矿井瓦斯抽放设计

第九章矿井瓦斯抽放设计抽放瓦斯系统的建设必须有抽放瓦斯工程初步设计和施工设计，前者供上级主管部门审批立项之用，后者是工程施工的依据。编制矿井抽放瓦斯设计要以上级批准的设计任务书和经审批的《矿井抽放瓦斯可行性论证报告》提供的瓦斯基础参数为依据。设计任务书的主要内容包括：抽放目的、抽放规模、抽放量预计、工程量和投资估算以及经济效益等。设计任务书一般由生产单位(局、矿)与承担设计单位共同编制，按隶属关系报上级批准后下达。第一节设计必须的基础资料一、矿井概况1．矿井地质包括地质构造、煤层赋存条件、煤炭储量等。2．开拓开采包括矿井生产能力、矿井开拓方式与巷道布量、采煤方法等。3．通风、瓦斯包括通风设备与能力，矿井、采区和工作面(采煤与掘进)的瓦斯涌出量，瓦斯来源与平衡分析，瓦斯特殊涌出情况，瓦斯对安全生产的威胁程度，煤尘爆炸指数，煤的自燃倾向性等。瓦斯基础参数主要包括：煤层瓦斯压力与瓦斯含量、矿井瓦斯储量、可抽瓦斯显、瓦斯抽放率、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量及其衰减系数等。煤层瓦斯压力、瓦斯含量和煤层透气性系数的测定与计算可参见第三章和第四章的有关内容。1．矿井瓦斯储量矿井瓦斯储量是指矿田开采过程中能够向矿井内排放瓦斯的煤层(包括可采、不可采煤层)与岩层储存的瓦斯总量。其计算公式为：12311112221Kniiiniii(9-1)式中：Wk——矿井瓦斯储量，万m3；W1——可采煤层(包括局部可采煤层的可采部分)瓦斯储量总和，万m3;A1i——矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t；X1i——每一个可采煤层的瓦斯含量，m3/tn——矿井可采煤层数，W2——可采煤层采动影响范围内不可采邻近煤层的瓦斯储量总和，万m3；A2i——可采煤层采动影响范围内每一个不可采煤层的煤炭储量，万t；X2i——可采煤层采动影响范围内每一个不可采煤层的瓦斯含量，m3/t；m——矿井可采煤层采动影响范围内的不可采煤层数；W3——围岩瓦斯储量，万m3。《矿井瓦斯抽放管理规范》的附录中对开采层采动影响范围的确定做了说明：“上邻近层取50—60m下邻近层取20~30m。”根据矿井地质与开采煤层厚度的具体条件可将此计算范围适当扩大。对于围岩瓦斯储量，当围岩瓦斯很小时可以忽略不计；若瓦斯含量多时，可据经验选取或实测而定，当无实测数据时，可按煤层瓦斯储量的10％~15％概算。2．矿井可抽瓦斯量可抽瓦斯量系指矿井瓦斯储量中在目前的开采条件和技术水平下能被抽出来的瓦斯量。常用下式概算：100CKWW(9-2)式中Wc——矿井可抽瓦斯量，万m3；Wk——矿井瓦斯储量，万m3；η——矿井瓦斯抽放率，％。3．抽放率抽放率是衡量瓦斯抽放效果的重要指标之一，其计算方法有以下2种：1)按瓦斯涌出量计算。100cyycqqq（9-3）式中ηy——抽放率，％；qc——矿井、采区或工作面的抽放瓦斯量，m3/min；qy——在枕放条件下的矿井、采区或工作面的风排瓦斯量，m3/min。2)按煤层瓦斯含量计算。100cxOXX(9-4)式中ηx——抽放率，％；Xc——开采层(或邻近层)1吨煤抽出的瓦斯量，m3/t；Xo——开采层(或邻近层)的煤层原始瓦斯含量，m3/t。我国多用9—3式计算矿井、采区和工作面的抽放率，同时尚可利用该式分别计算工作面的邻近层抽放率和开采层抽放率。《矿井瓦斯抽放管理规范》对瓦斯抽放率应达到的指标作了具体规定：“预抽煤层瓦斯时，矿井抽放率不小于20％，回采工作面抽放率不小于25％；邻近层卸压抽放时，矿井抽放率不小于35％，回采工作抽放率不小于45％；采用混合抽放方法时，矿井抽放率不小于25％。”抽放瓦斯工程设计时，工作面的瓦斯抽放率亦可参照表9—1选取。4．煤层钻孔瓦斯流量衰减系数钻孔瓦斯流量衰减系数是评价预抽煤层瓦斯难易的一个重要指标，该系数表示钻孔瓦斯流量随时间的推移呈衰减变化的特征。其测定与计算方法是：选择具有代表性的煤层区段，订煤层钻孔，完钻后密封钻孔，经t1时间测其瓦斯流量q1；，经t2o时间(数日)后再测其瓦斯流量q2，并以9-5式计算。1221lnlnqqtt（9-5）式中α——钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1；Q1——t时间的钻孔瓦斯流量，m3/min;q2——t2o时间的钻孔瓦斯流量，m3/min;t1和t2——测定钻孔瓦斯流量q1、q2的时间，d。第二节抽放瓦斯的可行性论证矿井新建抽放瓦斯系统时，必须进行瓦斯抽放可行性论证，且论证报告应由煤炭工业主管部门授权的专业科研机构编写。抽放瓦斯可行性论证报告应详细阐述抽放瓦斯的必要性与可行性。其主要内容包括：矿井地质与煤层赋存条件，开拓方式与采煤方法，通风与瓦斯涌出情况，瓦斯储量与可抽瓦斯量计算，抽放方案与抽放量预计，抽放规模与抽放服务年限，投资估算与经济效益评价以及瓦斯利用等。1．抽放瓦斯的必要性从安全生产的角度考虑，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：0.6fSCqqK(9-6)式中：q——矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min；qf一通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m3/min；v——通风巷道(或工作面)允许的最大风速，m/s；S——倔风巷道(或工作面)断面积，m2；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。《矿井瓦斯抽放管理规范》从安全和经济上的诸多因素综合考虑规定，凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽放系统，开展抽放瓦斯工作：(1)一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的。(2)年产煤量等于或小于40、60、100和150万t而矿井绝对瓦斯涌出量分别大于15、20、25和30m3/min的；矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min的。(3)开采具有煤与瓦斯突出危险煤层的。(4)建立永久瓦斯抽放系统的矿井，还应同时具备瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2m3/min以上和瓦斯资源可靠、储量丰富、预计瓦斯抽放服务年限在10年以上2个条件。2．抽放瓦斯的可行性对于开采煤层预抽瓦斯的难易来讲，抽放瓦斯的可行性一般分为即容易抽放、可以抽放和较难抽放3类，对应的钻孔瓦斯流量衰减系数(a)和煤层的透气性系数(λ)分别为小于0.003d-1、0.003~0.05d-1、大于0.05d-1和大于10m2/(MPa2·d)、10~0.1m2/(MPa2·d)、小于0.1m2/(MPa2·d)；从邻近层卸压瓦斯抽放来说，由于受煤层采动的影响，邻近煤层的透气性大大提高，故其煤层瓦斯均易抽放。显邻近层的瓦斯能够涌入开采层工作面，隐邻近层的瓦斯则不能涌入开采层工作面；从安全生产的角度考虑，前者必须抽放瓦斯，后者可以不抽放瓦斯，但因为隐邻近层瓦斯也是较易抽放的，为了回收瓦斯资源亦可进行抽放。在进行抽放瓦斯可行性论证时，除据上述标难评价煤层瓦斯可抽性之外，还必须从经济和社会的观点阐述抽放瓦斯的合理性，包括抽放瓦斯工程投资、抽放瓦斯促进煤炭生产效益、减少通风费用、瓦斯利用收益、投资款回收时间以及社会效益等。第三节设计方法一、抽放瓦斯设计的一般原则(1)抽放规模与钠放能力应能适应矿井生产能力和服务年限的需要，并能满足矿井生产期间最大拙放瓦斯量的要求。(2)设计抽放瓦斯系统与抽放方法时，要有利于多抽瓦斯、保障矿井安全生产；应根据矿井地质与开采条件、瓦斯来源以及瓦斯基础参数选择适宜的抽放方法；要有适宜的打抽放瓦斯钻孔的地点及充足的袖放瓦斯时间；要配备足够的抽放瓦斯专业人员和抽放瓦斯装备。(3)抽放瓦斯钻孔的施工和瓦斯管道的敷设应尽量利用生产巷道，特殊需要时也可掘进专用抽放瓦斯巷道。(4)瓦斯泵站的选址除应满足安全抽放瓦斯之外，尚需考虑瓦斯利用的方便。一般应设在居民集中区的附近，并利于敷设地面瓦斯管道和建造储瓦斯罐等。二、抽放瓦斯工程设计的编制抽放瓦斯工程设计包括设计说明书、机电设备与器材清册、投资概算和施工图纸4个部分。1．设计说明书(1)矿井概况。包括矿井地质与煤层赋存、煤炭储量、生产能力与服务年限、巷道布置与开拓系统、采煤与顶板管理方法、通风与瓦斯状况、煤尘爆炸指数、煤的自然发火地等。(2)瓦斯基础资料。包括瓦斯鉴定数据、矿井瓦斯涌出量、煤层瓦斯压力及含量、矿井瓦斯储量及可抽量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量及其衰减系数。(3)抽放瓦斯。包括抽放方法选择、钻孔(巷道)布置、施工方法、抽放参数、抽放402规模与抽放量预计。(4)抽放系统与设备。包括瓦斯管路的选择与阻力计算，管道路线与安装方法、瓦斯泵选型、监测装置等。(5)瓦斯泵站。包括瓦斯泵房建筑，设备安装、监测与安全装置，给排水系统，厂房采暖、通风、照明、通讯、避雷、消防火等。(6)供电系统与设备。包括井下和地面供电设备选型、供电方式及其系统。(7)劳动组织与经济技术指标。包括抽放瓦斯人员编制、年抽放量、工作制度、建筑规模、用电最大负荷、劳动生产率、占地面积和投资额等。2．机电设备与器材清册详列全部瓦斯抽放工程所需要设备和主要器材的名称、型号、规格、数量等。3．投资概算书详列请项目名称与金额，包括土建工程、主要材料、设备和安装施工费，价差预备费，建设期贷款利息，国家或上级规定的其他费用，以及总投资额。4．施工图纸主要有泵房建筑、设备安装、供水、供屯、采暖、照明、抽放瓦斯钻孔布置、钻孔施工与密封、瓦斯管路系统与安装、抽放瓦斯监控与安全设施安装等施工图纸。