11402采面瓦斯抽采设计及安全技术措施(f废).doc

11402采煤工作面抽放设计及安全技术措施第一节 工作面概况11402采煤工作面是继11401工作面以来又一个M4煤炮采工作面。工作面倾斜长度为110m，走向长度130m，工作面平均采高0.9m。工作面东面为采空区，西面为已掘的11404运输巷掘进工作面，11402下面是11906采煤工作面，沿11402切眼往东的下方是11906采空区是(详见附图一 11402采煤工作面巷道布置图)。第二节 地质概况11402采煤工作面分布在二叠系龙潭组中下部，含煤地层为碎屑岩，以细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、煤层为主，多为层状，少量碎裂结构，该地层中钙质细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩属中等坚硬岩组，力学强度中等，有一定遇水软化性，岩石完整性较好，岩体稳定性中等；粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、煤层属软弱岩组，力学强度很低，遇水时极易软化，塑性强，岩石完整性不好，岩体稳定性很差，易产生顶部塌陷及底鼓、片帮等现象。根据上下巷揭露情况看工作面内断层较少，总体呈较稳定的单斜层状，缓倾斜，其构造属简单类型。1、瓦斯含量及赋存情况绝对瓦斯涌出量：1.442m3/min，相对瓦斯涌出量：17.3m3/t。2、水文情况：龙潭组地层平均厚度130 m，含水性较弱，以裂隙水为主，4煤层位于中上部长兴组灰岩，距4煤层顶45m；茅口组灰岩距4煤层底6070 m，均有隔水层隔开。正常情况下，茅口组、长兴组岩溶水对矿井开采无影响。3、煤层特征：煤厚、煤层结构：煤层结构简单，煤层倾角为1618度，煤层厚度0.71.1m，平均厚度0.9m。物理性质：煤层煤岩为黑色、亮黑色，条痕裼黑色，具玻璃光泽和弱玻璃光泽（暗淡光泽），参差状、阶梯状及棱角状断口，硬度2左右，容重1.351.45t/m3，平均1.40t/m3，具块状、粉末状、片状构造，性脆、染手，燃烧试验时见短焰、弱烟，烧后结块。4、煤尘、自燃煤尘爆炸性：经贵州省煤田地质局鉴定煤尘无爆炸性。煤的自燃：经贵州省煤田地质局鉴定煤层为类不易自然。第二节 巷道布置及支护情况一、巷道布置11402采煤工作面是继11401工作面以来又一个M4煤炮采工作面。工作面倾斜长度为110m，走向长度130m，工作面平均采高0.9m。工作面东面为采空区，西面为已掘的11404运输巷掘进工作面，11402下面是11906采煤工作面，沿11402切眼往东的下方是11906采空区。2、 支护情况 1、选用DW1200型外注式支柱与DJB-800铰接顶梁配合使用，柱距为1m，排距为0.8m，一梁一柱架设，每棚顶上不少于3根背木，日常生产时每个柱距内0.5m支设一根密集支柱，直接顶初次跨落阶段每个柱距内架设1.5根密集支柱。此外柱压应保持在11.4MPa，支柱迎山角2o-3o，工作面最大控顶距为3600mm（材料道）800mm+（人行道）800mm+（刮板运输机道）800mm+（采煤机道）1200mm；最小控顶距为2800mm（人行道）800mm+（割板运输机道）800 mm +（采煤机道）1200mm。架梁不准空顶作业，若顶板断裂时，必须先挂梁背顶后再打上临时柱进行加固。2、端头支护及两巷维护两侧端头5m范围内和工作面与机、风巷交叉口必须加强支护，东侧靠近风巷段采用2.0m型梁架设成“二对四梁” 交错前移迈步支护顶板。西侧靠近机巷段也采用2.0m型梁架设成“四对八梁”交错前移迈步支护顶板。除架梁外，再加密支柱柱距为0.5m。3、超前支护上下巷超前采用2.5m单体支柱配合0.8m铰接顶梁进行支护，10m范围内打双抬棚，10m-20m范围内打单抬棚，保证此范围内巷道净高不得低于1.6m，且必须由专人维护。两巷内原则上不许大量堆放材料，若因生产需要则必须码放整齐，确保不小于1.2m宽的行人安全通道。4、采场特种支护（1）戗柱或戗棚。当老塘悬顶面积大于50m2，为防止推棚，沿放顶线支设与水平垂直线呈15o的戗柱或梁子下用1.8m大料，一梁三柱打戗棚支护。（2）当工作面过老硐或遇其他异常情况时架设，其规格和质量要求见当时编制的补充措施。三、抽放管路管径计算抽放管路管径按下式计算：d=0.1457 （m）式中：d瓦斯管内径（m） Q瓦斯管流量（m3/min） V瓦斯管内流速（m/s），一般取515m/s混合抽放量：Q=40m3/min。V取12 m/s则：d=0.1457=0.1457=0.266m选择管径为266mm的PVC管。四、抽放管路阻力计算根据公式hf=9.8LQ2/K0d5得出摩擦阻力，再根据公式hj=1/2v2求出局部阻力，从而得出总阻力。式中：hf管路的摩擦阻力，PaL-管路长度，m混合瓦斯对空气的相对密度，Q管路的混合瓦斯流量,m3/hK0系数，根据管径选择d瓦斯管内径，cm式中混合瓦斯对空气的相对密度按下式计算=1n1+2n2/21瓦斯密度,取0.715Kg/m3n1混合瓦斯中瓦斯浓度;2空气密度,取1.293Kg/m3n2混合瓦斯中空气浓度根据上式计算，抽放管路总阻力损失为6103.6Pa。瓦斯管路阻力计算表管路名称相对密度瓦斯流量（m3/h)系数管径（cm）矿井总管路长度（m)阻力（Pa)主管0.92815000.732513503874.9分管0.92810500.71204501985.5分管0.9284500.7120300243.2合计6103.6五、瓦斯泵压力计算1）瓦斯抽放泵压力，必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证抽放的钻孔有足够的负压，以及泵的出口正压的需求。（1）高负压瓦斯泵压力按以下公式计算： H泵高 =（H阻+H孔+H正）K式中 H泵瓦斯泵的压力，Pa； H阻抽放管路总阻力损失，Pa； H孔抽放钻孔所需负压，一般取H孔=13000 Pa； H正瓦斯泵出口正压，一般取H正=1500 Pa； K 抽放备用系数，取K=1.2 H泵高 =（H阻+H孔+H正）K=（6103.6+13000+1500）1.2 =24724.32 Pa2）瓦斯泵流量计算：Q=K式中：Q-瓦斯泵额定流量，m3/min；QC-抽放期间内抽出的最大纯瓦斯量之和，m3/min；X-瓦斯泵入口处瓦斯浓度；n-瓦斯泵的机械效率，n=0.8；K-抽放备用系数，取K=1.2。则：Q=K=1.2=40 m3/min。六、抽放泵选型设计高负压瓦斯抽放泵初步选用2BE X355-IBV4F(原设计为2BEAC40-323-90型现有设备，考虑原设备较老化，抽放效果不理想，更换为新购设备)水环式真空泵，其技术规格性能如下：最大抽气量101m3/min，配套防爆电机功率132Kw，380V。改设备性能关参数较优于原瓦斯抽放系统专项设计。七、瓦斯抽放方法1、掘进巷道边掘边抽瓦斯抽放钻场布置：在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两帮各施工一个钻场。钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽放钻孔布置的要求、选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定。根据掘进工作面的具体情况，每组钻场在煤巷两侧相交错布置。相邻两组钻场之间的间距为30m。 由煤巷两侧每隔30m施工各一钻场，由钻场以及迎头向煤层施工超前钻孔进行预抽，钻孔沿煤层走向布置，每个钻场施工3-4个抽放钻孔，抽放钻孔呈扇形布置，抽放钻孔抽放半径控制在4m以内，钻孔布置见本煤层掘进边抽边掘图。2、本煤层抽放采面顺层钻孔布置及参数见采面钻孔布置图。1101下顺采空区30m30m30m30m30m10m钻场布置、钻孔参数确定由煤巷两侧每隔40m施工各一钻场，钻孔沿煤层走向布置，每个钻场施工7-9个抽放钻孔，抽放钻孔呈扇形布置，抽放钻孔抽放半径控制在4m以内，钻孔布置见本煤层掘进边抽边掘图。八、封孔方式、封孔材料及工艺、封孔设备、主要检测仪表（一）封孔方式、封孔材料及工艺瓦斯抽放封孔方法主要有水泥砂浆封孔、聚胺脂封孔、速凝膨胀水泥综合封孔。封孔长度不少于8米。1、水泥砂浆封孔水泥砂浆采用425号以上的硅酸盐水泥、砂子、水混合搅拌而成，水、水泥、砂子的重量混合比为1：2.4：2.5，砂子颗粒直径0.51.5mm。2、聚胺脂封孔聚胺脂封孔长度可达1m以上，常用的聚胺脂封孔方式为卷缠液法。3、速凝膨胀水泥封孔速凝膨胀水泥封孔适用于密封水平孔。建议根据具体的情况选用。本次设计选用水泥砂浆封孔方法。水泥砂浆封孔采用KFB型封孔泵进行封孔。其封孔工艺如下：孔内抽放管使用内径25mm的PVC抗塑料管，长度为5-7米，在孔内端钻1020个直径10mm的小孔，并用铁丝网包扎好。在打钻将要结束时开始准备水泥砂浆。水泥砂浆一般应加入适量的膨胀剂，以避免凝固后收缩出现裂隙。当钻孔倾角较小时可适当增大浆液的浓度。封孔泵与被封钻孔的连接见下图：4、封孔的操作方法：（1）检查封孔泵是否完好，封孔用的工具、配件等是否齐全；（2）检查抽放孔所需的抽放管是否齐全，长度是否达到要求；（3）计算所需要的水泥量；（4）所有要封的孔封完后，清洗封孔泵。（二）封孔设备、主要检测仪表选用KFB矿用封孔泵。井下管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、钻孔（场）、连接装置、放水器、入口处负压测量装置静压管、测量测定装置流量、压力、浓度测量计等。地面管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、放水器、防爆防火装置、放空管以及避雷器、入口负压测量装置静压管、汤匙测定管流量、压力、浓度测量计等。放空管的高度必须高过房顶不少于3m。1、阀门在瓦斯主管、干管、支管分岔处及钻场每个钻孔管中等地点，都必须设置阀门，用于调节和控制各采区、钻场的抽放量、浓度和负压。在每个钻场钻孔及采空区抽放分阶段的管路要有单独的阀门控制，阀门还用于管路检修、更换、连接时的局部关闭系统。2、放水器由于瓦斯抽放管路在敷设中有一定的倾斜角度，管路中不断有水流往低洼处，影响瓦斯流动，固需要在瓦斯主管、分管、支管中每200-300m和低洼处设一放水器，及时放出管中积水。一般放水器使用人工放水器。人工放水器的特点是：加工简单、安设容易，但需安排专人放水。多安设于井下瓦斯主管系统和积水量较大，负压较高的地点。3、测试孔在抽放系统中的主路各分支管分叉处,均应留有测试孔,作检测瓦斯浓度、负压、压差用。最经济最简便实用的方法是在管路上凿一个直径10mm的洞，再在该处焊上一个直径16mm的螺帽，然后将直径16mm的螺杆安在螺帽上，需测试时将螺杆取下即可。4、孔板流量计在抽放系统的主管道上，必须安装一个孔板流量计，计量整个抽放系统的瓦斯抽放量。孔板流量计要安装在距离泵站最近的直管路段，其前后5m应平直，不要有阀门和变径管。孔板流量计两侧要分别有测试孔，测试孔使用橡胶管与U型压差计相连接。孔板流量连接图如下：九 、管路敷设1井下瓦斯管路敷设要求（1）为防止瓦斯管路锈蚀，安装前应对管内外涂抹防腐剂。防腐材料可用经过热处理的沥青、油漆和红丹等。（2）在巷道敷设管路必须用可缩木支架，以防止底板隆起折损管路。垫木高度不小于0.3m，并保证每节管子下面有两个托木。（3）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巷道支架上。管卡间距根据巷道倾角而定，一般30时，为15-20m。（4）管路敷设应尽量将管道设平直，坡度一致，尽量减少弯头、气门等附属管件，避免急转弯。（5）敷设运输巷道的管路时，应将其牢固悬挂或架在专用支架上，且管路高度应1.8m，以便于行人和运输。（6）根据巷道的高低，进、回风巷温度有明显区别等情况，敷设管路时应创造排除管中积水的条件，在巷道低洼处设置放水器。（7）井下敷设管路，一般采用法兰盘或快速接头结合，法兰盘中间应夹有胶皮垫，且胶皮垫的厚度最好不小于5mm。（8）凡是新敷设的瓦斯管路都要进行漏气检验。检验方法可采用负压方法试验或用SF6检漏仪检测。2附属装置管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、钻孔（场）连接装置，放水器、防爆阻火器等。（1）瓦斯泵出入口阀门，每台瓦斯泵的入口和出口各一个，要求阻力小，最好使用闸板式阀门。（2）入口负压测量装置静压管。（3）出口正压测量装置静压管。（4）测量测定装置流量、压力、浓度测量计。（5）瓦斯泵有独立的供电系统，由井下变电所引两回独立线路至瓦斯泵。十、安全措施1、地面瓦斯抽放泵房的要求及安全措施：1）泵房建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级。2）泵房宜设在回风井工业场地内，泵房距进风井口和主要建筑物及居住区不得小于50m，泵房及泵房周围20m范围内禁止有明火，泵房周围必须设置栅栏或围墙。3）泵房必须有防雷电、防火灾、防冻等措施。4）泵房内有良好的通风照明设备并设有直通矿井调度室的防爆电话。5）泵房的建筑面积应根据设备尺寸决定，设备之间的距离符合采矿工程设计手册的规定。6）机械室、电气室和值班室要有单独房间，避免相互干扰。7）泵房应有双回供电线路。8）泵房应有供水系统。泵房设备冷却水一般采用闭路循环，给水管路及水池容积均应考虑消防水量。9）泵房应配备专用检测各种参数的仪器、仪表。10）泵房内电气设备、照明和其他电气、检测仪表均采用矿用防爆型。11）泵房附近管路设置放水器、排空管及防爆、防回火、放回水装置，并设置压力、流量、浓度测定装置以及采样孔、阀门等附属装置。12）在瓦斯抽放泵输入管路中安设温度传感器、瓦斯流量传感器、管道压差传感器、高瓦斯浓度传感器。13）瓦斯泵房安全检测仪器必须经有安全资质的机构检验。14）瓦斯泵进、出口侧安设放空管，当瓦斯泵因故停抽或瓦斯浓度低于规定时，抽放管路中的瓦斯可经放空管排放大气中。放空管设置位置一般距泵房墙以0.51.0m为宜，最远不得超过10m，且出口应安设防护帽，放空管必须接地；放空管出口至少高出地面10m，而且至少高出泵房和周围20m范围内建筑物3m以上。15）抽产瓦斯泵的吸气侧管路系统中必须装设有防回火、防回气、防爆作用的安全装置，可在瓦斯泵的吸气侧以及放空管上安设具有“三防”性能的防爆阻火器，并定期检查，保持性能良好。16）为防止由于雷电引起的电火花而破坏建筑物或点燃放空管的瓦斯，防止火灾待事故的发生，在瓦斯泵房附近的较高建筑物周围或中心地带应设置避雷器。17）地面泵房设置在距离风井及主要建筑物不小于50m的平坦地方，泵房必须用不燃性材料建筑，并且采用避雷针防止雷电。在瓦斯泵房周围必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。栅栏20米范围内，禁止堆积物和任何带电、带火作业。18）为了控制抽放参数和维修管路，不得与带电物体接触并有防止砸坏管路的措施。19）瓦斯泵要有独立的系统，由地面变电所引两回独立线路至瓦斯抽放泵。并采用专用变压器、专用开采和专用电缆，以及瓦斯电闭锁，瓦斯泵房必须设置直通矿调度室的电话且泵房的电气设备必须防爆。瓦斯泵房必须由专人值班并经常检测各参数，做好记录，并有备用人员。20）井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并有防止砸坏管路的措施。21）瓦斯抽放泵房必须设置有足够的灭火器材，10L泡沫4灭火器个和砂箱1个。22）有冷却系统。23）建立瓦斯抽放管理制度，瓦斯抽放检查表必须经领导审签。2、在钻孔施工中应有防止瓦斯涌出事故及机械伤人事故的措施1）边钻进边抽放瓦斯。2）钻机配备的电动机及附属电气设备必须是防爆型的。3）配备瓦斯检测器及警报器，定期检查瓦斯浓度，一旦瓦斯超限，必须立即停钻处理。4）钻场内使用的敲击工具必须用铜制造。5）钻孔时工作人员必须衣着整齐利索，避免被机械绞伤。6）钻机转动