250205综放面瓦斯抽放.doc

250205上工作面瓦斯抽放技术方案编 制： 郭振祥审 核： 岳建成技术开发部： 岳建成 6.11安全监察部： 高厚奇 6.11矿总工程师： 乔中栋 12/6矿 长： 吕世宏 12/6华亭煤电股份公司砚北煤矿二六年六月十一日一、综放面瓦斯来源砚北煤矿为历年鉴定为低瓦斯矿井，以往急倾斜水平分段综放面回采工作面从未出现过上隅角、工作面和回风顺槽瓦斯超限，随着2502采区近水平煤层的开采，根据煤层的赋存和相邻矿井华矿250201综放面正常回采以来瓦斯涌出的上隅角和回风顺槽瓦斯经常超限的特殊情况，当工作面配风达到1300m3/min，回风顺槽瓦斯在推采到100米以后时，含量经常高达1.0%。而根据我矿现阶段矿压显现强烈和煤爆声频繁实际，与华矿开采均为同一煤层且工作面相距很近的特点，为防止瓦斯超限事故的发生而影响生产，真正做到有备无患的的目的，矿决定购置并安装瓦斯抽放系统，现就对工作面煤层赋存和瓦斯可能涌出情况进行分析，分析确定工作面瓦斯来源为： 、开采煤层瓦斯含量增大，一般情况，煤层瓦斯含量与煤层的埋藏深度成正比，根据矿井2502采区设计勘探期瓦斯等值线图的预测，工作面开采一定距离后，将可能出现采空区瓦斯涌出量增大局势。、开采煤层的赋存呈向背斜并存我矿开采的煤层为整体性较好的近水平煤层，且工作面布置在煤层赋存的背斜轴部瓦斯容易积聚的地带，为使瓦斯在煤层中创造了局部积聚的可能条件，因而使煤层中瓦斯含量增加。、年产400万吨综放面开采强度影响我矿250205上综放面平均长度为206m、采、放煤层厚度为15m以上，为超长综放面，综放面开采强度达到了日产13600t/d，虽然煤层瓦斯含量不太大，但由于工作面回采产量大、工作面长造成大范围的采空区空间，为瓦斯的积少成多创造了条件，且工作面为倾斜工作面，故特别容易在上隅角积聚浓度相对较小的瓦斯。、采空区温度、注氮惰化的影响综放面温度较高，一般为2426之间，回风流中有时将达到29，由此推断综放面采空区温度完全高于30成为可能，采空区温度过高，使气体易于澎涨，采空区瓦斯容易涌入到工作面。、综放面为上分层工作面 综放面所采煤层的总厚度为2041m之间，本区段内总共分二层进行回采， 250205上综放面为上分层综放面，相当于开采的是煤层的解放层，因此开采中瓦斯涌出较大。、综放面采空区压力大、空间大综放面采空区空间大，压力大，在开采时经常能听到煤炮声，使采空区瓦斯容易积聚到上隅角，达到一定程度时将涌出到工作面。、且开采煤层的上部有局部可采的煤3层在本工作面推进一定距离后，全部垮落法管理顶板造成的煤3的赋存条件破坏，在塌陷区未影响到地表以前，破坏煤3赋存将极有可能将其中的瓦斯直接引入到本工作面的采空区，这将为工作面采空区的瓦斯含量高提供一定的直接来源。二、工作面瓦斯涌出量综放面所采煤层的瓦斯含量、瓦斯压力还未在实验考察，因此只能根据工作面近期瓦斯涌出量推算工作面所采煤层瓦斯含量。1、工作面绝对瓦斯涌出量Q=cq - 式中：Q绝对瓦斯涌出量C工作面回风顺槽瓦斯含量，为0.3%1.5%q工作面回风顺槽风量，为1200m3/min根椐式计算，工作面的绝对瓦斯涌出量为3.618m3/min。根据瓦斯赋存及过背斜轴部的地质预测，在大多数情况下工作面绝对瓦斯涌出量为35m3/min之间。2、工作面煤层瓦斯含量 - 式中：Q 工作面绝对瓦斯涌出量，取大值5m3/min； T 工作面日产按13600t/d，q 煤层瓦斯含量， m3/t； 70%解吸瓦斯量，取煤层瓦斯含量的70%； 1080按1天18小时采煤计算的分钟数，min。根据计算，煤层瓦斯含量为0.56m3/t。三、综放面瓦斯防治措施1、本综放工作面瓦斯防治策略本综放工作面瓦斯防治采用风排和采空区抽放。由于综放面所采煤层为长焰煤，煤的变质程度相当低，根据2006年4月份的自燃等级鉴定结果表面：属二类易自燃煤，自燃发火期最短为26天。为了减少采空区的漏风，缩小采空区氧化带的宽度范围和当前工作面适宜的工作面环境，确定工作面进风不宜超过1000m3/min为宜。这样工作面瓦斯的涌出量通过风排能排除瓦斯约510 m3/min之间，而工作面最大绝对瓦斯涌出量经预算为18m3/min，还剩8m3/min的瓦斯就必须通过采空区瓦斯抽放解决。据估计本工作面在大多数情况下，回风顺槽瓦斯含量不超限，但上隅角和工作面110138号支架尾梁附近的瓦斯有可能会处于超限状态，因此，现阶段必须加强采空区的瓦斯抽放的安设，但采空区大量的抽放又会破坏采空区的注氮惰化范围，使采空区易自然发火，因此采空区的瓦斯抽放必须和采空区的注氮防火相结合，既能通过抽放使工作面上隅角瓦斯不超限，又必须通过注氮缩小采空区氧化带的范围，达到瓦斯和采空区自然发火共同防治的目的。2、回风顺槽增设风筒加强风排上隅角瓦斯根据我矿试生产以来的实际情况，工作面的风量确定为1200m3/min，为了减少采空区的漏风，综放面的进风为1000m3/min左右，为了稀释回风顺槽的瓦斯，在工作面回风安设专用局扇（218.5KW）增加200m3/min的风量，使回风顺槽的总风量达到1200m3/min，其布置为：在二水平皮带大巷机尾（4#联络巷风门外）设置218.5Kw对旋轴流式局扇1台，分别用600mm的将风引到工作面上隅角前方的回风顺槽中。风筒出口位置非常重要，如果太靠近工作面上隅角，则不易在上隅角测到采空区真实气体，而且造成采空区回风侧漏风严重；如果离上隅角太远，则上隅角及支架上部瓦斯易超限。为此，将风筒的出口位置定在上隅角前38m左右地点，以上隅角的瓦斯含量不超限为宜（每班必须设专人负责这项工作）。实行这种均压通风方式后，工作面的进风可由1200m3/min降到1000m3/min，回风仍保留到1200m3/min，可减小采空区的漏风，缩小采空区氧化带的范围，有利于防火，而且有利于降低上隅角的瓦斯含量，将上隅角一个点的高瓦斯变成了一小片的低瓦斯，并对采空区的瓦斯起一定的均压作用。采用上述措施风排上隅角瓦斯时，必须注意：、在工作面回采时上隅角如果前移到后尾溜机头处，就会使采空区大量的瓦斯暴露在工作面，影响风排上隅角瓦斯的效果，而且后溜机头处容易产生火花，上隅角如果前移到此处，瓦斯与火花相碰，将会引起严重后果，正确的方法是使上隅角与支架尾梁在一直线上。、在工作面推进过程中视具体情况，工作面推进6m后如上隅角的顶仍未及时放落，且当时上隅角顶部的瓦斯浓度较高，不宜放炮进行强制放顶时，要及时用丝袋装上碎煤将上隅角垒上一道丝袋闭，减少采空区瓦斯从上隅角涌出，在垒丝袋闭时，对上部的一些小空隙直接用丝袋（不装碎煤）堵塞。对下隅角则挂上风帘，减小采空区进风侧的漏风，或者在工作面上隅角出现这种情况时，将直接利用罗克休材料在工作面上下隅角进行一道长度不小于10米的临时挡风墙以减小采空区的漏风。3、上隅角埋管抽放瓦斯在上隅角后方冒落后，用108mm钢管从回风巷沿西帮插入采空区，管路应尽量插入上隅角高顶，插管进入采空区内5m后，即可开始瓦斯抽放，当管路进入采空区以里30m时，停止抽放。当埋管进入采空区25m时，应即时埋入另一趟管路，以保持采空区埋管抽放的连续性。当瓦斯抽放流量达到42m3/min时，瓦斯浓度为7%左右，预计至少可抽出瓦斯2 m33m3/min。为了防止采空区埋管的出口被碎煤堵住，埋管的出口1m处应加工成花管。此外，应在上隅角准备2根108mm钢管插管，根据上隅角瓦斯积聚的位置，随时插管，并用丝袋堵塞插管周围漏风，以及时抽取积聚的瓦斯。4、回风顺槽向支架上方打钻抽放瓦斯（瓦斯浓度过高的备用方案）。在回风顺槽每隔50m向110138号支架上方打钻4个，钻孔均匀分布，钻孔终孔位置位于顶板岩石2m处，用95mm钻头打钻，钻孔终孔直径为108mm，钻孔长度为60m80m，钻孔必须超过前一个钻埸10m，钻孔下108mm套管，套管长度为2m，封孔长度为1.5m，用聚铵脂液体封孔，该液体能迅速澎涨将孔封住。用橡胶软管连接钻孔套管到瓦斯抽放主管上，用井下移动式抽放泵抽放钻孔内瓦斯。5、高位岩石钻孔抽放瓦斯（瓦斯浓度过高的备用方案）。当工作面瓦斯大量涌出，上述抽放瓦斯措施尚不能有效防治瓦斯时，除采用以上第4个方案的效果不明显时，要采用高位岩石钻孔抽放瓦斯，其具体方法为：从回风顺槽每隔80m向顶板掘一小斜巷，斜巷一直掘到顶板，在顶板施工2m高的岩石钻埸，钻埸内错于回风顺槽1015m，钻埸为32.52m，钻埸距离为80m，从钻埸向采空区打扇形岩石钻孔，用95mm钻头打钻，钻孔终孔直径为108mm，每个钻埸打钻孔5个，钻孔长度为100m150m，钻孔必须超过前一个钻埸15m，终孔位置从138110号支架上部均匀分部，位于煤层顶板312m，超前于工作面打出，钻孔下 2m长的108mm钢管套管。当钻孔瓦斯浓度高于8%左右时，即可进行抽放，一直抽到工作面推到钻埸为止，然后再换成下一个钻埸进行抽放。岩石钻孔的瓦斯抽放流量为80m3/min，瓦斯浓度为10%左右，预计至少可抽出瓦斯8m3/min。6、抽放时采空区气体监测用16mm塑料管内穿8mm塑料管从上隅角埋入采空区，通过吸气球或小抽气泵抽取8mm塑料管内气体，监测采空区内CH4、O2、CO含量，在抽取采空区内瓦斯时必须保持采空区50米以内的氧含量小于12%，否则采空区内浮煤易氧化自燃（当束管监测系统安设到位运转正常后，即可埋管监测“三带”范围）。四、综放面瓦斯抽放系统1、瓦斯抽放流量因我矿250205上工作面距地面距离太长，工作面瓦斯涌出量不大，故本次设计的瓦斯抽放为井下移动式局部抽放系统：瓦斯抽放泵流量用式计算：Q泵= - 式中：Q泵-瓦斯抽放泵的额定容量， m3/min； Q-矿井纯瓦斯最大抽放量， m3/min； C- 瓦斯泵入口混合瓦斯浓度，%； - 瓦斯泵机械效率，5080%，取为70%； K- 抽放瓦斯不均匀系数取值1.2。工作面在一般情况下绝对瓦斯涌出量为5m3/min，其中从工作面涌出约2.5 m3/min，还有2.5 m3/min的纯瓦斯从采空区通过上隅角涌出，使上隅角瓦斯超限，需进行抽放，故取Q为2.5m3/min。由于矿井煤层瓦斯含量较低，故上隅角以里采空区的瓦斯浓度不会太高，取C值当前取值确定为7%。 将以上数据代入，计算出需要的瓦斯抽放泵的最大容量为：Q泵61 m3/min。 2、 瓦斯抽放管的直径及管材选取瓦斯抽放管直径计算如下： - 式中：D-瓦斯管内径，m； Q-混合瓦斯流量，m3/min，按泵的效率为70%算，为 42m3/min； V- 瓦斯在管中的流速，取为18m/min。将以上数据代入式，算出瓦斯抽放管的内径为0.22m 。 根据计算，选取瓦斯抽放主管的外径为260270mm，内径为250mm，壁厚为510mm，管材选为聚乙烯管（型号为：PE-KW0.8/25014.8），根据该管路的各项指表均能满足瓦斯抽放强度的要求。采空区埋管以及埋管主管的连接管100m、钻孔套管及套管主管的连接管100m管路为108mm钢管，用橡胶软管连接到支管上，管路上应设置负压放水器（随机已订购）。3、 瓦斯泵抽放负压瓦斯泵的抽放负压是用于克服管路阻力之后对钻埸内各抽放钻孔保持一定的负压。其计算公式为：H=9.81 - 式中：H-管内摩擦阻力损失，pa； L-瓦斯管长度，为2500 m；g-混合瓦斯比重,g=0.554C+(1-C)C-管内瓦斯浓度，为7%；Q-管内混合瓦斯流量，为2520m3/h; D-瓦斯管内径，为25cm；K-系数，取为0.8将以上数字代入式，算出管内摩擦阻力H=19312pa（为145mmHg）,局部阻力损失取为管内阻力损失的15%（为29mmHg），孔口抽放负压取为20mmHg，则瓦斯抽放泵的负压为：145+29+20=194mmHg则：瓦斯泵的真空度为：194760=25%4、选取瓦斯抽放泵根据计算，瓦斯泵的最大流量为61 m3/min，真空度为25%，选取2台型号为BJ60YJ的井下移动式瓦斯抽放泵2台，流量为60 m3/min，平时一台使用，一台备用，当瓦斯较大时，可两台抽放泵同时开启抽瓦斯，就可完全满足实际需要。 5、瓦斯抽放泵站根据我矿实际，瓦斯抽放泵站布置在二水平辅运大巷与回风大巷之间的7#联络巷内，因此处的新鲜风量的供给易于利用该处的调节风门进行调节，且回风大巷段又没有必须行人的需要，利用瓦斯传感器的浓度值，我们可以及时利用7#联络巷的调节风门控制新鲜风量，使抽放泵排出的瓦斯不易使泵站瓦斯超限。还必须在抽放泵排放瓦斯的进风侧5m、下风侧30m各设全断面栅栏一个并设 “瓦斯排放区、严禁人员入内”的 警标，并在下风侧瓦斯浓度稀释区设瓦斯监测传感器1个，以利于适时进行观测。6、 瓦斯抽放监测在瓦斯抽放时，需对抽放管内气体的流量、浓度、温度和负压进行连续监测。监测系统选购的煤炭科学总院重庆分院的安全监测系统软件一套，能可靠实现如下功能：、能连续集中监测泵房及井下抽放管路的负压、瓦斯浓度、一氧化碳、温度、流量。、能够依据所测参数自动换算标准状态下的混合瓦斯流量和纯流量并计算累计抽放量；、当泵房环境瓦斯浓度超限能发出声光报警和断电控制当抽放管路中的瓦斯浓度低于设定下限时具备声光报警和断电功能；、分站上可连续实时显示监测参数实时值、累计值及设备工作状态；、监控软件能实时统计、分析处理、存储日、旬、月报表供用户查询打印；、有很好的开放性即可独立运行，又可作为子系统与KJ90煤矿安全监控系统联网运行。五、所需设备、仪器和材料1、BJ60YJ井下移动式瓦斯抽泵2台，流量为60m3/min；2、瓦斯抽放焊接管2500m，型号为：PE-KW0.8/25014.8。3、瓦斯抽放安全监测系统一套：相 关 设 备：抽放分站（大分站KDF2） 一台；主要技术参数：低浓度瓦斯传感器（KG9701）： 两台；温度传感器（GW50(A)）： 一台；高低瓦斯浓度传感器（KG9001B）：一台；管道负压传感器（KG9501B）： 一台；一氧化碳传感器（GT500A）： 两台；管道流量传感器（GLW100）：（必须与250管路相配套） 一台；开停传感器（GT-L(A)） 两台。4、200型全液压钻机1台生产厂家：煤科总院重庆分院六、安全技术措施1、通灭队必须加强250205上工作面回风抽放钻场钻孔施工设备的检查与维护，杜绝电气设备失爆，确保设备完好，钻机供电电源必须与该工作面回风系统瓦斯探头实现瓦斯电闭锁。2、施工钻孔前，要将钻机摆放平稳，打压牢靠，施工钻孔过程中，钻杆前后不准站人，不准用手托扶钻杆，所有施工人员严格按钻工操作规程进行操作。3、在施工钻孔过程中，250205上工作面瓦检员要加强钻孔施工地点的瓦斯检查，严禁瓦斯超限作业，班组长各携带一台便携仪。4、在施工钻孔过程中，严格按钻孔设计的施工参数要求放线摆钻开口，严格控制钻进速度和给进压力