第5章礦井瓦斯爆炸及其預(yù)防

第6章礦井瓦斯抽放§6.1煤礦瓦斯抽放可行性分析防止瓦斯超限的兩類方法：〔1〕利用礦井主要通風(fēng)機(jī)，將瓦斯沖淡到平安濃度并將烷空混合物排放到地面大氣中〔通風(fēng)方法〕；〔2〕利用瓦斯泵抽放瓦斯，在負(fù)壓下人工抽放高濃度瓦斯并經(jīng)過(guò)巷道隔離的管網(wǎng)抽放到地面〔抽放方法〕。一、抽放瓦斯的目的1、預(yù)防瓦斯超限、確保礦井平安；2、開(kāi)采維護(hù)層并具有抽放系統(tǒng)的礦井，應(yīng)抽放被維護(hù)層的卸壓瓦斯；3、預(yù)抽瓦斯作為區(qū)域性或部分防措施；4、開(kāi)發(fā)利用瓦斯資源，變害為利。二、新建抽放瓦斯礦井應(yīng)同時(shí)具備的條件1、一個(gè)回采任務(wù)面的瓦斯涌出量大于5m3/min;2、礦井瓦斯涌出量大于15m3/min；3、礦井抽放瓦斯總量應(yīng)穩(wěn)定在4m3/min以上；4、瓦斯抽放系統(tǒng)的效力年限＞10年；5、煤層透氣性系數(shù)應(yīng)大于一定值。三、采區(qū)抽放瓦斯規(guī)范當(dāng)一個(gè)任務(wù)面瓦斯涌出量＞5m3/min，或一個(gè)掘進(jìn)任務(wù)面瓦斯涌出量＞3m3/min。當(dāng)采用通風(fēng)方法處理瓦斯問(wèn)題不合理時(shí)，應(yīng)抽放瓦斯。四、抽放瓦斯必需遵守以下規(guī)定〔1〕利用瓦斯時(shí)，瓦斯?jié)舛炔坏玫陀?0%，且在利用瓦斯的系統(tǒng)中必需裝設(shè)有防回火、防回氣和防爆炸作用的平安安裝。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯設(shè)備時(shí)，抽放瓦斯?jié)舛炔坏玫陀?5％?！?〕抽放容易自燃和自燃煤層的采空區(qū)瓦斯時(shí)，必需經(jīng)常檢查一氧化碳濃度和氣體溫度等有關(guān)參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時(shí)，應(yīng)立刻采取措施?！?〕井上下敷設(shè)的瓦斯管路，不得與帶電物體接觸并應(yīng)有防止砸壞管路的措施?！?.2瓦斯抽放設(shè)計(jì)根底一、礦井概略礦井儲(chǔ)量、煤層賦存條件、礦井消費(fèi)才干、巷道布置、開(kāi)采方法、通風(fēng)情況、礦井瓦斯涌出量、瓦斯來(lái)源分析等。二、瓦斯根底參數(shù)包括：煤層瓦斯含量、瓦斯儲(chǔ)量、可抽瓦斯量、抽放率、煤層透氣系數(shù)等。1、瓦斯儲(chǔ)量----礦井開(kāi)采過(guò)程中可以向礦井排放的煤〔巖〕所儲(chǔ)存的瓦斯量。W=W1+W2+W3+W4式中：W1----可采煤層瓦斯儲(chǔ)量；W2----部分可采煤層瓦斯儲(chǔ)量；W3----采動(dòng)影響范圍內(nèi)不可采煤層瓦斯儲(chǔ)量；W4----采動(dòng)影響范圍內(nèi)圍巖瓦斯儲(chǔ)量。2、可抽瓦斯量概算----瓦斯儲(chǔ)量中能夠被抽放出來(lái)的瓦斯量。

式中W----瓦斯儲(chǔ)量；dk----礦井瓦斯率。3、瓦斯抽放率〔1〕礦井抽放率----指礦井的抽出瓦斯量占其風(fēng)排瓦斯量與抽放量之和的百分比。式中Qky----礦井風(fēng)排瓦斯量；Qkc----礦井抽放瓦斯量?！?〕本開(kāi)采煤層抽放率式中QBy----開(kāi)采層抽放瓦斯量；QBc----開(kāi)采層涌出瓦斯量?！?〕任務(wù)面臨近層抽放率

式中QLy----臨近層抽放瓦斯量；QLc----臨近層涌出瓦斯量。

〔4〕任務(wù)面總抽放率4、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)----不受采動(dòng)影響條件下，煤層內(nèi)鉆孔的瓦斯流量隨時(shí)間衰減變化特性系數(shù)。作用：可以作為煤層預(yù)抽瓦斯難易程度的一個(gè)目的。衰減系數(shù)的推導(dǎo)過(guò)程：∵

tqt5、煤層瓦斯透氣性系數(shù)及人工增透方法----是衡量瓦斯在煤層流動(dòng)難易程度的重要參數(shù)。是決議抽放效果的主要要素。測(cè)定方法見(jiàn)附錄。人工增透方法：〔1〕使煤層有機(jī)物溶解；如：從煤層中取出一部分物質(zhì)，構(gòu)成新的裂隙、注入酸液?！?〕在煤層內(nèi)注入支撐劑；如：注入高壓水或壓氣，將煤壓裂，然后注入砂等?！?〕破壞煤的構(gòu)造。如：水力破裂、深孔松動(dòng)爆破。三、煤層可抽放性分類根據(jù)煤層可抽瓦斯的難易程度分為：〔1〕容易抽放〔2〕勉強(qiáng)抽放〔3〕難以抽放類別鉆孔流量衰減系數(shù)（d-1）煤層透氣性系數(shù)（m2/MPa2.d）容易抽放<0.003>10可以抽放0.003~0.0510~0.1較難抽放>0.05<0.1§6.3抽放瓦斯方法及工藝參數(shù)一、抽放類型、方法和適用條件1、抽放類型的劃分按空間對(duì)象分：按地應(yīng)力劃分：按時(shí)間對(duì)比劃分〔采掘與抽放〕：

2、抽放方法鉆孔法、巷道法、綜合法。3、各種抽放方法的適用條件抽放方法的選擇主要根據(jù)瓦斯來(lái)源、地質(zhì)采礦條件確定。詳細(xì)見(jiàn)表6-2~6-4?！?〕未卸壓抽放----預(yù)抽A〕巷道法優(yōu)點(diǎn)：暴露面積大，流量大，穩(wěn)定，流動(dòng)阻力小。缺陷：工程量大，掘進(jìn)費(fèi)用高。B〕鉆孔法〔i〕穿層鉆孔抽放率約20%〔個(gè)別大于30%〕。優(yōu)點(diǎn)：施工方便，掘進(jìn)巷道少。缺陷：?jiǎn)慰琢髁啃?。適用條件：〔1〕煤層透氣性較大；〔2〕煤層群開(kāi)采；〔3〕開(kāi)辟巖巷超前較多；〔4〕可抽放時(shí)間長(zhǎng)。〔ii〕沿層鉆孔抽放率約20~60%。優(yōu)點(diǎn)：施工方便。缺陷：可抽時(shí)間短，對(duì)煤層賦存條件要求高?！?〕卸壓抽放〔采動(dòng)影響〕特點(diǎn)：卸壓后，煤層的透氣性大大添加。所以必然能抽出瓦斯。主要包括：邊采邊抽邊掘邊抽煤巷鉆場(chǎng)鉆孔臨近層抽放開(kāi)采層臨近層臨近層二、未卸壓抽放鉆孔參數(shù)1、孔徑孔徑愈大煤壁暴露面積大瓦斯流量增大。如：陽(yáng)泉一礦，φ從73mm300mm，S提高4倍，瓦斯抽放量提2.7倍。普通地，采用瓦斯抽放鉆孔直徑為60~110mm。2、鉆孔長(zhǎng)度單一鉆孔瓦斯抽放量與其孔長(zhǎng)根本上成正比關(guān)系。即：

∴沿層鉆孔，盡能夠長(zhǎng)。3、鉆孔間距鉆孔有效排放半徑：規(guī)定的排除放時(shí)間內(nèi)，該范圍內(nèi)瓦斯壓力or瓦斯含量降低到平安允許值，此時(shí)的有效范圍。

L≤2R

RL≤2R鉆孔有效排放半徑測(cè)定方法。多孔法：R〔m〕P(MPa)P0P’T1T2T3T1、T2、T3為不同抽放時(shí)間測(cè)定結(jié)果。且T1＜T2＜T3R1R2R301抽放孔丈量孔123456784、抽放時(shí)間確定根據(jù)：鉆孔瓦斯有效抽放率；鉆孔瓦斯衰減系數(shù)。計(jì)算公式：式中T----抽放時(shí)間，d；β----鉆孔瓦斯衰減系數(shù)，d-1;k----系數(shù)〔or抽放率〕,取0.7~0.8。5、孔口抽放負(fù)壓與封孔長(zhǎng)度抽放負(fù)壓與煤層透氣性系數(shù)、封孔質(zhì)量、管路質(zhì)量有關(guān)。普通取13.6~26.6kPa。封孔長(zhǎng)度：巖孔：≮2~5m；煤孔：≮4~10m三、卸壓抽放瓦斯參數(shù)〔臨近層抽放〕臨近層：開(kāi)采煤層頂?shù)装鍍?nèi)賦存的能向開(kāi)采煤層涌出瓦斯的煤層。1、開(kāi)采煤層回采后對(duì)臨近層影響特征〔1〕構(gòu)成采動(dòng)裂隙和卸壓帶頂板：冒落、挪動(dòng)、卸壓、變形底板：膨脹、卸壓變形按裂隙發(fā)育情況分為“三帶〞I帶內(nèi)：瓦斯大量流向開(kāi)采煤層采空區(qū)。當(dāng)層間距小于8~10m時(shí)，煤層處于冒落帶內(nèi)。II帶：瓦斯流向開(kāi)采煤層采空區(qū)。特點(diǎn)：煤層透氣性大大添加，抽出量大，瓦斯?jié)舛雀?。III帶：瓦斯不流向開(kāi)采煤層采空區(qū)。特點(diǎn)：煤層透氣性添加較小，抽出量小，瓦斯?jié)舛雀??！?〕臨近層采動(dòng)影響區(qū)內(nèi)透氣性系數(shù)煤層透氣性系數(shù)添加幾倍~幾百倍?！?〕臨近層剩余瓦斯壓力變化規(guī)律由于不同層間距的臨近層瓦斯得到不同程度的排放，其剩余瓦斯壓力變化如圖。

R=層間距/采高PC〔MPa〕RR抽放未抽放2、臨近層瓦斯抽放率分析：煤層群開(kāi)采條件下，受采動(dòng)影響，臨近層卸壓，煤層透氣性大大添加，臨近層瓦斯經(jīng)過(guò)層間裂隙，進(jìn)入開(kāi)采煤層采空區(qū)。臨近層瓦斯涌出量∝1/層間距。當(dāng)進(jìn)展臨近層抽放時(shí)。沿煤層流向鉆孔抽放巷道地面沿層間裂隙開(kāi)采煤層采空區(qū)回風(fēng)臨近層瓦斯∵抽放系統(tǒng)壓差＞臨近層與采空區(qū)之間的壓差∴大部分瓦斯被抽放，少量進(jìn)入采空區(qū)主要結(jié)論：〔1〕臨近層抽放總可以抽出瓦斯，適用于各種條件；〔2〕鉆孔流量決議于采動(dòng)影響程度〔層間距〕和瓦斯含量?！?〕抽放率的高低，決議于層間距及各種抽放參數(shù)的選擇?！?〕臨近層距開(kāi)采層愈遠(yuǎn)，抽放率愈大，抽出的瓦斯?jié)舛扔?，可抽時(shí)間愈長(zhǎng)。3、鉆孔法臨近層抽放的主要參數(shù)〔1〕確定可抽放的臨近層上臨近層冒落帶內(nèi)煤層不可抽放〔8~10m〕。冒落帶高度：緩傾斜煤層hm=k.M式中M----開(kāi)采煤層厚度，m；k----冒落倍數(shù),硬巖4~5，中硬3~4，軟巖1~2煤層上鄰近層/m下鄰近層/m緩傾斜煤層12080急傾斜煤層6030〔2〕鉆場(chǎng)位置原那么：孔短，抽放瓦斯量多。位于任務(wù)面進(jìn)回風(fēng)巷。風(fēng)巷優(yōu)點(diǎn)：孔短，易打入卸壓帶，抽放量大?？深A(yù)防任務(wù)面上隅角瓦斯。缺陷：打鉆時(shí)，供電、供水、通風(fēng)困難。位于層間巷道〔3〕鉆孔參數(shù)I〕鉆孔間距現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。

始抽間隔：----開(kāi)采層任務(wù)面，在臨近層的投影線接近鉆孔或超越鉆孔一定間隔〔ld〕時(shí)鉆孔流量時(shí)顯添加，即可開(kāi)場(chǎng)抽放，這一間隔稱為始抽間隔。停抽間隔：----隨著任務(wù)面不斷向前推進(jìn)，臨近層瓦斯含量降低，煤層透氣性恢復(fù)，流量明顯下降，可以停頓抽放，此間隔即為停抽間隔〔ls〕ldlsⅡ〕終孔層位決議于上、下臨近層層數(shù)及層間距。單一臨近層，終孔于該層頂〔底〕板1~2m。多臨近層，層間距小于30m內(nèi)的臨近層，且各層間距不大于10m時(shí)；或?qū)娱g距大于30m內(nèi)的臨近層，且各層間距不大于15m時(shí)，可用一孔穿透全層。假設(shè)有遠(yuǎn)有近，那么分別打鉆抽放。Ⅲ)鉆孔角度原那么：進(jìn)入采動(dòng)影響區(qū)，不穿過(guò)冒落帶。Ⅳ〕孔徑影響不大，75~100mmⅤ〕抽放時(shí)間式中L----孔間距,mV----任務(wù)面推進(jìn)速度，m/d。Ⅵ〕抽放負(fù)壓6.7~13.3kPa四、采空區(qū)抽放目的：〔1〕減少瓦斯涌出，防止任務(wù)面回風(fēng)及上隅角集聚；〔2〕抽出瓦斯進(jìn)展利用。1、向任務(wù)面冒落拱頂部打鉆抽放2、從開(kāi)采煤層頂板公用巷道打鉆3、回風(fēng)巷密閉墻插管抽放4、老空區(qū)抽放特點(diǎn)：瓦斯壓力小，瓦斯量有限，瓦斯?jié)舛炔桓?，易漏氣。要求：低?fù)壓、小流量、勤檢查。1、抽放花管長(zhǎng)度15~20m左右；2、要求采用低負(fù)壓抽放；要求瓦斯抽放管路軟管抽放花管采空區(qū)任務(wù)面回風(fēng)巷至瓦斯泵采空區(qū)上隅角埋管抽放瓦斯機(jī)巷風(fēng)巷泄排巷煤層頂板走向鉆孔〔巷道〕抽放瓦斯1、作用從回風(fēng)順槽沿煤層走向在煤層頂板向采空區(qū)上方施工巷道或鉆孔，抽放采空區(qū)頂板裂隙或冒落空間內(nèi)積存的高濃度瓦斯，經(jīng)過(guò)巷道或鉆孔抽放，可以切斷上臨近層瓦斯涌向任務(wù)面的通道，改動(dòng)采空區(qū)流場(chǎng)分布，減少采空區(qū)瓦斯涌向任務(wù)面，并控制上隅角瓦斯積聚。2、抽放原理根據(jù)礦壓實(shí)際，煤層開(kāi)采后其頂?shù)装鍘r層發(fā)生冒落挪動(dòng)，當(dāng)上覆巖層下沉穩(wěn)定后，上覆巖層采動(dòng)裂隙區(qū)劃可分為“豎三帶〞和“橫三區(qū)〞，即采動(dòng)區(qū)沿垂直方向由下往上劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶；沿任務(wù)面推進(jìn)方向在任務(wù)面風(fēng)巷和機(jī)巷區(qū)域分為煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。隨著任務(wù)面不斷向前推進(jìn)，沿任務(wù)推進(jìn)方向上的“橫三區(qū)〞隨之交替向前挪動(dòng)。離層區(qū)的范圍可采用類似資料模型實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)。離層區(qū)壓實(shí)區(qū)采空區(qū)“O〞區(qū)域表示圖120m20~30m3、鉆場(chǎng)及鉆孔布置4、技術(shù)參數(shù)頂板抽放口最正確位置：法距位于垂直煤層頂板向上8~25m〔位于冒落帶頂部，裂隙帶下部〕，平距位于回風(fēng)巷內(nèi)錯(cuò)8~30m。詳細(xì)礦井，要根據(jù)其實(shí)踐綜合確定。其中鉆孔的終孔位置，可以利用幾何知識(shí)，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到。如圖為謝一礦調(diào)查結(jié)果；鉆場(chǎng)間距大于100m，鉆孔長(zhǎng)度大于120m，抽放負(fù)壓16~20kPa?；茨系V區(qū)頂板走向鉆孔抽放鉆孔純量普通為5~20m3/min抽放率大于45%。鉆孔角度盡量小?！?-4抽放瓦斯設(shè)備、器材及平安安裝一、鉆孔設(shè)備包括：鉆機(jī)、封孔安裝、管路、抽放泵、檢測(cè)儀表二、封孔方法與設(shè)備要求：密封性好，操作方便、封孔速度快，資料廉價(jià)。1、封孔器封孔主要用于穿層鉆孔巖石段封孔。2、充填資料封孔三、抽放管與瓦斯管路銜接膠管流量計(jì)放水器分區(qū)管路主管四、瓦斯泵式中Pa----大氣壓；Ps----泵的絕對(duì)壓力。1、水環(huán)式真空泵任務(wù)原理：任務(wù)葉輪偏心，旋轉(zhuǎn)時(shí)構(gòu)成偏心水環(huán)，前半圈水環(huán)逐漸分開(kāi)輪轂，構(gòu)成真空，吸入瓦斯，后半圈，水環(huán)接近輪轂，壓出瓦斯。特點(diǎn)：平安、真空度高、流量小。2、回輪式羅茨瓦斯泵兩個(gè)葉輪，左輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)，右輪順時(shí)針轉(zhuǎn)。PaPs3、離心式瓦斯泵五、抽放瓦斯管路中的平安安裝1、放水器〔1〕人工放水器正常：開(kāi)1，關(guān)2，3放水：關(guān)1，開(kāi)2，3〔2〕自動(dòng)放水器123hh2、防爆阻火器<規(guī)程>規(guī)定：干式抽放瓦斯泵吸氣側(cè)管路系統(tǒng)中，必需裝設(shè)有防回火、防回氣和防爆炸作用的平安安裝，并定期檢查，堅(jiān)持性能良好。銅網(wǎng)：4~6層孔徑約0.5mm。銅網(wǎng)水CH4CH4六、檢測(cè)儀表1、流量計(jì)：孔板流量計(jì)、文得利流量計(jì)、浮子流量計(jì)、煤氣表等。2、壓力表§6-5抽放管路與設(shè)備選型一、管路選擇主管：地面