開(kāi)元煤礦1.5Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖-采礦工程.zip

開(kāi)元煤礦1.5Mta新井設(shè)計(jì)含5張CAD圖-采礦工程.zip,開(kāi)元,煤礦,1.5,Mta,設(shè)計(jì),CAD,采礦工程 煤礦瓦斯區(qū)域治理技術(shù)研究摘要：礦井瓦斯是生產(chǎn)礦井中嚴(yán)重自然災(zāi)害的重要根源之一。井巷及采場(chǎng)瓦斯的超限存在可導(dǎo)致人員窒息、遇火爆炸等礦井重大安全事故。多年以來(lái)，為了徹底治理好礦井瓦斯隱患，國(guó)內(nèi)外廣大煤炭科技人員已經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)期的艱苦努力和技術(shù)探索。特別是近20多年來(lái)，隨著礦井安全技術(shù)工作向縱深方向的逐步發(fā)展，攻克了一個(gè)又一個(gè)的瓦斯治理技術(shù)難題。關(guān)鍵詞：瓦斯區(qū)域治理；煤與瓦斯共采；瓦斯抽放；鉆爆抽一體化1 緒論1.1引言我國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭產(chǎn)量占世界的37%，煤炭作為我國(guó)的主要能源，分別占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的76%和69%。國(guó)家能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(20042020午)中已經(jīng)確定，中國(guó)將“堅(jiān)持以煤炭為主體、電力為中心、油氣和新能源全面發(fā)展的能源戰(zhàn)略”。顯然，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭作為我國(guó)的主導(dǎo)能源不可替代。我國(guó)的煤礦瓦斯與煤塵爆炸事故、煤與瓦斯突出事故頻繁發(fā)生，傷亡人數(shù)多，嚴(yán)重影響著煤礦的安全生產(chǎn)。目前，全國(guó)共有高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井約9000多處，占生產(chǎn)礦井總數(shù)的30%左右。建國(guó)50多年來(lái)，我國(guó)一次傷亡100人以上的特別重大事故共發(fā)生71次，僅瓦斯爆炸事故就達(dá)49起，占全部特別重大事故的69%?？梢哉f(shuō)，礦井瓦斯災(zāi)害防治工作不論是過(guò)去還是將來(lái)，一直是煤礦安全工作的重中之重。我國(guó)煤礦開(kāi)采深度平均每年增加1020m，隨采深的增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力、地溫也越來(lái)越高，煤礦自然災(zāi)害的威脅逐步加重，治理的難度也越來(lái)越大。煤層瓦斯壓力平均過(guò)年增加0.10.3MPa，瓦斯涌出量每年增加約1.5Bm3。45戶(hù)重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)中高瓦斯和突出礦井的比例2005年比2004年增加了10%。瓦斯作為一種潔凈能源，應(yīng)予以開(kāi)采和利用的科學(xué)采礦觀，它既是我國(guó)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的主要災(zāi)害源，也是一種新型的潔凈能源和優(yōu)質(zhì)化工原料，因此，對(duì)于煤礦瓦斯的災(zāi)害防治和治理利用應(yīng)予以高度重視。煤礦瓦斯災(zāi)害防治的主要目的是防止瓦斯積累，消除瓦斯突出，防治瓦斯煤塵煤炸。防止瓦斯積聚的主要技術(shù)途徑是減少瓦斯向采掘空間涌出和稀釋采掘空間的瓦斯?jié)舛?，其中，瓦斯抽放是減少瓦斯涌山的一種最有效途徑，加強(qiáng)礦井通風(fēng)是稀釋采掘空間瓦斯?jié)舛茸钣行У姆椒āＯ咚雇怀龅葎?dòng)力現(xiàn)象的主要技術(shù)途徑是釋放煤巖層中的瓦斯和地壓。瓦斯災(zāi)害防治的輔助手段主要是控制井下火源、建立防隔爆、抑爆和個(gè)人防護(hù)體系、加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測(cè)。電器防爆、使用抗靜電和阻燃性材料、使用煤礦許用安全爆破器材、有效防治煤層自然發(fā)火、有效控制外因火災(zāi)等措施是控制井下火源的主要途徑。隨著煤炭工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，我同的瓦斯抽放技術(shù)也得到了不斷的提高和發(fā)展，我國(guó)的煤礦瓦斯抽放技術(shù)大致經(jīng)歷以下4個(gè)階段：(1) 高透氣性煤層抽放瓦斯階段。20世紀(jì)50年代初期，在撫順高透氣性特厚煤層中首次采用井下鉆孔抽放瓦斯，獲得了成功，解決了撫順礦區(qū)高瓦斯特厚煤層開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在煤層透氣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于撫順煤田的其他礦區(qū)采用類(lèi)似的方法抽放瓦斯時(shí)，未能取得撫順礦區(qū)的抽放效果。(2) 鄰近層抽放瓦斯階段。20世紀(jì)50年代末，采用井下穿層鉆孔抽放上鄰近層瓦斯在陽(yáng)泉礦區(qū)獲得成功，解決了煤層群開(kāi)采首采煤層工作面瓦斯涌出量大的問(wèn)題，且認(rèn)識(shí)到利用采動(dòng)卸壓作用對(duì)未開(kāi)采的鄰近煤層實(shí)施邊采邊抽，可以有效地抽放瓦斯，減少鄰近層瓦斯向開(kāi)采層工作面涌出。該技術(shù)在具有鄰近居抽放條件的礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用取得了較好的抽放效果。(3) 低透氣性煤層強(qiáng)化抽放瓦斯階段：在低透氣性高瓦斯和突出煤層，采用常規(guī)鉆孔抽放瓦斯技術(shù)效果不理想。為此，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)內(nèi)試驗(yàn)研究了煤層中高壓注水、水力壓裂、水力割縫、松動(dòng)爆破、大直徑鉆孔多種強(qiáng)化抽放技術(shù)；90年代又試驗(yàn)研究了網(wǎng)格式密集布孔、預(yù)裂控制爆破、交叉布扎等抽放新技術(shù)。網(wǎng)格式密集布孔在煤礦得到了應(yīng)用，但多數(shù)方法因存在工藝復(fù)雜、實(shí)用性差等問(wèn)題，在煤礦未能得到廣泛應(yīng)用。(4) 綜合抽放瓦斯階段。20世紀(jì)紀(jì)80年代開(kāi)始，隨著機(jī)采、綜采，尤其是放頂煤采煤技術(shù)的應(yīng)用，采掘速度加快、開(kāi)采強(qiáng)度增大，工作面瓦斯涌出量大幅度增加。為了解決高產(chǎn)、高效工作面瓦斯涌出問(wèn)題，開(kāi)始實(shí)施綜合抽放瓦斯，即在時(shí)間上，將預(yù)抽、邊采邊抽及采空區(qū)抽放相結(jié)合；在空間上，將開(kāi)采層、鄰近層和圍巖抽放相結(jié)合；在工藝方式上，將鉆孔抽放與巷道抽放相結(jié)合、井下抽放與地面鉆孔抽放相結(jié)合、常規(guī)抽放與強(qiáng)化抽放相結(jié)合。實(shí)施綜合抽放瓦斯方法最大限度地提高瓦斯抽放效果。中國(guó)的含煤地層一般都經(jīng)歷了成煤后的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，煤層內(nèi)生裂隙系統(tǒng)遭到破壞、成為低透氣性的高延性結(jié)構(gòu)，煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透率低和含氣飽和度低的特點(diǎn)，70%以上煤層的滲透率小于110-3mD，其透氣性比美國(guó)和澳大利亞低23個(gè)數(shù)量級(jí)，這使得地面鉆井完孔后采氣效果差，水力壓裂增產(chǎn)效果不明顯。地面鉆孔有效排放半徑和鉆孔瓦斯流量小，衰減快，透氣性最好的撫順煤層井下水平鉆孔與美國(guó)同類(lèi)條件相比，鉆孔影響范圍僅3050m，而美國(guó)可達(dá)到100m以上。煤層的低滲透率特點(diǎn)，決定了我國(guó)地面開(kāi)發(fā)煤層氣的難度很大。雖然地面鉆井開(kāi)采煤層氣在個(gè)別高透氣性煤層的礦區(qū)(沁水煤田)試驗(yàn)取得成功，但是我國(guó)70%以上礦區(qū)的煤層賦存在高地應(yīng)力、高瓦斯、低透氣性復(fù)雜地質(zhì)條件下，先采氣后采煤技術(shù)沒(méi)有突破，采用現(xiàn)行煤層氣開(kāi)采技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)國(guó)家制定的“先抽后采”安全開(kāi)采方針和“煤與瓦斯共采”能源戰(zhàn)略。實(shí)踐表明，一旦煤層開(kāi)采引起巖層移動(dòng)，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率也將增大數(shù)十倍至數(shù)百倍，為瓦斯運(yùn)移和抽放創(chuàng)造了條件。我國(guó)煤層的主要特點(diǎn)是地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層群開(kāi)采，煤層透氣性低、瓦斯含量高、煤層突出危險(xiǎn)嚴(yán)重，我國(guó)的煤層賦存條件決定了我同的瓦斯抽采應(yīng)以卸壓抽采為主，瓦斯抽采的重點(diǎn)應(yīng)放在井下，利用井下的采掘巷道，通過(guò)采礦活動(dòng)引起的采動(dòng)影響，卸壓增透，用拙采鉆孔和各種有效配套技術(shù)強(qiáng)化卸壓煤層的瓦斯抽采。因此若在開(kāi)采時(shí)形成采煤和采瓦斯兩個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又相互依賴(lài)的完整系統(tǒng)，即形成“煤與瓦斯共采”的開(kāi)采體系，則不僅有益礦井的安全，而且實(shí)現(xiàn)了在采煤的同時(shí)采出了潔凈的瓦斯能源。因此必須創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采在礦井設(shè)計(jì)理念和技術(shù)的突破，尋求科學(xué)的深部開(kāi)采技術(shù)難題的解決方法，創(chuàng)新煤與瓦斯共采技術(shù)、在開(kāi)采煤炭的同時(shí)，利用采礦技術(shù)的基本原理將瓦斯安全高效地開(kāi)采出來(lái)，是我國(guó)煤炭和瓦斯資源開(kāi)發(fā)的一條重要途徑。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀瓦斯在煤層及采動(dòng)裂隙巖體中的運(yùn)移和聚積規(guī)律，是煤礦瓦斯防治和抽放技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而這項(xiàng)研究涉及滲流力學(xué)、巖石力學(xué)、采礦及安全工程學(xué)等多學(xué)科，但關(guān)鍵卻在于力學(xué)學(xué)科的滲流理論。自1947年前蘇聯(lián)學(xué)者P. M.克里切夫斯基將滲透理論用于描述煤層內(nèi)瓦斯運(yùn)移過(guò)程，得出了考慮瓦斯吸附性質(zhì)的瓦斯?jié)B流規(guī)律，為煤巖瓦斯?jié)B流理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，到現(xiàn)在，煤巖瓦斯耦合作用理論已經(jīng)發(fā)展了近60年。目前，在國(guó)內(nèi)外指導(dǎo)煤礦瓦斯防治和抽放瓦斯機(jī)理的數(shù)學(xué)模型主要集中在煤層瓦斯?jié)B流規(guī)律、煤層瓦斯擴(kuò)散理論、煤層瓦斯?jié)B流一擴(kuò)散規(guī)律以及多物理場(chǎng)、多相煤巖瓦斯禍合規(guī)律、煤層卸壓瓦斯越流理論和采動(dòng)裂隙帶瓦斯運(yùn)移規(guī)律等方而的研究。從理論、實(shí)踐及其結(jié)合上，幾十年來(lái)國(guó)外都對(duì)礦井瓦斯災(zāi)害防治工作進(jìn)行了廣泛而深入的研究與探索，現(xiàn)簡(jiǎn)單分述如下。對(duì)礦井瓦斯預(yù)測(cè)工作的研究在對(duì)礦井瓦斯預(yù)測(cè)工作的研究中，美國(guó)、澳大利亞、波蘭、德國(guó)、英國(guó)等世界主要產(chǎn)國(guó)家圍繞地質(zhì)開(kāi)采因素、煤巖結(jié)構(gòu)應(yīng)力及井巷面區(qū)瓦斯預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等方面開(kāi)展了大量而深的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究工作，取得了令人矚目的巨大成就。各國(guó)所研發(fā)的許多礦井瓦預(yù)測(cè)方法己經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)際中得到了廣泛使用并取得實(shí)際成效。特別是近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用則顯著提高了礦一井瓦斯預(yù)測(cè)計(jì)算的速度和精度，使礦井瓦斯預(yù)測(cè)工作更加及時(shí)和準(zhǔn)。對(duì)礦井瓦斯涌出量方面的研究礦井瓦斯涌出量方面的研究?jī)?nèi)容主要包括:研究煤層瓦斯的形成和遷移規(guī)律;測(cè)定煤瓦斯含量;預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量，等等。煤層瓦斯成分研究。煤層瓦斯通常指甲烷(沼氣)，因?yàn)榧淄镃H4是主要成分，一般占總量的80%以上，但是，即使在室溫下，煤層瓦斯也含有其他小分子的碳?xì)浠衔锛癈O2、N2、O2和H2等氣體物質(zhì)。煤層瓦斯含量測(cè)定。目前各國(guó)主要采用的是解吸法測(cè)定煤層瓦斯含量。礦井瓦斯涌出量測(cè)定。生產(chǎn)礦井中的瓦斯來(lái)源主要包括井巷煤巖中的緩慢析出瓦斯、掘進(jìn)區(qū)瓦斯、采煤區(qū)瓦斯以及采空區(qū)瓦斯。目前進(jìn)行礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)時(shí)所采用的方法主要有三類(lèi):礦山統(tǒng)計(jì)法、煤層瓦斯含量法和瓦斯分源法等。礦井瓦斯等級(jí)劃分。國(guó)外大多數(shù)國(guó)家都劃分礦井瓦斯等級(jí)，目的時(shí)便于采取相應(yīng)的礦井安全技術(shù)措施。例如，俄羅斯礦井瓦斯等級(jí)的劃分方法是:按照平均日產(chǎn)1t煤涌出的瓦斯量劃分為四個(gè)等級(jí):一級(jí)瓦斯礦井，5 m3/t以下;二級(jí)瓦斯礦井，5-10 m3/t;三級(jí)瓦斯礦井，1015 m3/t;超級(jí)瓦斯礦井，15 m3/t以上。德國(guó)所有的煙煤礦井都劃分為瓦斯礦井;工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于20 m3/min時(shí)，視為特大瓦斯工作面。有關(guān)礦井瓦斯抽放方面的研究在許多國(guó)家，礦井瓦斯抽放己經(jīng)成為降低工作面瓦斯涌出量和防止礦井瓦斯突出的一項(xiàng)主要措施。前蘇聯(lián)一年的瓦斯抽放量為25億m3;德國(guó)的平均抽放率達(dá)50%，其年抽放量約為6億m3。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀早在20世紀(jì)50年代初期至60年代中期，隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展，煤礦瓦斯問(wèn)題逐漸嚴(yán)重。對(duì)此，我國(guó)煤礦一方面開(kāi)展礦井通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造，改善生產(chǎn)礦井的通風(fēng)條件和加強(qiáng)瓦斯管理;另一方面開(kāi)始在瓦斯防治技術(shù)上全面進(jìn)行試驗(yàn)研究，在瓦斯含量和瓦斯涌出量預(yù)測(cè)、瓦斯抽放等多個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究工作。60年代中期至70年代末，我國(guó)在瓦斯抽放等方面進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)理論和實(shí)用技術(shù)措施的研究，均取得了較大進(jìn)展。例如，在瓦斯預(yù)測(cè)方面，針對(duì)地面鉆孔密閉式和集氣式巖芯取樣器的采芯率低、瓦斯損失量大、預(yù)測(cè)結(jié)果偏低的問(wèn)題，研究了解析法直接測(cè)定煤層瓦斯含量的方法，開(kāi)拓了直接測(cè)定瓦斯含量的新領(lǐng)域。與此同時(shí)，在瓦斯涌出量預(yù)測(cè)研究方面也有所發(fā)展，除了廣泛采用礦山統(tǒng)計(jì)法外，還開(kāi)始采用一般計(jì)算法來(lái)預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量。但由于缺乏必要的試驗(yàn)研究，這一時(shí)期的計(jì)算式中采用的參數(shù)值多為國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，瓦斯涌出量預(yù)測(cè)采用計(jì)算法還處于開(kāi)始階段。在瓦斯抽放方面，除了繼續(xù)對(duì)鄰近層抽放技術(shù)和開(kāi)采層高透氣性煤層抽放技術(shù)進(jìn)行研究外，重點(diǎn)轉(zhuǎn)入低透氣性煤層抽放技術(shù)的研究。在這個(gè)時(shí)期，瓦斯抽放研究的方向是煤層注水、水力割縫、水力壓裂等強(qiáng)化型瓦斯抽放技術(shù)。為從根本上消除瓦斯根源，廣泛開(kāi)展了本層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放、低透氣性煤層強(qiáng)化瓦斯抽放等技術(shù)裝備和工藝，以及包括瓦斯泵、鉆機(jī)鉆具、抽放系統(tǒng)配套裝置和抽瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等裝備;“九五”、“十五”時(shí)期在突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)方面，試驗(yàn)研究了突出危險(xiǎn)區(qū)域無(wú)線電波透視技術(shù):利用無(wú)線電電波在不同煤巖介質(zhì)中吸收系數(shù)的變化探測(cè)預(yù)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的構(gòu)造異常帶、煤層厚度變化帶、煤層強(qiáng)度變化帶、瓦斯富集帶等，然后利用專(zhuān)家系統(tǒng)等專(zhuān)用軟件綜合分析判斷煤巖區(qū)域的突出危險(xiǎn)性。另外這個(gè)時(shí)期研制的KJ系列煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)具備了能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)與突出危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了突出預(yù)測(cè)的自動(dòng)化。與此同時(shí)，在研究和改進(jìn)瓦斯抽放技術(shù)方面，特別是本煤層瓦斯抽放技術(shù)和采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)等方面，均取得了重大進(jìn)展，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在瓦斯含量和瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方面，目前已經(jīng)較為完善地建立了地勘瓦斯含量測(cè)定方法及裝置、解吸法測(cè)定煤層瓦斯含量方法及裝置、瓦斯涌出量分源預(yù)測(cè)法、計(jì)算機(jī)繪制瓦斯地質(zhì)圖件的技術(shù)及軟件，并制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，使預(yù)測(cè)精度達(dá)到了80%以上，為礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯管理提供了必要的技術(shù)依據(jù)。1.2.3本文主要研究?jī)?nèi)容本文立足陽(yáng)煤集團(tuán)的新元煤礦，主要研究基于區(qū)域瓦斯治理的抽采方案的研究，以及針對(duì)煤層透氣性低和封孔質(zhì)量差是造成高瓦斯礦井煤層瓦斯抽采效果普遍較差的情況，提出鉆爆抽一體化技術(shù)。針對(duì)開(kāi)元煤礦煤層賦存特點(diǎn)及目前煤礦區(qū)域瓦斯治理過(guò)程中存在的問(wèn)題，理論分析了煤與瓦斯耦合作用下爆生裂隙形成機(jī)理，開(kāi)發(fā)了新型抽放鉆孔封材料，采用理論研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試相結(jié)合的方式，研究了基于區(qū)域瓦斯治理的鉆爆抽一體化卸壓增透技術(shù)，通過(guò)控制爆破以及PD 復(fù)合材料密封抽放鉆孔的一體化技術(shù)，達(dá)到整體卸壓、增透、抽放瓦斯和消除突出的目的。2 礦井概況及礦井瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定2.1礦井概況新元礦為高瓦斯礦井,瓦斯抽放始終是治理瓦斯的一項(xiàng)重要措施。近一段時(shí)期以來(lái)，在鄰近層開(kāi)采時(shí),該礦根據(jù)相鄰煤層層間距較近，頂板發(fā)育、冒落性好的特點(diǎn)，采用對(duì)鄰近層采空區(qū)瓦斯抽放方法,解決了高瓦斯煤層開(kāi)采區(qū)受鄰近層瓦斯影響大的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷?003年11月編制陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新元煤礦礦井瓦斯危險(xiǎn)程度預(yù)測(cè)及工作面瓦斯治理措施中，首采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表2-1。表2-1 首采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果預(yù)測(cè)方法開(kāi)采位置瓦斯涌出量預(yù)測(cè)值開(kāi)采層鄰近層合計(jì)m3/tm3/minm3/tm3/minm3/tm3/min分源法上段3.0234.862.5317.577.5552.43中段7.6152.853.6823.5611.2978.40下段10.2170.903.3036.8113.51107.71從表2-1中可以看出，本井田首采3號(hào)煤層的相對(duì)瓦斯涌出量大于 10 m/t，根據(jù)煤礦安全規(guī)程劃分標(biāo)準(zhǔn)，屬高瓦斯礦井。從瓦斯分布情況看，向斜軸部瓦斯含量高于其它區(qū)域，太原組煤系地層高于山西組煤系地層，煤層埋藏較深的區(qū)域瓦斯含量高于埋藏較淺的區(qū)域。2.2瓦斯抽放系統(tǒng)依據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果，首采工作面最大瓦斯涌出量為107.71 m/min。根據(jù)規(guī)程第一百四十五條，“礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量大于或等于40 m/min時(shí)，必須建立抽放瓦斯系統(tǒng)”。因此，本礦井應(yīng)設(shè)立抽放瓦斯系統(tǒng)。2.2.1 瓦斯抽放1礦井瓦斯來(lái)源分析礦井瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成礦井瓦斯主要來(lái)源于回采、掘進(jìn)工作面涌出的瓦斯，部分來(lái)源于采空區(qū)涌出的瓦斯。根據(jù)預(yù)測(cè)，回采工作面的瓦斯涌出約占礦井瓦斯涌出的61.5%，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出約占礦井瓦斯涌出的26.2%，采空區(qū)瓦斯涌出約占礦井瓦斯涌出的12.3%?；夭晒ぷ髅嫱咚箒?lái)源及涌出構(gòu)成回采工作面瓦斯主要來(lái)源于開(kāi)采層、鄰近層和圍巖瓦斯涌出。根據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)采層的瓦斯涌出約占工作面瓦斯涌出的54%，鄰近層和圍巖的瓦斯涌出2瓦斯抽放系統(tǒng)方案由于本礦井為新建井，同時(shí)瓦斯儲(chǔ)量豐富，為保證礦井的安全生產(chǎn)，同時(shí)便于管理，設(shè)計(jì)推薦設(shè)地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)。結(jié)合礦井煤層賦存條件、瓦斯涌出來(lái)源構(gòu)成和我國(guó)煤礦(特別是陽(yáng)泉礦區(qū))井下鄰近層和開(kāi)采層瓦斯抽放的成功經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，對(duì)礦井達(dá)產(chǎn)時(shí)回采工作面瓦斯抽放方式采用如下方案。為了保證工作面達(dá)產(chǎn)，同時(shí)盡量多抽瓦斯，建議的總體抽放方式為：采用穿層鉆孔和采空區(qū)預(yù)埋管的綜合方式抽放鄰近層瓦斯；采用交叉鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽3號(hào)煤層瓦斯，并利用工作面前方采動(dòng)卸壓圈內(nèi)的交叉鉆孔，邊采邊抽開(kāi)采層瓦斯。開(kāi)采層瓦斯抽放方案從陽(yáng)泉礦區(qū)煤層預(yù)抽實(shí)踐看，3號(hào)煤層屬于較難抽煤層，由此可以推測(cè)，井田3號(hào)煤層的透氣性不太可能明顯好于陽(yáng)泉礦區(qū)現(xiàn)有各生產(chǎn)礦，采用常規(guī)鉆孔布置方式，其抽放率難以超過(guò)10%?；诖?，采用交叉鉆孔方式高效強(qiáng)化預(yù)抽3號(hào)煤層瓦斯，據(jù)煤科總院撫順?lè)衷涸诮棺?、平頂山這些低透氣性煤田的試驗(yàn)，抽放率能比常規(guī)孔方式提高5080%?？稍诨夭汕疤崆霸诨夭擅孢M(jìn)、回風(fēng)巷沿3號(hào)煤層向工作面內(nèi)打長(zhǎng)距離鉆孔，預(yù)抽煤層瓦斯，在具有相當(dāng)預(yù)抽時(shí)間的條件下，利用鉆孔預(yù)抽未卸壓的3號(hào)煤層瓦斯的優(yōu)點(diǎn)是：依靠降低煤體中的瓦斯含量，來(lái)減少回采工作面的總瓦斯涌出；降低了煤體應(yīng)力，可防止回采工作面的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象；可利用抽放鉆孔進(jìn)行煤層注水，起到降塵和防火的作用。預(yù)抽效果的好壞主要取決于煤層的透氣性、布孔方式、預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)短，由于3號(hào)煤層透氣性一般較差且煤質(zhì)松軟，首先可通過(guò)采取打交叉鉆孔(根據(jù)測(cè)定結(jié)果確定鉆孔間距：平行孔為8 m，斜向孔與平行孔相同，其平行孔與斜向孔行間距0.5 m，傾角與煤層傾角相同?？紫颍浩叫锌状笾疗叫谢夭晒ぷ髅?，斜向孔與平行孔呈15夾角，傾角較平行孔大1.52，平行孔開(kāi)孔位置距底板0.81.2 m。鉆孔深度：上向孔120 m，下向孔80 m?；蛘唛_(kāi)展大直徑鉆孔及深孔松動(dòng)爆破等工藝技術(shù)研究，增大抽出量。采用聚氨酯快速封孔方法，為爭(zhēng)得較長(zhǎng)的預(yù)抽時(shí)間，在回采面形成后即進(jìn)行鉆孔施工，并及時(shí)封孔聯(lián)網(wǎng)抽放。用兩個(gè)回采工作面實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)能力，本煤層瓦斯抽放率要達(dá)到55% 鄰近層瓦斯抽放方案（頂板高抽巷邊采邊抽）工作面在回采時(shí)可沿頂板鄰近層的1號(hào)煤層布置高抽巷進(jìn)行邊采邊抽，借以提高瓦斯抽放效果。在工作面回采期間，因采空區(qū)頂板冒落鄰近層煤體破壞而卸壓，頂板圍巖體遭破壞而產(chǎn)生裂隙，使之與采空區(qū)溝通，瓦斯抽出量會(huì)有明顯增加。根據(jù)該礦井工作面的具體條件，建議在回采工作面上方頂板鄰近層1號(hào)煤層沿走向方向做小斷面巷道（斷面積6.16 m2，寬2.8 m，墻高1.1 m，半圓拱半徑1.4 m，錨噴支護(hù)）,其中高抽巷布置在距3號(hào)煤層頂板16 m位置的巖層內(nèi)、工作面上隅角裂隙帶內(nèi)，平面位置平行布置在靠近回風(fēng)巷側(cè)，中心距14 m。根據(jù)瓦斯涌出預(yù)測(cè)最大時(shí)107.71 m3/min的結(jié)果，考慮該巷道施工通風(fēng)實(shí)際現(xiàn)狀，主要是施工高抽巷時(shí)因距離遠(yuǎn)、斷面小，在通風(fēng)上存在一定的困難，建議可在施工高抽巷時(shí)分兩段施工，每段巷長(zhǎng)1000 m左右，在沿工作面走向長(zhǎng)度1000 m時(shí)做一上山。建議長(zhǎng)度少于工作面走向長(zhǎng)度150 m，在巷道到達(dá)預(yù)定位置后，采取向工作面采空區(qū)上方的裂隙帶內(nèi)打水平長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行抽放。鉆孔深度應(yīng)不小于150 m，鉆孔直徑應(yīng)不小于91 mm，鉆孔數(shù)量34個(gè)。若條件許可，最好采用千米鉆機(jī)或西安產(chǎn)型鉆機(jī)施工該鉆孔，鉆孔深度可達(dá)300 m以上，這樣可減少高抽巷的施工。以處理上隅角和采空區(qū)瓦斯,減少工作面上隅角瓦斯超限的問(wèn)題。抽放率按65%考慮。 高位鉆孔抽放：主要解決上隅角瓦斯超限問(wèn)題瓦斯抽放量預(yù)計(jì)：頂板高抽巷邊采邊抽：主要抽放鄰近層及采空區(qū)的瓦斯。鄰近層瓦斯涌出量36.08 m3/min，采空區(qū)瓦斯涌出量7.16 m3/min，共計(jì)43.24 m3/min。本煤層瓦斯有15%進(jìn)入采空區(qū)，即鄰近層、采空區(qū)瓦斯涌出量增加9.67 m3/min?？紤]本煤層瓦斯進(jìn)入采空區(qū)后，鄰近層、采空區(qū)瓦斯涌出量52.91 m3/min。預(yù)計(jì)抽放率65%，抽放量34.39 m3/min，剩余瓦斯量18.52 m3/min。鉆孔預(yù)抽及邊采邊抽：主要抽放本煤層，抽放率55%。本煤層的瓦斯涌出量64.46（1-15%）=54.79 m3/min，抽放量30.13 m3/min，剩余瓦斯量24.66 m3/min。高位鉆孔抽放：主要解決上隅角瓦斯超限問(wèn)題。3 抽放巷道選擇礦井不設(shè)專(zhuān)用抽放巷道，利用已掘的進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷兼作抽放巷。鉆場(chǎng)、鉆孔參數(shù)確定鉆場(chǎng)布置本煤層抽放不設(shè)鉆場(chǎng)，鄰近層鉆場(chǎng)間距5080 m，鉆場(chǎng)寬4 m，深5 m，高3.5 m，采用錨桿掛網(wǎng)錨噴支護(hù)。鉆孔布置采空區(qū)預(yù)埋管管間距為50100 m。建議將來(lái)根據(jù)瓦斯情況，在回采面使用定向長(zhǎng)鉆孔和分支孔技術(shù)，目標(biāo)孔深將達(dá)到500 m以上。這些鉆孔將根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行定向和改造，在不同系列鉆孔組之間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣激勵(lì)，提高抽放效果。 5封孔方式、材料及工藝本煤層預(yù)抽鉆孔采用人工封孔，封孔材料為聚胺脂，封孔深度56 m。設(shè)備選型及主要檢測(cè)儀表 鉆機(jī)TUX75鉆機(jī)2臺(tái)主要檢測(cè)儀表主要檢測(cè)儀表包括： 孔板流量計(jì)，皮托管，抽放管道參數(shù)檢測(cè)儀,0100%光干涉瓦檢儀，空盒氣壓計(jì)；U型壓差計(jì)和傾斜壓差計(jì)。設(shè)有抽放瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)控。2.2.2礦井瓦斯儲(chǔ)量及可抽放量1瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算范圍瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算范圍：除井田范圍內(nèi)各可采煤層參與瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算外，還應(yīng)包括受開(kāi)采采動(dòng)影響的向礦井涌出瓦斯的不可采煤層和圍巖的瓦斯。2.瓦斯儲(chǔ)量及可抽量 瓦斯儲(chǔ)量（1）瓦斯儲(chǔ)量瓦斯儲(chǔ)量按下式計(jì)算：（2-1） 式中 WC礦井瓦斯儲(chǔ)量，萬(wàn)m3； K1圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù),取1.1； K2不可采鄰近層瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)，取1.1； Ai第i個(gè)可采煤層地質(zhì)儲(chǔ)量， Mt； Xi第i個(gè)可采煤層平均瓦斯含量，m3/t。經(jīng)計(jì)算井田范圍內(nèi)可采煤層瓦斯儲(chǔ)量2382780.6萬(wàn)m。瓦斯可抽量瓦斯可抽量是指在瓦斯儲(chǔ)量中能被抽出的最大瓦斯量，其計(jì)算公式為 （2-2） 式中： W抽可抽瓦斯量，m3； K可可抽系數(shù)， K可K1K2Kg； K1煤層瓦斯排放系數(shù)， K1K3(X-Xk)/X； K3瓦斯涌出程度系數(shù)； X煤層原始瓦斯含量，m3/t； Xc運(yùn)到地面煤的殘余瓦斯含量，m3/t；（2-3）式中k折合成可燃物的殘余瓦斯含量，m3/t，根據(jù)煤的揮發(fā)分查表選?。?ad煤中水分，%；Ad煤中灰分，%；K2負(fù)壓抽放時(shí)抽放作用系數(shù)，K21.2；Kg礦井抽放率，%。本礦井瓦斯涌出主要來(lái)自于開(kāi)采層和鄰近層，所以取K30.8；3號(hào)煤層的殘余瓦斯含量經(jīng)查表為4.0 m3/t。由于新元礦井煤層埋藏較深，黃土覆蓋較厚，煤層透氣性較差。但在礦井淺部瓦斯含量相對(duì)較低，有些地點(diǎn)可能不具備抽放條件。所以綜合分析取礦井抽放率Kg=0.25，則瓦斯可抽量為595693.2萬(wàn)m3。3瓦斯涌出量計(jì)算(1)煤層瓦斯主要參數(shù)瓦斯壓力根據(jù)地質(zhì)報(bào)告3號(hào)煤層瓦斯壓力為：4號(hào)鉆孔1.73MPa，21號(hào)鉆孔為2.21Mpa、22號(hào)鉆孔2.61MPa，24號(hào)鉆孔為1.96MPa。 煤層瓦斯含量根據(jù)撫順?lè)衷簩?duì)3號(hào)煤層瓦斯含量分布預(yù)測(cè)結(jié)果，3號(hào)煤層瓦斯含量為522.75 m3/t。煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)、瓦斯吸附常數(shù)和煤的孔隙率地質(zhì)報(bào)告未提供，建議揭露煤層后盡快測(cè)定。(2)瓦斯涌出量計(jì)算本井田是一個(gè)待開(kāi)發(fā)的礦區(qū)，為了保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，因此，選用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量。分源預(yù)測(cè)法的主要技術(shù)途徑是：以煤層瓦斯含量、開(kāi)采技術(shù)條件、配采關(guān)系為基礎(chǔ)，根據(jù)礦井瓦斯涌出源回采瓦斯(包括圍巖和鄰近層)、掘進(jìn)瓦斯、采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律，對(duì)礦井內(nèi)各回采工作面、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)測(cè)采區(qū)和礦井瓦斯涌出量的目的。分源預(yù)測(cè)法主要計(jì)算公式采用礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)規(guī)范中的有關(guān)公式及針對(duì)本井田的相關(guān)預(yù)測(cè)參數(shù)選取如下： 回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)回采工作面瓦斯涌出由二部分組成：開(kāi)采層(包括圍巖)瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。a開(kāi)采層瓦斯涌出量開(kāi)采層瓦斯涌出量采用下式計(jì)算：（2-4）式中： K圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取K=1.3；K工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，K=1.053；K準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)開(kāi)采層瓦斯涌出系數(shù)，（2-5）其中：L回采工作面長(zhǎng)度L=200m；h巷道預(yù)排等值寬度，m，3號(hào)煤為貧煤貧瘦煤取h=10m；K=(200-210)/200=0.9m煤層厚度，m；m=2.5m；M煤層開(kāi)采厚度，m；M=2.5m； X煤層原始瓦斯含量，m/t； XC煤的殘存瓦斯含量，m/t。 （2-6）b鄰近層瓦斯涌出量根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷阂痪啪啪拍晔戮幹频年?yáng)泉礦區(qū)韓莊礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)報(bào)告中關(guān)于鄰近層瓦斯涌出量分析，礦井鄰近層瓦斯涌出量占鄰近層與開(kāi)采層瓦斯涌出量之和的46%。因此鄰近層瓦斯涌出量=開(kāi)采層瓦斯涌出量(1-46%)46%。c回采工作面瓦斯涌出量（2-7） 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量a掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量 （2-8）式中： n煤壁暴露個(gè)數(shù)，雙孔送巷，n=4；l巷道斷面煤壁計(jì)算當(dāng)量長(zhǎng)，l=2.5m；V巷道掘進(jìn)速度，m/min，V=0.02m/minL巷道長(zhǎng)度，m，L=2500m；q煤壁瓦斯涌出初速度，m/min；（2-9）其中： Vdaf原煤揮發(fā)份含量，Vdaf=11.24%X煤層原始瓦斯含量，m/t。b掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量（2-10）式中： S掘進(jìn)巷道斷面積，m，S=15m；煤的容重，=1.4t/m。c掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量（2-11）d采區(qū)瓦斯涌出量： （2-12）式中： q采區(qū)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t；K采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取K=1.3；Ai第i個(gè)回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；A0采區(qū)平均日產(chǎn)量，t/d。 礦井瓦斯涌出量 （2-13） 式中： q礦井礦井瓦斯涌出量，m/t；K礦井內(nèi)已采采區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，K=1.2。礦井一期工程投產(chǎn)時(shí)，抽放前采煤工作面瓦涌出量、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量、采區(qū)瓦斯涌出量和礦井瓦斯涌出量見(jiàn)表3-1。2.2.3抽放瓦斯的必要性和可能性1抽放瓦斯的必要性回采工作面抽放瓦斯必要性分析根據(jù)預(yù)測(cè)，回采工作面的瓦斯涌出量達(dá)38.966.6 m3/min，遠(yuǎn)大于5 m3/min，且采用通風(fēng)方法，難以將風(fēng)流中的瓦斯含量稀釋到1%以下，所以必須進(jìn)行抽放。掘進(jìn)工作面抽放瓦斯必要性分析根據(jù)預(yù)測(cè)，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量將達(dá)7.7910.19 m3/min，遠(yuǎn)大于3 m3/min，且采用局扇通風(fēng)，難以能將瓦斯稀釋到1%以下，所以完全有必要進(jìn)行瓦斯抽放。2. 抽放瓦斯的可能性根據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，3號(hào)煤層基本屬于可以抽放類(lèi)型且鄰近層抽放效果特別明顯。綜合分析認(rèn)為，預(yù)抽瓦斯完全可行。3抽放瓦斯效果預(yù)計(jì)瓦斯預(yù)抽率預(yù)抽率的確定目前在我國(guó)大致有三種方法：根據(jù)百米鉆孔瓦斯流量衰減變化規(guī)律進(jìn)行計(jì)算；在抽放過(guò)程中進(jìn)行實(shí)際考察測(cè)定；參照其他礦井的抽放情況確定。由于瓦斯參數(shù)不全，并受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和時(shí)間的限制，只能參照其他礦井的抽放情況確定。設(shè)計(jì)暫參照陽(yáng)煤集團(tuán)其他抽放礦井的抽放情況確定本煤層瓦斯預(yù)抽率為15%，鄰近層瓦斯預(yù)抽率為60%，建議今后在實(shí)際抽放過(guò)程中，對(duì)抽放半徑和預(yù)抽率進(jìn)行實(shí)際考察測(cè)定。工作面瓦斯抽放量回采工作面開(kāi)采層瓦斯抽放量預(yù)計(jì)開(kāi)采層瓦斯抽放采用預(yù)抽和邊采邊抽兩種方式配合抽放，預(yù)抽鉆孔布置采用能較顯著提高抽放效果的交叉鉆孔布置方式。此時(shí)，開(kāi)采層瓦斯抽放量由下式計(jì)算：（2-14）式中： q開(kāi)抽開(kāi)采層瓦斯抽放量，m/t；q開(kāi)開(kāi)采層瓦斯涌出量，m/t；開(kāi)開(kāi)采層瓦斯抽放率，根據(jù)陽(yáng)泉礦區(qū)生產(chǎn)井3號(hào)煤層預(yù)抽實(shí)踐，同時(shí)考慮交叉鉆孔預(yù)抽和邊采邊抽可提高瓦斯抽放效率，取開(kāi)=15%。鄰近層瓦斯抽放量預(yù)計(jì)據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)的經(jīng)驗(yàn)，鄰近層瓦斯抽放考慮采用穿層鉆孔和采空區(qū)預(yù)埋管相結(jié)合的抽放方式，其瓦斯抽放量按下式計(jì)算： （2-15） 式中： q鄰抽鄰近層瓦斯抽放量，m3/t；q鄰鄰近層瓦斯涌出量，m3/t；鄰鄰近層瓦斯綜合抽放率，根據(jù)陽(yáng)泉礦區(qū)的抽放實(shí)踐，鄰取60%?；夭晒ぷ髅嫱咚钩榉帕扛鶕?jù)井田瓦斯平均含量按下式計(jì)算：（2-16）其中，取20 m3/min。礦井瓦斯抽放量按目前礦井生產(chǎn)安排，2個(gè)綜采工作面生產(chǎn)，考慮兩個(gè)備用工作面提前抽放。則礦井瓦斯抽放量為： 2.2.4抽放瓦斯方法1礦井瓦斯來(lái)源分析礦井瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成礦井瓦斯主要來(lái)源于回采、掘進(jìn)工作面涌出的瓦斯，部分來(lái)源于采空區(qū)涌出的瓦斯。根據(jù)預(yù)測(cè)，回采工作面的瓦斯涌出約占礦井瓦斯涌出的61.5%，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出約占礦井瓦斯涌出的26.2%，采空區(qū)瓦斯涌出約占礦井瓦斯涌出的12.3%?；夭晒ぷ髅嫱咚箒?lái)源及涌出構(gòu)成回采工作面瓦斯主要來(lái)源于開(kāi)采層、鄰近層和圍巖瓦斯涌出。根據(jù)陽(yáng)煤集團(tuán)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)采層的瓦斯涌出約占工作面瓦斯涌出的54%，鄰近層和圍巖的瓦斯涌出約占工作面瓦斯涌出的46%。2抽放瓦斯方法選擇抽放方法原則：總體抽放方式為：采用穿層鉆孔和采空區(qū)預(yù)埋管的綜合方式抽放鄰近層瓦斯；采用交叉鉆孔強(qiáng)化預(yù)抽3號(hào)煤層瓦斯，并利用工作面前方采動(dòng)卸壓圈內(nèi)的交叉鉆孔，邊采邊抽開(kāi)采層瓦斯。瓦斯抽放方法本煤層瓦斯抽放方法從陽(yáng)泉礦區(qū)煤層預(yù)抽實(shí)踐看，3號(hào)煤層屬于較難抽煤層，由此可以推測(cè)，井田3號(hào)煤層的透氣性不太可能明顯好于陽(yáng)泉礦區(qū)現(xiàn)有各生產(chǎn)礦，采用常規(guī)鉆孔布置方式，其抽放率難以超過(guò)10%?；诖耍捎媒徊驺@孔方式高效強(qiáng)化預(yù)抽3號(hào)煤層瓦斯，據(jù)煤科總院撫順?lè)衷涸诮棺鳌⑵巾斏竭@些低透氣性煤田的試驗(yàn)，抽放率能比常規(guī)孔方式提高5080%。采空區(qū)瓦斯抽放對(duì)采空區(qū)采用采空區(qū)預(yù)埋管的方式抽放采空區(qū)瓦斯。鄰近層瓦斯抽放結(jié)合礦井鄰近層賦存條件和回采工作面巷道布置特征，采用穿層鉆孔抽放鄰近層和圍巖瓦斯。 抽放巷道選擇礦井不設(shè)專(zhuān)用抽放巷道，利用已掘的進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷兼作抽放巷。鉆場(chǎng)、鉆孔參數(shù)確定鉆場(chǎng)布置本煤層抽放不設(shè)鉆場(chǎng)，鄰近層鉆場(chǎng)間距5080 m，鉆場(chǎng)寬4 m，深5 m，高3.5 m，采用錨桿掛網(wǎng)錨噴支護(hù)。鉆孔布置結(jié)合礦井3號(hào)煤層條件，本煤層交叉鉆孔布置方式。鄰近層穿層鉆孔布置形式；采空區(qū)預(yù)埋管管間距為50100 m。建議將來(lái)根據(jù)瓦斯情況，在回采面使用定向長(zhǎng)鉆孔和分支孔技術(shù)，目標(biāo)孔深將達(dá)到500 m以上。這些鉆孔將根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行定向和改造，在不同系列鉆孔組之間實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣激勵(lì)，提高抽放效果。 封孔方式、材料及工藝本煤層預(yù)抽鉆孔采用人工封孔，封孔材料為聚胺脂，封孔深度56 m。設(shè)備選型及主要檢測(cè)儀表鉆機(jī)TUX75鉆機(jī)2臺(tái)主要檢測(cè)儀表主要檢測(cè)儀表包括： a）孔板流量計(jì)，b）皮托管，c）抽放管道參數(shù)檢測(cè)儀,d）0100%光干涉瓦檢儀，e）空盒氣壓計(jì)；f）U型壓差計(jì)和傾斜壓差計(jì)。設(shè)有抽放瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)調(diào)控。2.2.5礦井年抽放量及抽放年限礦井瓦斯儲(chǔ)量及可抽放量瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算范圍瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算范圍：除井田范圍內(nèi)各可采煤層參與瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算外，還應(yīng)包括受開(kāi)采采動(dòng)影響的向礦井涌出瓦斯的不可采煤層和圍巖的瓦斯。瓦斯儲(chǔ)量及可抽量瓦斯儲(chǔ)量瓦斯儲(chǔ)量按下式計(jì)算： （2-16）式中 Wc礦井瓦斯儲(chǔ)量，萬(wàn)m3； K1圍巖瓦斯儲(chǔ)量系數(shù),取1.1； K2不可采鄰近層瓦斯儲(chǔ)量系數(shù)，取1.1； Ai第i個(gè)可采煤層地質(zhì)儲(chǔ)量， Mt； Xi第i個(gè)可采煤層平均瓦斯含量，m3/t。經(jīng)計(jì)算井田范圍內(nèi)可采煤層瓦斯儲(chǔ)量2382780.6萬(wàn)m。瓦斯可抽量瓦斯可抽量是指在瓦斯儲(chǔ)量中能被抽出的最大瓦斯量，其計(jì)算公式為： （2-17）式中 W抽可抽瓦斯量，m3； K可可抽系數(shù)， K可K1K2Kg； K1煤層瓦斯排放系數(shù)， K1K3(X-Xk)/X； K3瓦斯涌出程度系數(shù)； X煤層原始瓦斯含量，m3/t； Xc運(yùn)到地面煤的殘余瓦斯含量，m3/t； （2-18） Xk折合成可燃物的殘余瓦斯含量，m3/t，根據(jù)煤的揮發(fā)分查表選??； Mad煤中水分，%； Ad煤中灰分，%； K2負(fù)壓抽放時(shí)抽放作用系數(shù)，K21.2； Kg礦井抽放率，%。本礦井瓦斯涌出主要來(lái)自于開(kāi)采層和鄰近層，所以取K30.8；3號(hào)煤層的殘余瓦斯含量經(jīng)查表為4.0 m3/t。由于新元礦井煤層埋藏較深，黃土覆蓋較厚，煤層透氣性較差。但在礦井淺部瓦斯含量相對(duì)較低，有些地點(diǎn)可能不具備抽放條件。所以綜合分析取礦井抽放率Kg=0.25，則瓦斯可抽量為595693.2萬(wàn)m3。(2)瓦斯涌出量計(jì)算煤層瓦斯主要參數(shù)瓦斯壓力根據(jù)地質(zhì)報(bào)告3號(hào)煤層瓦斯壓力為：4號(hào)鉆孔1.73MPa，21號(hào)鉆孔為2.21Mpa、22號(hào)鉆孔2.61MPa，24號(hào)鉆孔為1.96MPa。 煤層瓦斯含量根據(jù)撫順?lè)衷簩?duì)3號(hào)煤層瓦斯含量分布預(yù)測(cè)結(jié)果，3號(hào)煤層瓦斯含量為522.75 m3/t。煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)、瓦斯吸附常數(shù)和煤的孔隙率地質(zhì)報(bào)告未提供，建議揭露煤層后盡快測(cè)定。(2)瓦斯涌出量計(jì)算本井田是一個(gè)待開(kāi)發(fā)的礦區(qū)，為了保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，因此，選用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量。分源預(yù)測(cè)法的主要技術(shù)途徑是：以煤層瓦斯含量、開(kāi)采技術(shù)條件、配采關(guān)系為基礎(chǔ)，根據(jù)礦井瓦斯涌出源回采瓦斯(包括圍巖和鄰近層)、掘進(jìn)瓦斯、采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律，對(duì)礦井內(nèi)各回采工作面、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而達(dá)到預(yù)測(cè)采區(qū)和礦井瓦斯涌出量的目的。分源預(yù)測(cè)法主要計(jì)算公式采用礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)規(guī)范中的有關(guān)公式及針對(duì)本井田的相關(guān)預(yù)測(cè)參數(shù)選取如下： 回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)回采工作面瓦斯涌出由二部分組成：開(kāi)采層(包括圍巖)瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。a開(kāi)采層瓦斯涌出量開(kāi)采層瓦斯涌出量采用下式計(jì)算：（2-19）式中： K圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取K=1.3；K工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，K=1.053；K準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)開(kāi)采層瓦斯涌出系數(shù)，K=(L-2h)/L 其中： L回采工作面長(zhǎng)度L=200m；h巷道預(yù)排等值寬度，m，3號(hào)煤為貧煤貧瘦煤取h=10m；K=(200-210)/200=0.9m煤層厚度，m；m=2.5m；M煤層開(kāi)采厚度，m；M=2.5m；X煤層原始瓦斯含量，m/t；XC煤的殘存瓦斯含量，m/t。b鄰近層瓦斯涌出量根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷阂痪啪啪拍晔戮幹频年?yáng)泉礦區(qū)韓莊礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)報(bào)告中關(guān)于鄰近層瓦斯涌出量分析，礦井鄰近層瓦斯涌出量占鄰近層與開(kāi)采層瓦斯涌出量之和的46%。因此鄰近層瓦斯涌出量=開(kāi)采層瓦斯涌出量(1-46%)46%。c回采工作面瓦斯涌出量（2-20） 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量a 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量（2-21）式中： n煤壁暴露個(gè)數(shù)，雙孔送巷，n=4；l巷道斷面煤壁計(jì)算當(dāng)量長(zhǎng)，l=2.5m；V巷道掘進(jìn)速度，m/min，V=0.02m/minL巷道長(zhǎng)度，m，L=2500m；q煤壁瓦斯涌出初速度，m/min；（2-22）其中： Vdaf原煤揮發(fā)份含量，Vdaf=11.24%X煤層原始瓦斯含量，m/t。b掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量 （2-23）式中： S掘進(jìn)巷道斷面積，m，S=15m；煤的容重，=1.4t/m。c掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量q掘=q壁+q落采區(qū)瓦斯涌出量（2-24）式中： q采區(qū)采區(qū)瓦斯涌出量，m3/t； K采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取K=1.3； Ai第i個(gè)回采工作面瓦斯涌出量，m3/t； A0采區(qū)平均日產(chǎn)量，t/d。礦井瓦斯涌出量 （2-25） 式中：q礦井礦井瓦斯涌出量，m/t；K礦井內(nèi)已采采區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，K=1.2。2.2.5抽放管路方法抽放管路系統(tǒng)的選擇原則A、抽放管路盡可能沿回風(fēng)巷布置；B、抽放管路系統(tǒng)在滿(mǎn)足抽放需要的情況下盡可能減少管路長(zhǎng)度C、便于安裝和使用管理。抽放管路系統(tǒng)的選擇抽放管路系統(tǒng)布置如下：抽放站中央回風(fēng)立井井下總回風(fēng)巷采區(qū)回風(fēng)巷抽放面（預(yù)抽）抽放巷回采面平巷。抽放管道管徑、材質(zhì)、規(guī)格瓦斯管徑計(jì)算根據(jù)瓦斯抽放服務(wù)的范圍和所負(fù)擔(dān)的抽放量的大小，其管徑按下式計(jì)算： （2-26）式中： D瓦斯管內(nèi)徑，m； V管道中混合瓦斯的經(jīng)濟(jì)流速，m/s，一般取V=515 m/s；Q混管內(nèi)混合瓦斯流量，m3/min。抽放瓦斯管徑計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2。表2-2 抽放管徑計(jì)算表管 路名 稱(chēng)瓦斯流 量（m3/min）瓦斯?jié)舛龋?）混合瓦斯流量（m3/min）氣體流速（m/s）管 道 內(nèi)徑（m）備 注主管8060133.33120.483地面和井下主管干管1406066.67100.376西采區(qū)大巷干管干管2406066.67100.376軌道下山干管支管1206533.3380.286西采區(qū)平巷支管2206533.3370.305東采區(qū)平巷抽放管材的選擇和管徑確定地面抽放主管選用螺旋焊接鋼管D52010，井下抽放主、干管選擇煤礦用聚乙烯抽放瓦斯管，西采區(qū)大巷干管和軌道下山干管直徑均為D400，支管選擇無(wú)縫鋼管D3259 mm。瓦斯管的連接方式、主管趟數(shù)考慮到井下大巷斷面較小以及安裝時(shí)對(duì)生產(chǎn)會(huì)有一定的影響，所以地面和井下抽放主干管采用一次敷設(shè)完成，敷設(shè)一趟主管。抽放管路阻力計(jì)算a直管阻力損失計(jì)算直管阻力損失按下式計(jì)算 （2-27）抽放管路阻力損失計(jì)算按抽放系統(tǒng)服務(wù)年限內(nèi)最長(zhǎng)的一條抽放管路進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)新元礦井初步設(shè)計(jì)的礦井開(kāi)拓布置圖，到西采區(qū)邊界的瓦斯管路最長(zhǎng)，所以按從地面到井下西采區(qū)的抽放管路長(zhǎng)度計(jì)算直管阻力損失，抽放系統(tǒng)的直管阻力損失H直總=15913 Pa。b局部阻力損失計(jì)算管路局部阻力損失按直管阻力損失的10%計(jì)算，則抽放系統(tǒng)的局部阻力損失為1591 Pa。c總阻力損失計(jì)算H直總=17504 Pa。管路敷設(shè)及附屬裝置地面管路采用埋地敷設(shè)，連接方式為焊接連接；井筒管路采用法蘭連接，井下管路采用吊掛敷設(shè)，連接方式為法蘭連接。為了便于管路系統(tǒng)負(fù)壓的調(diào)節(jié)，掌握各抽放地點(diǎn)瓦斯抽出量、瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r以及保證管網(wǎng)系統(tǒng)的正常抽放，設(shè)計(jì)時(shí)在各主、干、分、支管路上已考慮分別安設(shè)閥門(mén)、流量計(jì)和放水器。在瓦斯泵房和地面管路上還安設(shè)有防爆、防回火裝置及放空管（含放空燃燒火炬）等。3基于區(qū)域瓦斯治理的鉆爆抽一體化技術(shù)及應(yīng)用煤層透氣性低和封孔質(zhì)量差是造成我國(guó)高瓦斯礦井煤層瓦斯抽采效果普遍較差的主要原因之一。為了解決上述問(wèn)題，主要采取卸壓增透和提高封孔質(zhì)量的方法，目前卸壓增透方式有兩種: 層間的區(qū)域卸壓增透技術(shù)和層內(nèi)卸壓增透技術(shù)。保層開(kāi)采作為層間的區(qū)域卸壓增透技術(shù)基本趨于成熟，能夠有效增加煤層透氣性，得到了廣泛的推廣應(yīng)用; 在不具備開(kāi)采保護(hù)層條件時(shí)，只有在煤層內(nèi)部采取措施，溝通及擴(kuò)展煤層內(nèi)部的裂隙網(wǎng)，張開(kāi)原有煤層裂隙，人為增加新裂隙，形成卸壓條件，才能改善煤層內(nèi)部瓦斯的流動(dòng)情況，而在煤層內(nèi)部進(jìn)行深孔控制爆破和PD 復(fù)合材料密封抽放相結(jié)合的鉆爆抽一體化技術(shù)，則是一種有效的技術(shù)措施。3.鉆爆抽一體化技術(shù)3.1 煤與瓦作用爆生裂隙形成機(jī)理分析3.1.1 爆炸應(yīng)力波作用爆炸應(yīng)力波在煤體的傳播過(guò)程中主要形成沖擊波、壓縮應(yīng)力波和地震波。爆炸應(yīng)力波的作用范圍大致可分為沖擊波作用區(qū)、壓縮波作用區(qū)和地震波作用區(qū)。作用范圍如圖1 所示。圖1 爆炸應(yīng)力波的傳播范圍和作用范圍在爆炸沖擊波和應(yīng)力波的直接作用下，由于爆炸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)介質(zhì)的抗壓強(qiáng)度，炮孔周?chē)拿后w被強(qiáng)烈壓縮、粉碎，形成壓縮粉碎區(qū)( 爆破近區(qū)) 和震動(dòng)區(qū)( 爆破遠(yuǎn)區(qū)) 。在應(yīng)力波作用下，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生位移，在壓縮粉碎區(qū)內(nèi)形成了徑向裂隙和圓環(huán)狀的切向裂隙，新增的裂隙中斷或減弱了圍巖中徑向和切向應(yīng)力的傳遞，降低了圍巖的應(yīng)力，有利于瓦斯的解析; 同時(shí)地應(yīng)力得到部分釋放并且使圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力向工作面前方及巷道兩側(cè)轉(zhuǎn)移; 在震動(dòng)區(qū)( 爆破遠(yuǎn)區(qū)) 內(nèi)，雖然沒(méi)有形成可見(jiàn)的宏觀裂隙，但爆生氣體產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)的擾動(dòng)作用于已產(chǎn)生的裂隙內(nèi)，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，并使煤體儲(chǔ)存的彈性能部分釋放出來(lái)，應(yīng)力水平趨于下降，瓦斯變得易于抽放。3.1.2 爆生氣體作用及貫通裂隙形成的條件應(yīng)力波過(guò)后，爆生氣體產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)，并楔入空腔壁上已張開(kāi)的裂隙中，在裂隙尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。在爆生氣體壓力驅(qū)動(dòng)下，裂隙始終朝著壓力( 或應(yīng)力) 低的方向擴(kuò)展，即向著遠(yuǎn)離炮孔的方向擴(kuò)展。由線性斷裂力學(xué)可知，在孔內(nèi)壓力作用下，裂隙尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子為: 3-1)式中， L 為裂隙擴(kuò)展瞬間長(zhǎng)度; Pm為孔壁壓力; P 為地應(yīng)力。裂隙失穩(wěn)擴(kuò)展條件為:Kr 1. 6Krc(3-2)式中Krc靜態(tài)斷裂韌性，N/m3 /2。綜合上述分析，可得出孔間形成貫通裂隙條件是: (3-3)爆破孔與控制孔間距Lk應(yīng)滿(mǎn)足下列條件:Lk L 3.1.3 煤層瓦斯壓力作用深孔控制爆破是在煤與瓦斯固流耦合介質(zhì)中進(jìn)行的。爆破前處于力學(xué)平衡狀態(tài)下的原生裂隙中的瓦斯，由于爆炸應(yīng)力場(chǎng)的擾動(dòng)將作用于已產(chǎn)生的裂隙內(nèi)，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。由于瓦斯的作用，煤體中爆破裂隙圈會(huì)相應(yīng)的增大，煤體中瓦斯對(duì)爆破裂隙的影響主要體現(xiàn)在降低圍巖應(yīng)力上。瓦斯壓力驅(qū)動(dòng)作用下裂隙尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子為：(3-4)式中，Pg為孔隙內(nèi)瓦斯壓力; 為圍巖應(yīng)力與爆生氣體準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力的合力; L 為裂隙長(zhǎng)度; 為裂隙面與垂直方向夾角。由式( 3-4) 可知隨著瓦斯壓力Pg的增大，Kr值增大，因而有利于裂隙的擴(kuò)展。3.2 鉆爆抽一體化技術(shù)3.2.1 鉆爆一體化技術(shù)簡(jiǎn)介該技術(shù)是在采煤或掘進(jìn)工作面前方的煤層上交替布置順層或穿層抽放鉆孔( 控制孔) 和爆破孔孔位，爆破后，使炮孔周?chē)a(chǎn)生包括壓縮粉碎圈、徑向裂隙與環(huán)向裂隙交錯(cuò)的裂隙圈和沿爆破孔和控制孔孔位連心方向的貫穿裂隙網(wǎng)，使地應(yīng)力轉(zhuǎn)移、煤體透氣性增大，降低了瓦斯壓力梯度和突出勢(shì)能，“鉆爆抽”三位一體卸壓防突區(qū)域卸壓增透示意圖如圖2 所示。1爆破孔; 2控制孔( 抽放孔) ; 3煤體; 4裂隙圖2 “鉆爆抽”三位一體卸壓防突區(qū)域卸壓增透示意圖3.2.2 爆破孔與控制孔間距L 的數(shù)值模擬及分析為了確定爆破孔與控制孔的間距L，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬。取爆破孔直徑為75mm，在兩爆破孔中間加設(shè)直徑為89mm 的控制孔，爆破孔與控制孔等間距布置。運(yùn)用LS DYNA 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果如圖3 所示。從圖3 可以看出，由于爆破孔與導(dǎo)向孔的間距不同，產(chǎn)生的卸壓效果有明顯的差別，孔間距增大，爆破后地應(yīng)力的峰值也提高，兩孔周?chē)男秹簭?qiáng)度進(jìn)一步得到提高。從模擬結(jié)果可知當(dāng)L在3 4m 之間時(shí)，有效應(yīng)力的卸壓效果較好。圖3 爆破孔與控制孔間距對(duì)卸壓效果的影響3.2.3 瓦斯抽放鉆孔密封材料抽放瓦斯是解決高瓦斯突出煤層開(kāi)采防突及瓦斯超限問(wèn)題最有效、最直接的辦法之一，封孔效果的好壞將直接影響抽放瓦斯量和抽放效率。膨脹水泥凍( PD) 是基于微膠囊技術(shù)研發(fā)的密封材料，經(jīng)驗(yàn)證，PD 材料密封效果優(yōu)于高水材料和聚氨酯有效的解決了抽放鉆孔的密封問(wèn)題。3.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用及分析崔廟礦主采煤層為煤與瓦斯突出煤層，瓦斯含量較高，且煤質(zhì)松軟破碎。采用傳統(tǒng)的煤層瓦斯預(yù)抽難以達(dá)到消突效果，必須采取強(qiáng)化抽放措施。在該礦工作面采取鉆爆抽一體化技術(shù)進(jìn)行預(yù)抽瓦斯作業(yè)，取得了良好的效果，消除了煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。試驗(yàn)通過(guò)不同間距的鉆孔各控制一段條帶，通過(guò)一段時(shí)間的抽放，測(cè)試其消突效果。將設(shè)計(jì)的百米消突條帶分為三個(gè)區(qū)段，其中1、2 號(hào)鉆場(chǎng)控制區(qū)段為第一區(qū)段，3、4號(hào)鉆場(chǎng)控制區(qū)段為第二區(qū)段，5、6 號(hào)鉆場(chǎng)控制區(qū)段為第三區(qū)段。鉆場(chǎng)布置如圖4 所示。圖4鉆場(chǎng)布置示意圖( m)第二區(qū)段的鉆孔采用該礦常用的聚氨酯封孔方法進(jìn)行封孔，第二階段對(duì)第一區(qū)段和第二區(qū)段的鉆孔使用PD 復(fù)合材料進(jìn)行二次封孔。第三階段在第三區(qū)段進(jìn)行控制爆破，并在該區(qū)段使用PD 復(fù)合材料密封抽放鉆孔，比較三個(gè)區(qū)段的瓦斯抽放效果。第一區(qū)段和第二區(qū)段技術(shù)改進(jìn)前后抽放效果見(jiàn)表1。在使用PD 材料封孔技術(shù)各孔抽放濃度在原來(lái)抽放濃度基礎(chǔ)上提高了5 20 倍，總體抽出比均上升了40%，即在原封孔方法所封抽放鉆孔已經(jīng)不能再發(fā)揮作用時(shí)，采用PD 復(fù)合材料封孔技術(shù)措施之后，鉆孔又重新發(fā)揮作用。在第三區(qū)段進(jìn)行控制爆破后，三個(gè)區(qū)段不同抽放時(shí)間所對(duì)應(yīng)的煤層瓦斯抽放率如圖5 所示。圖5 各區(qū)段爆破前后抽出率變化從圖5 可以看出第一區(qū)段和第二區(qū)段在技術(shù)改進(jìn)前，抽出率最大為30%，采取鉆爆抽一體化技術(shù)后，第一區(qū)段抽出率為57. 0%，第二區(qū)段抽出率為48. 5%。技術(shù)改進(jìn)后，第一區(qū)段煤層殘余瓦斯含量為6. 56 m3 /t，第二區(qū)段煤層殘余瓦斯含量為7. 65 m3 /t。第三個(gè)區(qū)段在爆破完成后開(kāi)始抽放，90d 后其抽出率達(dá)到48. 6%，其殘余瓦斯含量為7. 45 m3 /t，三個(gè)區(qū)段的殘余瓦斯含量均低于8m3 /t，消除了措施范圍內(nèi)煤層的突出危險(xiǎn)性。3.4 結(jié)論試驗(yàn)證明，實(shí)施基于區(qū)域瓦斯治理的鉆、爆、抽一體技術(shù)后，煤層透氣性可提高20 50 倍，單孔瓦斯抽采量可提高5 10 倍，瓦斯抽采濃度大于50%，回采工作面瓦斯抽放率大于80%，預(yù)抽瓦斯時(shí)間可縮短一半，瓦斯抽放孔數(shù)減少20% 30%。隨著研究工作的進(jìn)一步深入，鉆爆抽一體化技術(shù)在對(duì)危險(xiǎn)性煤層進(jìn)行卸壓增透、提高瓦斯抽放量和施工速度方面必將成為一項(xiàng)