大沟煤矿抽采达标工艺项目设计方案

- 1 - 大沟煤矿抽采达标工艺项目设计方案 1 井田概况 通位置 大沟煤矿位于富源县城东南部平距 20县城公路里程 50属富源县大河镇恩乐村民委员会管辖。富源县城每天有班车往返于大河、恩乐，恩乐有简易公路直达矿区，另矿区有简易公路 15贵州火铺 富源（ 320国道），距曲靖 85西有贵昆铁路支线，交通尚属方便。详见交通位置图。 云南省富源县大沟煤矿交通位置图 - 2 - 然地理 形与地貌特征 大沟煤矿属低至高中山地貌，最高海拔位于矿区北东部，高程 低海拔位于矿区西部沟谷，高程 1960m，相对高差 势南北走向，矿区北东部地势高，西南部地势低。区内植被稀疏，灌木丛零星分布。矿区气候属北亚热带高原季风气候的过渡类型，每年 12月至次年 3月为霜冻期， 6 10月为雨季，年降雨量 890 1100高气温 最低气温 年平均气温 2 3月为风季，最大风速 15m/s，一般 3 6m/s，多为东南风。 区内居民以汉族为主，少量彝族、苗族，主要农作物有水稻、小麦、荞麦、玉米、洋芋等。经济作物以烤烟为主，工业主要以煤为主 ，富余劳动力充足。 矿区位于乌蒙山东南缘，处于滇黔两省交界处，属构造侵蚀低至高中山地貌。最高海拔位于矿区北东部山顶，高程 低海拔位于矿区南部沟谷，高程 对高差 势总体北高南低，矿区北东部地势高，西南部地势低。区内植被覆盖率较差，在坡耕地大面积分布地段稀疏，且大部分为丛生灌木，在村庄、冲沟等地形低洼地段植被覆盖相对较好。地表水体不发育，仅有山沟小溪、自然排泄良好。 文 矿区最高海拔标高在矿区北东部，海拔 低标高在矿区南部冲沟，约 对高差 般标高在 1970体地形北东部高、南西部低。区内地形高差较大 , 切割较深，起伏不平，沟谷发育，有利于地表迳流排泄 ;地下水接受大气降水，补给条件差。 - 3 - 矿区内无大的地表水体，仅在矿区中南部焦煤场及井口往南有一季节性小溪，对矿山煤层开采影响不大。 矿区地质构造复杂程度属中等类型，断层的透水性略大于围岩。地层的富水性较弱，大气降水是本矿井的主要充水来源，浅部因小窑开采后采空区积水多年未排放，可成为目前矿井的常年补给源。经矿山多年开采情况分析，矿井正常涌水 量 30m3/h，雨季涌水量为50m3/h，（该涌水量由矿山提供）。 综上所述，矿区内地质构造复杂程度中等，断层的导水性及地层的富水性都较弱，地表水不发育，地形相对较陡，自然排泄条件较好，地下水主要靠大气降水补给，因此该矿区水文地质条件属中等类型。 象与地震 根据建筑抗震设计规范（ 录 内抗震设防基本烈度为 7 度，设计基本加速度值为 计地震分组为第三组，未来建筑物应按 7 烈度设防。矿区大地构造位置处于扬子准地台 (滇东台褶带 (曲靖台褶束 (东南部。在区域上夹持于富源 弥勒大断裂，营上 阿岗大断裂之间。据富源县 1965年 1月开始对地震统计，共发生 2次， 3次， 次，从小震活动分析认为：富源县自 1965 年的 40年中未发生过 5级地震。表明矿区及周边区域属较稳定区。 源情况 采用双回路供电，一回路电源来自大河 35/10电站 826 开关。二回路来自大河 - 4 - 35/1011开关。矿井同时配有 2台柴油发电机作为备用电源。 源情 况 大沟供水由矿区防尘水池引入管线。 田境界及煤炭储量 田境界 大沟煤矿井该矿采矿许可证核定矿区范围由 9 个拐点坐标圈定，矿区面积 采深度 2065m 1780m， 矿区地理坐标为：东经 104 23 55 104 24 38，北纬 25 32 15 25 32 42。 炭储量 经核实 ,采矿许可证范围内 2065 1780m 占用资源储量 吨，有资源储量 (122b+333 )其中 122吨， 333资源量 。 采矿许可证平面范围内 178033 类资源储量 井地质与煤层赋存 井地层 在矿区区范围内，出露地层自上而下有：第四系、三叠系下统飞仙关组第一段、三叠系下统卡以头组、二叠系上统长兴组及二叠系上统龙潭组。矿区内地层为总体走向北东向，倾向北西，倾角 11 35 度的单斜构造。 （一）第四系（ Q） 由坡积物、残积物、冲积物和耕植土所组成，多为岩块、砂、砾和粘土堆积，零星分 - 5 - 布于沟谷、凹地及大沟煤矿炼焦 场地，厚度 0 10m。 （二）飞仙关组第一段（ 岩性以灰紫色、紫红色薄层状泥岩为主，并与泥质粉砂岩、 粉砂岩呈互层状产出。泥岩中富含蠕虫状方解石为特征，该段地层矿区内出露不全，出露地层厚度大于 90米。与下伏地层卡以头组（ 整合接触。 （三）三叠系下统卡以头组（ 地层厚度 70般 90m，下部为灰色、灰绿色薄 中厚层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，含多量叶肢介动物化石，上部为灰色、黄灰色薄 中厚层状粉砂岩，夹少量中厚层状灰色细砂岩，基本不含化石，与下伏地层长兴组呈整合接触。 （四 ）二叠系上统长兴组（ 上至 下至 层厚度 均 性为灰色，黄灰色泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、泥岩及少量似层状、透镜状菱铁岩及煤层组成。含煤 7，局部可采煤层一层，即 层。与下伏地层龙潭组（ 整合接触。 （五）二叠系上统龙潭组（ 主要为陆相沼泽 湖泊相含煤沉积、岩性为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、泥岩、菱铁岩及煤层组成，地层厚度 均 大羽羊齿状化石，含煤 28 50层，煤层总厚度 煤系数为 煤层编号的有 据含煤特征，岩石类型及标志层、将龙潭组自下上而分为二段。 1、龙潭组第二段（ 上至 层顶板，下至 层顶板，地层厚度约 - 6 - 均 性为灰色薄层状粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成，含薄层状、似层状菱铁岩。含煤 7，矿区内含可采煤层四层，即 2、龙潭组第一段（ :上至 层顶板，下至玄武岩顶界，均 性主要为浅灰、灰黑色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、细砂岩及煤层组成。含较多星点状，结核状黄铁矿，含煤 9 12层 ,其中可采煤层二层 ,根据主斜井所揭露的 层以下的地质特征与邻近矿区对比 ,将两层可采煤层对比为 下伏峨眉山玄武岩组（ 假整合接触。（本矿区内 质构造 矿区位于杨梅山 小达村南北向断层与北西向次级断层夹持的三角断块中，矿区内断裂构造较发育，在矿区内发现断层 5条 ,即 中 区地质构造复杂程度属中等类型。 （一）断层 于矿区中部，区内走向长度大于 840m，断层走向北北东，倾向北西，倾角 70，断距 110m，在地表断层下盘 下部地层呈断层接触。 于矿区中部，区内走向长度大于 640m，南北向贯穿整个矿区，断层走向近似南北向，倾向西，倾角 76，落差 40 于矿区中东部分，断层走向北北东，倾向北西，倾角 65，断层落差 15m，区内走向长度大于 600m，南端被 ，并有一定位移。 于矿区东南部，断层走向近似东西向，倾向北，倾角 48，断层落差 20m， - 7 - 在地表 0m，将 对 于矿区东部，断层走向近似南北向，倾向西，倾角 46，断层落差 8m，断层影响深度 13 煤层，往下逐渐变小。 综上所述，核实区构造复杂程度属中等类型 层及煤质 1、煤层 含煤地层为二叠系上统龙潭组（ 长兴组（ （ 1）二叠系上统长兴组（ 上至 至 层平均厚度 煤 7，煤层总厚度 煤系数为 含局部可采煤层一层， （ 2）二叠系上统龙潭组第二段（ 上至 至 段地层厚度平均 煤 9层，煤层总厚度 煤系数 含可采煤层 4层，即 层 ;局部可采煤层 2层，即 余均为不可采煤层。 (3) 二叠系上统龙潭组第一段（ 上至 下至峨嵋山玄武岩组（ ）地层平均厚度约为 煤 9煤层总厚度 煤系数 三含可采煤层 2 层 ,即 层 ,局部可采煤层 3层 ,即 2、煤层对比 该矿区煤层多，但可采煤层仅有 6 层。煤层对比主要运用煤层结构、煤层夹矸、煤层 - 8 - 顶底板岩性特征、煤层间距等标志进行综合对比。经矿山多年开采证实煤层对比可靠。对比可靠的有 层，对比较可靠的有 3、主要可采煤层 于龙潭组第二段（ 部，煤层厚度 表性结构为 黑色块状、粉状半暗半亮型煤，属全区稳定可采煤层。夹矸为棕灰色细晶质高岭石泥岩。顶板为泥质粉砂岩夹似层状菱铁岩，底板为灰色泥质粉砂岩，伪底为 层：上距 层 层厚度 黑色粉状、鳞片状、碎块状半亮型煤，夹矸为褐色高岭石泥岩，全区稳定可采煤层。顶板为厚 底 灰色泥岩。 层：上距 层 层结构 黑色粉状、鳞片状半暗 半光亮型煤，夹矸为灰色泥岩，全区可采稳定煤层。顶板为灰色中厚层状粉砂岩，底板为灰色泥岩夹似层状菱铁矿。 层 :上距 层 层厚度 黑色粉末 ,鳞片状半亮型煤 ,裂隙发育 ,易碎裂。煤层顶板为泥质粉砂岩 ,夹薄层状菱铁岩 ,底板为深灰色泥岩 ,遇水易碎裂。 层 :上距 层 层厚度 黑色粉状、块状半暗 半亮型煤 ,夹矸为泥岩 ,煤层顶板为灰褐色泥岩 , - 9 - 底板为层状砂岩。 层 :上至 层 层厚度 块状半暗半亮型煤 ,裂隙发育，易碎裂 ,煤层顶板为灰色中厚层状细砂岩 ,底板为中厚层状泥岩。 1、煤的宏观特性 大沟煤矿区内煤层均为黑色、块状、鳞片状、粉状内生裂隙发育，断口呈不规则状、贝壳状，较坚硬。煤岩类型为半暗 半光亮型煤。镜下鉴定结果，煤岩成份以半亮煤为主，暗煤次之， 夹有镜煤及丝炭条带，矿物杂质以石英、粘土为主、黄铁矿、方解石次之。 2、煤的变质阶段 煤层油浸镜煤最大反射率（ 平均 煤的变质阶段为。部分煤层虽未作镜煤最大反射率测定，但结合煤的化学分析资料，精煤 以推断，其变质程度为 -，均属中变质程度的 1/3 3、煤质特征 各煤层煤质特征详见表 3 (1)元素含量 各煤层中碳、氢、氧、氮等元素的含量变化不明显。碳（ 含量： 氢（ 量： 氧（ 量： 氮（ - 10 - (2)灰分（ 属中灰分煤层，洗煤灰分均在 (3)全硫（ 平均 ,洗煤 属特低 ,平均在 ,属低硫煤； ,平均在 ,属中硫煤。主要由无机硫、硫化物为主，均属低硫煤层。 (4)发热量 J/在 MJ/ 属高发热量煤。 (5)煤类 （ 1/3 田开拓方式、采区划分及采煤方法 开拓方式 矿井开拓方斜井开采，现有一个主井、 一个副井、一个风井。即主斜井（ +副斜井（ +风井（ +主斜井主要担负矿井的总进风和煤炭运输，副斜井主要担负矿井行人和安设管道、缆线等，风井主要担负矿井总回风。 采区划分、采区储量及开采顺序 全井田分为东西走向， - 11 - 全井共划分 2个采区，采区宽度一般 400m，长度为 500m。 采煤方法 采用单一长壁炮采煤法，全部垮落法管理顶板。掘进采用炮掘，工字钢支护。 井通风方 式及瓦斯情况 本矿通风方式为中央并列式通风，副井、主井入风，风井排风。 在地质勘探阶段没有进行过煤层瓦斯含量测定，鉴定为高瓦斯矿井。 1972 投产以来，矿井绝对瓦斯涌出量呈增大的趋势， 2012 年矿井瓦斯绝对涌出量为 斯绝对涌出量为 t。 - 7 - 2 矿井煤层瓦斯 煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，煤层瓦斯赋存基础参数主要包括：煤层原始瓦斯压力、煤层原始瓦斯含量、百米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数、煤层透气性系数等。煤科总院沈阳研究院承担 的“大沟煤矿抽放瓦斯可行性研究报告”项目开展期间，对本矿的瓦斯基础参数进行了测定，测定结果如下。 层瓦斯压力 9#煤层的瓦斯压力在 13#煤层的瓦斯压力在 层瓦斯含量 9#煤层的瓦斯含量在 6. 86m3/ 13#煤层的瓦斯含量在 t。 米钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数 9#煤层的百米钻孔初始自然瓦斯涌出量在 1010间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在 层的百米钻孔初始自然瓦斯涌出量 10间，钻孔自然瓦斯流量衰减系数在 层透气性系数 9#煤层的透气性系数在 间； 13# 井瓦斯储量及可抽量 矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少，同时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标，可按下式计算： 2十 式中： 矿井瓦斯储量， 可采煤层的瓦斯储量， - 8 - 1 = 矿井可采煤层 矿井可采煤层 t； 受采动影响后能够向开采空间排放瓦斯的各不可采煤层的总瓦斯储量， 2 = （ 受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量， 受采动影响后能够向开采空间排放的 不可采煤层的瓦斯含量， t； 受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量， 下式计算： K(2) K 围岩瓦斯储量系数，取 K 矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采技术条件下，按照目前的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与其抽放工艺技术和抽放能力密切相关，一般采用下式计算： k 式中： 矿井可抽瓦斯量， k 矿井瓦斯抽放率，按照我国目前的技术水平； 矿井瓦斯储量 按上式计算得出煤层的瓦斯储量及可抽量。 大沟煤矿的瓦斯资源相当丰富，这就为矿井的瓦斯开发利用提供了充足的资源条件，同时也对矿井的安全生产构成了严重的威胁。 本矿的瓦斯资源相当丰富，其瓦斯储量和可抽量分别为 就为矿井的瓦斯开发利用提供了充足的资源条件，同时也对矿井的安全生产构成了严重的威胁。 斯抽放的必要性 根据煤矿安全规程第一百四十五条规定，凡有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时抽放系统： - 9 - （ 1）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于 5m3/一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于 3m3/用通风方法解决不合理的。 （ 2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 大于或等于 40m3/ 年产量 于 30m3/ 年产量 于 25m3/ 年产量 于 20m3/ 年产量小于或等于 于 15m3/ （ 3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。 资源和环保的角度来看瓦斯抽放的必要性 瓦斯是一种优质的 能源，将抽出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，不仅改善能源结构，而且减少了对环境的污染，可以取得显著的经济效益和社会效益。根据前面计算我矿煤层瓦斯储量和可抽量分别为 说明矿井的瓦斯资源比较丰富，为瓦斯开发利用提供了较为充足的条件。 总之，无论是从矿井目前的瓦斯涌出现状、矿井通风能力，还是从资源和环保的角度来看都有必要进行瓦斯抽放，特别是进入深部煤炭开采，瓦斯问题将是制约煤矿安全高效生产的重要因素，提前进行瓦斯抽放工作，对我矿安全生产很有必要。 斯抽放的可行性 煤层瓦斯抽放的可行性 本煤层瓦斯抽放的可行性是指煤层在天然透气性条件下进行预抽的可行性。一般来说，其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数（）；二为钻孔瓦斯流量衰减系数（ ）。 据上述指标将煤层预抽瓦斯的难易程度进行分类，见表 3 大沟煤矿本煤层瓦斯抽放难易程度评价结果见表 3 表 3煤层预抽瓦斯难易程度分类表 指标 难易程度 钻孔瓦斯流量衰减系数 (煤层透气性系数 (d) 容易抽放 可以抽放 较难抽放 10 10- 10 - 表 3大沟煤矿本煤层瓦斯抽放难易程度评价结果表 煤层 钻孔瓦斯流量衰减系数 (煤层透气性系数 (d) 煤层抽放难 易程度 9 以抽放 13 以抽放 从表 3以看出，我矿 9 和 13 煤层属于可 以抽放煤层，具备本煤层瓦斯抽放的可行性。 4 矿井抽放瓦斯方案与工艺 放瓦斯方法选择的原则 抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放。选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则： 抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质和开采条件； 应根据瓦斯来源及构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果； 有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合； 选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本； 所选择的抽 放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。 我矿属煤层群开采，根据大沟煤矿煤层瓦斯参数测定报告对工作面瓦斯涌出量结果分析，工作面涌出的瓦斯主要来源于采空区（含邻近层和围岩）涌出的瓦斯。其中开采层涌出的瓦斯由开采层的煤壁和落煤解吸瓦斯构成；采空区涌出的瓦斯由邻近层、采空区丢煤和围岩涌出的瓦斯构成。 工作面瓦斯抽放方法选择 根据我矿工作面瓦斯涌出量统计数据和工作面的瓦斯涌出量预测以及工作面瓦斯来源分析结果，其回采工作面涌出的瓦斯有 2834%来源于开采层， 有 6672%来源于采空区（含邻近层瓦斯）。考虑开采层较薄、煤层透气性系数低、煤层钻孔自然瓦斯涌出衰减较快，综合认为：回采工作面应采取以采空区、邻近层瓦斯抽放为主，针对工作面瓦斯涌出特征，提出如下抽放方法。 - 11 - 方案一：内错高位瓦斯巷抽放采空区瓦斯 由于我矿是煤层群开采，由表 4此治理大沟煤矿开采层煤瓦斯的关键在于治理起邻近层和采空区瓦斯，根据以往在国内其它矿井治理邻近层和采空区瓦斯的成功经验，结合开采煤层的赋存条件和工作面巷道布置情况，分析研究拟采用内错高位瓦 斯巷治理邻近层和采空区瓦斯。该方法是在综采工作面回风巷内侧 15m 处，沿 18#煤层开掘一条瓦斯巷，密闭进行抽放，通过开采层的采动影响所形成裂隙在抽放负压作用下截流上邻近层涌出的瓦斯，同时将工作面采空区内高顶区瓦斯抽走，降低采空区和邻近层向工作面瓦斯涌出，有效地解决上隅角瓦斯积聚和回风瓦斯超限问题。其抽放方法见图 4 运 巷风巷卸压带瓦斯巷采区皮带巷采区材料巷专用回风巷图 4方案二：高位钻孔抽放采空区瓦斯 高位钻孔是提高开控点标高，增加钻孔在裂隙带的有效长 度，利用顺层钻孔抽放采空区高处的高浓度瓦斯，提高抽放效率，现将高位顺层钻孔施工方法叙述如下： 抽放方法：沿煤层顶板向采空区方向呈扇形打 10个孔深为 150 200m 钻孔，钻孔 - 12 - 终孔点距回风巷的最远距离在 80孔后抽放采空区及邻近层瓦斯。 钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔 120山宽 3m，高 度为 30，掘 6沿煤层顶板掘 2 3山总长度 78m，钻场采用工字钢支护。 钻孔布置：每个钻场内布置 10 个钻孔，呈扇形布置，详见 图 4层走向没有变化的情况下，各钻孔参数见表 4 12345B - B 剖 面钻孔工作面 A 剖 面工作面运输巷道12345抽放管采空区埋管图 4位顺层钻孔采空区埋管抽放采空区瓦斯 表 4位顺层钻孔技术参数表 孔号 孔径 （ 方位 （） 倾角 （） 开孔 位置 钻孔间距 （ m） 孔深 （ m） 1 75 75 5 4 5 20 150 2 15 4 5 20 150 - 13 - 3 75 25 4 5 20 150 4 75 35 4 5 20 150 5 75 45 4 5 20 150 封孔工艺：钻孔采用聚氨脂封孔，封孔深度 5m，封孔段长度 2m，封孔管为 60抗静电塑料管），再用钢丝骨架胶管连接到 放管上，再连接到主管路上。 抽放管路管理：随着工作面的推进，靠近切眼的抽放钻孔不断报废，当钻孔距工作面切眼一定距离时，该钻孔进入卸压区，进行卸压抽放。随着抽放管路不断变短，靠近切眼的管路要逐段卸下来，端头用法兰片密封。为了不影响工作面的正常回采，需提前拆除距切眼 20给瓦 斯管路的管理造成一定困难，所以可以考虑在靠近工作面切眼 30放管未端特制一段 2 3m 长的短管，短管上做几个变径三通，与靠近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后再向前移动短管，保持短管始终在抽放管路的未端，见图 4样一来，工作面的预抽钻孔可以抽取大量的卸压瓦斯，来弥补难以抽放这一缺陷。 抽放支管软管图 4方案三：仰角钻孔抽放瓦斯 仰角钻孔和高位钻孔相差不多，仰角钻孔省去高位钻孔掘进小上山的费用 ，加快钻孔施工，但是钻孔在裂隙带的有效长度减少，钻孔密封效果和钻孔有效寿命降低。 - 14 - 仰角钻孔施工方法叙述如下： 抽放方法：在 回风巷布置的钻场内向采空区方向呈扇形打 10 个孔深为 120 150孔，钻孔终孔点距回风巷的最远距离在 80m 以上，封孔后抽放 采空区及邻近层瓦斯。 钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔 100度 4m，宽 3m，高 场采用工字钢支护。 钻孔布置：每个钻场内布置 10个钻孔，呈扇形布置，详见图 4煤层倾角为 27，煤层走向没有变化 的情况下，各钻孔参数见表 4 B - B 剖 面钻孔工作面 A 剖 面工作面运输巷道12345678910抽放管图 4角钻孔采空区埋管抽放采空区瓦斯 表 4角钻孔技术参数表 孔号 孔径 （ 方位 （） 倾角 （） 开孔 位置 钻孔间距 （ m） 孔深 （ m） 1 75 0 7 9 开孔点距钻场顶板 20 150 3 75 10 7 9 20 150 5 75 20 7 9 20 150 7 75 30 7 9 20 150 9 75 40 7 9 20 150 - 15 - 2 75 5 7 9 开孔点距钻场顶板 20 150 4 75 15 7 9 20 150 6 75 25 7 9 20 150 8 75 35 7 9 20 150 10 75 45 7 9 20 150 封孔工艺： 同方案二。 抽放管路管理：同方案二。 矿井抽放瓦斯量预计 开采煤层抽放量预计 根据 9#和 13#煤层的赋存条件、开采布置方式和现行开采方法，工作面的瓦斯主要来源于邻近层和围岩。根据前面对工作面瓦斯涌出特点的分析 ，回采工作面日产为 400t/回采开采煤层瓦斯涌出量为 m3/是由于 9#和 13#煤层 百米钻孔极限瓦斯涌出量不稳定 ，较难进行本煤层抽放，若采用强化抽放，预计抽放本煤层卸压瓦斯量为开采层总瓦斯涌出量的 25%左右，故开采煤层预抽瓦斯量为 采空区（含邻近层及围岩）抽放量预计 近年来，我国采空区瓦斯抽放发展较快，采空区抽放瓦斯量所占抽放瓦斯量的比重愈来愈大，单工作面抽放瓦斯量最高达 100m3/空区抽放瓦斯量的多少，主要取决于采空区内瓦斯资源的多寡和矿井的抽放瓦 斯能力。对我矿采煤方法和工作面瓦斯涌出情况统计，在回采工作面达到设计生产能力 500t/a 时，回采工作面采空区（含邻近层）瓦斯涌出量为 虑到工作面瓦斯涌出不均衡性，作面最大瓦斯涌出量为 据国内相同条件矿井的抽放经验，结合我矿开采煤层工作面抽放结果分析认为，采用内错高位尾巷、高位钻孔或仰角钻孔抽放采空区涌出的瓦斯方法，按采空区抽放瓦斯涌出量的 65%计算，故预计工作面抽放采空区瓦斯量为 掘进工作面抽放瓦斯量 预计 通过对开采煤层掘进工作面瓦斯涌出统计和掘进工作面瓦斯涌出预测结果分析，掘进工作面瓦斯涌出量不大，目前靠通风完全可以瓦斯问题，正常情况下不需进行抽放。但考虑到大沟煤矿地质构造较复杂，开采煤层裂隙较发育，局部地区存在高瓦斯富集区，需进行局部抽放，可采用井下移动抽放瓦斯系统对掘进工作面前方煤体瓦斯进行抽放，地面系 - 16 - 统不预留掘进工作面抽放瓦斯量。 抽放服务年限 由于矿井采用采空区抽放法抽放瓦斯，其抽放服务根年限与矿井生产服务年限相当，矿井核定生产能力为 a，其服务年限大于 20年。 建立地面永久瓦斯抽放系统的必要性及可行性 大沟煤矿依据矿井瓦斯抽放管理规范第 9 条的规定，目前不论从采掘工作面的瓦斯涌出量还是矿井瓦斯涌出量都已经满足建立抽放系统的必要条件，前面已经论述过，这里就不再重复。因此，从矿井长远的发展，有必要建立地面瓦斯永久抽放系统。 根据矿井瓦斯抽放管理规范第 10条规定：“建立永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列 2 个条件：（ 1）瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在 2m3/上；（ 2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在 10年以上。”从对大沟煤矿的瓦斯抽放量预计及瓦斯储量计算结果可以看出，抽放量远远大于 2m3/时瓦斯资源可靠、储量丰富，瓦斯抽放服务年限与矿井的服务年限相当，大于 20 年，所以建立地面永久瓦斯抽放系统是完全可行的。 5 瓦斯抽放管网系统 放瓦斯泵房位置及管网敷设路线 放瓦斯泵房位置选择 抽放瓦斯场地的布置原则应严格按照国家所颁布的相关法律、法规执行，不占用良田，有效利用现有的场地，平面布置整齐、合理，便于安装与维修。 瓦斯泵房属有爆炸危险的厂房，要求周围 50m 范围内无居民，远离井口， 20m 范围内无明火，同时，应选择交通便 利，地势平坦的开阔地，有利于建筑物施工、抽放管路和电缆敷设。从利用角度考虑，距离工业区不能太远，以减少利用成本。 通过对现场实地勘察和征求矿方的意见，并考虑井下与地面瓦斯抽放管路距离的远近，地面抽放瓦斯泵房选择在回风井工业广场附近，瓦斯抽放泵站占地面积 240中长 60 m、宽 40m。 放瓦斯管网敷设路线选择 根据井下巷道的布置和地面工业广场内各种设施的分布情况，地面瓦斯泵房选择在回 - 17 - 风井工业广场附近，抽放管路通过回风井进入井下。 放瓦斯管路选择 斯抽放管路系统的选择 原则 抽放管路应敷设在巷道曲线段少和距离最短的线路； 尽量避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设； 考虑安装、检修方便； 如管路发生故障，管道内的瓦斯不至于流入采掘工作面、机房或机电硐室等； 抽放管路系统中必须安装调节、控制、检测、防爆、防回火装置。 斯管路敷设路线 抽放瓦斯泵站选择在回风井广场附近，抽放管路通过风井进入井下。管网敷设路线为： 负压管网路径：地面抽放瓦斯泵房风井 1925 水平总回风一、二采区回风石门一、二采区回采工作面回风巷钻孔（高位抽放巷）。 正压管网 路径：地面抽放瓦斯泵房风井 1925 水平总回风一、二采区回风石门一、二采区掘进工作面钻孔（高位抽放巷）。 斯抽放管管径计算及管材选择 瓦斯抽放管路管径选择得合理与否，对抽放瓦斯系统的工程投资及抽放系统抽放瓦斯效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；管径过细，管路阻力损失大。按照预测的工作面瓦斯涌出量和工作面的通风能力情况，预计工作面抽放瓦斯量为 西采区抽放瓦斯管路按通过 斯选择主管径，其中采区抽放瓦斯系统管道均按通过 选择管径，管径选择一般采用下式计算： = 式中： D 瓦斯抽放管内径， m； Q 抽放管内混合瓦斯流量， m3/ V 抽放管内瓦斯平均流速， m/s，取 V=10m/s。 为说明方便对抽放瓦斯管道名称作如下约定：回风、采区上山、石门、回风斜井及地面瓦斯抽放管为主管；采掘工作面抽放管为支管。 根据预计的瓦斯流量，按上式计算选择的抽放管直径如表 5 - 18 - 表 5 抽放系统瓦斯抽放管管径计算结果及选择结果 抽放管类别 抽放纯量 （ m3/ 瓦斯浓度 （ %） 混合瓦斯量 （ m3/ 流速 （ m/s） 计算内径 （ 选择管径 （ 主管 46 25 184 12 570 管 23 25 92 13 387 放瓦斯泵站内管道选用螺焊管 610 10 60005037用法兰盘连接，中间夹石棉橡胶垫 ；立风井内管道选用螺焊管 610 10 60005037用管袖焊接；井下抽放瓦斯管道均选用 ，其中回风大巷内的主管道 630 6000 工作面支管 道选择 400 6000 称压力 用法兰盘连接，中间夹石棉橡胶垫。 中央采区井下移动瓦斯抽放泵站按通过 斯选择管径，管径选择一般采用下式计算： = 式中： D 瓦斯抽放管内径， m； Q 抽放管内混合瓦斯流量， m3/ V 抽放管内瓦斯平均流速， m/s，取 V=17m/s。 为说明方便对抽放瓦斯管道管理，中央采区不区分主、支管道。 根据预计的瓦斯流量，按上式计算选择的抽放管直径如表 5 表 5 抽放系统瓦斯抽放管管径计算结果及选择结果 抽放纯量 （ m3/ 瓦斯浓度 （ %） 混合瓦斯量 （ m3/ 流速 （ m/s） 计算内径 （ 选择管径 （ 0 72 17 300 央采区抽放瓦斯管道选择 00（ ，公称压力 用法兰盘连接，中间夹石棉橡胶垫。 - 19 - 路敷设及附属装置 路敷设要求 井下管路 煤矿井下的环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，为此对煤矿井下抽放瓦斯管路的敷设有如下要求： 瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀措施； 管路底部应垫木垫，垫起高度不低于 30防止底鼓损坏管路； 倾斜巷道的瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑； 管路敷设要求平直，尽量避免急弯； 主要运输巷道中的瓦斯管路架设高度不小于 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，低洼处需安装放水器； 新敷设的管路要进行气密性检验。 地面管路 地面管路敷设除要符合井下管路的有关要求外，尚需符合下列要求： 冬季寒冷地区应采取防冻措施； 瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设； 瓦斯管路不允许与自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆和电话电缆等敷设于一个地沟内； 在空旷地带敷设瓦斯管路时，应考虑到未来的发展规划和建筑物的布置情况； 瓦斯主管距建筑物的距离大于 5m，距动力电缆大于 1m，距水管和排水沟大于 铁路大于 4m，距木电线杆大于 2m； 瓦斯管路与其它建筑物相交时，其垂直距离大于 动力、照明电缆及电话线大于 m 范围内，管路不准有接头和布置管件； 瓦斯管不准在地下穿过房屋和其它建筑物，以及同其它建筑物位于同一平面位置，即上下重叠； 瓦斯管不准穿过其它管路，确需穿过，应加套管。 路安装 地面管路安装 地面抽放瓦斯泵房位于回风井广场附近，地面管路安装采用沿地表架空敷设方式，每 - 20 - 6道安装流水 坡度取 3。 地面管网系统详见附图 抽放瓦斯泵房内管路安装详见附图 井下管路安装 回风井内的瓦斯抽放主管，采用防坠梁支撑和梯子间托梁定位敷设方式，路链接全部采用管袖焊接。从井底开始每隔 130m 设一道防坠梁，托架采用 40工字钢，共计设置3道，防止抽放瓦斯管道下沉；从井底开始每隔 5m 将管道固定在梯子间横梁上，防止管道摆动。 回风巷道和石门内的瓦斯抽放主管，采用沿巷道 侧帮敷设。管路用半圆卡将管路固定。对于坡度较大的巷道，应每隔 12防止管路滑动。 工作面抽放瓦斯管路安装采用沿巷道侧帮敷设。采用沿巷道侧帮敷设。管路用半圆卡将管路固定。 管路防腐、防锈 地面管路 泵房内管道内外壁进行喷砂除锈，达到我国涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级标准 道内外壁喷涂无溶剂环氧导静电涂料两遍，漆膜厚度 200 m。 管道支架 表面进行喷砂除锈，达到我国涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级标准 ，喷涂无溶剂环氧导静电涂料两遍，漆膜厚度 200 m。 管路防冻 地面管道距离较短，安装时预留一定的排水坡度，水均流入井下或泵房内，管道内不存在积水，为此，地面抽放瓦斯管路不需采取防冻措施。 属装置 阀门：在瓦斯抽放管路（主、干和支管）上和钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个独立抽放瓦斯地点的抽放负压、瓦斯浓度、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。 在主、支管以及钻孔连接装置上均应设置测压嘴，以便经常观测抽放管内的压 力和浓度。测压嘴高度设计为 80用内径 6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。 - 21 - 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。 计量装置 瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数，只有准确的测定它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，计量装置安装详见图 51003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 径 6料为紫铜管； 安装孔板的管道内壁，在孔板前边 1应有凸凹不平、焊缝和垫片等； 在孔板流量计前端的管道直线段长度不小于 10D，后端的直线段长度不小于 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； 抽放瓦斯量有较大变化时，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。 图 5孔板流量计安装图 钻孔连接方式 回采工作面预抽钻孔与抽放管路的连接是采用胶管连接，胶管的一端连接到钻孔封孔管上，另一端与抽放瓦斯管路连接，构成抽放系统。 放水装置 根据抽放瓦斯实际情况，主要是抽放采空区瓦斯，抽放管路内涌水量多的特点，设计的放水装置除地面瓦斯抽放泵房没选用自动放水器外井下均采用自制防水装置。 斯抽放泵 根据大沟煤矿瓦斯抽放系统改造设计，我矿西部区地面瓦斯抽放泵站选用瓦斯抽放泵站 2台，一台工作，一台备用。 水环式真空泵性能规格见表 5 - 22 - 表 5水环式真空泵性能规格表 型 号 抽气量 (m3/最大轴功率 （ 转 速 (r/260 630 210 井下移动瓦斯抽放泵站选用瓦斯抽放泵 3台，两