新丰煤矿25采区抽放瓦斯工程设计 - 图文

郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 前 言

一、设计的主要依据

1．郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计；

2．郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计（修改）安全专篇； 3．《煤矿安全规程》国家安全生产监督管理总局，2011年；

4．《煤矿瓦斯抽放规范》AQ1027-2006 国家安全生产监督管理总局； 5．《煤矿瓦斯抽放基本指标》AQ1026-2006 国家安全生产监督管理总局；

6．《矿井瓦斯抽放工程设计规范》GB50471-2008 中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验疫总局；

7. 《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，安监总煤装〔2011〕163号； 8．郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿瓦斯抽放工程设计说明书； 9．新丰煤矿其它地质资料和实测资料。 二、设计的指导思想

1．在符合规范要求，满足煤层抽采达标的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资； 2．尽量利用现有的巷道、管道、抽采设备、设备； 3．采用的工艺技术具有先进性，且符合实际。 三、设计的主要内容

本次设计主要包括：《郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计》、《郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放系统图》等资料。设计的具体内容为：

1．新丰煤矿25采区瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放瓦斯方法的确定、抽放瓦斯量预计等；

2．采区瓦斯抽放管网、抽放瓦斯钻孔参数设计；

3．采区抽放瓦斯系统的设备、仪器、仪表及附属装置选型及安装设计； 4．抽放瓦斯管理及安全措施；

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 1 25采区概况

一、采区概况

新丰煤矿位于河南省登封市西南约有16km处，行政区划属登封市大金店镇管辖,主体在大金店镇陈楼村。

采区位于26采区与27采区之间，采区划分两个水平，±0m水平以上二1煤已基本采完，-156m水平上下山开采。

采区以2个采面、1个二1煤综采工作面、二个二1煤掘进工作面和1个一3煤炮采工作面、二个一3煤掘进工作面。 二、地质特征

本区属华北板块嵩箕构造区。大地构造位置位于秦岭纬向构造带东段之箕山背斜北翼中段，即颖阳—芦店向斜南翼中段。地层走向大致呈东西向，倾向北，倾角一般26～35°,局部达49°,构造基本格架为一单斜构造，仅在矿区的西、西北和东南边部发育一组北东向断裂，

该区地层产状变化不大，就全区而言，总体为一向北倾斜的单斜构造，该区地质构造复杂程度应为简单。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 地 层 单 位累 厚层 厚柱 状标志层岩层名称岩 性 描 述界系统组(m)271.530273.240277.270(m)2.9401.7104.0301:500砂质泥岩中粒砂岩砂质泥岩深灰色致密块状具滑面含植物化石碎片交白色薄层状深灰色局部粉沙及水平及波奘层里含植物化石碎片及少量云母片285.0707.800泥岩深灰色致密性脆含植物化石碎片山294.6909.620砂质泥岩灰色深灰色含微量云母片有植物化石碎片自上而下含砂量增高303.9009.210中粒砂岩浅灰色以石英长石为主黑色矿物及少量云母片含泥质团块显水平层里中上部夹0.3米泥岩309.1305.230泥岩深灰色致密有植物化石西317.8808.750中粒砂岩浅灰色有石英及黑色矿物组成显斜层里含泥岩体包裹体321.420321.7403.5400.320砂质泥岩二3煤灰黑色局部含炭质泥岩含少量云母片有植物化石电测资料333.65011.910砂质泥岩灰色中部夹泥岩含云母片有植物化石334.350336.1700.7001.8203.6401.0901.8200.4605.4102.4903.0604.4300.7600.2800.280二2煤砂质泥岩细砂岩泥岩细砂岩泥岩二1煤砂质泥岩粉砂岩泥岩石灰岩炭质泥岩泥岩电测资料占深止370.07米厚0.60米灰色中部夹泥岩含云母片有植物化石灰白色石英长石云母组成向下部变粗灰黑色底部为落层粉砂具完整的植物化石灰色中部夹泥岩含云母片灰黑色中部夹泥岩含云母片有植物化石黑色粉状及片状无夹矸灰黑色含炭质局部白云母较多有植物化石根茎灰色深灰色夹炭质泥岩条带层状具斜交层里及波状层里节理面有方解石灰黑色致密块状具黄铁矿结核灰色深灰色占判层相当一8煤组339.810340.900342.720343.180348.590351.080P1s354.140358.570359.330359.610359.890371.74011.850石灰岩深灰色坚硬夹方解石脉太原群373.730376.610380.000380.570386.180387.110390.170391.930394.580395.180396.200398.400399.360400.470400.950404.990405.5401.9902.8803.3900.5705.6100.9303.0601.7602.6500.6001.0202.2000.9601.1100.4804.0400.550砂质泥岩细砂岩泥岩一6煤泥岩一5煤粉砂岩泥岩石灰岩一4煤泥岩石灰岩一3煤石灰岩一2煤石灰岩一1煤深灰-灰黑色含炭质少数云母片上部0.8米泥岩灰-深灰色层面含炭质中部颗粒粗灰黑色上部含细粉向下炭质含量越高含植物化石电测资料钻深420.99米冲孔见煤样灰色中部夹泥岩含云母片有植物化石电测资料04（015）0.43真厚0.38（0.14）0.41灰黑色含黄铁矿晶体和方解石脉水平层里白云母中等灰黑色坚硬致密水平层里含黄铁矿晶体灰色上部含泥质含少量黄铁矿晶体及方解石脉电测资料灰黑色有植物化石及含少量云母片深灰-灰黑色含炭质少数云母片上部电测资料灰黑色含方解石电测资料深442.8米厚0.3米灰黑色含泥制成分较高电测资料C3tC2bC3g415.1409.600铝土质泥岩块状质坚硬含黄铁矿铝灰色底部为灰绿色质较软422.1707.030白云质灰岩灰色夹方解石

图 新丰煤矿煤层综合柱状图

三、煤层与煤质

1、含煤性

本区含煤岩系为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组以及上统的上石盒子组。含煤地层总厚约650m。共含煤9组计31层，煤层总厚平均值14.64m，含煤系

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 数为2.25%。煤层综合柱状图。二1煤层为本区主要可采煤层，全区可采；五3煤层为大部可采煤层，一3、一5、二2属局部可采煤层，达可采厚度且目前具有工业价值的只有七

2、五3、二1及一3煤层，其它煤层为局部可采但暂时不经济，或不可采甚至为炭质泥岩

所代替。可采煤层总厚度7.91m，可采含煤系数为1.21%。含煤岩组煤层发育情况见含煤岩组煤层发育情况统计表。

表 含煤岩组煤层发育情况统计表 地层系统 系 统 组 名称 煤 组 （段） 厚 度 含煤 （m） 层数 58.94-63.12 0 60.73-73.73 2 4 煤层编号 八1 八2 七1 七2 七3七4 常见 煤层 编号 七2 七2 六2 五3 四3 二2 二1 主 要 煤 层 两 极 厚 /平均厚 0.23-1.25 /0.67 0-1.83/0.68 0-0.90/0.51 0.20-14.29 /5.26 0-1.16/0.86 0.28-1.1 /0.85 稳定性 可采性 偶见炭质泥岩 不稳定 不可采 不稳定 局部可采 不稳定 不可采 较稳定 大部可采 不稳定 不可采 偶见炭质泥岩 不稳定 局部可采 较稳定全区可采 较稳定 局部可采 较稳定 全区可采 上石九煤段 盒子八煤段 上 组 统 七煤段 106.56-112.70 二 P2s 下石六煤段 78.06—113.95 盒子五煤段 56.41-80.00 叠 组 四煤段 55.00-86.98 下 P1x 三煤段 53.89-76.85 系 山西 统 组 二煤组 61.71-91.08 P1s 石 太原上 炭 组 一煤组 统 C3t 系 29.29-46.97 2 六1六2 六2 5 五1五2五3五4五5 五3五5 5 四1四2四3四4四5 四3四5 0 二1二2 二1 二12 二2二35 二3 二5 一5 一1一2一3 一4 一1一3 8 一5 一6 一7 一 8 一5 一3 2、主要可采煤层 ① 二1煤层

赋存于山西组下部大占砂岩之下，距上部砂锅窑砂岩67.16m，距香炭砂岩29.16m，距下部L7灰岩约10m。全区地面埋深0～1300m，底板标高+480～-840m（安庄逆断层下盘），东部主体区地面埋深0～1100m，底板标高+480～-600m。全区煤厚0.20～14.29m，平均厚5.26m，煤层结构简单，局部含夹矸1～2层，全区可采，煤厚变化存在突然增厚或变薄现象，规律不明显，多与原始沉积有关，总体属较稳定型煤层。

② 一3煤层

赋存于太原组下部L3灰岩之下。全区地面埋深0～1360m，底板标高+480～-880m（安庄逆断层下盘），主体地面埋深0～1130m，底板标高+450～-650m，煤厚0.28～1.1m，平均厚0.85m，结构简单，无夹矸，且稳定，全区可采，煤厚变化不大，多与原始沉积有关，总体属稳定煤层。

3、煤质

二1煤为黑色，以粉状为主，少量粒状，结构简单。视密度1.40 t/m3。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 一3煤为黑色，块状，具贝壳状、参差状断口。视密度1.45t/m3。主要煤质指标见主要煤质指标表。

表 主要煤质指标 原 煤 浮 煤 全硫 磷 发热量 挥发分 粘结指数 GR.I St.d％ Pd％ Qgr,v,d（MJ/kg） Vdaf％ 0.40 0.02 30.77 10.34 1 4.90 0.003 31.97 10.10 1 煤 层 二1 一3 水分 Mad％ 0.80 0.80 灰分 Ad％ 14.29 10.91 煤 类 贫煤 贫煤 二1煤为低灰、特低硫、低磷、低挥发分、特高热值煤、煤类为贫煤。根据其煤质特征，可作为一般动力用煤或民用煤。

一3煤具有低灰、特低磷、特高热值等特点，但其有害组分硫含量偏高，用途受限，但可用于烧制水泥、动力用煤或民用煤。 四、瓦斯

原新新煤矿及其周邻的磴槽煤矿和杨家门煤矿，均为高瓦斯矿井，存在煤与瓦斯突出的危险，由于种种原因，不少矿井都先后发生过煤与瓦斯突出或瓦斯爆炸事故。其中，原新新煤矿近年来煤与瓦斯突出事故情况如下：1991年10月9日西翼掘进工作面，曾发生煤与瓦斯突出事故，突出煤量约260t，40m巷道被堵，7名矿工丧生。1992年4月22日—30日，在216采面切眼时，先后发生过4次规模不大的煤与瓦斯突出事故，突出煤量23.69t，幸未伤人。其中，一次是因放炮引起的，其它三次均是在作业时发生的。1996年6月26日，21011工作面上副巷发生瓦斯爆炸事故，死亡1人。上述事例说明，现新丰煤矿为煤与瓦斯突出矿井，存在煤与瓦斯突出危险。

一3煤矿井本区及其附近均为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量一般小于10m3/t.d，但随着开采深度的增加和开采范围的扩大，瓦斯含量有增大的趋势，应引起高度重视，千万不可麻痹大意。

二1煤层瓦斯成分以CH4为主，占61.58～98.57%，瓦斯含量为2.19～11.30 ml/g?daf（表1-2）。依据瓦斯成份中CH4占80%时所对应的瓦斯含量4.5ml/g.daf作为划分标准，则本区可划分为N2—CH4带(瓦斯风化带)和CH4带（甲烷带）。瓦斯风化带与甲烷带界线大致沿二1煤层底板标高+250m水平展布，其中，+250m水平以浅为瓦斯风化带，+250m水平以深为甲烷带。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 表 本区及邻区部分钻孔二1煤层瓦斯测试结果表 瓦斯成分（%） 孔号 煤层底板标高（m） CO2 8604 8703 9304 8503 8303 -341.12 -178.86 -307.98 -233.69 -295.83 1.08 1.04 0.06 3.88 3.48 CH4 98.57 93.46 95.30 93.63 85.13 1

瓦斯含量（m3/t） N2 0.35 5.51 4.64 1.35 8.52 4.77 9.66 11.30 5.11 4.31 邻近矿井二1煤层瓦斯参数实测表见表邻近矿井二

煤层瓦斯参数实测表。从表1-3

和表1-4表明新丰矿区井田深部 二1煤层具有煤与瓦斯突出危险性。邻近矿井在+175m水平以下实测的煤层瓦斯含量，瓦斯压力值均在瓦斯突出范围内，预测煤层瓦斯突出危险性指标D=0.84～15.48，K=177～180，都证实二1煤层属突出煤层。随着开采深度的增加，其瓦斯含量梯度以4.5m3/t.燃×100m，瓦斯压力以0.82MPa/100m而增加。新丰煤矿地质勘探测定的瓦斯含量值偏低，与邻区井下实测的瓦斯含量有较大的误差，因此参照邻近矿井实测值计算新丰煤矿瓦斯含量是较为合理的。

表 邻近矿井二1煤层瓦斯参数实测表 水平标高（m） 煤层开采深度（m） 项目 +175 305 瓦斯压力（MPa） 瓦斯含量（m3/t.燃） △P f D K 0.82 12.65 30.6 0.17 0.84 180 +126 354 1.08 14.68 29 0.16 4.62 181 +75 405 1.5 16.98 23 0.13 15.48 177 五、煤层的自燃倾向性与煤尘爆炸性

（1）煤尘

二1煤爆炸指数为10.93%，为有煤尘爆炸危险性煤层；一3煤煤尘无爆炸性危险。 （2）煤的自燃性

二1煤层为自燃煤层，煤的自然发火期一般为4～6个月；一3煤层为不易自燃煤层。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 三、 生产概况 1）资源储量

采区区内共查明二1和一3煤层总资源储量1732.5万吨，总动用量665.8万吨，总保有量1253.6万吨， 2）采区开拓方式

开拓方式：单水平上下山开拓方式。采区划分两个水平，±0m水平以上二1煤已基本采完，-156m水平上下山开采。

采区以2个采面、1个二1煤综采工作面、二个二1煤掘进工作面和1个一3煤炮采工作面、二个一3煤掘进工作面。 3）采煤方法

二1煤层采用走向长壁综采分层开采采煤方法，选用MG170/410-WD型交流电牵引采煤机、ZF3000/16/26型液压支架，全部垮落法管理顶板。一3煤采用单体液压支柱炮采采煤法。

二1煤层采煤工作面采用MG170/410-WD型采煤机割煤，铺设SGZ630/264型刮板运输机，SZZ730/132型转载机，DSJ100/63/2×75型可伸缩带式输送机，工作面支护选用ZF3000/16/26型液压支架。二1煤工作面采高2.6m左右，工作面倾斜长150m左右，年进度970m；工作面回采率为0.95。

一3煤层采煤工作面铺设SGD-320/18.5型刮板输送机，运输顺槽铺设SGD-320/18.5刮板输送机运煤，选择DZ10-25/80单体液压支柱。一3煤工作面采高0.85m，年进度280m，工作面回采率为0.97。 4）矿井通风情况

矿井通风方式为对角式通风。通风方法采用机械抽出式，主井、副井进风，东风井、回风斜井和一3煤回风井回风；后期为主井、副井进风，东风井和一3煤回风井回风。

东风井前期服务25采区、后期服务全矿井二1煤采区，服务年限24.3年，回风斜井仅服务井田西翼26采区，一3煤回风井专用于回采一3煤时回风。

回风斜井现有风机2台，型号为FBCDZ-6-№18型,风压4129～1148Pa，风量35～72 m3/s，配用电机型号为YB315M-6，功率2×135kW，基本满足生产需用。《郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计安全专篇》设计选用YBF315L2-6型专用防爆电机二

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 台，其功率为2×132kW，转速980r/min，电压660V，以满足26采区前后期生产所需。

东风井选用2台FBCDZ-8-№22型矿用轴流通风机，配用电机型号为YBFE450S3-8；功率2×160kW；转速740r/min；电压10kV，一台工作，一台备用。

一3煤回风井配备2二台FBCDZ－№16型抽出式对旋防爆轴流风机，配套电机功率2×55KW，配套YB2280M-6型电动机，电压660V，功率55KW。

2 矿井瓦斯

一、煤层瓦斯基础参数

煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，煤层瓦斯赋存基础参数主要包括：煤层原始瓦斯含量、煤的瓦斯吸附常数、孔隙率、煤层透气性系数及钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数等。本设计中二1煤层瓦斯基础参数值取自于《郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计安全专篇》（2011.8），具体数值如二数值一览表。

表 二1煤层瓦斯基本参数值一览表 标高、 煤层开采深度（m） 项 目 瓦斯压力（MPa） 瓦斯含量（m3/t燃） λ(m2/MPa2.d) 衰减系数m3/ m3.Mpa0.5 a b ⊿P f D K +175 305 0.82 12.65 19.56 32.0925 0.86415 30.6 0.17 0.84 180 +126 354 1.08 14.68 19.78 33.557 0.079 29 0.16 4.62 181 +75 405 1.5 16.98 20.3 0.0538 34.04 0.50 23 0.13 15.48 177 1

煤层瓦斯基本参

二、采区瓦斯储量计算

根据《煤矿瓦斯抽放工程设计规范》GB50471-2008中相关的计算方法，瓦斯储量计算公式为：

W?W1?W2?W3

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 式中：W－矿井瓦斯储量，Mm3；

W1－可采煤层的瓦斯储量，Mm3；

W1??A1iX1ii?1n

式中：A1i－矿井可采煤层i的资源量，Mt；

X1i－矿井可采煤层i的瓦斯含量，m3/t；

W2－受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，Mm3；

nW2??A2iX2ii?1

式中：A2i－受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的资源量，Mt；

X2i－受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的瓦斯含量，m3/t；

W3－受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，实测或按式2-4

进行计算；

W3?K(W1?W2)

K－围岩瓦斯涌出系数，可取0.05～0.20；当围岩瓦斯很小时，可取0；若围岩含

瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。

从本采区含煤地层及可采煤层特征资料结合矿井开拓计划分析可以得出：本矿井瓦斯储量主要由二1、一3煤层和受其采动所影响的邻近煤层及其围岩的瓦斯储量总和。其中，邻近层厚度较小，因无可靠的储量数据其瓦斯储量按照煤层厚度比较取开采层的65％，围岩瓦斯因无实测值，取（W1+W2）的10％。本次瓦斯储量计算中二1煤层瓦斯含量取自《郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿技术改造初步设计安全专篇》，一

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煤层瓦斯含量根据

中国矿业大学2012年测定结果为4.87 m3/t，一3煤层瓦斯含量按一5煤层瓦斯含量取值。

可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，其计算公式为：

Wc?K?W

式中：WC—矿井可抽瓦斯量，Mm3；

K—矿井瓦斯抽放率，%。根据《煤矿瓦斯抽放基本指标》并结合该矿的实际情况，

K取40%。

根据上述计算方法和公式，将新丰煤矿可采煤层以及受采动所影响的不可采煤层和围岩各自参数带入，计算得出瓦斯储量及可抽量，结果详见矿井瓦斯储量计算表。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 表 矿井瓦斯储量计算表

煤层 二1 一3 五3、四3、四1、二3、 二2、一6、 一5、一4、 一2、一1 围岩 全采区 煤炭地质储量 (Mt) 33.615 1.03 瓦斯含量 (m3/t) 16.98 4.87 瓦斯地质储量 (Mm3) 210.3 4.56 可抽瓦斯量 (Mm3) 72.6 1.56 — — 131.2 52.3 — — — — 34.21 380.27 13.11 139.57 由上表可以看出25采区瓦斯总储量为380.27Mm3，可抽瓦斯量达139.57Mm3，为矿井瓦斯开发利用提供了充足的资源条件，但当煤层开采时，大量的瓦斯将涌向开采空间内，对矿井的安全生产构成威胁，只有做好瓦斯抽放工作，才能确保矿井的安全、高效生产。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 3 采区瓦斯涌出量预测

瓦斯涌出量预测的任务是确定采区投产时瓦斯涌出量的大小，它是矿井通风设计、瓦斯抽放系统工程设计和瓦斯管理必不可少的基础参数。

结合矿井实际情况以及目前所掌握的工作面瓦斯资料考虑，为了取得较高的预测准确度，为矿井瓦斯抽放工作提供具有实用价值的预测数据，本次瓦斯涌出量预测采用分源预测法进行。按矿井瓦斯主要涌出源—回采（包括开采层、围岩和邻近层）、掘进及采空区瓦斯涌出规律对本矿二1煤层、一3煤层回采工作面、掘进工作面的瓦斯涌出量进行计算，最终达到预测采区各煤层瓦斯涌出量的目的。

（1）为达到“抽、掘、采”平衡。采区以2个采煤工作面，1个二1煤综采工作面、1个一3或一5煤工作面、二个二1煤掘进工作面和二个一3煤掘进工作面保证采掘工作面的正常接续。

（2）二1煤层采用走向长壁综采开采采煤方法，全部垮落法管理顶板。二1煤工作面采高4.6m左右，工作面倾斜长195m左右，年进度430m；工作面回采率为0.93。1个二

1煤综采工作面生产能力

1450吨/天。

（3）一3煤或一5采用单体液压支柱炮采采煤法。一3煤或一5工作面采高0.85m，年进度280m，工作面回采率为0.97。1个一3煤炮采工作面生产能力152吨/天。

（4）由于±0m标高水平以上煤田基本采完，因此本次涌出量预测范围为标高±0~-156m。根据前面所述，新丰煤矿瓦斯含量梯度为4.5m3/t.燃×100m，二1煤层-75m标高瓦斯含量16.98 m3/t.燃， 因此可计算出二1煤层±0m标高瓦斯含量20.36 m3/t.燃（折算成原煤为17.29 m3/t），-156m标高瓦斯含量为27.38 m3/t.燃（折算成原煤为23.25 m3/t）。根据中国矿业大学2012年瓦斯含量测试结果，一5煤层瓦斯含量为4.87m3/t，本次预测一

3煤层瓦斯含量按一5煤层瓦斯含量取值。

（5）根据新丰煤矿采掘计划，二1煤的解放层开采主要是开采底板下部一3煤和一

5

煤，其中一3煤距二1煤底板垂距48~52m，一5煤距二1煤底板垂距35~38m，采区内部分一3煤已开采，为了进一步加大解放效果，消除二1煤突出危险性，进而又开采一5煤。

（6）在本设计对±0m标高称为浅部，-156m标高称为深部。 三、 掘进工作面瓦斯涌出量预测

掘进工作面的瓦斯主要来自煤壁和落煤两部分，其计算公式为：

q掘?qB?qL

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 式中：q掘— 掘进工作面瓦斯涌出量，m3/min；

qB— 煤壁瓦斯涌出量，m3/min； qL— 落煤瓦斯涌出量，m3/min。

（1）掘进工作面煤壁瓦斯涌量

在巷道掘进过程中，巷道周围煤层中的瓦斯压力平衡状态遭到破坏，煤体内部到煤壁间存在着瓦斯压力梯度，瓦斯就会沿煤体裂隙及孔隙向巷道泄出。单位时间单位面积暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）随着煤壁暴露时间的延长而降低。通常暴露6个月后，煤壁瓦斯涌出已基本稳定。其计算式为：

qB?D?v?q0?(2L?1) v式中：qB—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

D—巷道断面内暴露煤面的周边长度，对于薄及中厚煤层，D=2m0，m0为开采层

厚度。二1煤层取D=5.20m ，一3煤层取D=1.70m； （二v—巷道平均掘进速度，m/min；

0.00347m/min）；

1

煤层与一

3

煤层均按80m/月计算为

L—掘进巷道长度，二1煤层与一3煤层均取970m； min； q0—煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·

q0?0.026[0.0004(vf)2?0.16]X0

式中：vf－煤中挥发份含量，%；二1煤层取10.34，一3煤层取10.10；

X0－煤层瓦斯含量，根据预测条件矿井浅部二1煤层取17.29m3/t；矿井

深部二1煤层取23.25m3/t；一3煤层取4.87m3/t。 根据上述公式进行计算： ①矿井浅部（二1煤层）：

2qB二1?5.20?0.00347?0.026??0.0004?10.34?0.16???(2970?1)?17.29?1.74m3/min

0.00347 ②一3煤层：

2qB一3?1.70?0.00347?0.026?0.0004?10.10?0.16????(2970?1)?4.87?0.16m3/min

0.00347③矿井深部（二1煤层）：

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 2qB二1?5.20?0.00347?0.026??0.0004?10.34?0.16???(2970?1)?23.25?2.34m3/min

0.00347（2）掘进工作面落煤瓦斯涌出量

qL?S?v????X0?X1?

式中：qL—掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；

v—巷道平均掘进速度，m/min，同上；

S—掘进巷道断面积，m2，二1煤层与一3煤层均为8.7m2；

?—煤的视密度，二1煤层为1.40 t/m3、一3煤层为1.45t/m3；

X0—煤层瓦斯含量，同上；

X1—煤层残存瓦斯含量，m3/t。由于无实测值，根据原煤挥发份二1煤层10.34%，

一3煤层10.10%，参照AQ1018-2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》；二1煤层取3.40m3/t；一3煤层取1.77m3/t。

①矿井浅部（二1煤层）：

qL二1?8.70?0.00347?1.40??17.29?3.40??0.59m3/min ②一3煤层：

qL一3?8.70?0.00347?1.45??4.87?1.77??0.14m3/min ③矿井深部（二1煤层）：

qL二1?8.70?0.00347?1.40??23.25?3.40??0.84m3/min ⑶ 掘进工作面瓦斯涌出量 ①矿井浅部（二1煤层）：

q掘二1?qB二1?qL二1?1.74?0.59?2.33m3/min ②一3煤层：

q掘一3?qB一3?qL一3?0.16?0.14?0.30m3/min ③矿井深部（二1煤层）：

q掘二1?qB二1?qL二1?2.34?0.84?3.18m3/min 四、回采工作面瓦斯涌出量预测 1） 工作面瓦斯来源分析

工作面瓦斯涌出来源可划分为落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出三大部

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 分。落煤瓦斯涌出是指回采工作面采落煤炭解吸出的瓦斯；煤壁瓦斯涌出又可分为工作面煤壁瓦斯涌出和顺槽煤壁瓦斯涌出；采空区瓦斯涌出可分为三部分，即围岩瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。前两部分的瓦斯直接涌入到采场内，而采空区涌出的瓦斯是随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入回采工作面的采空区，混合在一起，构成采空区瓦斯涌出。回采工作面瓦斯来源构成见回采工作面瓦斯来源构成示意图。

工作面瓦斯涌出工作面煤壁及顺槽煤壁瓦斯涌出工作面采空区瓦斯涌出工作面采落煤瓦斯涌出工作面切眼煤壁顺槽煤壁围岩采区内丢煤上、下邻近层及煤柱工作面采落煤图 回采工作面瓦斯来源构成示意图

2） 回采工作面瓦斯涌出量预测

为计算方便，将工作面的三大瓦斯来源再分为二类，一类是主要取决于开采层瓦斯含量的瓦斯源，包括工作面落煤、工作面煤壁（切眼）、采落后丢到采空区内的煤，在计算中以系数的形式表现出来；另一类是不取决于开采层瓦斯含量的瓦斯源，包括邻近层、围岩及工作面顺槽煤壁瓦斯涌出量。对于本矿来说，在工作面开始回采时，其顺槽已经过了很长的排放时间，顺槽煤壁基本不再有瓦斯涌出，这一部分在计算过程中将不再考虑。

根据AQ1018-2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》中的计算方法，回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量来表达，以24小时为一个预测原班，采用下面公式进行计算：

q回?q开?q邻 式中：q回—回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；

q开—开采层瓦斯涌出量，m3/t； q邻—邻近层瓦斯涌出量，m3/t。

按下式计算开采层（包括围岩）瓦斯涌出量：

q开?k1?k2?k3?kfi?k邻?(X0?X1) 式中：

—开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 k1 —围岩瓦斯涌出系数，其值取决于回采工作面顶板管理方法，取1.20； k2 —工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数。二

1

煤回采为率

95%，则k2=1.05；一3煤回采为率97%，则k2=1.03；

k3 —准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数；

k3?L?2h L式中：L －工作面长度，二1煤层、一3煤层均为150m；

h －巷道瓦斯预排等值宽度，取h=12.0m；

根据图3-2，解放层一3煤开k邻 —邻近层开采对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，

采后取0.57、一5煤开采后取0.42；

X0—煤层瓦斯含量，m3/t。

X1—煤的残存瓦斯含量，m3/t；

按下式计算邻近层瓦斯涌出量：

q邻??i?1nmi?ki?(X0i?X1i) m1式中：q邻—邻近层瓦斯涌出量，m3/t；

mi —第i个邻近层厚度，m。二1煤层的邻近层有二3、二2、一6煤层，煤层厚度分别为0.32m、0.70m、0.57m；一3煤层的邻近层有二3、二2、二1、一6、一5、一4、一2、一1煤层，煤层厚度分别为0.32m、0.70m、5.20m、0.57m、0.93m、0.60m、0.48m、0.55m；

m1—工作面采高，m。二1煤层取2.60m、一3煤层取0.85m；

X0i—第i邻近层的瓦斯含量，m3/t；由于无实测值，因此根据煤层间距，邻近层

瓦斯含量取与开采煤层相同值；

X1i—第i邻近层的残存瓦斯含量，m3/t；取值方法同上；

ki—第i邻近层瓦斯排放系数，根据层间距关系由《矿井瓦斯涌出量预测方法》

AQ1018-2006得出，如图邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线所示。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 1-上邻近层 2-缓倾斜煤层下邻近层 3-倾斜、急倾斜煤层下邻近层

图 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线

以下利用上面的公式，根据各煤层的赋存及工作面的开采方式，计算本煤层相对瓦斯涌出量和邻近层相对瓦斯涌出量。

一、本煤层瓦斯涌出量 （1）矿井浅部（二1煤层）：

q二1?1.20?1.05?150?2?12?0.57?0.42?2??17.29?3.40??7.03 m3/t

150（2）一3煤层：

q一3?1.20?1.03?150?2?11?(4.87?1.77)?3.26m3/t

150（3）矿井深部（二1煤层）：

q二1?1.20?1.05?150?2?12?0.57?0.42?2??23.25?3.40??10.06 m3/t

150二、邻近层瓦斯涌出量

（1）二1煤层浅部邻近层瓦斯涌出量 ①二3煤层向二1煤层回采工作面瓦斯涌出量

q二1邻二3?0.32 ?0.70?(17.29-3.40)?1.20m3/t 2.60②二2煤层向二1煤层回采工作面瓦斯涌出量

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 q二1邻二2?0.70 ?0.87?(17.29-3.40)?3.25m3/t 2.60③一6煤层向二1煤层回采工作面瓦斯涌出量

q二1邻一6?0.57 ?0.20?(17.29-3.40)?0.61m3/t 2.60（2）一3煤层邻近层瓦斯涌出量

①二3煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻二3?0.32 ?0.17?(17.29-3.40)?0.89m3/t 0.85②二2煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻二2?0.70 ?0.25?(17.29-3.40)?2.86m3/t 0.85③二1煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻二1?5.20 ?0.43?(17.29-3.40)?36.54m3/t 0.85④一6煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻一6?0.57 ?0.85?(17.29-3.40)?7.92m3/t 0.85⑤一5煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻一5?0.93 ?0.88?(4.87-1.77)?2.99m3/t 0.85⑥一4煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻一4?0.60 ?0.90?(4.87-1.77)?1.97m3/t 0.85⑦一2煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻一2?0.48 ?0.89?(4.87-1.77)?1.56m3/t 0.85⑧一1煤层向一3煤层回采工作面瓦斯涌出量

q一3邻一1?0.55 ?0.81?(4.87-1.77)?1.63m3/t 0.85（3）二1煤层深部邻近层瓦斯涌出量 ①二3煤层向二1煤层回采工作面瓦斯涌出量

q二1邻二3?0.32 ?0.70?(23.25-3.40)?1.71m3/t 2.60- 17 -

郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 ②二2煤层向二1煤层回采工作面瓦斯涌出量

q二1邻二2?0.70 ?0.87?(23.25-3.40)?4.65m3/t 2.60③一6煤层向二1煤层回采工作面瓦斯涌出量

q二1邻一6?0.57 ?0.20?(23.25-3.40)?0.87m3/t 2.60三、回采工作面瓦斯涌出量 （1）矿井浅部（二1煤层）：

q二1浅?10.06?1.20?3.25?0.61?15.12 m3/t （2）一3煤层：

q一3浅?3.26?0.89?2.86?36.54?7.92?2.99?1.97?1.56?1.63?59.62m3/t （3）矿井深部（二1煤层）：

q二1深?10.06?1.20?3.25?0.61?17.3 m3/t

根据前面的预测结果结合新丰煤矿设计日产量，计算出回采工作面绝对瓦斯涌出量，见表回采工作面绝对瓦斯涌出量预测结果。

表 回采工作面绝对瓦斯涌出量预测结果

开采区域 浅部 一3 深部 开采煤层 二1 一3 二1 日产量 (t/d) 1515 152 1515 相对涌出量 (m3/t) 15.12 59.62 17.3 绝对涌出量 (m3/min) 10.89 6.29 16.57 五、 采区瓦斯涌出量预测

根据新丰煤矿开采情况，全矿井以2个采区、1个二1煤综采工作面、二个二1煤掘进工作面和1个一3煤炮采工作面、二个一3煤掘进工作面保证矿井0.6Mt/a生产能力。

根据AQ1018-2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》，生产采区瓦斯涌出量采用下式计算：

n?n?K'??q回iAi?1440q?掘i?i?1? q区??i?1A0式中：q区 — 生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；

K′ — 生产采区内采空区瓦斯涌出系数，取K′ =1.2； q回i — 第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 Ai — 第i个回采工作面的日产量，t；

q掘i—第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min； A0 — 生产采区平均日产量，t。

根据以上公式，计算出新丰煤矿采区瓦斯涌出量见表生产采区瓦斯涌出量预测结果

表 生产采区瓦斯涌出量预测结果 区域 浅部 深部 开采煤层 二1 一3 二1 一3 采区日产量 (t/d) 1683 168 1683 168 回采面涌出量 （m3/t） 10.35 59.62 14.80 59.62 掘进面涌出量 相对涌出量 3（m3/min） (m/t) 2.33 0.30 3.18 0.30 14.56 70.90 19.89 70.90 绝对涌出量 (m3/min) 20.36 8.27 25.42 8.27 4 采区瓦斯抽放的必要性与可行性

25采区有突出危险性，根据《防治煤与瓦斯突出规定》等规定和实际情况，必须进行瓦斯抽采，从而保证工作面的安全回采。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 5 抽放瓦斯方法与工艺

一、矿井瓦斯来源分析

根据对25采区瓦斯涌出量的预测，可以得出25采区在生产时瓦斯来源由以下三部分组成：回采工作面的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出和采空区的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占矿井瓦斯的涌出比例与矿井的开采深度和矿井的生产接续布局、采掘强度等有关。前面的瓦斯预测得出的结果表明本矿井瓦斯涌出构成为：回采工作面瓦斯占50～54%，掘进工作面瓦斯占15～20%，采空区瓦斯约占30%。

综上所述，根据煤层赋存情况、矿井开拓开采技术条件以及预测的瓦斯涌出情况，采区抽放方法采取邻近层抽放为主，在地质构造带本煤层抽放补充的原则进行瓦斯抽放方法。

二、抽放瓦斯方法选择

1）抽放瓦斯方法的选择原则

选择抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：

1、抽放瓦斯方法须根据煤层赋存状况、开采巷道布置、地质和开采条件； 2、采取“应抽尽抽、可保必保”综合瓦斯抽放方法，以提高抽放瓦斯效果； 3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；

4、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加以及减少成本、提高抽采效果进行选择。

2）瓦斯抽放方案的确定

根据抽放方法的选择原则，结合新丰煤矿将位于二1煤层下部的一3或一5煤层作为保护层提前开采来解放二1煤层的措施，提出了新丰煤矿瓦斯抽放方案详见瓦斯抽放方案选择表：瓦斯抽放方案选择表

抽放方法 本煤层抽放 抽放方式 采煤工作面预抽 及边采边抽 边掘边抽 理 由 备 注 煤层瓦斯含量大，提前预抽和边采边抽，在二1煤层回采面上下顺槽内布置钻孔进行降低瓦斯含量，从而降低工作面的瓦斯涌预抽，以解决开采时瓦斯超限的问题。 出量，消除突出危险 掘进头内侧向前方打钻孔抽放 穿层钻孔可提前预抽二1煤层瓦斯，同时当保护层一3煤层开采时，会造成二1煤层卸压，此时会有大量的卸压瓦斯被抽出，从而达到降低二1煤层瓦斯含量及压力的目的，降低在二1煤层中掘进煤巷难度，解决煤巷掘进瓦斯超限及瓦斯突出问题，尤其适用于二1煤层具有突出危险性且煤层较软，在本煤层不好施工钻孔，配合下保护层开采将会取得很好的效果 在二1煤层底板岩石巷向二1煤层打穿层孔进行抽放。岩石巷已经掘出，可以进行多台钻机进行施工，不受采掘速度的限制，打完钻孔后可水力冲孔，增加卸压范围。 另外，穿层钻孔抽放一定要超前于保护层开采，以防止大量的卸压瓦斯涌入保护层开采工作面，而造成瓦斯事故。 邻近层抽放 卸压穿层 钻孔抽放 - 20 -

郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 3）工作面顺层预抽

对于采区主采煤层二1煤层采煤工作面的本煤层抽放。可供选择的本煤层瓦斯抽放方式包括钻场平面扇形钻孔、正向平行钻孔和迎面平行钻孔等方式。结合工作面的巷道布置特点，并充分考虑预抽钻孔的边采边抽效率，选择迎面平行钻孔方式进行本煤层瓦斯抽放。迎面平行钻孔方式的优点在于：既可保证瓦斯预抽的均衡性，还可充分利用工作面超前采动卸压效应，实行边采边抽，提高本煤层瓦斯抽放率。

具体布孔方法：利用工作面上、下副巷，向回采工作面切眼方向打迎面平行钻孔，如回采工作面瓦斯预抽方式示意图所示。

下副巷石门底板岩巷预抽瓦斯钻孔采空区底板岩巷石门上副巷图 回采工作面瓦斯预抽方式示意图

设计的本煤层预抽钻孔布置参数如下： 项目 钻孔长度 钻孔直径 89mm 要求 采面长度 ∮（1）施工方法 由于受煤层赋存条件影响，若施工长钻孔存在困难，迎面平行钻孔；由于并未对钻孔的有效抽放半径进行实验，钻孔开孔水平间距根据经验值取3m，为了能使钻孔布置更加合理。

（2）封孔及连接工艺

钻孔采用聚氨脂封孔与水泥砂浆相结合的方式，封孔管径25mm，再用高压管或与之配套的埋线波纹管管连接到抽放支管上，再连接到干管上，最后到达地面泵房。

（3）预抽时间确定

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与工作面夹角 钻 孔间距 封孔深度 3°～4° 2～3m ≥8m 封 孔 材 料 聚氨酯结合水泥砂浆 郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 考虑到本设计本煤层使用迎面平行钻孔对煤层进行瓦斯进行预抽，因保护层开采引起煤体变形使煤层透气性有所增加，抽放时间可以适当缩短；具体抽放时间可根据抽采效果进行确定，以保证工作面抽采达标。

（4）抽放管路

工作面开采后，随着工作面的推进，靠近切眼的抽放钻孔不断报废，当钻孔距工作面切眼60m时，抽放钻孔可能已开始进入卸压区，进行卸压抽放，随着抽放管路不断变短，靠近切眼的管路要逐段卸下来，端头用法兰片密封。由于工作面在回采时，回风巷需进行超前支护大约20m，为了不影响生产，需提前拆除管路，给瓦斯管路的管理造成一定困难，所以可以考虑在靠近工作面切眼30m内的钻孔用软胶管与抽放管未端相连，抽放管未端特制一段2～3m长的短管，短管上做几个变径三通，与靠近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后再向前移动短管，保持短管始终在抽放管路的未端，见采面工作面瓦斯抽放钻孔与抽放管连接示意图。这样一来，工作面的预抽钻孔可以抽取大量的卸压瓦斯，使开采层预抽取得较好的抽放效果。 图 采面工作面瓦斯抽放钻孔与抽放管连接示意图 为降低掘进头前方煤体瓦斯涌出量，消除煤与瓦斯突出威胁，可进行超前钻孔预抽瓦斯，因此在巷道掘进时可根据现在现场需要采用边掘边抽的方法。掘进工作面布孔方式如图5-3所示。在掘进巷道两侧打钻场进行边掘边抽，钻场单侧间距40m，钻场内钻孔数为15个，钻场规格长3.5m，深4m，高与掘进巷道相同，掘进工作面钻孔布置始终超前巷道工作面10m，据此选取抽放钻孔的参数如表。封孔工艺与预抽工作面钻孔封孔方法相同。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计

图 掘进工作面边掘边抽方法示意图

4）邻近层瓦斯抽放

利用在二1煤层底板布置的岩石大巷，可以先在二1煤层底板岩石巷向二1煤层打穿层孔进行预抽，同时当下保护层煤层开采时，会造成二1煤层卸压，此时会有大量的卸压瓦斯被抽出，从而达到降低二1煤层瓦斯含量及压力的目的，降低在二1煤层中掘进或采煤面瓦斯，减少瓦斯涌出量和防止煤与瓦斯突出的目的，达到杜绝瓦斯事故的发生。见图。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 图 穿层抽放钻孔布置图 三、抽放工程施工设备及检测仪表 从我矿采用的抽放瓦斯方法来看，采用开采层预抽（采前预抽）及穿层钻孔抽放，抽放瓦斯主要工程是钻孔施工和钻场工程，打钻工程所需的设备为：

1）钻机

煤矿抽放瓦斯钻机应符合下列要求： 1、电动机及附属电器设备必须是防爆的；

2、钻机要体积小，轻便或解体方便，以利于搬迁； 3、钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。

在综合分析我国煤矿常用钻机性能和现场实际使用情况的基础上，考虑新丰煤矿煤、岩硬度以及设计抽放钻孔的长度，设计选择全液压钻机。根据钻孔数量和钻孔长度，配备ZY-750型液压钻机2台、ZDY650型液压钻机2台。

配套钻杆选用φ50mm或Φ42mm，每节长度0.76m或1m的钻探钻杆，钻头选用金钢石钻头。打钻施工供水采用由地面供水池向采区直接敷设管路，利用静压水直接供水，供水管路采用高压胶管供水。

2）主要检测仪器、仪表配置

井下抽放瓦斯主要检测仪器、仪表包括孔板流量计、U型水柱计（汞柱计）、瓦斯浓度检定器和高负压取样器等。 四、矿井抽放瓦斯量预计 1）预抽工作面瓦斯抽放量预计

根据钻孔流量衰减规律及钻孔有效排放系数等诸多因素综合考虑，本矿井预抽期暂定为360天。当预抽期为12个月时，二1煤层瓦斯预抽率按30%来计算。回采工作面的瓦

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 斯抽放量按下式计算：

q＝n·L·D·M·γ·X·η/T·1440

式中：q—预抽期间平均瓦斯抽放量，m3/min；

n—钻孔数量，个，n=600个；

L—钻孔的有效长度，m，取钻孔平均有效长度L=75m； D—钻孔间距，m，m=3m； M—煤层平均厚度，m，M=4.60 m； γ—煤层平均容量，t/m3，γ=1.40 t/m3；

X—预抽煤层瓦斯含量， m3/t，取最大值X=23.25 m3/t； η—瓦斯预抽率，η＝30%； T－钻孔预抽期，取T=360d。

计算得出一个工作面预抽瓦斯量为6.61m3/min。 2）回采工作面边采边抽瓦斯量预计

本煤层预抽钻孔在工作面开始回采后，仍可在工作面前方形成的卸压带内继续发挥抽放作用，相当于一组边采边抽到钻孔对本煤层瓦斯进行抽放。因工作面回采所引起应力重新分布，在工作面前方有一条超前卸压带，卸压带内煤体裂隙增加，透气性增大，处于此卸压带内钻孔瓦斯涌出量会显著增加，这在许多矿井的抽放工作考察中得到证实。工作面预抽钻孔单孔平均瓦斯抽放量为0.011m3/min，一般在卸压带内单孔抽放量可提高到平时预抽时的5～6倍，预计届时卸压带内单孔平均抽放量可达为0.07m3/min左右。根据本矿井工作面布孔方式，预计处于卸压带内起到卸压抽放起作用的钻孔数为10个，随着工作面回采的推动，此起边采边抽的钻孔同样在随之移动并且一直存在，同时工作面原有的预抽钻孔仍有一部分在预抽。通过计算，得出回采工作面边采边抽十个钻孔共抽放瓦斯量为0.70m3/min。

3）掘进工作面抽放量预计

根据我国煤巷掘进的实际情况，掘进工作面边掘边抽的抽放量可以达到掘进工作面煤壁瓦斯涌出量的20~30%，结合其他透气性系数与衰减系数相当的地区边掘边抽的经验，按煤壁瓦斯涌出量的30%预计抽放量。

通过对该矿掘进工作面瓦斯涌出预测我们可知，矿井以两个二1煤掘进工作面、两个

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 一3煤掘进工作面来保证矿井的生产能力为60Mt/a，此期间两个二1煤掘进工作面煤壁瓦斯涌出量总共约为4.68m3/min，预计该时期矿井两个二1煤掘进工作面边掘边抽瓦斯量为1.40m3/min。

4）邻近层（穿层钻孔）抽放量预计

根据淮南等矿开采保护层经验，开采保护层后，卸压钻孔流量可增大100倍左右，新丰煤矿保护层开采以后造成二1煤卸压，煤层透气性会急剧增加，这时利用二1煤底板的穿层钻孔进行抽放，会取得良好的效果，根据设计的钻孔数量，钻孔有效抽放长度计算，预计穿层卸压钻孔抽放瓦斯总量为5.60m3/min。

按2个回采工作面布置穿层卸压钻孔计算，得瓦斯抽放总量为11.20 m3/min。 5）采区抽放瓦斯量预计

新丰煤矿瓦斯抽放系统形成后，预计采煤工作面将形成预抽、边采边抽同时存在、两个边掘边抽工作面、一个穿层卸压抽放工作面，将本煤层预抽及边采边抽、边掘边抽并入高负压系统，将穿层卸压抽放并入低负压系统，各系统抽放量预计结果见抽放量预计结果表。

表 抽放量预计结果表 高负压系统 抽 放 方 法 预 抽 （m3/min） 6.61 边采边抽 （m3/min） 0.70 边掘边抽 （m3/min） 1.40 低负压系统 邻近层（穿层） （m3/min） 11.20 总量 （m3/min） 抽放量 19.91 五 采区抽放年限

由于矿井设计采用本煤层预抽与邻近层（穿层钻孔）瓦斯抽放相结合的综合抽放方法，抽放工作与采区开拓相互联系紧密，受矿井开拓影响，因此其抽放服务年限将与采区生产服务年限相当。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 6 抽放管路系统及抽放设备选型

一、抽放管路系统 抽放管路系统的选择

1.瓦斯抽放管路系统的选择原则

⑴瓦斯管路系统必须根据巷道布置图，选择巷道曲线段少和距离最短的线路； ⑵瓦斯管路应设在不经常通过矿车的回风巷道，以防止管道被撞坏漏气，若设在运输巷道，需架设在巷道的上方；

⑶敷设瓦斯管路应考虑到运输、安装和检修的方便；

⑷敷设瓦斯管路应考虑到抽放设备或管路系统一旦发生故障，管道内的瓦斯不至于进入采掘工作面、机房或硐室等；

⑸抽放管路系统中必须安装调节、控制、测定、防爆、防回火装置。 2.瓦斯抽放管路系统的选择

根据新丰煤矿的实际情况，并结合新丰煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点，主要进行本煤层、邻近层瓦斯抽放，需要在工作面和岩石巷铺设抽放管路对煤层进行综合瓦斯抽放。新丰煤矿瓦斯抽放瓦斯管网敷设路线见瓦斯抽放管路系统流程图：

穿层钻孔预抽钻孔边采边抽钻孔边掘边抽钻孔反斜井六号井地面管路地面抽放泵站工作面顺槽总回风巷岩石巷总回风巷

图 瓦斯抽放管路系统流程图

2） 抽放瓦斯管道管径、材质、规格

瓦斯管直径选择的恰当与否，对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放效果均有很大影响，直径太大，投资太多，直径过细，阻力损失大。故一般采用下式计算，并参考抽放泵的实际能力使之留有备量，同时尚需考虑运输和安装的方便。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 D?0.1457?Q （6-1） V式中：D—抽放瓦斯管内径，m；

Q—瓦斯管中瓦斯流量，m3/min；

V—瓦斯管中的瓦斯平均流速，取V=5～15m/s。

为了说明方便，将高负压抽放管路即地面、瓦斯抽放泵站→六号井→总回风巷管路称为主管1；二1煤层预抽管路称为支管11；边采边抽管路称为支管12；二1煤层边掘边抽管路称为支管13；将低负压抽放管路即地面、瓦斯抽放泵站→六号井→总回风巷管路称为主管2；穿层钻孔抽放管路称为支管21。抽放瓦斯管路选择计算见矿井抽放瓦斯管路选择计算表：

类型 高负压 低负压 备注 名称 主管1 支管11 支管12 支管13 主管2 支管21 表 矿井抽放瓦斯管路选择计算表 计算管选择管路浓度纯量 混合量 路内径 内径 (m3/min) （％） (m3/min) (mm) (mm) 8.71 3.31 0.35 0.70 11.20 5.60 40 42 42 42 30 33 21.78 7.88 0.83 1.67 37.33 16.97 176 106 34 48 230 155 309 150 150 150 309 207 备 注 用于地面、井筒及总回风巷 用于工作面预抽及边采边抽 用于工作面预抽及边采边抽 用于边掘边抽 用于地面、井筒及总回风巷 用于穿层卸压抽放 为了考虑以后管路的重复利用，支管11、支管12、支管13的管路选用同一型号，φ159×4.5，螺旋焊缝钢管；支管21选用φ219×6，螺旋焊缝钢管；主管路选用φ325×8，螺旋焊缝钢管。 3）瓦斯管的连接方式、支管趟数

井下各瓦斯抽放管路连接均采用螺栓紧固法兰盘连接方式，中间夹橡胶垫圈，考虑到矿井瓦斯抽放量，主管路只需再敷设一趟，支管路21在矿井的-70m大巷和±0m大巷各铺设一趟，工作面管路沿工作面上下顺槽各敷设一趟。管路可回收重复利用。 4）抽放管路最大阻力计算

瓦斯抽放管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。计算管路阻力应在抽放管路系统敷设线路确定后，按其最长的线路和抽放最困难时期的管路系统进行计算。本次设计按照抽放量最大时期考虑同时亦为最长路线计算。矿井高负压抽放管路最大阻力线路为：二1煤层回采工作面→进、回风顺槽（支管11，970m）→25采区回风上山(主管1，280 m)→±0m大巷（主管1，1040m）→总回风上山（主管1，770m）→反斜井（主管1，234m）→地面

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 管路（主管1，490m）→地面抽放泵站。低负压抽放管路最大阻力线路为：-70抽放巷（支管21，970m）→25采区回风上山(主管2，280 m) →±0m大巷（主管2，1040m）→总回风上山（主管2，770m）→反斜井（主管2，234m）→地面管路（主管2，490m）→地面抽放泵站。

⑴ 摩擦阻力计算

2v0d0.25L?Q0P0T? (6-2) H?69?10(?192.2)5dQ0dPT05式中：H——阻力损失（Pa）；

L——管路长度（m）；

Q0——标准状态下的混合瓦斯流量（m3/h）； d——管路内径（mm）；

v0——标准状态下的混合瓦斯运动黏度（m2/s）； ρ——管路内混合瓦斯密度（kg/m3）； Δ——管路内壁的当量绝对粗糙度（mm）； P0——标准大气压力（取当地大气压力100225Pa）； P——管路内气体的绝对压力（Pa）；

T——管路中的气体温度为t时的绝对温度（K）； T0——标准状态下的绝对温度（K）； t——管路中的气体温度（℃）。 一、高负压系统管路阻力

2vd?0.25L?Q0P00T=1784（Pa） ①HH主1=?69?10(?192.2)dQ0d5PT052vd?0.25L?Q0P00T=3330（Pa） ②H支11=H?69?10(?192.2)dQ0d5PT05H摩总= H主1+H支11 =5114（Pa） 2、局部阻力（H局）

抽放管网系统中管件局部阻力（H局），按管道总摩擦力阻力的15％考虑。 H局=0.15·H摩总=767（Pa） 3、管网总阻力（H总） H总=H摩总+H局=5881（Pa）

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 二、低负压系统管路阻力

2vdL?QP0T=5143（Pa） ?0.2500①HH主2=?69?10(?192.2)dQ0d5PT052vdL?QP0T=2919（Pa） ?0.2500②H支21=H?69?10(?192.2)dQ0d5PT05H摩总= H主2+H支21 =8062（Pa） 2、局部阻力（H局）

抽放管网系统中管件局部阻力（H局），按管道总摩擦力阻力的15％考虑。 H局=0.15·H摩总=1209（Pa） 3、管网总阻力（H总） H总=H摩总+H局=9271（Pa）

表 抽放瓦斯管路阻力计算结果表 流量 长度 管内径 摩擦阻力 局部阻力 管路阻力 3(m) (mm) (Pa) (Pa) (Pa) （m/min） 2814 8.71 309 1784 267 2051 970 3.31 150 3330 500 3830 5114 767 5881 2814 11.20 309 5143 771 5914 970 5.60 207 2919 438 3357 8062 1209 9271 系统 高负压 管路名称 主管1 支管11 合计 主管2 支管21 合计 低负压 5）管路敷设及附属装置

煤矿井下的环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，因此对井下抽瓦斯管路的敷设有如下要求：

⑴瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀措施；

⑵管路底部应垫木垫，垫起高度不低于30cm，以防底鼓损坏管路； ⑶倾斜巷道的瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑； ⑷管路敷设要求平直，避免急弯；

⑸管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安设放水器；

⑹新敷设的管路要进行气密性检查。

根据上述要求，结合新丰煤矿的实际情况，选择管路敷设方式和附属装置如下： 1.管路敷设

井下管路敷设采用沿巷道侧帮敷设，在运输巷为了安全及不影响正常生产，管路敷设

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 应采用支撑吊挂方式。在变坡处要安装放水器，巷道分叉处将管路架空，用锚杆、卡子固定在巷道邦上，不要影响行车和行人。

2.管路防腐、防锈及地面管路的防冻措施

管路外表均要涂刷一层红色防锈漆，以防管路锈蚀。 3.附属装置 ⑴阀门

在瓦斯抽放管路(干管、支管)上和钻场、钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个抽放地点的抽放负压、瓦斯浓度、抽放量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。 设计选用的阀门为截止阀。

⑵在瓦斯干管、支管以及钻孔连接装置上均应设置测压嘴，以便经常观测管内压力。测压孔高度设计为80mm，选用内径6mm的紫铜管， 在安装管路之前预先焊上，平常用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。

测压嘴还可作为取气样孔，取出气体进行气体成分分析或测定瓦斯浓度。 ⑶计量装置

瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数，较准确的测定瓦斯流量才能真实地反映瓦斯抽放效果。目前，瓦斯计量方法的种类很多，应用条件也各不相同。设计选用孔板流量计作为计量装置，见孔板流量计安装图，安装与使用要求如下：

①安装孔板时，孔板的孔口必须与管道同心，其端面与管道轴线垂直，偏心度<1～2%； ②孔板前(按气流方向，下同)0.5D(管径)和孔板后1D处预先焊接两个测压嘴，直径Φ6mm，材料为紫铜管；

③安装孔板的管道内壁，在孔板前后2D的范围内，不应有凹凸不平、焊缝和垫片等； ④孔板流量计的前端，管道直线段的长度不小于20D， 后端的长度不小于10D； ⑤要经常清理孔板前后的积水和污物，孔板锈蚀要更换； ⑥抽放瓦斯量有较大变化时，应根据流量大小更换相应的孔板。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 图 孔板流量计安装图

⑷钻孔连接装置

钻孔与管路的连接装置，包括弯管、自动放水器、孔板流量计和铠装胶管等。回采工作面预抽钻孔，利用胶管连接，胶管的一端连接到钻孔封孔管上，另一端与瓦斯抽放管连接，构成抽放系统。

采空区抽放的插管与主管用标准法兰盘直接对接，但必须安设阀门，孔板流量计和浓度、压差检测口，以观测和调整抽放参数；半封闭采空区抽放钻孔连接方式与预抽钻孔相同。

⑸放水装置

本矿瓦斯抽放方法主要采用本煤层、邻近层瓦斯抽放，抽放管路内涌水量较多，在抽放钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处及沿管路适当距离（间距一般为200m～300m，最大不超过500m）应设置放水器。设计的放水装置全部选用自动放水器，矿方也可自己加工人工放水器。

自动放水器和人工放水器安装结构见放水器安装示意图。

正压自动放水器负压自动放水器人工放水器

图6-2 放水器安装示意图

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7 抽放瓦斯管理

一、队伍组织

瓦斯抽放是一项较细致而又比较复杂的工作。随着生产的发展，需要经常不断地有组织、有计划地去完成大量的准备和施工任务，因此也就需要有一支专业队伍。只有建立一支由打钻、安装到观测、管理的专业队伍，才能保证抽放瓦斯工作正常有序地进行，并能不断总结和改进抽放瓦斯工作。

1.必须配备1～2名专业技术的人员，负责瓦斯抽放日常管理，总结分析抽放瓦斯效果，研究和改进抽放技术方案，组织新技术推广等；

2.必须建立专门的抽放瓦斯队伍，负责钻孔施工、铺管安装、密闭施工等工程和日常瓦斯抽放参数测定等工作。 二、规章制度

1.规章制度

⑴凡进行瓦斯抽放的工作面，必须由专门的设计部门编写设计说明书； ⑵新采区(新回采工作面)移交前，必须按照规定完成敷设抽放管路的工作； ⑶敷设抽放瓦斯管路的巷道，要经常排出积水，保证抽放管路不被水淹； ⑷敷设抽放管路的巷道，必须经常维护，保证抽放管路不被砸压和不漏气； ⑸新安装的瓦斯抽放管路，要进行气密性试验，确保不漏气；

⑹要建立瓦斯抽放观测制度，井下各点的瓦斯浓度、抽放负压、抽放量每天测定一次，三天进行一次全面观测，并填报抽放日报；

⑺井下各观测点，要设立观测牌板，以便与井上对照。

8 安全措施

一、抽放系统安全措施

1）抽放系统安全措施

1.抽放钻场、钻孔施工时防治瓦斯危害的措施

抽放钻场(孔)施工前，必须编制施工作业规程，制定施工安全措施，打钻时，必须配备专职瓦斯检查员，严格执行《煤矿安全规程》的有关规定，杜绝诸如无水钻进、瓦斯超限作业等违章行为。打钻过程中如遇喷孔，必须立即停钻，采取处理措施，并向有关领导汇报。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 2.管路防漏气、防砸坏、防带电、防底鼓措施

抽放系统必须设置负压测定装置和截止阀门，新敷设的管路要进行气密性检查，正常抽放的管路亦应定期进行气密性检查。敷设抽放管路的巷道虽非主要运输巷道，但在管路上要悬挂警示牌，管路外部涂红色以示区别，提醒车辆注意，并要每天巡回检查，发现问题及时更换。管道在巷道分叉处要跨越并吊挂，吊挂高度不小于1.8m。管路敷设在巷道底板时，为防止底鼓折损管路，管道应用墩垛垫起，垫起高度不小于0.3m。井下管路应尽量避免与通讯、动力电缆敷设在一起，以防管路带电。

3.斜巷、立巷管路防滑措施

在斜巷、立巷布置管道时，要用半圆形铁卡子固定在巷道内支撑物上， 支撑物卧底安置。

4.管路防腐及地面管路防冻措施

抽放系统管路必须刷红色或黑色防锈漆，以防锈蚀，地面管路无论是架空或埋在地沟中，均要在管道外表设置保温层，以防冬季管路冻裂。 二、 检测、监控系统

1、检测、监控参数的确定及设备地点

井下抽放管网检测、监控参数有：抽放负压、瓦斯浓度、瓦斯流量；测定地点：干管、支管、抽放钻孔。

2、检测监控系统自动化程度及设备选型

管路检测监控系统采用人工方法，检测设备包括标准孔板流量计(FKL系列)、CJG型瓦斯浓度检定器和U型水柱计、评价单元安装连续计量装置，管路系统的控制主要靠截止阀门。

3、检测仪器、仪表的配备

抽放系统检测仪器仪表：CJG-3、 CJG-1 型瓦斯浓度检定器各两台，FW-2型高负压瓦斯采取器，0.8mU型水柱计4个，FKL系列孔板流量计，其中Φ325mm孔板2个，Φ159mm孔板6个，Φ219mm孔板4个，Φ75mm孔板10个，用于流动检测。

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 目 录

前 言 .................................................... - 1 - 1 25采区概况 ............................................ - 2 - 一、采区概况 ............................................... - 2 - 二、地质特征 ............................................... - 2 - 三、 生产概况 .............................................. - 7 - 2 矿井瓦斯 ................................................ - 8 - 一、煤层瓦斯基础参数 ....................................... - 8 - 二、采区瓦斯储量计算 ....................................... - 8 - 三、 掘进工作面瓦斯涌出量预测 ............................. - 11 - 四、回采工作面瓦斯涌出量预测 .............................. - 13 - 五、 采区瓦斯涌出量预测 ................................... - 18 - 4 采区瓦斯抽放的必要性与可行性 ........................... - 19 - 5 抽放瓦斯方法与工艺 ...................................... - 20 - 一、矿井瓦斯来源分析 ...................................... - 20 - 二、抽放瓦斯方法选择 ...................................... - 20 - 三、抽放工程施工设备及检测仪表 ............................ - 24 - 四、矿井抽放瓦斯量预计 .................................... - 24 - 五 采区抽放年限 .......................................... - 26 - 6 抽放管路系统及抽放设备选型 .............................. - 27 - 7 抽放瓦斯管理 ............................................ - 33 - 一、队伍组织 .............................................. - 33 - 二、规章制度 .............................................. - 33 - 8 安全措施 ................................................ - 33 - 一、抽放系统安全措施 ...................................... - 33 - 二、 检测、监控系统 ....................................... - 34 -

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郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿25采区瓦斯抽放工程设计 目 录

前 言 .................................................... - 1 - 1 25采区概况 ............................................ - 2 - 一、采区概况 ............................................... - 2 - 二、地质特征 ............................................... - 2 - 三、 生产概况 .............................................. - 7 - 2 矿井瓦斯 ................................................ - 8 - 一、煤层瓦斯基础参数 ....................................... - 8 - 二、采区瓦斯储量计算 ....................................... - 8 - 三、 掘进工作面瓦斯涌出量预测 ............................. - 11 - 四、回采工作面瓦斯涌出量预测 .............................. - 13 - 五、 采区瓦斯涌出量预测 ................................... - 18 - 4 采区瓦斯抽放的必要性与可行性 ........................... - 19 - 5 抽放瓦斯方法与工艺 ...................................... - 20 - 一、矿井瓦斯来源分析 ...................................... - 20 - 二、抽放瓦斯方法选择 ...................................... - 20 - 三、抽放工程施工设备及检测仪表 ............................ - 24 - 四、矿井抽放瓦斯量预计 .................................... - 24 - 五 采区抽放年限 .......................................... - 26 - 6 抽放管路系统及抽放设备选型 .............................. - 27 - 7 抽放瓦斯管理 ............................................ - 33 - 一、队伍组织 .............................................. - 33 - 二、规章制度 .............................................. - 33 - 8 安全措施 ................................................ - 33 - 一、抽放系统安全措施 ...................................... - 33 - 二、 检测、监控系统 ....................................... - 34 -

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