XX礦瓦斯抽放設計說明書
宣東礦業(yè)公司位于張家口市宣化區(qū)東南10km處，礦井年設計生產能力90萬噸，服務年限64年，井田面積21.9 km2。礦井為一對立井開拓，中央并列抽出式通風方式。 礦井主扇為兩臺BDK-8-№24對旋風機， 主要大巷為一進兩回。礦井前期設計通風能力為85m3/s，后期通風能力為125 m3/s。
一、設計的基礎條件
礦井2001年11月投產至今，先后開采了33101和33103兩個采煤工作面。在兩面的開采過程中，經常由于瓦斯超限，使工作面時采時停不能正常生產。經實際測定，礦井絕對瓦斯涌出量為40.3m3/min，綜采工作面絕對瓦斯涌出量為18.85 m3/min，掘進工作面絕對瓦斯涌出量為6 m3/min，屬高瓦斯礦井。與精查地質報告提供的礦井相對瓦斯涌出量為5.54 m3/t（屬低瓦斯礦井）比較相差較遠。為解決瓦斯問題采取了多種治理措施和方法，即在33101回采時，先后采取了加大礦井總進風量、局扇抽下隅角瓦斯、支架間安設局扇吹下隅角瓦斯、開區(qū)均壓和“U+L”通風系統等一系列措施，初步總結出采面采用”U+L”通風方法（即U型通風加一條尾巷的方法）可勉強維持生產，并在33103回采工作面得到進一步驗證。但總體來說，此法雖見一定效果，但不能從根本上解決瓦斯問題。
現礦井有一個正在生產的回采工作面（33104），一個正在準備的回采工作面（33203），四個煤巷掘進工作面，一個巖巷掘進工作面。現運行的2#主扇的葉片角度平均為42.5°，負壓為190mmH2O，礦井總進風量5700 m3/min,為主扇最大能力。在生產過程中，礦井總回風瓦斯?jié)舛葹?.75%左右，基本達到了《規(guī)程》允許濃度的上限，且33104膠帶順槽及集中膠帶巷瓦斯超限問題嚴重地制約著采面生產，再加上33203工作面的投產，礦井瓦斯總的涌出量必將增大，瓦斯問題將是影響礦井安全生產的瓶頸。
2002年11月，為了徹底解決礦井瓦斯問題，也為了使正常的生產行為符合《規(guī)程》的有關規(guī)定，集團公司上下一致認為必須建立礦井瓦斯抽放系統進行抽放，因此委托撫順分院對宣東二礦進行礦井瓦斯抽放的初步設計及資金估算。
煤炭科學研究總院撫順分院在2002年4月受盛源集團宣東礦業(yè)有限公司的委托對宣東二礦進行了礦井瓦斯基礎參數測試及抽放瓦斯可行性研究，在此基礎上，又受其委托（《委托書》附后）進行了該礦的抽放瓦斯工程初步設計。在可行性報告的基礎上，經過周密細致的現場調研、資料收集、實地踏勘以及充分論證、分析比較后，現提出本抽放瓦斯工程初步設計。
二、設計的主要依據
1礦井瓦斯基礎參數測試及抽放瓦斯可行性研究報告 煤炭科學研究總院撫順分院；
2 宣東二礦提供的其它地質資料和生產實測資料；
3宣東二礦礦井優(yōu)化初步設計及相關設計、施工圖 北京煤礦設計研究院；
4 宣東井田精查地質報告；
5 礦井抽放瓦斯工程設計規(guī)范 （MT5018-96） 中華人民共和國煤炭工業(yè)部；
6 委托書 盛源集團宣東礦業(yè)有限公司。
三、設計的指導思想
1 在符合規(guī)范要求、滿足使用的前提下，盡可能降低造價、節(jié)省投資；
2 利用原有巷道、已有土地，不另外征購地，不增加開拓費用；
3 地面泵站盡量集中建設，便于后期利用；
4 設備、管材選型留有余地，便于系統的改擴建和今后進行瓦斯利用；
5 采用工藝先進、符合實際。
四、本次設計的主要內容
1 對宣東二礦礦井瓦斯賦存情況、抽放的必要性及可行性、抽放方法的確定、抽放效果的預計等進行闡述；
2 井下瓦斯抽放管網與主管路敷設及管路選擇、鉆孔布置及鉆進設備選型；
3 地面抽放泵站設計，包括設備選型、土建工程、總平面布置及給排水、供電、供暖、通信及安全監(jiān)測等輔助環(huán)節(jié)；
4 抽放瓦斯管理及安全措施；
5 技術經濟分析和工程投資概算。
第一章 礦井概況
第一節(jié) 井田概況及地質特征
一、交通位置
宣東二號井田位于河北省張家口地區(qū)宣化縣東南，距宣化城約10km，大部分地區(qū)隸屬宣化縣顧家營鄉(xiāng)所轄，部分位于張家口市下花園區(qū)辛莊子鄉(xiāng)，其地理坐標為東經 115°07′18″～115°11′16″,北緯40°31′20″～40°34′52″。
本井田交通十分方便，京包鐵路與京張公路由井田西南部通過；北部約距東西方向的宣（化）龐（家堡）鐵路3.5km；新修的110國道東段已修通至本礦井工業(yè)廣場，其余未修段將從井田中部通過。
二、氣象及地震情況
本區(qū)屬寒溫帶大陸性氣候，夏季涼爽短促，冬季寒冷漫長，干燥而少雨，多風沙，年大風（>17m/s）日數為40天左右，并多發(fā)生在3～5月份，最大風速達28m/s，本區(qū)氣溫變化較大，年平均氣溫7.6°，最低氣溫-25.4℃，最高氣溫39.1℃，年平均降雨量390.07mm，最大降雨量為675.6mm，最小為238.1mm，且多集中在7～8月份。年平均蒸發(fā)量為1964.7mm，最大為2327.1mm，最小為1669.5mm，早霜期始于9月下旬，晚霜期終于翌年4月中旬，無霜期為135天，最大凍土深度為1.52m。
根據宣化地震辦公室資料，本地區(qū)地震烈度為8度。
三、地質特征
1 地層、地質構造
井田內鉆孔揭露及地表出露的地層由老至新有：上元古界青白口系下馬嶺組、長龍山組；中生界侏羅系中、下統下花園組、中統九龍山組，髫髻山組；新生界第四系。
本井田位于宣后向斜的西北翼，為一NE走向，SE傾向的單斜構造，地層平緩，傾角5℃～15℃。有一條方向性較好的撓曲，稱之為南灘撓曲。井田內構造較簡單，斷層稀少，落差在30m以上的斷層僅有一條（F2）,且為井田邊界；落差10～30m的斷層有2條，落差2～10m的正斷層點4個?？傊飿嬙鞂俸唵晤愋?，但煤層仍有小的波狀起伏和小斷層分布，這些小構造均使煤層發(fā)生上、下錯動或使煤層斷薄、斷失及破碎成葉片狀。從宣東一號井在開采過程中小斷層的發(fā)現，也進一步證實本區(qū)小斷層的發(fā)育。這些小構造均呈NE走向，SE傾向，且均分布在井田的9勘探線以東的南灘撓曲的兩翼，故對9勘探線以東的水文地質及開采技術條件有一定的影響，特別是給綜合機械化采煤帶來一定的影響。主要斷層特征表見表1-1。
2 煤層及煤質
井田內含煤地層為侏羅系中下統下花園組。上覆侏羅系中統九龍山組、髫髻山組和第四系。下花園組含可采及局部可采煤層五層，平均厚度10.8m。Ⅲ3煤層位于上部，為主要可采煤層，厚度在0.85～6.96m，平均2.38m；Ⅴ2煤層平均厚度為2.43m，屬較穩(wěn)定型，也是主要可采煤層，其余Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3為不穩(wěn)定型，是局部可采煤層。
煤質以中灰、特低磷、低硫、中高發(fā)熱量的弱粘煤為主，約占總儲量的59.6%，次為氣煤及1/3焦煤。
各煤層的穩(wěn)定性及可采煤層特征見表1-2，煤質特征見表1-3。
可采煤層厚度及層間距表 表1-2
四、煤層瓦斯含量
根據河北煤田地質勘探公司對宣東一號井1991、1992年測定資料，該井相對瓦斯涌出量均在6.0 m3/t以下，鑒定結果為低瓦斯礦井。宣東二號井精查地質報告對28個地勘鉆孔采取了瓦斯樣74個，其中Ⅲ3煤18個，CH4成分為48.26%，CH4含量為1.47m3/t；Ⅳ1煤樣2個，CH4成分為44.53%，CH4含量為2.53m3/t；Ⅳ2煤樣8個，CH4成分為58.36%，CH4含量為1.93m3/t；Ⅴ2煤樣6個，CH4成分為58.40%，CH4含量為2.72m3/t。根據礦井的開拓布置、初期采區(qū)的位置，經計算礦井瓦斯相對涌出量為5.54m3/t，屬低瓦斯礦井。
但礦井自投產以來，瓦斯涌出量一直較大，與預測的低瓦斯礦井的瓦斯涌出量有較大的出入。根據對宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯含量的實測以及由典型回采工作面瓦斯涌出量的計算可知，宣東二礦煤層瓦斯含量在走向上的變化規(guī)律是隨著向NE的延伸瓦斯含量有增大的趨勢；在傾向上的變化規(guī)律是瓦斯含量隨采深的增加而增大。
根據對宣東二礦礦井瓦斯基礎參數的測定結果知，Ⅲ3煤層瓦斯含量為5.44~7.57m3/t，平均為7.20 m3/t。
由于主采煤層Ⅴ2以及其它局部可采煤層尚未揭露，無任何實測資料可供參考，因此其瓦斯含量參照Ⅲ3煤層的平均瓦斯含量取7.20 m3/t。
五、水文地質
本井田按其地層層序、巖性及其富水性和煤層的關系可分為6個含水巖組12個含水層。在這12個含水層中除九龍山組二段凝灰?guī)r、凝灰質礫巖含水層和第四系中段砂礫石、卵石含水層為富水性中等的承壓含水層外，其余都為富水性較弱的含水層。其中第四系底部砂礫石含水層，在本井田內較大面積基巖呈“天窗”接觸，使其與煤系砂巖、輝綠巖、九龍山組各段，髫髻山組等各含水層之間可能發(fā)生水力聯系。另從水文地質剖面上反映出髫髻山組，九龍山組各段含水層之間均無較穩(wěn)定的隔水層存在，但在井田內單孔多層次抽水試驗中，靜止水位的觀測資料說明，各含水層間都有水位差存在，表明上述各含水層間水力聯系又不密切。
井田內構造較為簡單，只有幾條落差較小的斷層，斷層的導水性能差或不導水。
由于下花園組砂巖裂隙含水層富水性較弱，開采時涌水不會太大，主要是開采后塌陷裂隙連通上覆承壓含水層使礦井充水。精查地質報告中根據設計提供的首采區(qū)范圍，依據各含水層與主要可采煤層的關系，確定下花園組砂巖裂隙含水層，九龍山組1段砂礫巖裂隙含水層、輝綠巖裂隙含水層為直接充水含水層，并采用直線隔水邊界和無限隔水邊界大井法計算確定出礦井正常涌水量為335m3/h，最大涌水量為500m3/h。
第二節(jié) 礦井概況
一、井田境界
北以緯線4494750為界，西南以V2煤層剝蝕線取拐點連線為界，西以F2斷層與宣東一號井相鄰，東北以0-0勘探線為界，東南以13-3、5-6、0-3鉆孔連線為界。井田走向長約5.2km，傾斜平均寬5.25km，面積26km2。
二、煤層儲量
參與儲量計算的煤層有Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3和Ⅴ2煤層。煤層最低可采厚度按弱粘煤為0.8m、氣煤和1/3焦煤為0.7m計算。由于煤層平緩，傾角為5°~ 15°，故儲量計算面積采用水平投影面積，計算方法采用塊段法。根據以上原則儲量計算結果匯總于表1-4。
礦井地質儲量表 表1-4（單位：萬t）
三、礦井設計生產能力及服務年限
根據礦井儲量、煤量賦存情況及開采技術條件，宣東二礦設計生產能力為0.90Mt/年，初期以開采Ⅲ3煤層為主。服務年限為64.3年，其中一水平為36.0年。
四、井田開拓及采區(qū)巷道布置
1井田開拓
礦井為一對立井開拓，副立井罐籠提升，主立井箕斗提升并兼作回風井。井筒開鑿至-230m標高設立-230m水平井底車場，并以三條長約700m的大巷進入采區(qū)，形成礦井的主要開拓系統。
礦井工業(yè)廣場位于京包鐵路和京張公路之間，主、副井井口布置在工業(yè)廣場中部113鉆孔附近，主井井口標高為+595m，副井井口標高為+595.3m。
2水平劃分
根據井田可采煤層賦存特點，將距離較近的Ⅲ3、Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅳ3煤層劃為一個上開采煤組，Ⅴ2煤層為一個下開采煤組。由于各煤層在井田內賦存標高在-100~-500m之間，且上、下兩個開采煤組相距較遠，故全井田共劃分為二個水平，其中第一水平標高-230m，利用上、下山開采上煤組，第二水平標高為-350 m，利用上、下山開采下煤組。
3大巷布置
根據礦井開拓布置，井筒位置偏離井田中央，礦井初期為單翼開采，從有利于安全、穩(wěn)產、高產、簡化管理等角度考慮，同時井田走向長度較短，設計共布置3條大巷，即-230水平軌道運輸大巷、-230水平膠帶運輸大巷和-200總回風大巷。
4采區(qū)劃分及開采順序
根據礦井開拓水平劃分及煤層分組情況，本著合理開發(fā)、簡化開拓系統，減少井巷工程量，有利于礦井通風和回采，保證礦井生產采區(qū)正常接替等原則，將全井田兩個水平共劃分為10個采區(qū)，每個水平各5個采區(qū)，其中6個上山采區(qū)，4個下山采區(qū)。現-230水平已形成兩個采區(qū)，即Ⅲ3一采區(qū)和Ⅲ3二采區(qū)。一采區(qū)為首采區(qū)，首采工作面33101綜采工作面于2002年6月份結束并予以封閉。
全井田采用采區(qū)前進式開采，由井筒附近向井田邊界依次開采。采區(qū)內工作面采用后退式開采。各煤層間采用下行式開采。
5采區(qū)巷道布置及采煤方法
采區(qū)上、下山的運輸巷和軌道巷均布置在Ⅲ3煤層中，沿煤層頂板掘進，以保持巷道頂板的完整性，改善巷道的維護條件。膠帶運輸大巷與運輸上、下山采用煤倉和進風斜巷聯系，軌道大巷與軌道上、下山采用石門和斜巷聯接。工作面順槽采用沿空掘巷方式。
采煤方式開始為走向長壁采煤法，冒落法管理頂板，現由于受地質條件的影響改為傾斜長壁冒落式采煤法。
五、礦井通風
根據礦井精查地質報告，宣東二礦屬低瓦斯礦井。但自礦井開拓投產以來，礦井瓦斯涌出量一直很大。據2001和2002年的礦井瓦斯等級鑒定確定為高瓦斯礦井，其中2002年的鑒定結果為礦井絕對瓦斯涌出量為43.05m3/min，相對瓦斯涌出量為32.04m3/t。
根據煤樣分析，Ⅲ3煤層煤塵有爆炸危險。又根據二00二年四月份對兩個采區(qū)煤層最短自然發(fā)火期測試分析，Ⅲ3煤層易自燃，自燃傾向等級為二類自燃，最短發(fā)火期為41天。
礦井采用中央并列抽出式通風系統。由副井進風，主井回風。礦井總進風量為5700 m3/min，總回風量為6500 m3/min。主扇風機與備扇風機均為BDK-8-№24型對旋式扇風機，配用PBF355S4-8型防爆電機，功率為160×2kW，提風量為6450 m3/min。
第二章 礦井年抽放量及抽放年限
第一節(jié) 礦井瓦斯儲量及可抽量
一、瓦斯儲量計算范圍
計算范圍為整個礦井的所有采區(qū)，面積約23km2，瓦斯儲量計算的縱向范圍為礦井一、二水平。參與瓦斯儲量計算的煤層除現開采層Ⅲ3煤層和后期的開采層Ⅴ2煤層外，還包括受開采層采動影響能向礦井涌出瓦斯的鄰近層Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3、Ⅴ2上煤層以及圍巖中的瓦斯。
二、瓦斯儲量及可抽量
瓦斯儲量一般是指煤田開發(fā)過程中能夠向礦井排放瓦斯的煤層（包括不可采煤層）及圍巖所賦存的瓦斯總量，其計算公式為：
式中：Wk—礦井瓦斯儲量，Mm3；
W1—可采煤層的瓦斯儲量之和，Mm3；
A1i—礦井第i個可采煤層的煤炭儲量，kt；
X1i—第i個可采煤層的瓦斯含量，m3/t；
W2—可采煤層采動影響范圍內的不可采鄰近煤層的瓦斯儲量之和，Mm3；
A2i—可采煤層采動影響范圍內第i個不可采鄰近煤層的煤炭儲量，kt；
X2i—可采煤層采動影響范圍內第i個不可采鄰近煤層的瓦斯含量，m3/t；
W3—受采動影響的圍巖瓦斯儲量，Mm3；
k—圍巖瓦斯儲量系數，計算時將不可采薄煤層及其它煤線在這里一并考慮，取k=0.15。
可抽瓦斯量是指礦井瓦斯儲量中能被抽出的瓦斯量，其計算公式為：
式中：Wkc—礦井可抽瓦斯量，Mm3；
ηk—礦井瓦斯抽放率，%。按照我國目前抽放瓦斯的實際水平，結合本礦抽放所采用的方法（本煤層抽放、鄰近層抽放），ηk取30%。
根據上述計算方法和公式，宣東二礦瓦斯儲量及可抽量的計算結果匯總于表2-1。
瓦斯儲量及可抽量匯總表 表2-1
第二節(jié) 礦井年抽放量及抽放年限
一、礦井年抽放量
1．礦井工作制度
設計礦井年抽放365天，日工作班數為三班，每班工作八小時，每天抽放24小時。
2．礦井年抽放量
礦井抽放瓦斯量達到設計要求時，瓦斯抽放量為25.26m3/min，即年抽放量為13.28 Mm3。
二、礦井抽放年限
由于礦井設計采用本煤層預抽、邊采邊抽、邊掘邊抽、采空區(qū)抽放以及鄰近層抽放相結合的綜合抽放方法，因此其抽放服務年限將與礦井生產服務年限相當。
第三章 建立瓦斯抽放系統的條件
第一節(jié) 瓦斯涌出量的計算
由于礦井開采后，瓦斯涌出量與礦井優(yōu)化設計時預測的瓦斯涌出量差異較大，故煤炭科學研究總院撫順分院受盛源集團公司委托對宣東二礦的瓦斯基礎參數進行重新測定。但由于受礦井煤層揭露情況、施工地點地質條件以及鉆機性能等影響，目前瓦斯基礎參數還不完整，今后有條件時尚需進行補充測定。
一、基礎參數
宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯基本參數實測及參考值如下：
煤層原始瓦斯壓力 0.78MPa(推算值)
煤層平均瓦斯含量 7.20 m3/t
平均殘存瓦斯含量 2.732 m3/t
煤的孔隙體積 0.112 m3/t
煤對瓦斯吸附常數 a=26.88,b=0.47
煤層透氣性系數 =0.129m2/Mpa2•d；
瓦斯含量梯度 0.009 m3/t•m
鉆孔瓦斯流量衰減系數 0.018 d-1
百米鉆孔極限自然瓦斯流量 1690.93 m3
百米鉆孔初始瓦斯流量 0.021 m3/min
二、瓦斯涌出量計算
盛源集團宣東二礦的瓦斯涌出來源主要分為兩個部分：在開采Ⅲ3煤層時，一部分瓦斯來源于其上、下鄰近層，一部分來源于開采層本身；在開采Ⅴ2煤層時，一部分瓦斯來源于上、下鄰近層，一部分來源于其本層的瓦斯。根據《盛源集團宣東二礦優(yōu)化初步設計》，一水平Ⅲ3煤層的服務年限為36年，因此本設計中的瓦斯涌出量計算只考慮了一水平Ⅲ3煤層開采時的本煤層、鄰近層和圍巖瓦斯涌出，二水平瓦斯涌出量將在礦井開采后期擴大抽放中進行計算。
1．回采工作面瓦斯涌出量計算
薄煤層及中厚煤層不分層開采時，回采工作面的瓦斯涌出量包括開采層（含圍巖）和鄰近層瓦斯涌出的計算公式為：
式中：q1—回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；
k1—圍巖瓦斯涌出系數，取k1=1.2；
k2—工作面丟煤瓦斯涌出系數，其值為工作面回采率的倒數，取回采率為90%；
k3—準備巷道預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數；利用長壁后退式回采時，系數k3按下式確定：
L—回采工作面長度，m, L=125m；
h—巷道瓦斯預排等值寬度，m。h=15m；
m0—開采煤層厚度，m；
m—煤層開采厚度，m；
X0—開采煤層原始瓦斯含量，m3/t；
X1—開采煤層煤的殘存瓦斯含量，m3/t；
mi—第i鄰近層煤厚，m；
X0i—第i鄰近層原始瓦斯含量，m3/t；
Xci—第i鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；
ki—第i鄰近層的瓦斯排放率，ki與鄰近層至開采層的間距有關；可按下式確定：
hi─第i鄰近層至開采層垂直距離，m；
hp─受開采層采動影響頂底板巖層形成貫穿裂隙、鄰近層向工作面釋放卸壓瓦斯的巖層破壞范圍，m；按下式計算：
ky─取決于頂板管理方式的系數，全部冒落法ky＝60；
α─煤層傾角，°，計算頂板的影響范圍時取“+”,計算底板的影響范圍時取“－”。
盛源集團宣東二礦各采區(qū)工作面的瓦斯涌出量計算結果見表3-1。
2.掘進巷道瓦斯涌出量
掘進巷道瓦斯涌出量包括掘進巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進落煤的瓦斯涌出量，計算公式如下：
n —煤壁暴露面?zhèn)€數， n＝2；
m0 —掘進工作面的煤層厚度，m；
v —巷道平均掘進速度，m/min；
l —巷道長度，m；
q0 —煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2•min；
Vdaf —煤的揮發(fā)份含量，%；
S —掘進巷道斷面積，m2；S＝8.5m2；
γ —煤的密度，t/m3,γ＝1.41 t/m3；
X0—開采煤層原始瓦斯含量，m3/t；
X1—開采煤層煤的殘存瓦斯含量，m3/t；
盛源集團宣東二礦掘進工作面瓦斯涌出量計算結果見表3-2。
礦井的瓦斯涌出量按下式計算：
式中：qk —礦井瓦斯涌出量，m3/t；
K1—生產采區(qū)內采空區(qū)瓦斯涌出系數，取K1＝1.25；
K2—已采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出系數，取K2=1.15；
q1i—第i個回采工作面的瓦斯涌出量，m3/min;
q2j—第i個掘進工作面的瓦斯涌出量，m3/min;
A0 —礦井平均日產量，t。
按上述式子計算出的盛源集團宣東二礦瓦斯涌出量預測結果見表3-3。
第二節(jié) 抽放瓦斯的必要性和可能性
一、抽放瓦斯的必要性
從安全生產的角度考慮，采掘工作面實行瓦斯抽放必要性的判斷標準是：采掘工作面的絕對瓦斯涌出量大于通風所允許的瓦斯涌出量，即采掘工作面設計風量小于稀釋瓦斯所需風量，亦即有下式成立時，抽放瓦斯才是必要的。
式中：Q0—采掘工作面設計風量，m3/min；
q —采掘工作面瓦斯涌出量，m3/min；
K —瓦斯涌出不均衡系數；
C —《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?。
同時，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5 m3/min,或一個掘進工作面絕對瓦斯涌出量大于3m3/min,采用通風方法解決不合理的，必須建立瓦斯抽放系統，開展瓦斯抽放工作。
1. 回采工作面抽放瓦斯的必要性分析
當回采工作面的瓦斯涌出量高于通風能力所允許的瓦斯涌出量，單靠通風稀釋無法達到設計產量時，即有下式成立，瓦斯抽放才是必要的。
式中：A─回采工作面設計產量，Mt/a；
A0─回采工作面通風能力所允許的最大年產量，Mt/a；
Q0─回采工作面的通風能力，按設計Q0=20～30m3/s；
C─《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?,取C＝1；
K─回采工作面瓦斯涌出不均衡系數，K=1.5；
q─回采工作面的瓦斯涌出量，m3/t。
根據上式確定的盛源集團宣東二礦回采工作面抽放瓦斯必要性結果見表3-4。如果不采取抽放瓦斯措施，盛源集團宣東二礦回采工作面不可能達到設計的產量，因此回采工作面抽放瓦斯是必要的。
2. 掘進工作面抽放瓦斯的必要性分析
在設計的掘進速度下，當掘進工作面通風能力小于稀釋瓦斯所需的風量，即下式成立時，抽放是必要的。
式中：Q0─掘進工作面設計通風能力，m3/s，一般 Q0=10～15m3/s；
Q─掘進工作面瓦斯涌出量，m3/min；
K─瓦斯涌出不均衡系數，K=1.5；
C─《煤礦安全規(guī)程》允許的工作面瓦斯?jié)舛龋?,取C＝1；
經過計算，盛源集團宣東二礦的掘進工作面在600m3/min的通風能力下，目前無需采取抽放瓦斯措施也勉強可以達到300m/mon的掘進速度。但如果想進一步提高掘進速度以及隨著向礦井深部的延伸，瓦斯涌出量必然增大（如前所述一些掘進面已經大于3m3/min），屆時為保證礦井的正常生產接續(xù)，采取邊掘邊抽的措施是一條有效的技術措施。
綜上所述，結合目前33101和33103工作面的實際生產情況，盛源集團宣東二礦在生產期間為達到設計產量，必須對回采工作面采取抽放瓦斯措施。
二、瓦斯抽放的可能性
1. 開采層瓦斯抽放的可能性
開采層抽放瓦斯的可能性，是指煤層在天然透氣性條件下進行預抽的可能性。衡量其可抽性的指標，一個為煤層的透氣性系數（λ）、一個為鉆孔瓦斯流量衰減系數（α）、另一個為百米鉆孔瓦斯極限抽放量（Qj），據此指標將煤層預抽瓦斯的難易程度進行分類，如表3-5所示。
盛源集團宣東二礦實測的瓦斯可抽性指標為：
鉆孔瓦斯流量衰減系數 α=0.018 d-1
煤層透氣性系數 =0.129m2/Mpa2•d；
百米鉆孔極限自然瓦斯流量 Qj=1690.93 m3
對照表3-5可知，盛源集團宣東二礦的Ⅲ3煤層從鉆孔瓦斯流量衰減系數和煤層透氣性系數來判定屬于可以抽放的煤層，而從百米鉆孔極限自然瓦斯流量判定又屬于較難抽放的煤層，根據礦井生產過程中的實際情況，可以認為盛源集團宣東二礦的Ⅲ3煤層屬于可以抽放的煤層，具備本煤層瓦斯抽放的條件。
2. 鄰近層瓦斯抽放的可能性
鄰近層抽放瓦斯技術是一項成熟的治理瓦斯災害的技術，我國的陽泉、松藻、鐵法、淮南、淮北和北票等許多抽放瓦斯礦區(qū)通過幾十年的抽放瓦斯實踐得出：在中、近距離鄰近層賦存條件下，只要鉆孔參數設計、施工合理，抽放參數選擇適宜，都能取得良好的抽放瓦斯效果，工作面鄰近層的瓦斯抽放率一般可以達到40～70%。
盛源集團宣東二礦Ⅲ3煤層開采時，其上部的Ⅲ1、Ⅲ2煤組和下部的Ⅳ1、Ⅳ2煤層均屬于中近距離鄰近層；Ⅴ2煤層開采時，其上部的Ⅳ煤組亦屬于近、中距離的鄰近層，所以只要抽放方式、鉆孔參數和抽放參數設計合理，鉆孔的施工工藝達到設計要求，無疑可獲得良好的抽放瓦斯效果。
3. 采空區(qū)瓦斯抽放的可能性
目前盛源集團宣東二礦的回采工作面使用的是綜采一次采全高，冒落式管理頂板，綜采高度設計的參數為2.44～4.52m，而Ⅲ3煤層厚度變化較大，因此采空區(qū)丟煤較多，瓦斯涌出必然較大，加上存在近距離的上下鄰近層，受采動影響向開采層采空區(qū)涌出瓦斯，而采空區(qū)存在大量的瓦斯又向回采工作面涌出，因此，抽放采空區(qū)瓦斯可能性是存在的，而且勢在必行。
綜上所述，盛源集團宣東二礦瓦斯抽放是可行的。
三、建立瓦斯抽放系統的條件
盛源集團宣東二礦絕對瓦斯涌出量達43.05 m3/min(2002年資料)， 高峰期可達50.15 m3/min，相對瓦斯涌出量達24.07 m3/t， 回采工作面絕對瓦斯涌出量遠遠超過5m3/min，部分掘進工作面瓦斯涌出量已經超過了3m3/min，已經具備了建立抽放系統的條件，系統投入抽放后，采取有效的抽放瓦斯方法，礦井穩(wěn)定抽放量可保持在12.25m3/min左右，抽放系統可與礦井生產系統具有同樣的服務年限，具備了建立瓦斯抽放系統的條件。
四、抽放站布置
1.布置原則
抽放瓦斯泵站位置必須符合下列要求：
⑴ 泵站最好設在回風井工業(yè)廣場內，站房距井口和主要建筑物以及居民點不得小于50m，并用柵欄或圍墻保護；
⑵ 泵房內和泵房周圍20m以內嚴禁明火；
⑶ 泵站位置應考慮到便于利用和敷設管路；
⑷ 泵站位置應選在運輸、供水和供電方便的地點；
⑸ 泵站應設在不受洪澇威脅且工程地質條件可靠地帶，應避開滑坡、溶洞、斷層破碎帶及塌陷區(qū)等。
2. 位置選擇
根據上述原則，在聽取礦方意見后，采用集中布置，抽放泵房建設在礦井的工業(yè)廣場邊上。
第四章 抽放瓦斯方法
第一節(jié) 礦井瓦斯來源分析
一、礦井瓦斯來源及涌出構成
盛源集團宣東二礦在開采期間的瓦斯來源由以下三部分組成：回采工作面的瓦斯涌出、掘進工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)（包括圍巖）的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占礦井瓦斯的涌出比例與礦井的開采深度和礦井的生產接續(xù)布局、采掘強度等有關，根據礦井瓦斯涌出量預測結果（表3-3），計算確定的盛源集團宣東二礦各生產時期的瓦斯涌出構成為：
初期：回采工作面瓦斯占51.5%，掘進工作面瓦斯占28.5%，采空區(qū)瓦斯占20.0%；
后期：回采工作面瓦斯占47.9%，掘進工作面瓦斯占21.7%，采空區(qū)瓦斯占30.4%；
可以看出，盛源集團宣東二礦瓦斯涌出構成中以回采工作面瓦斯涌出為主，占全礦井瓦斯涌出量的二分之一左右，因此礦井的瓦斯治理重點應放在回采工作面上。
二、回采工作面的瓦斯來源及涌出構成
盛源集團宣東二礦回采工作面瓦斯來源包括開采層和鄰近層（包括圍巖）瓦斯兩大部分。根據回采工作面瓦斯涌出量預測結果（表3-1），計算確定的盛源集團宣東二礦各區(qū)段回采工作面瓦斯涌出構成為：開采層瓦斯涌出占42.7%；鄰近層瓦斯涌出占57.3%，其中上鄰近層瓦斯涌出占40.8%，下鄰近層瓦斯涌出占59.2%。
三、采空區(qū)瓦斯涌出及涌出構成
盛源集團宣東二礦為一新建礦井，目前只有一～二個工作面投入生產，采空區(qū)面積很小。但是隨著礦井生產時間的推移和礦井開采范圍的擴大，采空區(qū)瓦斯涌出量所占的比例勢必將會逐漸加大，所以在礦井生產的中后期對于采空區(qū)瓦斯涌出的治理也應該予以充分的考慮。
綜上所述，從瓦斯涌出構成上來看，盛源集團宣東二礦回采工作面瓦斯涌出以鄰近層為主、開采層為輔，中后期采空區(qū)也將有一定比例的瓦斯涌出。所以在對回采工作面采取瓦斯抽放措施時，應堅持鄰近層抽放為主、開采層抽放為輔、同時還要兼顧采空區(qū)的瓦斯治理的原則。
第二節(jié) 抽放瓦斯方法
一、選擇抽放瓦斯方法的原則
煤礦抽放瓦斯是減少礦井和采區(qū)瓦斯涌出量的有效途徑。我國煤礦的瓦斯抽放方法按瓦斯來源大致可以分為以下五類：(1)開采層瓦斯抽放方法；(2)鄰近層瓦斯抽放方法；(3)采空區(qū)瓦斯抽放方法；(4)圍巖瓦斯抽放方法；(5) 綜合抽放瓦斯方法。其中綜合抽放瓦斯方法是前四類方法中兩種或兩種以上方法的配合使用。
選擇抽放瓦斯的方法時應遵循如下的原則：
1.選擇的抽放瓦斯方法應適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質條件和開采技術條件；
2.抽放方法的選取應根據瓦斯來源及涌出構成進行，應盡可能采用綜合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；
3.選擇的抽放瓦斯方法應有利于減少井巷工程量，實現抽放巷道與開采巷道的結合；
4.選擇的抽放瓦斯方法應有利于抽放巷道的布置與維護；
5.選擇的瓦斯抽放方法應有利于提高瓦斯抽放效果，降低抽放成本；
6.選擇的瓦斯抽放方法應有利于鉆場、鉆孔的施工、抽放系統管網敷設，有利于增加抽放鉆孔的瓦斯抽放時間。
二、瓦斯抽放方法
根據第三章對礦井采、掘工作面瓦斯涌出量的預測、礦井抽放瓦斯必要性的闡述和前面對工作面瓦斯來源和涌出構成的分析，結合盛源集團宣東二礦開拓開采技術條件，可以采用的抽放瓦斯方法有：
① 本煤層瓦斯抽放；
② 鄰近層瓦斯抽放；
③ 采空區(qū)瓦斯抽放；
④ 本煤層、鄰近層和采空區(qū)綜合瓦斯抽放。
按照盛源集團宣東二礦各區(qū)段回采工作面的設計產量、瓦斯涌出量、通風能力以及目前的瓦斯抽放水平，經全面分析計算，盛源集團宣東二礦為達到設計的產量，無論南翼還是北翼的各回采工作面都必須采取本煤層、鄰近層和采空區(qū)同時抽放的綜合瓦斯抽放方法，否則難以達到設計的生產能力。
1.本煤層瓦斯抽放
本煤層瓦斯抽放可分為開采層未卸壓抽放和卸壓抽放兩種方法。前已述及，宣東二礦Ⅲ3煤層屬于可以抽放的煤層，設計在Ⅲ3煤層回采工作面采用未卸壓抽放（預抽）和邊采邊抽方法，利用工作面軌道順槽向煤層打迎面斜交和平行于工作面的鉆孔預抽瓦斯。該預抽鉆孔還可隨著回采工作面的推進前方煤體產生的卸壓作用，實施邊采邊抽煤層瓦斯，從而提高瓦斯抽放率，減少開采層的瓦斯涌出量。預抽時間在180天以上。
依據目前宣東二礦實測的瓦斯基礎參數，掘進工作面瓦斯涌出量有的已大于3m3/min，建議采用邊掘邊抽的方法，解決瓦斯涌出量較大的掘進工作面的瓦斯問題，以提高巷道的掘進速度，緩解礦井采掘接替緊張問題。
2.鄰近層瓦斯抽放
鄰近層瓦斯抽放是盛源集團宣東二礦瓦斯治理的重點。前已述及，盛源集團宣東二礦的上、下鄰近層均為中、近距離的鄰近層，瓦斯涌出量占全礦井的六成左右，二采區(qū)稍大、一采區(qū)稍小。
盛源集團宣東二礦首采Ⅲ3煤層，上覆有Ⅲ1、Ⅲ2煤組，平均間距小于20m;Ⅲ3煤層下距Ⅳ1、Ⅳ2煤層，平均間距為14～25m，大部分為局部可采煤層。
⑴上鄰近層瓦斯抽放
國內外對于上鄰近層瓦斯的抽放都積累了成熟的經驗，可以采用的方法也較多，如頂板巷道、頂板長鉆孔、頂板短鉆孔等等。針對盛源集團宣東二礦的實際條件，可以選擇的抽放方案有兩個：頂板巷道抽放和長鉆孔結合短鉆孔抽放。
方案一：頂板巷道抽放
在Ⅲ3煤層的頂板開一條抽放瓦斯的專用巷道，在Ⅲ3煤層中掘巖石巷道，巷道斷面4～5m2左右，長度約1000m，用來抽放上鄰近層的瓦斯。詳見圖4-1。
方案二：長鉆孔結合短鉆孔抽放
在工作面的進、回風順槽開設鉆場，鉆場間距為70m，在鉆場內施工頂板迎面長鉆孔，每個鉆場內布置長鉆孔4個，同時要保證鉆孔的搭接距離大于10m；為了保障鉆場在接替過程中的瓦斯抽放效果，在每個鉆場的兩側布置4組短鉆孔，布置的方法為以鉆場為基準前2后2,短鉆孔組間距10m，每組3個鉆孔。詳見圖4-2。
圖4-1 上鄰近層抽放瓦斯方案一
圖4-2 上鄰近層抽放瓦斯方案二
方案一優(yōu)點：
① 抽放瓦斯效果好；
② 頂板巖巷的開掘可與工作面順槽掘進同步平行作業(yè)，抽放與生產間不互相影響；
缺點：
① 另開半煤巖巷或巖巷，增加了抽放成本；
② 巷道開掘過程中出貨、進料困難；
③ 長距離的獨頭巷道，增加了通風安全管理的難度。
方案二優(yōu)點：
① 鉆場施工可與工作面順槽掘進同步平行作業(yè)；
② 有利于緩解采掘接續(xù)關系，縮短出煤工期，降低抽放成本；
③ 長、短鉆孔相結合，抽放效果較好，綜合其他抽放方法，可以保證工作面達到設計的產量。
缺點：
① 抽放效果不如方案一；
② 打鉆施工與正常的生產有時會發(fā)生影響；
③ 多條短距離獨頭巷道需局部通風，給通風管理造成一定困難。
本著以解決工作面瓦斯問題為前提，并考慮盡量減少抽放的井巷工程量、降低抽放成本、縮短出煤工期等因素，本設計采用方案二，即以頂板迎面長鉆孔結合短鉆孔代替頂板瓦斯巷抽放上鄰近層瓦斯。
⑵下鄰近層瓦斯抽放
針對宣東二礦現有的開拓開采條件，結合下鄰近層瓦斯的涌出規(guī)律，下鄰近層的瓦斯抽放擬歸結到采空區(qū)的抽放上，即利用采空區(qū)抽放來抽出隨著工作面的推進、卸壓范圍的擴大而不斷涌向采空區(qū)的鄰近層瓦斯。
3.采空區(qū)瓦斯抽放
宣東二礦由于開采時間較短，老采空區(qū)面積不大，但隨著礦井開采時間的延長與開采范圍的擴大，由于是采區(qū)前進式的布置，將來采空區(qū)涌出的大量瓦斯無疑將加重礦井的通風負擔。
設計目前對采空區(qū)采取上向鉆孔抽放法。鉆孔法是在回風巷內設鉆場，鉆場間距30m，每個鉆場內布置5個上向鉆孔。詳見圖4-3。
同時，如果鉆孔施工有困難時也可采用半封閉插管抽放法。但其抽放效果不如上向鉆孔抽放法。半封閉插管抽放法詳見圖4-4。
圖4-3 采空區(qū)上向鉆孔抽放法
圖4-4 采空區(qū)半封閉插管抽放法
三、抽放巷道布置
盛源集團宣東二礦井下本煤層瓦斯抽放、上下鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放不增設專門的抽放瓦斯巷道，全部利用工作面已有的開拓開采巷道，即利用軌道巷布置回采工作面預抽鉆孔（后期用作邊采邊抽）和頂板長鉆孔和短鉆孔抽放上鄰近層瓦斯，利用-230m大巷抽放一部分下鄰近層瓦斯，利用瓦斯尾巷布置采空區(qū)插管抽放和施工采空區(qū)抽放的引導鉆孔。
四、鉆場、鉆孔布置
1.鉆場的布置位置、間距、鉆場尺寸及支護形式
設計的抽放方法中，在上鄰近層抽放瓦斯和在掘進工作面邊掘邊抽時需開設鉆場。上鄰近層抽放瓦斯鉆場布置在進風巷一側的Ⅲ3煤層頂板中，鉆場間距為70m。掘進工作面邊掘邊抽鉆場開在巷道兩側（雙巷掘進時鉆場僅在巷道一側布置），鉆場間距為40m ，鉆場規(guī)格為：寬3.5m，深4m，高與掘進巷道相同，采用11號礦用工字鋼梯形支護。
2.鉆孔布置
(1)回采工作面鉆孔布置
鉆孔布置方式：不設鉆場，鉆孔沿煤層迎面斜交(與順槽成45°)和平行于工作面布置。
①鉆孔直徑：鉆孔直徑大，暴露煤壁面積大，瓦斯涌出量就大，但二者增長并非線性關系，一般選用Φ75～100mm，設計選用鉆孔直徑Φ75mm。
②鉆孔長度：按煤層回采工作面長度125m考慮，鉆孔長度為90m。如打長鉆孔有困難時，可分別從工作面的進、回巷雙向布置鉆孔，以提高工作面的抽放量。
③鉆孔有效抽放時間
宣東二礦Ⅲ3煤層瓦斯自然涌出量的測定結果表明：百米鉆孔初始瓦斯涌出量為0.021m3/min•100m，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.018d-1。從而，百米鉆孔在不同時間t內可抽放的瓦斯總量（Qt）和鉆孔抽放有效系數（K）按下式計算：
式中：Qt—百米在t時間內可抽瓦斯總量, m3；
q0—百米鉆孔初始瓦斯涌出量，m3/min•100m；
α—鉆孔瓦斯流量衰減系數，d-1
t —抽放時間, d；
K—鉆孔抽放有效系數，%。
計算結果列于表4-1中。
④抽放負壓。一般宜選用13.33～26.66KPa的負壓抽放(泵的負壓能滿足要求)。
(2)掘進工作面鉆孔布置
掘進工作面鉆孔布置要保證鉆孔始終超前巷道工作面10m， 據此選取邊掘邊抽工作面抽放鉆孔參數如下：
鉆孔長度 50m；
鉆孔直徑 Φ75mm；
鉆孔夾角 β1＝10～15°，β2＝16～18°；
鉆孔仰角 3°～5°。
(3)上鄰近層瓦斯抽放鉆孔布置
① 鉆孔布置方式
鉆孔穿層布置。長、短鉆孔在水平與垂直方向（沿工作面的推進方向）的投影均為扇形，相鄰鉆場長鉆孔的搭接長度10m。
② 鉆孔直徑
設計鉆孔直徑為Φ75mm。
③ 鉆場間距、鉆孔數量
設計長鉆孔鉆場間距70m，每個鉆場4個鉆孔；短鉆孔鉆場間距10m，每個鉆場3個鉆孔。
④ 鉆孔的傾角、方位角和鉆孔長度
根據鉆孔布置的原則和上述布孔參數，并結合宣東二礦的具體情況，設計抽放上鄰近層瓦斯的長、短鉆孔的鉆孔參數列于表4-2。
(4)下鄰近層瓦斯抽放鉆孔布置
下鄰近層瓦斯抽放利用采空區(qū)瓦斯抽放，詳見采空區(qū)抽放布置。
(5)采空區(qū)抽放布置形式
對于工作面已采完封閉的采空區(qū)采用密閉巷道法抽放采空區(qū)瓦斯。該法首先在巷道中打密閉，將管子插入采空區(qū)直接抽放采空區(qū)瓦斯。密閉打在工作面
回風順槽內，厚度3m以上。為了保證密閉的嚴密，煤壁和頂、底板的挖槽深度要大于0.3m。密閉兩壁用磚（或料石）砌筑，厚度不小于0.4m，兩層磚（或料石）墻間要充填黃土，并夯實。抽瓦斯管插進10m左右。
對于現生產工作面的采空區(qū)，采用上向鉆孔法抽放采空區(qū)瓦斯時，設計鉆場間距40m，每個鉆場5個鉆孔。各鉆孔參數列于表4-3。采用半封閉插管抽放法時，利用上一回采工作面的進風巷，打鉆孔穿透該進風巷與本工作面回風巷間的隔離煤柱進入工作面采空區(qū)，把瓦斯管直接插入采空區(qū)進行抽放瓦斯。設計鉆孔間距30m， 每根瓦斯管的末端2m長內要有孔眼，同時施工時要盡量靠近煤層頂板，使之處于高濃度瓦斯帶。
(未完成）待續(xù)
