采煤工作面瓦斯抽放设计概论

矿井瓦斯防治

设计

题目：矿井瓦斯防治设计

姓名：

学号：

专业班级： 10安全本科（一）班

指导教师：

毕节学院矿业工程学院

目录

第一章工作面概况 (1)

1.1采区位置范围、地质条件 (1)

1.2地质构造与水文地质情况 (2)

1.3煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数 (3)

1.4采区和工作面巷道布置 (3)

第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证 (5)

2.1煤层瓦斯储量计算 (5)

2.2抽放必要性可行性论证 (6)

2.2.1 瓦斯抽放的必要性 (6)

2.2.2 瓦斯抽放的可行性 (7)

2.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期 (7)

2.3.1瓦斯抽放率 (7)

2.3.2可抽放瓦斯总量计算 (9)

2.3.3 年抽采量和可抽期 (10)

第三章煤层瓦斯抽放方法设计 (11)

3.1抽放方法的比较和选择 (11)

3.1.1一般规定 (11)

3.1.2抽放方法选择 (11)

3.2抽放钻孔参数确定 (14)

3.2.1钻场及钻孔布置 (14)

3.2.2钻场（钻孔）的间距 (15)

3.2.3钻孔角度的确定 (16)

3.3绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图 (21)

3.3.1封孔材料 (22)

3.3.2封孔长度 (22)

3.3.3钻孔封孔质量检查标准： (23)

3.3.4专用瓦斯抽放巷道的要求 (23)

第四章工作面瓦斯抽放系统 (24)

4.1工作面瓦斯抽放设施的配置和布置 (24)

4.2抽放管路的计算和选择 (25)

4.2.1 抽放管路选型及阻力计算 (25)

4.2.2 瓦斯抽放管径选择 (26)

第五章瓦斯泵选型 (28)

5.1 抽放系统管道阻力计算 (28)

5.1.2 管路摩擦阻力计算 (28)

5.2瓦斯泵流量和压力计算 (29)

5.2.1瓦斯泵选型确定 (29)

第六章工作面瓦斯抽放安全技术措施 (34)

6.1瓦斯抽放管理 (34)

6.1.1 瓦斯抽放管理及规章制度 (34)

6.1.2 瓦斯抽放人员配备 (34)

6.1.3 瓦斯抽放技术资料 (34)

6.1.4抽放瓦斯管理要求 (35)

6.2 井下固定瓦斯抽采泵站 (36)

6.2.1泵站与主要巷道及硐室的安全距离应满足下列要求： (36)

6.2.2其他规定 (36)

6.3 井下移动瓦斯抽采泵站 (37)

6.4 安全设施及措施 (37)

6.5 矿井瓦斯抽采监测监控系统 (38)

第一章工作面概况

1.1采区位置范围、地质条件

2201采煤工作面位于矿井二水平一采区M2煤层，是一采区M2煤层第一个回采工作面，位于回风斜井东南翼+1500m标高，其上部是M2煤层的采空区，下部煤

层尚未开采，工作面尽头是矿井边界，停采线是回风斜井保护煤柱线。

本工作面设计开采煤层为M2层煤，通过掘进期间的地质资料显示，该工作面地质条件较简单，煤层变化不大，煤层厚度在1.5～1.7m之间，具体情况如表二、表三所示。

表二煤层情况表

表三煤层顶底板情况表

图1：工作面地层综合柱状图

1.2地质构造与水文地质情况

1.2.1、断层情况以及对回采的影响

该地层产状平缓，煤层沉积稳定，无地质构造变动情况，对回采无影响。

1.2.2、褶曲情况以及对回采的影响

本采面无褶曲构造。

1.2.3、其他因素对回采的影响（陷落柱、火成岩等）

本区无其他地质构造影响。

1.2.4、水文地质情况

（1）、涌水量：

预计该工作面正常涌水量为5m3/h，最大涌水量为10m3/min。

（2）、含水层（顶部和底部）分析：

区域内岩层主要为碎屑岩，其次为峨眉山玄武岩。碎屑岩分布面积较大，主要为二叠系上统龙潭组砂岩、粉砂岩、粘土岩。碎屑岩靠近地表风化作用较强烈，风化裂隙较发育，含风化裂隙水。发育构造裂隙地段，含构造裂隙水，碎屑岩区地

下水运动受地形、地貌、岩性、构造控制，富水性总体较弱，主要依靠大气降水补给，受地势影响，多数不产生深部径流循环。各含水层对本工作面的开采没有太大的影响。

（3）、其它水源的分析：

其它水源主要有：1、大气降水补给为主要补给水源；2、地表水渗入补给；3、采空区积水、断层水。

1.3煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数

2010年2月，煤炭科学研究院沈阳研究所对我矿M2、M4煤层进行了煤与瓦斯突出危险性鉴定，鉴定结果是：无煤与瓦斯突出危险性，该矿M2煤层瓦斯涌出量预计为3.12m3/min左右，工作面瓦斯含量在5.28m3/t左右，瓦斯压力在0.3MPa 左右。

2号煤层透气性系数λ＝0.08（m2/MPa2.d) ，抽采时间3个月以上，孔口抽放负压保持在13KPa以上。

1.4采区和工作面巷道布置

通风方式及风量

矿井采用中央并列抽出式通风方式，由主斜井、副斜井进风，专用回风斜井回风。

主要通风机型号为FBCDZN017，电机额定功率：2×110kw，额定负压 1200～2900Pa；额定风量26.8～70m3/S；主轴额定转数980r/min；叶片可调角度0～45。

采煤工作面采用“U”型负压通风方式，掘进工作面采用2×11kw局部通风机压入式供风，风筒直径600mm。

2201回采工作面采用矿井全负压通风，计划分配风量750m3/min，风流路线由2201运输巷进风，2201回风巷回风，经2201 回风巷道的回风上山进入矿井总回风巷道。

图1：采煤工作面平面布置图

第二章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证

2.1煤层瓦斯储量计算

本工作面设计开采煤层为M2层煤，通过掘进期间的地质资料显示，该工作面地质条件较简单，煤层变化不大，煤层厚度在1.5～1.7m 之间，M2煤层瓦斯涌出量预计为3.12m 3/min 左右，煤层瓦斯含量在5.28m 3/t 左右，瓦斯压力在0.3MPa 左右，煤的密度为1.7t/m 3

。

根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算：

32l W W W W ++=

∑==n

i 11i li l X A W

∑==n

1

i 2i 2i 2X A W

)W K(W W 213+=

式中 W —矿井瓦斯储量，Mm 3；

W 1——可采煤层的瓦斯储量（Mm 3）；

W 2——受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量（Mm 3）； W 3——受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量（Mm 3），实测或按式 A 1i ——矿井可采煤层i 的资源量（Mt ）； X 1i ——矿井可采煤层i 的瓦斯含量（m 3/t ）；

A 2i ——受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i 的资源量（Mt ）； X 2i ——受采动影响后向开采空间排放的不可采煤层i 的瓦斯含量（m 3/t ）； K ——围岩瓦斯储量系数，可取0.05～0.20；当围岩瓦斯很小时，可取W 3=0；

若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。

M2号煤层瓦斯储量M2=240m×160m×1.6m×1.7t/m3×5.28m3/t=55.15×10-2Mm3。

最后得到，M2煤层瓦斯总储量W=M2=55.15×10-2Mm3

2.2抽放必要性可行性论证

2.2.1 瓦斯抽放的必要性

抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。

2.2.1.1 规定

根据《煤矿安全规程》第145条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第4.1.1~4.1.3条规定：

有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：

⑴1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。

⑵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。

⑶开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。

该矿M2煤层瓦斯涌出量预计为3.12m3/min左右，工作面瓦斯含量在5.28m3/min左右，瓦斯压力在0.3MPa左右。必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。

据供风量为750m3/min，工作面瓦斯浓度按0.35％计算风排瓦斯量Cp=Q×C=750×0.35/100=2.26m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为 3.12m3/min，如不可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超过0.35％，尚需抽放瓦斯量＝q-

q=3.12-2.26=0.86m3/min，工作面瓦斯浓度才能维持0.35％。

f

2.2.1.2 通风处理瓦斯量核定

当一个矿井、采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时，就要抽放瓦斯，即：

K

6vSC

.0q q f =

> （12） q —矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m 3/min ； f q 通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m 3/min ； v —通风巷道（或工作面）允许的最大风速，m/s ； S —通风巷道（或工作面）断面积，m 2；

C —《煤矿安全规程》允许的风流中的瓦斯浓度，%； K —瓦斯涌出不均衡系数，取值为1.2~1.7。 q ﹥f q = 0.35m 3/min 故应该对煤层进行瓦斯抽放。 2.2.2 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1所示。

表4 煤层瓦斯抽放难易程度分类表

2号煤层透气性系数λ＝0.08（m2/MPa2.d) 如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。瓦斯抽采是必要的。

2.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期

2.3.1瓦斯抽放率

根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准《煤矿瓦斯抽采基本指标》AQ 1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。

根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.3条规定： 瓦斯抽出率：

——预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；

——邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；

——采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；

——煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa 以下。

对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照《AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标》第4.2条进行选取。

在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。每月底按式（10）计算矿井月平均瓦斯抽采率。

kf

kc kc

Q Q Q +=

100k η （10）

式中 k η—矿井月平均瓦斯抽采率，%；

kc Q —矿井月平均瓦斯抽采量，m 3/min ； kf Q —矿井月平均风排瓦斯量，m 3/min

工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。每月底按式（11）计算工作面月平均瓦斯抽采率。

mf

mc Q Q Q +=

mc

m 100η （11）

式中 m η—工作面月平均瓦斯抽采率，%；

mc Q —回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m 3/min ； mf Q —工作面月平均风排瓦斯量，m 3/min

mf

mc Q Q Q +=

mc

m 100η=100×0.86m 3/min/（0.86m 3/min+2.26 m 3/min ）=27.5641%

2.3.2可抽放瓦斯总量计算

根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.2条规定可按下列公式计算：

W c ＝W ·K （4.0.21） K ＝K 1·K 2·K 3 （4.0.22） K 1＝K 4（M y -M C

）/ M y （4.0.23）

式中 W c ——可抽瓦斯量（Mm 3 ）；

K ——可抽系数；

K 1——瓦斯涌出程度系数；

K 2——负压抽采时的抽采作用系数，可取1.2；

K 3——矿井瓦斯抽采率（%）。按目前我国的抽采技术水平，预抽煤层瓦斯时，

可取25%～35%；抽采上下邻近层瓦斯时，可取35%～45%；

K 4——煤层瓦斯排放率，可根据《 矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006）

中的规定选取；

当采高大于4.5m 时，K 4按式（D.4）计算。

)4.(..........04.8447.0100D L

H M H K i

i --=

式中： h i ——第i 邻近层与开采层垂直距离； M ——工作面采高 L ——工作面长度

K 4=80%

M y ——煤层原始瓦斯含量（5.28m 3 /t ）；

M C

——运到地面煤的残余瓦斯含量（m 3 /t ），取4。

K 1＝K 4（M y -M C

）/ M y

My=0.8(5.28-4)/5.28=01939

K＝K

1·K

2

·K

3

=0.1939×1.2×0.3=0.069804

所以，可抽瓦斯量Wc=55.15×10-2Mm3×0.069804=38.5×10-3Mm3

2.3.3 年抽采量和可抽期

根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.4条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第5.3.5都规定：矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。

矿井设计瓦斯年抽采量可按下式计算：

Q

N

=1440×365×Q/1000000 （4.0.6）

式中Q N——矿井设计瓦斯年抽采量（Mm3）；

Q——矿井设计瓦斯抽采规模（m3/min）。

Q

N

=1440×365×0.68/1000000 =44.087×10-2Mm3

则可抽期T=0.5515/0.44087=1.25年