[工学]矿井瓦斯防治课程设计

矿井瓦斯防治课程设计1工作面概况1.1采区位置范围、地质条件本煤采区开采某煤层（2号），煤层厚度为5m；赋存稳定，倾角为15°，顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距离上覆1号煤层50m，煤厚3m。本区域有小断层，对开采影响不大。工作面走向长度1500m、倾向长度120m，采区回风上山长度1800m。1.2煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数1.主要瓦斯参数1号煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa，具有突出危险性。2.抽放瓦斯参数：1号煤层透气性系数λ＝12.76（m2/MPa2.d)，2号煤层透气性系数λ＝5.76（m2/MPa2.d)。1.3采区和工作面巷道布置、采煤方法1.通风方式及风量采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500m3/min。2.采煤方法及巷道布置：采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜一次开采，巷道布置如图所示。附：工作面巷道布置范围2354611-综采工作面;2-回风巷;3-进风巷;4-采区回风上山;5-采区轨道上山;6-皮带上山2瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证2.1煤层瓦斯储量计算本设计煤采区开采煤层（2号），煤层厚度为5m；赋存稳定，倾角为15°，顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距离上覆1号煤层50m，煤厚3m。本区域有小断层，对开采影响不大。工作面走向长度1500m、倾向长度120m，采区回风上山长度1800m。1号煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa，具有突出危险性。2.1.1煤层瓦斯储量计算根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算：32lni11ililXAWn1i2i2i2XAW)WK(WW213式中W—矿井瓦斯储量，Mm3；W1——可采煤层的瓦斯储量（Mm3）；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）；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4.0.1-4计算；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）；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）；K——围岩瓦斯储量系数，可取0.05～0.20；当围岩瓦斯很小时，可取W3=0；若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。因此，1号煤层瓦斯储量W11=1500m×120m×3m×1.45t/m3×12m3/t=9.396Mm32号煤层瓦斯储量W12=1500m×120m×5m×1.32t/m3×11.5m3/t=13.662Mm3。可采煤层瓦斯储量：W1=W11+W12=23.056Mm3不可采煤层的瓦斯储量：W2=0围岩瓦斯储量：W3=0.15×（W1+W2）=3.458Mm3（K取0.15）最后得到，煤层瓦斯总储量W=W1+W2+W3=26.514Mm32.2抽放必要性可行性论证2.2.1瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。2.2.1.1规定根据《煤矿安全规程》第145条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第4.1.1~4.1.3条规定：有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：⑴1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。⑵矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：①大于或等于40m3/min；②年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；③年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；④年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。⑶开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。本设计中煤层具有突出危险性，故必须进行抽放，对于一个突出煤层工作面而言，开采前需要通过采前瓦斯抽采消除煤层的突出危险性。开采期间需要通过采中瓦斯抽采保证工作面瓦斯浓度不超限。开采结束后通过对采空区进行采后瓦斯抽采提高矿井瓦斯抽采率。为了实现上述瓦斯抽采的目标，就需要在采掘活动的各个时期、各个地点进行瓦斯的综合抽采，因此为保证工作面及矿井的安全开采，对高瓦斯及突出煤层进行综合瓦斯抽采是非常必要的。2.2.1.3矿井瓦斯涌出量预测对于改（扩）建矿井及生产矿井，矿井瓦斯涌出量可以实测；对于新建矿井，矿井瓦斯涌出量要进行预测，预测依据《AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法》，采用分源预测法预测工作面瓦斯涌出量，论证是否需要抽放；薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量可由式(A.1)计算。式中：q1——开采层相对瓦斯涌出量，m／t；K1——围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.1～1.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2；全部充填法管理顶板K1取1.1；砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小；K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率90%的倒数来计算；K3——采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，如无实测值可按参照《AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法》附录D选取，本设计取1；采用长壁后退式回采时，K3按式（D.1）计算。K3=（L-2h）/L…………（D.1）式中：L——工作面长度，m；h——掘进巷道预排等值宽度，m；m——开采层厚度，5m；M——工作面采高，取5m；W0——煤层原始瓦斯含量，m3／t，参照附录C选取；Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3／t，如无实测值可参照《AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法》附录C选取，本设计取4m3／t。工作面日产量3000t；预抽期安排一年。1号煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。煤层瓦斯压力1.8MPa，采区采用抽出式，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500m3/min。由此，计算得工作面相对瓦斯涌出量为12.28m3/t，则工作面绝对瓦斯涌出量25.58m3/min。根据供风量为1500m3/min,工作面瓦斯浓度按0.6％计算风排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。不抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限。2.2.1.2通风处理瓦斯量核定当一个矿井、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：K6vSC.0qqf（12）式中q—矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min；qf—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—通风巷道（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。q﹥qf=6m3/min故应该对煤层进行瓦斯抽放。尚需抽放瓦斯量＝q-qf=25.58-6=19.58m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6％。2.2.2瓦斯抽放的可行性开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性，一般来说，其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数λ；二为钻孔瓦斯流量衰减系数α，按λ和α判定开采层瓦斯抽放可行性的标准，如表1所示。表1煤层瓦斯抽放难易程度分类表抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（α）(d-1)煤层透气性系数（λ）(m2/MPa2.d)容易抽放0.00310可以抽放0.003～0.050.1～10较难抽放0.050.1本设计中1号煤层透气性系数λ＝12.76（m2/MPa2.d)，属于容易抽放；2号煤层透气性系数λ＝5.76（m2/MPa2.d)，属于可以抽放。2.3工作面可抽瓦斯量及可抽期2.3.1瓦斯抽放率根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准《煤矿瓦斯抽采基本指标》AQ1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第8.6.3条规定：瓦斯抽出率：——预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；——邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；——采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；——煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下。对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照《AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标》第4.2条进行选取。⑴矿井（或采区）瓦斯抽放率的测定与计算：在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。每月底按式（10）计算矿井月平均瓦斯抽采率。kfkckcQQQ100k（10）式中k—矿井月平均瓦斯抽采率，%；kcQ—矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；kfQ—矿井月平均风排瓦斯量，m3/min⑵工作面瓦斯抽放率的测定与计算：工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。每月底按式（11）计算工作面月平均瓦斯抽采率。mfmcQQQmcm100（11）式中m—工作面月平均瓦斯抽采率，%；mcQ—回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；mfQ—工作面月平均风排瓦斯量，m3/minmfmcQQQmcm100=100×19.58m3/min/（19.58m3/min+6m3/min）=76.54%2.3.2可抽放瓦斯总量计算根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.2条规定可按下列公式计算：Wc＝W·K（4.0.21）K＝K1·K2·K3（4.0.22）K1＝K4（My-Mc）/My（4.0.23）式中Wc——可抽瓦斯量（Mm3）；K——可抽系数；K1——瓦斯涌出程度系数；K2——负压抽采时的抽采作用系数，可取1.2；K3——矿井瓦斯抽采率（%）。按目前我国的抽采技术水平，预抽煤层瓦斯时，可取25%～35%；抽采上下邻近层瓦斯时，可取35%～45%；K4——煤层瓦斯排放率，可根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006）中的规定选取；当采高大于4.5m时，K4按式（D.4）计算。式中：hi——第i邻近层与开采层垂直距离，50m；M——工作面采高，5m。L——工作面长度，120m。K4=60.28%My——煤层原始瓦斯含量（11.5m3/t）；Mc——运到地面煤的残余瓦斯含量（m3/t），取4。所以，可抽瓦斯量Wc=26.514Mm3×24.5%=6.5Mm32.3.3年抽采量和可抽期根据《GB50471—2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第4.0.4条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第5.3.5都规定：矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开