1302采煤工作面瓦斯抽放设计.docx
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1302采煤工作面瓦斯抽放设计
百里杜鹃风景名胜区玉龙煤矿
1302工作面预抽煤层瓦斯抽放设计
通防科
2012年1月
1302工作面预抽煤层瓦斯抽放设计
一、工作面概况
1、工作面位置
1302工作面位于一采区西翼,东起主斜井下山30m保护煤柱线,西至井田边界(切眼)。
南为小煤窑破坏带,北为1304回风巷,正准备掘进。
上部为M8煤层(林山煤矿)老空区,已开采至+1700m。
下部为15-25m茅口组灰岩。
本煤层西翼相邻M3煤层无工作面,未回采。
其地表位于大方县百纳乡龙峰村西北,工作面位于矿区西南部山下,地面无建筑物。
2、煤岩层结构情况
本工作面开采为二叠系上统龙潭组(P3l)煤层,煤层厚度较为稳定,一般在2.2米左右。
在煤层中下部有2~3层夹矸,厚0.2—0.4米。
此处M3煤直接顶板为砂质页岩,厚度5米;老顶为砂质页岩,厚度40米。
直接底为砂质页岩,厚度1.5米,老底为砂质页岩厚度22.2米。
煤层倾角11°.
3、地质构造
本工作面煤层较稳定,所处位置地质构造简单,无断层。
4、水文地质
本工作面充水条件简单。
地表无河流,无老空积水及顶板裂隙水出现。
5、瓦斯
玉龙煤矿M3煤层在鉴定范围(标高+1743m以上的M3煤层)内无突出危险性。
1302工作面开采标高+1771-+1773m,在鉴定标高+1743m以上范围,属于没有煤与瓦斯突出区。
且上履M8煤层已经进行了大部开采,其开采范围在+1700m标高以上。
因M3煤层上距M8煤层40m,在开采解放层的保护范围,对现开采M3煤层已得到了一定程度的解放,因此,一采区在+1743m标高范围内不需要开采解放层。
为构建“通风可靠,抽采达标,监控有效,管理到位,隐患排除、综合利用”的工作体系,按照“应抽尽抽、先抽后采、先抽后掘”的原则,根据《防治煤与瓦斯突出规定》和《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求,制定1302采煤面预抽煤层瓦斯的设计,防止煤与瓦斯突出事故的发生。
6、地质储量
本工作面平均走向长510米,平均斜长为100米,平均厚度为2.2米,容重1.55吨/m3,其地质储量为17.4万吨。
二、采区可采煤层工作面预抽煤层瓦斯技术
1、工作面预抽煤层瓦斯的目的
采用预抽煤层瓦斯防突技术以消除回采工作面的突出危险性。
预抽煤层瓦斯是一种区域性的防治煤与瓦斯突出的措施,即在突出危险煤层采掘工作之前,进行大面积的预先抽放瓦斯,以降低或消除突出危险。
瓦斯压力是造成突出的因素之一,当煤层瓦斯压力降到0.74Mpa以下时,就有减小和消除发生突出的可能。
钻孔预抽煤层瓦斯就是预先抽放煤层中的瓦斯,卸除瓦斯压力防治突出的一项基本措施。
它主要用于单一煤层或无保护层可采的突出危险煤层。
2、预抽煤层瓦斯的作用原理
预抽煤层瓦斯,实质上就是在回采前预先抽放工作面煤层的瓦斯,主要是通过预先抽放瓦斯以减小或消除煤层的突出危险性,其次也可以减少采掘过程中的瓦斯涌出量。
预抽煤层瓦斯作用,即是利用均匀布置在突出危险煤层中的大量钻孔,经过一定时间的预先抽放瓦斯,以降低突出危险煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力,从而使煤层变形收缩,煤体应力下降,并相应地使煤体的强度增高,使被抽放煤层减小或消除突出危险性。
3、工作面预抽煤层瓦斯有效性指标
抽放瓦斯的效果如何,能否达到防突目的,要通过一定的指标和对矿井的实际考察结果来衡量。
可先用下列指标之一来确定:
(1)、预抽煤层瓦斯后,突出煤层残余瓦斯含量W应小于该煤层在此突出区域始突深度的煤层原始瓦斯含量W始。
(2)、煤层瓦斯预抽率应大于30%。
煤层瓦斯预抽率应按照钻孔控制范围内煤层瓦斯储量、抽出瓦斯量(包括打钻钻孔自然排放量和抽放量)来计算,见下式:
η=
×100≥30%
式中:
Q喷—打钻过程中各个钻孔喷出的瓦斯总量,m3
Q涌—各个钻孔在与抽放系统连接前自然涌出的瓦斯总量,m3
Q抽—各个钻孔在与抽放系统连接后抽放瓦斯的累计总量,m3
Q储—钻孔控制范围内煤层瓦斯储量,m3
Q喷、Q涌可根据巷道风流瓦斯增加量来计算确定。
根据抽放效果检验结果,提出工作面突出危险性鉴定报告,当效果检验有效时(η≥30%),可以采取安全防护措施进行回采工作,当效果检验η<30%时,则应采取相应的其它安全技术措施,在回采过程中,对预抽效果应经常进复检。
三、工作面瓦斯储量及抽放瓦斯量计算
1、工作面瓦斯储量
根据贵州华源矿山设计有限公司预测数据,M3煤层瓦斯含量为8~40m3/t。
1302工作面埋深在29~179m,预测的瓦斯含量为5~15m3/t,平均10m3/t。
1302工作面平均走向长510米,倾斜宽100米,煤层平均厚度2.2米,容重1.51吨/m3。
因此该工作面瓦斯储量为:
Q储=L×H×M×γ×X
=510×100×2.2×1.55×10
=173.91万m3
式中:
L—工作面走向长度;m
H—工作面倾斜宽度;m
M—煤层平均厚度;m
γ—煤的容重;吨/m3
X—煤层瓦斯含量;m3/吨
2、工作面巷道掘进及打钻过程中瓦斯自然排放量
1302工作面自巷道掘进以来,通过采取边抽边掘、超前排放钻孔及风排等措施,使工作面煤层中赋存的瓦斯得到一定的释放,这不但保证了巷道掘进施工工作的顺利进行,而且在一定程度上降低了工作面煤层中的瓦斯含量,对以后工作面回采工作非常有利。
因此对工作面巷道掘进及打钻过程中自然排放的瓦斯量进行统计。
巷道掘进及打钻过程中瓦斯自然排放量统计见下表:
巷道掘进及打钻过程中瓦斯自然排放量统计结果
年份
月份
月瓦斯涌出总量m3
备注
1302回风巷
1302运输巷
2010年
8月
22320
9月
21600
22464
10月
25445
22320
11月
25272
24192
12月
26784
25623
2011年
1月
24998
23793
2月
20160
22579
3月
25244
28569
4月
24430
25272
5月
24106
35712
6月
30240
33869
7月
34284
37185
8月
36426
35667
9月
33869
35251
10月
34998
37497
11月
34517
39398
12月
34908
37765
2012年
1
合计
479601
487156
总计
966757
上表所统计的瓦斯量,既包括工作面储量内的煤层瓦斯涌出量和工作面储
量外的煤层瓦斯涌出量,要将它们严格分开非常困难,因此取涌出总量的1/2既48.34万m3作为工作面储量内的瓦斯涌出量。
3、边抽边掘钻孔抽放量
1302回风巷和运输巷掘进过程中共施工边抽边掘钻场18个,左右两侧各9个,每个钻场内布孔4个。
抽放量见下表:
年份
月份
1302回风巷
1302运输巷
在抽孔数
孔长
(m)
月抽放量
(万m3)
累计抽放量
(万m3)
在抽
孔数
孔长
(m)
月抽放量
(万m3)
累计抽放量
(万m3)
2010年
9月
8
486
0.21
0.21
8
492
0.18
0.18
10月
8
486
0.22
0.43
8
492
0.25
0.43
11月
40
2488
1.06
1.49
28
1740
0.74
1.17
12月
56
3478
1.57
3.06
48
2986
1.35
2.52
2011年
1月
56
3478
1.53
4.59
52
3288
1.50
4.02
2月
56
3478
1.42
6.01
52
3288
1.32
5.34
3月
56
3478
1.49
7.50
56
3660
1.62
6.96
4月
56
3478
1.44
8.94
56
3660
1.57
8.53
5月
56
3478
1.53
10.47
60
3988
1.68
10.21
6月
64
3820
1.74
12.21
68
4460
1.90
12.11
7月
68
4108
1.97
14.18
76
5028
2.23
14.34
8月
72
4416
2.14
16.32
80
5488
2.37
16.71
9月
80
5017
2.30
18.62
88
5990
2.53
19.24
10月
84
5268
2.50
21.12
92
6236
2.66
21.90
11月
96
6126
2.76
23.88
100
6688
2.87
24.77
12月
96
6126
2.78
26.66
104
6936
3.09
27.86
合计
54.52
掘进期间所开钻场为两帮挂耳抽放钻场,因此上表所统计的瓦斯抽放量只有1/2既27.26万m3为工作面储量内的瓦斯抽放量。
4、工作面需要抽放的瓦斯量
《煤矿安全规程》第190条规定煤层瓦斯预抽率应大于30%,根据该条规定和上述统计计算结果,1302工作面预抽应抽出的瓦斯量(QY)为:
QY≥0.30(Q储-Q抽-Q排)
式中:
QY—工作面需要抽放的瓦斯量,万m3;
Q储—工作面瓦斯储量,173.91万m3;
Q抽—工作面边抽边掘钻孔抽放量,27.26万m3;
Q排—掘进期间风排瓦斯量,48.34万m3。
代入上式得1302工作面预抽率为30%时需要抽放的瓦斯量为29.493万m3
5、1302运输巷、回风巷掘进过程中在里段每隔4米施工一个顺煤层钻孔,共施工预抽钻孔136个,运输巷、回风巷各施工68个,抽放量见下表。
年份
月份
1302回风巷
1302运输巷
在抽孔数
孔长
(m)
月抽放量
(万m3)
累计抽放量
(万m3)
在抽
孔数
孔长
(m)
月抽放量
(万m3)
累计抽放量
(万m3)
2011年
3月
10
526
0.27
0.27
6
378
0.17
0.17
4月
15
820
0.40
0.67
12
748
0.33
0.50
5月
15
820
0.41
1.08
20
1358
0.56
1.06
6月
21
1216
0.57
1.65
28
1817
0.78
1.84
7月
32
1887
0.90
2.45
33
2138
0.98
2.82
8月
42
2510
1.18
3.63
44
2809
1.31
4.13
9月
48
2908
1.34
4.97
50
3208
1.43
5.56
10月
56
3424
1.62
6.59
58
3699
1.72
7.28
11月
62
3798
1.73
8.32
68
4312
1.95
9.23
12月
68
4218
1.97
10.29
68
4312
2.02
11.25
合计
21.54
掘进期间所打的顺煤层预抽钻孔,上表统计的顺煤层预抽瓦斯抽放量为21.54万m3。
四、工作面瓦斯抽放钻孔参数设计
1、抽放方案
目前玉龙煤矿地面永久抽放系统装备瓦斯抽放泵4台,低负压抽放泵2台2BEC-40型抽放泵,电机功率110Kw,额定抽放能力为95m3/min。
高负压抽放泵2台2BEA-303型,电机功率75Kw,额定抽放能力为50.3m3/min。
拟采用高负压2BEA-303型抽放泵进行抽放。
2、抽放钻孔的布置
(1)、抽放钻孔布置方式
平行布置、扇形布置,水平钻孔平行布置和混合钻孔布置等几种方式。
钻孔布置方式要根据矿井的具体生产条件选择,对于以防突为目的的煤层瓦斯抽放,无论采用哪种布置方式,都要求在预抽煤层的范围内均匀布孔,使整个开采区域尽可能都在钻孔控制范围之内。
根据1302工作面长度和打钻能力,拟采用混合钻孔单排平行布置方式,里段采用从回风巷、运输巷“双向布孔”方法。
外段从运输巷“单向布孔”方法,贯穿整个工作面,单向控制全切眼。
钻孔布置方式如图所示。
(2)、钻孔布置原则
①、要做到抽放钻孔“抽而有源”。
即必须保证钻孔有充足的瓦斯源,以利于提高煤层瓦斯抽放率。
②、布置的钻孔要达到“吸而不漏”。
即钻孔孔口必须位置适当,加强封孔质量,保证严密不漏气。
故要求抽放钻孔的封孔段至少为5~7m。
(3)、钻孔布置注意事项
①、孔口位置应避开地质构造破坏带或采动裂隙区,以免漏气。
②、钻孔必须均匀布置,并且必须到位。
③、钻孔应做到抽出的瓦斯量大,服务期限长。
④、开采层回采工作面初次缷压时,往往发生瓦斯大量涌出,因此,开切眼附近的钻孔应适当布置密集一些。
3、钻孔数量与钻孔间距
1302采煤工作面钻孔间距为每隔4米布置一个,回风巷布孔100个,运输巷布孔125个,共需钻孔225个。
钻孔总长度14375米.
4、钻孔直径
钻孔直径大,暴露煤壁面积也大,瓦斯涌出量就大。
钻孔直径应根据打钻技术、抽放瓦斯量和抽放半径等因素综合考虑,按现有打钻设备选用¢75mm的钻头,有条件时可打大直径钻孔抽放瓦斯。
5、钻孔长度
钻孔的抽放瓦斯量随着钻孔长度的增大而增加,沿层钻孔的长度,一般为工作面长度的70%~90%。
考虑到1302工作面长在100米左右,工作面里里段400米分别从运输巷、回风巷“双向布孔”,以加大工作面的瓦斯抽放量,钻孔长度为60-65m;外段在运输巷“单向布孔”,钻孔长度为90-100m。
6、抽放负压
抽放负压对未卸压煤层抽放瓦斯效果的影响,当前尚无统一的认识。
但预抽负压不宜过高,否则容易漏气,对封孔器的选择、封孔质量等要求较高,给管理带来一定困难。
一般选用13.0~20.0kpa的负压抽放。
7、钻孔封孔
一般封孔深度为5~7m。
如遇抽放钻孔漏浆,必须进行二次封孔,否则,该孔不计进尺,并另行处罚。
封孔工艺如下:
①、采用封孔泵封孔,瓦斯抽采导管采用钢铁焊管,直径为25mm。
②、瓦斯抽采导管的预处理:
在钢铁焊管的插入钻孔端采用堵头,防止煤粒进入管口堵塞管道,并在伸入孔内的且未封的部份(1.5m)隔一定距离钻8~10个小孔,孔径8~10mm。
③、瓦斯抽采导管的埋放:
将预处理后的钢铁焊管放入钻孔内,在送管过程中应避免将管向外拉,钢铁焊管送到位后,应将管稍向外拉约0.1m。
④、注浆管的埋设:
瓦斯抽采导管埋放好后,将注浆管的一端送入钻孔内,注浆管送入钻孔长度不得小于5.0m。
在注浆管送入钻孔后,用棉纱团将钻孔外口处堵住,长度不得小于0.5m。
在注浆过程中严禁将注浆管向外拉或退出。
⑤、封孔材料:
采用马丽散进行封孔。
⑥、在注浆管和抽采导管插进入钻孔内前,接头必须用管箍接牢固,避免脱落。
综上所述,1302回采工作面预抽钻孔参数初步确定如下:
布孔方式:
里段在运输巷、回风巷布置上、下向钻孔平行单排布置方式和外段在运输巷布置上向钻孔平行单排布置方式;
钻孔平均间距:
4.0m;
钻孔直径:
75mm;
钻孔深度:
90~95m
钻孔总长:
14600m
抽放负压:
13.0~20.0kpa;
封孔长度:
5m;
封孔材料:
马丽散。
考虑到工作面的接替安排和瓦斯抽放钻孔服务时间的长短不同,靠近切眼处钻孔的抽放时间相对较短,因此实际掘进过程中,已经在运输巷、回风巷布置预抽钻孔136个,开始预抽瓦斯。
五、瓦斯抽放管网及泵站
1、瓦斯抽放管路
瓦斯抽放管路及泵站选型主要与设计流量有关,根据1302工作面煤层瓦斯储量和达到30%抽放率所需抽出瓦斯量的计算结果,应抽出纯瓦斯量29.493万m3。
在掘进过程中已预抽21.54万m3,实际应抽出纯瓦斯量为7.953万m3.按预抽3个月计算,则应抽放混合气量3.51m3/min。
管径选择采用下式计算:
D=0.145(Qc/v)0.5
式中:
D—管道内径,m;
Qc—混合瓦斯量,m3/min;
v—管内瓦斯流速,m/s取15m/s
将数值代入上式
则:
D=0.145×(3.51/15)0.5=0.070m
考虑管路阻力因素及边抽边掘安装的瓦斯抽放管路,因此1302运输巷、回风巷选用外径160mm×4.5mm的6寸PE管。
2、管路系统组成
1302运输巷---1302运输巷回风绕道石门---总回风巷道---回风巷斜井(接入地面抽采管路系统)
1302回风巷---1302回风巷回风绕道石门---总回风巷道---回风巷斜井(接入地面抽采管路系统)
3、采用现有地面高负压2BEA-303型抽放泵进行抽放,其额定抽放能力为50.3m3/min。
4、抽放管路铺设
①、管路沿运输巷、回风巷敷设管路时,必须采用吊挂或采用具有可缩性的垫木垫好,防止底板隆起折损管道,垫木高度不得小于0.3m,并保证每节管子下面有两块托木。
②、在敷设斜坡管路时,为了防止管路下滑,应采用管卡将管子固定在巷道的上部,管卡间距为20m。
③、管路敷设应尽量将管道敷设平直,坡度一致,遇急弯时,尽量将其转弯角度变大,并使用弯头。
④、敷设管路时,应将其牢固地吊挂在巷道支架上,且位于巷道顶板侧,距棚顶0.5m,以便行人和运输。
⑤、管路用特制管卡或法兰盘连接,中间必须安设胶皮垫,且胶皮垫的厚度不小于5mm,尽量密封好,以防漏气,影响抽放效果。
⑥、管路铺好之后,必须进行漏气检验。
⑦、管路铺设至每个钻场时,应留设三通,各个钻孔用1寸管封孔后通过三通与主管路连接。
⑧、钻孔施工超过15个后,抽放班立即安排敷设管道,接入主干系统,进行瓦斯抽采。
5、附属装置
①、放水器的安设位置见图
②、门规格Φ100mm,安设位置见图
③、汇流器、测压、测流量、测瓦斯浓度装置安设位置见图
6、瓦斯泵的操作及安全措施
瓦斯抽放工作业务由抽放探水队负责,包括设备操作、看管、维护工作,三班24小时不间断抽放。
泵站维护和日常管理一切按《煤矿井瓦斯抽放管理规范》进行。
泵站使用前检查各种设备的完好性,确保整台瓦斯泵站处于完好状态,在工作范围内进行运转试验,一切正常后方可投入正常运行。
在运转中,看管泵站人员应随时检查泵站工作情况并作好记录:
①、轴承是否发热,使用温度不超过环境温度30ºC,轴承不超过75ºC;
②、填料松紧程度是否合适,压盖是否发热;
③、真空度或排气压力是否正常;
④、补充水量是否合适,排水温度不超过40ºC;
⑤、泵运转声音是否正常,泵是否振动。
泵站维护人员每天应对瓦斯泵进行全面检查,发现问题及时处理;每三个月进行一次大修。
7、管理制度
(1)、瓦斯抽放设计报矿总工程师批准后实施。
(2)、各工种要制定严格的考核制度和奖惩制度。
(3)、实行三班作业,现场交接班制度。
(4)、各种记录报表定期报送矿领导和主管部门。
(5)通风队每周必须有专人对所有抽采管路系统进行检查和放水,发现漏气等问题,必须立即进行处理。
主管瓦斯抽采的副队长和工程技术人员,每月要对全矿的瓦斯抽采系统进行1次全面的检查,发现问题及时处理。
(6)通风队每班必须安排瓦检员进行放水器放水。
(7)每旬必须测定一次瓦斯抽采量、抽采负压、抽采浓度等,并作好记录。
玉龙煤矿
二〇一一年十二月十九日
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