长宁县永兴煤业有限公司永兴煤矿瓦斯抽采设计.doc

长宁县永兴煤业有限公司永兴煤矿瓦斯抽采设计 第一章 井田概况及地质特征 第一节 井田概况 根据 “川办函[2007]16号”，原长宁硐底工矿实业治平煤矿整合原长宁县硐底镇楠兴煤矿，长宁硐底工矿实业治平煤矿为整合主体矿。资源整合后，企业工商预核名称为长宁县永兴煤业有限公司永兴煤矿。 根据四川省国土资源厅川采矿区审字2008第125号划定矿区范围申请审批书，永兴煤矿矿区范围由1～6号拐点圈闭拐点平面直角坐标见表2-1-1，井田走向平均长3.40km，倾斜平均宽0.23km，面积0.78km2，许可开采标高300～0m，许可开采B1、B2煤层。 表2-1-1 永兴煤矿矿区范围拐点坐标表 拐点 编号 坐 标 拐点 编号 坐 标 X Y X Y 1 3147000.00 35484960.00 4 3146140.00 35488220.00 2 3147195.00 35484960.00 5 3145958.00 35488152.00 3 3146800.00 35486525.00 6 3146915.00 35485312.00 一、位置及交通 矿井位于长宁县城198方向，直线距离18km的龙头镇境内，紧邻兴文－宜宾主干公路，东距龙头镇约3.5km，西距巡场火车站约16km，交通较为方便，详见图1-1-1交通位置图。 图1-1-1 交通位置图 永兴煤矿 二、地形地貌 矿区位于四川盆地南部边缘，丘陵地貌，为一近东西向延伸的长垣状脊岭。最高点位于矿区井部北侧，标高491m，最低点位于矿井中部南侧，标高345m，矿区相对高差146m。区内植被较为发育，为丛灌混交林，局部地势平坦。 三、地表水系 矿区内无常年性地表水体，有少量季节性冲沟，洪水期少量山水沿斜坡和山沟从北向南汇入井口南侧漕谷区，与硐底河汇合流入长宁河。 四、气象及地震 1、气象 矿区属亚热带，温湿季风气候，夏季多暴雨，冬、秋两季多雨雾，全年雨量充沛。年降雨量976～1638.5mm，历年平均降雨量1158.9mm，多集中于每年的6～9月，以大雨或暴雨形式降落，雨量约占全年降雨量的50％以上，区内年最高气温39.5℃，最低气温-2.5℃，平均气温17℃，降雪和霜冻至3月。无其他重要的灾害性天气，有利于矿山常年长时间生产。2、地震 根据四川省地震局资料和四川省地震录记载，本区地震烈度为Ⅵ度。另据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）附录A“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”，设计基本地震加速度值为0.05g，所属设计地震分组为第一组。 五、矿井经济 区内以汉族人居为主，人均耕地较少，富余劳动力较多。农产品主要种植水稻、小麦、玉米、红薯、马铃薯等。工业主要有煤炭、水泥企业等。矿区范围内无重点保护的名胜古迹、风景区及自然保护区。 六、水源、电源和通讯条件 1、水源条件 矿井生活用水取自龙头镇自来水管网系统，矿井水经处理后用于消防、防尘洒水。 2、电源条件 矿井为双回路供电，其中一回电源是双河变电站10kV线路；另一回电源是黎渊滩变电站10kV线路，业主已与上述两供电单位签定了用电协议。 3、通讯 外部通信光缆已架设至矿井工业场地，中国移动和中国联通网络覆盖矿区，外部通信便捷。 第二节 地质特征 一、地层 矿区出露地层由老至新分述如下 1、二叠系下统茅口组（P1m） 为浅海相碳酸盐沉积，出露不全，平均厚247.54m。岩性为灰、深灰色生物碎屑灰岩、微晶灰岩夹燧石条带，顶部有时见粘土、高岑土残留矿物。与上伏龙潭组第一段呈假整合接触。 2、二叠系上统宣威组第一段（P2x1） 上至K6砂岩底板，底界假整合于二叠系下统茅口组（P1m）之上，平均厚60.74m。此段仅含4～5层煤线或炭质泥岩。其岩性组合以含球粒状菱铁矿粘土岩为主，间夹4～8层菱铁矿层、细砂岩及砂质泥岩。底部为一硫铁矿层。 3、二叠系上统宣威组第二段（P2x2） 上以B4煤层顶板为界，下以K6砂岩底板为界，平均厚41.49m。此段上部16.38m以内集中含煤4层（B4、B3、B2、B1，其中B2煤层全区可采，其余仅局部或部分可采），中下部多以含球粒状菱铁矿粘土岩为其特征，其间夹有细～中粒岩屑砂岩、砂质泥岩、3～4层煤线或炭质泥岩及透镜状菱铁矿层。 4、二叠系上统宣威组第三段（P2x3） 上以三叠系下统飞仙关组第一段（T1f1）底部之K9泥质石灰岩底板为界，下以二叠系上统宣威组第二段（P2x2）顶部B4煤层顶板为界，平均厚28.4m。此段顶部有一不可采煤层（C5），其岩性组合以砂质泥岩（常存有完好的腕足类化石）、细砂岩为主，间夹5～10层含动物化石碎片的石灰岩或泥质灰岩及2～3层煤线或炭质泥岩。 5、三叠系下统飞仙关组（T1f） 平均厚481.25m，岩性为紫红色、紫灰色、灰绿色薄～中厚层状砂质泥岩、泥岩、粉～细砂岩夹薄层泥灰岩，底部5～10m含较多根须状方解石网脉，该组依岩性组合特征可细分为五个岩性段，其中1、2段为弱～中等含水层。该组为潮坪相碎屑岩沉积，与下伏龙潭组整合接触。 6、第四系（Q4） 平均厚0～8m，岩性以黄色粘土岩为主，含砂、泥岩风化碎石、块石，局部表层具黑灰色、杂色淤泥耕植土。 二、构造 矿区位于珙长背斜中段北翼，地层走向北西～南东向，倾向357～5，倾角69～78，为急倾斜单斜地层。区内地表未发现大型断裂构造，岩层中局部发育X型共轭节理，其中一组节理走向为北东东向，另一组节理走向北西西向，倾角较陡，对岩体的稳定性具有一定影响。就总体讲，本区构造复杂程度属简单类型。 三、煤层、煤质及煤的用途 一煤层 区域内含煤地层为二叠系上统宣威组（P2x），含煤10～15层，含煤总厚度4.74m，含煤系数3，其中局部和部分可采煤层五层（C5、B4、B3、B2、B1），全区可采煤层一层（B2），其余为煤线，现从上至下分述如下 （1）C5煤层 俗称“正龙炭”，位于P2x3最顶部，飞仙关组第一段（T1f1）底部K9（标志层）泥质灰岩之下0～0.29m，全区层位稳定。煤层结构简单，局部含一层夹矸。在龙蟠溪、天堂坝井田属不可采煤层，煤层厚度0.03～0.39m，平均0.28m。 （2）B4煤层 俗称“三型炭”，位于P2x2最顶部。在龙蟠溪井田，上距C5煤层23.41～33.48m，平均27.98m；在天堂坝井田，上距C5煤层24.15～31.59m，平均27.53m。煤层层位稳定，结构简单。在龙蟠溪井田，属局部可采煤层，煤层厚度0.06～0.86m，平均0.58m；在天堂坝井田，该煤层均不可采，煤层厚度0.02～0.33m，向东有变薄之趋势。 （3）B3煤层 俗称“二型炭”。在龙蟠溪井田，位于B4煤层之下0.55～5.43m，平均3.34m；在天堂坝井田，位于B4煤层之下1.72～6.91m，平均3.88m。层位较稳定，结构简单，为局部可采煤层，在整个天堂坝井田厚度均在0.03～0.39m之间，一般为炭质泥岩或薄煤线，无利用价值，由西向东趋于变薄尖灭之势。 （4）B2煤层 俗称“大巷炭”。在龙蟠溪井田，位于B3煤层之下0.50～4.11m，平均1.74m；在天堂坝井田，位于B3煤层之下1.43～5.73m，平均3.38m。为全区主要可采煤层，层位稳定，煤层结构简单，局部含一层夹矸，其余不含夹矸。在龙蟠溪井田，煤层厚度一般为0.67～5.85m，平均1.99m；在天堂坝井田，煤层厚度一般为0.57～3.39m，平均1.46m。矿山矿权范围内煤层厚度一般为1.4～2.2m，平均1.59m，煤层厚度比较稳定，但有薄化点和薄化区。 （5）B1煤层 俗称“小巷炭”。在龙蟠溪井田内位于B2煤层之下0.73～5.48m；在天堂坝井田内位于B2煤层之下0.47～3.31m。矿山矿权范围内煤层厚度仅0.2～0.3m，不可采。 可采煤层特征见表1-2-1。 表1-2-1 可采煤层特征表 煤层 编号 煤层厚度 m 顶底板岩性 顶板 底板 B2煤层 砂质泥岩 泥岩及粘土岩 2、煤层顶底板 B2煤层顶板以灰色、深灰色砂质泥岩为主，夹条带状深灰色隐晶质菱铁矿；底板为灰色、浅灰色泥岩及粘土岩等。 （二）煤质及煤的用途 1、煤类 按煤炭质量分级（GB/T15224.1-2004）（按无烟煤和烟煤的硫份分级标准）划分B2煤层属中高灰，中高硫，高热值无烟煤，工业牌号为A，编号为无烟煤三号，即WY03。 2、煤质 煤质特征详见表1-2-2。 表1-2-2 煤质特征表 煤层 编号 水分 Wad 灰分 Ad 硫分 St.d 固定碳 FCd 挥发分 Vdaf 发热量 MJ/kg B2煤层 1.22 26.69 1.60 63.75 9.56 28.42 3、煤的用途 主要用途为电煤和民用煤。 四、水文地质 1、矿井充水条件 1地表水和大气降水 矿区内无常年性地表水体存在，季节性冲沟发育，大气降雨主要沿斜坡和山沟从北向南汇入井口南侧漕谷区，与硐底河汇合流入长宁河。 2含水层 矿区内地下水类型包括松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类，松散岩类孔隙水赋存于零星分布的第四系残坡积层中，水量小，对矿坑充水无影响。矿区的主要地下水类型为基岩裂隙水，是矿坑的直接充水水源，由此矿井为裂隙型充水矿床。 3老窑采空区积水 矿区范围内存在老窑采空区，被采空多年，据矿方反映，采空区积水少。 2、矿井涌水量 原治平煤矿正常涌水量为24m3/h，最大涌水量54m3/h；原楠兴煤矿正常涌水量为20m3/h，最大涌水量45m3/h。按水文地质比拟法预计矿井扩建后正常涌水量为210m3/h，最大涌水量为400m3/h（100m水平正常涌水量为120m3/h，最大涌水量为242m3/h；0水平正常涌水量90m3/h，最大涌水量为158m3/h）。 综上，矿井水文地质条件简单。 五、瓦斯、煤尘及煤层自燃 1、矿井瓦斯 根据宜宾市经济委员会宜市经煤［2006］420号文件“宜宾市经济委员会关于全市煤矿瓦斯等级鉴定结果的批复”，原治平煤矿绝对CH4涌出量为1.31m3/min，相对涌出量为18.86m3/t，绝对CO2涌出量为1.1m3/min，相对CO2涌出量为21.6m3/t，鉴定为高瓦斯矿井。由于被整合的楠兴煤矿于2007年5月14日，于＋222运输巷发生煤与瓦斯突出事故，根据相关规定按突出矿井进行设计。 2、煤层自然发火 根据2007年9月17日中国煤炭科学研究总院重庆分院煤炭自燃倾向性等级鉴定报告矿井所采B2煤层自燃倾向性属二类自燃煤层。 3、煤尘爆炸性 根据2007年9月17日中国煤炭科学研究总院重庆分院煤尘爆炸性鉴定报告，矿井所采B2煤层无煤尘爆炸危险性。 六、地温及冲击地压 永兴煤矿属地温正常区，无冲击地压现象。 七、煤层顶底板及工程地质条件 1、煤层顶底板 B2煤层顶板以灰色、深灰色砂质泥岩为主，夹条带状深灰色隐晶质菱铁矿；底板为灰色、浅灰色泥岩及粘土岩等。 2、工程地质条件 矿山煤层顶板岩性主要由砂质泥岩、泥岩及粘土岩组成，岩体节理裂隙较为发育，且矿山开采深度较大，岩体地压力也较大，巷道顶板稳定性较低，易发生顶底板挤压变形。煤层底板主要为泥岩和粘土岩等，遇水易膨胀，局部有底鼓现象 第二章 矿井瓦斯抽采方案设计 第一节 瓦斯抽采利用系统的必要性 一、矿井瓦斯抽采设计及施工是矿井瓦斯抽采中的一项重要工作，其抽采设计的合理与否，施工质量的优劣直接关系到瓦斯抽采效果的好坏。因此，应当引起足够的重视。矿井属于煤与瓦斯突出矿井设计。因此，矿井瓦斯抽采的目的有二一是为了确保矿井安全生产，防止煤与瓦斯突出事故的发生，杜绝瓦斯浓度超限；其二是为了开发利用瓦斯资源，变害为利。因此，对于一个矿井或采区工作面是否必要抽采瓦斯，首先要从安全生产的角度来考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能或不合理时，就应采取抽采措施。其次应从改善职工劳动条件和充分利用瓦斯资源等方面综合考虑瓦斯抽采的必要性，当然也包括经济上的合理性。因此，在具体进行抽采设计时，一般通过如下指标来衡量。 二、安全生产角度衡量瓦斯抽采的必要性 1根据煤矿安全规程、矿井瓦斯抽采管理规定和煤炭工业矿井设计规范等有关规定与要求，凡是具备如下条件之一者，可建立瓦斯抽采系统进行瓦斯抽采 一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min；矿井设计生产能力400Kt/a以下矿井绝对瓦斯涌出量大于15m3/min；煤与瓦斯突出矿井。 2根据川安监[2007]87号文关于做好煤矿瓦斯抽采利用工作有关事项的通知的规定，“所有在建煤矿建设项目中的高瓦斯矿井和开采井田内具有煤与瓦斯突出的煤矿，必须同步建设煤矿瓦斯抽采利用系统”。 矿井设计生产能力90Kt/a，按煤与瓦斯突出矿井设计。所以，永兴煤矿属于必须建立瓦斯抽采系统的矿井。 3瓦斯抽采可有效降低煤层瓦斯含量、瓦斯压力，消除、减弱矿井开采过程中可能发生突出的危险性，减少回采工作面上隅角瓦斯超限问题。 因此，永兴煤矿开展瓦斯抽采工作非常必要。 三、从安全经济等因素综合衡量瓦斯抽采的必要性指标 利用矿井瓦斯是增加新能源的途径。据资料及文献介绍，1m3瓦斯的热值相当于1.13升汽油或1.22kg标准煤的发热量，即1m3瓦斯最少可发3.2kW.h电，全年可获可观的发电收入或降低电费支出。根据“京都协定书”，我国在2012年以前，利用瓦斯每发1250 kW.h电，可获补偿8～15美元，创收可观；我国在2012年后对温室气体必须减排，达配额指标，以减少温室气体排放对全球气候的影响和对大气环境的污染，所以矿井抽采的瓦斯，既不能对空排放也不能白白烧掉，只有加以利用，对我国和世界的环境保护是一大贡献。 第二节 建立矿井瓦斯抽采系统的可行性、条件 瓦斯抽采的可行性一般是指煤层在自然透气性条件下，是否能抽出瓦斯或能否获得较好的抽采效果来评价。目前衡量煤层瓦斯可抽性的指标主要有三项煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、百米钻孔瓦斯极限抽采量。在容易抽采的煤层中抽采瓦斯，往往可以获得较大的抽出量，取得较好的抽采效果。在可以抽采的煤层中抽采瓦斯，虽能取得一定的效果，但有些勉强，往往需要较长的抽采时间和较多的钻孔工程量才能达到预定的效果。属于较难抽采的煤层，因采用一般的抽采方法已经失去作用，故而常常采取特殊措施方可收到一定的抽采效果。 1瓦斯抽采设备、机具、技术等已成熟 ①抽采设备，山东、广东、重庆等省市有关厂家生产的各种流量的抽采设备在技术上是成熟的，特别是引进了德国西门子技术后，抽采设备的性能更可靠，效率更高，在全国煤矿得到了广泛的推广与应用。 ②施工机具，重庆煤科分院、湛江煤机厂和西安煤科分院生产有各种型号的全液压坑道钻机，能满足矿井瓦斯抽采钻孔施工的需求。 ③抽采技术，目前的瓦斯抽采技术日趋完善，无论是穿层抽、顺层抽、顶板裂隙抽、采空区埋管抽、邻近层抽等抽采技术均已成熟，可施工任意倾角的钻孔，钻孔施工深度可达数百米；钻孔封孔机具、材料以及封孔技术业已成熟。 ④矿井技术力量，完全可以掌握其抽采技术的。 2泵站建设条件适宜 矿井供电双回路，矿井抽采供电条件较好。 矿井已经建设 有瓦斯抽放泵房，管路已经安装于井下各工作面。 3交通便利 根据邻近矿井可采煤层打钻情况看，煤层打钻条件及成孔条件都较好，在采取“多打孔、严封闭、综合抽”等措施后，预计会取得较好的瓦斯抽采效果。矿井实施瓦斯抽采可行，矿井具备建立瓦斯抽采系统的条件。 第三节 瓦斯抽采的原则 瓦斯抽采是一项集技术、装备和效益于一体的工作，为了做好瓦斯抽采工作，必须坚持如下原则 1抽采瓦斯应具有明确的目的性。首先，主要是有效降低煤层瓦斯含量、瓦斯压力，降低风流中的瓦斯浓度，改善矿井生产的安全状况，并使通风系统处于合理、良好状况；因此，应尽可能在瓦斯进入矿井风流之前将其抽采出；其次，瓦斯抽采还可作为一项防治瓦斯超限的有效措施单独应用；最后，抽采瓦斯又是一种优质能源，只要保持一定的抽采瓦斯量和浓度，则可利用，从而形成“以抽促用，以用促抽”的良性循环。 2抽采瓦斯要有针对性。即针对矿井瓦斯来源，采取相应措施进行抽采。根据目前瓦斯涌出状况，结合矿井将进行技改扩能分析，认为矿井瓦斯来源主要包括开采煤层瓦斯涌出掘进、回采时的瓦斯涌出；裂隙瓦斯涌出；围岩瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出本煤层开采后遗留的煤柱、丢煤以及邻近层、围岩的瓦斯在已采区的继续涌出。这些瓦斯来源是构成矿井或采区瓦斯涌出量的组成部分。在瓦斯抽采中应根据这些瓦斯来源，并考虑抽采地点时间和空间条件，采取不同的抽采原理和方法，以便进行有效的瓦斯抽采。 3要认真做好抽采设计、施工和管理工作等，以便获得好的瓦斯抽采效果。因此，在设计时，首先应了解清楚矿井地质、煤层赋存及开采等条件，矿井瓦斯方面的有关参数，预测矿井瓦斯涌出量及其组成来源。在此基础上，选择合适的抽采方法，确定可靠的抽采规模，设计一套合理的抽采系统。其次，在抽采瓦斯的开始阶段，还应进行必要的有关参数考查测定，以确定合理的抽采工艺和参数；在正常抽采时，要全面加强管理，积累资料，不断总结经验，从而不断改进和提高抽采瓦斯工作。 第四节矿井抽采瓦斯规模 一、采钻孔基本参数 抽采钻孔孔径。考虑施工方便，确定矿井抽采钻孔孔径Φ64mm。 抽采半径。底板穿层大面积网格预抽瓦斯钻孔终孔间距10m，采煤工作面预抽煤体瓦斯钻孔终孔间距3m抽采半径1.5m；掘进工作面预抽煤体瓦斯钻孔终孔间距6m。 矿井在实施抽采过程中，应根据煤层瓦斯地质变化情况、抽采时间等因素，合理调节钻孔抽采半径，达到有效治灾的目的，并总结出适合矿井的钻孔瓦斯抽采半径。 抽采负压。根据煤矿瓦斯抽采规范，参照已建瓦斯抽采系统矿井的瓦斯抽采经验，设计确定采空区埋管抽采管口负压5～8KPa；采面预抽钻孔负压13～25KPa；掘进钻孔抽采负压13～25KPa；穿层预抽钻孔负压13～25KPa。 二、 矿井可抽瓦斯量 1按防突要求计算 矿井瓦斯储量约1.273Mm3。矿井按煤与瓦斯突出矿井设计，开采B2煤层，根据防治煤与瓦斯突出规定、煤矿安全规程、煤矿瓦斯抽放规范、四川省煤矿瓦斯抽采技术暂行规定等的要求，突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下；若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将B2煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa表压以下。则计算可抽出瓦斯抽采量 13.82Mm3 式中 B2煤层可采储量1273kt（初步设计中的可采储量）； B2煤层瓦斯含量18.86m3/t，为达消突目的应抽出的瓦斯量B2煤层为18.86－8 m3/t。 2按抽采率要求计算 根据煤矿安全规程、煤矿瓦斯抽放规范的要求，采用综合抽放方法的矿井瓦斯抽出率应不小于30。其次由于目前缺乏煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等基础参数，本次设计根据煤矿瓦斯抽采基本指标、煤矿瓦斯抽采规范的有关指标、规定，结合矿井实际情况，瓦斯抽采率暂按40计算，矿井可抽出瓦斯量应不低于13.82405.53Mm3。 综合考虑为达到消突目的和抽采率的要求，确定矿井可抽出瓦斯量约为5.53Mm3。 三、抽采瓦斯规模 首先，根据矿井应抽瓦斯量、矿井服务年限及抽采瓦斯不均衡系数等推算矿井瓦斯抽采规模5.53106/（9.733024600.8）＝1.503/min。 其次，预计后期开采时矿井绝对瓦斯涌出量1.31m3/min，由于目前缺乏煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等基础参数，本次设计根据煤矿瓦斯抽采基本指标、煤矿瓦斯抽采规范的有关指标、规定，结合矿井实际情况，瓦斯抽采率按40计算，则瓦斯抽采规4.7401.88m3/min。 最后，综合考虑矿井瓦斯涌出现状、瓦斯抽采目的、生产能力等因素，为确保抽采系统随着矿井开采水平的进一步延深，能在一个较长时期内稳定地发挥作用，确定设计矿井瓦斯抽采规模27.08m3/min。预计，采空区瓦斯抽采纯量1.5m3/min，回采工作面顺层钻孔预抽抽采纯量8.3m3/min，煤巷顺层钻孔预抽瓦斯抽采纯量5.4m3/min，底板穿层钻孔大面积网格预抽瓦斯的抽采纯量22.68m3/min。 四 矿井抽采率 л＝Q矿抽/ Qch41001.50/4.7100＝32 式中 矿井绝对瓦斯涌出量，预计4.7m3/min。 矿井抽采率符合矿井瓦斯抽采规范AQ2027-2006技术要求。 五、矿井设计年瓦斯抽采量 矿井抽采系统年瓦斯抽采量 1440 N10-614401.533010-60.713Mm3 式中 N矿井年工作天数，N330d。 六、矿井抽采瓦斯方法的确定 1、选择矿井瓦斯抽采方法应遵循的原则 1选择的抽采瓦斯方法应适应煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。 2根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，提高瓦斯抽采效果。 3抽采方法在满足矿井煤炭安全开采的前提下，可以考虑瓦斯利用的需要。 4巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽采巷道工程量。 5选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。 6选择的抽采方法应有利于矿井安全高效。 7选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。 8抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的敷设，有利于增加钻孔的抽采时间。 9瓦斯抽采方法应使钻场及瓦斯抽采工作尽量少影响煤炭生产。 2、矿井瓦斯首抽采区域与抽采方法 根据矿井煤层赋存状况、巷道布置方式、瓦斯来源、瓦斯涌出预测分析以及煤层瓦斯来源等，确定矿井的瓦斯抽采方法为多种抽采方法相结合的综合瓦斯抽采方法。 1瓦斯治理抽采总体方案 矿井开采的主采煤层为B2煤层，倾角69～78，煤层平均倾角72。B2煤层为双层结构，纯煤厚度1.4～2.2m，平均1.59m，夹矸为粘土岩，厚0.10～0.30m。 矿井按突出矿井设计，瓦斯治理方案重点是采取区域防突措施，预抽B2煤层瓦斯，以消除、减弱煤层的突出危险性。同时预抽煤层瓦斯还可以有效解决回采工作面隅角、回风巷瓦斯超限等问题。按照防突规定要求，要保证抽采达标后，方可进入突出煤层工作面进行采掘作业。 对采空区进行瓦斯抽采，可有效降低矿井回风瓦斯，保障安全生产。 若已经区域措施预抽的掘进工作面瓦斯涌出量小，采用局部通风就能够满足生产需要，可不进行掘进巷道的瓦斯抽采工作。若在地质构造附近区域，或掘进过程中瓦斯超限、瓦斯异常涌出，应对其“先抽后掘”。 2设计首抽区域 矿井投产时，布置一采区，首采工作面为B2煤层的1111工作面，1111工作面作为瓦斯预抽工作面。首采工作面走向长为1110m，倾斜宽80m左右。在250m标高、200m标高距离B2煤层分别约20mm左右的底板岩层中各设置一条瓦斯抽采巷。 设计在250m底板岩石抽采巷中施工穿层钻孔，对1111工作面区域进行大面积网格预抽，设计在250m底板岩石抽采巷、200m底板岩石抽采巷施工穿层钻孔1111工作面区域进行大面积网格预抽，具体情况根据现场进行调整。 3首抽区域抽采方法及抽采顺序 底板穿层钻孔大面积网格预抽→石门揭煤预抽→煤层巷道顺层预抽→回采工作面顺层预抽。 矿井应根据采掘布置方式及采掘接替的安排，对采、掘施工中的每一个区域和头面都必须进行抽采设计，设计中的各种抽采方法可供矿井技术人员在日后的抽采工作中参考，具体的钻孔参数为本次抽采工程的施工方案，矿井技术人员可根据矿井的实际生产情况和瓦斯状况，对抽采钻孔相应参数进行适当调整和修正，但施工时必须做到一工程一设计，以提高瓦斯抽采效果，确保矿井安全生产。 3、底板穿层大面积网格预抽 在250m底板岩石抽采巷布置钻场，巷道距B2煤层底板距离约20m。 B2煤层为急倾斜、倾斜煤层，倾角69～78。根据防治煤与瓦斯防突规定第四十九条“采取各种方式的预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当符合下列要求一穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内的整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层。要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。” 一采区一区段B2工作面运输巷标高209m，回风巷标高259m。在250m底板岩石抽采巷和200m底板岩石抽采巷中，每隔10m，施工一组穿层钻孔，对B2煤层进行网格预抽。在每个钻场内布置一排钻孔，与巷道中线偏角90，终孔孔间距10m。钻孔穿透B2煤层，终孔于B2煤层顶板0.5m以上位置。通过穿层钻孔预抽B2煤层瓦斯，以消除B2煤层的突出危险。如下图所示。 岩石底板道穿层钻孔布置剖面图 根据矿井的初步设计，底板岩石抽采巷并未超前于回采工作面煤巷，所以在接近工作面开切眼最后一个底板岩巷钻场里，应增加钻孔以控制工作面开切眼区域。若因钻孔施工困难而无法控制，则应在进入煤层运输巷后施工顺层钻孔以控制工作面开切眼区域，预抽煤层瓦斯穿层钻孔应随着底板抽放道的施工而施工。矿井应保证瓦斯抽采达标后，再进入煤层进行采掘作业，以消除、减弱煤层发生突出的危险。 将250m底板岩石抽采巷穿层钻孔与200m集中运输巷穿层钻孔一并设计，钻孔设计如图2-1a所示，钻孔参数参考表2-1a所示。在接近工作面开切眼最后一个底板岩巷钻场里，应增补的钻孔如1～22钻孔、1“～22“钻孔，以此类似设计设计参考图下，钻孔参数参考表下。 4、煤层掘进工作面瓦斯抽采 矿井煤层掘进工作面若瓦斯涌出较大或异常、用通风方法解决瓦斯问题不合理时，或巷道掘进过程中出现钻孔动力现象，可采取顺层超前钻孔预抽煤体瓦斯。 根据防治煤与瓦斯突出规定第四十九条相关规定顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应控制的条带长度不小于60m，要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m。设计采用单排钻孔，终孔间距6m，控制巷道前方60m范围。矿井可在抽采工作开展以后进行实际测量，并计算调整相关参数，以保证瓦斯抽采治灾效果。设计每隔40m布置一组钻场，钻孔投影孔深60m，每组钻场 10个钻孔，钻孔设计如图2-3所示。 应注意，如图2-3所示设计的本钻场的10个钻孔并未对巷道前方约20m区域内进行有效的保护，而掘进工作面前方4～6m一般为应力集中区，因此在掘进工作面开口时的第一个钻场，应在巷道左右两帮向煤层增加布置适当数目抽放钻孔，对巷道前方近距离区域进行有效抽放。 设计的钻孔布置参数尚需在对抽采效果考察后进行适当调整。以上钻孔倾角原则上须保证钻孔在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角，当掘进工作面抽采钻孔数较多时，为扩大抽采区域面积，提高抽采效果，抽采钻孔应以巷道中线为基准，向周围煤体呈放散状排列。 5、采煤工作面顺层预抽煤层瓦斯 采煤工作面在开采过程中如放炮时，若瓦斯涌出较大，用通风方法解决瓦斯问题不合理时，可采取顺层预抽煤层瓦斯等措施。若底板穿层钻孔未能控制到工作面开切眼区域，则应在运输煤巷中沿煤层倾向方向施工顺层长钻孔，对开切眼附近未受到保护的区域进行预抽瓦斯，以减弱、消除煤体的突出危险性。 设计主要要求钻孔穿过待掘工作面回风巷至上帮20m处，控制开切眼侧帮轮廓线15m外，如图2-4所示。矿井可结合实际情况在开切眼附近加大钻孔密度。 图2-4工作面顺层预抽钻孔布置示意图回风顺槽、开切眼未形成 21 长宁县煤业有限公司永兴煤矿 图2-3 煤巷掘进工作面顺层预抽钻孔施工设计图 59 长宁县永兴煤业有限公司永兴煤矿 若是回采工作面在开采过程中因瓦斯涌出较大，通风方法解决不合理时，可补充顺层钻孔预抽煤层瓦斯措施。设计钻孔钻孔沿煤层走向布置，终孔位置与工作面机巷间距15m，钻孔间距3m，抽采半径1.5m。超前预抽距离大于20m。如图2-5所示。 图2-5 回采工作面顺层预抽钻孔布置示意图 6、采空区瓦斯抽采方法 国内目前常用的两巷工作面采空区抽采方法主要有6种，其瓦斯抽采效果及技术经济比较如表3-2所示。 表3-2 采空区瓦斯抽采方法技术经济比较表 抽采方法 抽采效果 抽采费用 高抽巷含邻近层 抽采瓦斯流量大，浓度高，效果优于其它方法； 高 顶板水平长钻孔含邻近层 与采空区埋管抽采效果相同。 低 顺槽高抽钻孔含邻近层 比采空区埋管抽采效果差。 低 用相邻采空区引排 抽采效果较好，管理复杂、易使采空区遗煤自燃，不能兼顾邻近层瓦斯抽采。 低 上隅角埋管抽采 与顶板水平长钻孔效果相当. 低 专用瓦斯抽采巷包括密闭插管抽采和穿层钻孔抽采 抽采效果较埋管好、较高抽巷差，不能抽采邻近层瓦斯。若考虑邻近层瓦斯抽采，不如高抽巷经济。 高 在矿井采煤时，除本煤层有大量瓦斯涌出外，围岩、煤柱和工作面的丢煤都会向采空区涌出瓦斯。采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面涌出，而且在工作面采完密闭后也仍有瓦斯涌出。 与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽采的特点是抽采量较大，但抽采浓度相对较低，其抽采量的大小取决于采空区瓦斯涌出量的大小和煤层自燃发火的危险程度，开采有自燃发火危险的煤层时，在采空区瓦斯抽采过程中，应经常监测CO浓度和温度等参数，当发现有自燃发火特征时，应控制抽采或暂停抽采。 根据矿井瓦斯涌出的特点及开采矿井的自燃发火特征，矿井开采煤层时可对采空区进行半封闭式采空区埋管抽采，如图2-6所示。 图2-6 采空区埋管布置示意图 在开采煤层回风巷抽采管的末端设一弯管，使抽采管口抬高至回风巷顶，并设木垛对其管口进行保护，以此形成管口。接替管安装长度大于10m，并在工作面的后部抽采管上每隔30～50m合理数据需在实践中确定安装一组三通、控制阀门及埋管组件，在埋管管壁周围均匀钻有很多小孔，小孔直径φ2～5mm，端部需封堵，并在管周围打木垛。在工作面推进过程中，将埋管口保留在工作面的采空区，通过抽采系统对采空区瓦斯进行抽采。当工作面推进至下一个埋管口三通处，埋管口已经埋在采空区内3～5m时，将埋在采空区内的前一埋管段控制阀门关闭，打开下一循环的埋管口阀门，以此达到利用埋管不断抽采采空区的瓦斯的目的。 第五节、钻场及钻孔布置 一、钻场布置的原则 1钻场布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔。 2尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场。 二、钻孔布置的原则、要求 1钻孔布置的原则 ①钻孔开孔部分要求圆而光滑，以便于封孔。钻孔施工中不得出现三角孔、偏孔、台阶等变形孔。 ②对开采层预抽煤层瓦斯，应按钻孔抽采半径确定合理的钻孔间距，并尽量增大钻孔的见煤长度。 ③边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎交叉钻孔除外避免采动首先破坏孔口或钻场。 ④矿井技术人员应根据矿井的实际生产情况和瓦斯状况，对抽采钻孔布置方式及相应技术参数定期进行总结、调整、修正。 2钻孔布置的要求 ①采空区瓦斯抽采的顶板高位钻孔布置在采空区回风侧。 ②钻场内的钻孔个数由试验得出，顺层钻孔一般以1个孔为宜，石门钻场钻孔数量以3～9个为宜。 ③穿层钻孔的终孔位置，应穿过煤层顶底板0.5m以上。 ④单一煤层吨煤抽采钻孔工程量应大于0.12m；煤层群吨煤抽采钻孔工程量应大于0.10m。抽采钻孔严格按设计参数进行施工，其方位角和倾角误差不超过2，开孔位置误差不超过50mm。 ⑤开采层顺煤层钻孔，当煤厚在2m以下时可布置单排钻孔。 ⑥采煤工作面控制范围工作面前方20m以上；石门井筒揭煤工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外15m以上及工作面前方15m以上；煤巷掘进工作面控制范围巷道轮廓线外15m以上及工作面前方10m以上。 三、封孔方法与工艺 封孔方法的选择应根据抽采方法及孔口所处煤岩层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜地选用新方法、新工艺。封孔材料可选用膨胀水泥、聚氨酯等新型材料。严禁采用黄泥封孔。 1水泥砂浆封孔 采用水泥注浆泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，钻孔封孔效果好，但操作较为复杂。如图2-7所示。插入抽采管、注浆管→准备编织带→缠绕编织带→麻线捆牢→送入钻孔→注浆。 图2-7a水泥砂浆封孔材料 矿用型注浆封孔泵主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔，同时还广泛应用于煤层注水封孔、注浆封孔及其它各种类型钻孔的封孔。泵自身具有搅拌功能，封孔质量可靠，封孔工艺简单，使用方便，易于维护。其额定压力1.22.4MPa，流量0.008～0.01m3/min。矿用型注浆封孔泵主要由矿用隔爆型电磁起动器1、防爆电动机2、联轴器3、变速系统4、搅拌器5、操作离合器6、离合器操作手柄7、机座9及送浆泵10组成。如图2-8所示。 图2-7b 水泥砂浆封孔工艺 图2-8 封孔泵结构图 采煤、掘进工作面抽采钻孔封孔材料采用425＃硅酸盐水泥，抽采钻孔孔内抽采套DN25mm矿用瓦斯抽放管管长度掘进工作面6～8m，采煤工作面5～8m。DN25mm矿用瓦斯抽放管长度1.5m，抽采管在孔内端钻10～20个直径10mm的小孔，并用双层铁筛网扎好。一般在打钻将要结束时就可开始准备水泥砂浆。水泥砂浆一般应加入适量的膨胀剂，以避免凝固后收缩出现裂缝。当钻孔倾角较小时可适当增大浆液的浓度、适当增大封孔长度。水泥水石膏重量比10.50.08。 掘进工作面孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时，封孔长度一般不低于6m；孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压较高时，封孔长度一般不低于8m。在煤壁开孔的钻孔，封孔长度一般不低于10m。在软分层中施工抽采钻孔，施工完毕后，需尽快封孔、注浆，防止垮孔等影响封孔质量。采用DN25矿用瓦斯抽放管作钻孔口注浆管的连接管。封孔时先把注浆管和抽采管固定在钻孔内；固定方法可采用木塞或锚固剂等，注浆管和抽放管要露出孔口 100～150mm。封孔原则上都采用机械封孔，封孔段必须保证充满、填实。封孔前必须清除孔内煤、岩粉。 2聚氨脂封孔 聚氨脂是一种新型的化学封孔材料，由异氢酸酯、聚醚和几种添加剂反应生成硬质泡沫体。封孔前要将顶端焊有铁挡盘的封孔管准备好，根据封孔段长度确定好聚氨酯用量，然后将配制好的甲、乙两种药液混和并快速搅拌均匀，当药液由黄褐色稍变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在毛巾布上，边倒液边向封孔管上卷缠毛巾，并将卷缠好的封孔管迅速插入钻孔内。整个操作时间不超过5min。5min后药液开始发泡沫膨胀，膨胀倍数可达20倍。封孔完毕后用木楔将封孔管楔紧，以免封孔管晃动影响封孔质量。根据煤矿瓦斯抽采技术规范并结合生产实践，岩层钻孔封孔深度不小于5m，煤层钻孔封孔深度不小于8m。如图2-9所示。 图2-9 聚氨脂封孔示意图 聚氨脂封孔操作简单，省时省力，气密性好，抽采效果好，但封孔成本略高于水泥浆封孔。 四、钻孔与管路的连接 抽采管连接必须牢固可靠，气密性良好必须作在压状态下的气密性