306工作面瓦斯抽放设计.doc

306工作面瓦斯抽采设计306工作面位于矿井三盘区东翼，是三盘区回采的第五个工作面，属于高瓦斯赋存区，为加强306工作面瓦斯防治工作，确保回采过程中瓦斯不超限，根据相邻的304工作面瓦斯参数及工作面预抽效果评价，特编制本设计，设计审批后，相关部门及单位要严格按设计要求组织施工。一、工作面概况306工作面沿方位角94布置，以北为304采空区，以南为实碳区，对应地面位置位于史家峪一组以北沟壑区域，上方无村庄及建筑设施，工作面西部上方有一溪流经过。306综放工作面设计回采长度为900m，由2条煤巷组成，即306回风顺槽、306运输顺槽。306回风顺槽布置于306工作面北侧，设计总长度966m，巷道北与304运输顺槽平行，之间间隔10m煤柱；306运输顺槽布置于306工作面南侧，巷道设计总长度为1069m，巷道西与三盘区胶带集中巷相连；切眼位于三盘区东翼中部。306工作面与304工作面临近，306工作面相关瓦斯参数以304工作面为依据。煤科集团沈阳研究院有限公司出具的304工作面瓦斯赋存规律及预抽效果评价报告，304工作面煤层原始瓦斯含量为4.344.57m3/t，煤层可解析瓦斯量为2.99m3/t3.34m3/t。表1-1 瓦斯含量测试结果表煤样编号解析量(m3/t)损失量(m3/t)残存量(m3/t)瓦斯含量(m3/t)304工作面回风顺槽1号钻孔2.370.971.234.57304工作面运输顺槽2号钻孔2.090.901.374.36表1-2 亭南煤矿304工作面4号煤层瓦斯基础参数测试结果表煤 层4#吸 附常 数a(m3/t.r)21.97822.026b(Mpa-1)0.8320.879工 业分 析水份（%）4.625.48灰份（%）7.577.83挥发份（%）29.5131.26孔隙率（%）8.618.90煤层瓦斯含量（m3/t）4.344.57煤层瓦斯压力（MPa）0.220.38 二、306工作面瓦斯涌出量预测工作面瓦斯涌出量预测可以确定工作面投产时工作面瓦斯涌出量的大小，是工作面提供通风设计、瓦斯管理必不可少的基础参数，本次采用分源预测法对306工作面瓦斯涌出量进行预测，该方法是根据煤层瓦斯含量，按工作面主要涌出源开采层（包括围岩）和邻近层瓦斯涌出量进行计算，从而达到预测工作面瓦斯涌出量的目的。在工作面开采时，瓦斯主要来源于开采层（包括围岩）和邻近层。q回q开+q邻 式中：q回回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；q开开采层瓦斯涌出量，m3/t；q邻邻近层瓦斯涌出量，m3/t。开采层瓦斯涌出量（包括围岩）式中：q开-开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；k1-围岩瓦斯涌出系数。其值取决于回采工作面顶板管理方法：取k1=1.20；k2-工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率（85%）的倒数，k2=1.18； k3-准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数。利用长壁后退式回采时，系数k3按下式确定： 式中：L-工作面长度，m，L=120m； h-巷道瓦斯预排等值宽度，m，h=15m； X-煤层瓦斯含量（依据304工作面实测数据），m3/t， X=4.57m3/t； Xc-煤层残存瓦斯含量（依据304工作面实测数据），m3/t，Xc=1.23m3/t。经计算开采煤层瓦斯涌出量（包括围岩）q开3.55m3/t。邻近层瓦斯涌出q邻采煤工作面开采过程中，采场围岩应力重新分布，采空区顶板岩石冒落，围岩移动、变形、膨胀并产生裂隙，处于围岩卸压范围内的煤层也同时卸压和膨胀变形，卸压瓦斯通过层间裂隙涌入开采层。邻近煤层瓦斯排放系数主要取决邻近煤层与开采层的间距、层间岩性等。由于亭南煤矿只有一个可采煤层，故邻近层瓦斯涌出量不予考虑。根据矿井生产能力，306工作面瓦斯含量为3.55m3/t，开采强度达到6840t/d时，按照304工作面回采时瓦斯涌出不均衡系数1.2计算，则306工作面平均绝对瓦斯涌出量为6840t/d3.55m3/t24h60min1.2=20.235m3/min。3、 抽采瓦斯工艺根据开采层预抽瓦斯难易程度分类表（表3-1）及相邻304工作面煤层透气性系数为0.310.34(m2/MPa2.d)，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.03440.0358(d-1)，可知306工作面煤层属可以抽采煤层。表3-1 开采层预抽瓦斯难易程度分类表抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（）(d-1)煤层透气性系数（）(m2/MPa2.d)容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1较难抽采0.050.1（一）本煤层抽采 （1）抽采钻孔参数采用顺层钻孔预抽工作面煤层瓦斯。钻孔施工工艺采用ZDY4200LPS（A）型和ZLJ4200L型钻机，施工113mm钻孔，水力排渣，钻孔间距2米，由于工作面为配采工作面，开采强度小，故只在回风顺槽施工顺层钻孔，具体钻孔布置参数见表3-2。表3-1 306工作面煤层钻孔技术参数表钻孔类别孔号钻孔与顺槽夹角（）倾角（）孔深（m）钻孔直径（mm）钻孔间距（m）306回风顺槽瓦斯抽采钻孔141590151051132注：钻孔施工时，应根据煤层实际赋存情况调整钻孔参数。306工作面煤层钻孔在306回风顺槽施工，自306施工道以里80米（停采线以里26米）开始施工第一个抽采钻孔至距离306切眼43米处施工结束，施工顺层瓦斯抽采钻孔巷道长度为830米，钻孔开孔高度1.3米，钻孔间距2米，共设计施工415个瓦斯抽采钻孔，每个钻孔设计长度105米，共计划施工瓦斯抽采钻孔43575米。钻孔编号自外向里1-415号，131号钻孔倾角按照仰角5度、俯角4度施工，3273号钻孔倾角按仰角4度、俯角3度施工，74115号钻孔按照仰角2度、俯角1度施工，116208号钻孔按照仰角4度、俯角3度施工，209274号钻孔按照仰角3度、俯角2度施工，275317号钻孔按照仰角2度、俯角1度施工，318344号钻孔按照仰角3度、俯角2度施工，345415号钻孔按照仰角2度、俯角1度施工。图3-3 306工作面煤层预抽钻孔布置平面示意图图3-4 306工作面煤层预抽钻孔布置断面示意图 （2）封孔工艺钻孔采用两堵一注封孔方式：采用内径75mm的抗静电阻燃聚氯乙烯管配合封孔袋、水泥封孔，封孔管总长度为12m，每节封孔管长度为3m，采用承插式粘接，封孔管孔口距离煤壁300mm左右。如图3-5。封孔前，先用高压风（仰角钻孔可使用高压水）吹尽钻孔内煤渣及积水。然后将封孔管送入孔内，检查封孔段钻孔是否达到封孔标准。如果符合要求，则开始正常封孔，否则必须撤出封孔管，用钻机扫孔排渣，直到达到标准方可封孔。先在第4节封孔管中间段，用胶带缠绕封孔袋1米；在第1节封孔管距孔口0.5-1.5米段，用胶带缠绕封孔袋1米，并将注浆管和返浆管缠绕封孔袋外侧（要求注浆管在下，返浆管在上，仰角钻孔下返浆管2米，注浆管8米，俯角及平角钻孔下返浆管8米，注浆管2米）；将封孔袋内A、B料混合后，迅速将封孔管顺序送入钻孔内，封孔管插接处，必须涂抹密封胶。待封孔袋完全固结后，开始对钻孔进行注浆。发现浆液从返浆管流出后，立即关闭返浆管上的阀门，继续注浆至注浆管上的压力表达到1.5MPa 后停注。停注后30min 内压力表变化量不大于0.5MPa方为合格，否则应继续注浆。注浆完毕后，钻孔孔口处必须用水泥砂浆抹平，面积不小于0.16m2。图3-5 煤层抽采钻孔封孔示意图 （3）钻孔连接方式工作面顺层瓦斯抽采钻孔采用75mm硬质管箍式铠装软管通过6寸PE四通管与主管路连接，每40个钻孔连接为一个钻场，每个钻场安装计量装置（测定负压、浓度）1个，连接方式详见图3-6。图3-6 抽采钻孔连接方式示意图 （二）高位钻孔抽采在306运料道距离306回风顺槽20米生产煤壁侧施工一个长6000mm， 宽6500mm，高与巷道平齐的高位钻场，设计施工6个高位定向长钻孔。钻孔采用扩孔成孔的施工方案，先施工120mm先导孔，然后一次扩孔至153mm。钻孔设计施工960米，共施工钻孔5760米。全孔扩孔完成后采用147mm地质套管封孔，封孔管下入至穿过泥岩段（根据现场情况确定）。具体钻孔技术参数见表3-7。表3-7 306运料道高位定向钻孔技术参数孔号方位角（）倾角（）终孔直径（mm）开孔高度（m）设计孔深（m）距回风巷距离（m)距煤层顶板距离（m)备注194171533960512294161532.596010113941715339601512494161532.596020115941715339602512694161532.59603011图3-8 钻场高位定向钻孔开孔相对位置示意图图3-9 高位定向钻孔主孔平面布置示意图图3-10 高位定向钻孔主孔剖面布置示意图（三）工作面回风隅角埋管抽采工作面回风隅角埋管抽采瓦斯的主要原理是在工作面回风隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯由抽采管路抽走，这可以避免工作面回风隅角处局部位置因风流不畅（或微风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向回风隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面回风隅角段管路可采用扩散器与主抽采管路连接，将扩散器连接的铠装软管插入回风隅角。为保证软管吸入口处于回风隅角的上部（上部瓦斯浓度较高），抽采软管与木棒绑在一起，用旧皮带或麻绳吊挂在支架上，为提高抽采浓度，回风隅角处应采用挡风墙或挡风帘。随着工作面的推进，拆下前端一段主管路，移动扩散器，如此反复。回风隅角插管抽采布置如图3-11所示。图3-11 回风隅角插管抽采瓦斯示意图 四、抽采系统的建立（一）抽采管路布置：（1）306回风顺槽煤层钻孔抽采管路：306回风顺槽306运料道304工作面施工道三盘区回风集中巷三盘区并联回风巷地面5#抽采系统地面瓦斯发电机组。（2）隅角埋管抽采管路：306回风顺槽306运料道304工作面施工道三盘区回风集中巷三盘区并联回风巷地面4#抽采系统地面排空。（3）高位钻孔抽采：306回风顺槽306运料道304工作面施工道三盘区回风集中巷三盘区并联回风巷地面4#抽采系统地面排空。（二）瓦斯抽采管路管径的选择瓦斯抽采管径选择是否合理，对瓦斯抽采系统的建设投资及抽采系统效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；直径过细，管路阻力大。故一般采用下式计算，并参照抽采泵的实际能力使之留有备用量，同时尚需考虑运输和安装方便。 D=0.1457（Q/V）1/2式中 ：D-抽采瓦斯管内径，m； Q-瓦斯管中混合瓦斯流量，m3/min,(根据临近304工作面做参照)； V-瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般V=515m/s。（1）306工作面回风顺槽煤层钻孔抽采管中瓦斯流速取15m/s，抽采管路中混合流量取110m3/min时计算，D=394mm，因此煤层抽采管路选择直径为400mm(内径)的管路。（2）306工作面回风隅角及工作面运料道高位钻孔抽采管中瓦斯流速取15m/s，抽采管路中混合流量取110m3/min时计算，D=394mm，因此煤层抽采管路选择直径为400mm(内径)的管路。（三）抽采管路附属装置及设施安装要求（1）抽采管路接头必须采用标准件连接，连接管件包括三通、阀门、短接、弯头、堵头等。（2）抽采管必须低于抽采孔口水平，根据水量情况必须安装自动放水器和排渣装置。（3）每个抽采钻孔封孔管连接弯头必须向下，防止孔口积水。（4）每组抽采钻孔必须成排成行，横平竖直，美观大方。（5）抽采管路上不使用的接口必须加装标准堵头，防止漏气。五、抽采瓦斯效果预计根据已回采304工作面的瓦斯抽采情况预计306工作面回采时抽采效果。304工作面回采时回风顺槽煤层流量在110m3/min左右，抽采浓度在11.8%左右；304工作面回风隅角抽采流量在100m3/min左右，抽采浓度在1.3%左右。 （一）306工作面本煤层抽采量306工作面开采4煤层，306运输顺槽共施工煤层钻孔415个，利用地面2BEC72型水环真空泵进行抽采，预计抽采流量在110m3/min，抽采浓度在11.8%左右，工作面煤层瓦斯抽采量为12.98m3/min左右。 （二）306工作面采空区及回风隅角抽采量306工作面采空区瓦斯抽采，属于卸压抽采，抽采量较大，主要采用以下两种抽采方法：（1）采用插管抽采上隅角抽采方法治理采空区瓦斯。采用地面2BEC72水环式真空泵进行抽采，管路瓦斯的混合流量约70m3/min，根据亭南实际情况，上隅角抽采瓦斯浓度可按1.2%计算，则上隅角瓦斯抽采量可达0.84m3/min左右。（2）306工作面运料道高位钻孔采用地面2BEC72水环式真空泵进行抽采，管路瓦斯的混合流量为40m3/min，根据以往高位孔定向钻孔抽采经验，瓦斯浓度为4.5%，计算出高抽巷瓦斯抽采量为1.8m3/min。 （三）工作面瓦斯抽采量及抽采率计算（1）本煤层抽采量：12.98m3/min；（2）采空区（邻近层）抽采量：2.64m3/min；（3）工作面回采时绝对瓦斯涌出量在20.235m3/min左右，瓦斯抽采量在15.62m3/min左右，工作面风排瓦斯量在4.615m3/min左右，工作面瓦斯抽采率在77.19%左右。 六、安全技术措施（一）进入施工地点时，应先检查巷道支护及通风等情况，严格执行敲帮问顶制度，发现问题及时处理，确认迎头风量满足要求。（二）所有下井施工人员须佩带隔绝式压缩氧自救器；施工时在钻孔上方回风侧悬挂便携式瓦斯检测仪。 （三）钻机安装要穿鞋戴帽，安装稳固、牢靠，并按要求摆正钻机，开机前要检查各部螺栓联结是否拧紧牢固，避免机件松脱伤人。（四）打孔前待钻机空载试运转5分钟，无异常情况方可开始工作。打钻时后方严禁站人，以防喷孔伤人。（五）开孔时应慢速钻进，当开好孔钻头体全部进入煤体后方可加快钻进速度。钻孔时要严格按措施中规定的方位、角度等进行施工，不得擅自改变。（六）加钻杆时应先对钻杆进行检查，不合格的不得使用，连接钻杆时要对准丝扣，避免歪斜。（七）临时停钻时，要将钻头退离孔底一定距离，防止岩粉卡住钻杆，停钻时间较长时应将钻杆全部抽出。（八）打钻操作时要将衣襟、袖口、裤脚束紧，做好个人自保、互保，打钻过程中操作人员要注意力集中，相互配合好，确保施工安全。（九）钻机司机应合理掌握钻具的进退速度，认真观察钻孔的出屑量、钻孔内的震动声音、钻机温度等情况，发现问题应查找原因，及时处理。（十）若钻进困难可缓慢少许窜动钻具，发生卡钻或钻杆弯曲时应立即退钻检查处理。（十一）机器运转时严禁用手、脚或其它物件直接制动机器运转部分。（十二）钻机不得在无人操作的情况下运行，钻机任何部位出现故障都应立即停机检查，待故障处理好后方可继续施工。（十三）不得在微风及无风环境下施工，当瓦斯浓度超过1时切断电源，停止钻进，并向调度室汇报，待瓦斯浓度恢复正常后才允许继续开钻。（十四）施工过程中发生喷孔现象时应暂停钻进，待喷孔现象消失后方