采高為2.2m,放頂煤高度為12.8m～17.8m。主采Cu?煤層，煤層傾角76～82°,平均厚度22.58m;Cu?煤層局部可采，亦屬急傾斜特厚煤層。目前，礦井絕對瓦斯涌出量為18m3/min,相對瓦斯涌出量為12~13m3/t,但礦井采面瓦斯涌出作面瓦斯來源分析、上分段開采對下分段煤體卸壓變化影響數值模擬和鉆孔抽采效果的考查，可得出如下結論：(1)急傾斜特厚煤層分段開采，礦井瓦斯治理的根本措施應該是對工作面開采分段的下部煤體的瓦斯進行預抽和卸壓瓦斯攔截抽采，這是解決礦井瓦斯涌出問題的關鍵所在。(2)上分段開采后，其采動卸壓范圍為不規(guī)則的橢圓弧狀，即中部底板下約14米深度范圍內，兩幫3~4米范圍內。下分段工作面抽采鉆孔最佳層位應布置在工作面兩側距上分段底板2~3米范圍，中部8~11米范圍內。(3)由于水平分段厚度大，為了有效解決下分段工作面開采時本分段的瓦斯涌出量，工作面抽采鉆孔應高低位布置，高位鉆孔距工作面頂面2米左右，低位鉆孔距工作面頂面10米左右。(4)通過現場考察，高位鉆孔抽采效果明顯優(yōu)于低位鉆孔，能有效攔截因上分段開采而造成的下分段卸壓瓦斯，減少了涌入上分段開采空間的瓦斯量，為上分段順利回采提供了可靠的安全保障。關鍵詞：瓦斯抽放，放頂煤，分段開采，數值模擬I第一章礦井概況 4 41.2礦區(qū)地層特征及構造 41.3煤層情況 61.4礦井開拓、開采 71.5礦井通風、瓦斯情況 7 8第二章煤層瓦斯基本參數測定 2.1煤的瓦斯吸附常數測定與煤的工業(yè)分析 2.2煤層瓦斯壓力 2.3煤層瓦斯含量 2.4煤層鉆孔自然瓦斯涌出量及其衰減系數 2.5煤層透氣性系數 第三章綜放工作面瓦斯涌出及治理對策分析 第五章瓦斯抽放參數及抽放效果考察試驗 24 5.2考察鉆孔施工及封孔要求 5.3鉆孔施工安全管理 5.4試驗鉆場及鉆孔抽放效果考察方案 5.4.1考察內容 5.4.2單孔瓦斯抽放流量考察 5.4.3鉆場上層鉆孔組及下層鉆孔組預抽瓦斯流量 5.4.4鉆場預抽瓦斯流量考察 5.4.5鉆場抽放卸壓瓦斯流量考察 5.4.6單孔抽放卸壓瓦斯流量考察 5.4.7鉆場上層鉆孔組和下層鉆孔組抽放卸壓瓦斯流量考察 5.4.8抽放管理的附屬設施 5.4.9鉆場管理 6.1抽放瓦斯規(guī)模 436.2抽放方法選擇 6.3抽放泵選型 43 467.1現場考察技術方案 46 46 467.1.3資料收集與數據分析 477.2考察地點基本情況 487.2.1鉆孔布置情況 487.2.2瓦斯抽采計量 7.3現場抽采考察 第八章布孔層位數值模擬分析 8.1數值模擬由來 8.2參數來源及建模 8.3數值模擬方法 8.4數值模擬結果 8.4最佳布孔層位分析 第九章抽采效果綜合分析 649.1從礦井瓦斯治理整體分析 9.2從工作面瓦斯涌出情況分析 9.3單孔抽采效果分析 第十章總結建議及結論 67 參考文獻 4第一章礦井概況北寬2km,礦區(qū)面積6.7764km2。西與大炭壕井田相鄰，東與老窩鋪井田相鄰，行礦區(qū)交通便利，由該礦向南經過阿刀亥溝7.5km水泥公路與110國道相接，東至呼和浩特約120km,西抵包頭市約50km。京包鐵路從礦區(qū)南部的山前平原薩拉齊鎮(zhèn)通過，阿刀亥煤礦在此區(qū)段設煤炭外用集裝站，與京包鐵路接軌，接軌距離2km。礦區(qū)交通運輸較為便利。阿刀亥礦區(qū)位于陰山山脈之大青山中段南緣，受造山運動的影響，屬高山地形，侵蝕性地貌。相對高差大，最高點在礦區(qū)西界，標高1785.10m,最低點位于懸崖陡峭，山高谷深，'V’字型沖溝發(fā)育。礦區(qū)外南部為前寒武系片麻巖組成的高山地形，海拔標高為1500～2000m左右。礦區(qū)及北部為寒武奧陶系灰?guī)r、石炭系、二疊系、三疊系中、古生界之沉積巖地層組成的中高山地形，山勢較緩，海(一)地層大青山煤田地層系統(tǒng)劃屬：古生代地層區(qū)劃為華北大區(qū)一晉冀魯豫地層區(qū)一陰山地層分區(qū)一大青山小區(qū)。地層從老至新依次出露有太古界烏拉山群、下古生界寒武～奧陶系、上古生界石炭系上統(tǒng)栓馬樁組、二疊系下統(tǒng)雜懷溝組、下石葉5灣組、二疊系上統(tǒng)上石葉灣組，腦包溝組、中生界三疊系下統(tǒng)老窩鋪組、侏羅系地層總厚度6000m有余。(二)地質構造大青山煤田大地構造單元位于華北地臺一內蒙古臺隆—陰山斷隆(三級),其基底由太古代烏拉山群組成，蓋層為中下寒武統(tǒng)，中下奧陶統(tǒng)，上石炭統(tǒng)，二疊系，下三疊統(tǒng)和侏羅系。區(qū)內構造復雜，褶皺斷層發(fā)育，混合巖化強烈，每期構大青山煤田呈北東東——南西西向展布，地層走向60°~80°,主要構造線循此方向延展，構造線多以近東西為主，形成近東西向褶皺即倒轉的背向斜及低褶皺軸面多向南傾斜形成倒轉。斷層面大都南傾，形成由南而北之低角度逆掩斷大青山煤田從構造特點看，由東向西，由復雜變?yōu)檩^簡單的規(guī)律，西部地層平緩，褶皺斷層較少，往東褶皺斷層劇烈，以至東端有花崗巖侵入。從南北方向大青山煤田內火成巖較少，僅在煤田外的烏拉山群巖系中有各種不同時代的侵入體，以輝長巖、偉晶巖等為主體。西部侏羅系底部礫巖和片麻巖系之間有安山巖，其時代不清。另于正溝、燈草渠溝、石拐子北山內有玄武巖墻侵入石拐煤系。東端萬家溝以東有燕山期花崗巖侵入三疊系及侏羅系地層中，為本區(qū)最大的本區(qū)在震旦紀以前為地槽沉積，經多次造山運動發(fā)生區(qū)域變質作用，并伴火成巖活動，上升為古陸，在以震旦系后，寒武紀前形成四周為古老巖系而高差大的山間盆地，接受古生代、中生代、新生代的沉積，由于地殼趨于穩(wěn)定及氣候的變遷形成石炭二疊紀泥炭沼澤相與近距離搬運的河流相交替的含煤建造，二疊、三疊紀氣候炎熱干燥有大量紅層沉積，爾后發(fā)生大青山運動(相當于印支運動)6至使侏羅紀初沉積凹陷擴展，形成內湖、沼澤、泥炭沼澤、河流之交替沉積，巖相變化復雜，厚度變化大。晚侏羅紀后發(fā)生造山運動(相當于燕山運動),結束大青山煤田的沉積建成造。同時造成緊閉式倒轉褶皺及巨大的斷裂，同時伴有酸性(一)含煤性砂質粘土巖、泥巖及各種粒級的碎屑巖組成，礫巖與碎屑巖占70%以上，相變頻繁，泥炭沼澤相與河流相相互交替，煤層厚度變化大，結構復雜，煤分層難以對比。煤系地層含Cu?和Cu4兩個煤層組，煤系地層全厚183m,煤層總厚為28m,含煤系數為15%。(二)含煤煤層礦區(qū)內3號孔中煤層最厚為31m,結構極復雜，分為34分層。在其他鉆孔中未見或不可采，厚度變化極大，為極不穩(wěn)定煤層。原煤灰分都在40%以上，為不可采開采所收集的資料，經統(tǒng)計Cu2煤組自然最大厚度為49.67m,最小厚度為0.90m,平均厚度為19.23m。夾石3～42層。夾石單層厚度最大24.42m,最小厚度0.02m。夾石巖性多為炭質泥巖、高嶺土巖及粉砂巖，局部復煤層。煤組可采最大厚度為37.18m,最小厚度為0.90m,平均厚度14.12m。根據地質勘查資料證明，本煤組在槽72處厚度為0.90m,在39號和26號探槽之間煤層厚度為5～10m。此區(qū)內有一厚層夾石，在童盛茂村南達10m,巖性為含礫砂巖、砂巖。往東(第4勘探線以東)此夾石尖滅，煤層變厚。該夾石向西也逐漸變薄，而煤組又逐漸加厚，如26號到24號槽探之間煤組厚度為43m;24號以西到17號槽之間，煤層厚度又變薄。井田東部石匠窯附近A2背斜軸從Cu?7煤組通過。受倒轉背斜的影響，煤組發(fā)生重復，8號孔內煤層全厚89m。Cu?煤組阿刀亥煤礦始建于1958年，當時為5萬噸/年的小型礦井，經過三次技術改造后，目前是神華包頭礦業(yè)公司唯一的井口開采的生產礦井，設計生產能力為60萬噸/年，核定生產能力為90萬噸/年。礦井服務年限為52年。開采標高為1576m至礦井主采煤層為石炭二迭紀Cu?煤層，煤層厚度4.72~42.79m,平均厚度22.58m,煤層傾角一般在70°以上，局部回采Cu?煤層。礦井開拓方式為中央并列式斜井多水平開拓，共有5個井筒，分別為大傾角皮帶主井、箕斗提研井和副采煤方法為急傾斜特厚煤層水平分層綜采放頂煤，采2.2m,采放比一般為1:6～1:8左右。目前開采+1155m水平，接續(xù)水平為+1000m水平，采煤工作面距地表深度分別為東部180～260m,西部240～280m,礦井東部和西部各有一個采區(qū)，礦井正常生產安排2個工作面。1.5礦井通風、瓦斯情況(一)礦井通風礦井通風方式為中央邊界和中央對角混合抽出式，由大傾角皮帶主井、箕斗提研井和副井進風，由白家堯和西二兩個回風井回風，掘進工作面供風采用局部白家堯風井和西二風井2個井筒排風，白家堯風井：安裝BDK618-No18型對旋軸流式風機1臺，BDKNo20型對旋軸流式風機1臺，一臺工作，一臺備用，BDK618-No18型對旋軸流式風機主要技術參數：風量1860～5100m3/min,靜壓：運行時，靜壓700Pa,總排風量為2330m3/min,擔負東二采區(qū)生產用風，備扇8和30°,運行時，靜壓800Pa,總排風量為2080m3/min,負擔西二采區(qū)生產用風；據礦井2009年三季度的配風計劃和8月中旬通風報表數據，礦井計劃需要風量為3383.7m3/min,礦井總進風4301m3/min,有效風量為3655m3/min,礦井總回風量4410m3/min,礦井有效風量率為84.98%,礦井有效風量富裕系數為1.08。1155東運輸大巷，1155-1310暗副井(1155猴車下山),1310東大巷、1310-1228材料下山→1209石門、1155石門、1228-1155下山→1155風硐→1209采面、1209掘面→1209-1228回風上山回風→1228-1260皮帶上山→1260東大巷→東部采區(qū)風井西二采區(qū)通風系統(tǒng)：新鮮風由主井、副井、提矸帶暗主井、1260-1310皮帶上山→1260西大巷、1260-1155暗副井，1155西運輸大巷→1171石門、1187石門1187-1203進風上山，風眼→1203-1218進風上山→1218采面、1203備用采面→工作面回風巷，風硐→1218專用回風上山→1260-1352回風上山，1260石門聯(lián)絡巷→西二風井排出地面。(二)礦井瓦斯2007年礦井瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井，礦井絕對瓦斯涌出量為14.76m3/min,相對瓦斯涌出量為8.33m3/t,但礦井采面瓦斯涌出不均衡，部分采煤工作面瓦斯涌出量較大，礦井一直按高瓦斯礦井進行管理，而且隨著開采深度增2009年礦井絕對瓦斯涌出量為18m3/min。本區(qū)礦區(qū)屬高山地形，侵蝕性地貌。地表植被稀9少且集中，蒸發(fā)量大，地下水補給來源以大氣降水為主。各含水層含水性皆小，斷層導水性較差。根據重慶煤研所1983年煤塵化驗資料結果，本礦井煤塵具有爆炸危險，其爆炸指數為18.07%～20.65%。根據內蒙古煤田地質勘探公司煤質化驗所1983年煤層化驗資料結論，本區(qū)煤層不具有自燃發(fā)火性。但是據撫順煤研所1990年煤層化驗資料結論，煤層具有自燃發(fā)火性。礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)于2005年建成，2008年底由KJ109升級為KJ325安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于礦井安全監(jiān)測、生產監(jiān)控任務。礦井通訊為阿刀亥煤礦內部網，通信方式為RS485。礦井建立防塵灑水管路系統(tǒng)，制定了防塵管理制度和綜合防塵措施，礦區(qū)建有一個500m3的地面水庫專供井下防塵和滅火用。礦井建立了防滅火檢測和管理制度，制定了防滅火措施。消防與防塵灑水共用一套管路系統(tǒng)，在井下建有消防材料庫。第二章煤層瓦斯基本參數測定主要依據。阿刀亥煤礦已掌握Cu?煤層瓦斯基本參數，Cu掌握不全，因此，本次只測定Cu4煤層瓦斯基礎參數，主要包括：煤層瓦斯壓力、煤層透氣性系數、煤層瓦斯含量、煤層鉆孔自然瓦斯涌出量及其衰減系數、煤的煤的堅固性系數(f)、煤層自燃傾向性、2.1煤的瓦斯吸附常數測定與煤的工業(yè)分析煤中的瓦斯是以游離和吸附兩種狀態(tài)存在的，煤的瓦斯吸附常數是衡量煤吸附瓦斯能力大小的標志，是計算煤層瓦斯含量的重要指標之一。煤樣的工業(yè)分析值也是計算煤層瓦斯含量的重要參數。目前，煤的瓦斯吸附常數與工業(yè)分析只能需要選定兩個以上的地點(回采工作面，煤巷掘進工作面)采集Cu4煤層煤樣煤層1193東翼工作面回風巷和運輸巷掘進工作面內選取兩個以上的煤樣。2.2煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。它是煤層瓦斯賦存與涌出的基本參數，亦是煤層瓦斯流動的動力。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個主要因素，當煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含瓦斯量也就越大。它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對于合理地進行通風設計起著重要的作用。因此，準確測定煤層瓦斯壓力是十分必要的。目前測定煤層瓦斯壓力的方法有兩種，一是間接測定方法，二是直接測定方法。間接測定煤層瓦斯壓力方法是根據煤層瓦斯流動規(guī)律、煤層透氣性系數、瓦斯解吸規(guī)律、煤層瓦斯含量系數曲線等，通過計算，推測出該地點的瓦斯壓力。間接測壓法一般用于難以進行直接測壓的條件下，根據煤層原始瓦斯含量、殘存瓦斯含量等基礎參數推算煤層瓦斯壓力，以及由地層深度估算煤層瓦斯壓力等。直接測定煤層瓦斯壓力方法是先用鉆機由巖層巷道或煤層巷道向預定測量煤層瓦斯壓力的地點打一鉆孔，然后在鉆孔中放置測壓裝置再將鉆孔嚴密封閉堵塞并將壓力表和測壓裝置相連來測出瓦斯壓力。直接測壓法的關鍵是鉆孔封閉的質量。直接測壓的封孔方法可分為填料法和封孔器法兩類。根據封孔器的結構特點，封孔器又可分為膠圈、膠囊和膠圈—粘液等幾種類型。根據阿刀亥煤礦的情況，采用直接法測定該礦的Cu4煤層瓦斯壓力，地點初步定在Cu4煤層1193東翼工作面回風巷和運輸巷掘進工作面或者與Cu4煤層1193東翼工作面相關石門內，向Cu4煤層打鉆孔測壓。具體測壓地點現場勘察后確定。測定數據記入附表2.1。煤層瓦斯含量是指單位質量或體積的煤中所含有的瓦斯量，以m3/t或m3/m3表示。它是計算礦井及煤層瓦斯儲量、礦井瓦斯涌出量預測和煤與瓦斯突出危險性預測的重要依據參數之一。目前，煤層原始瓦斯含量測定方法有直接方法和間接方法。直接方法包括：地勘鉆孔瓦斯解吸法、井下鉆孔瓦斯解吸法和煤芯采取器法等。直接法比較簡單、直觀，應用該法時，直接從采取的煤試樣中確定其瓦斯成分和瓦斯量。其缺點是在試樣采取過程中難免有部分瓦斯逸散，需要建立補償瓦斯損失量的方法。間接法比較復雜，它是先在井下實測或根據已知規(guī)律推算煤層瓦斯壓力，并在實驗室測定煤的孔隙率、吸附等溫線和煤的工業(yè)分析結果，然后再計算煤層瓦斯含量。該法的優(yōu)點是煤樣不需密封，采樣方法簡單，且如果已知煤層各個不同區(qū)域的瓦斯壓力，則可根據吸附等溫線推算各個不同區(qū)域的煤層瓦斯含量；該法采用直接法和間接法相結合的方法。其中直接測定法初步確定在Cu4煤層1193東2.4煤層鉆孔自然瓦斯涌出量及其衰減系數q?和鉆孔瓦斯流量衰減系數α,其中鉆孔瓦斯流量衰減系數α是評價煤層瓦斯預抽難易程度的一個重要指標。q?和α值是通過測定不同時間的鉆孔自然瓦斯涌出利用測壓鉆孔完成該項工作，鉆孔自然瓦斯涌出量記入附表2.2內。煤是一種多孔介質，在一定的壓力梯度下，瓦斯可以在煤體內流動，煤層瓦斯流動難易程度通常用煤層透氣性系數來表示，也是評價煤層瓦斯預抽難易程度的一個重要指標。其物理意義是：在1m長的煤體上，當瓦斯壓力平方差為1MPa2目前，我國廣泛采用的測定方法是在煤層瓦斯向鉆孔流動的狀態(tài)屬徑向不穩(wěn)定流動的基礎上建立的，通過測定煤層瓦斯徑向不穩(wěn)定流量來計算煤層透氣性系瓦斯基本參數測定試驗所需的設備、裝置及工具見表2.1所示。序號材料名稱規(guī)格型號單位數量備注礦井名稱煤層名稱_煤層厚度時間瓦斯壓力(MPa)備注1234附表2.2鉆孔瓦斯涌出量測定記錄表礦井名稱煤層名稱煤層厚度(m3/min)(m3/min)舊底圖總號日期測壓管根根根根附圖2.1測壓孔測壓管加工圖封孔測壓舊底圖總號日期注漿管1/2"鍍鋅鐵管附圖2.2測壓孔注漿管加工圖立I舊底圖總號日期煤研炭究附圖2.3測壓孔測壓管加工圖L項口負責附圖2.4測壓孔木楔加工圖附圖2.5壓力表接頭第三章綜放工作面瓦斯涌出及治理對策分析目前，礦井絕對瓦斯涌出量為18m3/min,相對瓦斯涌出量為12～13m3/t,2.2m,放頂煤高度為12.8m～17.8m,采面瓦斯涌出70%～80%由采面放頂煤時根據礦井瓦斯涌出來源分析，采面瓦斯涌出70%～80%由采面放頂煤時涌出，目前阿刀亥煤礦采取的瓦斯治理方法主要有：回風巷內向采面頂煤打抽放鉆如圖3.1所示，對采面采空區(qū)進行瓦斯抽放；增大瓦斯抽放能力；減少分層厚度但深層次的分析，采面瓦斯涌出70%～80%由采面放頂煤時涌出，這部分瓦的卸壓瓦斯的涌出量是工作面瓦斯涌出量的主體。采煤工作而從以上分析可以看出，礦井目前采用高位鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯是治標不治本的措施，是在卸壓瓦斯已經涌入回采空間后再對其進行抽采，雖然目前的情況下還能解決；但隨著采深的增加，煤層瓦斯含量也隨之增大，現有的瓦斯抽采措施可能就無法解決工作面瓦斯超限問題。因此礦井瓦斯治理的根本措施應該是對工作面開采分層的下部煤體的瓦斯進行預抽和卸壓瓦斯的攔截抽采，從源頭上解決該礦的瓦斯涌出問題，這是解決礦井瓦斯涌出問題的關鍵。第四章綜放工作面瓦斯治理集成技術總體方案阿刀亥煤礦瓦斯治理的關鍵是采取何種有效措施治理開采階段回采過程中下方煤體的卸壓瓦斯涌出問題。針對礦井為急傾斜特厚煤層水平分層綜采放頂煤開采的具體情況，提出了以下兩個瓦斯治理總體方案。這兩個方案的總體思路是對在開采分層工作面回采之前，提前在其下部分層的煤體施工抽放鉆孔進行瓦斯預抽工作，降低下部分層煤體的瓦斯含量；而在開采分層工作面回采時，利用這些抽放鉆孔對開采層下部煤體的采動卸壓瓦斯進行攔截抽采，減少其向開采層回采空間的涌出，降低回采工作面的瓦斯治理難度；在下部分層進行回采時，這些抽放鉆孔還可進行邊采邊抽工作，進一步加強瓦斯治理。方案一：掘進下部分層巷道施工順層鉆孔抽采瓦斯該方案適用于工作面的煤體較軟，存在構造難以施工長鉆孔的情況下，如圖4.1所示，其具體措施方法為：(1)在回采工作面的下部分層煤體中，提前將下部分層工作的順槽掘進出來；考慮到礦井回采工作面礦壓較大的問題，可先將礦壓相對較小的煤層頂板一側的煤巷順槽提前準備；(2)在掘進好的巷道內每隔120～150m施工一個鉆場，在每個鉆場中施工上、下兩層鉆孔，每層3～5個鉆孔。上層鉆孔的終孔點應距上方回采工作面的底板垂距為1.5～2m,對下方煤體進行瓦斯預抽；(3)上部分層媒體工作面回采時，下部分層煤體中的抽放鉆孔可攔截下部分層煤體中卸壓瓦斯，避免下部分層煤體中卸壓瓦斯涌到工作面回采空間，引起工作面瓦斯超限；(4)將掘進好的超前巷道作為準備工作面的回風巷，在準備工作面回采時，抽放鉆孔繼續(xù)進行邊采邊抽，加強工作面的瓦斯治理工作。方案二：石門中施工順層長鉆孔抽采瓦斯該方案適用于工作面的煤體較硬，可施工長鉆孔的情況下，如圖4.2所示，其具體措施方法為：(1)在回采工作面的下部分層煤體對應的石門內，沿回采工作面走向方向超前施工兩個大直徑長鉆孔，每個鉆孔的直徑不小于133mm,鉆孔的終孔點應距上方回采工作面底板的垂距為1.5～2m,施工好的鉆孔對下部分層煤體進行瓦斯預抽；(2)上部分層工作面回采時，下部分層煤體中的抽放鉆孔可攔截卸壓瓦斯采采止線(a)剖面圖(b)平面圖圖4.1瓦斯治理總體方案一鉆孔布置示意圖走向大直徑鉆孔，鉆孔終孔點距上工作面1.5-2m剖面圖石門走向大直徑長鉆孔走向大直徑長鉆孔(b)平面圖采采止線圖4.2瓦斯治理總體方案二鉆孔布置示意圖根據礦井煤層的賦存情況，建議礦井采用方案一，即提前布置下部分層工作面的煤巷，在煤巷中施工順層鉆孔進行瓦斯抽采的方案。礦井可選擇合適的地點對該方案進行試驗，對鉆孔的布置層位、鉆孔數量、抽采參數、抽采效果等內容進行考察，確定適合本礦井的合理的抽采參數。采用上述方案進行瓦斯抽采后，因對工作面回采時瓦斯涌出的主要來源下部分層的卸壓瓦斯進行攔截抽采，同時下部分層煤體的瓦斯含量也大大降低。在采用該治理方案實施一個循環(huán)以上后，回采工作面的瓦斯治理采用加強通風管理應該能夠解決。第五章瓦斯抽放參數及抽放效果考察試驗因礦井煤層的賦存情況，礦井瓦斯治理總體方案首選方案一，因此本試驗試驗地點初步定在西一采區(qū)1203東翼工作面。在該工作面回風巷和運輸巷進好的回風巷內每隔120～150m布置一個鉆場，鉆場大小為3m×3m×2.5m,每個鉆場內按照圖4.1分兩層施工一定數量的鉆孔。作為試驗考察，先選取其中的3個鉆場，1#試驗鉆場內共施工8個鉆孔，分兩層，每層4個鉆孔，鉆孔終孔點均勻分布控制煤層厚度。2#鉆場內共施工6個鉆孔，分兩層，每層3個鉆孔，鉆孔終孔點均勻分布控制煤層厚度，3#鉆場內共施工10個鉆孔，分兩層，每層5個采區(qū)1203東翼工作面垂距為2m,下層鉆孔終孔點距上分層鉆孔終孔點垂距為8~10m。每個鉆場的上層鉆孔按長度大小，最長者標為上1#,次之者標為上2#,并依次類推；每個鉆場的下層鉆孔亦按長度大小，最長者標為下1#,次之者標為下2#,并依次類推。(1)每個鉆場內的鉆孔先施工上層鉆孔組鉆孔，再施工下層鉆孔組鉆孔；(2)鉆孔的開孔位置、鉆孔施工參數必須嚴格按設計要求進行；(3)施工中每班應對鉆孔進尺、煤巖孔長度以及施工地點瓦斯?jié)舛冗M行詳(4)在鉆孔施工中設瓦檢員對施工中瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測，對于鉆孔施工處(5)鉆機操作臺不得正對孔口，操作人員在距孔口3m外的操作臺上操作。(6)鉆孔施工完成后，應即時進行封孔和接抽(每個鉆場的上層鉆孔匯成一組接到抽放管路上，下層鉆孔匯成一組接到抽放管路上),以防止大量鉆孔瓦(7)施工地點必須保證一定的供風量，且不能間斷；(8)同一條巷內不得安排兩臺鉆機同時施工兩煤孔段，并實行“風、電、抽放鉆孔封孔方式主要有水泥注漿泵封孔、聚胺脂封孔、人工水泥沙漿封孔等。封孔段長度不少于6m,作為試驗考察，要求用水泥注漿泵封孔，其中1#鉆場內的鉆孔封孔段長度為7m,2#鉆場內的鉆孔封孔長度為8m,3#鉆場內的鉆孔封孔長度為9m。(1)水泥注漿泵封孔采用水泥注漿泵封孔，封孔長度容易達到設計要求，封孔效率高，鉆孔封方便，易于維護。其額定壓力1.2MPa,流量為0.5m3/min。KFB型礦用封孔泵其主要由(圖5.1所示)電動機(1)、安全離合器(2)、變速系統(tǒng)(3)、攪拌機(4)、離合器(5)、離合器操作手柄(6)、送漿泵(7)及機座(8)組成。封孔管采用抗靜電的工程塑料管或鐵管。抽放面鉆孔封孔長度為5m,抽放面掘進的抽放鉆孔封孔長度為5m(同時將上次抽放鉆孔的殘孔封孔8m),封孔材料采用425#硅酸鹽水泥，配比為1:0.4;孔內抽放管長度6m,為1.5時雙抗塑料管或鐵管，封孔長度為5m,抽放管在孔內端鉆10～20個直徑10mm的小孔，并用雙層鐵篩網扎好。封孔工藝過程一般在打鉆將要結束時就可準備水泥砂漿。水泥砂漿一般應加入適量的膨脹劑，以避免凝固后收縮出現裂縫。當鉆孔傾角較小時可適當增大漿液的濃度。注漿泵與所封鉆孔的連接如附圖5.2所示，井下封孔操作方法為：b)檢查抽放鉆孔所需的抽放管是否齊全，長度是否達到要求(Φ25mm,長c)根據井下順層抽放鉆孔的封孔深度，計算所需要的水泥量，相關資料表明，封5m的孔一般是用一包水泥，水泥：水=1:0.4(重量比);d)直接將井下裝水泥的袋子纏繞在抽放管上，送入鉆孔內封住孔口，其做——將抽放管的一端與注漿管擺放在一起，其重疊處約30cm左右；——準備編織袋(將水泥倒入封孔泵的攪拌器內后，就可空出);(2)聚胺脂封孔聚胺脂封孔就是由異氰酸酯和聚醚并添加幾種助劑反應而生成硬質泡沫體聚胺脂封孔采用卷纏藥液與壓注藥液2種工藝方法?，F主要應用的是卷纏藥液法，封孔深度一般為3～6m(見圖5.3)。聚胺脂封孔操作簡單，省時省力，氣密性好，抽放效果好，但封孔成本略5.3鉆孔施工安全管理[1]鉆場內所有電氣設備的防爆質量必須符合《煤礦安全規(guī)程》有關規(guī)定。電纜一律吊掛整齊，不得相互纏繞，開關上架。必須加強自身鉆機等設備的檢查、維護，杜絕失爆、確保設備完好。[2]接班先檢查鉆機壓梁、防護裝置、頂板狀況、通風設施等安全狀況是否齊全可靠。[3]鉆孔施工前要將鉆機擺放平穩(wěn)，打好全部壓車柱，且根根打牢打上勁，打壓車柱時，必須帶上木楔或絲杠；并將壓車柱用鐵絲拴掛好，以防震動脫落砸傷人員，否則嚴禁施工。鉆孔的施工方向、角度要按設計要求施工，原始記錄要準確無誤。施工的鉆機必須保持完好，嚴禁帶病作業(yè)，嚴禁使用報廢鉆桿。[4]施工鉆機的皮帶罩、馬達罩必須完好，螺絲緊固，否則嚴禁施工。所有機電設備嚴禁帶電挪移。[5]施工過程中，操作人員要嚴格按照鉆機操作規(guī)程和鉆孔施工參數精心操作施工，記錄準確、詳實。嚴格控制鉆進速度，根據不同巖性給定合適壓力轉速。防止卡鉆，打出的煤粉要及時清理走，經常灑水滅塵，嚴禁煤塵飛揚作業(yè)。[6]施工前，帶班負責人應先檢查施工地點安全情況并清除施工地點20米范圍內的雜物，并認真執(zhí)行敲幫問頂制度，在確認無安全隱患的情況下，方可開[7]施工前，調度所負責在打鉆地點安裝一部電話，并確保通訊暢通。[8]要確保鉆孔前后的水溝暢通，確保巷道無積水。[9]施工現場至少配置兩只滅火器。[10]施工迎頭必須設置防護板，大板厚度不小于30mm。[11]通風區(qū)安設測氣員認真檢查迎頭及回風流瓦斯情況，確保迎頭風量充足，發(fā)現問題及時處理。鉆機施工期間，鉆機當班人員必須攜帶便攜儀，掛在施工地點上方并打開正常使用。[12]施工在點點風流中瓦斯?jié)舛冗_到0.8%時，必須停止鉆孔施工；當風流中瓦斯?jié)舛冗_到1.5%時，必須將人員撤至安全地帶、切斷電源，進行處理。電動機或其開關附近20m以內風流中瓦斯?jié)舛冗_到1.5%時，必須停止運轉，切斷電源，將人員撤至安全地帶，并把控制鉆機的開關打在停止位置，同時向礦調度匯報，待處理恢復正常后，方可繼續(xù)施工。所有施工的電器設備只有在瓦斯?jié)舛冉档?.8%以下時，方可人工復電開動機器。[13]鉆孔施工過程中，鉆桿兩旁0.5m范圍內及鉆桿前后嚴禁站人，嚴禁人員碰觸鉆機運轉部件，所有施工人員要將工作服穿戴整齊，扎好褲角、袖口；鉆桿難以拆卸時，只能用銅錘敲擊，嚴禁使用鐵器敲砸鉆具；嚴禁任何人從運行的鉆桿上、下方經過。[14]鉆機上卸頂絲和啟動操作必須是專人。[15]鉆機施工必須安設遠距離操作按鈕，放置在鉆機平臺上或就近擺放，確保一人操作、停送電；加尺、卸鉆桿鉆具等必須在斷電狀態(tài)下進行，口令清楚，相互配合好，否則嚴禁動作。[16]鉆機各機械轉動部分要安設防護罩。[17]鉆機啟動時，操作人員注意力要集中，要求手不離按鈕，眼不離鉆機，動作要準確、及時、迅速。[18]鉆機啟動運轉、鉆進中和起、下鉆期間，嚴禁任何人員在鉆桿末端逗留或工作，以免噴孔或鉆桿下滑傷人。[19]鉆孔施工期間，發(fā)現孔口瓦斯增大，夾鉆、頂鉆等現象時，應及時采取措施處理。在鉆孔過程中發(fā)現問題，要及時向調度所匯報，并采取相應措施處理，確認安全后方可繼續(xù)施工。[20]鉆孔施工巷道保持合理風量，巷道內設置同時作業(yè)最多工作人員用的壓風自救器，以防鉆孔大量噴瓦斯。[21]鉆工應嚴格按鉆機和鉆工的《操作規(guī)程》及《作業(yè)規(guī)程》施工，嚴禁違章作業(yè)，嚴格現場交接班制度。鉆孔工作開始前必須編制周密的組織管理措施，成立專門的打鉆管理和施工隊伍，具體措施在打鉆前進行詳細編制。5.4.1考察內容(1)單孔瓦斯抽放流量；(2)鉆場上層鉆孔組及下層鉆孔組預抽瓦斯流量；(3)鉆場預抽瓦斯流量；(4)鉆場抽放卸壓瓦斯流量；(5)單孔抽放卸壓瓦斯流量；(6)鉆場上分層鉆孔組及下分層鉆孔組抽放卸壓瓦斯流量。5.4.2單孔瓦斯抽放流量考察選擇1#鉆場上1#鉆孔和上3#鉆孔、2#鉆場的下3#鉆孔和上2#鉆孔、3#鉆場的上2#鉆孔和下1#鉆孔作為單孔瓦斯抽放效果考察鉆孔?，F場測定裝置及操作如下：(1)單孔抽放量測定裝置及儀表在每個要求測定單孔流量的鉆孔口安裝一個固定的單孔流量測定裝置，見圖每次測定前抽放瓦斯流量時，攜帶J2.5型煤氣表(最大允許的瓦斯流量為66L/min,最小流量一般在1L/min以下)、負壓表、瓦斯?jié)舛缺頇z測儀器、記時工具(可用手表)等，即可對其抽放瓦斯流量進行測定。測定裝置。在封孔套管的尾部加工管螺紋，外接一個管徑為1/2”的三通。三通的外側通過一個直接頭連接一閘閥，再通過一個直接頭連接另一個相同的三通。最外端連接倒刺管和膠管，并與抽放管相通。為能測定濃度和負壓，還要在最后端的倒刺管上焊接一段小鐵管(稱觀測管),平時用木塞或膠管堵住，也可插上一段膠管堵塞。兩個三通的側邊管都裝上一個1/2”的倒刺(分別稱為前、后流量管),管口用一個打開方便的木塞或膠塞堵住。前流量管(1/2”)后流量管(1/2)前流量管(1/2”)后流量管(1/2)三通內接頭閘閥內接頭三通(2)測定步驟每次測定一個鉆孔的流量時，必須在同一時間內測定其濃度、負壓和混合流量，三個參數測定的間隔時間應盡可能地短，以確保測定的三個參數是同一抽放狀態(tài)下的數值。此外，在測定過程中應盡可能減少由檢測口向管內的漏氣量，以便減少測定時與正常抽放狀態(tài)的差別，降低測定的誤差，同時，減少測定流量時需要的時間。一個鉆孔的測定的具體操作步驟為：a.拔掉觀測管的塞子，迅速上瓦檢儀，15～20s后抽取氣樣，測定孔內瓦斯?jié)舛?。若負壓較高，瓦檢儀的皮球不能脹起時，還應在瓦檢儀與觀測管之間串一個抽氣筒(如一氧化碳抽氣筒等)。濃度數據對流量測定結果的影響最大，因此，濃度測定一定要盡可能準確。由于抽放時孔內處于負壓狀態(tài)，則拔掉觀測管塞子時漏進的空氣將首先被吸入鉆孔內。因此，在剛接上瓦檢儀后流經檢測管的氣體濃度不能代表正常的數值，而應等待15～20s,漏進的空氣被抽入主管道后再吸氣檢查瓦斯?jié)舛?。b.測完濃度后，拔掉瓦檢儀，迅速插上負壓表。待負壓讀數完畢后，拔掉負壓表，重新堵住觀測管。c.將煤氣表的進、出氣口都事先連上適當長度和直徑的膠管彎死(使其不通氣),將鉆孔上的前流量管塞子取下，迅速把煤氣表的進氣端膠管插上(此時切莫讓膠管漏氣)。然后取下后流量管的塞子，迅速將煤氣表的出氣端膠管插上。讓煤氣表的膠管恢復通氣，關掉閘閥，使鉆孔內的氣體完全由煤氣表通過。此后，至少間隔2min后可開始讀數測定流量。讀數時，先在某一時刻記下開始的時間和煤氣表的數值，經過2min或5min后，再次讀出煤氣表的數值。前后兩次數值相減并除以測定的時間(2min或5min)即得該鉆孔的混合流量。如果負壓較高，還應根據負壓算出氣體的絕對壓力，利用理想氣體狀態(tài)方程折算出標準狀態(tài)的瓦斯流量。d.打開閘閥，將煤氣表任一端的膠管彎折，先后從鉆孔測定裝置上拔掉兩端的膠管。注意，每拔掉一段膠管都要立即堵上塞子，以免大量漏氣，影響濃度。5.4.3鉆場上層鉆孔組及下層鉆孔組預抽瓦斯流量在2#鉆場上層所有鉆孔施工、封孔完畢后，按要求把上層鉆孔匯成一組，立即測定上層鉆孔組預抽流量隨時間的變化關系，并收集整理2#鉆場上層鉆孔施工參數(孔徑、傾角、方位、巖孔段長度、煤孔段長度等)、施工情況(有無動力現象、施工時間等)。測定要求：①首先測定上層鉆孔組的初始抽放流量，在2#鉆場所有上層鉆孔施工、封孔完畢后，立即按圖5.5的連接方式，將抽放鉆場、閘閥、旁通管連接于抽放管路，連接好以后馬上將煤氣表并聯(lián)于兩旁通管之間，關閉主通管路之間閘閥并讀數，用秒表或手表計時，待5min后再對煤氣表讀數，數據記錄至表5.1。測完以后取下煤氣表，將旁通瓦斯路徑短接或堵死旁通管。②預抽前10天，每2天對上層鉆孔組抽放流量測定一次；10天以后，每3～4天對抽放流量測定一次，直到連續(xù)3次測得的抽放流量基本穩(wěn)定以后可以7天測定一次，考察時間初步定為3個月，并根據測定的數據分析確定是否繼續(xù)再測定。圖5.52#鉆場上分層預抽流量測定連接圖同2#鉆場上層鉆孔組預抽瓦斯流量，考察1#鉆場下層鉆孔組預抽瓦斯流量。5.4.4鉆場預抽瓦斯流量考察在鉆場所有鉆孔施工、封孔完畢后，立即測定鉆場預抽流量與隨時間的變化關系，并收集整理鉆場鉆孔施工參數(孔徑、傾角、方位、巖孔段長度、煤孔段長度等)、施工情況(有無動力現象、施工時間等)。測定要求：①首先測定鉆場初始抽放流量，在鉆場所有鉆孔施工、封孔完畢后，立即按圖5.6的連接方式，將抽放鉆場、放水器、閘閥、旁通管連接于抽放管路，連接好以后馬上將煤氣表并聯(lián)于兩旁通管之間，關閉主通管路之間閘閥并讀數，用秒表或手表計時，待5min后再對煤氣表讀數，數據記錄至表5.2。測完以后取下煤氣表，將旁通瓦斯路徑短接或堵死旁通管。②預抽前10天，每2天對鉆場抽放流量測定一次；10天以后，每3～4天對抽放流量測定一次，直到連續(xù)3次測得的抽放流量基本穩(wěn)定以后可以7天測定一次，考察時間初步定為3個月，并根據測定的數據分析確定是否繼續(xù)再測定。瓦斯?jié)舛饶昴陥D5.6鉆場預抽流量測定連接圖從試驗工作面西一采區(qū)1203東翼工作面回采開始，每天測定下部準備工作采范圍100m外開始，直到工作面采過鉆場后，鉆場瓦斯流量衰減至穩(wěn)定為止。5.4.6單孔抽放卸壓瓦斯流量考察成鉆孔垮塌、堵孔等減小抽放流量的不利情況，還是會增大煤(巖)層透氣性系得出下部準備工作面抽放鉆孔受開采應力影響的穩(wěn)定性。在西一采區(qū)1203東翼工作面推進過程中，選擇1#鉆場上1#鉆孔和上3#鉆孔、2#鉆場的下3#鉆孔和上2#鉆孔作為單孔卸壓瓦斯抽放效果考察鉆孔。單孔抽放卸壓瓦斯流量考察從距西一采區(qū)1203東翼工作面回采范圍100m外開始，直到工作面推過鉆孔后，鉆孔瓦斯流量衰減至穩(wěn)定為止。5.4.7鉆場上層鉆孔組和下層鉆孔組抽放卸壓瓦斯流量考察在上部西一采區(qū)1203東翼工作面回采后，其下部準備工作面的每個鉆場的上層鉆孔組和下層鉆孔組受到煤層變形的影響，但在工作面推過后，對鉆場的上層鉆孔組和下部鉆孔組影響程度需要考察；工作面推過后，上層鉆孔組的抽放卸壓瓦斯效果和下層鉆孔組抽放卸壓瓦斯的效果也需要通過一定的考察才可確定。選擇1#鉆場的下層鉆孔組和2#鉆場的上層鉆孔組進行抽放卸壓瓦斯的考察。鉆場上層鉆孔組和下層鉆孔組抽放卸壓瓦斯流量考察從距西一采區(qū)1203東翼工作面回采范圍100m外開始，直到工作面推過鉆孔組后，鉆孔組瓦斯流量衰減至穩(wěn)定為止。5.4.8抽放管理的附屬設施在抽放管路系統(tǒng)最低點安設自動放水器，及時放空抽放管路中的水，提高系統(tǒng)抽放效率。在排氣端低凹處還應設下壓放水器。推薦選用煤炭科學研究總院重慶研究院設計生產的CF型全自動負壓放水器，該放水器可滿足不同的使用要求和各類安裝條件，適用范圍廣、放水可靠。CF系列抽放管路負壓全自動放水器，主要用于各類負壓氣體管路的自動放水，可滿足不同的使用要求和各類安裝條件，它不僅適用范圍廣、放水可靠，而且安裝方便、使用靈活。二適接頭主要技術指標放水器的主要技術指標為：(3)最小安裝尺寸：485×350×415;放水器應安裝在容易積水的地方，或是管路的最低處。在需安裝放水器的管段一般應串接一個三通，以形成集水口。具體的安裝過程和要求是：如圖5.6,在CF自動放水器中，自動放水器要求抽放管道距地板的高度至少有0.42m,安裝方法見圖5.7。放水器應安設在管道的下方，用一根1英寸鐵管或能承受一定負壓的膠管作進水管，將放水器的進水管與管道的集水口連接好，再用1根能承受一定負壓的6分鋼管或膠管作放水器的負壓平衡管，將瓦斯抽放管與放水器負壓平衡接口相連，即可進行自動放水了。安裝的進水管應自抽放管路到放水器保持逐漸降低的趨勢或水平狀態(tài)，不得有低于放水器進水口的部位(即不能向下彎曲),否則，容易淤積泥砂，甚至不能正常放水。為了檢修的方便，可在進水管串接一個球閥。在放水器正常工作期間，該閥應一直處于開通狀態(tài)，而且要求保持通暢。同時，也可選擇人工放水器。人工放水器及下壓放水器結構如圖5.8、5.9所1鋼管2閘閥DN153榫抽出的瓦斯排放至地面，還必須安裝防爆、防回火裝置及放空管等，并請專門的設計機關做消防、排空、避雷等方面設計。412圖5.9正壓放水器1鋼管2閘閥DN253榫子頭4鋼板在井下與主管道匯合的各抽放支管處各安設一個孔板流量計，計量各支管的瓦斯抽放量。在抽放系統(tǒng)的主管道上安設一個孔板流量計，計量整個抽放系統(tǒng)的瓦斯抽放量。同時在每個鉆場中用煤氣表和三通閥進行單孔計量。瓦斯抽放計量采用孔板流量計，參見圖5.10。孔板流量計由抽放瓦斯管路中加的一個中心開孔的節(jié)流板、孔板兩側的垂直管壁和取壓孔等組成。當氣體流經管路內的流板時，流束將形成局部收縮，在全壓不變的條件下，收縮使流速增加、靜壓下降，在節(jié)流板前后便會產生靜壓差。在同一管路截面條件下，氣體的流量越大，產生的壓差也越大，因而可以通過測量壓差來確定氣體流量。混合氣體流量由下式計算：式中ko—孔板流量計系數，有實驗室確定；b—瓦斯?jié)舛刃Ｕ禂?，由有關手冊查取；△h—孔板兩側的靜壓差，mmH?O,有現場實際測定獲取。抽放的純瓦斯流量，采用下式計算：1--孔板2--測量嘴3--抽放管式中C一抽放瓦斯管路中的實際瓦斯?jié)舛龋?。抽放的純瓦斯流量，可按下式換算為標準狀態(tài)下的瓦斯流量：式中P?一當地的絕對大氣壓，kPa;Pb—標準狀態(tài)下的大氣壓，101.325kPa;Tb—標準狀態(tài)下的絕對溫度，293K?？装辶髁坑嬙诎惭b時要注意孔板與瓦斯管的同心度，不能裝偏。在鉆場內安裝流量計時，應保證孔板前后各1m段應平直，不要有閥門和變徑管。在抽放巷瓦斯管末端安裝流量計應保證孔板前后各5m段應平直，不要有閥門和變徑管。測定孔板兩端的壓差可采用傾斜水柱計，測定抽放管路中的抽放負壓可采用水銀計，抽放管路中的瓦斯?jié)舛瓤刹捎秘搲何鼩馔埠透邼舛韧咚箼z定器。孔板流量計兩側的測壓孔使用橡膠管分別與U型壓差計(使用方自備，長800mm)連接，見圖5.11。水銀壓差計測量抽放負壓，水柱壓差計測量孔板兩側的壓差，高沼監(jiān)測抽放管路內瓦斯?jié)舛龋ㄟ^附錄流量計算公式計算瓦斯抽放量。1膠管2孔板流量計3水柱壓差計4水銀壓差計5三通6測壓孔5.4.9鉆場管理現場管理工作是抽放鉆場管理的中心工作，它包括鉆場設計和施工管理、巡回檢查、文明化生產等.(1)鉆場設計抽放瓦斯鉆場必須保持通風良好，瓦斯不能積聚和超限，并且要便于施工和①鉆場設計必須滿足擴散通風要求和鉆孔布置、鉆機操作的需要。②布置鉆場位置的巖層應完整、不破碎，斷面符合施工要求，支護可靠，無空幫，空頂，布孔巖壁要平直，以利鉆孔施工、封孔和安設瓦斯管。(2)施工管理施工管理是指瓦斯抽放鉆場掘出后，在鉆孔施工中除人員合理安排及鉆機、鉆具配套使用等管理工作外的全過程管理。①現場必須有瓦斯鉆孔設計圖板和說明書，并標明鉆孔數目，位置，間距、方位、角度(仰、俯)、孔徑、孔探、封孔長度、封孔材料、注意事項及特殊要求等，并要求施工操作人員在施工中嚴格遵守。②必須有安全技術措施。針對具體地點提出具體措施，提出操作人員應該注意的安全問題，發(fā)生意外時的處理方法，發(fā)生災害時的避災路線等。③在鉆孔施工中，每班必須有鉆孔施工記錄，記錄內容包括：施工時間(年、月、日、班次)、孔徑、進尺、巖性變化及施工中出現的各種問題，以便有關人員和接班人員及時掌握現場情況。④抽放瓦斯鉆孔施工過程中必須實行先封孔、后鉆進，邊鉆進、邊抽瓦斯的施工工藝，避免孔內瓦斯大量涌入鉆場，造成瓦斯積聚和超限。⑤在鉆場施工完畢后，要由質量管理部門進行檢查驗收，必須經過檢查驗收合格，鉆孔方可正常投入使用。⑥鉆孔驗收合格后，必須進行嚴密封堵，不得泄漏。鉆場全部鉆孔驗收后，要撒出鉆機，將鉆場及周圍的淤泥、積水清理干凈，安設好場抽放集中管、放水裝置，并使之與抽放系統(tǒng)聯(lián)網。⑦所有抽放鉆場(密閉)都必須設置柵欄，使其與巷槽分隔，同時設置免進牌，除了檢查人員外，其他人員一律不得進入鉆場。(3)巡回檢查在鉆場投入使用后，由于受采動影響會使鉆場的狀態(tài)、瓦斯流量、瓦斯?jié)舛?，壓力等發(fā)生變化，而影響抽放效果。因此，巡回檢查是鉆場管理的重要內容。在巡回檢查時，應指定專人攜帶測試儀器，在所負責的區(qū)域內進行檢查。同時鉆場必須設置測量牌板、檢查牌板；原始記錄板、壓差計等。測試檢查人員進行檢查時，要逐個對鉆場、鉆孔進行檢查，并將檢查結果認真按項填入檢查牌板和記入測試拉查記錄中。①測量牌扳填寫抽放瓦斯?jié)舛?，抽放負壓、測定時間、抽放量(混合量、純量),瓦斯管內外溫度、檢查人員姓名。要求每旬檢查填寫一次。②原始記錄板填寫鉆孔施工時間、孔數、角度(仰角)、鉆孔長度(煤層、巖層、合計)、孔徑(開孔、終孔、平均)、封孔長度、封孔材料等。原始記錄板在鉆孔施工完畢后填寫。③檢查牌板填寫鉆場內外瓦斯檢查情況、檢查時間、鉆場內外溫度等.要求每日巡回檢查一次。④每個鉆場都要在鉆場支管上留有觀測孔，以便于進行檢查測試，平時觀測孔應封堵嚴密不漏氣。(二)安全管理安全管理是瓦斯抽放管理的重要環(huán)節(jié)，目的是及時發(fā)現瓦斯抽放過程中出現的安全隱患，并及時進行調整和處理，防止發(fā)生各種事故。(1)抽放管線檢查瓦斯管安沒要求盡可能直，并靠幫、靠頂.有合理的流水坡度，吊絲，墊墩齊全牢固，在適宜的地點設置放水裝置，插管、孔壁不漏，經常有專人檢查維護。①檢查吊絲、墊墩是否齊全、牢固，發(fā)現缺吊絲、少墊墩或不牢固時，應及時補齊或緊固，防止管線塌落。②檢查管路是否跑、漏氣和水堵(積水),一經發(fā)現跑、漏氣和水堵要立即③檢查安設瓦斯管線的巷道是否安全，發(fā)現問題不能正常進行檢查時，必須即時報告有關部門處理。(2)鉆場檢查鉆場檢查是定期按時測定鉆場抽放負壓、瓦斯流量、溫度、氣體成分，隨時掌握帖插(密閉)的抽放狀態(tài)，及時處理發(fā)現的問題。①鉆場(密封)抽放瓦斯?jié)舛鹊陀?0%時，應采取措施進行處理，只有瓦斯?jié)舛冗_到20%以上方可抽放。②鉆場(密閉)抽放必須設置調控閥門，以便及時調整抽放負壓和抽放流量。③對密閉(采空區(qū))抽放負壓要及時而適宜地進行調控。因為受采動影響，爆炸.因此，必須對采空區(qū)的抽放負壓、氣體溫度、氣體成份、一氧化碳濃度嚴格控制。在檢查測定中一經發(fā)現溫度超過50℃、一氧化碳濃度超過0.005%,應第六章井下移動抽放泵初步選型瓦斯抽采規(guī)模應根據礦井可抽瓦斯量、礦井服務年限、礦井瓦斯涌出現狀、抽采瓦斯目的及抽采瓦斯不均衡系數等因素綜合考慮。根據煤炭科學研究總院沈陽研究院2009年提供《阿刀亥煤礦礦井瓦斯基礎參數測試研究報告》表明，阿刀亥煤礦在1155水平，Cu?煤層原始瓦斯壓力0.7MPa,原始瓦斯含量6.35m3/t,煤層透氣性系數0.18-0.89m2/MPa2.d,百米鉆孔瓦斯流量衰減系數0.0057-0.0847d-1,該煤層總體屬于可以抽放類型。本次井下移動抽放泵的選型主要是解決礦井瓦斯問題，2009年阿刀亥煤礦瓦斯等級鑒定結果顯示，目前全礦井瓦斯絕對涌出量為18m3/min,隨著礦井采掘的延伸及礦井產量的增大，再參照目前礦井瓦斯等級鑒定結果，將抽放規(guī)模確定在21m3/min純瓦斯。下部準備工作面回風巷走向超前鉆孔抽放。具體見圖4.1所示。(一)瓦斯泵流量計算瓦斯泵流量按下式計算：式中Q泵——瓦斯抽采泵的額定流量，m3/min;Q——最大抽采瓦斯純量，m3/min;C——瓦斯泵入口處的瓦斯?jié)舛?0%;η——瓦斯泵的機械效率，取80%;K——瓦斯抽采綜合系數，取K=1.2。本次設計移動式瓦斯抽采泵站，抽采瓦斯純量為21m3/min,則代入上式計Q泵=79m3/min(二)瓦斯泵壓力計算瓦斯泵壓力，必須能克服抽采管網系統(tǒng)總阻力損失和保證鉆孔有足夠的負壓，以及能滿足泵出口正壓之需求。瓦斯泵壓力按下式計算：H孔——抽采所需負壓，取H孔=15000Pa;H正——瓦斯泵出口正壓，取H正=5000Pa;K——抽采備用系數，取K=1.2。根據當地氣象資料，井下移動式瓦斯抽放泵站的壓力為93000Pa,經過計算，實際泵入口壓力設計不少于65KPa。根據上述計算結果，查有關廠家的真空泵曲線，即可確定抽采泵的型號。因目前我國的真空泵曲線都是按工況狀態(tài)下的流量繪制的，所以還需按下式把標準狀態(tài)下的抽采泵流量換算成工況狀態(tài)下的流量。式中Q泵工——工況狀態(tài)下的瓦斯泵流量，m3Q泵——標準狀態(tài)下的瓦斯流量，m3/min;Po——標準大氣壓力(Po=101325),Pa;T——瓦斯泵入口瓦斯的絕對溫度(T=273+t),K;To——按瓦斯抽采行業(yè)標準規(guī)定的標準狀態(tài)絕對溫度(To=273+20),K;t——瓦斯泵入口瓦斯的溫度，℃。取瓦斯泵入口溫度t=20℃,則：綜上，井下抽放泵選型時，真空泵的性能曲線在65KPa壓力狀態(tài)下的工況流量不小于122.5m3/min。第七章抽采參數現場考察抽采參數及效果考察的主要目的是為了找出適合阿刀亥煤礦煤層賦存條件、開采工藝等實際情況的最佳抽采鉆孔布孔參數(鉆孔傾角、終孔間距、終孔層位位置范圍等)、鉆孔封孔工藝(封孔材料、封孔深度等)等，因此，合理的(1)抽采鉆孔應分組布置在煤層的不同層位，以滿足分析不同層位抽采鉆孔(2)抽采鉆孔應布置在下分層工作面，且上分層工作面正在回采過程中，以(3)鉆孔封孔應有針對性的分組，分別采用不同封孔材料、封孔深度，以便通過以上合理考察地點的基本要求，根據阿刀亥煤礦目前的抽采布孔及計的考察地點，本次現場考察地點選取西部采區(qū)1171工作面南巷斜交抽采鉆孔進根據1187回采工作面與1171工作面南巷斜交鉆孔的相互位置關系，每天觀測采面線下方前60m、后30m,共90m范圍內每個斜交鉆孔單孔抽采瓦斯?jié)舛取囟?、負壓和流量的數據。測定鉆孔隨1187工作面回采位置而動態(tài)變化，并保證每天測定1187工作面采面線投影下方1171南巷90m范圍內的抽采鉆孔的各項抽采參數，單孔測定范圍示意圖見圖7-1所示：每次測定前首先確定1187工作面回采位置，然后根據圖7-1所示確定測定(2)第二天測定起始位置則由前一天測定到第二天測定時期間的工作面退尺距離L確定：前一天測定起點向前(橫川方向)移動L即為第二天測定起點，此后90m范圍內(即20組高低位鉆孔，共40個鉆孔)為第二天測定范圍?？沙椴晒苈窚y定儀器采用鄭州市光力科技發(fā)展有限公司生產的CJZ70型瓦斯抽放綜合位鉆孔類別、濃度、負壓、流量、距工作面的相對位置等，填寫表格格式如表1187工作面通風瓦斯情況前一天進尺(m)累計進尺(m)回風風量回風瓦斯?jié)舛?%)上隅角瓦斯?jié)舛?%)1171南巷單孔考察流量數據編號鉆孔類別(高/低)與1187采面線平距(m)備注終孔濃度溫度負壓7.1.3資料收集與數據分析在考察期間要收集1187工作面每天的進尺、累計進尺及剩余采長等工作面繪制工作面瓦斯涌出量、回風瓦斯?jié)舛扰c回采工根據鉆孔設計參數和抽采參數測定數據，選取3~5個有代表性的高低位鉆根據全部的考察數據，從中選取終孔位置距工作面距離分別為30m、25m、1171工作面南巷(回風巷)已經掘進至設計切眼位置，目前已停掘。北巷工作面目前正在掘進，預計2011年6月份貫通。1171工作面上部為1187采煤工作面，采面設計長度473m,目前已回采至6#抽采鉆孔，回采大約210m,剩余260m左右，正常情況下日平均進尺2.5m左右，預計2011年7月回采完畢。7.2.1鉆孔布置情況1171工作面抽采鉆孔設計橫川內施工長鉆孔，沿兩巷幫施工與巷幫斜交的高低位鉆孔，距且眼40m位置在南、北巷對稱施工初放鉆場，在鉆場內施工初放抽放鉆孔。目前，在1171橫川內施工了個長鉆孔，鉆孔參數見表7-2所示：鉆場編號鉆孔編號實際傾角(°)施工深度(m)水平孔深(m)備注1號鉆場8塌孔、報廢82號鉆場2011年2月15日~3月2日，在距1171工作面切眼150m位置向橫川方向220m段內共布置50組高低位鉆孔，鉆孔與巷道夾角45°,其中高位鉆孔終孔距上分層工作面底板2.5m,低位9m。220m段的斜交高低位鉆孔因1171工作面內施工10個鉆孔，分兩層布置，高低位鉆孔各5個，高位鉆孔距采面底板14m,低位鉆孔距采面底板10m,鉆孔在回采方向的投影長度50m,即鉆孔控制且眼外10m,高低位鉆孔終孔間距均為7m。3月2日1171工作面南巷鉆孔施工與1187工作面相互位置示意圖見圖7-2所示：yfi58.407水泵房1Fl0o付水)石門付水)石門YF28/6100圖7-2西部采區(qū)采掘工作面鉆孔布置示意圖7.2.2瓦斯抽采計量西部采區(qū)各采掘工作面未進行單獨計量，即1187采煤工作面巷幫鉆場、橫川長鉆孔和1171巷幫斜交鉆孔、橫川長鉆孔在西部采區(qū)1000暗付井聯(lián)絡巷西80m處的抽放泵站匯流一套管路抽出，通過立眼排出地面。抽采泵站處抽采計量采用V錐流量計，通過KJ90監(jiān)控分站將抽采參數傳輸至地面中心站。阿刀亥煤礦抽采管路未安裝孔板流量計，但各抽采管路有流量測定孔，可滿足渦街流量計進行管道流量測定。抽采隊有兩臺鄭州市光力科技發(fā)展有限公司生產的CJZ70型瓦斯抽放綜合參數測定儀，儀器可讀抽采參數有：溫度、瓦斯?jié)舛取⒊椴韶搲?、標況流量。7.3現場抽采考察由于1171南巷抽采鉆孔未提前預留高低位鉆孔單孔計量條件，若滿足現場單孔計量要求，需加工單孔計量附屬裝置且重新連接抽采支管。通過西北院和阿刀亥煤礦相關人員的共同努力，于2011年4月27日達到抽采單孔計量現場測定條件。根據單孔計量附屬裝置加工數量、1187工作面回采進度及井下抽采管路連接的實際情況，選擇5、7號分支器共24個高低位抽采鉆孔作為考察鉆孔，每天考察高低位鉆孔的抽采數據。4月27日，1187工作面距最近、最遠一組高低位鉆孔終孔點距離分別為27.48m、104m,考察開始時井下考察鉆孔與1187工作面位置關系示意圖如下圖4-3所示：可考察開始時由西北院人員現場指導阿刀亥煤礦有關技術人員進行抽采參數考察，待考察一段時間后由礦方技術人員單獨考察。經過礦方技術人員4月27日~5月26日的連續(xù)考察，除去因管路積水未進行測量單孔外(管路積水孔10個，橫川1號鉆場1-1號鉆孔積水未考察，1-2號孔有部分時間段積水考察不連續(xù)),取得工作面橫川走向預抽長鉆孔考察數據80組數據，1171工作面南巷考察鉆孔抽采參數考察數據共420組數據，定數據不可靠的現象(例如出現抽采濃度或抽采流量為0),因此需選取測定鉆80組預抽長鉆孔考察數據進行分析、篩選，現選取走向預抽長鉆孔2#鉆場2-1和2-2號鉆孔數據來分析，鉆孔抽采數考察數據見表7-3、表7-4所示。經過對420組1171工作面南巷考察鉆孔數據進行分析、篩選，選取1171工作面南巷7號分支器1~4高低鉆孔抽采考察數據進行分析，鉆孔抽采參數考察數據見表7-5所示。圖7-3篩選后2-1走向預抽長鉆孔抽采參數考察數據表終孔距工作面距離(m)濃度日期終孔距工作面距離(m)濃度4月27日5月12日4月28日5月13日4月29日5月14日4月30日5月15日5月1日5月16日5月2日5月17日5月3日5月18日5月4日5月19日5月5日5月20日5月6日5月21日5月7日5月22日5月8日5月23日5月9日5月24日5月10日5月25日5月11日5月26日1、以上數據由礦方提供；2、與工作面位置關系“+”表示工作面未采至鉆孔終孔距終孔距工作面距離(m)濃度日期終孔距工作面距離(m)濃度4月27日5月12日4月28日5月13日4月29日5月14日4月30日5月15日5月1日5月16日5月2日5月17日5月3日5月18日5月4日5月19日5月5日5月20日5月6日5月21日5月7日5月22日5月8日5月23日5月9日5月24日5月10日5月25日5月11日5月26日根據鉆孔實際施工參數可知，4月27日考察時2-1和2-2走向預抽長鉆孔終孔位置已位于1187工作面采空區(qū)下方，鉆孔深部均已受采動影響。由于長鉆孔由表7-3、表7-4可知，2-1號鉆孔抽放最大濃度71%,平均濃度66%,抽采最大純流量1.07m3/min,平均0.82m3/min;2-2號鉆孔抽放最大濃度9.8%,平均濃度6.2%,抽采最大純流量0.07m3/min,平均0.05m3/min。兩鉆孔抽放濃度及抽放流量均變化不大，2-1號預抽長鉆孔抽采效果明顯好于2-2號預抽長鉆孔。若橫川內4個鉆孔均能達到2-1號孔抽采效果，則預抽流量將達到4m3/min走向預抽長鉆孔設置非常必要，但需改進鉆具以便更好的控制鉆孔施工軌跡，并采取提高鉆孔抽采效果的措施，提高百米鉆孔抽采量，以便有更高的鉆孔利用率。鉆孔編號流量(m3/min)濃度(%)鉆孔編號流量(m3/min)濃度(%)流量(m3/min)鉆孔編號終孔距工作面距離(m)終孔距工作面距離(m)濃度(%)日期4月27日4月28日4月29日4月30日5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日5月7日5月8日5月9日5月10日5月11日5月12日5月13日5月14日5月15日5月16日5月17日5月18日5月19日5月20日5月21日5月22日5月23日5月24日5月25日5月26日高位終孔距工作面距離(m)濃度(%)日期4月27日4月28日4月29日4月30日5月1日5月2日5月3日5月4日5月5日5月6日5月7日5月8日5月9日5月10日5月11日5月12日5月13日5月14日5月15日5月16日5月17日5月18日5月19日5月20日5月21日5月22日5月23日5月24日5月25日5月26日高位高位6高位1備注備注根據表7-5的考察數據，則7號分支器1~4號抽采鉆孔抽采濃度和流量與工作面相互位置關系曲線見圖7-4、圖7-5、圖7-6、圖7-7所示：0根據表7-3的考察數據，結合圖7-4、圖7-5可以看出：7-1、7-2號鉆孔單孔抽采濃度與工作面回采變化不大，測定濃度值呈振蕩曲線變化。高位鉆孔抽采濃度普遍高于低位鉆孔，高位孔濃度在10~20%之間，低位鉆孔一般位于5~15%之間。由圖7-5抽采流量變化曲線可以看出，高低位抽采鉆孔抽采流量隨工作面的回采變化趨勢較一致，均在距工作面15m左右位置，抽采流量開始變小，當工作面回采至鉆孔終孔位置時流量開始慢慢變大，在工作面回采超過鉆孔終孔位置20m左右的位置時抽采流量達到最大，而后在超過30~40m段有所變小，隨后0.1~0.35m3/min,低位鉆孔在0.05~0.2m3/min,高位鉆孔抽采效果明顯好于低位鉆孔。抽采純流量抽采純流量0終孔位置與工作面距離(m)根據表7-3的考察數據，結合圖7-6、圖7-7可以看出：7-3、7-4鉆孔抽采濃度隨工作面的回采無明顯的變化規(guī)律，高低位鉆孔濃度變化趨勢一致，僅從抽采濃度上看，高位鉆孔略好于低位鉆孔。由抽采流量變化曲線圖4-7可知，高低位鉆孔抽采流量在工作面回采越過終孔位置20m前無較大變化，且高低位抽采鉆孔抽采量相差不大，均位于0~0.1m3/min,在工作面回采超過終孔位置20m抽采量有明顯變大，在采過30~40m段也有所降低，隨后呈現振蕩狀態(tài)，但均比采動影響前抽采量大。高低位鉆孔的抽采流量隨工作面回采變化趨于一致，但高位鉆孔抽采量略好于低位鉆孔。從以上圖表分析可以看出，抽采鉆孔的抽采量受上分層1187工作面采動影響變化較大，由于開采活動工作面前方一定范圍煤體產生應力集中，工作面臨近鉆孔終孔位置時，鉆孔終孔位置煤體產生收縮變形，煤層透氣性降低，煤層瓦斯流通受阻，抽采量降低。當工作面采過鉆孔終孔位置后，受采動影響，1171工作面頂板上部煤體應力釋放，煤層透氣性增加，煤層瓦斯流動增強，抽采量變大。因此，高位鉆孔攔截了部分因上部1187工作面回采后由于采動影響而涌入1187工作面采場空間的1171工作面煤體的卸壓瓦斯，降低1187工作面的安全回采瓦斯治理的壓力。第八章布孔層位數值模擬分析據分析得出高位鉆孔的抽采效果優(yōu)于低位鉆孔，但這僅僅是兩個層位之間的比最佳層位?是否比現在的高位孔的層位再高些或再低些抽采效果更佳?這些問隨著計算機軟、硬件技術的迅猛發(fā)展，CAD/CAM/CAE技術日趨成熟，計8.2參數來源及建模內摩擦角和抗拉強度等物理力學參數根據礦方提供的資料數據或根據經驗和參根據工程實際，本工程的煤層賦存及回采參數見圖8-1所示。由于煤層走向為500m遠，本數值模型為采用平面應變模型進行分析，以400m×400m的平面正方形為基礎構建，本模型共計8000個單元，如圖8-2、圖8-3所示。力學參數以礦井巖性為基礎根據經驗選取，在1187工作面及其以下煤層施加0.6MPa的瓦斯壓力。根據煤層回采工藝，1187工作面放頂煤的開采采用一次開挖全部煤層的方式進行模擬。下部未采區(qū)域圖8-11187與1171相互位置關系圖1187工作面1187工作1171工作面橫向約束邊界條件橫向約束邊界條件急傾斜煤層邊界根據煤層回采工藝，1187工作面放頂煤的開采采用一次開挖全部煤層的方式進行模擬，頂板采用全部跨落法管理。由于1187工作面以上為采空區(qū)，其對1171工作面底板的影響有限，所以本模擬對采空區(qū)不進行特殊處理。數值運算穩(wěn)定后的最大不平衡力指示如圖8-4所示，表明模型已經求解穩(wěn)定。8.4數值模擬結果由工程實踐和理論分析結果可知：采動卸壓區(qū)的應力一般會降低50%左右采動后1187工作面附近采動應力分布如圖8-5所示，通過各單元應力對比可以發(fā)現在1187工作面底板下約14m深度的范圍內，應力變化達到或超過了50%;而由圖8-6所示的采場應變增量的變化圖中可以開到，在底板下約13m深度范圍內，應變增量變化明顯，并且可以看到1171工作面兩幫3～4m范圍內的越大表征煤巖體卸壓越明顯，因此從側面可以證明1187工作面回采后的采動卸壓范圍為底板下約14m深度范圍內，兩幫3～4m范圍內。另外，1187回采工作面上部為采空區(qū)，其變化與存在對1187回采工作面底圖8-5垂向應力圖8-6應變增量變化8.4最佳布孔層位分析工作面回采后的其下部1171工作面煤體采動卸壓范圍為1187工作面底板中部下約14m深度范圍內，兩幫3～4m范圍內。由相似條件開采時間經驗可知，鉆孔作面的抽采鉆孔最佳終孔層位應布置在工作面兩側距上分層底板2~3m范圍，中部8~11m范圍內。阿刀亥煤礦1171工作面南巷抽采鉆孔布置橫剖面圖示意如圖8-7所示，由圖可知兩幫的高位抽采鉆孔終孔位于1187工作面底板下方2.5m位置，兩高位鉆孔中間交叉點距1187工作面底板9.23m。1187二百52因此，目前阿刀亥煤礦1171工作面巷幫高位抽采鉆孔布孔層位合理，能起層開采厚度達16m,為了有效解決11