云南省富源县十八连山乡丹烁煤矿瓦斯抽采工程初步设计

云南省富源县十八连山乡丹烁煤矿瓦斯抽采工程初步设计说明书工程编号K1489GK矿井设计生产能力15扩30万T/A抽采工程规模154485M3/MIN院长总工程师项目负责设计编制人员专业姓名职称及职务高级工程师所主任工程师工程师采矿助理工程师、项目负责人总图助理工程师土建高级工程师电气高级工程师四大件工程师水暖、环保工程师高级工程师注册造价工程师经济助理工程师目录前言2第一章矿井概况2第一节井田概况2第二节地质特征2第三节矿井概况2第二章抽采瓦斯设计参数2第一节煤层瓦斯基本参数2第二节矿井瓦斯储量及可抽量2第三节矿井瓦斯涌出量预测2第四节矿井瓦斯抽采的必要性和可行性分析2第三章抽采方法设计2第一节瓦斯来源分析2第二节抽采瓦斯方法选择2第三节抽采参数的确定2第四节抽采钻孔布置与施工2第五节井下管网系统2第六节抽采面配置、抽采量及钻孔工程量预计2第七节抽采效果预计2第八节石门揭煤2第四章瓦斯抽采系统计算及设备选型2第一节抽采管路系统的选择及计算2第二节抽采设备选型计算2第五章瓦斯利用2第一节瓦斯利用途径2第二节瓦斯利用方案2第六章地面工程2第一节抽采站总平面布置2第二节抽采站建筑2第三节设备安装及管网布置2第四节给、排水及消防2第五节通风2第七章供电及通讯2第一节抽采站配电及照明2第二节抽采站通讯2第八章瓦斯抽采监测及控制2第一节抽采监测设计内容2第二节抽采监测系统设计总体方案2第三节抽采监测系统设计2第九章环境保护2第一节抽采工程对环境的影响2第二节污染防治措施2第三节抽采站绿化2第十章抽采瓦斯组织管理及安全措施2第一节组织管理2第二节安全措施2第十一章技术经济2第一节劳动定员2第二节投资概算2第三节主要技术经济指标2附件1主要机电设备及器材目录2附件2概算书2附件1、富源县丹烁煤矿瓦斯抽采工程初步设计主要机电设备及器材目录。2、富源县丹烁煤矿瓦斯抽采工程初步设计概算书。附录1、设计委托书；2、采矿许可证、安全生产许可证；3、中国矿业大学、云南方圆中正工贸有限公司提交的云南省富源县丹烁煤矿煤层瓦斯基础参数测定报告；4、云南省发展和改革委员会关于曲靖市富源县十八连山乡丹烁煤矿扩建项目核准的批复（云发改能源20071234号）；5、云南省煤炭工业局关于富源县十八连山乡丹烁煤矿扩建工程初步设计（修改）审查的批复（云煤安技装200938号）；6、云南煤矿安全监察局关于富源县十八连山乡丹烁煤矿修改初步设计安全专篇的批复（云煤安技装200955号）；7、云南省工业和信息化委员会关于2010年度全省煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果的批复（云工信煤行2011317号）；8、煤尘爆炸危险性鉴定、煤的自燃倾向性鉴定报告；9、云南省煤炭资源整合工作领导小组文件（云煤整合200844号）“关于曲靖市富源县煤炭资源整合方案的批复”（2008年12月16日发）。附图目录序号图纸名称图号比例1开拓方式平面图采用120002开拓方式剖面图采用120003采区巷道布置及机械配备平面图采用120004采区巷道布置及机械配备剖面图采用120005井下瓦斯抽采管路敷设平面图K1489GK2981120006工业场地及瓦斯泵站布置平面图K1489GK4471110007瓦斯泵房平、立面图K1489GK173111008瓦斯泵房立、剖面图K1489GK17329瓦斯抽采泵站设备与管网布置平面图K1489GK299110瓦斯抽采泵站供电系统图K1489GK261111瓦斯抽采监测系统图K1489GK27511100前言一、项目概况丹烁煤矿位于富源县城144方向，平距66KM处，公路里程126KM，煤矿行政区划隶属富源县十八连山乡管辖。煤矿位于富源县老厂矿区二勘区209勘探线215勘探线之间。本矿建设单位为富源县十八连山乡丹烁煤矿，属私营独资企业。根据云煤整合【2008】44号文云南省煤炭资源整合工作领导小组关于曲靖市富源县煤炭资源整合方案的批复，该矿属于单独保留型矿井，规划生产规模为30万T/A。煤矿于2007年取得了扩建项目核准批复，文号为“云发改能源20071234号”。2009年十八连山乡丹烁煤矿委托我院编制完成了十八连山乡丹烁煤矿扩建初步设计（修改）（15扩30万T/A），根据云南省煤炭工业局关于富源县十八连山乡丹烁煤矿扩建工程初步设计（修改）审查的批复（云煤安技装200938号），矿井设计规模为15万T/年扩30万T/年。二、设计基础条件丹烁煤矿于1997年批准建设，现在采用平硐开拓，在矿区北东部有主平硐、回风斜井各一个，主平硐井口标高1922M，回风斜井标高2054M，矿井现在开采的水平标高为1922M，生产采区位于1922M水平下山，开采C2、C3煤层，在C2煤层布置有一个炮采工作面。本次抽采设计采用的瓦斯参数主要依据的是中国矿业大学、云南方圆中正工贸有限公司于2012年3月提交的云南省富源县丹烁煤矿煤层瓦斯基础参数测定报告和云南省地质矿产局第一地质大队三分队于1985年9月提交的云南省富源县老厂矿区二堪区煤矿精查地质报告，采用了精查地质报告中丹烁煤矿井田内及井田外邻近钻孔煤层瓦斯样资料。根据云南省工业和信息化委员会关于2010年度全省煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果的批复（云工信煤行2011317号），丹烁煤矿2010年度矿井瓦斯等级鉴定结果为绝对瓦斯涌出量305M3/MIN，相对瓦斯涌出量896M3/T，二氧化碳绝对量094M3/MIN，二氧化碳相对量276M3/T，属低瓦斯矿井。矿井通风方式为分列式通风。鉴于矿井现仅开采1910M标高以上的C2、C3煤层，根据历年瓦斯等级鉴定，均为低瓦斯矿井；根据勘探地质报告提供的井田内及井田外邻近钻孔煤层瓦斯样资料，并参照邻近勘区钻孔煤层瓦斯样资料，采用分源法预测矿井相对瓦斯涌出量为7842590M3/T，矿井绝对瓦斯涌出量为4951703M3/MIN，属高瓦斯矿井。矿井煤层瓦斯含量较高，瓦斯涌出量较大，瓦斯已成为制约矿井安全生产的主要因素。因此，为了保证井下安全生产和降低采掘工作面的瓦斯涌出量，必须进行瓦斯抽采。受富源县十八连山乡丹烁煤矿的委托，我院承担了丹烁煤矿瓦斯抽采工程设计。三、编制设计的依据1、设计委托书2、云南省富源县丹烁煤矿资源储量核实报告。3、云南省富源县丹烁煤矿煤层瓦斯基础参数测定报告。4、云南省富源县老厂矿区二堪区煤矿精查地质报告。5、云南省工业和信息化委员会关于2010年度全省煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果的批复（云工信煤行2011317号）。6、云南省发展和改革委员会关于曲靖市富源县十八连山乡丹烁煤矿扩建项目核准的批复。7、云南省煤炭工业局关于富源县十八连山乡丹烁煤矿扩建工程初步设计（修改）审查的批复（云煤安技装200938号）。四、设计遵循的主要标准1、煤矿安全规程2011版。2、煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ10262006）。3、矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）。4、煤矿瓦斯抽采规范（AQ10272006）。5、煤矿瓦斯抽采工程设计规范（GB504712008）。6、煤矿安全安监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ10292007）。采空区瓦斯抽采监控技术规范（MT10352007）。7、煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范（AQ10552008号）国家安全生产监督管理总局。8、防治煤与瓦斯突出规定。9、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定。五、编制瓦斯抽采工程设计的原则1、抽采瓦斯工程设计应体现安全第一、技术经济合理原则，因地制宜地采用新技术、新工艺、新设备、新材料。在符合规范要求、满足使用的前提下，尽可能降低造价、节省投资。2、新建矿井抽采瓦斯工程设计应以批准的勘探地质报告为依据，并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料；改扩建及生产矿井应以本矿勘探报告（或生产地质报告）、瓦斯实测资料为依据。3、瓦斯抽采工程系统宜简单，并宜有利于维护和安全生产。4、尽量利用开采巷道抽采瓦斯，必要时可设置钻场、钻孔的专用瓦斯抽采巷道。抽采瓦斯设计应与矿井设计同步进行，合理安排掘进、抽采、回采三者间的超前与接替关系，保证有足够的工程施工及抽采时间。六、瓦斯抽采工程简述1采用分源预测法进行预测，矿井（抽采前）相对瓦斯涌出量11592698M3/T，绝对瓦斯涌出量7321703M3/MIN。矿井瓦斯涌出量由采煤工作面、掘进工作面、采空区三部分涌出量构成，其中采煤工作面涌出量所占比例最大，采煤工作面瓦斯涌出又包括了开采层与邻近层涌出瓦斯，其中开采层瓦斯比例又最大。2抽采方法C2、C3煤层瓦斯含量低，设计考虑开采这两层煤时只进行半封闭与全封闭采空区瓦斯抽采。C7、C8、C9、C13煤层瓦斯含量高，设计考虑开采这几层煤时，采用回采工作面顺层钻孔预抽、边采边抽、掘进工作面顺层钻孔预抽、半封闭采空区瓦斯抽采、全封闭采空区瓦斯抽采、石门（斜井、上山）揭煤瓦斯预抽。抽采效果在对C7、C8、C9、C13煤层进行预抽后，各煤层残余瓦斯含量可降至8M3/T以下，矿井瓦斯抽采率可达到40左右。设计瓦斯抽采量154485M3/MIN。3抽采管路与设备型号高负压抽采系统地面主管选用30010MM螺旋焊接管，井下主管选用315113MM煤矿井下用钢丝骨架聚乙烯管，干管选用2509MM煤矿井下用钢丝骨架聚乙烯管，支管选用1405MM煤矿井下用钢丝骨架聚乙烯管。抽采泵为2BEC40，300R/MIN水环真空泵两台。低负压抽采系统地面主管选用30010MM螺旋焊接管，井下主管选用315113MM煤矿井下用钢丝骨架聚乙烯管，支管选用2509MM煤矿井下用钢丝骨架聚乙烯管。抽采泵为2BEC42，300R/MIN水环真空泵两台。4抽采泵站给排水抽采泵循环冷却水补充水及生活用水由丹烁煤矿回风斜井工业场地400M3生活、生产高位水池供给，该水池利用重力自流至抽采站场地30M3低位水池。供电瓦斯抽采泵站距矿主井工业场地10KV变电所约22KM。双电源供电，两回电源用架空线引自矿地面变电所的10KV不同母线段。至瓦斯抽采泵站外改用电缆引入抽采站。5瓦斯抽采站占地面积005HM26抽采工程静态投资69609万元其中抽采工程318万元；土建工程2113万元；设备及工器具购置26007万元；安装工程26102万元；工程建设其它费用5879万元；工程预备费6328万元。5抽采系统服务年限与矿井一水平服务年限一致，即23年。三、存在问题及建议1、本矿井一水平（1800M）服务年限有23年，而瓦斯抽采设备服务年限一般为10年左右，根据十八连山乡丹烁煤矿扩建初步设计（修改），矿井一水平（1800M）可采煤层有C2、C3、C7、C8、C9、C136层煤，次可采煤层有C4、C131、C151。本次瓦斯抽采初步设计只考虑矿井一水平开采时的抽采系统及设备选型，开采二水平时业主应委托有资质部门对矿井煤层瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等进行测定，以准确采用分源预测法预测瓦斯涌出量，合理确定抽采参数，重新编制矿井抽采设计。中国矿业大学、云南方圆中正工贸有限公司提交的云南省富源县丹烁煤矿煤层瓦斯基础参数测定报告只测定了C2、C3、C7煤层的瓦斯参数，未测定其它可采煤层煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等基础数据，本设计参照了云南省富源县老厂矿区二堪区煤矿精查地质报告中C13煤层的瓦斯含量，C4、C8、C9、C131、C151煤层没有瓦斯含量资料，本次设计按其邻近层选取瓦斯含量值，参数测定报告提供的C7煤层的瓦斯含量比精查地质报告提供的数据小很多，本次设计C7煤层的瓦斯含量按精查地质报告提供的数据取值。矿井建设揭煤前，要请国家授权单位对煤层瓦斯基础参数（如瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数、瓦斯流量衰减系数等）进行测定，并鉴定矿井瓦斯危险程度，以利于指导瓦斯抽采专项设计、采取有针对性防治瓦斯的措施和指导矿井安全生产。2、本设计预测瓦斯涌出量时部分煤层瓦斯含量采用了本井田外邻近钻孔及邻近堪区钻孔瓦斯含量资料，不一定符合矿井实际情况。建议业主尽快委托有资质部门对本矿井各煤层瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等进行测定，以判断分源预测法预测瓦斯涌出量时基础数据是否合适，合理确定抽采参数，提高瓦斯抽采效率。建议业主委托具有资质单位立即对矿井各可采煤层进行煤与瓦斯突出危险性鉴定，若鉴定出矿井可采煤层中有突出煤层，则应编制防治煤与瓦斯突出专项设计，并修改瓦斯抽采设计。3、富源县十八连山乡丹烁煤矿扩建初步设计（修改）已于2009年编制完成并评审通过，本抽采初步设计的瓦斯涌出量预测及相关参数等，均与前述设计相对应。若矿井实际生产过程中煤层瓦斯含量与设计取值差异较大，必要时应修改相关设计。4、经预测该矿井相对瓦斯涌出量11592698M3/T，绝对瓦斯涌出量7321703M3/MIN，矿井预测为高瓦斯矿井。根据煤矿安全规程规定及AQ10552008煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范，矿井须建立瓦斯抽采系统。第一章矿井概况第一节井田概况一、地理概况1、交通位置丹烁煤矿位于富源县城144方向，平距66KM处，公路里程126KM，矿区位于富源县老厂矿区二勘区209线215线中部。地理坐标东经10432371043356，北纬251139251233。井田北邻四角地煤矿；东邻天井煤矿；南邻白龙山煤矿；西邻雄硐煤矿。井田范围走向长约15KM，倾斜宽约18KM，面积19421KM2。表111丹烁煤矿采区范围拐点坐标表直角坐标经纬度坐标拐点编号X（纵坐标）Y（横坐标）经度纬度矿127889020035454014001043237251218矿227890520035454086001043240251223矿327893380035455090001043316251233矿427879210035456205001043356251147矿527876750035455280001043323251139矿627883840035454626001043259251202矿727882640035454100001043241251158矿827883500035454016001043238251200矿区面积19421KM2标高19951500M富（源）罗（平）公路沿木得河沟由北至南从井田西部的雄硐煤矿通过。由富罗公路岔河桥至本矿井工业场地约30KM，与岔河现有简易公路相通，往南约360KM至罗平县长底，接324国道（昆明至南宁）；往北约470KM至富村，接富（源）兴（义）二级公路；经十八连山乡至五乐滇东电厂公路里程约400KM，公路交通方便。交通位置见图111。2、地形地貌丹烁煤矿矿区地处十八连山山系，地貌归属中山山原区，地势总体北部高，南东低，而区内由于南东向冲沟切割，形成近北东向沟谷与北西向山脊，最高为北部山脊处23765M，最低为南东冲沟处18750M，相对高差5015M。3、环境状况及气候条件区内虽地处亚热带，但高原山区立体气候特征显著，每年12月至次年2月为霜冻期，每年在寒潮侵袭下，雨雪交加，大地封冻。24月为风季，主导风向西南，常年最高气温272，最低气温56，年平均气温1178。多年平均降雨量18881MM。510月为雨季，占全年降雨量的880。总之，本区显示为冬春干燥多雾，夏秋多雨湿润，即冬寒夏温，春暖秋凉的高原性山地季风气候。4、水系及主要河流矿区属珠江水系。无大的地表水体流经矿区。源于区内的老麻塘箐及西侧的大河木德溪沟汇集于南侧的岔河，各沟谷小溪流量受大气降水量限制，流量随季节变化较大。5、地震烈度据建筑抗震设计规范GB500112001，附录A022，富源地区抗震设防烈度为七度，富源境内1537年，1833年和1856年先后三次发生过5级以上的破坏性地震，有感地震也偶有发生，且多系构造性地震。6、人文状况矿区内居民以汉族为主，杂居少量彝族、苗族，以务农为主。主要农产品为水稻、小麦、荞麦、玉米、马铃薯等。经济作物主要为烤烟等，劳动充足。二、矿区开发情况本井田所在的老厂矿区是我国南方最大的无烟煤煤田，资源丰富，浅部开发条件好，随着矿区交通条件的改善及国家对城市民用烟煤的限制，1996年以来，矿区地方煤矿的建设得到较快的发展，现有31对煤矿建设生产，2009年核定生产能力为555万吨/A。丹烁煤矿建于1996年2月，为平硐开采，矿山目前开采的煤层有C2、C3煤层。19851996年采矿证范围西侧浅部，已被民采破坏了较多煤炭资源，据采区储量图反映情况估算统计开采及损失资源量为29164万吨，据煤矿提供历年采出原煤合计1690万吨，包括民采在内，综合回采率5795。丹烁煤矿现生产井筒为主平硐，主要开采1922M标高以上的C2、C3煤层，扩建生产系统形成以后，主平硐将不再出煤，作为矿井的辅助进料、进人和进风用。三、电源及通信本矿井附近已建有老厂乡110/35/10KV变电站及十八连山乡35/10KV变电站，矿井电源取自上述两变电站。四、矿井水源岔河流经井田南东部，流量19M3/S，岔河两侧溪沟有多处泉水，单处泉水流量一般10可以抽采00030051001较难抽采00501根据云南省富源县丹烁煤矿煤层瓦斯基础参数测定报告提供的瓦斯参数，在未采取措施的条件下本矿井煤层瓦斯抽采难易程度类别属可以抽采类型。第三章抽采方法设计第一节瓦斯来源分析一、矿井瓦斯来源及涌出量构成矿井开采时瓦斯涌出量计算、采煤工作面、掘进工作面和采空区瓦斯涌出量及所占百分比计算结果见表311。从表可以看出，采煤工作面瓦斯涌出量所占比例最大，其次为采空区。表311一水平开采时矿井瓦斯涌出量构成表采煤工作面掘进工作面采空区矿井水平编号煤层编号相对瓦斯涌出量M3/T绝对瓦斯涌出量M3/MIN占百分比相对瓦斯涌出量M3/T绝对瓦斯涌出量M3/MIN占百分比相对瓦斯涌出量M3/T绝对瓦斯涌出量M3/MIN占百分比相对瓦斯涌出量M3/T绝对瓦斯涌出量M3/MINC2121276661524951561256511323259319721245C3875553638528008971257325129041372866C71705107663192941851088699441259326981703C87094486120149094128769919025931159732C96684225561222140184731219725931202759一水平C137564775960184116144732920825931268801二、回采工作面瓦斯来源及涌出量构成回采工作面瓦斯来源包括开采层和邻近层（包括围岩）瓦斯两大部分，各部分所占回采工作面百分比计算见表312。从表中可以看出，开采一水平时，开采层瓦斯涌出量所占比例最大。表312一水平回采工作面瓦斯涌出量及各部分所占百分比矿井生产水平煤层编号开采层瓦斯涌出量M3/T占百分比邻近层瓦斯涌出量M3/T占百分比工作面瓦斯涌出量M3/TC2851702436129761212C347854613974539875C71037608166839191705C850170592092941709C942263092473691668一水平C1344859253084075756第二节抽采瓦斯方法选择一、抽采瓦斯方法的选择选择矿井瓦斯抽采方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、抽采瓦斯目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则1选择的抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。2应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果。3抽采方法在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要。4巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽采工程量。5选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。6选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。7抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的设计，有利于增加钻孔的抽采时间。二、矿井瓦斯抽采系统的选择对于矿井瓦斯抽采系统一般分为地面钻井抽采系统、矿井地面集中抽采系统和井下临时抽采系统。目前世界上主要产煤国对煤层气资源化开发利用程度较高，主要方法是地面钻井开采。美国自20世纪70年初首先利用地面钻井的方法开发煤层气资源获得成功；澳大利亚目前广泛应用地面采空区垂直钻孔抽采技术；德国1992年开始应用地面钻井技术开发鲁尔煤田的煤层气；英国煤层渗透率低，目前正在研究低渗透率瓦斯的开发技术。我国地面抽采整体上还处于试验摸索阶段，仅在个别、局部矿井和煤田取得了成功。白沙、抚顺、焦作、阳泉等矿区曾在20世纪70年代打了40多个地面钻孔，并实施钻孔水力压裂等措施抽采瓦斯，但产气效果不理想。晋城矿区煤层裂隙发育、渗透性好、可抽采性好，从1995年开始进行地面煤层气开发，通过地面钻孔抽采地下煤层气，目前已形成规模，并实现了商业产销体系。20世纪90年代两淮矿区在地面勘探和开采煤层气方面做了大量工作，先后共施工测试井14口，压裂试生产井8口，但产气效果均不理想，日产量达不到商业开发标准。2002年以来，淮南矿区不断创新抽采理念，积极试验地面钻井抽采采动区、采空区瓦斯，到目前为止，共施工地面钻井12口，其中7口取得成功，4口失败，1口正在考察中。地面钻井抽采瓦斯技术，虽在国内外已作过研究和实验，但主要是针对煤层赋存稳定、渗透性好的煤层，少数低透气性煤层矿区也曾配合水力压裂等措施进行过地面钻井抽采瓦斯，但产气效果不理想。新庄矿区观音山煤矿开发业主云投粤电扎西能源有限公司与澳大利亚米切尔钻井公司在观音山井田内已进行过地面钻井瓦斯抽采实验。其实验主要内容如下拟采用代麦克幸钻井技术，由地面钻两个分支水平井，再与垂直井汇接，进入煤层的水平孔沿煤层走向距离煤层顶板2M定向钻进，进入煤层的水平孔孔径120MM，每口分支井长1625M，煤层内水平孔长935M，非煤系孔长690M，垂直井深550M。据澳大利亚米切尔公司预计，在煤层内每米水平钻孔日产气10M3，两分支井在煤层内水平钻孔总长1870M，按此计算，一组代麦克幸一年产气610万M3，预计连续抽采一年半后，可将代麦克幸井控制区域内煤体瓦斯含量降到5M3/T以下，其每组井投资约140万美元。目前由于煤层透气性差，该项目澳方已撤走，项目以失败而告终。地面钻井抽采与井下抽采相比具有以下优点不受矿井建设时间和井下巷道延伸的限制，地面抽采与矿井建设可同步进行，抽采时间充分；抽采的瓦斯浓度高，产品商业价值大；地面钻井抽采与井下抽采相比具有以下缺点地面钻井对抽采技术、施工设备要求高，钻井施工成本较高；受地表条件影响大，地面钻井数量有限，煤体内瓦斯抽采不均匀，靠近地面钻井附近区域瓦斯抽采比较充分，远离地面钻井区域瓦斯抽采效果不充分；本矿井所在区域地貌属低中山区，地势北东高南西低，不利于地面钻孔抽采系统的管网布置。因此在抽采系统的选择上，本矿井不适宜采取地面钻孔系统抽采瓦斯，本设计仍采用目前成熟可靠的井下抽采方法。即在扩建投产开采C2煤层时采用在地面设瓦斯抽采泵站，井下建立煤层钻孔管路抽采系统。根据本矿井井田范围及开拓布置，确定扩建投产时将抽采泵设在回风斜井井口附近地势平坦，无地质灾害和洪水影响的地点，瓦斯抽采泵房周围50M范围内无主要建筑、民房和架空高压线，在泵房周围20M设立围墙或栅栏，并严禁明火。三、抽采瓦斯方法的选择根据矿井开采现状，我院编制的丹烁煤矿扩建初步设计（修改）考虑采用由上至下的开采顺序，矿井达产时首先开采一采区，在C2煤层布置一个对拉炮采工作面，布置2个半煤巷掘进工作面、1个岩巷炮掘工作面，保证矿井设计生产能力。C2、C3煤层瓦斯含量低，根据预测结果，开采这两层煤时，矿井瓦斯涌出量小，采煤工作面与掘进工作面瓦斯涌出量小，设计考虑开采这两层煤时只进行半封闭与全封闭采空区瓦斯抽采。C7、C8、C9、C13煤层瓦斯含量高，开采这几层煤时，矿井、采煤工作面瓦斯涌出量均较大，且根据丹烁煤矿瓦斯地质填图，本矿井C7煤层1840M以下瓦斯压力大于074MPA，有发生煤与瓦斯突出的可能性，故设计考虑开采这几层煤时，采用回采工作面顺层钻孔预抽、边采边抽、掘进工作面顺层钻孔预抽、半封闭采空区瓦斯抽采、全封闭采空区瓦斯抽采、石门（斜井、上山）揭煤瓦斯预抽。1、回采工作面预抽顺层钻孔射流钻割一体化抽采技术顺槽巷道掘进一段距离后，在巷道后方靠工作面一侧向工作面施工顺层钻孔，利用射流割缝工艺在钻孔侧壁形成缝槽，同时排出了煤体中部分煤碳，然后抽采工作面煤体内的瓦斯。钻割一体化防突设备是将高压磨料射流割缝技术与钻孔施工技术相结合的，实现打钻、孔内割缝一体的治理煤矿煤与瓦斯突出的新型装备。它由一个内部设有压控阀门的连接头和设在连接头前部的多个钻头羽翼构成，连接头的管壁上设有多个割缝喷嘴，割缝喷嘴与多个钻头羽翼间插排列。当需要钻进打钻时，钻头内由大孔径通低压水，实现排煤粉和降温；当需要割缝时，切断大孔径水路，既可实现高压磨料水从喷嘴中射流。利用钻进与割缝之间需要的压力差，采用压控阀门，在实现功能的同时做到不用电控制达到本质安全。该钻头对于煤层的卸压增渗，提高煤层透气性，提高瓦斯抽采率有很好的效果，不但解决了煤层因打钻后塌孔而不能实现射流割缝的问题，而且解决了高瓦斯煤层开采过程中的瓦斯涌出、瓦斯突出问题。钻割一体化施工过程和防突原理实施钻割一体化割缝过程中，在高压磨料水射流的冲击下，快速改变了煤体应力集中的状态,促使应力向煤体深部和两帮转移，煤层卸压，煤层透气性增加，以致大量吸附状态的瓦斯得到迅速解吸。随着掘进面前方钻孔内部缝槽的形成，缝槽周围煤体发生位移形变，煤体闭合裂隙张开，缝槽周围煤体瓦斯赋存的平衡状态遭到破坏，吸附瓦斯得到进一步解吸,并沿裂隙相互沟通运动,以致煤体的钻孔瓦斯涌出量在割缝前后有较大变化，因此，该设备对低渗透性煤层有良好的增透、卸压作用。施工步骤如下按照钻孔设计在工作面运输巷煤壁上选择位置进行抽采钻孔打钻作业，钻孔长度9095M，由于顺煤层长钻孔抽采参数未进行考察，钻孔间距暂按5M进行设计，待考察结束后，再按照实际考察情况进行钻孔间距的调整；当抽采钻孔钻进到设定深度后，钻机停车，将钻杆尾部的水动力头与高压水管路连接；启动高压泵站，压力调到2530MPA，流量控制在6080L/MIN，钻机后退进行割缝作业。可以根据需要进行平面切割，螺旋线切割；当退出一根钻杆后，先停止高压泵再停止钻机，然后进行拆卸钻杆作业。卸掉一根钻杆后，重复上述的割缝作业。为了保证作业安全和有利于对孔口进行密封抽采，需要留有一定的超前距，根据需要在距离孔口10M处停止割缝作业，直接退钻；待钻杆全部退出后，进行孔口密封作业。通过封孔管、汇流管和支管将钻孔连入抽采管网，对煤层进行瓦斯抽采。布置方式详见回采工作面顺层钻孔布置平面图。钻孔施工完成后接入瓦斯抽采系统进行预抽，达到预定的抽采指标后方可进行采煤作业。在个别抽采瓦斯不充分地点，需要采取局部防突措施作为补充防突措施，设计考虑采用排放钻孔作为回采工作面的局部防突措施。排放钻孔孔深为70M，钻孔间距2M，超前距离30M。本方法的优点有节省工程量，不需从专用抽采巷布置抽采钻场，钻孔数量少，钻孔工程量较小；抽采钻孔全部布置在煤层中，钻孔见煤长度大，施工成本较低；顺层钻孔对煤层控制作用强，对于煤层的卸压增渗，提高煤层透气性，提高瓦斯抽采率有很好的效果，不但解决了煤层因打钻后塌孔而不能实现射流割缝的问题，而且解决了高瓦斯煤层开采过程中的瓦斯涌出、瓦斯突出问题，抽采效果有保障。缺点有顺槽掘进、工作面采煤与瓦斯抽采在时间和空间上互相影响，不利于协调管理；沿走向方向，工作面回采区域瓦斯抽采时间长短不一致。工作面回风巷工作面轨道巷450955025图321采煤工作面钻孔布置示意图2、掘进工作面抽采在煤层掘进巷道两帮每隔40M掘进一个高225M、深3M、宽3M的钻场，两帮钻场采用“迈步式”布置，钻场间距为40M，两帮钻场内各布置4个钻孔，控制巷帮至少15M，钻孔深度为5060M，进行掘进条带先抽后掘、边掘边抽，掘进巷道至预定位置后，再施工下一循环的抽采钻孔，具体钻孔布置见图322。3MM10M3M5M140M5图322掘进工作面布置钻场及钻孔示意图3、半封闭采空区瓦斯抽采本煤层开采后，对下邻近层瓦斯卸压瓦斯释放，有少量下邻近层的瓦斯、本煤层采空区顶底板岩层破碎后释放的瓦斯以及采空区撒煤释放的瓦斯将涌向本煤层采煤工作面和采空区，采用U型通风的壁式采煤工作面，采空区和通风网络联通，瓦斯涌入采空区后又会涌向回采工作面并经回风流排出，当采空区积存和涌出瓦斯较大时，容易造成上隅角瓦斯超限，所以需进行采空区抽采。而半封闭采空区抽采瓦斯在国内外所采用的主要方式有埋管抽采、顶、底板高位钻孔向冒落拱上方打钻孔抽采、工作面尾巷打钻抽采等几种方法。顶、底板高位钻孔向冒落拱上方打钻孔抽采原理为在区段煤体开采后，利用从专用瓦斯抽采巷布置的抽采煤巷条带的钻孔继续抽瓦斯。埋管抽采的方法为在采面回风巷安设焊缝钢管作为瓦斯抽采管，在抽采管的末端设一弯管，使抽采管口抬高至回风巷顶部，并设木垛对其管口进行保护。在工作面后部抽采管上每隔3050M（合理数据需在试验中考察确定）安装一组三通、控制阀门及埋管组件，在工作面推进过程中，将埋管口保留在工作面的采空区，通过抽采管路对邻近层卸压瓦斯和采空区瓦斯进行抽采。设计考虑采用埋管抽采方法，对已采完封闭的采空区抽采采用密闭瓦斯抽采。矿井实际开采过程中应对采空区抽采方法进行试验，选取合理的抽采方法，将瓦斯灾害降低到最小程度。详细布置见图323。木垛筛孔管支撑垛抽放管路阀门抽放管路进风巷回风巷工作面采空区图323半封闭采空区抽采瓦斯布置示意图4、全封闭采空区瓦斯抽采全封闭采空区是指工作面已采完封闭的采空区，也称老采空区。采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯，可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出。加强采空区密闭对全封闭采空区瓦斯抽采是个必要条件，提高采空区的气密性可防止漏气，保持必要的抽采瓦斯浓度和防止有自燃倾向煤层因漏气进氧而发生采空区发火。对于已采完的采空区都要砌筑永久性密闭。永久性密闭要选择顶底板坚固的岩（煤）层巷道，两道密闭墙（砖或料石）中间充填砂或黄土，密闭墙四周要掏槽，插管抽采的密闭上还应设置注砂（泥浆）管和采气测温管等观测管。密闭墙厚度不小于1M，四周掏槽深度不小于03M。全封闭采空区插管抽采示意图见图324。543211抽放瓦斯支管；2密闭门；3阀门；4流量计5放水器；278669注浆管；7砂（泥浆）充填物；8观测管；9采空区插管；图324全封闭采空区插管抽采示意图第三节抽采参数的确定一、抽采时间及抽采率的确定从保证回采工作面的安全需要，综合考虑钻孔布置方式、间距等情况，回采工作面顺层钻孔的预抽时间为10个月，抽采率预计达到30；顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的预抽时间为6个月，抽采率预计达到30；为减图324少回采工作面瓦斯涌出量，降低回采工作面上隅角瓦斯浓度，设计考虑对回采工作面后方的半封闭采空区抽采，预计抽采率可达30；已采采区采空区进行密闭抽采，预计抽采率15。二、抽采负压根据国内矿井的瓦斯抽采经验，抽采钻孔的孔口负压应大于13KPA，采空区瓦斯抽采孔口负压为5KPA。第四节抽采钻孔布置与施工一、钻孔参数及钻进工艺1、钻孔直径根据国内瓦斯抽采实践经验，本矿井抽采钻孔选用开孔直径为90MM、终孔直径为75MM的钻孔。2、钻孔长度及间距钻孔长度根据抽采方法及工作面长度确定，钻孔长度及间距确定见各抽采方法示意图。钻孔有效抽采范围决定钻孔间距。钻孔有效抽采范围受煤层裂隙发育、煤层透气性、煤层瓦斯压力等因素影响，设计初步确定采煤工作面顺层钻孔间距为5M。生产中要对不同钻孔间距的抽采效果进行测试、统计，比较确定更加合理的钻孔间距。3、钻进工艺设计采用ZL750型矿用坑道钻机，配50MM钻杆，风压排粉，孔口压力水防尘，采用岩芯钻进工艺。二、钻机及附属设备1、钻机ZL750型矿用坑道钻机，具有钻进能力大、操作简单、稳定可靠、体积小、适应性好、寿命长、移动方便、钻杆刚度大强度高等特点。主要技术参数如下最大钻进深度200M开孔直径115/90MM终孔直径65/75MM钻杆直径50MM钻孔倾角9090额定输出转速100/165/300R/MIN额定输出转矩750/450/250NM推进力15KN起拨力20KN正常进给速度02M/MIN给进行程400MM最大工作压力9MPA电机功率11KW适应煤岩坚固性系数F8主机外形尺寸1450715M主机重量（不含钻杆）约700KG钻进指标根据煤矿瓦斯抽采管理规范，钻机台月效率为岩石F68，不小于1200M月台岩石F6（包括煤），不小于1600M月台2、钻杆钻杆是将钻机的能力传递给岩芯管和钻头，并将风引入孔底的装置。钻杆在运动中受扭力、压力的综合作用，所以钻杆需要较好材质，一般要求抗裂强度为5565KG/MM2，延展率不小于12的无缝钢管制成。本矿选用50MM钻杆。3、钻头一般按煤岩层的硬度和采取岩芯的不同，选用不同类型的钻头。取芯的有平底形、阶梯形；不取芯有圆弧支柱形、阶梯（锥型）形、三翼刮刀形、内凹三翼刮刀形。筒状钻头一般在开孔时用，其孔形光滑、平整便于封孔。4、岩芯管岩芯管一般用于取岩芯和起导向作用。岩芯管一端用正旋螺纹与钻头连接，另一端用异径接头与钻杆连接。岩芯管螺纹连接处极易磨损，因而异径接头外圆直径、钻头直径应大于岩芯管12MM，并随时观察，发现磨损严重及时更换。5、打捞工具打捞工具是用于钻进过程中出现断杆现象时从钻孔中取出钻头、钻杆的专用工具，也是钻孔施工过程中的必备工具。三、封孔抽采钻孔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。封孔应满足密封性好、操作方便和材料经济的要求。封孔质量影响着抽采瓦斯的浓度、孔口负压、甚至整个抽采系统的效果。一般采用水泥注浆泵封孔、聚氨脂封孔两种方法，严禁采用黄泥封孔。封孔长度封孔段在煤层，封孔长度大于80M，封孔段在岩层，封孔长度大于50M。设计选用水泥注浆泵封孔。（1）聚氨脂封孔。聚氨脂是一种新型的化学封孔材料，由异氢酸酯、聚醚和几种添加剂反应生成硬质泡沫体。封孔前要将顶端焊有铁挡盘的封孔管准备好，根据封孔段长度确定好聚氨脂用量，然后将配制好的甲、乙两种药液混和并快速搅拌均匀，当药液由黄褐色稍变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在毛巾布上，边倒药液边向封孔管上卷缠毛巾，并将卷缠好的封孔管迅速插入钻孔内。整个操作时间不超过5MIN。5MIN后药液开始发泡沫膨胀，膨胀倍数可达20倍。封孔完毕后用木楔将封孔管楔紧，以免封孔管晃动影响封孔质量。根据煤矿瓦斯抽采技术规范并结合生产实践，岩层钻孔封孔深度不小于50M，煤层钻孔封孔深度不小于80M。（2）水泥注浆泵封孔采用水泥注浆泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，钻孔封孔效果好，但操作较为复杂。矿用型注浆封孔泵主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔，同时还广泛应用于煤层注水封孔、注浆封孔及其它各种类型钻孔的封孔。该泵自身具有搅拌功能，封孔质量可靠，封孔工艺简单，使用方便，易于维护。其额定压力12（24）MPA，流量为0008001M3/MIN。矿用型注浆封孔泵其主要由矿用隔爆型电磁起动器（1）、防爆电动机（2）、联轴器（3）、变速系统（4）、搅拌器（5）、操作离合器（6）、离合器操作手柄（7）、机座（9）及送浆泵（10）组成。见图341。图341封孔泵结构图封孔管采用抗静电的工程塑料管或铁管。以钻孔封孔长度为80M为例，封孔材料采用425硅酸盐水泥，孔内抽采管长度80M，为DN50MM矿用PVC管或铁管，抽采管在孔内端钻1020个直径10MM的小孔，并用双层铁筛网扎好。工艺过程一般在打钻将要结束时就可开始准备水泥砂浆。水泥砂浆一般应加入适量的膨胀剂，以避免凝固后收缩出现裂缝。当钻孔倾角较小时可适当增大浆液的浓度、适当增大封孔长度。注浆泵与所封钻孔的连接如图342所示。抽放管钻孔水泥浆注浆管封孔泵抽放管注浆管黄泥封堵图342封孔泵与被封钻孔的连接图井下封孔操作方法为检查封孔泵是否完好，封孔所需用的工具，配件等是否带全；检查抽采钻孔所需的抽采管是否齐全，长度是否达到要求（DN50MM，每根长度90M）；根据井下钻孔的封孔深度，计算所需要的水泥量，按照水泥水石膏黄沙10500505（重量比）配制浆液。采用直接将井下装水泥的编织袋缠绕在抽采管上，送入钻孔内封住孔口，其做法如下（如图343所示）30CM抽放管与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与与1与与2与与3与与4与与5与与6与图343井下注浆封孔方法示意图将抽采管的一端与注浆管摆放在一起，其重叠处约30CM左右；准备编织袋；将袋子开口端向孔口处，如图4所示将抽采管与注浆管缠绕；用麻绳或麻线等，将抽采管、注浆管及编织袋捆紧；如图5所示送入孔内，并保证封孔严实不漏浆；按泵的操作规程，开动泵搅拌水泥浆，均匀后并开始注浆，水泥浆先将编织袋胀大，并封住钻孔，继续注浆直到注完为止，注浆时，孔口可能会漏一些浆，但不会影响整个封孔质量；注完后即可直接将注浆胶管拔出。按以上方法进行下一个孔的注浆封孔。当钻孔为负倾角时在封孔段必须设置防止水泥浆流入孔底的措施。所有要封的钻孔封完后，要将封孔泵清洗干净。综合以上二种封孔方法的特点，根据钻孔孔口段煤（岩）性质、裂隙发育程度及孔口负压等情况，结合其它矿井的封孔经验，钻孔封孔方法确定为水泥注浆泵封孔，封孔设备为矿用型注浆封孔泵，考虑一台使用，一台备用，则该矿应配备二台注浆封孔泵。矿井也可以根据实践情况，选用聚氨脂封孔。四、钻孔与管路的连接钻孔与抽采瓦斯管连接时，设置孔板流量计、气压计、观测嘴、阀门及放水器。封孔装置与抽采管路之间用32MM高压胶管将抽采钻孔导管与钻场汇流管相联结，并用8号圆丝将两端扎紧，做到密闭不漏气，高压胶管不能拐120以下的急弯；汇流管与钻场瓦斯管连接，再与巷道中的瓦斯抽采支管连接。钻孔与管路联结示意见图344。（B）回采面抽采管路连接图（A）掘进面管路连接图钢丝胶管放水器阀门抽放支管汇总管钻孔封孔材料抽放管煤层流量测定管流量测定管煤层抽放管封孔材料钻孔汇总管抽放支管阀门放水器钢丝胶管图344瓦斯抽采钻孔连接示意图第五节井下管网系统一、管网系统布置原则1、瓦斯管网布置充分考虑井下巷道布置、地面泵站位置及矿井发展规划，尽量避免或减少以后主、干管路频繁改动；2、瓦斯管路尽量敷设在曲线段最少、距离最短的巷道中；3、瓦斯管路尽量沿矿车通过较少的巷道敷设，尽量避免被碰撞；4、瓦斯管路尽量沿回风巷道敷设，避免一旦管路瓦斯泄漏，瓦斯进入采、掘工作面和井下硐室；5、管路、设备尽量敷设在运输、安装、维修和日常检查方便的巷道；6、管网系统中调节、安全、计量、监测等附属设施设置齐全；7、管材要求耐压、抗冲击、轻便、抗静电、抗腐蚀等特性。以上原则要全面考虑，综合确定。二、管网系统组成1、管网系统由三部分组成（1）主管，抽采和输送全矿井瓦斯管路；（2）分管，抽采和输送一个或几个采区的的瓦斯管路；（3）支管，抽采和输送一个采、掘工作面的瓦斯管路；2、管网附属装置，包括（1）测压、测流量和调节装置用于调节、控制和测量管路中瓦斯浓度、流量和压力等参数；（2）安全装置用于安全防护，包括接地保护、放水器等装置；（3）安全监测监控装置监测瓦斯抽采系统运行状况并进行相应的控制；三、井下管材选择瓦斯管的管材尽量采用国家定型产品，且必须取得“MA”标志。目前常用的管材有钢丝网骨架聚乙烯管、无缝钢管、阻燃抗静电PE管等。管材选择一般考虑运输、安装、使用、维修、防腐、防碰撞及投资等因素。本设计井下瓦斯抽采管道均选用矿用钢丝骨架网聚乙烯管材。矿井也可以选择相同内径的具有煤安标志和符合瓦斯抽采规范要求的其它管材。为了防止瓦斯抽采管路遭碰撞，在容易产生碰撞的地段，设置防碰撞设施。根据煤矿瓦斯抽采管理规范，瓦斯管路必须进行防腐处理，外部涂红色以示区别。四、管路联接管路联接是瓦斯抽采管网系统中重要环节，是系统中主要漏气点。法兰联接较焊接具有安装、拆卸方便、安全可靠等优点而广泛应用。本设计选用法兰联接管路。法兰盘在瓦斯管道的两端，井下管路联接时两管路法兰盘间加橡胶密封圈，用螺栓紧固。管路敷设及安装要符合下列要求1、抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短。采用无缝钢管瓦斯管道必须进行防腐处理，外部涂红色以示区别。2、抽采管路设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于18M，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽采瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于01M。3、主管、干管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置。4、抽采钻场、门框架、低洼、温度突变处及沿管路适当距离间距一般为200M300M，最大不超过500M，应设置放水器。5、在抽采管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。6、抽采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。7、主管上的阀门应设置在井下主要分区点，确保每点进行撤安管路时，不影响其它区域的正常抽采，并便于人员操作。8、抽采管路应根据巷道保持一定的坡度，一般不小于3的流水坡度。9、凡遇跨越有运输任务的巷道时，抽采管路安装设置门框架；门框架设置要求以不影响行车、行人为准。10、管路要托挂或垫起，吊挂要平直，拐弯处设弯头，不拐急弯。管子的接头接口要拧紧，用法兰盘连接的管子必须加垫圈，做到不漏气、不漏水。五、管路附属装置瓦斯管路的附属装置，大致分为两大类一类是用来调节控制瓦斯压力和流量的，另一类是有关安全监控方面的。1、钻孔与管路的连接装置瓦斯管路的连接装置，包括管路弯头、自动放水器、孔板流量计和高压胶管等。封孔管与管路弯头、孔板流量计、止回阀等连接，再通过接头与铠装胶管连接，胶管另一端通过接头与瓦斯管三通上的阀门连接，构成了瓦斯抽采系统的开端。瓦斯管上连接自动放水器，及时放出积聚的水分。2、阀门在瓦斯主、干管、钻孔联接装置以及认为需要的地点，都必须设置阀门，用于调节各个抽采区、各个钻孔的抽采量及瓦斯浓度，同时也可以调节、控制和平衡各地点、各管路系统上所需要的压力。另外，当修理和更换瓦斯管，以及联接或拆接钻孔装置时，可以关闭阀门，切断通路。阀门型号根据使用地点和管径大小而确定，一般抽采点由于管径小选用闸阀，主、干管可选用外形尺寸较小的蝶阀，钻孔口选用逆止阀防止瓦斯流倒流。阀门必须是取得“MA”标志，且适用于煤层瓦斯气的阀门。3、测压嘴（孔）测压嘴即测定管路中瓦斯流的压力和瓦斯管路中气体取样的小孔，在管路安装以前，预先焊装上，并检查有无焊渣堵塞和漏气现象。在瓦斯主管、支管和钻孔联接装置上都应设置。测压嘴不宜过大过长，一般不超过300MM，其直径大约40100MM。平时，可用一头捆扎的细胶管套紧，确保与管外空气隔绝。4、管路放水器（1）负压放水器在瓦斯抽采时，煤层中部分水分随瓦斯气流被抽出。管路在敷设中有一定的倾斜角度，管中不断有水流向管路中的低洼处，影响瓦斯流动。管路中需每200300M、最长不超过500M的低洼处安设一放水器，及时将管中积水放出。放水器有人工和自动两种放水器。为了提高人员效率，选用CF全自