瓦斯抽采设计

瓦斯抽采设计目录1 瓦斯抽采必要性与可行性论证 (1)1.1瓦斯抽采的必要性论证 (1)1.2瓦斯抽采的可行性论证 (1)1.3瓦斯抽采设计的依据 (2)2 区域防突措施 (3)2.1矿井概况 (3)2.2区域防突措施的选择 (3)2.3保护层开采的可行性分析 (3)2.4保护范围的划定 (4)3 瓦斯抽采方法 (8)3.1煤层B瓦斯抽采设计 (8)3.2煤层A瓦斯抽采设计 (10)3.3未保护区卸压瓦斯抽采设计 (13)4 瓦斯抽采参数 (14)5 瓦斯抽采管网 (19)5.1瓦斯管路 (19)5.2管路阻力计算 (19)5.3抽采泵选型 (20)5.4抽采瓦斯泵确定 (21)1 瓦斯抽采必要性与可行性论证1.1瓦斯抽采的必要性论证突出煤层瓦斯含量大，必须建立瓦斯抽采系统且必须是地面瓦斯抽采系统以保降预抽煤层瓦斯的有效性、可靠性，《防治煤与瓦斯突出规定》（以下简称《防突规定》），突出矿井必须建立满足防突工作要求的地面永久瓦斯抽采系统。

高瓦斯矿井采掘过程中瓦斯涌出大,需要根据工作面绝对瓦斯涌出量、工作面产量和矿井瓦斯绝对瓦斯涌出量的要求,建立地面瓦斯抽采系统或井下临时抽采瓦斯系统,但地面瓦斯抽采系统可靠性更高、能力更强,必要时应在高瓦斯矿井建立地面瓦斯抽采系统。

《防突规定》规定，一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3 /min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采瓦斯系统。

《煤矿瓦斯抽放规范》规定：有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采瓦斯系统：a) 一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m 3 /min 或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m 3 /min，用通风方法解决瓦斯问题不合理时；b) 矿井绝对涌出量达到以下条件的：——大于或等于40m 3 /min；——年产量1.0~1.5Mt 的矿井，大于30m 3 /min；——年产量0.6~1.0Mt 的矿井，大于25m 3 /min；——年产量0.4~0.6Mt 的矿井，大于20m 3 /min；——年产量等于或小于0.4Mt 的矿井，大于15m 3 /min；c) 开采有煤与瓦斯突出危险煤层。

1.2瓦斯抽采的可行性论证传统的瓦斯抽采需进行抽采可行性论证，论证指标有3项，分别为煤层透气性系数（λ），孔瓦斯流量衰减系数（α）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（Q i）并根据上述指标，将煤层瓦斯抽采的难易程度进行分类，如表所列。

表煤层瓦斯抽采难易程度分类指标难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数1d/-α百米钻孔瓦斯极限抽量3i/mQ煤层透气系数)](/[23dMPam⋅⋅λ容易抽放<0.003 >14400 >10可以抽放0.003～0.05 14400～2880 10～0.1较难抽放>0.05 <2880 <0.11.3瓦斯抽采设计的依据（1）国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定，2009年（2）国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局,煤矿安全规程，2001 年（3）国家安全生产监督管理总局，煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027—2006），2006 年（4）国家安全生产监督管理总局，煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026—2006）2006 年（5）国家煤矿安全监察局.煤矿瓦斯治理经验五十条.2005年（6）国务院安全生产委员会办公室，关于进一步加强煤矿瓦斯治理工作的指导意见，安委办[2008]17号，2008年（7）国家安全生产监督管理总局，煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保陣系统设计规范（AQ1076_2009）, 2009 年2 区域防突措施2.1矿井概况已知煤系地层从上到下有煤层A和煤层B，煤层倾角12°，为贫煤；煤层A厚2.6m，煤层B厚2.8m，均具有煤与瓦斯突出危险性。

A煤层与B煤层距离为75m，A煤层和B煤层工作面均设计走向长1500m，面长120m，其中A煤层工作面平均瓦斯含量为15m3/t，煤层透气性系数为0.003mD；B煤层工作面平均瓦斯含量为10m3/t，煤层透气性系数为0.1mD。

2.2区域防突措施的选择《防突规定》第四十五条区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。

区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。

开采保护层分为上保护层和下保护层两种方式：预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。

预抽煤层瓦斯区域防突措施应当按上述所列方式的优先顺序选取，或一并采用多种方式的预抽煤层瓦斯措施。

由于A煤层的煤层透气性系数λ=0.003<0.1，在不采取其它增透卸压措施的前提下较难抽放，而B煤层的煤层透气性系数λ=0.01，可以抽采。

所以可选B煤层为首采煤层作为保护层，进而对A煤层进行卸压瓦斯抽采，进行消突。

2.3保护层开采的可行性分析（1）《防突规定》关于保护层选取的要求《防突规定》第四十六条选择保护层必须遵守下列规定：①在突出矿井开采煤层群时，如在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上的无突出危险煤层，除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全或可能破坏突出煤层开采条件的情况外，首先开采保护层。

有条件的矿井，也可以将软岩层作为保护层开采；②当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，综合比较分析，择优开采保护效果最好的煤层；③当矿井中所有煤层都有突出危险时，选择突出危险程度较小的煤层作保护层先行开采，但采掘前必须按本规定的要求采取预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行效果检验；④优先选择上保护层。

在选择开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。

（2）保护层的有效保护范围①A 煤层与B煤层的煤层倾角为12°，属于缓倾斜煤层。

参照表保护层与被保护层之间的最大保护垂距可得缓倾斜和倾斜煤层的最大保护垂距为＜100m。

B 煤层与A 煤层垂距为H=75m，所以该煤层采用下保护层开采保护有效。

②开采下保护层时，不破坏上被保护层的最小层间距离可参用下列公式确定：当α<60°时，H=KMcosα当α>60°时，H=KMsin(α/2)式中：H—允许采用的最小层间距离，m；M—保护层的开采厚度，m；α—煤层倾角，度；K—顶板管理系数，冒落法管理顶板时，K取10充填法管理顶板时，K 取6。

所以当开采B煤层作为下保护层时允许最小层间距离H = 10×2.8×cos12°=27.4m。

A煤层与B煤层距离为75m,大于27.4m。

故选取B 作为下保护层不会破坏上被保护层。

（3）综上，选取B煤层作为保护层，既能符合《防突规定》达到消突效果，又能不破坏被保护层A煤层，可行性得证。

2.4保护范围的划定（1）沿倾斜的保护范围在被保护层中，沿倾斜方向的保护范围可按卸压角划定，如图所示。

卸压角的大小与煤层倾角、煤系地层的岩石力学性质等因素有关，但主要取决于煤层倾角，应根据矿井实际考察结果确定其卸压角，也可参考表的数据进行划分倾向被保护层工作面的保护范围边界。

图保护层工作面沿倾斜方向的保护范围A—保护层；B—被保护层；C—保护边界范围线表保护层沿倾斜方向卸压角煤层倾角α（°）卸压角δ（°）1 2 3 40 80 80 75 75 10 77 83 75 75 20 73 87 75 75 30 69 90 77 70 40 65 90 80 70 50 70 90 80 70 60 72 90 80 70 70 72 90 80 72 80 73 90 78 75由上，根据B 煤层的倾角12°，工作面长度120m ，假设数值连续变化，76.2可得α1=76.2°α2=83.8°,则沿倾斜的有效保护长度：L 倾斜=120—（︒tan76.275+ ︒tan83.875）=93.5m（2）沿走向的保护范围若保护层采煤工作面停采时间超过3个月且卸压比较充分，则该保护层采煤工作面对被保护层沿走向的保护范围对应于始采线、停采线及所留煤柱边缘位置的边界可按卸压角δ5=56°〜60°划定。

如图所示。

对于不规则煤柱，按照其最外缘的轮廓划出平直轮廓线，并根据保护层与被保护层之间的间距变化，确定煤柱的影响范围。

图保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围A —保护层；B —被保护层；C —煤柱；D —采空区；E —保护范围；F —始采线、采止线A 煤层和B 煤层工作面均设计走向长1500m ，为方便计算，取卸压角为60°则沿走向的有效保护长度：L 走向=1500—2×︒tan6075=1314.4m（3）最大保护垂距保护层与被保护层之间的最大保护垂距可参照表选取表保护层与被保护层之间的最大保护垂距煤层类别最大保护垂距上保护层下保护层90 75 80 75 80急倾斜煤层 <60 <80 缓倾斜和倾斜煤层<50<100在2.3中得证，选取B 煤层为保护层时保护垂距27.4m~100m 。

（4）A 煤层整个工作面的保护①下延保护层根据倾斜远距离下保护层开采同水平被保护层的连续卸压保护，在采用倾斜远距离下保护层开采时，按一定卸压角画出卸压边界，则可以发现同水平标高保护层开采后，同水平被保护层只有浅部一部分煤体处于保护层内，而同水平深部大片煤体未能得到卸压保护，采用保护层开采下延的方法可以很好的解决这一问题。

为全部保护到同水平的被保护煤层，在倾向上必须扩大保护层的开采范围，沿倾向延伸保护层的开采下限，保护层开采的下延深度以保护到同水平被保护的开采下限为准。

保护层下延长度：L 下延=︒tan1275+︒tan76.275=371.3m②扩展保护层边界走向上只要将 B 煤层保护层向分别两边扩界 L 扩界即可将 A 煤层走向上整个保护起来。

各扩界长度：L 扩界=︒tan6075=43.4m3 瓦斯抽采方法3.1煤层B瓦斯抽采设计B煤层具有突出危险性，且设计B煤层为首采煤层，所以需先采取区域防突措施消除突出危险性，才能进行开采。

而B煤层的煤层透气性系数为0.1mD，根据表煤层瓦斯抽采难易程度分类，可以对B煤层进行采前瓦斯抽采消除突出危险性。

根据煤层B的基本情况（煤层倾角12°，厚2.8m，具有煤与瓦斯突出危险性，工作面平均瓦斯含量为10m3/t，煤层透气性系数为0.1mD）。