1、 织金县三甲煤矿 12104工作面 瓦斯抽采设计 编 制 人: 编制时间:2014年3月15日 目 录 第一章 概 况ﻩ4 一、工作面概况 5 二、矿井与工作面通风情况 6 三、矿井安全监测监控系统ﻩ6 四、瓦斯抽放系统ﻩ7 第二章 工作面瓦斯涌出量预计 7 第三章 12104回采工作面瓦斯抽采设计ﻩ9 一、12104工作面瓦斯抽采方案ﻩ9 (一)瓦斯抽采方法选择 9 (二)瓦斯抽采管路得铺设ﻩ9 (三) 瓦斯抽采计量装置布置ﻩ10 第四章 瓦斯
2、抽采方法 10 (一)掘进期间迎头顺层瓦斯抽采方法ﻩ10 (二)本煤层瓦斯抽采方法 13 第五章 瓦斯抽采系统安装拆除安全技术措施 17 第六章 瓦斯抽采泵站运行安全技术措施 17 12104工作面掘进、回采期间瓦斯抽采设计 第一章 概 况 设计说明 12104工作面布置在M21煤层标高+1066 m以上,根据煤与瓦斯突出危险性鉴定报告, M16煤层在标高+1025m以上得M21煤层属于无突出危险性煤层。为确保矿井安全顺利生产,执行“多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标”得原则。根据12104工作面煤层地质条件、瓦斯赋存等实际情况,对该工作面得瓦斯抽采设计方案如下:
3、 设计依据 (1)《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》,煤炭工业出版社,2012、03; (2)AQ1026-2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》,煤炭工业出版社; (3)AQ1027-2006《煤矿瓦斯抽采规范》,煤炭工业出版社,2007、04; (4)《煤矿安全规程》,煤炭工业出版社,2010、03; (5)《防治煤与瓦斯突出规定》,煤炭工业出版社,2009、07; 一、工作面概况 概 况 煤层名称 M21 水平名称 一水平 采 区 名 称 一盘区 工作面名称 12104 地面标高(m) +1500m~+1504m 工作面煤层底板标高(m) +1066~
4、+1086m 地面位置 位于井田西部大石头寨得右侧,工作面对应地面无村庄与河流。 井下位置及四邻关系 12104工作面北边就是21煤村庄保护区,东邻21#煤井田边界,西边为未采得21#煤层、南边均为未采得21#煤层。上部为已采得16#煤层116101采空区, 回采对地面设施得影响 工作面上方与地面得相对高差约434~418m,工作面回采对上方区域有一定得影响,在回采过程中要加强对地面各类设施得检查,防止因采动影响。 走向长(m) 进风巷:399 回风巷:433 倾斜长 (m) 123 面积 (m2) 51168 平均:416 煤层情况 煤层厚度
5、m) 1、3~1、5 煤层结构 煤层倾角 (°) 8~10 平均1、4 简单 平均9 开采煤层 M21煤 煤种 无烟煤 硬度 0、92 可采指数 1、0 变异指数 9、67% 稳定程度 稳定 煤层情况描述 本工作面M21煤层位稳定,煤层结构简单,为块状或粒状结构,以亮、镜煤为主,为半亮型。根据12101、12013工作面揭露煤层厚度变化不大,最小1、30m,最大1、5m,平均1、4m,对工作面回采影响较小。 煤 层 顶 底 板 情 况 顶底板名称 岩石名称 岩 性 特 征
6、 直接顶 泥质砂岩 粉砂岩或泥质粉砂岩或粉砂质泥岩。 直接底 泥岩 泥岩或细沙岩 影响回采得其它地质因素 煤 尘 煤尘无爆炸危险 自燃倾向 煤层为三类自然煤层 突出情况 瓦斯突出鉴定为M21煤层+1025m以上没有突出危险 煤 质 无烟煤 地 温 地温正常 地 压 大地静力场型 储 量 计 算 走向长(m) 倾斜长 (m) 斜面积 (m2) 煤厚(m) 视密度 (t/m3) 资源量(t) 回采率 (%) 可采储量(t) 416 132 51168 1、4 1、45 1 7 计算方法
7、 煤层厚度变化较小,采用块段法计算。 二、矿井与工作面通风情况 矿井采用中央并列式抽出通风,矿井主通风机选用FBCDZNo18二台(一台工作、一台备用);配用电机功率132KW×2;风量范围22、2~58m3/s,风压范围1020~2600pa。装备有主通风机在线监控系统,能随时对矿井通风能力及设备运转状况进行监控。矿井总进风量约3012m3/min,总排风量约3042 m3/min。 掘进期间: 12104进风巷 新鲜风流:地面→主、副井→21#煤运输下山局部通风机及风筒→12104进风巷迎头。 乏污风流:12104进风巷迎头→12104进风巷回风绕道巷→21#煤回风下山→总回风
8、→引风道→地面。 12104回风巷 新鲜风流:地面→主、副井→21#煤运输下山局部通风机及风筒→12104回风巷。 乏污风流:12104回风巷迎头→12104回风绕道→21#煤回风下山→总回风→引风道→地面。 回采期间: 进风风流线路 副井(主井)→井底车场→21#煤运输下山→12104运输顺槽→12104工作面。 回风风流线路 12104工作面→12104回风巷→21#煤回风上山→总回风巷→回风立井→地面。 三、矿井安全监测监控系统 矿井安全监测监控系统采用煤炭科学研究总院重庆分院得KJ90NB型矿用综合安全监测监控系统,该系统有煤安MA标志,采用时分制分布式结构,由地面
9、中心站、服务器、井上下分站、电源箱、各种智能传感器、断电器、传输电缆与系统软件组成,具有甲烷超限断电与风电、瓦斯闭锁功能;具备屏幕显示监测、存储数据、打印报表功能;系统主机或电缆发生故障时,系统中使用得分站能保证甲烷断电仪与风电闭锁得功能;能实现多屏显示与超限断电与远程控制断电。井上、下装有甲烷、温度、风速、设备开停、负压、风门开关等传感器,监测监控范围覆盖所有采掘工作面、主要硐室、主要进回风顺槽等地点,采掘工作面等区域实现了风电闭锁与瓦斯电闭锁。 四、瓦斯抽放系统 矿井配备两套瓦斯抽放系统,其中一套高负压抽放系统抽放本煤层瓦斯,选用2BEA-303型水环真空泵3台(一台工作,二台备用),
10、担负该矿得高负压瓦斯抽放,最大抽气量57m3/min,极限真空33hpa ,功率为90kW,主管路¢250mm。 其中一套低负抽放系统抽放采空区瓦斯,选用2BEC40型水环真空泵2台(一台工作,一台备用),担负该矿得低负压瓦斯抽放,最大抽气量164m3/min,极限真空160 hpa,功率为185kW,主管路¢300mm。 第二章 工作面瓦斯涌出量预计 12104工作面瓦斯来源主要有本煤层、邻近煤层(含围岩)得瓦斯。 12104工作面瓦斯涌出量预测方法采取分源预测法。 一、12104工作面掘进期间瓦斯涌出量: 根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018—200
11、6)计算12104工作面掘进期间瓦斯涌出量: 12104工作面掘进工作面瓦斯涌出量预测 q掘= D×v×qo×(2-1)+S×v×γ×(Wo-Wc) 式中: q掘—掘进工作面绝对瓦斯涌出量,m3/min; D—巷道断面内暴露煤壁面得周边长度,m;对于薄及中厚煤层取2m; V—巷道平均掘进速度,0、00417m/min; L—巷道长度,m; qo—煤壁瓦斯涌出强度,(m2/min); qo=0、026[0、0004(Vr)2+0、16]×Wo Vr—煤中挥发分含量,%; S—掘进巷道煤断面积,m2; W0—煤层瓦斯原始含量,m3/t; WC—煤层残存瓦斯含量,m3/
12、t;(实测数据) γ—煤得密度,t/ m3; 12104工作面掘进瓦斯涌出量计算表 煤层 Vr (%) γ(t/m3) s(m2) 煤厚 D(m) V (m/min) L(m) q0 (m3/m2) W0 (m3/t) Wc (m3/t) Q掘(m3/min) 乘瓦斯涌出不均衡系数 M21 6、93 1、45 8、00 1、54 3、08 0、0028 416 0、037 8、04 2、65 0、34 0、36 二、12104工作面回采期间瓦斯涌出量: 根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018—2006)计算12104工作面
13、回采期间瓦斯涌出量: 12104工作面回采期间绝对瓦斯涌出量预测 Q采=Q1+Q2 式中: Q采 —回采工作面相对瓦斯涌出量,m3/t; Q1—开采层相对瓦斯涌出量,m3/t; Q2—邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t; (1)开采层相对瓦斯涌出量计算 矿井开采得煤层为薄-中厚煤层,一次采全高,按照AQ1018-2006标准附录A按下式计算: Q1=K1×K2×K3×(Wo—Wc)m /M 式中: Q1—开采煤层(包括围岩)瓦斯涌出量,m3/t; K1—围岩瓦斯涌出系数,取 1、30; K2—工作面丢煤瓦斯涌出系数,K2=1/η,η为工作面回采率,95%; K3—分区内
14、准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出得影响系数。采用长壁后退式回采时,K3按下式确定:K3=(L-2h)/L=0、84; L—工作面长度,132m; h—巷道瓦斯排放带宽度,12m; Wo—煤得原始瓦斯含量,m3/t; Wc—煤得残存瓦斯含量,m3/t。(实测数据) (2)邻近层相对瓦斯涌出量计算 式中: q2——邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t。 mi——第i个邻近层煤层厚度,m。 M——工作面采高,m。 ηi——第i个邻近层瓦斯排放率,%,参照AQ1018-2006标准附录D选取。 12104回采期间工作面瓦斯涌出量表 煤层
15、 K1 K2 K3 与开采 层间距 (m) η% 煤层 厚度 (m) 采高 (m) 煤层瓦 斯含量 wo(m3/t) 残存瓦 斯含量 wc(m3/t) 瓦斯相 对涌出 量(m3/t) 乘瓦斯涌出不均衡系数 开采层 M21 1、3 1、05 0、84 1、54 1、54 7、54 5、25 2、6 上邻近层 M6 1、3 1、05 0、84 110 0 1、70 1、70 13、68 6、22 0、0 下邻近层 M23 1、3 1、03 0、84 17 43 1、15 1、15
16、 14、27 6、59 3、3 M27 1、3 1、05 0、84 41 8 1、50 1、50 14、07 5、50 0、7 M28 1、3 1、08 0、84 50 0 1、50 1、50 13、96 6、30 0、0 合计 6、6 9、3 第三章 12104回采工作面瓦斯抽采设计 一、12104工作面瓦斯抽采方案 (一)瓦斯抽采方法选择 根据12104工作面实际情况,12104工作面掘进期间采用迎头抽放顺层瓦斯、回采区域选用本煤层施工钻孔预抽回
17、采区域煤层瓦斯得抽采方法及采空区埋管抽放瓦斯法。 (二)瓦斯抽采管路得铺设 12104工作面迎头抽放(本煤层)抽采系统:(高负压) 12104进风巷迎头(切眼)顺层钻孔及进风巷本煤层钻孔→12104进风巷ø150mm瓦斯抽放管→21#回风下山高负压ø250mm瓦斯抽放管→总回风井→地面高负压抽放泵站→排空。 12104回风巷(切眼)迎头瓦斯抽放钻孔及回风巷本煤层抽采钻孔→12104回风巷ø150mm瓦斯抽采管→21#煤回风上山ø250mm瓦斯抽采主管→总回风井→地面高负压抽放泵站→排空。 12104工作面采空区埋管瓦斯抽采系统及高位钻孔抽采系统:(低负压) 12104采空区上隅角→
18、12104回风巷ø250mm瓦斯抽采管→21#o煤回风上山ø300mm瓦斯抽采主管→地面低负压抽放泵站→排空。 (三)瓦斯抽采计量装置布置 掘进期间12104进、回风巷各使用两套瓦斯计量装置(GLY-8型),一套安装到工作面迎头,监控迎头瓦斯抽放期间瓦斯抽放参数(移动),一套安装在两巷开口处,监控本煤层及迎头瓦斯抽放参数(固定)。 回采期间低负压管道在回风巷口安装一套瓦斯计量装置(GLY-8型),监控采空区及高位瓦斯钻孔瓦斯抽采参数。 第四章 瓦斯抽采方法 (一)掘进期间迎头顺层瓦斯抽采方法 12104进风巷、回风及切眼采取迎头施工顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯;在12104进
19、风巷、回风及切眼迎头沿巷道掘进方向使用ZY-750D型钻机,施工9个50米~84米深得抽放钻孔,钻孔直径为75毫米,终孔孔间距为6米(终孔抽放半径就是根据本矿实测数据确定),封孔深度为8米,并做到打一个孔封一个孔,封一个孔抽一个孔,钻孔控制范围为巷道周界外≧15米。 (二)本煤层瓦斯抽采方法 12014采面采用运输顺槽按方位角320度,倾角+8度向回风巷施工布置瓦斯抽放钻孔,布置瓦斯抽放钻孔预抽煤层瓦斯
20、使用ZY-750钻机,75mm合金钻头,(根据织金县三甲煤矿21#煤层瓦斯抽采钻孔实测有效抽采半径报告)确定孔间距为6米,孔深108米。 根据12104工作面煤层倾角来确定工作面本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度,具体做法:采用地质罗盘测定钻孔施工方位,坡度规测量出掘进巷道煤层顶板倾角,此倾角即为本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度。迎头封孔方法进行。 (附瓦斯抽放设计图) 14102工作面本煤层瓦斯抽放高负压管路采用二趟Φ150mm聚乙烯瓦斯管路,布置在12104运输顺槽,瓦斯抽放管布置在巷道里帮,距顶300mm,距帮300mm。利用原顶板锚索每间隔2、4m设置1个吊点,从停采线往里Φ150mm聚乙烯
21、瓦斯抽放管路与短接三通间隔相接,每个短接三通上留一个分支钻孔管路,分支钻孔管路与各个瓦斯抽放钻孔采用抽采专用胶管相连接,在各联抽器上安装手动放水器,Φ150mm聚乙烯瓦斯抽采管路与矿井总回风巷Φ200mm瓦斯抽采管路相连接,建立高负压抽采系统。 (三)高负压本煤层瓦斯抽采管路选择 (1)管径得选择 瓦斯管内气体流速,一般取5~10m/s,本次流速取8m/s,管道直径按下式计算。 D=0、1457(Q/V)1/2 式中 D----抽放瓦斯管内径,单位m; Q----瓦斯管中混合瓦斯流量,取13m3/min ; V----瓦斯管内得气体流速,取8m/s; 0、1457----
22、修正系数。 将有关数据代入D=0、1457(Q/V)1/2 D=0、1457(13/8)1/2=0、118(m) 实际根据现有管材管道内径为150mm得聚乙烯瓦斯抽放管符合要求。 (2)管路壁厚验算 A=Pmax×D/2Pn 式中: A----管道壁厚,cm; Pmax----管道最大工作压力,取0、04MPa; Pn----管道允许压力,取0、8MPa; D----抽放瓦斯管内径,取15cm。 将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn) A=0、04×15/(2×0、8)=0、375cm 根据计算,选择Φ150×6m聚乙烯瓦斯抽放管,现抽放管道壁厚2cm,能满
23、足要求。 2、瓦斯抽采管路阻力计算 (1)管道系统阻力计算 Hf=9、81Q2×γ×L/(K×D5) 式中: Hf----管道摩擦阻力,单位为Pa; Q----管内气体流量,单位为m3/h,取13m3/min; γ----混合瓦斯对空气得相对比重,取0、889; L-----管道长度,该线路Φ150mm管道约为420m; K-----与管径有关系数,取0、71; D-----管道内径,取15cm。 将有关数据代入Hf=9、81Q2×γ×L/(K×D5) Hf=9、81×(13×60)2×0、889×420/(0、71×155) ≈4563(Pa) (2)管道局部阻力,
24、一般按管道摩擦损失得10%~20%计算,取20%。 管道局部阻力为: H=4563×20%=912、6(Pa) 管道总阻力为: H=912、6+4563=5475、6(Pa) 3、瓦斯抽采系统所需负压 瓦斯泵得压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外,还必须有一部分做为抽采处得负压,所以瓦斯抽采需要得负压为: H=1、2(ΣHf+Hd) 式中: 1、2为瓦斯泵备用系数 H----抽采瓦斯泵得负压,Pa ΣHf---管道阻力与,Pa Hd----要求钻孔口得负压,取13000 Pa 将有关数据代入H=1、2(ΣHf+Hd) H=1、2×(5475、6+1300
25、0) ≈22170、72(pa) 选用2BEA303型地面固定高负压瓦斯抽放泵,其正常可提供抽采负压为30~40kPa,能满足抽放需要。 (四)采空区低负压埋管 为解决工作面上隅角瓦斯,在12104工作面回风巷安装一趟压负压抽放管道,每隔12米分别安装三通一个,当回采到三通处时,上隅角处得三通上安装筛孔竖管,砌隔离抽放采空区瓦斯;如埋管不能有效解决上隅角瓦斯时,增加插管抽放上隅角瓦斯,插管采用3根直径3寸得弹簧管一端联接到后一个三通上,别一端埋在上隅角隔离墙内,距墙30cm、距顶板30cm。 1、瓦斯抽采管路选择 (1)管径得选择 瓦斯管内气体流速
26、一般取5~20m/s,本次流速取20m/s,管道直径按下式计算。 D=0、1457(Q/V)1/2 式中 D----抽放瓦斯管内径,单位m; Q----瓦斯管中混合瓦斯流量,取20m3/min ; V----瓦斯管内得气体流速,取12m/s; 0、1457----修正系数。 将有关数据代入D=0、1457(Q/V)1/2 D=0、1457(20/12)1/2=0、188(m) 实际根据现有管材管道内径为250mm得PVC瓦斯抽采管符合要求。 (2)管路壁厚验算 A=Pmax×D/2Pn 式中: A----管道壁厚,cm; Pmax----管道最大工作压力,
27、取0、04MPa; Pn----管道允许压力,取0、8MPa; D----抽放瓦斯管内径,取25cm。 将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn) A=0、04×25/(2×0、8)=0、625cm 根据计算,选择Φ250×6m铁皮瓦斯抽采管,抽采管道壁厚13、3mm,能满足要求。 2、瓦斯抽采管路阻力计算 (1)管道系统阻力计算 Hf=9、81Q2×γ×L/(K×D5) 式中: Hf----管道摩擦阻力,单位为Pa; Q----管内气体流量,单位为m3/h,取20m3/min; γ----混合瓦斯对空气得相对比重,取0、889; L-----管道长度,该线路Φ250
28、mm管道约为420m; K-----与管径有关系数,取0、71; D-----管道内径,取25cm。 将有关数据代入Hf=9、81Q2×γ×L/(K×D5) Hf=9、81×(20×60)2×0、889×420/(0、71×255)≈760、7(Pa) (2)管道局部阻力,一般按管道摩擦损失得10%~20%计算,取20%。 管道局部阻力为H=760、7×20%=152(Pa) 管道总阻力为:H=152+420=572(Pa) 以上均符合要求。 3、瓦斯抽采系统所需负压 瓦斯泵得压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外,还必须有一部分做为抽采处得负压,所以瓦斯抽采需要得负压为
29、 H=1、2(ΣHf+Hd) 式中:1、2为瓦斯泵备用系数 H----抽采瓦斯泵得负压,Pa ΣHf---管道阻力与,Pa Hd----要求负压,不大于取4000 Pa 将有关数据代入H=1、2(ΣHf+Hd) H=1、2×(572+4000) ≈5486(pa) 选用2BEC42型地面固定低负压瓦斯抽放泵,其正常可提供抽采负压为25~35kPa,能满足抽采需要。 第五章 瓦斯抽采系统安装拆除安全技术措施 一、瓦斯抽采系统安装技术要求 1、管道、放水器等入井前必须进行防腐,先对管道除锈,刷沥青漆一遍;铺设完后,再刷沥青漆一遍;在井下长期使用得所有管道每年进行一次
30、防腐,避免管道锈蚀;井下瓦斯抽采管道及放水器要进行编号管理。 2、管道吊挂在巷道帮、顶部,管道必须距巷道顶板以下0、3m处,但不大于0、5m;吊挂用12#铁丝,要求每根管道吊挂不少于2处,吊挂铁丝直接固定在巷道已有得顶帮锚杆上。 3、运输顺槽内管道安装要求:瓦斯管道安设在皮带机或链板机正上方,距顶板以下0、3m处,管道安设保证不漏气、尽量平直、避免出现大角度拐弯等。 4、管道之间用法兰盘连接,3mm厚得橡胶垫做密封,确保管道系统严密不漏气。 5、抽采管道严禁与带电导体(电缆、信号线等)布置在巷道同侧,管道与电缆交叉时必需相距0、3m以上。 6、管道要求铺设平直,连接避免拐死弯,弯头大
31、于90°。放水器必须在每个巷道低洼处、易积水点安设,距离较长、平直得巷道不大于500m需安装一处放水器,确保每段巷道得积水有效排除。 7、抽采钻孔必须设置检查、记录牌板,牌板吊挂必需符合质量标准化要求。 第六章 瓦斯抽采泵站运行安全技术措施 1、瓦斯泵司机必须经过专门得培训学习,并持证上岗,严格按《操作规程》开启、停止瓦斯泵。 2、泵站开启后,认真观察泵得运行、各项监测监控仪器仪表情况,定时观测瓦斯浓度、流量、压力,认真做好记录,出现异常及时报告,查明情况,向矿领导及调度汇报,确保抽采泵安全运转。 3、如一台泵出现异常,另一套能力相同得泵及时开启,泵站必须为双回路供电,确保运转正
32、常。 4、抽采系统投入使用前,必须进行抽采泵及附属设备得调试,确保运转正常,方可开泵。 5、瓦斯泵房内得电器设备防爆性能必须良好,严禁失爆,接地保护齐全、完好。 6、处理瓦斯泵事故、检修时,开启另一台泵替换,更换钻场需要停泵时,必须提前向矿写书面申请,停泵前汇报矿调度、通风调度,以便采取有效措施防止工作面瓦斯超限。 7、抽采钻场内应加强通风,防治管路、孔口泄漏,造成瓦斯积聚,构成安全隐患。 8、抽采人员必须定期对抽采管道系统进行检查,抽采钻场、钻孔必须每班进行检查,发现管道、钻孔泄漏、管道堵塞或积水等及时处理,若处理时有安全隐患应及时汇报矿调度与科室领导。 三、其它未及之处严格按《煤矿安全规程》、《操作规程》等执行。






