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：

123

11112221K n i i i n

i

i i W W W W W A X W A X ===++=

⨯=⨯∑∑ (9-1) 式中：W k ——矿井瓦斯储量，万m 3；

W 1——可采煤层(包括局部可采煤层的可采部分)瓦斯储量总和，万m 3; A 1i ——矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t ；

X 1i ——每一个可采煤层的瓦斯含量，m 3/t

n ——矿井可采煤层数，

W 2——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m 3；

A 2i ——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 ； X 2i ——可采煤层采动影响范围内每一个不可采煤层的瓦斯含量，m 3/t ； m ——矿井可采煤层采动影响范围内的不可采煤层数；

W 3——围岩瓦斯储量，万m 3。

《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：

100C K W W η=• (9-2)

式中 W c ——矿井可抽瓦斯量，万m 3；

W k ——矿井瓦斯储量，万m 3；

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。

100c y y c

q q q η=

+ （9-3） 式中 ηy ——抽放率，％； q c ——矿井、采区或工作面的抽放瓦斯量，m 3/min ；

q y ——在枕放条件下的矿井、采区或工作面的风排瓦斯量，m 3/min 。

2)按煤层瓦斯含量计算。

100c x O X X η=

(9-4) 式中ηx ——抽放率，％；

X c ——开采层(或邻近层)1吨煤抽出的瓦斯量，m 3/t ；

X o ——开采层(或邻近层)的煤层原始瓦斯含量，m 3/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。

1221

ln ln q q t t α-=- （9-5） 式中 α——钻孔瓦斯流量衰减系数，d -1；

Q 1——t 时间的钻孔瓦斯流量，m 3/min;

q 2——t 2o 时间的钻孔瓦斯流量，m 3/min;

t 1和t 2——测定钻孔瓦斯流量q 1、q 2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：

0.6f SC q q K

υ>= (9-6) 式中：q ——矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m 3/min ；

q f 一通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m 3/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，m 2；

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5 m 3/min ，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3 m 3/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30 m 3/min 的；矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m 3/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2 m 3/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