红岭煤矿瓦斯抽放设计Word格式.docx
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煤种较多，以瘦煤为主，肥煤、焦煤、贫煤、无烟煤为辅，从生产揭露煤层情况，1l采区以北，15采区为低灰、低硫、低磷、高发热量，易选的优质焦煤，洗选后磷含量相应降低，但仍超出炼焦用煤标准，故作炼焦配煤为宜。
瘦煤、肥煤可做炼焦配煤使用，贫煤和无烟煤可做为动力用煤和民用煤使用。
二1煤层不自燃，煤尘爆炸指数21.18%。
1.4井田构造
安阳矿区位于太行山东麓，属新华夏构造体系的第二沉降与第三隆起带过渡地带，构造形迹受新华夏构造体系控制，而红岭井田位于安阳矿区北端，主要构造基本沿NNE方向展布，属向东和SEE方向倾斜的单斜构造，地层倾角6～40°
，一般6～17°
，平均倾角16°
。
井田内以断裂构造为主，对井田破坏较大，对二1煤层开采有较大影响。
褶曲为辅，对二1煤层开采影响较小。
局部有火成岩侵入对煤层开采稍有影响。
（1）断层
红岭井田内有19条较大断层，其中位于本矿井田内断层有F1、FB58、F12、F26、FB57、F38、F32北等8条较大断层。
（2）褶曲
井田内发育有宽缓小褶曲，其发育均不明显。
前岭向斜位于前岭村南，向斜轴部与第九勘探线近于重合，其两端由F18断层开始向东延深900m，过F19断层后倾伏消失。
红岭小穹隆之长轴方向为NNE向，它的形成是受扭压力作用的结果，该穹隆在红岭煤矿井下巷道所揭露。
（3）火成岩
在井田西南角12-4、13-4和3609孔均发现沿二1煤层有灰白色、浅灰色的闪长斑岩侵入，闪长斑岩属中性，浅成相的岩床。
其厚度2～6m，侵入范围约1km2。
火成岩的侵入使煤层变薄分叉，煤层变质程度高，甚至局部变成天然焦，同时形成了以天然焦为中心的环带状煤中分布。
火成岩对本矿开采二1煤层影响不大。
表1-1红岭煤矿历年矿井瓦斯等级鉴定结果
年份
相对瓦斯涌出量m3/t
绝对瓦斯涌出量m3/min
鉴定等级
1996
15.65
9.86
高沼
1997
23.19
15.16
1998
17.45
9.88
1999
17.12
12.04
2000
22.79
19.3
2001
28.06
24.96
2002
21.15
23.75
2003
21.12
24.6
2004
18.97
23.28
1.5矿井通风瓦斯概况
红岭煤矿由主、副斜井进风和立风井回风组成中央边界式通风系统，为负压抽出式通风方式。
矿井总进风量4025m3/min，矿井负压283.7mmH2O，有效风量率85.4%，矿井等积孔1.51。
2004年矿井绝对瓦斯涌出量23.28m3/min，相对瓦斯涌出量18.97m3/t，为高瓦斯矿井。
历年矿井瓦斯等级鉴定结果如表1-1所示。
1.6矿井煤炭储量
根据红岭煤矿提供的二1煤层底板等高线及储量计算图，截止2003年底矿井保有工业资源储量4413.9万t，加上主焦煤矿新划归本矿开采的669.2万t，共计有工业资源储量5083.1万t。
矿井生产能力最高可达60万t/a。
2煤层瓦斯基础数据
2.1煤层瓦斯压力
根据《矿井瓦斯抽放管理规范》的要求，瓦斯压力采用直接测定方法，一般在岩石巷道中向煤层打钻孔、封孔及安装压力表直接测定煤层瓦斯压力。
测定工作应注意：
（1）测定地点要选在无断层、裂隙等地质构造处，瓦斯赋存状况要具有代表性；
（2）测压巷道距煤层的岩柱距离不应小于10m；
（3）压孔的孔径以75mm为宜，要贯穿整个煤层（厚煤层应钻入煤层3m以上），完钻后应及时封孔，封孔要严密，测压管接头不得漏气。
红岭煤矿尚未对二1煤层瓦斯压力进行过测定，根据同一矿区安阳矿务局龙山煤矿的瓦斯资料推测，预计红岭煤矿二1煤层瓦斯压力0.67～1.89MPa。
2.2煤层瓦斯含量
煤层瓦斯含量是指每吨煤或每立方米煤体中含有的瓦斯量，单位是m3／t或m3／m3。
根据《矿井瓦斯抽放管理规范》的要求，常用的煤层瓦斯含量测算法是：
取煤样送实验室做煤的吸附性能实验，求出吸附常量a、b值，并在井下相应地点测定煤层的瓦斯压力，以下列公式计算瓦斯含量：
式中
——煤层瓦斯含量，m3/t；
——吸附常数，试验温度下的极限吸附量，m3／t；
——吸附常数，MPa-1；
——煤层瓦斯压力，MPa；
——煤的灰分，％；
——煤的水份，％；
——煤的孔隙体积，m3／m3；
——煤的密度，t／m3。
红岭煤矿在鉴定二1煤层的自燃倾向性和煤尘自燃倾向性时，曾对二1煤层煤质进行可工业分析，但二1煤层的吸附常数和煤的孔隙体积没有进行测定，所以不能根据朗格缪尔公式计算二1煤层的瓦斯含量。
根据红岭煤矿地质报告，二1煤煤层采深321.54～646.53m，瓦斯含量2.68～9.16m3/t。
随着开采深度的增加，瓦斯含量急剧增大，特别是-350m以下，增大更为明显。
2.3矿井瓦斯储量及可抽量
2.3.1矿井瓦斯储量
瓦斯储量系指煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层赋存的瓦斯总量。
其计算公式为：
——矿井瓦斯销量，万m3；
——可采煤层的瓦斯储量总和，万m3；
——可采煤层采动影响范围内的不可采邻近煤层的瓦斯储量总和，万m3；
——围岩瓦斯储量，万m3。
当围岩瓦斯很小时，
；
若含瓦斯量多时，可据经验取之或实测而定。
红岭煤矿主采煤层为二迭系下统山西组二1煤，采动影响范围内无邻近煤层即
，围岩瓦斯含量很小即
，则红岭煤矿矿井瓦斯储量为主采煤层的瓦斯储量总和，即
截止2003年年底，红岭煤矿二1煤层工业储量为5083.1万t，二1煤层瓦斯含量
，则矿井瓦斯储量为
2.3.2可抽瓦斯量
可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平能被抽出来的最大瓦斯量。
其概算法是：
可抽瓦斯量＝瓦斯储量×
抽放率
根据《矿井瓦斯抽放管理规范》第28条和《矿井瓦斯抽放技术规范》4.3条规定，以本煤层预抽为主的矿井，工作面抽出率不小于25%，则红岭煤矿的可抽瓦斯量为
2.4煤层透气性系数
根据煤层气试井渗透试验，红岭煤矿二1煤层的渗透率为0.0392～0.28×
10-3μm2。
根据安阳矿区龙山煤矿、安林煤矿的现场测定结果，二1煤层透气性系数为2.92～8.36m2/MPa2.d。
根据《矿井瓦斯抽放管理规范》第19条和《矿井瓦斯抽放技术规范》4.1.1条规定，红岭煤矿二1煤层属可以抽放煤层。
2.5钻孔瓦斯流量衰减系数
钻孔瓦斯流量衰减系数是表示钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关系的系数，可作为评估开采层预抽瓦斯难易程度的一个指标。
根据《矿井瓦斯抽放管理规范》，钻孔瓦斯流量衰减系数的测算方法是：
选择具有代表性的地区打钻孔，先测其初始瓦斯流量
，测试时间一般不低于10d，经过时间t后，再测其瓦斯流量
，然后以下式计算之：
——钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1；
——钻孔初始瓦斯流量，m3/min；
——经t时间后的钻孔瓦斯流量，m3/min；
t——瓦斯排放时间，d。
红岭煤矿尚未对二1煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数进行过测定。
根据安阳矿区龙山煤矿、安林煤矿的现场测定结果，二1煤层钻孔瓦斯流量衰减系数0.0108～0.0803d-1
2.6钻孔瓦斯流量
红岭煤矿现有YD-Ⅳ型移动式抽放泵一台，额定最大抽放流量20m3/min。
在四采区下山-300m标高处施工抽放钻场3个，穿层钻孔81，钻孔总长度1593.5m。
系统混合抽放量15m3/min，瓦斯浓度27%，系统纯瓦斯流量达4.05m3/min。
据此计算，百米穿层钻孔抽放量为0.254m3/min.hm，如表2-1所示。
另据对部分穿层钻孔抽放瓦斯流量和浓度的测定，红岭煤矿穿层钻孔单孔纯瓦斯抽放量为0.005～0.39m3/min，平均单孔纯瓦斯抽放量为0.104m3/min，单孔瓦斯浓度15%～100%，平均单孔瓦斯浓度83%，如表2-2所示。
表2-1红岭煤矿四采区穿层钻孔个数和抽放量
钻场
编号
钻孔个数
（个）
钻孔长度
（m）
系统混合流
量（m3/min）
瓦斯浓度
（%）
系统纯流量（m3/min）
百米钻孔抽放量
（m3/min.hm）
1
19
392.9
2
25
554.1
3
37
646.5
合计
81
1593.5
15
27
4.05
0.254
表2-2红岭煤矿四采区部分穿层钻孔流量和钻孔长度
钻孔
钻孔混合流量
（m3/min）
钻孔纯瓦斯量
6
0.23
100
6.2
17
0.39
5.1
18
0.28
90
0.252
14.4
9
0.113
68
0.077
11.8
12
0.084
60
0.050
10.5
14
55
0.042
8.0
0.027
0.004
6.5
20
0.122
80
0.098
6.4
40
0.02
28
0.0075
0.005
32.6
29
0.121
77
0.093
8
32
0.075
85
0.064
9.7
33
0.071
0.082
70
0.057
30.5
3瓦斯抽放的必要性和可行性
3.1瓦斯抽放的必要性
根据《煤矿安全规程》第一百四十五条、《矿井瓦斯抽放管理规范》第9条、《煤矿瓦斯抽放技术规范》2.1的有关规定，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：
（1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min。
（2）矿井绝对瓦斯涌出量大于15m3/min，年产煤量不大于40万t。
（3）矿井绝对瓦斯涌出量大于20m3/min，年产煤量不大于60万t。
（4）矿井绝对瓦斯涌出量大于25m3/min，年产煤量不大于100万t。
（5）矿井绝对瓦斯涌出量大于30m3/min，年产煤量不大于150万t。
（6）矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。
（7）开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。
红岭煤矿主采煤层二1煤层，煤层瓦斯含量可达9.16m3/t，矿井年产煤量60万t/a，矿井绝对瓦斯涌出量23.28m3/min，且个别回采工作面的瓦斯涌出量达到10m3/min，个别掘进工作面的瓦斯涌出量达到4.5m3/min。
因此，红岭煤矿必须建立瓦斯抽放系统，通过抽放瓦斯来保证矿井的安全生产。
3.2瓦斯抽放的可行性
3.2.1二1煤层透气性系数中等，属可以抽放煤层
根据《矿井瓦斯抽放管理规范》第19条、《煤矿瓦斯抽放技术规范》4.1.1、《矿井瓦斯抽放工程设计规范》4.1.3的规定，对未卸压的原始煤层，瓦斯抽放的难易程度划分为三类，如表3-1所示。
表3-1煤层瓦斯抽放难易程度表
类别
钻孔流量衰减系数
（d-1）
煤层透气性系数
（m2/MPa2·
d）
容易抽放
可以抽放
较难抽放
＜0.003
0．003～0.05
＞0.05
＞10
10～0.1
＜0.1
与表3-1瓦斯抽放难易程度划分标准对比表明，红岭煤矿二1煤层属于可以抽放煤层。
因此，红岭煤矿采用瓦斯抽放方法来防治矿井瓦斯是可行的。
3.2.2抽放系统参数满足《矿井瓦斯抽放管理规范》第10条
《矿井瓦斯抽放管理规范》第10条规定，建立永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列2个条件：
（1）瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2m3／min以上。
（2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在10年以上。
红岭煤矿正在进行井下局部抽放试验，抽放系统浓度27%，纯瓦斯流量达到了4m3/min以上。
从瓦斯储量和服务年限看，红岭煤矿二1煤层瓦斯储量46561.2m3，预计瓦斯抽放服务年限可达30年。
因此，红岭煤矿抽放系统参数满足《矿井瓦斯抽放管理规范》第10条。
4抽放方法
4.1抽放方法选择依据
选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、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定。
并应符合下列要求：
（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）抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求。
（5）尽量采用综合抽放。
（6）抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。
红岭煤矿二1煤层为可以抽放的单一厚煤层，是矿井瓦斯的主要来源，且具有突出危险性，据此选择本煤层预抽方法作为红岭煤矿的主要抽放方法。
本煤层抽放瓦斯方法可按下列要求选择：
（1）煤层透气性较好，宜采用本煤层预抽方法，一般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）透气性较差，有一定倾角的分层开采煤层，宜采用边采边抽的卸压抽放方法。
（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、深孔控制卸压爆破、物理化学等方法强化抽放。
（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卸压抽放方法。
根据红岭煤矿二1煤层赋存条件、瓦斯来源、瓦斯基础参数及巷道布置方式，对采掘工作面采用本煤层预抽和采空区抽放相结合的抽放方式。
4.2回采工作面预抽方法设计
4.2.1回采工作面预抽方法
目前，回采工作面预抽方法主要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、煤层湿润抽放等。
（1）顺煤层扇形布孔预抽
在回采工作面机风两巷做钻场，钻场间距15～30m，每个钻场施工3～10个钻孔，钻孔顺煤层布置。
钻孔布置方式如图4-1所示。
图4-1顺煤层扇形布孔预抽瓦斯
（2）顺煤层平行布孔预抽
这是近几年回采工作面瓦斯预抽的主要方法，通常在采煤工作面机、风两巷向回采区域施工钻孔，钻孔间距根据煤层透气性和预抽时间而定，8～10m或2～3m，孔径75mm，孔深60～70m。
对于低透气性煤层，预抽率较低。
钻孔布置方式如图4-2所示。
图4-2顺煤层平行布孔预抽瓦斯
（3）顺煤层交叉钻孔预抽
在高瓦斯和突出危险煤层中采用交叉钻孔抽放，两种布孔方式如图4-3所示。
钻孔直径76mm，迎向钻孔夹角50°
～65°
，钻孔间距Lc根据煤层必须的抽放率而定。
钻孔进入采动影响带之前，预抽时间不得低于6个月。
煤层抽放率（瓦斯涌出量降低水平）在钻孔间距16m时为30～40%，在钻孔间距为12m时为40～50%。
图4-3顺煤层交叉布孔预抽瓦斯
（4）顺煤层迎向钻孔预抽
在煤质较硬的含瓦斯煤层中采用迎向钻孔抽放。
两种布孔方式如图4-4所示，在目前的打钻技术水平条件下，这种方法建议在斜长150m以下的采面应用。
如果分层开采采空区中丢有煤炭，需对采空区瓦斯进行抽放，在上下山处向采空区冒落拱打高位钻孔。
钻孔夹角50°
，最小超前抽放距离L0不低于150m，高位钻孔距离L=1.5～2Lc。
当Lc=8m，预抽时间不低于6个月时，煤层抽放率30～40%。
在超前距离为150m时，采动影响带内抽放率20%。
（5）煤层湿润抽放
此法用在透气性大于10-3毫达西的高透气性煤层。
首先用平行钻孔进行预抽，当平行钻孔距工作面90～100m时开始用该孔注水湿润煤体，随后用风巷打的迎向钻孔进行卸压带抽放。
注水工作完成后，平行钻孔继续抽放。
迎向钻孔的孔底沿采面距风巷的距离不小于采面斜长的三分之一。
如图4-5所示。
迎向钻孔倾角50°
～60°
，钻孔间距Lc=1.52Ln。
图4-4顺煤层迎向布孔预抽瓦斯
图4-5煤层湿润预抽瓦斯
4.2.2红岭煤矿回采工作面预抽方法设计
根据红岭煤矿瓦斯地质条件和回采工作面生产布置方式，回采工作面预抽采用顺煤层迎向布孔方式。
4.2.2.1工作面概况
红岭煤矿回采工作面走向长度设计500m，倾斜长度100m，可采面积50000m2，平均煤层厚度6.2m，可回采煤量406.1Kt，可采期15个月。
回采工作面采用走向长壁后退式简易放顶煤采煤法，采用金属支架，回采工
图4-6回采工作面预抽顺煤层平行钻孔布置示意图
艺为打眼爆破落煤，全部陷落法管理顶板。
回采工作面两巷采用木柱支护，支护规格为2.4m×
2.4m。
4.2.2.2回采工作面瓦斯储量
回采工作面煤炭储量406.1Kt，二1煤煤层瓦斯含量
，则回采工作面的瓦斯储量为3719.876Km3。
红岭煤矿为高瓦斯矿井，根据《矿井瓦斯抽放管理规范》第28条、《煤矿瓦斯抽放技术规范》第4.3条，预抽煤层瓦斯的矿井，回采工作面抽出率不小于25％，则回采工作面的需抽瓦斯量为929.969Km3。
4.2.2.3抽放钻孔布置
（1）钻孔布置方式
根据回采工作面的煤层地质条件和机风两巷的断面大小，决定采用顺煤层平行布孔方式，由工作面机巷施工上行钻孔，钻孔轴线平行于回采工作面煤壁。
（2）钻孔布置参数
钻孔为上行钻孔，由回采工作面机巷施工，钻孔间距2m，。
自距离工作面切眼5m起，沿机巷每2m布置一个钻孔，直至工作面停采线为止，如图4-6所示。
（3）钻孔参数
钻孔直径75mm，设计长度90m。
（4）吨煤钻孔长度
回采工作面共布置钻孔250个，累计钻孔总长度22500m，吨煤钻孔长度为0.055m/t。
按照《矿井瓦斯抽放管理规范》第28条，当采用顺层孔抽放时，吨煤钻孔量如表4-1所示。
表4-1吨煤钻孔量表单位：
m／t
煤层类别
薄煤层
中厚煤层
厚煤层
0.05
0.03
0.01
0.05～0.1
0.03～0.05
0.01～0.03
＞0.1
＞0.03
红岭煤矿二1煤层属于可以抽放煤层，煤层平均厚度6.2m左右，设计吨煤钻孔长度为0.055m/t，根据表4-1的规定，达到了对可以抽放的厚煤层规定的吨煤钻孔量0.03～0.05m/t的标准。
4.2.2.4抽放效果预计
（1）百米钻孔抽放量
根据红岭煤矿穿层钻孔瓦斯抽放量的考察结果，以及邻近矿井本煤层预抽情况，二1煤层百米钻孔抽放量平均按0.018m3/min.hm考虑。
（2）抽放时间
回采工作面的需抽瓦斯量为929.969Km3。
回采工作面累计钻孔250个，总长度22500m，封孔长度按5m考虑，则整个采面的有效抽放钻孔长度为21250m，系统抽放量为3.82m3/min。
根据计算，红岭煤矿二1煤层回采工作面按照本设计的钻孔布置方式和钻孔参数，每天抽放时间按24h，回采工作面预抽时间不应小于169d，考虑到泵的维护和各种因素，设计预抽时间为180d。
（3）吨煤抽放量
回采工作面的需抽瓦斯量为929.969Km3，煤炭储量406.1Kt，则回采工作面吨煤抽放量为2.29m3/t。
4.2.2.5抽放管路选型
抽放管路直径选择按下式计算：
——管路内径，m；
——系统混合瓦斯流量，m3/min；
——管路内瓦斯流动速度，取安全流速
回采工作面需抽瓦斯量为929.969Km3，抽放时间为150d，回采工作面平均抽放流量为7.65m3/min，抽放瓦斯混合浓度按50%考虑（依据安监总办字[2005]26号，预抽瓦斯浓度应不小于50%），则工作面混合瓦斯流量
=7.64m3
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