
《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定：一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。本矿没有做过煤与瓦斯突出危险性鉴定，故根据黔安监管办字〔2007〕345号文件的规定，对于整个矿井而言仍应按煤与瓦斯突出矿井进行设计和管理，对鉴定为不突出的区域按突出矿井的无危险区进行管理。因此，矿井安装抽放系统是必要的。
4.3抽放瓦斯的可行性分析
衡量煤层是否具有可抽性有两个指标：煤层的透气性系数λ和钻孔瓦斯流量衰减系数β。 煤层抽放瓦斯难易程度分类见表4-3-1。
表4-1 煤层预抽瓦斯难易程度分类表
指标 难易程度 容易抽放 勉强抽放 难以抽放 β（d-1） ＜0.005 0.005～0.05 ＞0.05 λ(m2/Mpa2.d) ＞10 10～0.1 ＜0.1 第三章中计算出?=13.42m2／(MPa2·d)，故本矿可按容易抽放煤层设计。
4.4抽放瓦斯效果预计
4.4.1回采工作面瓦斯抽放量
掘进工作面瓦斯来源主要为本煤层及邻近层瓦斯。在瓦斯涌出量预测时，回采工作面的瓦斯涌出量为
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15.163 m3/t。根据经验预测，回采工作面瓦斯涌出量为45%。全矿井瓦斯涌出量为33.943m3/t，乘上45万t/a，即乘上0.947t/min即32.144m3/min。采煤工作面瓦斯涌出量(占52%)为32.144×45%＝14.465m3/min。
采煤工作面抽放瓦斯量：根据预计的煤层钻孔抽放率以及工作面瓦斯涌出量占矿井总涌出量的百分比，预抽煤层瓦斯的矿井：瓦斯抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；则回采工作面抽出率取30%；
预计回采工作面抽放量(瓦斯纯量)为14.465×60％=8.679m3/min。又工作面的瓦斯被瓦斯抽放巷抽放75%，即有8.679*75%=6.510m3/min；被工作面的顺层钻孔抽放的瓦斯为1.855m3/min；
1）本煤层瓦斯抽放量
本煤层瓦斯涌出量为13.980m3/t，占回采面瓦斯涌出量的85.53%，本煤层瓦斯抽放量为5.56m3/min。 2）邻近层瓦斯抽放量
邻近层瓦斯涌出量为2.756m3/t，占回采面瓦斯涌出量的16.47%，邻近层瓦斯抽放量为2.081m3/min。
4.4.2掘进工作面瓦斯抽放量
在瓦斯涌出量预测时，掘进工作面的瓦斯涌出量为33.943 m3/t，即1.524m3/min。
根据煤矿瓦斯抽放规范，掘进工作面瓦斯涌出量为30%。掘进工作面瓦斯涌出量(占30%)为32.144×30%＝9.643m3/min。
掘进工作面抽放瓦斯量：根据预计的煤层钻孔抽放率以及掘进工作面瓦斯涌出量占矿井总涌出量的百分比，掘进工作面抽放量(瓦斯纯量)为9.643×30％=2.893m3/min。
4.4.3采空区瓦斯抽放量
本矿按照新建矿井设计，在瓦斯涌出量预测时为做采空区涌出量预测，根据煤矿瓦斯抽放规范，采空区瓦斯涌出量为25%。
采空区瓦斯涌出量(占25%)为32.144×25%＝8.036m3/min。 矿井建设中对采空区同时采取埋管抽放瓦斯，采空区抽放量(瓦斯纯量)为8.036×60％=4.822m3/min。
4.5矿井瓦斯抽放量
矿井瓦斯涌出的主要来源是回采工作面、掘进工作面、采空区，矿井瓦斯抽放主要抽放回采工作面、掘进工作面、采空区中的瓦斯，矿井瓦斯抽放量为回采面、掘进面、采空区的抽放量之和，则预计矿井瓦斯抽放量为12.33m3/min，瓦斯抽放量预测见表4-4-1。
表4-2 瓦斯抽放量预测表 矿井相计算矿井采煤工作面绝对掘工作进面绝对采空区绝对瓦斯采煤工作面抽掘进工作面抽采空区抽放量对涌出绝对涌出瓦斯涌出量瓦斯涌出量涌出量放量(抽放率放量(抽放率(抽放率量量(45％)(m3/min) (30％)(m3/min) (25％)(m3/min) 60％)(m3/min) 60％)(m3/min) 60％)(m3/min) (m3/t) (m3/min) 33.923 32.144
14.465 9.643 8.036 8.679 2.893 4.822
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第五章 矿井抽放瓦斯方法的选择
建立抽放瓦斯系统的矿井必须实施先抽后采或边采边抽，并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。多瓦斯来源的矿井，应采用综合抽放瓦斯方法。
5.1矿井瓦斯抽放方法的选择 5.1.1回采工作面瓦斯来源及构成
3
回采工作面瓦斯涌出量为16.736m/t，主要来源是本开采层和邻近层。其中本开采层瓦斯涌出量为33
13.980m/t，占采面瓦斯涌出量的83.53%；邻近层的瓦斯涌出量为2.756m/t，占采面瓦斯涌出量的16.47%。
5.1.2 本煤层瓦斯抽放方法
未卸压煤层进行预抽，煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类：
1）煤层透气性较好，容易抽放的煤层，宜采用本层预抽方法，可采用顺层或穿层布孔方式。 2）煤层透气性较差，采用分层开采的厚煤层，可利用先采分层的卸压作用抽放未采分层的瓦斯。 3）单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽放。煤与瓦斯突出危险严重煤层，应选择穿层网格布孔方式。
4）煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。
结合本矿的实际情况，采用了专用的瓦斯抽放巷对煤层进行采前预抽，采用采区大面积抽放（未卸压抽放）和边采边抽（卸压抽放）相结合方式抽放回采工作面本煤层瓦斯。掘进工作面采用边掘边抽（卸压抽放）方法抽放本煤层瓦斯。
5.1.3邻近层瓦斯抽放方法
1）通常采用从开采层回风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。
C5号煤层的下邻近层C6、C15在可抽放的范围之内，采用从开采层回风巷向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯的方法和专用的瓦斯抽放巷进行采前预抽煤层瓦斯。
5.1.4采空区瓦斯抽放方法
1）老采空区应选用全封闭式抽放方法。
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，有煤柱及无煤柱垂直及斜交钻孔法，插（埋）管法等抽放方法，并应采取措施，提高抽放瓦斯浓度。
3）开采容易自燃或自燃煤层的采空区，必须经常检测抽放管路中C0浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发火征兆时，必须采取防止煤自燃的措施。
本矿采取采空区埋管抽放的方式，将老空区加以密闭，插入抽放管进行抽放。为防止漏气，在室外设一均压室，通过均压达到防漏目的。如图5.1所示。
抽放管回风巷AA采空区进风巷A-A剖面回风平巷立管抽放管采空区1.5m
图5.1 采空区埋管抽放瓦斯示意图
5.1.5其它情况
1）煤与瓦斯突出矿井开采保护层时，必须同时抽放被保护煤层的瓦斯。
2）埋藏浅、瓦斯含量高的厚煤层或煤层群，有条件时，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、抽放卸压邻近层瓦斯或抽放采空区瓦斯的方法。
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3）对矿井瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。
本设计除建立完善的通风系统和可靠的瓦斯抽放系统外，还考虑采取如下措施综合防治瓦斯： 1）建立先进的安全生产监控系统，对矿井瓦斯、风速等进行连续自动监测，及时、准确地掌握和了解井下通风、瓦斯等情况。
2）配备个体巡回检测设备等安全仪表，通过巡回检测，随时了解井下瓦斯隐患情况，防患于未然。 3）在生产过程中，严格执行《煤矿安全规程》（2006版）中的有关规定，加强通风瓦斯检查、管理工作。并加强矿井瓦斯地质等基础工作，为矿井通风瓦斯科学管理提供可靠的依据。
4）煤与瓦斯突出矿井开采保护层时，必须同时抽放被保护煤层的瓦斯。
5）埋藏浅、瓦斯含量高的厚煤层或煤层群，有条件时，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、抽放卸压邻近层瓦斯或抽放采空区瓦斯的方法。
6）对矿井瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。
5.2矿井瓦斯抽放系统选择
本矿采用集中抽放瓦斯系统，主要是抽放工作面和掘进面和采空区的瓦斯。设计采用工作面的回风顺槽作为瓦斯抽放巷道，在回风顺槽内向煤层打顺层钻孔，钻孔间距3m，在掘进巷道内每隔30m左右做一个钻场，向煤层布置钻孔，每个钻场内布置3个顺层钻孔,3个穿层钻孔。顺层钻孔抽放瓦斯的主要优点是钻孔施工速度快，钻孔全长均在煤层中，抽放暴露面积大，若封孔质量好，不漏气，并封孔长度超过巷道周围的破碎圈，则能取得较好的抽放效果；掘进巷道主要是采用从底板岩石瓦斯抽放巷向打穿层钻孔对18、29、51煤层进行采前预抽，另外在掘进巷道内打超前钻孔进行预抽煤、围岩的瓦斯抽放；采空区进行封闭埋管抽放。
5.3瓦斯抽放参数的确定 5.3.1钻场布置
钻场尺寸应能满足钻机安装和安全操作的需要，本矿钻场沿钻孔方向长度为5m，宽度2m，高度2m。每个钻场布置6个钻孔。瓦斯抽放巷内的钻场也按这个尺寸设计，又因为瓦斯抽放巷到M18的距离为55m，工作面回风顺槽的巷道宽度为3200mm，又穿层钻孔距离首采层上下两帮的距离为15m，需要进行抽放的宽度增加到15+3.2=18.2m，即一个钻场控制的面积为109.2㎡，又因为采用75mm的瓦斯抽放管，其抽放半径大概取值为2.5m，所以一个钻场需要布置182/(3.14*2.52)=6个，瓦斯内钻孔与瓦斯管联接平面示意图见图5.2。
钻孔瓦斯管封堵材料钻场集中联接器胶管放水器抽放瓦斯支管
图5.2钻场内钻孔与瓦斯管联接平面示意图
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