煤矿1304采煤工作面瓦斯抽采设计

I纳雍王家营青利煤矿1304采煤工作面瓦斯抽采设计日期：2017年5月16日PAGEPAGE31304采煤工作面瓦斯抽采施工设计及措施一、编制目的为了1304采煤工作面瓦斯抽采达标，根据《防治煤与瓦斯突出规定》及《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》相关规定，需对1304采煤工作面进行瓦斯抽采；为了规范1304采煤工作面瓦斯抽采，特编制《1304采煤工作面瓦斯抽采施工设计及措施》。二、编写依据 1、《煤矿安全规程》2、《防治煤与瓦斯突出规定》3、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》4、《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）5、《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）6、《王家营青利煤矿瓦斯抽采专项设计》7、其他相关规定及标准三、工作面煤层、瓦斯、地质构造等基本情况1、工作面布置情况1304采煤工作面位于一采区南翼，布置在3#煤层中，为王家营青利煤矿1301采面的接替工作面，北为1301采煤工作面，南为井田边界，西为一采区未开采部分，东为3#煤层风氧化带。1304采煤工作面走向长300米，平均可采长度215米。平均倾斜长度167米，煤层倾角15°，煤层平均厚度为1.5m，1304回风巷最低标高+1555m，机巷最低标高+1506m。该采面位于矿主井右翼，为右翼采区第一个区段。2、瓦斯含量情况本矿瓦斯等级鉴定为突出矿井，根据平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心《1304工作面区域突出危险性预测报告》：3号煤在+1568.371m标高瓦斯含量为4.2043m³／t，+1504.310m水平实测瓦斯含量为6.1980m³／t，+1501.297m水平实测瓦斯含量为7.8899m³／t，1304回风巷标高在1555m-1557m之间，1304工作面3号煤层开拓后区域预测结论为：（标高起止范围+1553.6m—+1501.467m）为无突出危险区。3、地质构造及顶底板情况3号煤层：位于龙潭组上段上部，煤层厚度0.26～1.97m，平均1.46m，除局部点受构造影响外，全井田可采，为主要可采煤层，直接顶板一般为泥灰岩，部分为粉砂质泥岩，直接底板为泥岩，往下一般为粉砂质泥岩或泥质粉砂岩。4、邻近巷道北为1301采煤工作面，南为井田边界，西为一采区未开采部分，东为3#煤层风氧化带。对应地面最高标高+2015m至+2065m，均为丘陵坡地，无任何建筑。四、瓦斯情况分析及抽采量计算一）采面顺层瓦斯抽采量1、预计钻孔控制范围根据钻孔施工设计，钻孔施工控制平均宽度（工作面倾向长度）167m，控制煤层平均长度为215m，则其钻孔的控制面积为：S=a×b=215×167=35905m2式中：S钻孔控制面积，m2a工作面平均长度，mb工作面倾向长度,m2、煤量计算：3#煤层平均厚度为1.5m，3#煤层的容重为1.47t/m3,工作面总煤量为：M=S×H×R=35905×1.5×1.47=79170.525吨式中：M——工作面总煤量，tS——工作面总面积，m2H——3煤层平均厚度,mR——3煤层容重,t/m33、工作面煤体瓦斯总含量计算根据平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心《1304工作面区域突出危险性预测报告》：3号煤在+1568.371m标高瓦斯含量为4.2043m³／t，+1504.310m水平实测瓦斯含量为6.1980m³／t，+1501.297m水平实测瓦斯含量为7.8899m³／t，因此采面区域瓦斯总含量为：Q含=M×W0=79170.525×7.8899=624247.5252（m3）式中：Q含——工作面煤体瓦斯总含量，m3M——工作面总煤量，tW0——3煤层原始瓦斯含量，m3/t4、瓦斯抽放量及抽采率采用预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效性指标，应根据矿井实测资料确定。根据平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心《1304工作面区域突出危险性预测报告》：3号煤在+1568.371m标高瓦斯含量为4.2043m³／t，+1504.310m水平实测瓦斯含量为76.1980m³／t，+1501.297m水平实测瓦斯含量为7.8899m³／t，根据我矿实际情况结合《瓦斯抽采达标暂行规定》，抽采有效指标必须为原始瓦斯含量的30%以上时有效。则此采煤头此次抽放量为：Q抽=Q含×30%=624647.5252×0.3=187394.25756m3式中：Q抽——工作面应抽瓦斯含量，m3Q含——工作面含瓦斯总量，m3五、抽放钻孔设计一）采前预抽工作面本煤层瓦斯在采煤工作面运输巷、回风巷内各布置一排平行钻孔来预抽工作面瓦斯，平行钻孔间距为3m。平行钻孔距巷道底板1.0～1.2m，钻孔倾角等于煤层倾角，钻孔长度根据工作面真倾斜长度确定。采用ZY-750型液压钻机配φ42mm钻杆，套φ75mm的钻头施工抽放孔。使用两堵一注封孔，封孔深度不低于8米，钻孔封孔后，并入矿井高负压抽放系统进行抽放。施工完毕后将钻孔方位、倾角、孔深等参数绘制成图。在1304回风巷下帮按方位258°，倾角-15°施工抽放钻孔，钻孔终孔间距3m，平行布置，设计钻孔83个，平均孔深78m/个；在1304运输巷上帮按方位72°，倾角+15°施工抽放钻孔，设计钻孔69个，平均孔深92m/个，钻孔终孔间距3m，平行布置。钻孔约累计工程量12822m。1304运输及回风巷在掘进过程中预抽煤层瓦斯已有效控制左右两帮15m，1304工作面切眼未施工，在施工前重新布置抽放钻孔，确保抽采达标及各项防突指标考察无突出危险性后方可掘进（附1304采面瓦斯抽采设计图）。二）抽放采空区瓦斯煤层开采后，受采动影响，煤层顶、底板变形产生裂隙导致邻近煤层瓦斯卸压释放，通过采空区涌向采煤工作面，经风流稀释后排出，当采空区涌出瓦斯量较大时，容易造成上隅角瓦斯超限，所以需要进行采空区抽采。（1）回采期间采空区采用半封闭采空区瓦斯抽采工作面回采期间采空区瓦斯抽采采用上隅角插管抽采方法。（2）回采完毕全封闭采空区瓦斯抽采全封闭采空区是指工作面（或采区、矿井）已采完封闭的采空区，也称老采空区。随着矿井的生产采空区面积逐渐增大，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，对于已采完的大面积采空区采用全封闭采空区插管抽采能有效减少瓦斯涌出，插管抽采布置详见下图。采用全封闭采空区插管抽采要在运输巷和回风巷砌筑永久性密闭。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0.3m。六、抽采钻孔布置及施工1、钻孔直径理论上钻孔直径大，暴露煤壁面积也大，瓦斯涌出量就大。但钻孔的直径应根据打钻技术、抽采瓦斯量和抽采半径等因素综合考虑，一般选用Φ75～113mm，有条件时可用大直径钻孔。根据本矿的实际情况，设计钻孔直径为75mm，当施工工艺成熟后可适当增大钻孔直径。2、钻孔长度及间距钻孔长度根据抽采方法确定，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，设计初步确定本煤层抽采半径为1.5m。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、钻进工艺通过对钻场及钻孔参数设计我们可知，本矿井采用了综合抽采瓦斯方法时，需施工钻孔，根据钻孔数量与施工位置以及钻孔参数，设计选用ZY-750型型钻机两台，钻机最大钻孔深度150m，配套钻杆选用Φ42mm，每节长度0.8m的钻探钻杆，钻头选用三翼钻头，可以满足需要。打钻施工供水采用由地面供水池向采区直接敷设管路，利用静压水头直接供水，供水管路的敷设要与抽采管路敷设同步进行，供风由矿压风管路供至工作面。5、抽采施工工艺（1）抽采钻孔施工设备①、钻机ZY-750型全液压钻机，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120～150m；钻杆规格Ф42×800mm/Ф50×800mm；钻孔倾角-90～+90°；电机功率18.5kW；（2）封孔工艺采用“两堵一注”封孔方式封孔，封孔外段和里段各2m处采用马丽散封堵，中间段采用机械注水泥浆封孔。封孔过程：当抽采孔施工结束后，将抽采管安装在钻孔中预定的封孔深度，里段用马丽散封堵2m，并安装好注浆管、返浆管，外段用马丽散封堵2m。管路安装完毕后应及时注浆。煤孔封孔深度10～12m（开孔处围岩或煤层破碎时，应当增加封孔深度）。封孔注浆具体方法为：根据封孔深度确定水泥的数量，并按水灰比1：1配制成水泥浆，用注浆泵一次连续就水泥浆注入孔内，待返浆管返浆时，暂停注浆，关闭返浆管阀门。20分钟后在进行一次注浆使压力达到2MPa以上。经24h凝固后，合茬抽采。七、抽采管路系统1、瓦斯抽采管路系统布置预抽采用高负压抽采系统1、高负压抽采系统管路布置：1）1304运输巷12机轨石门12机轨石门回风联络巷总回瓦斯泵房。2）1304回风巷11回风石门总回（上段）瓦斯泵房。2、瓦斯抽采管材的选择高负压主管直径为Ф400×4.0mm卷皮铁管，支管直径为Ф219×4.0mm卷皮铁管（工作面预抽）2、抽采管路敷设及附属装置1、在巷道敷设管路必须用钢绳挂在锚杆上。离地不小于300mm，以便容易放出管路里的积水。2、在敷设倾斜管路时，为了防止管路下滑，应采用管卡将管子固定在特制的管道支架上，管卡间距为15～20m；3、敷设管路时应创造排除管中积水的条件，低洼处设放水器，及时放出管中积水。4、管路敷设要求平直，避免急弯，转弯时角度应不小于50°；5、管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安设放水器；3、附属装置1、阀门在瓦斯抽采管路(干管、支管)上和钻场、钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个抽采地点的抽采负压、瓦斯浓度、抽采量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路；在井口外和入泵站前加设两个分歧式简易防爆阀。当管内发生瓦斯爆炸时，冲击波冲破胶板，压力得到释放，可以减轻和消除爆炸威力及火焰传播。2、钻孔连接装置钻孔与管路的连接装置，包括弯管、自动放水器、V锥流量计和胶皮连接软管等。回采工作面预抽钻孔，利用胶管连接，胶管的一端连接到钻孔封孔管上，另一端与瓦斯抽采管连接，构成抽采系统。3、放水装置在钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处应安设放水装置，在抽采泵出口侧安装正压放水器。4、测压装置在瓦斯干管、支管以及钻孔连接装置上均应设置测压嘴，以便经常观测管内压力。测压孔高度设计为80mm，选用内径6mm的紫铜管，在安装管路之前预先焊上，平常用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。测压嘴还可作为取气样孔，取出气体进行气体成分分析或测定瓦斯浓度；瓦斯抽采泵房还应配置瓦斯检定器、压差计、瓦斯采样器等检测仪器和其它照明防爆按钮。5、计量装置瓦斯流量是瓦斯抽采工作中的一个重要参数，较准确的测定瓦斯流量才能真实地反映瓦斯抽采效果。在井下与主管道汇合的各抽采支管处各安设一个V锥流量计，计量各支管的瓦斯抽采量。在抽采系统的主管道上也应安设V锥流量计和涡街气体流量仪，计量整个抽采系统的瓦斯抽采量。同时在每个钻场中用煤气表和三通阀门进行单孔计量。在进入本工作面的两趟支管上分别安装甲烷、负压、温度、流量监测监控装置，并与地面监控站联网，实现自动监控。八、施工安全技术措施1、准备工作：（1）钻机运输及拆装：①钻机在大巷运输过程中由当班队长负责向里运送，在运送前，钻机人员应再一次检查矿车的捆绑钢丝绳是否牢固，确保安全。在运送过程中，严禁任何人乘坐矿车。②在斜巷运输前，钻机人员必须首先检查绞车的固定，钢丝绳勾的安好状况，发现隐患及时处理；在斜巷运输过程中，要严格执行“行车不行人，行人不行车”定，钻机平板车两侧及下方严禁站人，并使用好“一坡三档”。③将钻机运送到安全地点，从矿车卸下之前，首先检查安装地点的顶板及两帮的不安全因素，必须进行处理；在起吊前必须检查起吊锚杆的牢固性及导链的可靠性，有无退扣，滑链现象，保证导链完好，严禁用其他物品代替起重梁；起吊过程中必须由专人统一指挥，除起吊人员外其他人应远离钻机，在落下过程中应缓慢下放，下放时严禁用手托。钻机的安装根据钻孔的位置调整好方向与高度，钻机固定要牢靠，要有压车与人员护身装置。钻机在拆卸过程中，应拆卸成几个部分，钻机的大件用矿车运送，装车过程中，要使用手拉葫芦配合起重锚杆起吊，严禁人工硬抬硬扛。（2）抽放管路的运输及安装：①软质管或较短管材、配件可装矿车运送；凡矿车装不下的管材均装架子车运送。管材的装载高度不准超出矿车或架子车两帮高度，并要捆绑牢固。②在电机车运输巷道运送时，应事先与运输区取得联系，并严格执行电机车运输有关规定。③斜巷运输时严格执行“行车不行人，行人不行车”管理规定。④管材、物料运到现场后，应放在指定地点，堆放整齐、牢稳，不得妨碍行人、运输和通风。⑤安装管路前，应根据管路的安装用途和施工场所的条件要求，带齐所需用具；安装前应详细检查管材质量，有无堵塞物，管盘完好，配件齐全。⑥拆接管路时，施工人员要相互配合，两人托住管子，一人拆、紧螺丝。⑦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。⑧敷设瓦斯抽放管路时，要严格按设计线路及要求施工，并按要求安齐人工或自动放水装置。2、钻进安全技术要求（1）钻孔施工中，班长为当班安全第一责任人，每班开工前必须进行安全三确认，发现异常情况及时处理并汇报。（2）所有钻机工必须持证上岗，穿戴整齐利落、衣襟、袖口、裤脚必须束紧，施工进程中严格按《井下钻探操作规程》操作，坚守岗位。（3）检查钻头旋转方向，经空载运转没有异常现象时，方可装上钻头开孔钻进。开孔时要缓慢钻进，要保护好钻头。（4）在施工进程中，瓦斯检查员检查钻场现场风流中瓦斯浓度，同时班长将所带瓦斯便携仪悬挂在施工钻孔上方偏下风口0.5m位置，当瓦斯浓度达到0.8%时，必须停止打钻作业，切断电源，采取有效措施处理。（5）在钻进过程中若出现煤岩破碎、漏水、瓦斯涌出量突然增大或由于孔内瓦斯高而出现顶钻等现象，要立即停钻，查明原因同时汇报调度室，并积极采取有效措施，待现象解除后方可继续进尺，防止引发意外事故的发生；（6）打钻人员要精力集中，