[建筑]68205工作面瓦斯抽采设计说明.doc

杜儿坪矿北二68205工作面瓦斯抽采设计说明一、工作面概况1、工作面地面及井下位置地面位置：地面标高为13501454m，工作面标高为10421067m，该工作面北邻地表27#钻孔，南邻59-5和60-10钻孔，东邻太古公路，西侧有麻皮沟通过，盖山厚度305395米，平均为354米。井下位置：北邻68200工作面（已采），南邻68406工作面（已采），东邻北翼十五尺材料斜坡，西邻北二十五尺轨道巷。上部为3#煤43406、43407工作面采空区，层间距为5672米，平均为64米。2、工作面基本情况工作面走向长度为684m，倾向长为153/98m，面积为89850。煤层厚度基本稳定，煤层平均厚度为4.46m。煤层倾角在18之间，平均为3；煤层结构复杂，夹石厚0.30.6m，平均0.4m。夹石上部煤为光亮半亮型煤，夹石下部煤为暗半暗型煤。3、煤质情况水分 （%）7灰分 （%）30.00挥发分 （%）15发热量 （卡）54硫量 （%）2.604、煤层顶底板情况（1）老顶，毛儿沟灰岩，厚度为7.48.59m，平均8.16m，深灰色，微结晶质胶结，含黄铁矿和动物化石。（2）直接顶，庙沟灰岩，厚度为1.51.77m，平均1.59m，灰黑色，质不纯，有腕足类海百合茎化石。（3）伪顶，钙质页岩，厚度为0.10.3m，平均0.2m，黑色，易冒落。（4）直接底，细砂岩/砂质泥岩，厚度为1.53.8m，平均2.45m，灰黑色细砂岩和灰褐色砂质泥岩。（5）老底，砂质泥岩，厚度为2.435.4m，平均3.67m，灰黑色，在27号钻孔附近变为炭质泥岩。5、工作面地质构造情况（1）褶曲：正巷6#点处为一向斜构造，轴向北西向，两翼倾角16度，平均3度；付巷5#点处为一背斜构造，轴向北东向，两翼倾角38度，平均6度；付巷7#点处为一向斜构造，轴向正北，两翼倾角46度，平均5度。（2）断层：正、付巷、切眼掘进过程中共揭露14条断层，全为正断层，落差为0.42.2米，其中F4、F5、F9三条断层落差在1.5米以上，预计向工作面延伸3050米，将会对回采造成较大影响，另外，工作面内预计会揭露1020条隐伏断层。（3）陷落柱：依据上组3#煤实践和工作面巷道揭露，工作面内共有2个陷落柱，分别为364#（43*22米）和365#（62*52米）。（4）顶板裂隙、节理发育，主节理方向为北东向，易片帮。（5）断层情况构造名称走向倾向倾角性质落差（m）对回采的影响程度F14713760正断层0.8有一定影响F26515570正断层1.2有一定影响F32511570正断层0.5有一定影响F44613670正断层1.5有较大影响F535226260正断层2.2有较大影响F63548470正断层0.8有一定影响F789860正断层0.4有一定影响F84013070正断层0.7有一定影响F95314370正断层1.5有较大影响F106615660正断层0.8有一定影响F114713760正断层0.8有一定影响F122011070正断层0.4有一定影响F133612660正断层0.8有一定影响F146215270正断层0.9有一定影响（6）陷落柱情况编号位置长轴（m）短轴（m）工作面内面积（m）描述364X=4192365；Y=376183004322800对回采有较大影响365X=4192300；Y=3761815062522800对回采有极大影响6、水文地质情况68205工作面为8#煤，其直接顶为庙沟灰岩（L1）、老顶为毛儿沟灰岩（K3）；L1、K3、为弱含水层，其厚度分别为1.59m、8.16m。当遇到断层、陷落柱时顶板会出现淋水现象，工作面最大涌水量为0.3m/min，正常涌水量为0.05m/min。7、影响回采的其它地质情况68205工作面属于高瓦斯工作面，绝对瓦斯涌出量为32m/min；煤尘爆炸指数为14.77%；煤的自然倾向等级为级，为不易自然煤层；顶板为类顶板，难冒落型。8、储量计算段号走向长（m）倾斜长（m）面积（）煤厚（m）容重（t/m）基础储量（t）回采率（%）储量（t）1150153229504.061.3912951693120450225898249844.061.39140995931311253272153411164.061.3923203493215792二、工作面瓦斯抽采的必要性1、工作面瓦斯涌出来源分析根据相邻68200工作面和68406工作面的回采情况分析，68205工作面回采时瓦斯涌出量主要来源于8#煤本煤层瓦斯和回采时受采动泄压影响上邻近层涌出瓦斯及采空区裂隙带瓦斯， 8#煤层瓦斯可以通过本煤层瓦斯预抽降低回采期间的瓦斯涌出量，上邻近层涌出瓦斯和裂隙带积聚瓦斯可施工板孔进行边采边抽。根据相邻已采工作面绝对瓦斯涌出量及瓦斯抽采钻孔抽采量进行分析，预计68205工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为32m/min。2、工作面通风方式68205工作面采用“U”型通风方式（即副巷进风、正巷回风），付巷配风2625 m/min，工作面总需配风量为2625 m/min3、工作面最大风排瓦斯量根据相邻工作面通风方式和风量计算，工作面回风巷瓦斯浓度以报警浓度8%为界限，最大风排瓦斯量为：15m/min。相关计算 因为：Q最大风排1.4=2625m/min0.8%所以：Q最大风排=2625m/min0.8%/1.4=15 m/minQ最大风排最大风排瓦斯量 m3/min 2625风量 m/min0.8%瓦斯报警浓度1.4 瓦斯涌出量不均衡系数4、工作面采用瓦斯抽采的必要性根据规程规定，“一个采煤工作面的瓦斯涌出量每分钟大于5m,采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应采取抽采瓦斯措施”，68205工作面回采期间的工作面瓦斯涌出量预计为32m/min,工作面最大风排瓦斯量为15m/min，为了确保工作面回采期间的安全生产，在68205工作面进行瓦斯抽采是非常必要的。三、工作面瓦斯抽采可行性论证根据68205工作面的巷道形成时间和回采时间，结合我矿目前打钻人员和设备的配备情况，以及钻孔施工衔接安排，在北二68205工作面进行瓦斯抽采是可行的，可以保证该工作面14个月的预抽时间。四、工作面瓦斯抽采方案1、工作面抽采工艺根据工作面瓦斯赋存情况，决定68205工作面瓦斯抽采工艺为：（1）在工作面的专用回风巷布置顶板孔进行裂隙带瓦斯抽采；（2）在工作面的正巷布置本煤层孔进行采前预抽和边采边抽。（3）在工作面的正巷布置小角度长距离，朝向工作面切眼方向的低位顶板孔，抽采裂隙带和冒落带的瓦斯。（4）在专用回风巷布置315mm移动泵抽采管路，在每个横贯内埋管抽采采空区瓦斯。2、瓦斯抽采钻孔设计原则（1）本煤层孔参数（钻孔间距、孔深、倾角）的设计原则：钻孔间距根据孔径、孔深、流量及钻孔有效排放半径等因素，钻孔间距设计为3m。孔深根据煤矿瓦斯抽采工程设计规范确定本煤层钻孔倾向水平长度应小于工作面倾向长度15-20m。倾角随煤层高程变化趋势确定。（2）顶板孔参数（钻孔间距、孔深、倾角）的设计原则：钻孔间距根据孔径、孔深、流量及钻孔有效排放半径等因素，钻孔间距设计为3m。孔深、倾角根据顶板孔布置的巷道位置，确定钻孔方位角为垂直或是朝向工作面，最终原则使钻孔终孔位置处于工作面回风巷侧距工作面10倍采高，距回风巷道水平距15-30m范围内的“O”型裂隙瓦斯富集区内。3、工作面钻孔设计及相关计算（1）正巷本煤层钻孔设计（附图1 68205正巷本煤层孔设计示意图）根据我矿8#煤层其他工作面的本煤层钻孔布置经验，在正巷施工本煤层钻孔，钻孔间距为3m，钻孔倾角依照煤层倾向确定，钻孔孔径为113mm，钻孔深度为80m135m，共设计钻孔215个。其中：AB段150m，钻孔倾角2.5，孔深135m，孔数50个，全长150m；CD段，钻孔倾角为2.83.6，钻孔深度为80m，钻孔个数为30个，全长90m；DE段，有大型无碳柱，打钻时尽量穿透无碳柱，钻孔倾角为2.83.6，钻孔间距为5m，钻孔深度为80m，钻孔个数为12个，全长62m；EF段，钻孔倾角为01，钻孔深度为80m，钻孔个数为45个，全长135m；FG段，钻孔倾角为0.60.8，钻孔深度为135m，钻孔个数为78个，全长237m。68205工作面本煤层钻孔设计总进尺约为：L本=135*（50+78）+80*（30+45+12）=24240m（2）专用回风巷顶板钻孔设计（附图2 68205专用回风巷顶板孔设计示意图）在工作面专用回风巷施工顶板钻孔，抽采采空区上部裂隙带卸压瓦斯，钻孔间距为3m,孔深66m,倾角40.3，方位角147.25，孔径113mm。在工作面切眼往外20m段，布置6个低度孔，抽采工作面初采期间采空区初次冒落涌出的瓦斯，钻孔间距为3m，孔深66m,倾角1820，方位角为偏向切眼方向与煤壁成60夹角，孔径113mm。68205专用回风巷共设计顶板孔228个，设计总进尺约为：L专回顶=228*66=15048m（3）正巷顶板孔设计（附图3 68205正巷顶板孔设计示意图）在68205正巷切眼外50m处至停采线外50m处(全长685m）施工顶板钻孔，钻孔间距为5m，方位角为30（与煤壁夹角，朝向切眼），倾角27，孔深90m，钻孔孔径为113mm。以开孔处为（0m，0m，0m）点，走向投影距为70m；倾向投影距为40m；终孔高度为41m。当50m垮落带距开孔位置70m时，钻孔抽采空区裂隙带倾向投影距40m范围的裂隙带瓦斯；当垮落带距开孔位置50m时，钻孔抽采空区冒落带倾向投影距30m范围的上隅角瓦斯。68205正巷共设计顶板孔138个，设计钻孔总进尺约为：L正巷顶=138*90=12420m4、封孔工艺（1）顶板孔和底板孔封孔工艺68205工作面邻近层顶板孔使用铁质封孔器，封孔器直径为50mm，长度为3m,采用麻袋缠绕聚氨酯的封孔工艺，封孔深度为3m。（2）本煤层钻孔封孔工艺68205工作面本煤层钻孔使用PE管封孔器，封孔器直径为50mm，长度为4m,两根封孔器中间用PE管专用胶连接固定，采用麻袋缠绕聚氨酯前后做挡圈，用注浆泵注灌聚氨酯的封孔工艺，封孔深度为8m。五、68205工作面瓦斯抽采量和抽采率的预算及抽采效果预计1、工作面预抽期间本煤层钻孔预抽采量预计根据我矿其他8#煤层工作面预抽期间本煤层瓦斯抽采钻孔的抽采数据分析，8#煤层的本煤层钻孔预抽期间瓦斯抽采量单孔平均流量大约为0.0155 m3/min，68205工作面本煤层钻孔共计215个，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.6，对工作面本煤层钻孔预抽期间抽采量进行预计为：即Q正巷本煤层预抽=0.0155m/min 2150.62m/min2、68205回采期间瓦斯抽采量的预算（1）68205正巷本煤层钻孔抽采量预计根据相邻68200工作面和68406工作面回采期间本煤层钻孔单孔平均抽采量为0.0194m/min，68205正巷共布置215个本煤层钻孔，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.6，对工作面本煤层抽采量进行预计为：Q正巷本煤层抽=0.0194m/min 2150.62.5m/min（2）68205工作面专用回风巷顶板孔抽采量预计根据相邻68200工作面和68406工作面回采期间顶板钻孔单孔平均抽采量分析，8#煤层工作面回采时处于瓦斯涌出活跃期的顶板孔个数为25个左右，瓦斯抽采量单孔平均流量大约为0.534m3/min，因钻孔瓦斯抽采不均衡，取不均衡系数为0.6，因此，对68205工作面专用回风巷顶板孔抽采量进行预计为：Q专回顶板孔抽=0.534m/min 250.68m/min（3）68205工作面正巷顶板孔抽采量预计68205正巷共设计朝向工作面切眼方向的长距离顶板孔138个，此钻孔为我矿首次试验正巷瓦斯抽采顶板孔，预计抽采量为：Q正巷顶板孔抽3.5m/min（4）68205专用回风巷移动泵瓦斯抽采量预计根据相邻工作面68216移动泵抽采量，同时考虑正巷顶板孔抽出部分采空区冒落带瓦斯，故预计68205移动泵抽采量约为3m3/min。（4）68205工作面总抽采量预计Q总抽= Q正巷本煤层抽+Q专回顶板孔抽+Q正巷顶板孔抽+ Q移动泵抽= 2.5m/min+8m/min+3.5m/min+3m/min= 17 m3/min 以上计算是以报警点以下抽采量预计最小时计算得68205工作面回采期间的瓦斯抽采量为17 m3/min，达到了预期的抽采效果，满足了抽采必要性的要求。 2、工作面瓦斯抽采率的预计根据国家AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标规定，68205工作面绝对瓦斯涌出量为32 m3/min，故瓦斯抽采率应40%。根据公式：= QC标量/（QC标量+ Qf标量） =工作面抽采率 % QC标量=工作面标准状况抽采量 m3/minQf标量=工作面标准状况风排量 m3/min所以= QC标量（QC标量+ Qf标量）=17（17+15）=53.1%40%以上计算是以报警点以下抽采量预计最小时计算得68205工作面回采期间的瓦斯抽采率为53.1%40 %，故在68205工作面回采期间的瓦斯抽采率应40 %，符合煤矿安全规程、AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标及杜儿坪矿瓦斯综合治理“一面一策”的规定。3、工作面瓦斯抽采效果（1）在68205正巷施工的本煤层钻孔即对68205本煤层进行了回采前的预抽，降低了煤层中的瓦斯含量，同时在工作面回采时进行边采边抽，降低了工作面回采时的瓦斯涌出量，确保工作面的瓦斯不超限，瓦斯浓度控制在煤矿安全规程规定的范围内，保证了回采工作面的安全生产。（2）在68205专用回风巷和正巷施工的顶板钻孔即拦截降低了回采期间上邻近层向工作面涌出的瓦斯，同时抽采了采空区裂隙带积聚的大量瓦斯，牵制了采空区瓦斯涌向工作面，防止了工作面上隅角瓦斯超限，保证了回采工作面的安全生产。（3）在68205专用回风巷利用移动抽采泵横贯埋管进行采空区瓦斯抽采同样降低了采空区瓦斯含量，牵制了采空区瓦斯涌向工作面，防止了工作面上隅角瓦斯超限。六、抽采管路工程设计瓦斯抽采管路的管径选择与工作面抽采量有关。68205工作面正巷抽采管路纯瓦斯流量为本煤层孔抽采量加正巷顶板孔抽采量：2.5m/min+3.5m/min=6m/min；专用回风巷顶板孔抽采管路纯瓦斯流量预计为：8m/min；移动泵抽采管路纯瓦斯流量预计为：3m/min。1、工作面抽采管路系统布置（附图4 68205抽采系统设计示意图）（1）正巷本煤层孔和顶板孔都连在正巷一趟250mm瓦斯抽采管路上，管路安装路径为: 68205正巷250mm瓦斯抽采管68205专用回风巷315mm瓦斯抽采管北二十五尺回风巷450mm瓦斯抽采管北翼下组总回风巷820mm瓦斯抽采管北一下组总回风巷820mm瓦斯抽采管北一总回风巷920mm瓦斯抽采管北石沟瓦斯抽采站（2）专用回风巷顶板孔连在专用回风巷一趟315mm瓦斯抽采管上，管路安装路径为：68205专用回风巷315mm瓦斯抽采管北二十五尺回风巷450mm瓦斯抽采管北翼下组总回风巷820mm瓦斯抽采管北一下组总回风巷820mm瓦斯抽采管北一总回风巷920mm瓦斯抽采管北石沟瓦斯抽采站（3）68205工作面移动泵系统在专用回风巷铺设一趟315mm瓦斯抽采管，管路安装途径为：68205专用回风巷315mm瓦斯抽采管68205移动泵站北二十五尺回风巷315mm瓦斯抽采管（风排）2、瓦斯抽采管管径的选择管径选型用以下公式计算：D=0.1457(Q/V) 1.1式中：D管道内径,mQ管内混合流量m/minV管内经济流速，取12m/s1.1富余系数（1）正巷本煤层孔瓦斯抽采管管径工作面正巷本煤层孔瓦斯抽采管路中瓦斯纯流量为6m/min，瓦斯浓度按30%计算，混合流量为20m/min。则D=0.1457(20/12) 1.1=0.207m根据以上计算和煤矿安全规程有关规定，68205工作面正巷本煤层孔选用250mm5m的聚乙烯瓦斯抽采管。250mm抽采管内径为220mm207 mm，满足管内气体流量要求。（2）专用回风巷顶板孔瓦斯抽采管管径工作面专用回风巷顶板孔瓦斯抽采纯量为8m/min，瓦斯浓度按35%计算，混合流量为 22.86m/min。则D=0.1457(22.86/12) 1.1=0.222m根据以上计算和煤矿安全规程有关规定，68205工作面专用回风巷顶板孔选用315mm5m聚乙烯瓦斯抽采管。315mm抽采管内径为285mm222 mm，满足管内气体流量要求。（3）专用回风巷移动泵抽采管管径工作面专用回风巷移动泵管路瓦斯抽采纯量为3m/min，瓦斯浓度按5%计算，混合流量为 60m/min。则D=0.1457(60/20) 1.1=0.278m根据以上计算和煤矿安全规程有关规定，68205工作面专用回风巷选用315mm5m聚乙烯瓦斯抽采管。315mm抽采管内径为285mm278 mm，满足管内气体流量要求。3、抽采管路阻力计算 以线路最长，阻力最大的管路阻力作为系统阻力，计算公式如下： H=9.81（LQ2）/KD5 式中:H沿程阻力 Pa， L管路长度 m， 瓦斯比重，取0.8439 Q管道内流量 m3/h D瓦斯管内径 cm， K系数，K0.62（4寸管），K0.71（6寸管以上）， 第一段：北一总回风巷段 L3200m，0.8439，Q9520.8m3/h，D82cm，K0.71 H1912.3（Pa）第二段：北一下组总回风巷L3560m，0.8439，Q7379.4m3/h，D72cm，K0.71 H21168.3（Pa）第三段：北二十五尺回风巷L550m，0.8439，Q2482.3m3/h，D41cm，K0.71 H3341.1（Pa）第四段：68205正巷L700m，0.8439，Q1200m3/h，D22cm，K0.71 H42280.6（Pa） 局部阻力按沿程阻力的15计算，则系统总阻力为： H总H局H沿（H1H2H3H4）1.15（912.31168.3341.12280.6）1.15 5408（Pa）因北石沟抽采泵站抽采负压为35000Pa，大于系统总阻力5408Pa，且克服系统总阻力后至最远本煤层孔口负压为35000Pa-5408Pa=29592Pa 13000Pa，抽采管路系统即能满足工作面抽采负压的需要，同时也能达到最远本煤层孔孔口负压大于13KPa的要求，故此设计抽采管路系统符合煤矿瓦斯抽采工程设计规范煤矿瓦斯抽采基本指标AQ1026-2006要求。七、抽采工程的安全管理措施1、钻孔施工期间的安全管理措施（1）钻孔施工前，抽采区打钻队必须制定相应的安全措施，并贯彻落实，确保钻孔施工期间的安全作业。（2）严格按照本设计的钻孔参数进行施工，钻孔施工严格按设计的钻孔深度进行施工，深度误差不大于1m，本煤层钻孔倾角参照相邻的钻孔倾角，顶板孔倾角严格按设计要求进行，误差在1内，钻孔间距严格按照设计进行施工，遇到无碳柱或地质构造情况，钻孔间距不得随意更改。（3）施工本煤层钻孔时，如果遇到巷道情况，无法支钻机立柱时，必须在相邻地带向工作面方向施工斜孔，钻孔间距为3m， 倾角参照相邻钻孔的倾角确定。（4）钻孔在施工期间如果遇到无碳柱或其他地质构造情况，必须及时和地质科联系，详细确定无碳柱的范围（长度、宽度），并记录在案。（5）在钻孔施工期间，如果出现掉钻杆的情况，打钻队必须详细记录掉钻杆的方位，长度以及钻杆的数量，并交地质科、生产科记录，确保在回采期间的安全。（6）在顶板钻孔的施工期间，打钻队必须制定相关的安全措施，施工人员必须注意钻孔返水情况，发现钻孔返水异常，即钻孔返水突然增大或钻孔没有返水，应立即停止打钻，且不能拉钻杆，及时通知抽采区、地质科、通风区、二采区调度，由地质科查明来水原因，由二机电及时安装潜水泵，避免巷道积水，影响巷道钻孔施工和钻孔封孔，以及巷道通风，上部积水的范围内在。（7）钻孔在施工期间，必须进行挂牌管理。并在巷道口悬挂设计排板，施工进度牌板以及相关的安全管理牌板。（8）本煤层钻孔施工结束后，必须进行洗孔处理孔内的煤渣，确保抽采效果，洗孔时，更换水窝内的水，洗孔时间不得少于40min。 （9）本煤层钻孔施工结束后，必须及时进行封孔，确保封孔严密不漏气，封孔质量达到要求。（10）在施工期间，要做到现场文明管理。2、瓦斯抽采管路安装的安全措施（1）68205工作面瓦斯抽采管均要求使用标准的管卡吊挂在巷道的顶板上，瓦斯抽采管不得与电缆吊挂在一侧。（2） 工作面瓦斯抽采管要求吊挂整齐，做到平、直、稳、不拐死弯，螺丝拧紧，严密不漏气。（3） 在正巷瓦斯抽采管上安设250m