红旗矿井瓦斯抽放设计Word格式.docx
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5）第四系
出露范围较广，以不整合接触关系覆盖于下伏不同时期地层之上，由黄土、耕植土、砂质粘土、砾石等组咙。
一样厚度5～15m。
地质构造
本区位于秦岭纬向构造带北亚带背斜的北翼（图1-2、表1-1），整体构造形态为一走向280～2900，偏向10～200·
倾角7～140的单斜构造。
区内构造以断裂为主，要紧由东西向、北西向、北北向断裂组成。
表1-1要紧断层特点表
断层名称
性质
走向
（0）
倾向
倾角
落差
（m）
延展长度（Km）
F3
正断层
N500E～N200E
NW
70
F6
EW
S
72
50～170
F9
N
60～65
50～150
F102
N500W～N600W
SW
15
F104
60
18
F127
N600W
NE
65
10
（l）F1断层，为本区西部边界断层，正断层。
区域延伸长4.1km，走向N50～200E，偏向NW，倾角700左右，落差70余米。
该断层区域上有钻孔操纵，操纵程度基本靠得住。
（2）为本区北部边界断层，正断层。
区域延展长度9km左右，走向近FW，偏向N，倾角60～700，落差50～150m。
该断层地表迹象明显，勘查工程亦见及，断层破碎带厚-62.72m不等。
该断层操纵较周密。
（3）F102断层，位于本区中部，为一走向N50～600W，偏向SW，倾角700左右的正断层，落差15～25m。
该断层在地表可见，1207孔、1312孔煤层底板不持续。
（4）古堆窑断层（F2），位于本区西部边界周围，为正断层。
区域延伸长度5km以上，走向N45～150E，偏向西北，倾角不详，落差100m左右。
该断层南段有老窑揭露，中段有勘查工程操纵，地表均为第四系覆盖，向北延伸不详。
（5）沙鱼沟断层（F1），位于本区西部边界外，延展长N45～250E，偏向NW。
落差500m双侧均被第四系松散层覆盖。
本区西部以沙鱼沟正断层（F1）古堆窑正断层（F2）、柳树沟正断层（F3）为代表的北东向断裂明显，并呈东升西降的阶梯式排列。
煤层
井田内含煤地层为石炭二叠系，有上下市合子组，有有上下石盒子组、山西组和石炭系太原群组成，总厚度为646.16m，含煤21层，其中，可采煤层仅有山西组的二1煤及太原群的一1煤两层（表1-2）。
依照勘探结果，上下石盒子组含煤性极差，仅偶见不可采点。
表1-2要紧可采煤层特点表
煤层
煤层厚度
煤层间距
煤层结构
顶底板岩性
稳定性
倾
角
容重
t/m3
最小
最大
平均
夹石层数
顶板
底板
一1
69
1-2
灰岩
泥岩
稳定
7-140
二1
1-4
砂质泥岩
砂质泥岩或泥岩
较稳定
二1煤赋存与山西组下部，上距砂锅窑砂岩65m，下距一1煤69m；
煤层层位稳固，普遍发育夹矸4层，岩性为炭质泥岩或泥岩，局部地段夹矸厚度大于可采煤层厚度；
二1煤直接顶为砂质泥岩或泥岩，局部地域为细砂岩，直接底板为泥岩、炭质泥岩或泥岩；
煤层厚度转变范围为0～23.8m，平均煤厚为4.62m，煤层倾角平缓，一样为7～140，煤层本身多呈粉重胶结状态，原生结构多数被破坏，强度极低，容重为t/m3，间隙率为16%，该煤层属中灰特低硫，高灰熔点粉状无烟煤。
二1煤是该矿的唯一主采煤层。
一1煤赋存于太原群底部，层位稳固，结构简单，局部含夹矸1～2层，煤层转变较小，转变范围为0～2.32m，煤层平均厚度1.02m，L1～L3为其直接顶，厚约10m，本溪群铝土岩或铝土质泥岩为其直接底板，厚度约7m左右，该煤层属中灰高硫高熔点块状无烟煤。
一1煤不属该矿的开采煤层范围。
区域瓦斯特点
该煤田二1煤层瓦斯成份、含量转变较大，整体而言，自西向东大体上可划分为三个瓦斯地质单元：
即19勘探线以西的逸散区、19-44勘探线之间的过渡区和44勘探线以东的富集区，其中逸散区多为煤层瓦斯风化带，煤层瓦斯战份异样，CO2成份增高，甲院含量一样小于6m3/t·
daf，过渡区煤层瓦斯成份趋于正常，瓦斯风化带散布于浅部，甲烷含量小于l5m3/t·
daf；
富集区煤层瓦斯风化带那么为一沿煤层露头散布的狭小条带。
向深部煤层瓦斯成份、含量骤增，甲烷成份高达%，甲烷含量最大值为39.73m3/t·
daf。
煤层瓦斯成份分带
由上述可知，区内二1煤层瓦斯战份虽以CH4为主，但其在瓦斯成份中所占比例均小于80%，且煤层瓦斯成份异样，其中的CO2成份偏高。
依照《煤、泥炭地质勘查标准》对煤层瓦斯的分带标准，煤层瓦斯可分为二氧化碳-氮气带、氮气-沼气带和沼气带，依其分带标准，木区均为煤层瓦斯风化带，但由于本区煤层瓦斯成份异样，结合本区煤层瓦斯含量特点及矿井生产的实际，将本区分为煤层瓦斯风化带、二氧化碳-沼气带和氮气沼气带。
（1）瓦斯风化带：
以煤层瓦斯含2m3/t·
daf等值线作为煤层瓦斯风化带的下限。
该带沿二，煤层露头分右，其下限位于煤底标高+200～+150m以上，形态与二1煤层露头大体一致。
尽管这种划分与煤层瓦斯风化带的概念不甚一致，但关于矿井生产而言那么较为有效，即在本次所划分的煤层瓦斯风化带中，煤层被开采时，矿矿山瓦斯涌出量极低。
（2）二氧化碳-沼气带：
系指煤层瓦斯成份中甲烷成份小于80%，而二氧化碳含量大于20%的范围。
该带位于煤层瓦斯风化带之下，散布于煤底标高-50m至煤层瓦斯风化带下限之间。
本成份带的划分要紧考虑本区煤层瓦斯成份的特殊性，即煤层瓦斯成份中二氧化碳成份较高，因此，划分出本成份带能够更准确的反映本区煤层瓦斯成份的特性。
（3）氮气-沼气带：
系指煤层瓦斯成份中甲烷成份小于80%，二氧化碳战份亦小于20%的区域，该带散布于本区的深部。
第二章矿井瓦斯涌出
矿井瓦斯涌出特点
据近几年矿井瓦斯鉴定结果（表2-1），绝对涌出量（CH4）为～9.36m3/min，相对瓦斯涌出量（CH4）在～9.21m3/t·
d之间，矿井瓦斯品级为低瓦斯矿井，生产中未发生煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸事故。
矿井瓦斯涌出要紧来自开采煤层本身，一样情形下，回采工作面CH4浓度在～％之间，矿井总回风巷CH4浓度为～％。
放顶后，矿井瓦斯无明显增大现象。
由表6-1尚可看出，随着矿井开采水平的延深，矿井瓦斯相对涌出量和绝对涌出量均无明显增大，相反却略有降低，这除与矿井生产效率、采煤方式等有关外，也间接地说明了本区煤层瓦斯普遍较低、煤层瓦斯含量与煤层埋深关系不明显的瓦斯赋存特点。
表2-1历年矿井瓦斯鉴定结果表
鉴定时间
绝对涌出量
（m3/min）
相对涌出量（m3/t·
d）
矿井瓦斯等级
开采标高
低瓦斯矿井
+135
+145
+173
+115
煤与瓦斯突出危险性
煤与瓦斯突出是矿井开采进程中煤层瓦斯的一种动力现象，其发生受煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力和煤体结构等多种地质因素的制约。
大量的生产实践说明，煤与瓦斯突出多发生在煤层瓦斯含量高、煤层具有必然厚度的软分层、煤层瓦斯压力大的开采地段，其中较高的煤层瓦斯含量是发生煤与瓦斯突出的前提条件。
前已述及，本区煤层瓦斯成份中CH4成份均小于80％，煤层瓦斯含量在～6.02m3/t·
daf之间，为低瓦斯煤层；
煤层瓦斯的原始压力较小，仅为～，可见本区煤层不具有煤与瓦斯突出的前提条件。
另外，近几年的开采实践说明，开采中矿井相对涌出量均小于10m3/t·
d，为低瓦斯矿井，生产中未发生矿井瓦斯爆炸和煤与瓦斯突显现象。
第三章煤层瓦斯基础参数
煤层瓦斯含量
据取样测试结果（表3-1）。
二1煤层瓦斯含量为～6.02m3/t·
daf，其转变与瓦斯成份转变大体一致，即随着煤层埋深的增加而增高。
经对钻孔取样测试结果分析，本区煤层瓦斯含量（W）与煤层埋深（H）的关系式为：
W=+（n=13r=
由上式可知，本区煤层瓦斯含量的转变梯度为105m/（m3/t·
daf），即当煤层瓦斯含量增加lm3/t·
daf时，煤层埋深增加105m，其瓦斯转变梯度较大。
同时能够看出，煤层瓦斯与煤层埋深的相关系数仅为（图3-1），说明本区煤层瓦斯含量虽有随煤层埋深增力口而增高的转变趋势，但其相关性并非明显。
图1-1瓦斯含量与开采深度的关系
由于矿井生产未取得较为系统的瓦斯涌出资料，现仅籍14070、14090工作面瓦斯涌出资料，对矿井瓦斯涌出与煤层瓦斯含量之间的关系简述如下。
为分析瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量之间的关系，本次选择了当月仅有一个工作面采煤的矿井通风资料（表3-1），依照其工作面通风量、CH4浓度和本月的产量和生产天数，求出了该工作面的瓦斯相对涌出量，以期分析相对瓦斯涌出量与煤层原始瓦斯含量。
表3-1煤层原始瓦斯含量
工作面
编号
风量
CH4浓度
（％）
相对涌出量
（m3/t·
煤层瓦斯含量
daf）
14070
14090
（1508孔）
由表3-1能够看出，相对瓦斯涌出量均高于煤层的原始甲烷含量，一样地，相对涌出量是煤层原始甲烷含量的1～倍。
试结果大体反映了被测试煤层瓦斯的原始瓦斯压力。
煤层瓦斯压力
表3-2煤层瓦斯压力测试结果
孔号
补1
补2
补3
补4
煤层止深（m）
压力（Mpa）
煤层瓦斯压力测定结果表3-2。
本区二1煤层瓦斯压力为～Mpa，说明区内煤层瓦斯压力相对较小，煤层瓦斯呈低压欠饱和状态赋存。
第四章瓦斯抽放方式
瓦斯抽放方式选择依据
选择抽放瓦斯方式，应依照煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确信。
并应符合以下要求：
（1）尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道。
（2）适应煤层的赋存条件及开采技术条件。
（3）有利于提高瓦斯抽放率。
（4）抽放成效好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能知足利用要求。
（5）尽可能采纳综合抽放。
（6）抽放瓦斯工程系统简单，有利于保护和平安生产，建设投资省，抽放本钱低。
鹤壁六矿二1煤层为单一厚煤层，采纳厚煤层放顶煤开采工艺，掘进期间有异样瓦斯涌显现象，工作面瓦斯要紧来自本煤层，因此，鹤壁六矿的瓦斯抽放方式为本煤层瓦斯抽放结合采空区瓦斯抽放方式。
本煤层抽放瓦斯方式可按以下要求选择：
（1）煤层透气性较好，宜采纳本煤层预抽方式，一样优先考虑沿层布孔方式；
当突出危险性大时，可选择穿层布孔方式。
（2）有必然倾角的分层开采煤层，宜采纳边采边抽的卸压抽放方式。
（3）单一低透气性高瓦斯煤层，可选用密集网格钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔操纵卸压爆破、物理化学等方式强化抽放。
（4）煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采纳边掘边抽或先抽后掘的卸压抽放方式。
依照鹤壁六矿二1煤层赋存条件、瓦斯来源、瓦斯基础参数及其突出危险性，考虑到煤层透气性差，但采纳放顶煤开采的特点，利用厚煤层放顶煤开采工作眼前方卸压范围大的特点，采纳本煤层预抽、边采边抽和高位钻孔相结合的综合抽放瓦斯方式作为鹤壁六矿的要紧瓦斯抽放方式。
回采工作面采纳抽放方式为顺层交叉钻孔抽放和高位钻孔抽放相结合的综合抽放方式。
回采工作面瓦斯抽放方式设计
4.2.1回采工作面瓦斯抽放方式
目前，回采工作面顺层布孔方式要紧有顺煤层扇形布孔预抽、顺煤层平行布孔预抽、顺煤层交叉钻孔预抽、顺煤层迎向钻孔预抽方式等。
考虑到大峪沟矿煤层瓦斯来源及煤层透气性系数，采纳沿层交叉钻孔布置，既知足预抽，也知足边采边抽。
4.2.1.1沿层交叉抽放钻孔布置
布孔方式如图4-1所示。
钻孔直径75～89mm，钻孔长度为60～70m,钻孔间距2.5m,钻孔仰角为16°
，即在煤层内形成穿层孔布置。
迎向交叉钻孔夹角20。
沿层钻孔和交叉钻孔距离布置。
钻孔进入采动阻碍带之前，预抽时刻不得低于6个月。
交叉钻孔距工作面21～24m时开始进行边采边抽。
图4-1沿煤层交叉钻孔布置
1—风巷；
2—机巷；
3—迎面交叉钻孔；
4—沿层钻孔
4.2.1.2回风钻场高位钻孔抽放采空区瓦斯
钻孔方式如图4-2所示，钻场设计见图4-3。
钻孔长度为60m，钻场间距为50m,抽放目的为解决工作面上隅角瓦斯超限。
钻孔偏角别离为10°
、13°
和15°
，仰角15°
，钻孔终孔操纵巷帮17～23m，众孔层位操纵裂隙带高度20m。
图4-2高位钻孔布置图
3—钻孔；
4—钻场
图4-3高位钻场布置图
4.2.1.3抽放量估量
沿煤层交叉钻孔为预抽，为高浓度低流量瓦斯抽放方式，估量预抽瓦斯量为1.0m3/min，抽放瓦斯浓度为30%，抽放混合量为5m3/min。
高位钻孔为低浓度大流量抽放方式，估量抽放量为1.5m3/min，抽放瓦斯浓度为10%。
抽放混合量为15m3/min。
工作面累计抽放纯量为2.5m3/min,抽放混合量为16.67m3/min。
第五章瓦斯抽放系统与抽放设备
瓦斯抽放系统
依照鹤壁六矿生产采区布局具体条件，鹤壁六矿八采区设计为井下移动式瓦斯抽放泵站，抽放管路系统比较简单，要紧有工作面抽放管路、ZWY-40/75移动式瓦斯抽放泵站、排气管路等组成。
12090工作面抽放管路系统为：
煤层钻孔瓦斯→风巷4吋和机巷3吋抽放管路→进入采区变径为6吋管路→ZWY-40/75移动式瓦斯抽放泵站→离开采变径为6吋管路→进入采区总回风。
图4-4瓦斯抽放系统示用意
瓦斯抽放管路设计
5.2.1抽放管路直径计算
抽放管路直径选择按下式计算：
式中
——系统混合瓦斯流量，m3/min；
——管路内径，m；
——管路内瓦斯流动速度，取经济流速，取V=10m/s。
（1）机巷支管直径计算
分担机巷沿煤层交叉钻孔预抽煤层瓦斯量，即抽放量1m3/min，瓦斯浓度为30%，抽放混合量为3.3m3/min，取管中合理流速为10m/s，那么该支管直径为：
（m）
该支管直径选用3吋管，敷设在14090工作面机巷。
（2）风巷支管直径计算
分担风巷高位钻孔抽放瓦斯量，即抽放量1.5m3/min，瓦斯浓度为20%，抽放混合量为3.3m3/min，取管中合理流速为10m/s，那么该支管直径为：
该支管直径选用4吋管，敷设在14090工作面风巷。
（3）主管直径计算
分担工作面高位钻孔抽放瓦斯量和沿煤层交叉钻孔预抽煤层瓦斯量，即抽放量2.5m3/min，瓦斯浓度为15%，抽放混合量为16.7m3/min，取管中合理流速为10m/s，那么该支管直径为：
该支管直径选用6吋管，敷设在泵站到14090工作面和泵站到总回风道的正压管路。
5.2.2抽放管路阻力计算
抽放管路阻力按下式计算：
式中H——阻力损失，Pa；
L—直管长度，m；
Q—瓦斯流量，m3/h；
D——管道内径，cm；
K——系数，见表5-1；
γ——混合瓦斯对空气的相对密度，见表4。
表5-1不同管径的系数K值
通称管径（mm）
20
25
32
40
50
K值
80
100
125
150
＞150
（1）风巷支管管路阻力
风巷支管抽放量大，瓦斯浓度低，是支管中管路阻力最大的，故支管管路阻力计算采纳该支路进行计算。
风巷支管抽放瓦斯浓度为20%，抽放混合量为0m3/min，管路长度按最大1000计算，气体密度为，那么该支管直径为：
（Pa）
式中当管路直径为D=10.12cm时,系数K=。
（2）机巷支管管路阻力
机巷支管抽放量大，瓦斯浓度低，是支管中管路阻力最大的，故支管管路阻力计算采纳该支路进行计算。
风巷支管抽放瓦斯浓度为30%，抽放混合量为3.33m3/min，管路长度按最大800计算，气体密度为，那么该支管直径为：
式中当管路直径为D=7.62cm时,系数K=。
（3）主管管路阻力
风巷支管抽放瓦斯浓度为15%，抽放混合量为16.67m3/min，管路长度按最大600计算，气体密度为，那么该支管直径为：
式中当管路直径为D=,系数K=。
（4）直管管路阻力
选择管路阻力最大支管进行计算，故采纳风巷支管管路阻力计算抽放系统直管管路阻力。
（5）局部阻力
抽放管路的局部阻力损失计算采纳估算法，即取直管管路阻力的15%计算，那么：
（6）抽放管路总阻力
瓦斯抽放泵的选型
一样情形下，要选择抽放泵，第一要选型，然后是选择容量。
需结合本矿井的具体条件，并结合各类类型抽放泵的特性、优缺点及其适用条件来选择适合本矿井的瓦斯泵类型。
（1）抽放泵的选型原那么
①抽放泵的流量必需知足矿井抽放期间估量最大瓦斯抽放量的要求；
②在抽放期间，抽放泵的负压必需能克服管路系统的最大阻力；
③抽放泵要具有良好的气密性。
（2）经常使用抽放泵的类型
目前国内利用的抽放泵大致分为三类：
1水环式真空泵
2离心式鼓风机
3回转式鼓风机。
抽放泵的选型计算包括泵的流量和压力的计算。
5.3.1抽放泵容量计算
矿井抽放瓦斯总量是指矿井整个效劳年限中最大的瓦斯抽放量，因此瓦斯泵的流量与矿井抽放泵的布置方式有关，如几个矿井共用一台泵抽放，那么该泵的流量确实是几个矿井最大瓦斯抽放量之和。
鹤壁六矿抽放泵容量采纳下式计算：
式中Q——瓦斯泵的额定流量，m3/min；
Qz——矿井抽放瓦斯总量（纯量），m3/min；
X——矿井抽放瓦斯浓度，％；
K——备用系数，取K：
；
η——瓦斯泵的机械效率，一样取。
考虑到封孔技术及矿井抽放治理技术水平，泵站抽放瓦斯浓度按15%计算，那么抽放泵容量为：
（m3/min）
5.3.2抽放泵压力计算
瓦斯泵的压力确实是要克服瓦斯从井下钻孔口起，经瓦斯管路到抽放泵，再送到用户所产生的全数阻力损失。
一样由下式计算：
式中H——瓦斯泵的压力，Pa；
Hr——井下负压管路的全数阻力损失，Pa；
Hc——地面正压管路的全数阻力损失，Pa；
hzk——抽放钻孔所需负压，Pa；
hrm——井下负压管路的摩擦阻力损失，Pa；
，
hrj--井下负压管路的局部阻力损失，Pa；
hcm——地面正压管路的摩擦阻力损失，Pa；
hcj--地面正压管路的局部阻力损失，Pa；
hzh——用户所需正压，Pa；
K——备用系数，取。
对移动抽放系统来讲，瓦斯泵抽放的瓦斯直接送入总回风，无地面正压管路的全数阻力损失Hc。
钻孔孔口负压要紧作用为克服封孔管及钻孔阻力，故钻孔孔口负压取为3000Pa。
则抽放泵压力为：
５.3.3抽放泵选型
水环式真空泵真空度高，工作轮内充满水，有防爆阻焰作用，运行平安、靠得住；
尤其适用于煤层透气性低、管路系统阻力大、需高负压抽放，且瓦斯抽出量较小的矿井，应选用水环式真空泵。
在泵的容量方面，考虑到大峪沟以后开采区瓦斯要明显大于目前开采区域，在泵容量选择上，留有必然的余地，应选择煤炭科学研究总院抚顺分院生产的ZWY-40/75型移动式瓦斯抽放泵站，该泵为SK型水环式真空泵，最大吸气量40.0m3/min，极限真空度81KPa，配套电机功率75KW，耗水量150L/min，知足矿井利用要求。
表5-2ZWY-40/75移动泵站性能参数
型号
抽气量
m3/min
极限
真空度
kPa
电机功率
kw
工作电压
V
外形尺寸
m
ZWY-40/75
-81
75
380/660
×
5.3.4抽放泵房布置
ZWY-40/75型移动式瓦斯抽放泵站如图5-1，泵站组成如图5-2所示。
抽放泵站布置如图5-3。
图5-1ZWY-40/75型移动式瓦斯抽放泵站
图5-2ZWY-40/75型移动式瓦斯抽放泵站组成
1—气水分离器；
2—磁处置水防垢器；
3—纳西型（双作用径向进气）水环式
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