XX礦瓦斯抽放設(shè)計(jì)說(shuō)明書
宣東礦業(yè)公司位于張家口市宣化區(qū)東南10km處，礦井年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)噸，服務(wù)年限64年，井田面積21.9 km2。礦井為一對(duì)立井開(kāi)拓，中央并列抽出式通風(fēng)方式。 礦井主扇為兩臺(tái)BDK-8-№24對(duì)旋風(fēng)機(jī)， 主要大巷為一進(jìn)兩回。礦井前期設(shè)計(jì)通風(fēng)能力為85m3/s，后期通風(fēng)能力為125 m3/s。
一、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件
礦井2001年11月投產(chǎn)至今，先后開(kāi)采了33101和33103兩個(gè)采煤工作面。在兩面的開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常由于瓦斯超限，使工作面時(shí)采時(shí)停不能正常生產(chǎn)。經(jīng)實(shí)際測(cè)定，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為40.3m3/min，綜采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為18.85 m3/min，掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為6 m3/min，屬高瓦斯礦井。與精查地質(zhì)報(bào)告提供的礦井相對(duì)瓦斯涌出量為5.54 m3/t（屬低瓦斯礦井）比較相差較遠(yuǎn)。為解決瓦斯問(wèn)題采取了多種治理措施和方法，即在33101回采時(shí)，先后采取了加大礦井總進(jìn)風(fēng)量、局扇抽下隅角瓦斯、支架間安設(shè)局扇吹下隅角瓦斯、開(kāi)區(qū)均壓和“U+L”通風(fēng)系統(tǒng)等一系列措施，初步總結(jié)出采面采用”U+L”通風(fēng)方法（即U型通風(fēng)加一條尾巷的方法）可勉強(qiáng)維持生產(chǎn)，并在33103回采工作面得到進(jìn)一步驗(yàn)證。但總體來(lái)說(shuō)，此法雖見(jiàn)一定效果，但不能從根本上解決瓦斯問(wèn)題。
現(xiàn)礦井有一個(gè)正在生產(chǎn)的回采工作面（33104），一個(gè)正在準(zhǔn)備的回采工作面（33203），四個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面，一個(gè)巖巷掘進(jìn)工作面?，F(xiàn)運(yùn)行的2#主扇的葉片角度平均為42.5°，負(fù)壓為190mmH2O，礦井總進(jìn)風(fēng)量5700 m3/min,為主扇最大能力。在生產(chǎn)過(guò)程中，礦井總回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.75%左右，基本達(dá)到了《規(guī)程》允許濃度的上限，且33104膠帶順槽及集中膠帶巷瓦斯超限問(wèn)題嚴(yán)重地制約著采面生產(chǎn)，再加上33203工作面的投產(chǎn)，礦井瓦斯總的涌出量必將增大，瓦斯問(wèn)題將是影響礦井安全生產(chǎn)的瓶頸。
2002年11月，為了徹底解決礦井瓦斯問(wèn)題，也為了使正常的生產(chǎn)行為符合《規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，集團(tuán)公司上下一致認(rèn)為必須建立礦井瓦斯抽放系統(tǒng)進(jìn)行抽放，因此委托撫順?lè)衷簩?duì)宣東二礦進(jìn)行礦井瓦斯抽放的初步設(shè)計(jì)及資金估算。
煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷涸?002年4月受盛源集團(tuán)宣東礦業(yè)有限公司的委托對(duì)宣東二礦進(jìn)行了礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試及抽放瓦斯可行性研究，在此基礎(chǔ)上，又受其委托（《委托書》附后）進(jìn)行了該礦的抽放瓦斯工程初步設(shè)計(jì)。在可行性報(bào)告的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)周密細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料收集、實(shí)地踏勘以及充分論證、分析比較后，現(xiàn)提出本抽放瓦斯工程初步設(shè)計(jì)。
二、設(shè)計(jì)的主要依據(jù)
1礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試及抽放瓦斯可行性研究報(bào)告 煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷海?BR>2 宣東二礦提供的其它地質(zhì)資料和生產(chǎn)實(shí)測(cè)資料；
3宣東二礦礦井優(yōu)化初步設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)計(jì)、施工圖 北京煤礦設(shè)計(jì)研究院；
4 宣東井田精查地質(zhì)報(bào)告；
5 礦井抽放瓦斯工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （MT5018-96） 中華人民共和國(guó)煤炭工業(yè)部；
6 委托書 盛源集團(tuán)宣東礦業(yè)有限公司。
三、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想
1 在符合規(guī)范要求、滿足使用的前提下，盡可能降低造價(jià)、節(jié)省投資；
2 利用原有巷道、已有土地，不另外征購(gòu)地，不增加開(kāi)拓費(fèi)用；
3 地面泵站盡量集中建設(shè)，便于后期利用；
4 設(shè)備、管材選型留有余地，便于系統(tǒng)的改擴(kuò)建和今后進(jìn)行瓦斯利用；
5 采用工藝先進(jìn)、符合實(shí)際。
四、本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
1 對(duì)宣東二礦礦井瓦斯賦存情況、抽放的必要性及可行性、抽放方法的確定、抽放效果的預(yù)計(jì)等進(jìn)行闡述；
2 井下瓦斯抽放管網(wǎng)與主管路敷設(shè)及管路選擇、鉆孔布置及鉆進(jìn)設(shè)備選型；
3 地面抽放泵站設(shè)計(jì)，包括設(shè)備選型、土建工程、總平面布置及給排水、供電、供暖、通信及安全監(jiān)測(cè)等輔助環(huán)節(jié)；
4 抽放瓦斯管理及安全措施；
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和工程投資概算。
第一章 礦井概況
第一節(jié) 井田概況及地質(zhì)特征
一、交通位置
宣東二號(hào)井田位于河北省張家口地區(qū)宣化縣東南，距宣化城約10km，大部分地區(qū)隸屬宣化縣顧家營(yíng)鄉(xiāng)所轄，部分位于張家口市下花園區(qū)辛莊子鄉(xiāng)，其地理坐標(biāo)為東經(jīng) 115°07′18″～115°11′16″,北緯40°31′20″～40°34′52″。
本井田交通十分方便，京包鐵路與京張公路由井田西南部通過(guò)；北部約距東西方向的宣（化）龐（家堡）鐵路3.5km；新修的110國(guó)道東段已修通至本礦井工業(yè)廣場(chǎng)，其余未修段將從井田中部通過(guò)。
二、氣象及地震情況
本區(qū)屬寒溫帶大陸性氣候，夏季涼爽短促，冬季寒冷漫長(zhǎng)，干燥而少雨，多風(fēng)沙，年大風(fēng)（>17m/s）日數(shù)為40天左右，并多發(fā)生在3～5月份，最大風(fēng)速達(dá)28m/s，本區(qū)氣溫變化較大，年平均氣溫7.6°，最低氣溫-25.4℃，最高氣溫39.1℃，年平均降雨量390.07mm，最大降雨量為675.6mm，最小為238.1mm，且多集中在7～8月份。年平均蒸發(fā)量為1964.7mm，最大為2327.1mm，最小為1669.5mm，早霜期始于9月下旬，晚霜期終于翌年4月中旬，無(wú)霜期為135天，最大凍土深度為1.52m。
根據(jù)宣化地震辦公室資料，本地區(qū)地震烈度為8度。
三、地質(zhì)特征
1 地層、地質(zhì)構(gòu)造
井田內(nèi)鉆孔揭露及地表出露的地層由老至新有：上元古界青白口系下馬嶺組、長(zhǎng)龍山組；中生界侏羅系中、下統(tǒng)下花園組、中統(tǒng)九龍山組，髫髻山組；新生界第四系。
本井田位于宣后向斜的西北翼，為一NE走向，SE傾向的單斜構(gòu)造，地層平緩，傾角5℃～15℃。有一條方向性較好的撓曲，稱之為南灘撓曲。井田內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，斷層稀少，落差在30m以上的斷層僅有一條（F2）,且為井田邊界；落差10～30m的斷層有2條，落差2～10m的正斷層點(diǎn)4個(gè)。總之，井田構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類型，但煤層仍有小的波狀起伏和小斷層分布，這些小構(gòu)造均使煤層發(fā)生上、下錯(cuò)動(dòng)或使煤層斷薄、斷失及破碎成葉片狀。從宣東一號(hào)井在開(kāi)采過(guò)程中小斷層的發(fā)現(xiàn)，也進(jìn)一步證實(shí)本區(qū)小斷層的發(fā)育。這些小構(gòu)造均呈NE走向，SE傾向，且均分布在井田的9勘探線以東的南灘撓曲的兩翼，故對(duì)9勘探線以東的水文地質(zhì)及開(kāi)采技術(shù)條件有一定的影響，特別是給綜合機(jī)械化采煤帶來(lái)一定的影響。主要斷層特征表見(jiàn)表1-1。
2 煤層及煤質(zhì)
井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中下統(tǒng)下花園組。上覆侏羅系中統(tǒng)九龍山組、髫髻山組和第四系。下花園組含可采及局部可采煤層五層，平均厚度10.8m。Ⅲ3煤層位于上部，為主要可采煤層，厚度在0.85～6.96m，平均2.38m；Ⅴ2煤層平均厚度為2.43m，屬較穩(wěn)定型，也是主要可采煤層，其余Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3為不穩(wěn)定型，是局部可采煤層。
煤質(zhì)以中灰、特低磷、低硫、中高發(fā)熱量的弱粘煤為主，約占總儲(chǔ)量的59.6%，次為氣煤及1/3焦煤。
各煤層的穩(wěn)定性及可采煤層特征見(jiàn)表1-2，煤質(zhì)特征見(jiàn)表1-3。
可采煤層厚度及層間距表 表1-2
四、煤層瓦斯含量
根據(jù)河北煤田地質(zhì)勘探公司對(duì)宣東一號(hào)井1991、1992年測(cè)定資料，該井相對(duì)瓦斯涌出量均在6.0 m3/t以下，鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井。宣東二號(hào)井精查地質(zhì)報(bào)告對(duì)28個(gè)地勘鉆孔采取了瓦斯樣74個(gè)，其中Ⅲ3煤18個(gè)，CH4成分為48.26%，CH4含量為1.47m3/t；Ⅳ1煤樣2個(gè)，CH4成分為44.53%，CH4含量為2.53m3/t；Ⅳ2煤樣8個(gè)，CH4成分為58.36%，CH4含量為1.93m3/t；Ⅴ2煤樣6個(gè)，CH4成分為58.40%，CH4含量為2.72m3/t。根據(jù)礦井的開(kāi)拓布置、初期采區(qū)的位置，經(jīng)計(jì)算礦井瓦斯相對(duì)涌出量為5.54m3/t，屬低瓦斯礦井。
但礦井自投產(chǎn)以來(lái)，瓦斯涌出量一直較大，與預(yù)測(cè)的低瓦斯礦井的瓦斯涌出量有較大的出入。根據(jù)對(duì)宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯含量的實(shí)測(cè)以及由典型回采工作面瓦斯涌出量的計(jì)算可知，宣東二礦煤層瓦斯含量在走向上的變化規(guī)律是隨著向NE的延伸瓦斯含量有增大的趨勢(shì)；在傾向上的變化規(guī)律是瓦斯含量隨采深的增加而增大。
根據(jù)對(duì)宣東二礦礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定結(jié)果知，Ⅲ3煤層瓦斯含量為5.44~7.57m3/t，平均為7.20 m3/t。
由于主采煤層Ⅴ2以及其它局部可采煤層尚未揭露，無(wú)任何實(shí)測(cè)資料可供參考，因此其瓦斯含量參照Ⅲ3煤層的平均瓦斯含量取7.20 m3/t。
五、水文地質(zhì)
本井田按其地層層序、巖性及其富水性和煤層的關(guān)系可分為6個(gè)含水巖組12個(gè)含水層。在這12個(gè)含水層中除九龍山組二段凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)礫巖含水層和第四系中段砂礫石、卵石含水層為富水性中等的承壓含水層外，其余都為富水性較弱的含水層。其中第四系底部砂礫石含水層，在本井田內(nèi)較大面積基巖呈“天窗”接觸，使其與煤系砂巖、輝綠巖、九龍山組各段，髫髻山組等各含水層之間可能發(fā)生水力聯(lián)系。另從水文地質(zhì)剖面上反映出髫髻山組，九龍山組各段含水層之間均無(wú)較穩(wěn)定的隔水層存在，但在井田內(nèi)單孔多層次抽水試驗(yàn)中，靜止水位的觀測(cè)資料說(shuō)明，各含水層間都有水位差存在，表明上述各含水層間水力聯(lián)系又不密切。
井田內(nèi)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，只有幾條落差較小的斷層，斷層的導(dǎo)水性能差或不導(dǎo)水。
由于下花園組砂巖裂隙含水層富水性較弱，開(kāi)采時(shí)涌水不會(huì)太大，主要是開(kāi)采后塌陷裂隙連通上覆承壓含水層使礦井充水。精查地質(zhì)報(bào)告中根據(jù)設(shè)計(jì)提供的首采區(qū)范圍，依據(jù)各含水層與主要可采煤層的關(guān)系，確定下花園組砂巖裂隙含水層，九龍山組1段砂礫巖裂隙含水層、輝綠巖裂隙含水層為直接充水含水層，并采用直線隔水邊界和無(wú)限隔水邊界大井法計(jì)算確定出礦井正常涌水量為335m3/h，最大涌水量為500m3/h。
第二節(jié) 礦井概況
一、井田境界
北以緯線4494750為界，西南以V2煤層剝蝕線取拐點(diǎn)連線為界，西以F2斷層與宣東一號(hào)井相鄰，東北以0-0勘探線為界，東南以13-3、5-6、0-3鉆孔連線為界。井田走向長(zhǎng)約5.2km，傾斜平均寬5.25km，面積26km2。
二、煤層儲(chǔ)量
參與儲(chǔ)量計(jì)算的煤層有Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3和Ⅴ2煤層。煤層最低可采厚度按弱粘煤為0.8m、氣煤和1/3焦煤為0.7m計(jì)算。由于煤層平緩，傾角為5°~ 15°，故儲(chǔ)量計(jì)算面積采用水平投影面積，計(jì)算方法采用塊段法。根據(jù)以上原則儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果匯總于表1-4。
礦井地質(zhì)儲(chǔ)量表 表1-4（單位：萬(wàn)t）
三、礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限
根據(jù)礦井儲(chǔ)量、煤量賦存情況及開(kāi)采技術(shù)條件，宣東二礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.90Mt/年，初期以開(kāi)采Ⅲ3煤層為主。服務(wù)年限為64.3年，其中一水平為36.0年。
四、井田開(kāi)拓及采區(qū)巷道布置
1井田開(kāi)拓
礦井為一對(duì)立井開(kāi)拓，副立井罐籠提升，主立井箕斗提升并兼作回風(fēng)井。井筒開(kāi)鑿至-230m標(biāo)高設(shè)立-230m水平井底車場(chǎng)，并以三條長(zhǎng)約700m的大巷進(jìn)入采區(qū)，形成礦井的主要開(kāi)拓系統(tǒng)。
礦井工業(yè)廣場(chǎng)位于京包鐵路和京張公路之間，主、副井井口布置在工業(yè)廣場(chǎng)中部113鉆孔附近，主井井口標(biāo)高為+595m，副井井口標(biāo)高為+595.3m。
2水平劃分
根據(jù)井田可采煤層賦存特點(diǎn)，將距離較近的Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅳ3煤層劃為一個(gè)上開(kāi)采煤組，Ⅴ2煤層為一個(gè)下開(kāi)采煤組。由于各煤層在井田內(nèi)賦存標(biāo)高在-100~-500m之間，且上、下兩個(gè)開(kāi)采煤組相距較遠(yuǎn)，故全井田共劃分為二個(gè)水平，其中第一水平標(biāo)高-230m，利用上、下山開(kāi)采上煤組，第二水平標(biāo)高為-350 m，利用上、下山開(kāi)采下煤組。
3大巷布置
根據(jù)礦井開(kāi)拓布置，井筒位置偏離井田中央，礦井初期為單翼開(kāi)采，從有利于安全、穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、簡(jiǎn)化管理等角度考慮，同時(shí)井田走向長(zhǎng)度較短，設(shè)計(jì)共布置3條大巷，即-230水平軌道運(yùn)輸大巷、-230水平膠帶運(yùn)輸大巷和-200總回風(fēng)大巷。
4采區(qū)劃分及開(kāi)采順序
根據(jù)礦井開(kāi)拓水平劃分及煤層分組情況，本著合理開(kāi)發(fā)、簡(jiǎn)化開(kāi)拓系統(tǒng)，減少井巷工程量，有利于礦井通風(fēng)和回采，保證礦井生產(chǎn)采區(qū)正常接替等原則，將全井田兩個(gè)水平共劃分為10個(gè)采區(qū)，每個(gè)水平各5個(gè)采區(qū)，其中6個(gè)上山采區(qū)，4個(gè)下山采區(qū)?，F(xiàn)-230水平已形成兩個(gè)采區(qū)，即Ⅲ3一采區(qū)和Ⅲ3二采區(qū)。一采區(qū)為首采區(qū)，首采工作面33101綜采工作面于2002年6月份結(jié)束并予以封閉。
全井田采用采區(qū)前進(jìn)式開(kāi)采，由井筒附近向井田邊界依次開(kāi)采。采區(qū)內(nèi)工作面采用后退式開(kāi)采。各煤層間采用下行式開(kāi)采。
5采區(qū)巷道布置及采煤方法
采區(qū)上、下山的運(yùn)輸巷和軌道巷均布置在Ⅲ3煤層中，沿煤層頂板掘進(jìn)，以保持巷道頂板的完整性，改善巷道的維護(hù)條件。膠帶運(yùn)輸大巷與運(yùn)輸上、下山采用煤倉(cāng)和進(jìn)風(fēng)斜巷聯(lián)系，軌道大巷與軌道上、下山采用石門和斜巷聯(lián)接。工作面順槽采用沿空掘巷方式。
采煤方式開(kāi)始為走向長(zhǎng)壁采煤法，冒落法管理頂板，現(xiàn)由于受地質(zhì)條件的影響改為傾斜長(zhǎng)壁冒落式采煤法。
五、礦井通風(fēng)
根據(jù)礦井精查地質(zhì)報(bào)告，宣東二礦屬低瓦斯礦井。但自礦井開(kāi)拓投產(chǎn)以來(lái)，礦井瓦斯涌出量一直很大。據(jù)2001和2002年的礦井瓦斯等級(jí)鑒定確定為高瓦斯礦井，其中2002年的鑒定結(jié)果為礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為43.05m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為32.04m3/t。
根據(jù)煤樣分析，Ⅲ3煤層煤塵有爆炸危險(xiǎn)。又根據(jù)二00二年四月份對(duì)兩個(gè)采區(qū)煤層最短自然發(fā)火期測(cè)試分析，Ⅲ3煤層易自燃，自燃傾向等級(jí)為二類自燃，最短發(fā)火期為41天。
礦井采用中央并列抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。由副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)。礦井總進(jìn)風(fēng)量為5700 m3/min，總回風(fēng)量為6500 m3/min。主扇風(fēng)機(jī)與備扇風(fēng)機(jī)均為BDK-8-№24型對(duì)旋式扇風(fēng)機(jī)，配用PBF355S4-8型防爆電機(jī)，功率為160×2kW，提風(fēng)量為6450 m3/min。
第二章 礦井年抽放量及抽放年限
第一節(jié) 礦井瓦斯儲(chǔ)量及可抽量
一、瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算范圍
計(jì)算范圍為整個(gè)礦井的所有采區(qū)，面積約23km2，瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算的縱向范圍為礦井一、二水平。參與瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算的煤層除現(xiàn)開(kāi)采層Ⅲ3煤層和后期的開(kāi)采層Ⅴ2煤層外，還包括受開(kāi)采層采動(dòng)影響能向礦井涌出瓦斯的鄰近層Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3、Ⅴ2上煤層以及圍巖中的瓦斯。
二、瓦斯儲(chǔ)量及可抽量
瓦斯儲(chǔ)量一般是指煤田開(kāi)發(fā)過(guò)程中能夠向礦井排放瓦斯的煤層（包括不可采煤層）及圍巖所賦存的瓦斯總量，其計(jì)算公式為：
式中：Wk—礦井瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；
W1—可采煤層的瓦斯儲(chǔ)量之和，Mm3；
A1i—礦井第i個(gè)可采煤層的煤炭?jī)?chǔ)量，kt；
X1i—第i個(gè)可采煤層的瓦斯含量，m3/t；
W2—可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)的不可采鄰近煤層的瓦斯儲(chǔ)量之和，Mm3；
A2i—可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)第i個(gè)不可采鄰近煤層的煤炭?jī)?chǔ)量，kt；
X2i—可采煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)第i個(gè)不可采鄰近煤層的瓦斯含量，m3/t；
W3—受采動(dòng)影響的圍巖瓦斯儲(chǔ)量，Mm3；
k—圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)，計(jì)算時(shí)將不可采薄煤層及其它煤線在這里一并考慮，取k=0.15。
可抽瓦斯量是指礦井瓦斯儲(chǔ)量中能被抽出的瓦斯量，其計(jì)算公式為：
式中：Wkc—礦井可抽瓦斯量，Mm3；
ηk—礦井瓦斯抽放率，%。按照我國(guó)目前抽放瓦斯的實(shí)際水平，結(jié)合本礦抽放所采用的方法（本煤層抽放、鄰近層抽放），ηk取30%。
根據(jù)上述計(jì)算方法和公式，宣東二礦瓦斯儲(chǔ)量及可抽量的計(jì)算結(jié)果匯總于表2-1。
瓦斯儲(chǔ)量及可抽量匯總表 表2-1
第二節(jié) 礦井年抽放量及抽放年限
一、礦井年抽放量
1．礦井工作制度
設(shè)計(jì)礦井年抽放365天，日工作班數(shù)為三班，每班工作八小時(shí)，每天抽放24小時(shí)。
2．礦井年抽放量
礦井抽放瓦斯量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，瓦斯抽放量為25.26m3/min，即年抽放量為13.28 Mm3。
二、礦井抽放年限
由于礦井設(shè)計(jì)采用本煤層預(yù)抽、邊采邊抽、邊掘邊抽、采空區(qū)抽放以及鄰近層抽放相結(jié)合的綜合抽放方法，因此其抽放服務(wù)年限將與礦井生產(chǎn)服務(wù)年限相當(dāng)。
第三章 建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件
第一節(jié) 瓦斯涌出量的計(jì)算
由于礦井開(kāi)采后，瓦斯涌出量與礦井優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)的瓦斯涌出量差異較大，故煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷菏苁⒃醇瘓F(tuán)公司委托對(duì)宣東二礦的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行重新測(cè)定。但由于受礦井煤層揭露情況、施工地點(diǎn)地質(zhì)條件以及鉆機(jī)性能等影響，目前瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)還不完整，今后有條件時(shí)尚需進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)定。
一、基礎(chǔ)參數(shù)
宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯基本參數(shù)實(shí)測(cè)及參考值如下：
煤層原始瓦斯壓力 0.78MPa(推算值)
煤層平均瓦斯含量 7.20 m3/t
平均殘存瓦斯含量 2.732 m3/t
煤的孔隙體積 0.112 m3/t
煤對(duì)瓦斯吸附常數(shù) a=26.88,b=0.47
煤層透氣性系數(shù) =0.129m2/Mpa2•d；
瓦斯含量梯度 0.009 m3/t•m
鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) 0.018 d-1
百米鉆孔極限自然瓦斯流量 1690.93 m3
百米鉆孔初始瓦斯流量 0.021 m3/min
二、瓦斯涌出量計(jì)算
盛源集團(tuán)宣東二礦的瓦斯涌出來(lái)源主要分為兩個(gè)部分：在開(kāi)采Ⅲ3煤層時(shí)，一部分瓦斯來(lái)源于其上、下鄰近層，一部分來(lái)源于開(kāi)采層本身；在開(kāi)采Ⅴ2煤層時(shí)，一部分瓦斯來(lái)源于上、下鄰近層，一部分來(lái)源于其本層的瓦斯。根據(jù)《盛源集團(tuán)宣東二礦優(yōu)化初步設(shè)計(jì)》，一水平Ⅲ3煤層的服務(wù)年限為36年，因此本設(shè)計(jì)中的瓦斯涌出量計(jì)算只考慮了一水平Ⅲ3煤層開(kāi)采時(shí)的本煤層、鄰近層和圍巖瓦斯涌出，二水平瓦斯涌出量將在礦井開(kāi)采后期擴(kuò)大抽放中進(jìn)行計(jì)算。
1．回采工作面瓦斯涌出量計(jì)算
薄煤層及中厚煤層不分層開(kāi)采時(shí)，回采工作面的瓦斯涌出量包括開(kāi)采層（含圍巖）和鄰近層瓦斯涌出的計(jì)算公式為：
式中：q1—回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；
k1—圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取k1=1.2；
k2—工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率的倒數(shù)，取回采率為90%；
k3—準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；利用長(zhǎng)壁后退式回采時(shí)，系數(shù)k3按下式確定：
L—回采工作面長(zhǎng)度，m, L=125m；
h—巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m。h=15m；
m0—開(kāi)采煤層厚度，m；
m—煤層開(kāi)采厚度，m；
X0—開(kāi)采煤層原始瓦斯含量，m3/t；
X1—開(kāi)采煤層煤的殘存瓦斯含量，m3/t；
mi—第i鄰近層煤厚，m；
X0i—第i鄰近層原始瓦斯含量，m3/t；
Xci—第i鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；
ki—第i鄰近層的瓦斯排放率，ki與鄰近層至開(kāi)采層的間距有關(guān)；可按下式確定：
hi─第i鄰近層至開(kāi)采層垂直距離，m；
hp─受開(kāi)采層采動(dòng)影響頂?shù)装鍘r層形成貫穿裂隙、鄰近層向工作面釋放卸壓瓦斯的巖層破壞范圍，m；按下式計(jì)算：
ky─取決于頂板管理方式的系數(shù)，全部冒落法ky＝60；
α─煤層傾角，°，計(jì)算頂板的影響范圍時(shí)取“+”,計(jì)算底板的影響范圍時(shí)取“－”。
盛源集團(tuán)宣東二礦各采區(qū)工作面的瓦斯涌出量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-1。
2.掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量
掘進(jìn)巷道瓦斯涌出量包括掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量，計(jì)算公式如下：
n —煤壁暴露面?zhèn)€數(shù)， n＝2；
m0 —掘進(jìn)工作面的煤層厚度，m；
v —巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；
l —巷道長(zhǎng)度，m；
q0 —煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2•min；
Vdaf —煤的揮發(fā)份含量，%；
S —掘進(jìn)巷道斷面積，m2；S＝8.5m2；
γ —煤的密度，t/m3,γ＝1.41 t/m3；
X0—開(kāi)采煤層原始瓦斯含量，m3/t；
X1—開(kāi)采煤層煤的殘存瓦斯含量，m3/t；
盛源集團(tuán)宣東二礦掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2。
礦井的瓦斯涌出量按下式計(jì)算：
式中：qk —礦井瓦斯涌出量，m3/t；
K1—生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取K1＝1.25；
K2—已采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取K2=1.15；
q1i—第i個(gè)回采工作面的瓦斯涌出量，m3/min;
q2j—第i個(gè)掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量，m3/min;
A0 —礦井平均日產(chǎn)量，t。
按上述式子計(jì)算出的盛源集團(tuán)宣東二礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3-3。
第二節(jié) 抽放瓦斯的必要性和可能性
一、抽放瓦斯的必要性
從安全生產(chǎn)的角度考慮，采掘工作面實(shí)行瓦斯抽放必要性的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：采掘工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量大于通風(fēng)所允許的瓦斯涌出量，即采掘工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量小于稀釋瓦斯所需風(fēng)量，亦即有下式成立時(shí)，抽放瓦斯才是必要的。
式中：Q0—采掘工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量，m3/min；
q —采掘工作面瓦斯涌出量，m3/min；
K —瓦斯涌出不均衡系數(shù)；
C —《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?。
同時(shí)，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，一個(gè)采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于5 m3/min,或一個(gè)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于3m3/min,采用通風(fēng)方法解決不合理的，必須建立瓦斯抽放系統(tǒng)，開(kāi)展瓦斯抽放工作。
1. 回采工作面抽放瓦斯的必要性分析
當(dāng)回采工作面的瓦斯涌出量高于通風(fēng)能力所允許的瓦斯涌出量，單靠通風(fēng)稀釋無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量時(shí)，即有下式成立，瓦斯抽放才是必要的。
式中：A─回采工作面設(shè)計(jì)產(chǎn)量，Mt/a；
A0─回采工作面通風(fēng)能力所允許的最大年產(chǎn)量，Mt/a；
Q0─回采工作面的通風(fēng)能力，按設(shè)計(jì)Q0=20～30m3/s；
C─《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?,取C＝1；
K─回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，K=1.5；
q─回采工作面的瓦斯涌出量，m3/t。
根據(jù)上式確定的盛源集團(tuán)宣東二礦回采工作面抽放瓦斯必要性結(jié)果見(jiàn)表3-4。如果不采取抽放瓦斯措施，盛源集團(tuán)宣東二礦回采工作面不可能達(dá)到設(shè)計(jì)的產(chǎn)量，因此回采工作面抽放瓦斯是必要的。
2. 掘進(jìn)工作面抽放瓦斯的必要性分析
在設(shè)計(jì)的掘進(jìn)速度下，當(dāng)掘進(jìn)工作面通風(fēng)能力小于稀釋瓦斯所需的風(fēng)量，即下式成立時(shí)，抽放是必要的。
式中：Q0─掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)通風(fēng)能力，m3/s，一般 Q0=10～15m3/s；
Q─掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min；
K─瓦斯涌出不均衡系數(shù)，K=1.5；
C─《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?,取C＝1；
經(jīng)過(guò)計(jì)算，盛源集團(tuán)宣東二礦的掘進(jìn)工作面在600m3/min的通風(fēng)能力下，目前無(wú)需采取抽放瓦斯措施也勉強(qiáng)可以達(dá)到300m/mon的掘進(jìn)速度。但如果想進(jìn)一步提高掘進(jìn)速度以及隨著向礦井深部的延伸，瓦斯涌出量必然增大（如前所述一些掘進(jìn)面已經(jīng)大于3m3/min），屆時(shí)為保證礦井的正常生產(chǎn)接續(xù)，采取邊掘邊抽的措施是一條有效的技術(shù)措施。
綜上所述，結(jié)合目前33101和33103工作面的實(shí)際生產(chǎn)情況，盛源集團(tuán)宣東二礦在生產(chǎn)期間為達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量，必須對(duì)回采工作面采取抽放瓦斯措施。
二、瓦斯抽放的可能性
1. 開(kāi)采層瓦斯抽放的可能性
開(kāi)采層抽放瓦斯的可能性，是指煤層在天然透氣性條件下進(jìn)行預(yù)抽的可能性。衡量其可抽性的指標(biāo)，一個(gè)為煤層的透氣性系數(shù)（λ）、一個(gè)為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）、另一個(gè)為百米鉆孔瓦斯極限抽放量（Qj），據(jù)此指標(biāo)將煤層預(yù)抽瓦斯的難易程度進(jìn)行分類，如表3-5所示。
盛源集團(tuán)宣東二礦實(shí)測(cè)的瓦斯可抽性指標(biāo)為：
鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) α=0.018 d-1
煤層透氣性系數(shù) =0.129m2/Mpa2•d；
百米鉆孔極限自然瓦斯流量 Qj=1690.93 m3
對(duì)照表3-5可知，盛源集團(tuán)宣東二礦的Ⅲ3煤層從鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)來(lái)判定屬于可以抽放的煤層，而從百米鉆孔極限自然瓦斯流量判定又屬于較難抽放的煤層，根據(jù)礦井生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況，可以認(rèn)為盛源集團(tuán)宣東二礦的Ⅲ3煤層屬于可以抽放的煤層，具備本煤層瓦斯抽放的條件。
2. 鄰近層瓦斯抽放的可能性
鄰近層抽放瓦斯技術(shù)是一項(xiàng)成熟的治理瓦斯災(zāi)害的技術(shù)，我國(guó)的陽(yáng)泉、松藻、鐵法、淮南、淮北和北票等許多抽放瓦斯礦區(qū)通過(guò)幾十年的抽放瓦斯實(shí)踐得出：在中、近距離鄰近層賦存條件下，只要鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)、施工合理，抽放參數(shù)選擇適宜，都能取得良好的抽放瓦斯效果，工作面鄰近層的瓦斯抽放率一般可以達(dá)到40～70%。
盛源集團(tuán)宣東二礦Ⅲ3煤層開(kāi)采時(shí)，其上部的Ⅲ1、Ⅲ2煤組和下部的Ⅳ1、Ⅳ2煤層均屬于中近距離鄰近層；Ⅴ2煤層開(kāi)采時(shí)，其上部的Ⅳ煤組亦屬于近、中距離的鄰近層，所以只要抽放方式、鉆孔參數(shù)和抽放參數(shù)設(shè)計(jì)合理，鉆孔的施工工藝達(dá)到設(shè)計(jì)要求，無(wú)疑可獲得良好的抽放瓦斯效果。
3. 采空區(qū)瓦斯抽放的可能性
目前盛源集團(tuán)宣東二礦的回采工作面使用的是綜采一次采全高，冒落式管理頂板，綜采高度設(shè)計(jì)的參數(shù)為2.44～4.52m，而Ⅲ3煤層厚度變化較大，因此采空區(qū)丟煤較多，瓦斯涌出必然較大，加上存在近距離的上下鄰近層，受采動(dòng)影響向開(kāi)采層采空區(qū)涌出瓦斯，而采空區(qū)存在大量的瓦斯又向回采工作面涌出，因此，抽放采空區(qū)瓦斯可能性是存在的，而且勢(shì)在必行。
綜上所述，盛源集團(tuán)宣東二礦瓦斯抽放是可行的。
三、建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件
盛源集團(tuán)宣東二礦絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)43.05 m3/min(2002年資料)， 高峰期可達(dá)50.15 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量達(dá)24.07 m3/t， 回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)5m3/min，部分掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量已經(jīng)超過(guò)了3m3/min，已經(jīng)具備了建立抽放系統(tǒng)的條件，系統(tǒng)投入抽放后，采取有效的抽放瓦斯方法，礦井穩(wěn)定抽放量可保持在12.25m3/min左右，抽放系統(tǒng)可與礦井生產(chǎn)系統(tǒng)具有同樣的服務(wù)年限，具備了建立瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。
四、抽放站布置
1.布置原則
抽放瓦斯泵站位置必須符合下列要求：
⑴ 泵站最好設(shè)在回風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，站房距井口和主要建筑物以及居民點(diǎn)不得小于50m，并用柵欄或圍墻保護(hù)；
⑵ 泵房?jī)?nèi)和泵房周圍20m以內(nèi)嚴(yán)禁明火；
⑶ 泵站位置應(yīng)考慮到便于利用和敷設(shè)管路；
⑷ 泵站位置應(yīng)選在運(yùn)輸、供水和供電方便的地點(diǎn)；
⑸ 泵站應(yīng)設(shè)在不受洪澇威脅且工程地質(zhì)條件可靠地帶，應(yīng)避開(kāi)滑坡、溶洞、斷層破碎帶及塌陷區(qū)等。
2. 位置選擇
根據(jù)上述原則，在聽(tīng)取礦方意見(jiàn)后，采用集中布置，抽放泵房建設(shè)在礦井的工業(yè)廣場(chǎng)邊上。
第四章 抽放瓦斯方法
第一節(jié) 礦井瓦斯來(lái)源分析
一、礦井瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成
盛源集團(tuán)宣東二礦在開(kāi)采期間的瓦斯來(lái)源由以下三部分組成：回采工作面的瓦斯涌出、掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)（包括圍巖）的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占礦井瓦斯的涌出比例與礦井的開(kāi)采深度和礦井的生產(chǎn)接續(xù)布局、采掘強(qiáng)度等有關(guān)，根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果（表3-3），計(jì)算確定的盛源集團(tuán)宣東二礦各生產(chǎn)時(shí)期的瓦斯涌出構(gòu)成為：
初期：回采工作面瓦斯占51.5%，掘進(jìn)工作面瓦斯占28.5%，采空區(qū)瓦斯占20.0%；
后期：回采工作面瓦斯占47.9%，掘進(jìn)工作面瓦斯占21.7%，采空區(qū)瓦斯占30.4%；
可以看出，盛源集團(tuán)宣東二礦瓦斯涌出構(gòu)成中以回采工作面瓦斯涌出為主，占全礦井瓦斯涌出量的二分之一左右，因此礦井的瓦斯治理重點(diǎn)應(yīng)放在回采工作面上。
二、回采工作面的瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成
盛源集團(tuán)宣東二礦回采工作面瓦斯來(lái)源包括開(kāi)采層和鄰近層（包括圍巖）瓦斯兩大部分。根據(jù)回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果（表3-1），計(jì)算確定的盛源集團(tuán)宣東二礦各區(qū)段回采工作面瓦斯涌出構(gòu)成為：開(kāi)采層瓦斯涌出占42.7%；鄰近層瓦斯涌出占57.3%，其中上鄰近層瓦斯涌出占40.8%，下鄰近層瓦斯涌出占59.2%。
三、采空區(qū)瓦斯涌出及涌出構(gòu)成
盛源集團(tuán)宣東二礦為一新建礦井，目前只有一～二個(gè)工作面投入生產(chǎn)，采空區(qū)面積很小。但是隨著礦井生產(chǎn)時(shí)間的推移和礦井開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，采空區(qū)瓦斯涌出量所占的比例勢(shì)必將會(huì)逐漸加大，所以在礦井生產(chǎn)的中后期對(duì)于采空區(qū)瓦斯涌出的治理也應(yīng)該予以充分的考慮。
綜上所述，從瓦斯涌出構(gòu)成上來(lái)看，盛源集團(tuán)宣東二礦回采工作面瓦斯涌出以鄰近層為主、開(kāi)采層為輔，中后期采空區(qū)也將有一定比例的瓦斯涌出。所以在對(duì)回采工作面采取瓦斯抽放措施時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持鄰近層抽放為主、開(kāi)采層抽放為輔、同時(shí)還要兼顧采空區(qū)的瓦斯治理的原則。
第二節(jié) 抽放瓦斯方法
一、選擇抽放瓦斯方法的原則
煤礦抽放瓦斯是減少礦井和采區(qū)瓦斯涌出量的有效途徑。我國(guó)煤礦的瓦斯抽放方法按瓦斯來(lái)源大致可以分為以下五類：(1)開(kāi)采層瓦斯抽放方法；(2)鄰近層瓦斯抽放方法；(3)采空區(qū)瓦斯抽放方法；(4)圍巖瓦斯抽放方法；(5) 綜合抽放瓦斯方法。其中綜合抽放瓦斯方法是前四類方法中兩種或兩種以上方法的配合使用。
選擇抽放瓦斯的方法時(shí)應(yīng)遵循如下的原則：
1.選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)適合煤層賦存狀況、開(kāi)采巷道布置、地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件；
2.抽放方法的選取應(yīng)根據(jù)瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成進(jìn)行，應(yīng)盡可能采用綜合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；
3.選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)有利于減少井巷工程量，實(shí)現(xiàn)抽放巷道與開(kāi)采巷道的結(jié)合；
4.選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)有利于抽放巷道的布置與維護(hù)；
5.選擇的瓦斯抽放方法應(yīng)有利于提高瓦斯抽放效果，降低抽放成本；
6.選擇的瓦斯抽放方法應(yīng)有利于鉆場(chǎng)、鉆孔的施工、抽放系統(tǒng)管網(wǎng)敷設(shè)，有利于增加抽放鉆孔的瓦斯抽放時(shí)間。
二、瓦斯抽放方法
根據(jù)第三章對(duì)礦井采、掘工作面瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)、礦井抽放瓦斯必要性的闡述和前面對(duì)工作面瓦斯來(lái)源和涌出構(gòu)成的分析，結(jié)合盛源集團(tuán)宣東二礦開(kāi)拓開(kāi)采技術(shù)條件，可以采用的抽放瓦斯方法有：
① 本煤層瓦斯抽放；
② 鄰近層瓦斯抽放；
③ 采空區(qū)瓦斯抽放；
④ 本煤層、鄰近層和采空區(qū)綜合瓦斯抽放。
按照盛源集團(tuán)宣東二礦各區(qū)段回采工作面的設(shè)計(jì)產(chǎn)量、瓦斯涌出量、通風(fēng)能力以及目前的瓦斯抽放水平，經(jīng)全面分析計(jì)算，盛源集團(tuán)宣東二礦為達(dá)到設(shè)計(jì)的產(chǎn)量，無(wú)論南翼還是北翼的各回采工作面都必須采取本煤層、鄰近層和采空區(qū)同時(shí)抽放的綜合瓦斯抽放方法，否則難以達(dá)到設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力。
1.本煤層瓦斯抽放
本煤層瓦斯抽放可分為開(kāi)采層未卸壓抽放和卸壓抽放兩種方法。前已述及，宣東二礦Ⅲ3煤層屬于可以抽放的煤層，設(shè)計(jì)在Ⅲ3煤層回采工作面采用未卸壓抽放（預(yù)抽）和邊采邊抽方法，利用工作面軌道順槽向煤層打迎面斜交和平行于工作面的鉆孔預(yù)抽瓦斯。該預(yù)抽鉆孔還可隨著回采工作面的推進(jìn)前方煤體產(chǎn)生的卸壓作用，實(shí)施邊采邊抽煤層瓦斯，從而提高瓦斯抽放率，減少開(kāi)采層的瓦斯涌出量。預(yù)抽時(shí)間在180天以上。
依據(jù)目前宣東二礦實(shí)測(cè)的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量有的已大于3m3/min，建議采用邊掘邊抽的方法，解決瓦斯涌出量較大的掘進(jìn)工作面的瓦斯問(wèn)題，以提高巷道的掘進(jìn)速度，緩解礦井采掘接替緊張問(wèn)題。
2.鄰近層瓦斯抽放
鄰近層瓦斯抽放是盛源集團(tuán)宣東二礦瓦斯治理的重點(diǎn)。前已述及，盛源集團(tuán)宣東二礦的上、下鄰近層均為中、近距離的鄰近層，瓦斯涌出量占全礦井的六成左右，二采區(qū)稍大、一采區(qū)稍小。
盛源集團(tuán)宣東二礦首采Ⅲ3煤層，上覆有Ⅲ1、Ⅲ2煤組，平均間距小于20m;Ⅲ3煤層下距Ⅳ1、Ⅳ2煤層，平均間距為14～25m，大部分為局部可采煤層。
⑴上鄰近層瓦斯抽放
國(guó)內(nèi)外對(duì)于上鄰近層瓦斯的抽放都積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)，可以采用的方法也較多，如頂板巷道、頂板長(zhǎng)鉆孔、頂板短鉆孔等等。針對(duì)盛源集團(tuán)宣東二礦的實(shí)際條件，可以選擇的抽放方案有兩個(gè)：頂板巷道抽放和長(zhǎng)鉆孔結(jié)合短鉆孔抽放。
方案一：頂板巷道抽放
在Ⅲ3煤層的頂板開(kāi)一條抽放瓦斯的專用巷道，在Ⅲ3煤層中掘巖石巷道，巷道斷面4～5m2左右，長(zhǎng)度約1000m，用來(lái)抽放上鄰近層的瓦斯。詳見(jiàn)圖4-1。
方案二：長(zhǎng)鉆孔結(jié)合短鉆孔抽放
在工作面的進(jìn)、回風(fēng)順槽開(kāi)設(shè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距為70m，在鉆場(chǎng)內(nèi)施工頂板迎面長(zhǎng)鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置長(zhǎng)鉆孔4個(gè)，同時(shí)要保證鉆孔的搭接距離大于10m；為了保障鉆場(chǎng)在接替過(guò)程中的瓦斯抽放效果，在每個(gè)鉆場(chǎng)的兩側(cè)布置4組短鉆孔，布置的方法為以鉆場(chǎng)為基準(zhǔn)前2后2,短鉆孔組間距10m，每組3個(gè)鉆孔。詳見(jiàn)圖4-2。
圖4-1 上鄰近層抽放瓦斯方案一
圖4-2 上鄰近層抽放瓦斯方案二
方案一優(yōu)點(diǎn)：
① 抽放瓦斯效果好；
② 頂板巖巷的開(kāi)掘可與工作面順槽掘進(jìn)同步平行作業(yè)，抽放與生產(chǎn)間不互相影響；
缺點(diǎn)：
① 另開(kāi)半煤巖巷或巖巷，增加了抽放成本；
② 巷道開(kāi)掘過(guò)程中出貨、進(jìn)料困難；
③ 長(zhǎng)距離的獨(dú)頭巷道，增加了通風(fēng)安全管理的難度。
方案二優(yōu)點(diǎn)：
① 鉆場(chǎng)施工可與工作面順槽掘進(jìn)同步平行作業(yè)；
② 有利于緩解采掘接續(xù)關(guān)系，縮短出煤工期，降低抽放成本；
③ 長(zhǎng)、短鉆孔相結(jié)合，抽放效果較好，綜合其他抽放方法，可以保證工作面達(dá)到設(shè)計(jì)的產(chǎn)量。
缺點(diǎn)：
① 抽放效果不如方案一；
② 打鉆施工與正常的生產(chǎn)有時(shí)會(huì)發(fā)生影響；
③ 多條短距離獨(dú)頭巷道需局部通風(fēng)，給通風(fēng)管理造成一定困難。
本著以解決工作面瓦斯問(wèn)題為前提，并考慮盡量減少抽放的井巷工程量、降低抽放成本、縮短出煤工期等因素，本設(shè)計(jì)采用方案二，即以頂板迎面長(zhǎng)鉆孔結(jié)合短鉆孔代替頂板瓦斯巷抽放上鄰近層瓦斯。
⑵下鄰近層瓦斯抽放
針對(duì)宣東二礦現(xiàn)有的開(kāi)拓開(kāi)采條件，結(jié)合下鄰近層瓦斯的涌出規(guī)律，下鄰近層的瓦斯抽放擬歸結(jié)到采空區(qū)的抽放上，即利用采空區(qū)抽放來(lái)抽出隨著工作面的推進(jìn)、卸壓范圍的擴(kuò)大而不斷涌向采空區(qū)的鄰近層瓦斯。
3.采空區(qū)瓦斯抽放
宣東二礦由于開(kāi)采時(shí)間較短，老采空區(qū)面積不大，但隨著礦井開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)與開(kāi)采范圍的擴(kuò)大，由于是采區(qū)前進(jìn)式的布置，將來(lái)采空區(qū)涌出的大量瓦斯無(wú)疑將加重礦井的通風(fēng)負(fù)擔(dān)。
設(shè)計(jì)目前對(duì)采空區(qū)采取上向鉆孔抽放法。鉆孔法是在回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距30m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置5個(gè)上向鉆孔。詳見(jiàn)圖4-3。
同時(shí)，如果鉆孔施工有困難時(shí)也可采用半封閉插管抽放法。但其抽放效果不如上向鉆孔抽放法。半封閉插管抽放法詳見(jiàn)圖4-4。
圖4-3 采空區(qū)上向鉆孔抽放法
圖4-4 采空區(qū)半封閉插管抽放法
三、抽放巷道布置
盛源集團(tuán)宣東二礦井下本煤層瓦斯抽放、上下鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放不增設(shè)專門的抽放瓦斯巷道，全部利用工作面已有的開(kāi)拓開(kāi)采巷道，即利用軌道巷布置回采工作面預(yù)抽鉆孔（后期用作邊采邊抽）和頂板長(zhǎng)鉆孔和短鉆孔抽放上鄰近層瓦斯，利用-230m大巷抽放一部分下鄰近層瓦斯，利用瓦斯尾巷布置采空區(qū)插管抽放和施工采空區(qū)抽放的引導(dǎo)鉆孔。
四、鉆場(chǎng)、鉆孔布置
1.鉆場(chǎng)的布置位置、間距、鉆場(chǎng)尺寸及支護(hù)形式
設(shè)計(jì)的抽放方法中，在上鄰近層抽放瓦斯和在掘進(jìn)工作面邊掘邊抽時(shí)需開(kāi)設(shè)鉆場(chǎng)。上鄰近層抽放瓦斯鉆場(chǎng)布置在進(jìn)風(fēng)巷一側(cè)的Ⅲ3煤層頂板中，鉆場(chǎng)間距為70m。掘進(jìn)工作面邊掘邊抽鉆場(chǎng)開(kāi)在巷道兩側(cè)（雙巷掘進(jìn)時(shí)鉆場(chǎng)僅在巷道一側(cè)布置），鉆場(chǎng)間距為40m ，鉆場(chǎng)規(guī)格為：寬3.5m，深4m，高與掘進(jìn)巷道相同，采用11號(hào)礦用工字鋼梯形支護(hù)。
2.鉆孔布置
(1)回采工作面鉆孔布置
鉆孔布置方式：不設(shè)鉆場(chǎng)，鉆孔沿煤層迎面斜交(與順槽成45°)和平行于工作面布置。
①鉆孔直徑：鉆孔直徑大，暴露煤壁面積大，瓦斯涌出量就大，但二者增長(zhǎng)并非線性關(guān)系，一般選用Φ75～100mm，設(shè)計(jì)選用鉆孔直徑Φ75mm。
②鉆孔長(zhǎng)度：按煤層回采工作面長(zhǎng)度125m考慮，鉆孔長(zhǎng)度為90m。如打長(zhǎng)鉆孔有困難時(shí)，可分別從工作面的進(jìn)、回巷雙向布置鉆孔，以提高工作面的抽放量。
③鉆孔有效抽放時(shí)間
宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯自然涌出量的測(cè)定結(jié)果表明：百米鉆孔初始瓦斯涌出量為0.021m3/min•100m，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.018d-1。從而，百米鉆孔在不同時(shí)間t內(nèi)可抽放的瓦斯總量（Qt）和鉆孔抽放有效系數(shù)（K）按下式計(jì)算：
式中：Qt—百米在t時(shí)間內(nèi)可抽瓦斯總量, m3；
q0—百米鉆孔初始瓦斯涌出量，m3/min•100m；
α—鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，d-1
t —抽放時(shí)間, d；
K—鉆孔抽放有效系數(shù)，%。
計(jì)算結(jié)果列于表4-1中。
④抽放負(fù)壓。一般宜選用13.33～26.66KPa的負(fù)壓抽放(泵的負(fù)壓能滿足要求)。
(2)掘進(jìn)工作面鉆孔布置
掘進(jìn)工作面鉆孔布置要保證鉆孔始終超前巷道工作面10m， 據(jù)此選取邊掘邊抽工作面抽放鉆孔參數(shù)如下：
鉆孔長(zhǎng)度 50m；
鉆孔直徑 Φ75mm；
鉆孔夾角 β1＝10～15°，β2＝16～18°；
鉆孔仰角 3°～5°。
(3)上鄰近層瓦斯抽放鉆孔布置
① 鉆孔布置方式
鉆孔穿層布置。長(zhǎng)、短鉆孔在水平與垂直方向（沿工作面的推進(jìn)方向）的投影均為扇形，相鄰鉆場(chǎng)長(zhǎng)鉆孔的搭接長(zhǎng)度10m。
② 鉆孔直徑
設(shè)計(jì)鉆孔直徑為Φ75mm。
③ 鉆場(chǎng)間距、鉆孔數(shù)量
設(shè)計(jì)長(zhǎng)鉆孔鉆場(chǎng)間距70m，每個(gè)鉆場(chǎng)4個(gè)鉆孔；短鉆孔鉆場(chǎng)間距10m，每個(gè)鉆場(chǎng)3個(gè)鉆孔。
④ 鉆孔的傾角、方位角和鉆孔長(zhǎng)度
根據(jù)鉆孔布置的原則和上述布孔參數(shù)，并結(jié)合宣東二礦的具體情況，設(shè)計(jì)抽放上鄰近層瓦斯的長(zhǎng)、短鉆孔的鉆孔參數(shù)列于表4-2。
(4)下鄰近層瓦斯抽放鉆孔布置
下鄰近層瓦斯抽放利用采空區(qū)瓦斯抽放，詳見(jiàn)采空區(qū)抽放布置。
(5)采空區(qū)抽放布置形式
對(duì)于工作面已采完封閉的采空區(qū)采用密閉巷道法抽放采空區(qū)瓦斯。該法首先在巷道中打密閉，將管子插入采空區(qū)直接抽放采空區(qū)瓦斯。密閉打在工作面
回風(fēng)順槽內(nèi)，厚度3m以上。為了保證密閉的嚴(yán)密，煤壁和頂、底板的挖槽深度要大于0.3m。密閉兩壁用磚（或料石）砌筑，厚度不小于0.4m，兩層磚（或料石）墻間要充填黃土，并夯實(shí)。抽瓦斯管插進(jìn)10m左右。
對(duì)于現(xiàn)生產(chǎn)工作面的采空區(qū)，采用上向鉆孔法抽放采空區(qū)瓦斯時(shí)，設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)間距40m，每個(gè)鉆場(chǎng)5個(gè)鉆孔。各鉆孔參數(shù)列于表4-3。采用半封閉插管抽放法時(shí)，利用上一回采工作面的進(jìn)風(fēng)巷，打鉆孔穿透該進(jìn)風(fēng)巷與本工作面回風(fēng)巷間的隔離煤柱進(jìn)入工作面采空區(qū)，把瓦斯管直接插入采空區(qū)進(jìn)行抽放瓦斯。設(shè)計(jì)鉆孔間距30m， 每根瓦斯管的末端2m長(zhǎng)內(nèi)要有孔眼，同時(shí)施工時(shí)要盡量靠近煤層頂板，使之處于高濃度瓦斯帶。
(未完成）待續(xù)
