11030下顺槽瓦斯抽采设计.doc

11030下顺槽瓦斯抽采设计为了有效治理11030下顺槽掘进期间瓦斯，坚持“先抽后掘、先抽后采”的原则，严格执行区域瓦斯治理措施，提高瓦斯抽采率和抽采浓度，防止瓦斯事故的发生，确保该工作面掘进生产的安全，特编制本工作面瓦斯抽采设计。第一章 工作面概况1.巷道位置11030下顺槽位于11采区下部东侧，上部为11030工作面（未采），下部为11010工作面（未采）。邻近区域无采掘活动。2.巷道布置11030下顺槽在运输上山下段与第一中车场交叉点向东侧开口施工，以100方位向东掘进，直至施工至指定位置，即300m处。3.巷道断面及支护巷道设计为半圆拱形巷道，支护形式为u型钢棚支护，具体几何尺寸为：腰线处宽3600，下宽4000，净高3000mm ，基础深265。u型钢采用29u，棚间距中对中600mm，梁和腿搭接长度为400mm。4.煤层赋存特征及顶底板岩性11030下顺槽布置在二1煤中，预计煤层厚度在010m，局部夹泥岩夹矸，煤层为近东西向的单斜构造，滑动构造发育，煤层以粉末状为主，煤的原生结构遭破坏，呈现经层间挤压、揉搓的构造煤特征：偶夹块煤，亦为煤粉压固而成，表现为滑面发育，强度极低，f值较小，指压即碎，遇水则产生大量煤泥。容重达1.6t/m3。煤层较松软，易发生冒落。二1煤层直接顶板多为砂质泥岩或泥岩，局部为细砂岩；直接底板多为泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，局部地段仅以薄层炭质泥岩与太原群上部灰岩相隔，下距灰岩0.3934.51m，间距变化甚大。5.地质构造11030下顺槽所处岩层构造复杂程度属简单构造，位于秦岭纬向构造带北亚带嵩山大背斜的北翼。总的构造形态为一走向100，倾向1020，倾角714,单斜构造，区内褶皱不甚发育，巷道经范围内无落差1m以上断裂。也无火成岩侵入体及陷落柱。6.掘进方式掘进工作面采用钻探掘进，风煤钻打眼，人工落煤。第二章 掘进工作面瓦斯涌出量计算及预测1.瓦斯来源及通风方式掘进工作面瓦斯涌出来源于巷道壁、迎头煤壁瓦斯涌出和掘进落煤瓦斯涌出。采用压入式通风，将局部通风机安设在运输上山下段新鲜风流中，距运输上山下段与一车场交叉点向下30米处，通过抗静电、阻燃风筒将新鲜风流送到工作面。2.瓦斯涌出量计算2.1 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 式中：q煤壁掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min； d巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；d=2h+b ,h及b分别为巷道的高度及宽度,m；d=10m 巷道平均掘进速度，m/min，取=3.6m/d； l巷道长度，m，l=300m； q0煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2min。按下式计算： x0煤层原始瓦斯含量，x0=8.19 m3/t。 m3/min2.2 掘进落煤的瓦斯涌出量 式中：q落煤掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；s掘进巷道断面积，s=12.58 m2；巷道平均掘进速度，m/min，取=3.6m/d；煤的密度，t/m3，取=1.6 t/m3；x0煤层原始瓦斯含量，x0=8.19 m3/t；x1煤层残存瓦斯含量，x1=5.93 m3/tr。 m3/min2.3 掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量包括掘进巷煤壁和掘进落煤瓦斯涌出量两部分，由下式计算： m3/min3 掘进工作面瓦斯抽采措施3.1掘进工作面顺槽掘进期间抽采设计掘进工作面顺槽采用预抽和边掘边抽的方法进行瓦斯抽采。由于煤层的透气性低，采用预抽和边掘边抽相结合的抽采方法。采用平行钻孔布置，利用工作面回风巷和进风巷向煤层打平行钻孔预抽本煤层瓦斯，并利用回采工作面前方超前泄压效应边掘边抽本煤层瓦斯，以提高瓦斯抽采效率。3.1.2钻场设计在煤巷掘进工作面后30m处的巷道两帮各施工一个钻场。每组钻场在煤巷两侧交错布置，间距不得小于20m,其规格为：2.32.55m，采用工字钢支护。（施工方案详见工作面顺槽钻场掘进施工安全技术措施）3.1.3瓦斯钻孔设计1) 孔径：采用zyw3200煤矿用全液压钻机施工，压缩空气排粉，供风压力不得小于0.7mpa，钻头直径94mm。2) 钻孔布置：巷道前方钻孔终孔半径为1m，巷道两侧钻孔终孔半径为1.5m。钻孔控制全煤厚，抽放钻孔控制巷道两帮轮廓线以外15m。正前方60m范围。3) 钻场内共布置3排，每排27个钻孔，煤厚小于6m时可布置2排，小于4m时，可布置1排；孔径为94mm，设计参数如表1所示。孔号孔径(mm)距中线距离（mm）距底板距离(mm)孔深（m）与巷道中线偏角（）倾角（）钻孔类型1946900100019.1左偏33上仰1左钻场2946500100025.3左偏25上仰13946100100030.0左偏22上仰14945700100036.1左偏19上仰15945300100044.4左偏16上仰16944900100064.6左偏13上仰17944500100077.9左偏11上仰18944100100080.8左偏9上仰19943700100080.5左偏7上仰110943300100080.3左偏5上仰111942900100080.1左偏2上仰112941200100060.1左偏3上仰1迎头1394600100060.0左偏1上仰114940100060.00上仰11594600100060.0右偏1上仰116941200100060.1右偏3上仰117942900100060.1右偏3上仰1右钻场18943300100060.3右偏5上仰119943700100060.6右偏8上仰120944100100061.0右偏10上仰121944500100058.2右偏13上仰122944900100045.0右偏16上仰123945300100035.0右偏20上仰124945700100026.9右偏26上仰125946100100021.1右偏32上仰126946500100016.8右偏40上仰127946900100012.0右偏60上仰128946900150019.1左偏33上仰3左钻场29946500150025.3左偏25上仰330946100150030.0左偏22上仰331945700150036.1左偏19上仰332945300150044.4左偏16上仰333944900150054.6左偏13上仰334944500150077.9左偏11上仰335944100150080.8左偏9上仰336943700150080.5左偏7上仰337943300150080.3左偏5上仰338942900150070.1左偏2上仰339941200150060.1左偏3上仰3迎头4094600150060.0左偏1上仰341940150060.00上仰34294600150060.0右偏1上仰343941200150060.1右偏3上仰344942900150060.1右偏3上仰3右钻场45943300150060.3右偏5上仰346943700150060.6右偏8上仰347944100150061.0右偏10上仰348944500150058.2右偏13上仰349944900150045.0右偏16上仰350945300150035.0右偏20上仰351945700150026.9右偏26上仰352946100150021.1右偏32上仰353946500150016.8右偏40上仰354946900150012.0右偏60上仰355946900200019.1左偏33上仰5左钻场56946500200025.3左偏25上仰557946100200030.0左偏22上仰558945700200036.1左偏19上仰559945300200044.4左偏16上仰560944900200054.6左偏13上仰561944500200077.9左偏11上仰562944100200080.8左偏9上仰563943700200080.5左偏7上仰564943300200080.3左偏5上仰565942900200080.1左偏2上仰566941200200060.1左偏3上仰5迎头6794600200060.0左偏1上仰568940200060.00上仰56994600200060.0右偏1上仰570941200200060.1右偏3上仰571942900200060.1右偏3上仰5右钻场72943300200060.3右偏5上仰573943700200060.6右偏8上仰574944100200061.0右偏10上仰575944500200058.2右偏13上仰576944900200045.0右偏16上仰577945300200035.0右偏20上仰578945700200026.9右偏26上仰579946100200021.1右偏32上仰580946500200016.8右偏40上仰581946900200012.0右偏60上仰5 钻孔偏角：以偏向巷帮方向为正值。钻孔倾角：向上施工为正值，向下施工为负值。钻孔施工过程中要有施工记录，充分反映钻孔施工过程中的瓦斯异常情况和钻孔见煤岩段的深度。抽放队根据钻孔施工记录绘制钻孔竣工图。每打完一个钻孔都必须立即进行封孔，进行瓦斯抽放。抽放队负责每天进行钻孔瓦斯浓度和流量的测量。封孔深度8m，抽采负压不得小于13kpa。钻孔控制范围达不到巷道轮廓线15m以外时必须补充钻孔。抽采瓦斯管路布置在工作面顺槽前进方向一侧，瓦斯管路高度保持在1m1.5m之间。3.4、封孔工艺及操作要求钻孔施工完毕后，要立即进行封孔，封孔前，钻孔内浮煤必须清理干净，避免浮煤吸入抽放管路。其它没有施工到位的报废钻孔必须用黄泥封严。1 封孔管使用50mmpvc预抽管，要求整个钻孔全部放置预抽管，前52米钻孔内抽放管使用花管连接。花管加工由抽放队按照煤层预抽花管制作要求规定完成。钻孔内剩余8米抽放管使用预抽管连接。2 预抽管每节2m，共8m。预抽管与花管连接，花管顶部使用与其配套的橡胶堵头封堵。封孔材料使用瓦斯钻孔封孔袋。其中，第一组为一袋朝向孔口绑缚，袋的顶端距离封孔管花管1m；第二组为一袋朝向孔底绑缚，袋的顶端距离前一组末端2m；第三组为一袋朝向孔口绑缚，顶端距第二组末端2m；第四组为一袋朝向孔底绑缚，顶端距离前一组末端2m。以上四组封孔袋使用胶带分别对称绑缚在封孔管两侧。待全部捆绑完毕后，稍微用力冲开各袋中缝并上下揉搓30下，使袋内物质充分混合。各组都揉搓完毕后，迅速将封孔管连带自爆袋送入孔中。2分钟后封堵袋会在孔内膨胀爆开，产生泡沫状物质迅速充满钻孔和封孔管间隙，并且能够深入煤（岩）层缝隙，达到良好的密闭效果。3 封孔完毕后在孔口未封堵部分使用黄土进行填充，并夯实。4 封孔完成后，在每一个预抽管上安装一个球阀，然后每5个钻孔并联后串联孔板流量计，再使用50mm吸引管接入主抽放管道。5 要求通防科安排专职管道瓦斯测试工一名，每天对钻孔的瓦斯浓度和浏览进行测量，并建立台账。4、工作面瓦斯抽放钻孔参数设计4.1、抽放方案目前矿井分别建设2套瓦斯抽放系统，地面永久瓦斯抽放泵站为低负压、高流量抽放系统，泵站内共安装2台2be420-1型瓦斯抽放泵，额定流量160m3/min，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量160m3/min；井下移动瓦斯泵站为高负压、低流量抽放系统，泵站内共安装4台2be253-0型瓦斯抽放泵，额定流量40m3/min。拟采用2be253-0型抽放泵进行抽放。4.2、抽放钻孔的布置4.2.1、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。围之内。根据我矿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，从上、下顺槽同时打钻，贯穿整个工作面。钻孔布置方式如图所示。下顺槽上顺槽预抽钻孔4.2.2、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57m。4.2.3、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。4.3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，按我公司现有打钻设备选用直径75mm的钻头，有条件时可打大直径钻孔抽放瓦斯。4.3.1、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11030工作面长在120米左右，沿层打长钻孔有困难，可分别从工作面的上、下顺槽布置钻孔，以加大工作面的瓦斯抽放量，钻孔长度上向孔为60m，下向孔为70m。4.3.2、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13.3326.66kpa的负压抽放。4.3.3、钻孔封孔长度封孔应保证不漏气，以提高抽放量。在煤壁开孔，一般封孔深度为8m。封孔材料可用聚氨脂。综上所述，11030回采工作面预抽钻孔参数初步确定如下：布孔方式：上、下钻孔平行双排布置方式；钻孔平均间距：1.2m；钻孔直径：75mm；钻孔深度：70m抽放负压：13.3326.66kpa；封孔长度：8m；封孔材料：聚氨脂。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，因此实际打钻时钻孔间距可适当调整。具体布置如下：距切眼100m范围内钻孔间距定为1.5m；100200m范围内钻孔间距定为2m。 5、瓦斯抽放管网及泵站选择5.1、瓦斯抽放管路选择瓦斯抽放管路及泵站选型主要与设计流量有关，主管路瓦斯纯流量预测为10.70 m3/min，参考华泰煤矿当前井下移动泵站抽采的资料和国内外其它条件相似矿井经验，瓦斯抽采浓度按30%计算，则主管路内混合瓦斯流量为35.67 m3/min。瓦斯抽采管直径选择的恰当与否，对瓦斯抽采系统的建设投资及抽采效果均有很大的影响，直径太大，投资太多，直径过细，阻力损失大。故一般采用下式计算，并参考抽采泵的实际能力使之留有备量，同时考虑管路运输和安装的方便。抽采管路管径可根据主管、干管、支管中的瓦斯流量不同选择合适的尺寸。 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（35.67/15）0.5=0.224mq-q风=q管5.1.2顺槽煤体抽放管径选择当管中瓦斯流速取15m/s，煤体预抽抽放管路中混合流量取35.673/min时计算：d=224mm，因此煤体预抽选择管路直径为235mm（外径）。因此，11030掘进工作面顺槽选用外径235mm3.0mm的8寸钢管。6.2、管道阻力计算： 抽放管道沿程阻力计算公式如下： h=9.81lrq2/(kd5)式中：h沿程阻力，pa，l管道长度 m ， r混合瓦斯浓度对空气的密度比，k系数， q混合瓦斯流量，m3/h d管道内径， 将数据代入上式得：5.2.1、主管道： h主=9.81lrq2/(kd5) h主=9.8111000.777（35.6760）2/（0.71425）=208.7pa式中：h主管道沿程阻力 pal主管道长度 m ， l=800米r混合瓦斯浓度对空气的密度比 r=0.777k系数 k=0.71 q主管道混合瓦斯流量 m3/h 其它抽放地区混合流量按11030工作面流量的1/2计算，则主管道的混合流量为29.7 m3/min.d主管道内径 42cm 局部阻力按沿程阻力的20%计算，则总阻力为h主总=208.71.2=250.44pa5.2.2、支管道： h支=9.81lrq2/(kd5) h支=9.814500.777（19.7660）2/（0.71155）=894.3pa式中：h支管道沿程阻力 pal主管道长度 m ， l=450米r混合瓦斯浓度对空气的密度比 r=0.777k系数 k=0.71 q主管道混合瓦斯流量 m3/h d主管道内径 15cm 局部阻力按沿程阻力的20%计算，则总阻力为h支总=894.31.2=1073.16pa则：管道总阻力为1323.6 pa。6.3、瓦斯抽放泵选型计算：（1）、泵的流量：q=(q混/)k式中：q混混合气体流量，m3/min；泵的机械效率，=0.8；k备用系数， 取k=1.2。将数据代入上式得：q=(19.76/0.8)1.2=29.64m3/min （2）、泵的压力：h=（h总+h）k式中：h孔口负压，pa，取h=13.3kpa； k备用系数，k=1.2。所以：h =（1323.6+13300）1.2=17548.32pa（注：红色字体代表某些数据不详，无法导入公式计算）根据抽放泵的选择原则，以及11030工作面的瓦斯涌出及抽放情况,现掘进期间，选择井下抽放选用2be253-0型水环真空泵进行抽放。6、施工进度及设备6.1、111030下顺槽掘进面施工进度及抽采施工量11030下顺槽剩余工程量82m，由工程队2012年2月1日4月20日完成掘进吗，40m/月；11030下顺槽共施工预抽巷道瓦斯钻孔186个，长度8626.8m；预抽本煤层瓦斯钻孔176个，长度12320m，浅孔抽（排）放钻孔240个，长度2400m;共安装瓦斯抽房管（直径200mm）82m。6.2、施工设备煤矿抽放瓦斯钻机应符合下列要求：1、电动机及附属电器设备必须是防爆的；2、钻机要体积小，轻便或解体方便，以利于搬迁；3、钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。1) 根据我矿现阶段情况，掘进期间钻孔选用采用zyw3200煤矿用全液压钻机施工，压缩空气排粉，供风压力不得小于0.7mpa，钻头直径94mm。7、抽放管路铺设11030工作面瓦斯抽放管路选用6寸无缝钢管。抽放管路沿工作面上下平巷铺设，固定到一帮，距底板0.5米铺设，严禁与动力电缆同侧吊挂，用法兰盘连接，连接时应尽量密封好，以防漏气影响抽放效果，管路铺设至每个钻场时，应留设三通，各个钻孔用2寸管封孔后通过三通与主管路连接。7.1抽放路线组成1103工作面1103下顺槽回风斜巷总回风上山瓦斯抽放泵站回风上山上段风井下平台平地9、泵房通讯在抽放泵房内安装直达矿调度室的电话一部。11.1管路防腐、防锈外壁进行喷砂除锈，达到我国涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级标准sa2级，管道外壁喷涂环氧富锌底漆两遍，喷涂环氧沥青面漆两遍，漆膜厚度120m。11.2管路附属装置瓦斯抽放管路系统应配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计和正、负压放水器等附属设施。11.3计量装置瓦斯流量是矿井瓦斯抽放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放效果。目前瓦斯流量计量方法的种类很多，应用条件也各不相同。本设计选用孔板流量计作为计量装备，安装与使用要求如下： 安装孔板时，孔板的孔口必须与管道同心，其端面与管道轴线垂直，偏心度小于12%； 孔板前（按气流方向，下同）1d（管径）和孔板后0.5d处预先焊接两个测压嘴，高度为80mm，选用内径6mm的紫铜管，在安装管路之前预先焊上，平时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，取出的气体可用于进行气体成份分析。 安装孔板的管道内壁，在孔板前边1d的范围内，不应有凸凹不平、焊缝和垫片等； 孔板流量计的前端，管道直线段的长度不小于10d，后端的长度不小于5d； 要经常清洗孔板前后的积水和污物，孔板锈蚀要及时更换； 瓦斯抽放量有较大变化时，应根据流量大小更换相应的孔板； 孔板使用1年后，要对孔板进行校正，以减小计量误差。瓦斯抽放管路计量装置的安装如图。孔板流量计及负压测定装置安装图11.4放水装置根据煤矿瓦斯抽放实际情况，采空区瓦斯抽放、煤体预抽抽放管路内涌水量多的特点，对于煤体预抽系统每个分路器处均安设一个放水器，并在管路头处安设一台放水器；对于采空区抽放系统在抽放管路低洼处应设置放水器，同时在巷道出口处的抽放管路安设一个放水器。负压吸气端设置负压放水器，正压排气端设置正压放水器（可选择自动放水器或人工放水器），如下图所示。 放水器示意图11.5排渣装置在工作面抽放管路与采区瓦斯抽放管路之间，选择宽敞地点设置排渣器，将瓦斯抽放管路内煤粉等杂物排掉，防止进入瓦斯抽放泵内损坏真空泵的叶片，损坏泵体。11.6阀门井下瓦斯抽放管网系统中，在水环真空泵的进、排气口处均要安装阀门，以便抽放泵之间相互切换和设备正常检修；在瓦斯抽放管路上和钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制抽放地点的抽放负压、抽放量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路，设计选用的阀门为截止阀。11.7泵站的使用要求 矿用移动式瓦斯抽放泵站安装时，需将底盘放置水平，并用木块垫稳。 泵站吸气和出气端与管线连接处应用胶垫密封，不得有漏气现象。管线尽量避免急弯，在泵站进气口端，应安装除渣过滤装置。抽放管路内应清洁无杂物，且必须是防静电阻燃管路，并保证管路的各接口处密封良好。 应有清洁水源向抽放泵供水，水环真空泵工作水温范围为550，若水质不纯，需在进水端加过滤网，水源水质较硬时，建议使用循环水，以避免水环泵结垢过快，影响使用。 抽放泵应安装于符合要求的泵房或巷道内，环境温度为040，空气相对湿度98%（25），抽放泵旁边不应堆积杂物。12、安全措施12.1 抽放钻场、钻孔施工时防止瓦斯危害的措施1、抽放钻场（孔）施工前，必须编制作业规程，制定施工安全措施。2、打钻时必须配备专职瓦斯检查员，严格执行煤矿安全规程的有关规定，杜绝违章作业。打钻过程中如遇喷孔，必须立即停钻，采取处理措施，并向矿调度室及有关领导汇报。12.2 管路防漏气、防砸坏、防带电、防底鼓措施1、抽放系统必须设置负压测定装置和截止阀门，新敷设的管路要进行气密性检查；正常抽放的管路亦应定期进行气密性检查。2、敷设抽放管路的巷道虽非主要运输巷道，但在管路上要悬挂警示牌，管路外部涂红色以示区别，提醒车辆注意，并要每天巡回检查，发现问题及时更换。3、抽放管路在巷道内吊挂安装时，吊挂高度不小于1.8m；为防止底鼓折损管路，管道都用墩垛垫起，垫起高度不小于0.3m。4、设有瓦斯抽放管路的巷道内，电缆（包括通讯、信号电缆）必须与瓦斯抽放管路分挂在巷道两侧。12.3管路安装安全措施1、若在巷道同侧悬挂电缆，则电缆与抽放管保持0.5m以上的距离，并且电缆位于抽放管路下方。 2、管路敷设时，巷道分叉处将管路架空，用钢筋、卡子固定在巷道帮上，不影响行人。3、管路悬挂必须结实可靠（铁丝选用8#以上强度，每个悬挂点必须用5股以上铁丝悬挂，并将铁丝与巷帮、顶锚杆锚索连接；一根管路至少3个悬挂点），防止管路跌落伤人。禁止人员在管路下方施工或停留。 4、对于管路需抬高或过急转弯等特殊地点，需采用弯头平稳过渡，尽量避免急弯出现，要根据巷道的实际尺寸和安全要求进行管路的安装。