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瓦斯抽采设计规范及达标规定-2011


煤矿瓦斯抽采达标暂行规定
《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》于 2011 年 10 月 16 日由国家安全生 产监督管理总局、国家发展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿安全 监察局以安监总煤装〔2011〕163 号印发。该《办法》分总则、一般规 定、瓦斯抽采系统、抽采方法及工艺、抽采达标评判、抽采达标责任、 附则 7 章 39 条,自 2012 年 3 月 1 日起施行。 目录 基本信息 第一章 总 则 第二章 一般规定 第三章 瓦斯抽采系统 第四章 抽采方法及工艺 第五章 抽采达标评判 第六章 抽采达标责任 第七章 附 则 基本信息
国家安全生产监督管理总局 国家发展和改革委员会 国家能源局 国家煤矿安全监察局关于印发《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的通知

安监总煤装〔2011〕163 号 各产煤省、自治区、直辖市及新疆生产建设兵团煤炭行业管理、煤 矿安全监管部门,各省级煤矿安全监察机构,司法部直属煤矿管理 局,有关中央企业: 为进一步推进煤矿瓦斯先抽后采、综合治理,强化和规范煤矿瓦 斯抽采,实现煤矿瓦斯抽采达标,国家发展改革委、国家安全监管 总局、国家能源局、国家煤矿安监局组织制定了《煤矿瓦斯抽采达 标暂行规定》 ,现印发给你们,请遵照执行。 附件:煤矿瓦斯抽采达标暂行规定 国家安全生产监督管理总局 国家发展和改革委员会 国家能源局 国家煤矿安全监察局 二 Ο 一一年十月十六日

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煤矿瓦斯抽采达标暂行规定
第一章 第一条 总 则

为实现煤矿瓦斯抽采达标,根据《煤矿安全监察

条例》等法规、规程,制定本规定。 第二条 煤矿瓦斯抽采以及对煤矿瓦斯抽采达标工作的监

督检查适用本规定。 第三条 按照本规定应当进行瓦斯抽采的煤层必须先抽采

瓦斯;抽采效果达到标准要求后方可安排采掘作业。 第四条 煤矿瓦斯抽采应当坚持“应抽尽抽、多措并举、

抽掘采平衡”的原则。 瓦斯抽采系统应当确保工程超前、能力充足、设施完备、 计量准确;瓦斯抽采管理应当确保机构健全、制度完善、执行 到位、监督有效。 煤矿应当加强抽采瓦斯的利用, 有效控制向大气排放瓦斯。 第五条 应当抽采瓦斯的煤矿企业应当落实瓦斯抽采主体

责任,推进瓦斯抽采达标工作。 第六条 各级地方煤矿安全监管部门和各驻地煤矿安全监

察机构(以下统称煤矿安全监管监察部门)对辖区内煤矿瓦斯 抽采达标工作实施监管监察,对瓦斯抽采未达标的矿井根据本 规定要求实施处罚。

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第二章 第七条 现抽采达标:

一般规定

有下列情况之一的矿井必须进行瓦斯抽采,并实

(一)开采有煤与瓦斯突出危险煤层的; (二) 一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于 5m /min 或者一 个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于 3m /min 的; (三)矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于 40m /min 的; (四)矿井年产量为 1.0~1.5Mt,其绝对瓦斯涌出量大于 30m /min 的; (五)矿井年产量为 0.6~1.0Mt,其绝对瓦斯涌出量大于 25m /min 的; (六)矿井年产量为 0.4~0.6Mt,其绝对瓦斯涌出量大于 20m /min 的; (七)矿井年产量等于或小于 0.4Mt,其绝对瓦斯涌出量 大于 15m /min 的。 第八条 煤矿企业主要负责人为所在单位瓦斯抽采的第一
3 3 3 3 3 3 3

责任人,负责组织落实瓦斯抽采工作所需的人力、财力和物力, 制定瓦斯抽采达标工作各项制度,明确相关部门和人员的责、 权、利,确保各项措施落实到位和瓦斯抽采达标。 煤矿企业、矿井的总工程师或者技术负责人(以下统称技 术负责人)对瓦斯抽采工作负技术责任,负责组织编制、审批、 检查瓦斯抽采规划、计划、设计、安全技术措施和抽采达标评 判报告等;煤矿企业、矿井的分管负责人负责分管范围内瓦斯 抽采工作的组织和落实。
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煤矿企业、矿井的各职能部门负责人在其职责范围内对瓦 斯抽采达标工作负责。 第九条 煤矿企业应当建立瓦斯抽采达标评价工作体系,

制定矿井瓦斯抽采达标评判细则,建立瓦斯抽采管理和考核奖 惩制度、抽采工程检查验收制度、先抽后采例会制度、技术档 案管理制度等。 第十条 煤矿企业应当建立健全专业的瓦斯抽采机构。企

业(集团公司)应当设臵管理瓦斯抽采工作部门;矿井应当建 立负责瓦斯抽采的科、区(队),并配备足够数量的专业工程 技术人员。 瓦斯抽采技术和管理人员应当定期参加专业技术培训,瓦 斯抽采工应当参加专门培训并取得相关资质后上岗。 第十一条 矿井在编制生产发展规划和年度生产计划时,

必须同时组织编制相应的瓦斯抽采达标规划和年度实施计划, 确保“抽掘采平衡”。矿井生产规划和计划的编制应当以预期 的矿井瓦斯抽采达标煤量为限制条件。 抽采达标规划包括:抽采达标工程(表) 、抽采量(表) 、 抽采设备设施(表) 、资金计划(表) ,抽采达标范围可规划产 量(表) 、采面接替(表) 、巷道掘进(表)等。 年度实施计划包括:年度瓦斯抽采达标的煤层范围及相对 应的年度产量安排(表) 、采面接替(表) 、巷道掘进(表) ,年 度抽采工程(表) 、抽采设备设施(表) 、施工队伍、抽采时间、 抽采量(表) 、抽采指标、资金计划(表)以及其他保障措施。 矿井应当积极试验和考察不同抽采方式和参数条件下的煤
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层瓦斯抽采规律,根据抽采参数、抽采时间和抽采效果之间的 关系,确定矿井合理抽采方式下的抽采超前时间,并结合抽采 工程施工周期,安排抽采、掘进、回采三者之间的接替关系。 煤矿企业对矿井瓦斯抽采规划、计划、设计、工程施工、 设备设施以及抽采计量、效果等每年应当至少进行一次审查。 第十二条 经矿井瓦斯涌出量预测或者矿井瓦斯等级鉴

定、评估符合应当进行瓦斯抽采条件的新建、技改和资源整合 矿井,其矿井初步设计必须包括瓦斯抽采工程设计内容。 矿井瓦斯抽采工程设计应当与矿井开采设计同步进行;分 期建设、分期投产的矿井,其瓦斯抽采工程必须一次设计,并 满足分期建设过程中瓦斯抽采达标的要求。 第十三条 矿井确定开拓和开采布局时,应当充分考虑瓦

斯抽采达标需要的工程和时间。 煤层群开采的矿井,应当部署抽采采动卸压瓦斯的配套工 程。 开采保护层时,必须布臵对被保护层进行瓦斯抽采的配套 工程,确保抽采达标。 在煤层底(顶)板布臵专用抽采瓦斯巷道,采用穿层钻孔 抽采瓦斯时,其专用抽采瓦斯巷道应当满足下列要求: (一)巷道的位臵、数量应当满足可实现抽采达标的抽采 方法的要求; (二)巷道施工应当满足抽采达标所需的抽采时间要求; (三)敷设抽采管路、布臵钻场及钻孔的抽采巷道采用矿 井全风压通风时,巷道风速不得低于 0.5m/s。
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第三章 第十四条

瓦斯抽采系统

煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井必须建立地面

固定抽采瓦斯系统,其他应当抽采瓦斯的矿井可以建立井下临 时抽采瓦斯系统;同时具有煤层瓦斯预抽和采空区瓦斯抽采方 式的矿井,根据需要分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。 第十五条 泵站的装机能力和管网能力应当满足瓦斯抽采

达标的要求。备用泵能力不得小于运行泵中最大一台单泵的能 力;运行泵的装机能力不得小于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量 对应工况流量的 2 倍,即:
2? 100? 抽采达标时抽采量? 标准大气压力 。 抽采瓦斯浓度? ?当地大气压力? 泵运行负压?

预抽瓦斯钻孔的孔口负压不得低于 13kPa, 卸压瓦斯抽采钻 孔的孔口负压不得低于 5kPa。 第十六条 瓦斯抽采矿井应当配备瓦斯抽采监控系统,实

时监控管网瓦斯浓度、压力或压差、流量、温度参数及设备的 开停状态等。 抽采瓦斯计量仪器应当符合相关计量标准要求;计量测点 布臵应当满足瓦斯抽采达标评价的需要,在泵站、主管、干管、 支管及需要单独评价的区域分支、钻场等布臵测点。 第十七条 瓦斯抽采管网中应当安装足够数量的放水器,

确保及时排除管路中的积水,必要时应设臵除渣装臵,防止煤 泥堵塞管路断面。每个抽采钻孔的接抽管上应留设钻孔抽采负 压和瓦斯浓度(必要时还应观测一氧化碳浓度)的观测孔。

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煤矿应当加强瓦斯抽采现场管理,确保瓦斯抽采系统的正 常运转和瓦斯抽采钻孔的效用,钻孔抽采效果不好或者有发火 迹象的,应当及时处理。 第四章 第十八条 抽采方法及工艺

煤矿企业应当根据矿井井上(下)条件、煤层

赋存、地质构造、开拓开采部署、瓦斯来源和涌出特点等情况 选择先进、适用的瓦斯抽采方法和工艺,设计瓦斯抽采达标的 工艺方案,实现瓦斯抽采达标。 预抽煤层瓦斯的工艺方案应当在测定煤层瓦斯压力、瓦斯 含量等参数的基础上进行,抽采钻孔控制范围应当满足《煤矿 瓦斯抽采基本指标》和《防治煤与瓦斯突出规定》的要求。 卸压瓦斯抽采的工艺方案应当根据邻近煤层瓦斯含量、层 间距离与岩性、工作面瓦斯涌出来源分析等进行,采用多种方 式实施综合抽采。 抽采达标工艺方案设计应当包括为抽采达标服务的各项工 程(井巷工程、抽采钻场和钻孔工程、管网工程、监测计量工 程、放水除尘排渣等管路管理工程)的布局、工程量、施工设 备、主要器材、进度计划、资金计划、接续关系、有效服务时 间、组织管理、安全技术措施及预期抽瓦斯量和效果等。抽采 达标的工艺方案设计应当由煤矿技术负责人和主要负责人批 准。 采掘工作面进行瓦斯抽采前,必须进行施工设计。施工设 计包括抽采钻孔布臵图、钻孔参数表(钻孔直径、间距、开孔

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位臵、钻孔方位、倾角、深度等) 、施工要求、钻孔(钻场)工 程量、施工设备与进度计划、有效抽瓦斯时间、预期效果以及 组织管理、安全技术措施等。施工设计相关文件应当由煤矿技 术负责人批准。 第十九条 瓦斯抽采工程必须严格按设计施工,并应当进

行验收,瓦斯抽采工程竣工图及其他竣工验收资料(参数表等) 应当由相关责任人签字。 瓦斯抽采工程竣工资料(图)除应有与设计对应的内容外, 还应包括各工程开工时间、竣工时间以及工程施工过程中的异 常现象(如喷孔、顶钻、卡钻等)等内容。 第二十条 钻孔施工完毕后应当及时封孔、连接抽采,并

确保钻孔封孔严实和准确记录钻孔接抽时间。 第五章 第二十一条 抽采达标评判

抽采瓦斯矿井应当对瓦斯抽采的基础条件和

抽采效果进行评判。在基础条件满足瓦斯先抽后采要求的基础 上,再对抽采效果是否达标进行评判。 工作面采掘作业前,应当编制瓦斯抽采达标评判报告,并 由矿井技术负责人和主要负责人批准。 第二十二条 件不达标: (一)未按本规定要求建立瓦斯抽采系统,或者瓦斯抽采 系统没有正常、连续运行的; (二)无瓦斯抽采规划和年度计划,或者不能达到本规定 有下列情况之一的,应当判定为抽采基础条

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第十一条要求的; (三)无矿井瓦斯抽采达标工艺方案设计、无采掘工作面 瓦斯抽采施工设计,或者不能达到本规定第十八条要求的; (四)无采掘工作面瓦斯抽采工程竣工验收资料、竣工验 收资料不真实或者不符合本规定第十九条要求的; (五)没有建立矿井瓦斯抽采达标自评价体系和瓦斯抽采 管理制度的; (六)瓦斯抽采泵站能力和备用泵能力、抽采管网能力等 达不到本规定要求的; (七)瓦斯抽采系统的抽采计量测点不足、计量器具不符 合相关计量标准和规范要求或者计量器具使用超过检定有效 期,不能进行准确计量的; (八)缺乏符合标准要求的抽采效果评判用相关测试条件 的。 第二十三条 容和步骤: (一)抽采钻孔有效控制范围界定; (二)抽采钻孔布孔均匀程度评价; (三)抽采瓦斯效果评判指标测定; (四)抽采效果达标评判。 第二十四条 预抽煤层瓦斯的抽采钻孔施工完毕后,应当 预抽煤层瓦斯效果评判应当包括下列主要内

对预抽钻孔的有效控制范围进行界定,界定方法如下: (一)对顺层钻孔,钻孔有效控制范围按钻孔长度方向的 控制边缘线、最边缘 2 个钻孔及钻孔开孔位臵连线确定。钻孔
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长度方向的控制边缘线为钻孔有效孔深点连线,相邻有效钻孔 中较短孔的终孔点作为相邻钻孔有效孔深点。 (二)对穿层钻孔,钻孔有效控制范围取相邻有效边缘孔 的见煤点之间的连线所圈定的范围。 第二十五条 预抽煤层瓦斯的抽采钻孔施工完毕后,应当

对预抽钻孔在有效控制范围内均匀程度进行评价。预抽钻孔间 距不得大于设计间距。 第二十六条 将钻孔间距基本相同和预抽时间基本一致

(预抽时间差异系数小于 30%,计算方法参见附录 A1)的区域 划为一个评价单元。 对同一评价单元预抽瓦斯效果评价时,首先应根据抽采计 量等参数按附录 A2、 计算抽采后的残余瓦斯含量或残余瓦斯 A3 压力,按附录 A4 计算可解吸瓦斯量,当其满足本规定第二十七 条规定的预期达标指标要求后,再进行现场实测预抽瓦斯效果 指标。 按《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》 (GB/T23250,以下 简称《含量测定方法》 )现场测定煤层的残余瓦斯含量,按《煤 矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》 AQ/T1047, ( 以下简称 《压 力测定方法》 )现场测定煤层的残余瓦斯压力,依据现场测定的 煤层残余瓦斯含量, 按附录 A4 计算现场测定的煤层可解吸瓦斯 量。 突出煤层现场测定点应当符合下列要求: (一)用穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段或回采区域煤层瓦 斯时,沿采煤工作面推进方向每间隔 30~50m 至少布臵 1 组测
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定点。当预抽区段宽度(两侧回采巷道间距加回采巷道外侧控 制范围)或预抽回采区域采煤工作面长度未超过 120m 时,每组 测点沿工作面方向至少布臵 1 个测定点,否则至少布臵 2 个测 点; (二)用穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯时,在煤巷条带 每间隔 30~50m 至少布臵 1 个测定点; (三)用穿层钻孔预抽石门(含立、斜井等)揭煤区域煤 层瓦斯时,至少布臵 4 个测定点,分别位于要求预抽区域内的 上部、中部和两侧,并且至少有 1 个测定点位于要求预抽区域 内距边缘不大于 2m 的范围; (四)用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯时,在煤巷条带 每间隔 20~30m 至少布臵 1 个测定点,且每个评判区域不得少 于 3 个测定点; (五)各测定点应布臵在原始瓦斯含量较高、钻孔间距较 大、预抽时间较短的位臵,并尽可能远离预抽钻孔或与周围预 抽钻孔保持等距离,且避开采掘巷道的排放范围和工作面的预 抽超前距。在地质构造复杂区域适当增加测定点。测定点实际 位臵和实际测定参数应标注在瓦斯抽采钻孔竣工图上。 第二十七条 预抽煤层瓦斯,应当同时满足以下要求:

(一)钻孔有效控制范围应当满足《煤矿瓦斯抽采基本指 标》或《防治煤与瓦斯突出规定》的要求;布孔均匀程度满足 本规定第二十四条的要求; (二)预抽瓦斯效果应当满足如下标准: 1.对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面,评价范
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围内煤的可解吸瓦斯量满足表 1 规定的,判定采煤工作面评价 范围瓦斯抽采效果达标。 表 1 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标 3 工作面日产量(t) 可解吸瓦斯量 W j (m /t) ≤1000 ≤8 1001~2500 ≤7 2501~4000 ≤6 4001~6000 ≤5.5 6001~8000 ≤5 8001~10000 ≤4.5 >10000 ≤4 2.对于突出煤层,当评价范围内所有测点测定的煤层残余 瓦斯压力或残余瓦斯含量都小于预期的防突效果达标瓦斯压力 或瓦斯含量、且施工测定钻孔时没有喷孔、顶钻或其他动力现 象时,则评判为突出煤层评价范围预抽瓦斯防突效果达标;否 则,判定以超标点为圆心、半径 100m 范围未达标。预期的防突 效果达标瓦斯压力或瓦斯含量按煤层始突深度处的瓦斯压力或 瓦斯含量取值;没有考察出煤层始突深度处的煤层瓦斯压力或 含量时,分别按照 0.74MPa、8m /t 取值。 3.对于瓦斯涌出量主要来自于突出煤层的采煤工作面,只 有当瓦斯预抽防突效果和煤的可解吸瓦斯量指标都满足达标要 求时,方可判定该工作面瓦斯预抽效果达标。 第二十八条 对瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的
3

采煤工作面,计算的瓦斯抽采率(采煤工作面瓦斯抽采率按附 录 A5 计算)满足表 2 规定时,其瓦斯抽采效果判定为达标。

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表2

采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标
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工作面绝对瓦斯涌出量 Q(m /min) 工作面瓦斯抽采率(%) 5≤Q<10 10≤Q<20 20≤Q<40 40≤Q<70 70≤Q<100 100≤Q ≥20 ≥30 ≥40 ≥50 ≥60 ≥70

第二十九条 采掘工作面同时满足风速不超过 4m/s、 回风流 中瓦斯浓度低于 1%时,判定采掘工作面瓦斯抽采效果达标。 第三十条 矿井瓦斯抽采率(矿井瓦斯抽采率按附录 A6 计 算)满足表 3 规定时,判定矿井瓦斯抽采率达标。 表3 矿井瓦斯抽采率应达到的指标
3

矿井绝对瓦斯涌出量 Q(m /min) Q<20 20≤Q<40 40≤Q<80 80≤Q<160 160≤Q<300 300≤Q<500 500≤Q

矿井瓦斯抽采率(%) ≥25 ≥35 ≥40 ≥45 ≥50 ≥55 ≥60

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第六章 第三十一条

抽采达标责任

矿井应当建立瓦斯抽采达标技术档案,并每

季度将达标情况向煤矿安全监管监察部门报告。 第三十二条 核定矿井生产能力时应当把矿井瓦斯抽采达

标能力作为约束指标;矿井其他能力均大于瓦斯抽采达标能力 的,按瓦斯抽采达标能力确定矿井生产能力。 第三十三条 煤矿建设项目设计和竣工验收时,要同时审

查验收瓦斯抽采系统。首采区的首采煤层瓦斯抽采未达标的矿 井,不得通过竣工验收。 第三十四条 各级地方煤矿安全监管部门应定期或者不定

期地检查煤矿瓦斯抽采达标情况,每半年至少进行一次瓦斯抽 采达标专项检查。 各驻地煤矿安全监察机构应当每年至少进行一次煤矿瓦斯 抽采达标情况的专项监察。 第三十五条 煤矿瓦斯抽采情况报告和专项检查的主要内

容包括抽采系统建设、抽采制度建设、设备设施配备、机构队 伍建立、工程规划与计划编制、工程设计与施工、瓦斯抽采、 计量和指标测定、参数测定与抽采效果评判等情况和资料。 专项监察的重点包括“抽掘采平衡”能力、抽采系统能力、 工作面瓦斯抽采效果评判等。 第三十六条 瓦斯抽采不达标的煤矿, 不得组织采掘作业;

擅自组织生产作业的,煤矿安全监管监察部门应当责令其限期 整改,逾期未整改完成的,责令停产整顿。

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第三十七条

有下列情况之一的,煤矿安全监管监察部门

应当责令矿井所有井巷揭煤、煤巷(半煤岩巷)掘进和采煤工 作面停产: (一)未进行瓦斯抽采达标评判仍组织生产的; (二)在瓦斯抽采达标评判中弄虚作假,提供虚假评判报 告的。 第三十八条 矿井瓦斯抽采未达标,擅自组织生产造成事

故的,煤矿安全监管监察部门应当责令其停产整顿,并依法严 肃追究责任。 第七章 第三十九条 附 则

本规定自 2012 年 3 月 1 日起施行。

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附录 A1

瓦斯抽采指标计算方法

预抽时间差异系数计算方法: 预抽时间差异系数为预抽时间最长的钻孔抽采天数减去预

抽时间最短的钻孔抽采天数的差值与预抽时间最长的钻孔抽采 天数之比。预抽时间差异系数按式(1)计算:
??
Tmax ? Tmin ? 100% Tmax

(1)

式中:? —预抽时间差异系数,%;
Tmax —预抽时间最长的钻孔抽采天数,d;
Tmin —预抽时间最短的钻孔抽采天数,d。

A2

瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量计算 按公式(2)计算:
WCY ? W0 G ? Q G
3

(2)

式中: WCY —煤的残余瓦斯含量,m /t;
W0 —煤的原始瓦斯含量,m
3

/t;
3

Q —评价单元钻孔抽排瓦斯总量,m



G —评价单元参与计算煤炭储量,t。

评价单元参与计算煤炭储量 G 按公式(3)计算:
G ? ? L ? H1 ? H2 ? 2R??l ? h1 ? h2 ? R? m?

(3)

式中: L —评价单元煤层走向长度,m;
l —评价单元抽采钻孔控制范围内煤层平均倾向长

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度,m;
H1 、H 2 —分别为评价单元走向方向两端巷道瓦斯预排

等值宽度,m。如果无巷道则为 0;
h1 、 h2 —分别为评价单元倾向方向两侧巷道瓦斯预排

等值宽度,m。如果无巷道则为 0;
R —抽采钻孔的有效影响半径,m;

m —评价单元平均煤层厚度,m;
?

—评价单元煤的密度,t/m 。

3

H1 、 H 2 、 h1 、 h2 应根据矿井实测资料确定,如果无实

测数据,可参照附表 1 中的数据或计算式确定。 附表 1 巷道预排瓦斯等值宽度 巷道煤壁暴 露 时 间 (t/d) 25 50 100 160 200 250 ≥300 不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度(m) 无烟煤 6.5 7.4 9.0 10.5 11.0 12.0 13.0
0.55

瘦煤及焦煤 9.0 10.5 12.4 14.2 15.4 16.9 18.0

肥煤、气煤及长 焰煤 11.5 13.0 16.0 18.0 19.7 21.5 23.0

预排瓦斯等值宽度亦可采用下式进行计算: 低变质煤:0.808×t 高变质煤:(13.85×0.0183t)/(1+0.0183t)
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A3

抽采后煤的残余瓦斯压力计算方法: 煤的残余相对瓦斯压力(表压)按下式计算:
WCY ? ab ? P ? 0.1? 100 ? Ad ? Mad ? ? PCY ? 0.1? 1 CY ? ? ? 1 ? b( P ? 0.1) 100 1 ? 0.31Mad ? Pa CY
3

(4)

式中:WCY─残余瓦斯含量,m /t;
a, b ─吸附常数;

PCY Pa

─煤层残余相对瓦斯压力,MPa;

─标准大气压力,0.101325 MPa; ─煤的灰分,%; ─煤的水分,%; m;
3 3

Ad

M ad

? ─煤的孔隙率,m3/
?

─煤的容重(假密度),t/ m 。

A4

可解吸瓦斯量计算方法: 按公式(5)计算:
W j ? WCY ? WCC

(5)
3 3

式中: W j ─煤的可解吸瓦斯量,m /t;
WCY ─抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量,m

/t;

WCC ─煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量,按公

式(6)计算。
WCC ? 0.1ab 100 ? Ad ? Mad 1 π ? ? ? 1 ? 0.1b 100 1 ? 0.31Mad ?

(6)

A5

采煤工作面瓦斯抽采率计算方法: 按公式(7)计算:
18

?m ?

Qmc Qmc ? Qmf

(7)

式中:?m ─工作面瓦斯抽采率,%;
Qmc ─ 回采期间,当月工作面月平均瓦斯抽采量,

m /min。其测定和计算方法为:在工作面范围内包括地面钻井、 井下抽采(含移动抽采)各瓦斯抽采干管上安装瓦斯抽采检测、 监测装臵,每周至少测定3次,按月取各测定值的平均值之和为 当月工作面平均瓦斯抽采量(标准状态下纯瓦斯量);
Qmf
3

3

─当月工作面风排瓦斯量, m /min。其测定和计

算方法为:工作面所有回风流排出瓦斯量减去所有进风流带入 的瓦斯量,按天取平均值为当天回采工作面风排瓦斯量(标准 状态下纯瓦斯量),取当月中最大一天的风排瓦斯量为当月回 采工作面风排瓦斯量(标准状态下纯瓦斯量)。 A6 矿井瓦斯抽采率计算方法: 按公式(8)计算:
?k ?
Qkc Qkc ? Qkf

(8)

式中:? k ─矿井瓦斯抽采率,%;
Qkc ─当月矿井平均瓦斯抽采量,

m /min。其测定、计

3

算方法为:在井田范围内地面钻井抽采、井下抽采(含移动抽 采)各瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯抽采检测、监测装臵, 每天测定不少于12次,按月取各测定值的平均值之和为当月矿 井平均瓦斯抽采量(标准状态力下纯瓦斯量);

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Qkf

─当月矿井风排瓦斯量,m /min。其测定、计算方

3

法为:按天取各回风井回风瓦斯平均值之和为当天矿井风排瓦 斯量,取当月中最大一天的风排瓦斯量为当月矿井风排瓦斯量。

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UDC

中华人民共和国国家标准

GB

P

GB50471—2008

煤矿瓦斯抽采工程设计规范





发布





实施

1

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

联合发布

中华人民共和国国家标准

煤矿瓦斯抽采工程设计规范
GB 50471 — 2008

主 编 单 位 :中煤国际工程集团重庆设计研究院 参 编 单 位 :煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 煤炭科学研究总院重庆分院 煤炭科学研究总院抚顺分院 批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部

2

施行日期:2009 年 6 月 1 日

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本规范是根据建设部建标[2005]124 号文《关于印发“2005 工程建设标准规范 制订、修订计划(第二批) ”的通知》的要求,由中煤国际工程集团重庆设计研究院 会同有关单位共同编制完成的。 本规范在编制过程中,编制组进行了调查研究,广泛征求意见,参考国内外有 关资料,反复修改,最后经审查定稿。 本规范共分 8 章,主要内容包括:总则、术语、建立矿井瓦斯抽采系统的条件 及抽采系统选择、瓦斯抽采设计参数、瓦斯抽采方法、抽采管路系统选择、计算及 抽采设备选型、瓦斯抽采泵站、安全与监控等。 本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。 本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由中国煤炭建设 协会负责日常管理工作,由中煤国际工程集团重庆设计研究院负责具体技术内容的 解释。本规范在执行过程中,请各单位结合工程实践,认真总结经验,注意积累资 料,如发现需要修改或补充之处,请将意见及有关资料寄交中煤国际工程集团重庆 设计研究院《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》管理组(地址:重庆市渝中区长江二路 178 号,邮编:400016;传真:023-68811613) ,以供今后修订时参考。 本规范主编单位、参编单位和主要起草人: 主 编 单 位 :中煤国际工程集团重庆设计研究院 参 编 单 位 :煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 煤炭科学研究总院重庆分院 煤炭科学研究总院抚顺分院 主要起草人:卢溢洪 龙吾见 刘 林 卿恩东 李 平 杜子健 袁 亮 张 刚 王学太 肖代兵 李旭霞 何大忠

万祥富 罗海珠

胡仕俸 王魁军

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总则 术语 建立矿井瓦斯抽采系统的条件及抽采系统选择 3.1 3.2 建立矿井瓦斯抽采系统的条件 抽采系统选择

(1) (2) (5)

4 5

瓦斯抽采设计参数 瓦斯抽采方法 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 一般规定 瓦斯抽采方法选择 专用瓦斯抽采巷道 钻场及钻孔布置 封孔 地面钻孔

(7) (9)

6

抽采管路系统选择、 计算及抽采设备选型 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 抽采管路系统选择的原则 抽采管路管径、壁厚计算及管材选择 管路阻力计算 管路布置及敷设 抽采附属装置及设施 抽采设备选型

(14)

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瓦斯抽采泵站 7.1 7.2 7.3 地面固定瓦斯抽采泵站 井下固定瓦斯抽采泵站 井下移动瓦斯抽采泵站

(20)

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安全与监控 8.1 安全设施及措施

(23)

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8.2 附录 A

矿井瓦斯抽采监测监控系统 煤层瓦斯抽采难易程度分类 (25) (26) (27)

本规范用词说明 附: 条文说明

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1 总 则

1.0.1 为适应科学技术的发展,保证我国煤矿瓦斯抽采事业健康发展,提高瓦斯抽采 设计技术,制定本规范。 1.0.2 本规范适用于新建、改建、扩建及生产煤矿的瓦斯抽采工程设计。 1.0.3 凡国家政策、法规等规定要求进行瓦斯抽采的矿井均必须建立瓦斯抽采系统, 并应编制专项瓦斯抽采工程设计。 1.0.4 对于新建矿井,瓦斯抽采设计应依据批准的地质勘探报告并参考邻近生产矿井 实际的瓦斯、地质资料进行;对于改建、扩建和生产矿井,应以实测的瓦斯基础参数 作为设计依据。 1.0.5 设计的瓦斯抽采规模应保证矿井安全生产,并应使抽采量保持相对稳定。 1.0.6 煤(岩)层瓦斯抽采应当按“应抽尽采、先抽后采、煤气共采”原则进行,抽 采系统设计应采用“泵站用备结合,高低负压管路相区别”的原则进行,并应因地制 宜地采用新技术、新工艺、新设备、新材料。 1.0.7 瓦斯抽采工程的建设应与矿井建设实现设计、施工、投入生产和使用三同时, 并应保证有足够的预抽时间。 1.0.8 在进行煤矿瓦斯抽采设计时,除应对瓦斯抽采的必要性和可行性进行论证外, 还应论证瓦斯利用的可行性,在年抽采量大于 1Mm3 时应提出加以利用的方案。 1.0.9 煤矿瓦斯抽采工程设计除应执行本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

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2 术语

2.0.1 地面固定瓦斯抽采系统 gas drainage system with ground-fixed pump station 采用地面固定抽采泵站的瓦斯抽采系统。 2.0.2 station 采用井下固定抽采泵站的瓦斯抽采系统。 2.0.3 井下移动瓦斯抽采系统 gas drainage system with underground movable pump station 采用井下可移动式抽采泵站的瓦斯抽采系统。 2.0.4 卸压瓦斯抽采 gas drainage with pressure relief 抽采受采动影响和经人为松动卸压煤(岩)层的瓦斯。 2.0.5 开采层瓦斯抽采 gas drainage from extracting seam 抽采开采煤层的瓦斯。 2.0.6 围岩瓦斯抽采 gas drainage from surrounding rock 抽采开采层围岩内的瓦斯。 2.0.7 地面钻孔瓦斯抽采 gas drainage on ground 在地面向井下煤(岩)层打钻孔抽采瓦斯。 2.0.8 综合瓦斯抽采 combined gas drainage 在一个抽采瓦斯工作面同时采用 2 种及以上方法进行抽采瓦斯。 2.0.9 强化抽采 forced gas drainage 针对一些透气性低、采用常规的预抽方式难以奏效的煤层而采取的特殊抽采方式。 2.0.10 矿井瓦斯储量 gas drainage volume 指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。 2.0.11 瓦斯抽采量 gas drainage volume 指矿井抽出瓦斯气体中的纯瓦斯量。 井下固定瓦斯抽采系统 gas drainage system with underground-fixed pump

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2.0.12 可抽瓦斯量 drainable gas quantity 指瓦斯储量中在当前技术水平下能被抽出来的最大瓦斯量。 2.0.13 煤层透气性系数 gas permeability coefficient of coal seam 表征煤层对瓦斯流动的阻力、反映瓦斯沿煤层流动难易程度的系数。 2.0.14 钻孔瓦斯流量衰减系数 damping factor of gas flow-rate per hole 表示钻孔瓦斯流量随时间延长呈衰减变化的系数。 2.0.15 煤层预抽 gas drainage from virgin coal seam 在煤层未受到采动以前进行的瓦斯抽采 2.0.16 邻近层卸压抽采 gas drainage from released near coal seam 回采工作面采动后因采空区跨落而造成邻近煤(岩)层瓦斯卸压解析,对该类瓦 斯进行抽采的方法。 2.0.17 边采边抽 gas drainage while extraction 抽采采煤工作面前方卸压煤(岩)体的瓦斯或厚煤层开采时抽采未采分层卸压煤 体的瓦斯。 2.0.18 边掘边抽 gas drainage with drivage 掘进巷道的同时,抽采巷道周围卸压煤体内的瓦斯。 2.0.19 穿层钻孔 crossing hole 在岩石巷道或煤层巷道内向相邻煤层施工的钻孔。 2.0.20 顺层钻孔 hole drilled along seam 在煤层巷道内,沿煤层布置的钻孔。 2.0.21 斜交钻孔 inclined cross hole 与采煤工作面开切眼方位呈一定夹角布置的顺层钻孔。 2.0.22 平行钻孔 paralel hole 与采煤工作面开切眼方向平行布置的顺层钻孔。 2.0.23 交叉钻孔 cross holes 平行钻孔与斜交钻孔交替布置的钻孔。 2.0.24 高位钻孔 highly-located hole 指在风巷向开采煤层顶板施工的抽采钻孔(进入裂隙带) 。

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2.0.25 高抽巷 highly-located drainage roadway 在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内掘进的专用抽采瓦斯巷道。 2.0.26 水力压裂 hydraulic crackin 在钻孔内以高压水作为动力,在无自由面的情况下使煤体裂隙畅通的一种措施。 2.0.27 水力割缝 hydraulic cutting 在钻孔内运用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割,形成一定深度的扁平缝槽 的一种措施。 2.0.28 深孔预裂爆破 deep-hole pre-splitting blasting 在工作面采掘前施工一定深度的钻孔,并在钻孔内装填炸药,利用炸药爆破作为 动力,使煤体裂隙增大,提高煤层透气性的一种措施。 2.0.29 高负压抽采系统 high negative-pressure drainage system 抽采瓦斯钻孔或高抽巷口处抽采负压大于等于 10kPa 的抽采系统。 2.0.30 低负压抽采系统 low negative-pressure grainaige system 抽采瓦斯钻孔或高抽巷口处抽采负压小于 10kPa 的抽采系统。

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3 建立矿井瓦斯抽采系统的条件及抽采系统选择

3.1 建立矿井瓦斯抽采系统的条件 3.1.1 凡符合下列情况之一时,必须建立瓦斯抽采系统: 1 高瓦斯矿井; 2 一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m3/min 或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于 3m3/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 40m3/min; 2)年产量 1.0~1.5Mt 的矿井,大于 30m3/min; 3)年产量 0.6~1.0 Mt 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 0.4 Mt 的矿井,大于 15m3/min; 4 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井。 3.1.2 分期建设、分期投产的矿井,瓦斯抽采工程可一次设计、分期建设、分期投入 使用。 3.2 抽采系统选择 3.2.1 凡符合下列情况之一时,应建立地面固定瓦斯抽采系统: 1 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井; 2 瓦斯抽采系统设计抽采量大于或等于 2m3/min 的矿井。 3.2.2 地面固定瓦斯抽采系统宜根据下列具体情况分别布置高负压或低负压瓦斯抽采 系统: 1 采用采空区抽采等抽采方法的矿井宜采用低负压抽采系统。 2 采用本煤层预抽、边采边抽、边掘边抽、邻近层卸压抽采等抽采方法的矿井,

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宜采用高负压抽采系统。 3 本条 1、 款的抽采方法均采用的矿井, 2 且矿井设计抽采量大于或等于 10m3/min 时,宜采用两套管路分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。 3.2.3 当地面抽采泵产生的负压不能满足要求时,可在井下安设瓦斯抽采系统与地面 瓦斯抽采系统串联工作,同时应对瓦斯抽采系统网络进行分析计算,并应做好井上、 井下瓦斯抽采系统的匹配选择。

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4 瓦斯抽采设计参数

4.0.1 矿井瓦斯储量可按下列公式计算: W=W1+W2+W3 W1= ? A1i X1i
i ?1 n

(4.0.1-1) (4.0.1-2)

W2= ? A2i X 2i
i ?1

n

(4.0.1-3) (4.0.1-4)

W3=K W1+W2) ( 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。 4.0.2 可抽瓦斯量可按下列公式计算: Wc=W· K K=K1·K2·K3 K1=K(My?Mc) My / 4 式中 Wc——可抽瓦斯量(Mm3) ; K——可抽系数; K1——瓦斯涌出程度系数; (4.0.2-1) (4.0.2-2) (4.0.2-3)

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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; My——煤层原始瓦斯含量(m3/t) ; Mc——运到地面煤的残余瓦斯含量(m3/t) 。 4.0.3 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》AQ 1026 的有关规定,同时应满足采、掘工作 面的通风要求。 4.0.4 设计瓦斯抽采规模可根据目前的抽采技术水平预计的瓦斯抽采量和按矿井通风 能力计算需要抽采的最低瓦斯量综合分析确定。 4.0.5 矿井瓦斯抽采量预计可根据预测的矿井瓦斯涌出量和确定的矿井瓦斯抽采率计 算,也可根据选用的瓦斯抽采方法分别计算抽采量。 4.0.6 矿井设计瓦斯年抽采量可按下式计算: QN=1440×365×Q/1000000 式中 QN——矿井设计瓦斯年抽采量(Mm3) ; Q——矿井设计瓦斯抽采规模(m3/min) 。 (4.0.6)

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5 瓦斯抽采方法

5.1 一般规定 5.1.1 瓦斯抽采方法,应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、时间配合、瓦斯 基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定,并应符合下列要求: 1 宜利用开采巷道抽采瓦斯,必要时可设布置钻场、钻孔的专用瓦斯抽采巷道。 2 应能适应煤层的赋存条件及开采技术条件。 3 应有利于提高瓦斯抽采率。 4 抽采效果应好,抽采的浓度宜满足利用要求。 5 宜采用综合瓦斯抽采方法。 6 瓦斯抽采工程系统宜简单,并宜有利于维护和安全生产,投资宜省,抽采成本 宜低。 5.2 瓦斯抽采方法选择 5.2.1 开采层瓦斯抽采方法选择应符合下列规定: 1 容易抽采及可以抽采的煤层,宜采用本层预先抽采的抽采方法,可采用沿层或 穿层布孔方式。 2 可以抽采及较难抽采的煤层,宜采用边采边抽的抽采方法。煤层抽采难易程度 可按本规范附录 A 划分。 3 单一较难抽采的煤层,可选用密集顺层钻孔、密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、 水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法强化抽采。 4 对煤与瓦斯突出危险严重的煤层,宜选择穿层网格布孔方式。 5 煤巷掘进时瓦斯涌出量较大的煤层,可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。 5.2.2 邻近层瓦斯抽采方法选择应符合下列规定: 1 可采用从开采层回风巷或专用排放瓦斯巷向邻近层打穿层钻孔进行抽采。

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2 当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时,可采用顶(底)板抽采巷道进行抽采,也 可在工作面回风侧沿开采层顶板布置水平长钻孔或高位钻孔抽采上邻近层瓦斯。 5.2.3 采空区瓦斯抽采方法选择应符合下列规定: 1 老采空区应采用全封闭式抽采方法。 2 现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况,采用顶(底)板钻孔法、有煤 柱及无煤柱钻孔法、插(埋)管法等抽采方法,并应采取提高抽采瓦斯浓度的措施。 5.2.4 在开采的厚煤层、煤层群瓦斯涌出量较大时,可选用“高抽巷”的抽采方法, 也可选择直径为 300~500mm 的顶板水平长钻孔进行抽采,不易自燃煤层也可选择尾 抽巷进行抽采。 5.2.5 当围岩瓦斯涌出量大,以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯并喷出时,应采取抽 采围岩瓦斯的措施。 5.2.6 煤层埋藏较浅、瓦斯含量较高、地面施工钻孔条件较好的厚煤层或煤层群,可 采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、邻近层卸压瓦斯或采空区瓦斯的抽采方法。 5.2.7 对瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层透气性差、煤层赋存条件复杂的矿井, 应采用多种抽采方法相结合的综合瓦斯抽采。 5.2.8 有煤与瓦斯突出危险的矿井开采保护层时,应同时抽采被保护层的瓦斯。 5.3 专用瓦斯抽采巷道 5.3.1 开采煤层群时的邻近层卸压瓦斯抽采,可设置专用瓦斯抽采巷道布置钻场和钻 孔。 5.3.2 专用瓦斯抽采巷道的位置、数量应能满足选用的抽采方法的要求,并应保证抽 采效果。 5.3.3 专用瓦斯抽采巷道应保证有足够的抽采时间和较大的抽采范围。 5.3.4 有人员进入进行工作活动的专用瓦斯抽采巷道的风速不得低于 0.5m/s。 5.4 钻场及钻孔布置 5.4.1 钻场布置应符合下列规定:

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1 不应受采动影响,并应避开地质构造带,同时应便于维护、利于封孔、保证抽 采效果。 2 宜利用现有的开拓、准备和回采巷道。 3 顶板钻孔或顶板“高抽巷”应布置在顶板上覆岩层裂隙带内;走向高抽巷宜布 置在工作面偏回风顺槽 1/3 工作面长度以内的卸压带内。 5.4.2 钻孔布置及进尺应符合下列规定: 1 钻孔开孔部分应圆且光滑。钻孔施工中不得出现三角孔、偏孔、台阶等变形孔。 2 抽采开采层未卸压瓦斯时,钻孔间距应按钻孔抽采半径确定,宜增大钻孔的见 煤长度。 3 高位钻孔抽采时,应将钻孔打到采煤工作面顶板冒落后形成的裂隙带内,并应 避开冒落带。 4 强化抽采布孔方式应能取得较好的抽采效果,并宜方便施工。 5 边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎(交叉钻孔除外) ,并应避免采动首 先破坏孔口或钻场。 6 抽采采空区瓦斯的钻孔或插管应布置在采空区回风侧。 7 钻场内的钻孔个数应由试验得出,一般顺层钻孔宜采用 3~5 个孔;穿层钻孔宜 采用 6~9 个孔。 8 穿层钻孔的终孔位置,应位于穿透煤层顶(底)板 0.5m 处。 9 吨煤钻孔工程量应根据抽采方式、钻孔抽采半径、预抽期、煤层厚度等综合确 定。顺层钻孔预抽时,吨煤钻孔工程量可取 0.04~0.1m/t。 10 钻孔直径宜采用 42、50、64、73、89、110、130mm 等规格。 5.5 封孔 5.5.1 封孔方法的选择应根据抽采方法及孔口所处煤(岩)层位、岩性、构造等因素 综合确定。 5.5.2 封孔材料的选择应符合下列规定: 1 穿层钻孔宜采用封孔器封孔。封孔器械应满足密封性能好、操作简单、封孔速

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度快的要求。 2 顺层钻孔宜采用充填材料封孔。封孔材料可选用膨胀水泥、聚氨酯等新型材料。 在钻孔所处围岩条件较好的情况下,亦可选用水泥砂浆或其它封孔材料。 3 不宜采用黄泥封孔。 5.5.3 封孔长度应符合下列规定: 1 孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压较低时,封孔长度不应低于 3m。 2 孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压较高时,封孔长度不应低于 5m。 3 在煤壁开孔的钻孔,封孔长度不应低于 7m。 5.5.4 采空区抽采时插管周围应封闭严密,宜减少外部空气漏入,有条件时可设置均 压密闭。 5.5.5 当采用地面钻孔抽采瓦斯时,抽采结束后应全孔封实。 5.6 地面钻孔 5.6.1 地面钻孔抽采方法选择应符合下列规定: 1 容易抽采的煤层,宜采用竖直钻孔或 L 型钻孔预先抽采瓦斯。 2 可以抽采及较难抽采的煤层, 宜采用竖直钻孔或 L 型钻孔抽采邻近层卸压瓦斯或 采空区瓦斯。 3 地面钻孔预抽瓦斯可选用压裂方法强化抽采。 5.6.2 钻孔布置应符合下列规定: 1 地面钻孔的布置应便于地面设施维护,并应利于封孔,同时应保证抽采效果。 2 卸压抽采时,沿开采层工作面走向地面钻孔间距宜采用 300~350m;沿倾斜方 向应位于开采层工作面中部;两相邻孔抽采瓦斯半径上、下交汇点,应超过开采层工 作面上、下顺槽 5m。 5.6.3 卸压抽采地面钻孔结构可分为护孔管、生产管、筛管和标志孔,并应符合下列 规定: 1 护孔管应符合下列规定: 1)表土层厚小于或等于 200m 时,可采用φ 216 钻孔、D245×10mm 无缝钢管,

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外围水泥浆固孔,护孔管上端与地表平齐,下端超深表土进入基岩 35m。 2)表土层厚大于 200m 时,可采用φ 216 钻孔、D244.5×11mm(带管箍)石油 管,外围水泥浆固孔,护孔管上端与地表平齐,下端进入基岩 35m。 2 生产管宜由地面进入抽采煤层或煤层群顶层煤顶板 3~5m,管径可采用 D180× 10mm 石油管,管外围宜用水泥浆固孔,上端应超高护孔管 3m。 3 筛管应全段管钻小孔。 上端应套入生产管内, 套入长度应为开采煤层厚度加 2m, 下端应至开采煤层顶板 4~5m,管外可不注水泥浆。 4 标志孔可采用ф 91mm 的裸孔,长度应由筛管下口至开采煤层底板。 5.6.4 地面钻孔的各钻孔口应安装压力表、流量计、瓦斯浓度测孔、闸阀(低压) 、放 空管、干式灭火器、避雷针、防爆器等装置,在孔口还应增加一段波纹金属软管。 5.6.5 地面钻孔至瓦斯抽采泵之间输气管路,应根据钻孔单井和同时抽采井的最大混 合量计算支管和干管管径、验算管路阻力、选择瓦斯抽采泵。

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6 抽采管路系统选择、计算及抽采设备选型

6.1 抽采管路系统选择的原则 6.1.1 抽采管路系统应根据矿井开拓部署、井下巷道布置、抽采地点分布、瓦斯利用 要求,以及矿井的发展规划等因素确定,并宜避免或减少主干管路系统的改动。 6.1.2 管路的敷设宜减少曲线,并宜使管路的长度较短。 6.1.3 管路宜敷设在矿车不经常通过的巷道中。若必须敷设在运输巷道内时,应采取 必要的安全措施。 6.1.4 当抽采设备或管路发生故障时,应使管路内溢出的瓦斯不流入采、掘工作面及 机电硐室内。 6.1.5 抽采管路系统宜符合管道运输、安装和维护方便的要求。 6.2 抽采管路管径、壁厚计算及管材选择 6.2.1 抽采管路管径可根据主管、干管、分管、支管中不同的瓦斯流量,按下式分别 计算:
Q d ? 0.1457 ) 2 ( V
1

(6.2.1)

式中 d——管路内径(m) ; Q——管路内混合瓦斯流量(m3/min) ;各类管路的流量应按照其使用年限或服 务区域内的最大值确定,并应有 1.2~1.8 的富余系数; V——经济流速(m/s) ,可取 5~12m/s。 6.2.2 管壁厚度计算应符合下列规定: 1 当采用负压抽采时,可不计算管材壁厚。 2 当采用正压输送时,管材壁厚应符合下列规定: 1) 采用聚乙烯类管材时,壁厚应按公称压力选择。

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2) 采用金属管材时,壁厚可按下式计算:

??
式中 δ——管路壁厚(mm) ;

P?d 2[? ]

(6.2.2)

P——管路最大工作压力(MPa) ; d——管路内径(mm) ; [σ]——容许压力(MPa) ,可取屈服极限强度的 60%;缺少此值时,铸铁管可取 20MPa,焊接钢管可取 60MPa,无缝钢管可取 80MPa。 6.2.3 抽采管路管材应符合抗静电、耐腐蚀、阻燃、抗冲击、安装维护方便等要求。 6.3 管路阻力计算 6.3.1 管路阻力应由摩擦阻力和局部阻力组成。 6.3.2 管路摩擦阻力应根据每段管路管径、流量的不同分段计算,各段摩擦阻力可按 下列公式计算: H=69×105( +192.2 T=273+t T0=273+20 式中 H——阻力损失(Pa) ; L——管路长度(m) ; Q0——标准状态下的混合瓦斯流量(m3/h) ; d——管路内径(mm) ; v0——标准状态下的混合瓦斯运动粘度(m2/s) ; ρ——管道内混合瓦斯密度(kg/m3) ; Δ ——管路内壁的当量绝对粗糙度(mm) ; P0——标准大气压力(101325 Pa) ; P——管道内气体的绝对压力(Pa) ;
? d

? 0d
Q0

)0.25

L?Q02 P0T d 5 PT0

(6.3.2-1) (6.3.2-2) (6.3.2-3)

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T——管路中的气体温度为 t 时的绝对温度(K) ; T0——标准状态下的绝对温度(K) 。 6.3.3 管路局部阻力可按管路摩擦阻力的 10%~20%计算。 6.4 管路布置及敷设 6.4.1 抽采管路应具有良好的气密性、足够的机械强度,并应采取防冻、防腐蚀、防 漏气、防砸坏、防静电和雷电等措施。 6.4.2 选用金属管材时,在安装前应涂抹防腐蚀剂。防腐蚀材料可采用经过热处理的 沥青、油漆和红丹等。 6.4.3 在沿巷道底板敷设管路时,应采用高度 0.3m 以上的支撑墩,并应保证每节管子 下面有两个支撑墩。 6.4.4 在敷设倾斜管路时,应采用管卡将管子固定在巷道支架上。在巷道倾角小于或 等于 30°时, 管卡间距宜采用 15~20m; 在巷道倾角大于 30°时, 管卡间距宜采用 10~ 15m。当沿立井敷设管路时,应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。 6.4.5 管路宜平直敷设,并宜减少弯头等附属管件,同时宜避免急转弯;管路应保持 一定的坡度,其坡度应根据巷道的坡度确定,不宜小于 1?。 6.4.6 当管路敷设在运输巷道内时,应将管路牢固地悬挂或架在专用支架上,在人行 道侧管路架设高度不应小于 1.8m,管件的外缘距巷道壁不宜小于 0.1m。 6.4.7 敷设的管路应能排除管路中的积水。 6.4.8 井下敷设管路,宜采用法兰盘或快速接头连接。法兰盘中间应夹有橡胶垫,且 垫的厚度不宜小于 5mm。 6.4.9 新敷设的管路应按规定进行漏气检验。 6.4.10 当采用专用管道井敷设管路时,专用管道井的直径应大于管道外形尺寸

200mm。 6.4.11 管路不得与动力电缆敷设在巷道的同一侧。 6.4.12 地面管路布置及敷设应符合下列规定: 1 宜避免布置在车辆通行频繁的主干道旁。

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2 不得将管路和其它管线敷设在同一条地沟内。 3 主、干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合。 4 管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距,应符合现行国家标准《工业企业 总平面设计规范》GB 50187 的有关规定。 5 管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物,一般情况下也不得穿过其它管 网,当必须穿过其它管网时,应按有关规定采取措施。 6.5 抽采附属装置及设施 6.5.1 主管、干管、钻场及其它必要地点应装设瓦斯量测定装置。 6.5.2 钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处应设置放水器,管路宜每隔 200~300m 设 置一个放水器,最大不应超过 500m。 6.5.3 在管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。 6.5.4 管路分岔处应设置控制阀门,阀门规格应与安装地点的管径相匹配。 6.5.5 地面主管上的阀门应设置在观察井内,观察井应位于地表以下,并应采用不燃 性材料砌成,且不应透水。 6.5.6 干式瓦斯抽采泵吸气侧管路中,应装设具有防回火、防回气和防爆炸作用的安 全装置。 6.6 抽采设备选型 6.6.1 抽采设备选型应符合下列规定: 1 瓦斯抽采泵应选用湿式。 2 抽采设备应配备防爆电气设备及防爆电动机。 3 备用的抽采泵及附属设备应与抽采设备具有同等能力。 6.6.2 标准状态下抽采系统压力可按下列公式计算: H=(Hr+Hc) K · Hr=hrm+hrj+hk Hc=hcm+hcj+hz (6.6.2-1) (6.6.2-2) (6.6.2-3)

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式中 H——抽采系统压力(Pa) ; Hr——抽采设备入口侧(负压段)10~15a 内管路最大阻力损失(Pa) ; Hc——抽采设备出口侧(正压段)管路阻力损失(Pa) ; K——抽采系统压力富余系数,可取 1.2~1.8; hrm——入口侧(负压段)管路最大摩擦阻力(Pa) ; hrj——入口侧(负压段)管路局部阻力(Pa) ; hk——井下抽采钻孔的设计孔口负压(Pa) ; hcm——出口侧(正压段)管路最大摩擦阻力(Pa) ; hcj——出口侧(正压段)管路局部阻力(Pa) ; hz——出口侧(正压段)的出口正压(Pa) ;出口进入瓦斯储气罐,可取 3500~ 5000Pa。 6.6.3 抽采泵工况压力可按下式计算: Pg=Pd—H 式中 Pg——抽采泵工况压力(Pa) ; Pd——抽采泵站的大气压力(Pa) 。 6.6.4 标准状态下抽采泵流量可按下式计算: Qb?
Q K X?

(6.6.3)

(6.6.4)

式中 Qb——标准状态下抽采泵的计算流量(m3/min) ; Q——10~15a 内最大的设计瓦斯抽采量(m3/min) ; X——抽采泵入口处预计的瓦斯浓度(%) ; η ——泵的机械效率(%) ,可取 80%; K——抽采能力富余系数,可取 1.2~1.8。 6.6.5 抽采泵工况流量可按下列公式计算: Qg= Qb

P0T PT0

(6.6.5-1) (6.6.5-2) (6.6.5-3)

P =Pd—Hr T=273+t

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式中 Qg——工况状态下的抽采泵流量(m3/min) ; Qb——标准状态下抽采泵的计算流量(m3/min) ; P——抽采泵入口绝对压力(Pa) ; T——抽采泵入口瓦斯的绝对温度(K) ; t——抽采泵入口瓦斯的温度(℃) 。

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7 瓦斯抽采泵站

7.1 地面固定瓦斯抽采泵站 7.1.1 地面固定瓦斯抽采泵站的设置,应符合下列规定: 1 泵站应设置在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带,并应避开滑坡、溶洞、 断层、破碎带、塌陷区及高压线等。 2 泵站宜设置在回风井工业场地内,抽采泵站距井口和主要建筑物及居住区不得 小于 50m。 3 泵站宜设置在靠近公路和有水源的地点。 4 泵站宜留有扩建的余地。 7.1.2 泵站建筑应符合下列规定: 1 泵站建筑用地应符合国家现行《煤炭工业工程项目建设用地指标》的有关规定。 2 泵站建筑必须采用不燃性材料,耐火等级应为一级或二级。 3 泵站周围必须设置栅栏或围墙。 7.1.3 泵站应设置防雷电、防火灾、防洪涝、防冻等附+属设施。 7.1.4 泵站的供电、电气和通讯应符合下列规定: 1 抽采泵站应由两个电源供电,并应有双回供电线路。 2 泵房内电气设备、照明、其它电气和检测仪表均应采用矿用防爆型。 3 泵房与不防爆设备和设施之间应采取隔离措施。 4 泵站应设置直通矿井调度室和矿井变配电所的电话。 7.1.5 泵站给排水及采暖与通风应符合下列规定: 1 泵站应有供水系统,泵房设备冷却水宜采用开路循环,站内应设置消防水池, 且应与循环水池分建。 2 对硬度较大的冷却水应进行软化处理。 3 污水应设置地沟排放。 4 泵站采暖与通风应符合现行国家标准《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215 的有

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关规定。 7.1.6 泵站消防及环保应符合下列规定: 1 泵站应有消防设施和器材, 并应符合现行国家标准 《建筑设计防火规范》 GB50016 的有关规定。 2 地面泵房和泵房周围 20m 范围内,严禁堆积易燃物和有明火。 3 废水、噪声和对空排放瓦斯不得超过工业卫生规定指标,超过时,应采取治理 措施。 4 泵站场地应绿化。 7.2 井下固定瓦斯抽采泵站 7.2.1 井下固定瓦斯抽采泵站的位置应选择在稳定、坚硬的岩层中,并宜避开较大的 断层、含水层、松软岩层、煤与瓦斯突出煤层,不应受采动影响,并应采用不燃性材 料支护。 7.2.2 泵站与主要巷道及硐室的安全距离应满足下列要求: 1 泵站与井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室,以及影响全矿井或多个采 区通风的风门的法线距离不应低于 60m。 2 泵站与行人巷道的法线距离不应低于 35m。 3 泵站与地面或上下巷道的法线距离不应低于 30m。 7.2.3 泵站硐室应符合下列规定: 1 必须采用独立通风。 2 必须有两个供人员撤离的安全出口。 3 出口应设置向外开启的防火、防爆门。 4 泵站内除应设置消防管路系统,还应配备消防器材。 5 应设置完备的照明设施。 7.2.4 硐室的规格尺寸,应符合泵站设备的运输、安装、工艺系统布置及检修的要求。 7.2.5 泵站的输出管路宜通过矿井回风系统与地面泵房管路系统或放空管路相连接。 7.2.6 当抽采出的瓦斯采用地面直接排空方式时,放空地点应根据矿井抽采系统的具

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体情况,结合地面的建筑设施确定。放空地点距井口和主要建筑物的距离不应小于 50m,放空地点附近 20m 以内严禁堆积易燃物和有明火。在排空管附近应安设避雷装 置和防爆炸、防回火等安全装置。 7.3 井下移动瓦斯抽采泵站 7.3.1 井下移动瓦斯抽采泵站应安设在抽采瓦斯地点附近的全风压通风新鲜风流中, 安设位置应满足泵站运输、安装及检修的要求。 7.3.2 移动泵站抽出的瓦斯如果不并入矿井固定抽采系统的管道内时,在抽采管路出 口应设置栅栏和悬挂警戒牌。栅栏设置的位置,上风侧应为管路出口外推 5m,上、下 风侧栅栏间距不得小于 35m。栅栏内严禁人员通行及作业。 7.3.3 移动泵站抽出的瓦斯如果排放到地面时,应符合本规范第 7.2.6 条的规定。 7.3.4 移动泵站抽采的瓦斯在井下应引排到总回风巷、一翼回风巷或分区回风巷,并 应保证稀释后风流中的瓦斯浓度符合现行《煤矿安全规程》的有关规定。

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8 安全与监控

8.1 安全设施及措施 8.1.1 抽采容易自燃或自燃煤层采空区的瓦斯,应采取检测一氧化碳浓度和气体温度 变化的措施。 8.1.2 瓦斯抽采泵站应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057 的有关规 定,并应设置防雷电设施,通往井下的抽采管路应采取防雷电和隔离措施。 8.1.4 利用瓦斯时,抽采泵出气侧管路系统必须装设防回火、防回气、防爆炸的安全 装置。 8.1.5 泵站放空管的高度应超过泵房房顶 3m。 8.1.6 抽采管路应采取防腐蚀、防漏气、防砸坏、防带电等措施。 8.1.7 瓦斯管线与地面或地下建(构)筑物或其他管线的安全距离应大于表 8.1.7 的规 定。 表 8.1.7 瓦斯管线与相关设施的安全距离 名 称 距离(m) 厂房 (地基) 5 动力电缆 1 水管、水沟 1.5 热水管 2 铁路 4 电线杆 2

8.2 矿井瓦斯抽采监测监控系统 8.2.1 矿井井上、下抽采瓦斯管路系统应装设监测设备,监测内容应包括抽采管道中 的瓦斯浓度、流量、负压、温度。当出现瓦斯浓度过低、负压波动较大时,监测设备 应能报警。对有自燃发火煤层瓦斯抽采管路和采空区瓦斯抽采管路,监测设备应能监 测一氧化碳的浓度,当一氧化碳浓度超限时,监测设备应能自动报警。 8.2.2 矿井瓦斯抽采泵站宜设置自动监控系统,应实时监控抽采瓦斯浓度、负压、流 量、泵站设备运行状态参数、环境瓦斯浓度、循环供水、供电、设备开停状态等,同

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时对泵站设备运行异常、环境瓦斯浓度超限和供水系统发生故障时应报警和进行断电 控制。抽采瓦斯监控系统应并入矿井安全监测监控系统。

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附录 A

煤层瓦斯抽采难易程度分类

A.0.1 煤层进行预先抽采时,煤层瓦斯抽采难易程度可按表 A.0.1 划分。 表 A.0.1 煤层瓦斯抽采难易程度 类别 容易抽采 可以抽采 较难抽采 钻孔瓦斯流量衰减系数 (d-1) <0.003 0.003~0.05 >0.05 煤层透气性系数 (m2/MPa2·d) >10 10~0.1 <0.1

注:当按钻孔瓦斯流量衰减系数和煤层透气性系数判断出现结果不一致时,以煤层透 气性系数为准。

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本规范用词说明

1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下: 1)表示很严格,非这样做不可的用词: 正面词采用“必须” ,反面词采用“严禁” 。 2)表示严格,在正常情况下均应这样做的用词: 正面词采用“应” ,反面词采用“不应”或“不得” 。 3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的用词: 正面词采用“宜” ,反面词采用“不宜” 。 4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的用词,采用“可” 。 2 本规范中指明应按其他有关标准、规范执行的写法为“应按??执行”或“应符

合??规定” 。

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中华人民共和国国家标准

煤矿瓦斯抽采工程设计规范
Code for design of the gas drainage engineering of coal mine

GB50***—2008

条 文 说 明





《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》GB50***-2008,经住房和城乡建设部 200*年* 月*日以建设部第***号公告批准、发布。 为便于各单位和有关人员在使用本规范时能正确理解和执行本规范,特按章、 节、条顺序编制了本规范的条文说明,供使用者参考。在使用中如发现本条文说明 有不妥之处,请将意见函告中煤国际工程集团重庆设计研究院。 本规范主要审查人: 毕孔耜 吴文彬 陆中原 陈建平 孟 融 刘 毅 鲍巍超 康忠佳 郭钧生 杨晓峰 龙祖根 阮国强 陈德跃 蒋晓飞 张爱科 郑厚发 李明武 冯志强

李庚午 范立新

杨纯东

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1 2 3

总则 术语 建立矿井瓦斯抽采系统的条件及抽采系统选择 3.1 3.2 建立矿井瓦斯抽采系统的条件 抽采系统选择

(30) (31) (32)

4 5

瓦斯抽采设计参数 瓦斯抽采方法 5.1 5.2 5.5 5.6 一般规定 瓦斯抽采方法选择 封孔 地面钻孔

(33) (34)

6

抽采管路系统选择、 计算及抽采设备选型 6.1 6.2 6.3 6.6 抽采管路系统选择的原则 抽采管路管径、壁厚计算及管材选择 管路阻力计算 抽采设备选型

(38)

7

瓦斯抽采泵站 7.1 7.2 地面固定瓦斯抽采泵站 井下固定瓦斯抽采泵站

(40)

8

安全与监控 8.1 8.2 安全设施及措施 矿井瓦斯抽采监测监控系统

(41)

- 29 -

1 总



1.0.4 为使瓦斯抽采系统可靠性高、符合实际情况,达到预期的安全效果,作为 设计依据的基础资料应是可靠的,因此和矿井设计依据的资料同等要求。 1.0.7 按照瓦斯治理“先抽后采”的方针,瓦斯抽采工程的施工要与矿井建设和 生产准备工程同时施工和建成投产,并预留足够的预抽时间,以保证矿井安全。 1.0.8 瓦斯是一种使用方便、洁净、中热值的优质燃料,也可作为重要的化工原 料,同时也是一种强烈的温室气体。对其加以利用既可节约能源,又可减少对大 气环境的污染。在国家发展和改革委、国土资源部、环保总局、国家安全监管总 局等部委下发的《关于印发矿井瓦斯治理与利用实施意见的通知》(发改能源 [2005]1119 号)中也要求坚持“以抽保用、以用促抽”的原则,大力发展瓦斯民 用、发电、化工。因此本规范强调应考虑瓦斯利用的可行性。 目前对瓦斯的利用主要采用发电、民用和作为化工原料。一般而言,在利用 时应优先考虑民用, 主要是因为居民燃气比燃煤热效率提高幅度大、节能效果显 著,且对环境的改善较为明显,但需要稳定的气源和相对较大的气量,许多矿井 难以达到。 而瓦斯发电是一项多效益型利用项目,目前已有成熟的发电机组可供 使用,一般 500kW 的小型机组年耗气量在 1Mm3 左右,且使用灵活,因此要求 在抽采量大于 1Mm3 时应提出加以利用的方案。 1.0.9 目前我国煤炭安全生产形势严峻,近期内国务院及各部委出台了多个法

规、政策,对瓦斯治理作出了一系列规定和要求,并可能日趋严格,因此要求符 合国家现行的有关标准、规范、政策及法规的要求。

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2 术



本规范给出了 30 个有关抽采瓦斯方面的专用术语,并从抽采瓦斯设计的角 度赋予其特定的涵义, 但不一定是其严密的定义。所给出的英文译名是参考国外 某些标准拟定的,亦不一定是国际上的标准术语。

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3 建立矿井瓦斯抽采系统的条件及抽采系统选择

3.1

建立矿井瓦斯抽采系统的条件

3.1.1 按照《国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定》 (中华人民共和国 国务院令第 446 号) 中将高瓦斯矿井未建立瓦斯抽采系统作为重大安全生产隐患 和行为,因此本规范制订时将高瓦斯矿井纳入必须建立瓦斯抽采系统的范围内。 3.2 3.2.1 建立地面固定瓦斯抽采系统 1 地面固定瓦斯抽采系统与井下移动瓦斯抽采系统相比,投入相对较大,但 抽采系统选择

整个系统负压高、抽采量更大、更为可靠。而在对煤与瓦斯突出矿井进行突出防 治采用开采解放层时, 被解放层的瓦斯将大量涌入解放层,不对被解放层的卸压 瓦斯进行抽采将无法保证解放层的正常开采,且抽采量大,对抽采系统能力要求 高。而采用预抽突出煤层瓦斯的措施,一般需采用高负压、密集钻孔等措施,井 下移动抽采系统均不易满足要求, 因此本规范要求煤与瓦斯突出矿井建立地面固 定抽采系统。 2 3.2.2 本条规定与《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ 1027-2006)中的规定一致。 预抽、 卸压等和采空区抽采方法对负压的要求差别较大,采用同一套管道

既不好管理又不易达到效果, 因此本规范推荐两类抽采方法均采用的矿井采用两 套管路分别进行高、 低负压抽采。 但考虑到设备、 资金投入较大, 不做强行规定。

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4 瓦斯抽采设计参数
4.0.1 本条规定与《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ 1027-2006)中的规定一致。需要 特别说明的是,各矿井的围岩瓦斯储量差异性极大,如重庆中梁山煤电气公司, 在底板岩层中掘进时即有瓦斯涌出,其围岩瓦斯可占瓦斯总储量的 20%~30%。 4.0.2 推荐的矿井瓦斯抽采率(K3),是根据目前我国多数矿井的实际抽采技术 水平确定的。 部分抽采技术力量和管理水平较高的集团 (局) 或矿已超过推荐值, 如重庆松藻煤电公司大部分矿井的抽采率已经到达 50%以上。 因此, 在确定矿井 瓦斯抽采率时, 可根据矿井的技术力量和管理水平以及煤层赋存条件、技术进步 等因素综合考虑。 煤层瓦斯排放率 4) (K 可根据 《矿井瓦斯涌出量预测方法》 (AQ 1018-2006)中的规定选取。

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5 瓦斯抽采方法

5.1 5.1.1

一般规定

随着采煤方法的发展以及瓦斯涌出量的增加, 抽采瓦斯方法也出现了相应

的变化, 虽然从形式上看抽采瓦斯方法并没出现新的方法,但从实质内容上看确 有许多创新之处。 如淮南在开采 13#煤层时, 11#煤层 在 (距 13#煤层平均间距 70m) 底板 10~20m 处掘一专用瓦斯抽采瓦斯巷,向 11#煤层打穿层钻孔抽采 11#煤层 的瓦斯。 这种方法从原理上讲虽然仍为邻近层卸压抽采,但突破了以往仅在开采 层巷道向邻近层打钻抽采的老模式。虽然增加了一些巷道掘进和维护费用,但减 少了打钻的费用,最主要的还是取得了好的抽采瓦斯效果,安全生产有了保障, 也获得了好的经济效益。 再如本煤层抽采瓦斯方法,其难点在于低透气性煤层瓦斯抽采。我国 20 世 纪 70 年代曾经试验过水力割缝、水力压裂等方法,但由于工艺复杂、技术难度 大,还必须有一些特殊设备等原因,难以大面积推广使用。80 年代后又对预裂 爆破增大煤层透气性的方法进行了试验研究。 因为工艺复杂、 技术难度大等原因, 没能大规模推广应用。20 世纪末,我国和俄罗斯合作在焦作开展了交叉钻孔抽 采本煤层瓦斯的试验,取得了较好的效果。焦作的试验表明:在不增加钻孔工程 量的条件下,交叉布孔预抽开采层瓦斯量增加 56%~83%。分析认为,交叉布孔 除了由于交叉增加煤体卸压范围、提高透气性外,还由于钻孔相互交叉影响,可 避免因某一钻孔坍塌堵塞而影响正常抽采。 另外斜向钻孔还可延长钻孔在采煤工 作面前方卸压带内的瓦斯抽采时间。 因而交叉钻孔可以较好地提高开采层的抽采 瓦斯效果。 再有水平长钻孔抽采本煤层瓦斯,过去由于打钻装备及工艺问题,始终打不 出理想的长钻孔。 近几年由于钻机研究开发的突破,使得打本煤层长钻孔成为可 能。西安分院研制开发的 MK 系列钻机,打出了超过 700m 的本煤层长钻孔。还 有如中美合作开采的大宁矿井(山西晋城) ,将美国的长钻孔及拐弯钻孔等工艺 技术推广应用到了我国,取得了好的抽采效果。 再如采空区抽采,过去一直没有克服抽采浓度低、抽采量小的瓶颈。近几年
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由于大型抽采泵的出现以及抽采工艺的进一步优化, 使采空区抽采创造了前所未 有的辉煌,如抚顺老虎台矿经过多年的实践摸索,采用了尾巷瓦斯道、两顺槽超 前抽采瓦斯、顶板道超前抽采及上顺槽埋管抽采瓦斯等方式。其中采空区(尾巷 瓦斯道抽采、顺槽埋管抽采)抽采量已占到抽采总量的 70%以上,是目前老虎台 矿抽采瓦斯的主要方式。 5.2 5.2.1 瓦斯抽采方法选择

开采层未卸压抽采的钻孔抽采量高低主要取决于煤层瓦斯压力和透气性

两个因素。 在透气性较低的情况下,提高未卸压煤层抽采率的途径除了增加揭露 煤的暴露面、延长抽采时间和提高抽采负压外,还可采用开采层交叉钻孔抽采、 浅孔抽采、地面钻井等技术,通过提高煤层透气性来达到提高抽采率的目的。 2003 年平顶山煤业集团在平顶山矿区实施国家“九五”科技攻关项目“平 顶山矿区煤层瓦斯预抽参数优化研究” 中发现, 在相同的钻孔密度和预抽时间下, 交叉钻孔瓦斯抽采率最大,大直径钻孔次之,平行钻孔抽采率最小,交叉钻孔的 预抽率较顺层平行布孔提高了 0.63~0.86 倍; 从瓦斯抽采效果、 工程量和钻孔施 工难易程度 3 个方面综合考虑, 交叉钻孔是平顶山矿区目前最合理的瓦斯预抽方 式; 数值模拟表明, 交叉钻孔网中的平行钻孔和迎面斜向钻孔在空间上形成相互 影响带,裂隙、节理相互连通,提高了煤层透气性;在平顶山矿区煤层条件下, 交叉钻孔合理的布孔参数为:高程差Δ h 为 6~8 倍钻孔孔径;钻孔间距依煤层 瓦斯含量不同而异,瓦斯含量为 15~14m3/t,钻孔间距 2.5~3m 为宜;瓦斯含 量 15~20m3/t,钻孔间距以 2~2.5m 为宜;钻孔长度依单向、双向布孔形式而 异;钻孔夹角取 15~20°为宜。淮北矿业集团在生产实践中应用也被证明是一项 行之有效的科技成果。 各矿井在抽采设计中应根据矿井煤层赋存条件、抽采要求 积极推广应用这一科技成果。 5.2.2 邻近层瓦斯抽采是国内外应用最广泛的抽采类型, 其抽采效果主要取决于

首采层开采后邻近层透气性的提高程度。 选择对上、 下邻近煤层的瓦斯抽采方法, 要有利于钻孔布置在邻近层卸压范围内。 5.2.3 采空区瓦斯抽采可分为全封闭式抽采和半封闭式抽采两类。 全封闭式抽采

又可分为密闭式抽采、 钻孔式抽采和钻孔与密闭相结合的综合抽采等方式;半封

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闭式抽采是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽采巷道 (如黑龙江鸡西矿业集团城 子河矿井) ,在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻,同时封闭采空区入口,以 抽采下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。 抽采的采空区可以是一个采煤工 作面(如重庆松藻煤电公司渝阳矿井) ,或一两个采区的局部范围(如重庆天府 矿业公司磨心坡矿井) ,也可以是一个水平结束后的大范围抽采(如重庆中梁山 煤电气公司) 。 5.2.4 顶板巷道抽采瓦斯, 是国内应用较广泛也较有效的一种瓦斯抽采方式, 作

为采空区瓦斯抽采方法之一, 抽采效果较为明显, 但也有明显缺点, 即工程量大, 工程费用高, 如采煤工作面上部裂隙带内有煤层, 则沿煤层做抽采巷抽采成本及 效果会更好。 5.2.5 煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突

出危险。 为了施工安全, 可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带打钻, 进行瓦斯抽采(如四川广旺能源发展集团公司唐家河矿井) 。 5.2.6 地面钻孔抽采瓦斯具有不影响、不干扰井下安全生产,减少井下工程量,

钻孔口径大等特点, 同时还能减少矿井建设费用 (巷道和通风费用减少 1/4 左右) 。 与井下抽采相比,采用地面钻孔抽采的瓦斯浓度要高(井下抽采的瓦斯浓度为 40%~50%, 地面抽采的瓦斯浓度在 90%以上) 但埋藏深度较大时, 。 技术要求高、 成孔难、投资大,因此一般认为 600m 以内可以采用。 美国在 20 世纪 80 年代,试验应用常规油气井(即地面钻孔)抽采瓦斯技术 就取得了重大突破,瓦斯产量从 1983 年的 8.07 亿 m3 增至 1995 年的 275 亿 m3, 形成了瓦斯产业。我国瓦斯储层与美国相比普遍存在低压、低渗、低饱和的“三 低”现象。但 20 世纪 80 年代末以来,国内外有关单位也先后在沁水盆地、河东 盆地、两淮地区等矿区开展地面钻孔抽采瓦斯的试验工作。 5.2.7 综合抽采方法是抽采瓦斯技术的发展方向。我国阳泉、松藻、中梁山等矿

区,自采用综合抽采技术以来,矿井的抽采率均有较大提高,其矿井平均年抽采 率在 45%以上。凡有条件的矿井都应推行综合抽采技术。 5.5 5.5.3 封孔

在选择封孔长度时,应考虑围岩或煤体的硬度、破碎情况、封孔技术及抽

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采孔口负压等因素,一般通过试验和生产实践确定。 5.6 5.6.1 地面钻孔

淮南矿业集团公司进行抽采瓦斯试验的地面钻孔共有 9 口, 抽采采动区卸

压瓦斯单孔纯量平均在 100 万 m3 以上, 单孔最大纯量达到 363 万 m3, 抽采 10~ 12 个月可以达到井下底抽巷密集穿层孔抽采卸压瓦斯的效果。 5.6.2 淮南矿业集团公司在谢桥矿 1242 1) ( 工作面做了井下底抽巷钻孔释放 SF6

示踪气体接收试验,取得了 13-1 煤层卸压瓦斯抽采半径 235m 的可靠数据。 抽采采动区卸压瓦斯在选择地面钻孔间距时,要考虑工作面长度,两相邻孔 抽采瓦斯半径应交圈,上、下交汇点应超过被保护面上、下顺槽 5m,才能将被 保护层工作面控制在充分卸压、瓦斯抽采有效半径范围之内。 5.6.3 淮南矿业集团公司在地面钻孔抽采瓦斯试验中发现, 巨厚新地层条件下采

动影响能够切断套管, 基岩段涌水与进入筛管内的煤粉混合成煤泥沉淀筛管底部 会将下口堵塞, 水位不断上升形成水封, 造成地面钻孔抽采瓦斯达不到预期效果。 根据实践经验, 采用本条规定的钻孔结构,在新地层与基岩交接面岩石风化带处 和三隔粘土层顶界面处各安装一组可调节管接头, 提高了地面钻孔的强度和抗变 形能力。

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6 抽采管路系统选择、计算及抽采设备选型

6.1 6.1.3

抽采管路系统选择的原则

在运输巷道中敷设管路可将管路架设一定高度, 并固定在巷道壁上, 以确

保安全。 6.2 6.2.1 抽采管路管径、壁厚计算及管材选择

主、干管路服务于整个矿井或水平或矿井一翼,如管径选择不合理,极易

造成频繁的改动,既影响生产又不经济。因此规范在 Q 的取值上要求是管路使 用年限或服务区域内的最大值,使主、干管路建成后不轻易改动,待到使用年限 后再行选择管路。而分管或支管仅服务一个采区或工作面,服务时间较短,此时 只需考虑服务的区域即可。 同时考虑到管路和抽采泵应互相匹配,因此其富余系 数同等于泵的富余系数。 6.3 6.3.2 管路阻力计算

本次规范采用 《城镇燃气设计规范》 GB50028-93) ( 使用的低压 (<0.01MPa)

管道阻力损失计算公式, 但抽采管路中的绝对压力是由里及外逐渐减小,设计计 算时无法得知本段管路的绝对压力,因此在计算本段管路的绝对压力时,可采用 前段管路末端的绝对压力进行计算, 同时本规范中的后续公式已考虑到了这种偏 差。 在计算管路摩擦阻力时,涉及到标准状态下的混合瓦斯运动粘度和混合瓦 斯对空气的相对密度等参数的取值, 可依据管路中瓦斯的浓度采用加权平均法计 算,标准状态下空气的运动粘度为 1.5×10-5m2/s,密度为 1.293kg/m3,标准状态 下纯瓦斯的运动粘度为 1.87×10-5m2/s,密度为 0.715kg/m3。 6.3.3 用估算法计算局部阻力时,管路系统长,网络复杂或主管管径较小时,

可按上限取值,反之则按下限取值。局部阻力除采用估算法计算外,还可通过下 式计算:

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h1 ? ? ?

1 ? ? v2 2

(1) 式 1 中的 h1 为瓦斯管路的局部阻力(Pa) 为局部阻力系数,见表 1;ρ 为 ;ξ 管道内混合瓦斯密度(kg/m3) 为瓦斯平均流速(m/s) ;v 。 表1 管件 直通三通 分支三通 ξ 0.30 1.50 各种管件的局部阻力系数 弯头 直通阀 1.10 2.00 90° 弯头 0.30 闸阀 0.50 球阀 9.00

对管径相差 一级突然收缩 0.35

实际计算时,可把各种管件局部阻力折算成相当于一定管路长度所产生的 阻力,即阻力强度。
1 一支阀门相当于 d 的阻力长度(m) ; 5

一支丁形件相当于 一支滑阀相当于 一支弯头相当于

1 d 的阻力长度(m) ; 10

1 d 的阻力长度(m) ; 20

1 d 的阻力长度(m) ; 100

以上“d”单位为 mm。 6.6 6.6.2 抽采设备选型

抽采系统压力计算主要是作为选择抽采泵的依据,由于抽采泵的服务年

限一般在 10a 左右, 之后需更换并重新选型,因此做为入口侧的阻力损失只考虑 10~15a 即可。 6.6.4 根据现场调查,一台抽采泵的使用年限一般在 10a 左右,之后就需重新

进行设备选型, 因此在 Q 的取值上要求为 10~15a 内最大的设计瓦斯抽采量,之 后再进行重新选型。

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7 瓦斯抽采泵站

7.1

地面固定瓦斯抽采泵站

7.1.2 瓦斯是一种具有燃爆性质的气体, 为防止泵站发生火灾或泵站外发生火灾 波及泵站, 因此规定泵站建筑必须采用不燃性材料。由于瓦斯的爆炸下限浓度为 5%,小于 10%,根据《建筑设计防火规范》 (GB50016-2006) ,泵站建筑的耐火 等级应为一级或二级。 7.1.4 泵站供电、电气、通讯 1 为保证井下抽采瓦斯的连续性,保证矿井的安全生产,瓦斯抽采泵站与矿

井的主要通风机应具有同等重要的作用,因此应采用双电源供电。 2 瓦斯井下抽采瓦斯的条件比较复杂,有的地点(如采空区)抽采的瓦斯浓

度较低,加上钻孔和管路存在发生漏气的可能,进、出泵的管路内瓦斯浓度下降 到爆炸上限(15%)的可能性是存在的,因此作出此条规定。 7.2 7.2.5 井下固定瓦斯抽采泵站

由于井下泵站到地面泵站的管路一旦出现破坏, 其危险性较大, 应加强维

护、检修及检测,设在回风系统中,有利于降低危害程度。

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8 安全与监控

8.1 8.1.4

安全设施及措施

为防止地面引爆的瓦斯沿管路向井下传播而破坏抽采系统和威胁矿井安

全,因此作出此条规定。 8.2 8.2.2 矿井瓦斯抽采监测监控系统

矿井瓦斯抽采监测系统一般可在矿井已有的安全监测系统的基础上配备

高瓦斯浓度传感器、压差传感器、气压传感器和采样泵后,即可对瓦斯抽采系统 进行监测。 目前,国内已有专为瓦斯抽采泵站服务的自动监控系统产品,其功能较为 全面,可独立运行,也可并入矿井监测主网,设计可根据业主要求进行配置。

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