金川煤矿永久瓦斯抽放设计
摘要：我国煤矿多为井工开采，瓦斯灾害严重。近年来，随着煤炭生产规模的扩大和开采深度的延伸，一次死亡10人以上的煤矿瓦斯事故起数和死亡人数，均占同类事故的80%以上。我国煤矿瓦斯灾害虽然严重，但瓦斯事故的发生是有规律可循的，也是可以预防和治理的。建国以来，在党和政府的领导下，我们在煤矿瓦斯治理方面做了大量工作，取得了一定的成效，也积累了比较丰富的经验。在2001年国家煤矿安全监察局总结提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针。
瓦斯抽放是解决我国煤矿瓦斯问题的根本途径采取抽放措施，将富含于煤层中的瓦斯抽放出来，是解除瓦斯事故威胁、保障煤矿安全最为有效的措施。瓦斯主要成分为甲烷（CH4），纯瓦斯的热值大于33000kJ/m3，与常规天然气相当，是一种洁净的能源。瓦斯的抽放利用，极大地促进了企业开展瓦斯抽放工作的积极性，不仅有效地缓解了矿井瓦斯灾害，有效地改善了煤矿的安全生产条件，同时还解决了部分就业问题、取得了良好的经济效益、社会和环境效益。
目录
1前言 (1)
1.1概述 (1)
1.2设计依据 ................................... 错误！未定义书签。2矿井概况. (12)
2.1地理位置 (12)
2.2井田自然地理特征 (12)
2.3井田地质构造 (13)
2.4煤层赋存情况 ............................... 错误！未定义书签。
2.5田井开拓与生产现状 (16)
2.6矿井通风及瓦斯涌出情况 (16)
3 矿井瓦斯抽放的必要性和可行性分析 (17)
3.1矿井瓦斯涌出量预测 (17)
3.1.1东翼回采工作面相对瓦斯涌出量计算 (17)
3.1.2掘进工作面相对瓦斯涌出量 (19)
3.1.3 生产采区瓦斯涌出量 (20)
3.1.4 矿井瓦斯涌出量 (21)
3.2回采工作面瓦斯涌出来源与构成 (21)
3.3瓦斯抽放的必要性 (22)
3.3.1相关政策法规的要求 (22)
3.3.2从安全生产角度来衡量 (22)
3.4抽放瓦斯的可行性分析 (24)
4 矿井瓦斯抽放方案设计 (29)
4.1抽放瓦斯方法的选择 (29)
4.1.1选择抽放方法的原则 (30)
4.1.2抽放方法选择 (30)
4.1.3 抽放钻孔设计 (31)
4.2瓦斯抽放钻孔及施工 (34)
4.2.1钻孔施工的设备及工艺 (34)
4.2.2 钻孔施工技术安全措施 (34)
4.2.3 钻孔封孔 (35)
4.2.4 钻孔与管路的连接 (35)
5 瓦斯抽放管路系统方案设计 (37)
5.1瓦斯抽放管路系统的布置 (37)
5.2瓦斯抽放管道的选择与管网阻力计算 (38)
5.2.1 瓦斯抽放管径的选型 (38)
5.2.2 管网系统阻力计算 (39)
5.3瓦斯抽放泵的选型 (40)
5.3.1瓦斯抽放泵的选型原则： (40)
5.3.2 瓦斯抽放泵流量计算 (40)
5.3.3 瓦斯抽放泵压力计算 (41)
5.3.4 瓦斯抽放泵的选型 (42)
5.5瓦斯抽放管路系统设计 (42)
5.5.1抽放系统安装的基本要求 (42)
5.5.2瓦斯抽放泵安装 (42)
5.5.3排放管路及附属设施安装 (42)
6 地面永久瓦斯抽放泵站建设 (45)
6.1泵站的总体设计与规划 (45)
6.1.1泵房及附属装置的设计原则 (45)
6.1.2泵站位置的确定 (46)
6.2地面瓦斯抽放泵站的管路系统及其附属装置 (46)
6.2.1管路系统 (46)
6.2.2水封式防爆、防回火装置 (48)
6.2.3放空管 (49)
6.2.4避雷器 (49)
6.2.5瓦斯抽放管路系统控制设置 (50)
6.3瓦斯泵房 (52)
6.4瓦斯抽放泵站供电 (52)
6.5瓦斯抽放泵给排水........................... 错误！未定义书签。
6.6其它设施 ................................... 错误！未定义书签。
6.7瓦斯抽放、排放管路及附属设施的安装 (56)
7瓦斯抽放组织管理及安全技术措施 (56)
7.1组织管理 (57)
7.1.1 管理规范 (57)
7.1.2 组织机构设置 (57)
7.2瓦斯抽放钻场施工管理 (57)
7.3井下瓦斯抽放管路管理 (59)
7.4瓦斯抽放泵的维护和操作 (60)
7.4.1 瓦斯泵的日常维护和保养 (60)
7.4.2 瓦斯机的操作和注意事项 (61)
8 结论 (64)
附图 (64)
附图1金川煤矿地面抽放泵站布置平面示意图 (64)
附图2 金川煤矿抽放管路系统图 (56)
附图3 工作面钻场钻孔布置图 (57)
1前言
1.1概述
金川煤矿属兵团第二师金川矿业有限责任公司所辖，于2005年4月由武汉省煤矿设计研究院设计，2005年1月施工兴建，2006年12月投产，矿井设计能力180万t/a，服务年限为30年，为兵团大型骨干矿井之一，2007年已基本达到设计生产能力。
根据该矿的矿井设计和2006年矿井瓦斯等级鉴定报告资料，矿井绝对瓦斯涌出量为0m3/min，相对瓦斯涌出量为0m3/min，按《煤矿安全规程》第133条规定，确定金川煤矿为低瓦斯矿井。近年来随着开采深度增加、开发强度加大，煤层瓦斯赋存量和回采期间的瓦斯涌出量都呈现出明显的上升趋势。特别是目前主采的8#煤层8201工作面煤层瓦斯含量大幅度的提高。实际生产过程中显示，回采过程中日趋频繁的工作面上隅角瓦斯浓度超限问题已经严重制约了生产进程，时刻威胁着井下作业工人的生命安全。另据生产掌握质料总结金川煤矿完成的“低瓦斯矿井瓦斯赋存规律”科研成果反映，随着开拓工程的延深，回采工作面瓦斯涌出量将逐渐增大，预测井田西翼当煤层埋深超过600m后，绝对瓦斯涌出量达到12.9 m3/min以上，而且还存在着绝对瓦斯涌出量超过40 m3/min的局部高瓦斯涌出区域。在此情况下，仅靠加大通风量解决回采工作面瓦斯问题不仅不太合理，而且实现的难度相当大。
金川煤矿到目前为止尚没有任何煤层和地点出现过任何形式的瓦斯动力现象，属于低瓦斯非突出矿井，目前对井下安全生产威胁最大的是回采工作面上隅角的瓦斯浓度超限问题。为贯彻执行国家煤矿安全生产监督管理局制定的“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿安全生产管理方针，有力保障井下安全和生产计划的圆满完成，在地面建立固定抽放系统，是必要和可行的。特此对金川煤矿瓦斯抽放系统进行设计。
编制方案主要依据：
（1）《煤矿安全规程》（2011）国家安全生产监督管理总局；
（2）《煤矿瓦斯抽放规范（AQ 1027-2006）》国家安全生产监督管理总局；
（3）《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》（2011）国家安全生产监督管理局；
（4）《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（2009）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检疫总局；
（5）《新疆巴州（金川矿业有限公司）塔什店二井田煤矿初步设计（代可研）》（2002）煤炭工业部乌鲁木齐设计研究院；
（6）《库尔勒金川矿业有限公司采掘工程平面图》（2013.11）库尔勒金川矿业有限公司金川煤矿；
（7）《金川矿业有限公司矿井通风系统图》（2013.10）库尔勒金川矿业有限公司金川煤矿；
（8）金川煤矿提供的其他资料等。
2矿井概况
2.1地理位置
金川煤矿位于库尔勒市塔什店镇西北15公里,距巴州电力公司塔什店火电厂18公里,距库尔勒市30公里，行政区域属库尔勒市塔什店镇。属国有重点煤矿，隶属神华新疆公司。金川煤矿位于塔什店煤田北西边缘，介于霍拉山和库鲁克塔格山间的锐角顶部。地势东西高、中间低，北高南低，最高1294m，最低1160m，一般1160 - 1200m，属低山丘陵地貌。南疆铁路和乌喀公路均从塔什店镇通过，塔什店镇到金川煤矿通有三级公路，交通方便。
2.2井田自然地理特征
（一）井田位置
井田位于塔什店北向斜北翼，其地理坐标为东经86°09′15″- 86°13′32″，北纬41°53′01″- 41°54′17″。
（二）边界范围，拐点坐标，井田面积
2005年9月10日新疆维吾尔自治区国土资源厅颁发采矿许可证，证号6500000581765。井田范围由S1～S6共6个拐点圈定，拐点坐标详见表1，开采深度为+700米水平。井田东西走向长5.3km，南北宽1.4-1.6km，面积6.9711km2。
2.3井田地质构造
本区基岩均被第三、四系地层覆盖，由钻孔揭露区域主要发育地层为下元古界兴地塔格群，三叠系中上统小泉沟群，侏罗系下统哈满沟组和中统塔什店组和第三系、第四系地层。侏罗系下中统包括哈满沟组和塔什店组，厚度318.4-570.65m，平均407.45m，含煤10组36层，与上伏三叠系中上统小泉沟群地层呈整合接触。第三系包括老第三系渐新统—中新统桃园组和新第三系上新统葡萄沟组，前者以砂砾岩、砂岩为主，后者以泥岩为主，区域地层厚度215-486m，与第四系地层呈整合接触。第四系包括更新统西域组、乌苏群、新疆群和全新统，岩性以砂砾石为主，厚度变化较大，区域厚度数十米到二百米。下元古界兴地塔格群分布于本区的中西部，为逆掩断层F2上盘推覆体，覆盖在煤系及第三系地层之上。
本区位于塔什店北向斜北翼，为一单斜构造。煤系地层在F2逆掩断层上盘下元古界兴地塔格群推覆体之下。煤田内已查明断层3条，逆掩断层F2西起哈满沟，呈弯曲弧状沿东西向纵贯本区的中部和西部，到16线急转向南延伸，与F1复合；哈F3-1断层为逆断层，其主体在哈满沟井田，延伸到ZKⅢ-3孔一带，隐伏在第三系和下太古界推覆体之下；F1506断层为逆断层，断层延展长度约200m，为F2断层的分支小断层，走向与F2断层一致，倾向N60°W，倾角约60°，仅ZK1506孔见此断层，控制程度较差。塔什店北向斜是由两个不同时期的向斜叠合而成，侏罗系向斜轴近东西向展布，第三系向斜轴线向西南稍有偏移。向斜轴从本区南缘通过，侏罗系向斜北翼西陡东缓，倾角11°～31°，区内主要可采煤层倾角20°～25°，倾向156°～180°；第三系向斜北翼倾角5°。
(二) 地层，含煤地层，构造，主要可采煤层情况，煤层赋存条件、煤层层数、厚度。
本区含煤地层为侏罗系下统哈满沟组、中统塔什店组，共含煤36层，分为10个煤组。塔什店共含煤29层，分为7个煤组，可采煤层集中在第一段，其中8-2+3+4煤层较稳定，全区可采；7-4、9-2煤层不稳定，部分可采；其余煤层均不可采。哈满沟组组含煤7层，分为3个煤组，均不可采。侏罗系中、下统地层总厚度为407.45m，煤层总净厚度34.62m，含煤系数0.084，平均总可采厚度14.46m。
9-4、9-5煤层位于侏罗系中统塔什店组第一段下部，距离主要可采煤层8-2+3+4较远。9-4煤层仅6个可采见煤点，平均厚度1.35m，可采点集中在7线以西，可采系数为19%；9-5煤层仅3个可采见煤点，平均厚度2.14m，可采点在15、11线，可采系数为9.5%。两煤层均为极不稳定型煤层，仅为零星可采点。
煤层划分：
根据地质勘探资料，结合煤层厚度、层位、层间距等，自上而下分为三个煤层：
1、7-4煤层
位于侏罗系中统塔什店组第一段顶部，层位较稳定，上部常有一层砂砾岩、粗砂岩。22个见煤点，最小0.1m，最大5.13m，平均1.35m，净厚度0.13～3.51m，平均1.23m；可采点16个。可采区内厚度0.83～2.18 m，平均1.27m。煤厚的可采性指数为Km=0.52，可采区内煤层变异系数为r＝28%，为不稳定型煤层；结构简单，一般为单一煤层，部分有一层夹矸，仅一孔夹矸多到5层。
煤层顶底板岩性以粉砂岩、炭质泥岩、泥岩为主。个别孔顶板为粗砂岩或细砂岩。
2、8-2-3+4煤层（主采煤层）
位于侏罗系中统塔什店组第一段中部，层位稳定，上距7-4煤层12.41-21.64m（平均16.03m），下距9-2煤层平均间距8m。全区可采，据24个见煤点统计，厚度最小4.08m，最大17.0m，平均9.63m；净厚度4.08～
17.0m，平均8.78m。煤厚的可采性指数为Km=1.0，煤层厚度变化系数为
44%，为较稳定型煤层；煤层结构较简单，一般为夹2～3层夹矸，将煤层分解为8-2、8-2+3、8-3、8-3+4、8-4，个别为单一煤层或含多层夹矸，变为复杂结构煤层（见表）。夹矸厚度一般均小于可采厚度，只有6个钻孔有一层夹矸厚度大于可采厚度，因此，8-2-3+4煤层均按一个煤层叙述和计算。
8-2-3+4煤层结构类型统计表
3、9-2煤层
位于侏罗系中统塔什店组第一段下部，层位较稳定，上距8-2+3+4间距平均8m，下上距9-4间距平均10.4m。14个可采见煤点，厚度最小1.12m，最大3.90m，平均2.08m，净厚度1.12-3.50m，平均1.98m；可采点14个。
煤厚的可采性指数为Km=0.45，厚度变化大，西部薄且变化大，东部较厚且变化小；为不稳定型煤层；结构简单，一般为单一煤层，部分有一层夹矸，偶见3-4层夹矸。
煤厚变化趋势：
根据地质资料本区主要可采煤层为8-2-3+4，全区可采；次要可采煤层有二层，7-4和9-2为大部可采（可采系数分别为52%和45%）。8-2-3+4
煤层为本矿的主要开采对象，厚度较稳定，结构较简单。
2.5田井开拓与生产现状
金川煤矿采用斜井单水平上、下山开拓方式，目前矿井主要开采8-2-3-4，平均厚度9.59米，全井田共分二个采区，即西翼、东翼采区。全矿井采掘机械化程度较高，并配备了生产监控、安全监测系统。主斜井一个，主要承担全矿井的提升任务；副斜井两个，主要用于进风、提料、提矸及升降人员；运输车场在+875m水平的8-9煤层底板岩石，由于煤层厚度大，采用走向长臂综放采煤法，全部陷落法管理顶板。
目前井下布置有一个高产高效综采工作面：西翼采区有：8203综采面，东翼采区有8106综采面准备，两个掘进工作面：东区有：8106上下巷与二水平三条下山延伸。
2.6矿井通风及瓦斯涌出情况
金川煤矿目前采用中央边界式抽出式通风，副斜井进风，风井回风。目前，矿井总进风2978m3/min ，其中：W8203下顺槽1100m3/min ，W8203上顺槽952m3/min ；矿井其它回风3092m3/min 。
自2005年的矿井瓦斯等级鉴定结果表明，金川煤矿为低瓦斯矿井（表1-2）。但随开采深度的增加，回采强度的逐年增大，绝对瓦斯涌出量有明显增大的趋势（图1-2）。2007年矿井瓦斯涌出量为4.27 m3/min ，2012年全矿井绝对瓦斯涌出量又升高到17.79m3/min 。特别是2012年以来，西采区瓦斯涌出量都明显升高，8煤的综采8203面瓦斯涌出量都超过10m3/min ；而且在工作面风量达到1000 m3/min 时上隅角瓦斯涌出量时常达到40m3/min 又经过采用高位抽放和上隅角埋管抽放措施的情况下，工作面回风流的瓦斯浓度仍维持在0.5～0.8%并常常瓦斯超过1%，甚至总回风也常常超限造成生产很被动。到2014年瓦斯等级未做鉴定，根据8203工作面绝对瓦斯涌出量为12.9m3/min 。应该定位为高瓦斯矿井。回采工作面上隅角瓦斯浓度超限是目前和今后严重影响和制约安全生产的主要因素。
表1-1 金川煤矿近年瓦斯等级鉴定结果（管重庆院要）个人估的
年 度
绝对瓦斯涌出量 （m 3
/min ） 相对瓦斯涌出量
（m 3
/t ） 鉴 定 结 果 CH 4 CO 2 CH 4 CO 2 CH 4
CO 2 2006 3.46 9.86 3.93 6.67 低 低 2007 4.27 9.42 4.94 7.81 低 低 2008 3.70 4.59 2.11 2.63 低 低 2009 7.75 12.59 2.50 4.07 低 低 2012 17.79 35.28 6.64 13.17 高 高 2013
32.65
6.26
3.55
1.31
高
高
3 矿井瓦斯抽放的必要性和可行性分析
3.1矿井瓦斯涌出量预测
3.1.1西翼回采工作面相对瓦斯涌出量计算
(1)开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 ()101
3
211X X m m k k k q -???=
（3-1） 式中 q 1－－开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m 3/t ；
k 1－－围岩瓦斯涌出系数。对于全部冒落法管理顶板的工作面k 1=1.25；
k 2－－工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数；8203综采工作面回采率为95％，k 2=1.25；
L h
L k 23-=
（3－2）
L —回采工作面长度，8203综采面L ＝135m ；
h —巷道瓦斯预排等值宽度，通常取h=20m ，考虑到本煤层的透气系数很低，
取h=10m ；
m 0－－煤层厚度（夹矸层按层厚1/2计算），m ；m ＝9.2m ； m 1－－煤层开采厚度（采高），8203综采面实行放顶一次采全高，为9.2m ； X 0－－煤层原始瓦斯含量，m 3/t ；0.940m 3/t ；
X 1－－煤的残存瓦斯含量，m 3/t ，与煤质和原始瓦斯含量有关，需实测；如无
实测数据，可参考表3-1取值。
表3-1运至地表时煤在残存瓦斯含量
煤的挥发份含量V daf （%） 6－8 8－12 12－18 18－26 26－35 35－42 42－50 纯煤残存瓦斯含量X 1’（m 3/t ）
9－6
6－4
4－3
3－2
2
2
2
由于该工作面位于风化带，瓦斯含量应为甲烷含量，不包括二氧化碳，因此原始瓦斯含量X 0为0.94 m 3/t 。煤的残存瓦斯含量对低变质煤来说，根据经验可以取为2.0 m 3/t ，但这里面包括氮气和二氧化碳的成分，应按照实际的气体比例计算。根据金川的实际情况，这里X 1可以计算为0.334 m 3/t 。将实际参数代入公式（2-1），计算的出开采层瓦斯涌出量为 3.63m 3/t 。当日产量为5000t 时，其对应的绝对瓦斯涌出量为12.60m 3/min 。
(2)邻近层相对瓦斯涌出量
)(1011
2i i i n
i i
X X k m m q -?=∑
= （3－3） 式中 q 2－－邻近层相对瓦斯涌出量，m 3/t
m i －－第i 个邻近层厚度，m; m 1－－开采层的开采厚度，m; X 0i －－第i 邻近层原始瓦斯含量，m 3/t; X 1i －－第i 邻近层残存瓦斯含量，m 3/t 。
k i －－受多种因素影响但主要取决于层间距离的第i 邻近层瓦斯排放率。 因金川煤矿主要开采8-2-3煤层。矿井生产进入复合煤层开采状态，有邻近层。开采时的考虑邻近层瓦斯涌出。故邻近层必要时进行瓦斯抽放。
(3)围岩相对瓦斯涌出量
围岩相对瓦斯涌出量按下式计算
q 围＝K n q 1 （3－4）
式中 K n —由顶板管理方法决定的围岩瓦斯涌出系数，全面冒落法管理顶时,取值为K n =0.25。
根据前面的计算结果，根据公式(2－4)计算各回采工作面的围岩瓦斯涌出量为： 回采工作面围岩瓦斯涌出量q 围＝0.2533.63=0.91m 3/t ； 4)回采工作面瓦斯涌出量
根据公式(2-1) 即q 5＝q 1＋q 2+ q 围，回采工作面的瓦斯涌出量计算结果如下： 回采工作面的q 5=3.63+0.91=4.54m 3/t ；绝对瓦斯涌出量为15.76 m 3/min 。 表2-2给出了西翼回采工作面的瓦斯涌出量预测结果。
表3-2西翼回采工作面瓦斯涌出预测结果
3.1.2掘进工作面相对瓦斯涌出量
掘进巷道瓦斯涌出量可以认为由两部分组成：
1) 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量
()
1/2003-???=v L q v m n q (3－5)
式中：q 3－－掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m 3/min ；
n －－煤壁暴露面个数，单孔送道时，n = 2；
m 0－－煤层厚度，m ；金川煤矿8-2-3煤层m 0＝9.2m ； ν－－巷道平均掘进速度，m/min ； L －－巷道长度，m ；
q 0 －－煤壁瓦斯涌出初速度，m 3/m 2·min 。按下式计算：
q 0=
X ?1440
59
.0，其中X 为煤层瓦斯含量，m 3/t 。金川煤矿8-2-3煤层瓦斯含量取？m 3/t （重庆院测定）；
2) 掘进巷道落煤瓦斯涌出量
()104X X r v S q -??= (3－6) 式中：q 4－－掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m 3/min ；
参数 采区 K 1 K 2 L (m) h
(m) 0
(m 3
/t)
X 1 (m 3
/t) q 1
(m 3
/t) 2
(m 3/t) q 围
(m 3/t) 5 (m 3/t) 8203
1.25
1.25
1135
9.2 0.94 0.334 3.63 0 0.91
4.54
S －－掘进巷道断面积，m 2；金川煤矿掘进巷道平均断面积为10.4m 3 ； ν－－巷道平均掘进速度，m/min ；
γ－－煤的密度，t/m 3；金川煤矿8-2-3煤层煤的密度为1.35t /m X 0－－煤层原始瓦斯含量，m 3/t ；金川煤矿为0.940m 3/t X 1－－煤层残存瓦斯含量，m 3/t 。金川煤矿为0.334 m 3/t 掘进巷道的瓦斯涌出总量为：
q 6= q 3+ q 4 （3－7）
按现有的煤炭生产能力和计划生产能力计算，预测西翼采区的2个煤巷掘进工作面瓦斯涌出量q 6=0m 3/min ，煤巷掘进工作面的绝对瓦斯涌出量结果如表3-3。
表3-3掘进工作面瓦斯涌出量预测
掘进面工作面 ν(m/min) L (m) q 3(m /min) q 4 (m /min) 合计(m /min)
8203上巷 0.03 1560 0.07 0.21 0.28 8203下巷
0.05
1480
0.10
0.35
0.45
3.1.3 生产采区瓦斯涌出量
生产采区瓦斯涌出量系采区内所有回采工作面、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和，其计算公式为：
1
61
57/)1440)(1(A q A q k q n
i i n
i i i ∑∑==+?'+= (3-8)
式中：q 7 －－生产采区瓦斯涌出量，m 3/t ；
k ′－－生产采区内采空区瓦斯涌出系数；按表3-4取K 值为1.20； q 5i －－第i 回采工作面瓦斯涌出量，m 3/t ； A 1－－第i 回采工作面平均日产量，t ； q 6i －－第i 掘进工作面瓦斯涌出量，m 3/min ； A 0－－生产采区平均日产量，t 。
以现有的生产能力和计划生产能力来考虑，金川煤矿西翼采区瓦斯涌出量根据公式(2－8)计算，西翼采区的瓦斯涌出量为：
西区：相对瓦斯涌出量q 7=8.97 m 3 /t ，
目前金川煤矿西翼布置2个掘进工作面，1个回采工作面。采区的回采工作面的生产能力考虑现有生产能力和计划生产能力，表3-5给出了今后生产时期的瓦斯涌出量预测。
表3-4生产采区和已采采区采空区瓦斯涌出系数采空区瓦斯涌出系数煤层赋存状况取值范围备注
生产采区K 复合煤层 1.2～1.35 取值原则：1对通风管理水平较高，
开采煤层层数较少的矿井(或采区)，
应取下限值；2对通风管理水平较
差，开采中厚以上煤层且煤层层数
较多的矿井(或采区)，应取上限值近距离煤层群 1.2～1.45
已采采区K 复合煤层 1.1～1.25
近距离煤层群 1.2～1.45
表3－5采区瓦斯涌出量预测结果
开采区域平均产量
(t/d)
采区瓦斯涌出量
回采
(m3/min)
掘进
(m3/min)
采空区
(m3/min)
合计
(m3/min) (m3/t)
西翼6000 12.90 2.55 15.45 8.97
3.1.4 矿井瓦斯涌出量
表2-6给出了当前和今后生产时期的矿井瓦斯涌出量预测，由于地面瓦斯抽放系统为一工程量较大的项目, 服务年限长, 一旦管路安装完毕不易更换，因此, 对将来矿井瓦斯涌出量的预测留有一定余地。
表3－6矿井瓦斯涌出量预测结果（西翼）
开采区域平均产量
（t/d）
瓦斯涌出量
生产采区
（m3/min）
已采采区
（m3/min）
合计
（m3/min）（m3/t）
西区6000 15.45 15.45 8.97
3.2回采工作面瓦斯涌出来源与构成
根据预测8203综采工作面绝对瓦斯涌出量为12.9m3/min。回采工作面的瓦斯涌出主要来自采空区和邻近煤层，无论是生产班和检修班均达到工作面瓦斯涌出总量的80%以上，该部分瓦斯主要来自围岩和邻近煤层。生产实践表明，影响和制约金川矿安全生产主要原因就是由于采空区瓦斯大量涌出导致的回采工作面架间，架前与上隅角瓦斯浓度超限。
进入深部采区后，由于8-2-3-4煤相继合并，采空区的瓦斯将主要来源于遗煤、
上阶段采空区、下阶段未采煤体及围岩。
3.3瓦斯抽放的必要性
瓦斯抽放的目的有两个：
①为了确保矿井安全生产，防止和减少采、掘工作面瓦斯浓度超限；
②为了开发利用瓦斯资源，减少瓦斯排空导致的大气环境污染，变害为利。因此，对于一个矿井或采区（工作面）是否必要抽放瓦斯，首先应从保证安全生产的角度来考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能实现或方案不合理时，就应该采取抽放措施。其次，还应从充分利用瓦斯资源和改善职工劳动、生活条件等方面综合考虑瓦斯抽放的必要性和经济上的合理性。所以，在具体进行瓦斯抽放设计时，一般通过如下方面的指标来衡量。
3.3.1相关政策法规的要求
根据《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定与要求，凡是同时具备如下三个条件时，需要建立瓦斯抽放系统进行瓦斯抽放：
①矿井绝对瓦斯涌出量大于15 m3/min；
②一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不可能解决时；
③矿井抽放瓦斯总量能长期稳定在2 m3/min以上，抽放系统的服务年限应在10年以上。
很明显，金川矿目前已经满足了前两条的要求，而且实际存在着回采工作面上隅角与总回风瓦斯浓度频繁超限的问题。同时，由于今后的瓦斯抽放工作是密切服务于矿井采掘生产，根据矿井勘探地质报告资料反映，考虑后的年产量180万t/a计并考虑1.3的富裕系数，矿井服务年限为30年。由此推断，从现在开始，金川矿尚有20年的生产时间。即使按当前的生产计划正常发展下去，矿井服务年限也应该在20年以上。所以设计建设的瓦斯抽放系统的服务年限不会少于20年。
3.3.2从安全法规和安全生产角度来衡量都有必要上地面永久抽排系统
（1）金川矿瓦斯涌出现状
据金川矿提供的实测资料反映，随着开采深度的增加，生产强度也在不断增大（2007实际生产原煤200万t，比原设计生产能力180万t提高了近20%），矿井绝对瓦斯涌出量逐年呈上升趋势。特别是2012年以来，矿井瓦斯涌出量增幅愈发加快，其中2005年的鉴定结果为0.97m3/min，2014年工作面为12.9 m3/min按此趋势发展下去，未来的矿井瓦斯涌出量将会突破40m3/min。根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》第 3.1.1条规定，凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽采系统，开展瓦斯抽采工作：
2、一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m 3/min 或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m 3/min ，且用通风方法解决瓦斯问题不合理的矿井。
3、矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件时： 1）大于或等于40 m 3/min ；
2）年产量（1.0～1.5）Mt 的矿井，大于30 m 3/min ； 3）年产量（0.6～1.0）Mt 的矿井，大于25m 3/min ； 4）年产量（0.4～0.6）Mt 的矿井，大于20m 3/min ； 5）年产量小于或等于0.4Mt 的矿井，大于15m 3/min 。
如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40m3/min ，无论井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，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。 （2）通风管理的局限性
当一个矿井或采区（工作面）的绝对瓦斯涌出量大于通风所允许稀释的瓦斯涌出量时，就需要考虑瓦斯抽放。在此状况下，抽放瓦斯的必要性指标为：
K
VSC
q q 6.0=
> （3-9） 式中 q ——回采工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min ；
q ——通风能力可以排除的绝对瓦斯涌出量，m3/min ；
V ——回采工作面允许的最大风速，m/s ，按《煤矿安全规程》规定最高风速
为4 m/s ，结合金川矿当前配风状况及煤层自燃的实际情况，取2.5 m/s ； S ——风流通过的最小巷道断面，9.1m2，据8203工作面作业规程，工作面
平均控顶距为4.9m ，采煤机采煤机采煤采高2.8m ，工作面平均断面积11.27m2。
C ——《煤矿安全规程》允许的工作面风流最大瓦斯浓度，取1.0%； K ——矿井或采区（工作面）瓦斯涌出不均衡系数，K=1.2～1.7，取1.5。
由以上公式（2-1）及数据资料计算得到的q =6.77m3/min ，该数值远远小于预测的西翼采区的瓦斯涌出量值。考虑矿井瓦斯涌出管理最困难时期的状况，如果井田西翼回采工作面（预测）最大瓦斯涌出量按15.76m3/min （Qd ）；考虑到永久抽放系统一旦建成将难以调整，为了使设计的瓦斯抽放量保有充分的余量，东采区回采工作面的需风量（Q 需）为：
西翼：Q 需= Q d 2k j /C=15.7631.63100=2521m 3/min
上式中，kj为工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.6；C意义同前。
目前金川矿回采工作面的设计配风量（据8203工作面作业规程）为1260 m3/min.由此说明，采用通风方法解决深部采场回采工作面瓦斯涌出基本上是不可行的，必须采取瓦斯抽放措施。在未来的生产进程中需要抽放的最大瓦斯量为：
99
.8
77
.6
76
.
15=
-
=
?
东
q m3/min （3-10）综上所述，不仅从安全生产的角度考虑，还是根据国家相关法规中要求的所有内容，金川矿建立矿井瓦斯抽放系统都势在必行。
3.4 抽放瓦斯的可行性分析
本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性。衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个：煤层透气性系数（λ），钻孔瓦斯流量衰减系数（α）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（Qj）。
《矿井瓦斯抽放管理规范》第19条规定，对未卸压的原始煤层，瓦斯抽放的难易程度划分为三类，见表2-3。根据实测的钻孔流量衰减系数和煤层透气系数（要重庆院测定），8-2-3煤层透气系数为？m2/MPa2.d，看看是不是低于较难抽放标准的下限0.1 m2/MPa2.d；同时，对应的钻孔衰减系数为114.31d-1，远远超出较难抽放的上限0.05d-1。煤层透气性系数很低，钻孔瓦斯流量衰减的很快，是不是属于难抽放煤层。
表3-7 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数
α（d-1）
百米钻孔瓦斯极限抽量
Q j (m3)
煤层透气系数
λ（m2/MPa22d）
容易抽放<0.003 >14400 >10
可以抽放0.003～0.05 14400～2880 10～0.1
较难抽放>0.05 <2880 <0.1
从高位抽排孔效果来看金川矿具备预抽本煤层瓦斯的可行性。虽然如此，鉴于以下两个方面原因，在金川矿设计建立瓦斯抽放系统仍然具有很大的可行性。
①煤层瓦斯资源量稳定、可靠。
由于7#、8#、9#煤层同属于一组煤，在井田的浅部层间距较小。到深部以后又合并成为一层煤，所以针对8-2-3+4煤层建立的瓦斯抽放系统实际上是为有效抽放以上三层煤中瓦斯服务的。所以应该以该三层煤的瓦斯储量作为矿井瓦斯储量来进行评价。
矿井（采区）瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量。开采8-2-3+4煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算的应该有7#和9#煤层和围岩（含煤线）的瓦斯储量，计算公式如下：