12301采面抽采设计

贵州国源矿业开发有限公司织金县珠藏镇龙桂煤矿 12301 采面抽采设计编制：龙桂煤矿通防科2015-7-28设计审批情况会审地点时间主持人会审意见会审人员姓名专业现职务12301采面瓦斯抽放设计一、概况 龙桂煤矿属生产矿井，设计生产能力15万吨/年，矿井开采标高+1675m-+1350m采用斜井开拓，中央分列式通风。矿井地质构造复杂，水文地质类型为中等，属煤与瓦斯突出矿井。矿井可采煤层M16、M23，M16煤层已开采结束，按从上往下开采顺序，现开采M23煤层，12301回采工作面为M23煤层浅部第一区段东翼采面。（一）12301采煤工作面位置1、井上位置及标高12301工作面主要处一无名山脊中，南、北为山脊，北为顶部，南为底部;东、西向横穿山脊，工作面主要处南部山坡。地面标高+1670+1622。2、井下位置及标高井下东为井田边界以煤柱为界；西为回风上山以护巷煤柱为界；北为井田浅部边界以12301回风巷为界；南为M23未开采深部以12301运输巷为界。3、开采范围工作面走向长450米（不含上山煤柱），平均倾斜长185米，平面积80580，斜面积83424.（二）巷道布置工作面回风巷由轨道上山+1540标高开口，按40度方位跟煤层顶板施工480米。运输巷由运输上山+1503标高开口，按50度方位跟煤层顶板施工35米后改按65度方位施工140米，再按53度施工316米，然后掘开切眼与回风巷贯通形成12301回采工作面。 （三）煤（岩）层赋存特征1、M23煤层为龙潭组，煤层顶板为深灰色薄层粘土质粉砂岩，含大量碳化植物化石碎屑，夹菱铁质薄层，碳质线理;直接底板为粘土岩。 煤层特征表顺序区域组煤层名称煤层厚度（m）层间距(m)煤层夹矸数稳定性煤层倾角（度）煤种顶 底 板 岩 性最小最大平均顶 板底 板1龙潭组M160.852.331.7520-2稳定9无烟煤粉砂岩，粘土岩砂质粘土岩2M230.951.811.50-3稳定9无烟煤粘土质粉砂岩粘土岩M23煤层赋存较稳定，煤层结构简单，煤层平均倾角150，煤层平均厚度1.4m，煤质为无烟煤。3、煤层瓦斯：本矿井未鉴定按突出矿井管理。矿井绝对瓦斯涌出量为27.47m3/min，相对瓦斯涌出量为98.89m3/t。根据中国矿业大学（北京）2007年10月20日提交的“贵州省织金县珠藏镇龙桂煤矿M16煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定”，在+1510m水平以上不具备煤与瓦斯突出危险性，现M23未做瓦斯突出鉴定，龙桂煤矿按煤与瓦斯突出矿井管理。根据贵州省矿山安全科学研究院于2014年8月关于织金县珠藏镇龙桂煤矿M23煤层区域突出危险性预测报告的预测结论，M23煤层的瓦斯含量为9.75m/t。4、煤的自燃倾向及煤尘爆炸危险性：根据2000年12月16日贵州省煤田地质局实验室提供的贵州省织金县珠藏镇龙桂煤矿煤炭自燃倾向等级鉴定报告，M23煤层自燃倾向性II类自燃。根据贵州省煤田地质局实验室提供的织金县珠藏镇龙桂煤矿煤层煤尘爆炸性鉴定报告，M23煤层煤尘无爆炸危险性。5、地质及水文地质条件：根据地质资料和从上部已采的M16煤层来看，区内无较大断层分布， 12301运输巷主要沿一正断层下盘边沿施工，断层落差4-5米，对采面影响不大，12301采面总体地质条件简单。矿区水文地质类型属裂隙型充水矿床，水文地质条件中等，本工程水文地质简单，遇小构造时有裂隙水。6、地质储量煤层走向50度，倾向约140度，煤层倾角15度，煤厚14M，煤层容重145T/立方米工作面走向长450米（不含上山煤柱），平均倾斜长185米，平面积80580，斜面积83424.地质储量Q地=83424*1.4*1.45=16.935万吨7、采煤方法及生产能力12301回采工作面采用走向长壁后退式采煤法。爆破落煤，全部垮落法管理顶板。采面支护使用DW20-30/100型单体液压支柱配HDJA1200型金属铰接顶梁进行支护，设计“三四”排控顶，柱距0.8m，排距1.2m，最大控顶距为4.8m，最小控顶距为3.6m。采面生产能力采面日正规循环1.5个，循环进度12米，月按25日生产计算。循环产量 W=185*12*14*145*097W=437T月产量=437*1.5*25=16387T（四）、抽放条件地面建有瓦斯永久抽放泵站，安装2台高负压瓦斯抽放泵，其型号2BEA-303-0型水环式真空泵，电机功率90KW，抽放量58m3/min。安装2台低负压瓦斯抽放泵，其型号2BEC-40型水环式真空泵，电机功率75KW，最大气量68m3/min。一台工作、一台备用。抽放管路井筒及主要巷道采用pvc管，主管直径315mm，采掘面支管直径219mm，分别接到掘进工作面进行瓦斯抽放。各采、掘面抽放管上有自动计量装置。二、12301工作面抽放参数（一）M23煤层瓦斯涌出量预测1、煤层瓦斯含量预测 由于矿井无测定参数，因此采用经验公式计算煤层中的瓦斯含量。 Wx=65.5(100-Af -Wf )/(0.098a/P+b)(Vr )0.146 en (1+0.31Wf)100 Wy= fn P/ 9.8Ky 式中 Wx 煤的瓦斯吸附量，m3 /t； Wf 、Af、Vr 煤的水分、灰分、挥发分，% ； P瓦斯压力，矿井M16、M23煤层+1350m标高时瓦斯压力分别为P1350=6316=1896KPa=1.896Mpa、P1350=6372=2232KPa=2.232Mpa式中：P距地表垂深H处煤层瓦斯压力，MPa；H煤层距地表垂深，m。en温度系数，查表或按下式计算；e自然对数底； n0.02t/ (0.993+0.007P ) a 2.4+0.21Vr 或查表； b 1-0.004Vr 或查表； Wy 游离瓦斯量，m3 /t； fn煤的孔隙率，% 。查表取8%； 煤的容重，1.45t/m 3，根据储量报告提供的数据Ky相当于煤层瓦斯压力下的瓦斯压缩系数，查手册表8-7-14； t温度。 将以上各参数代入公式计算得各煤层+1350m水平瓦斯含量。 矿井+1350m水平各煤层瓦斯含量计算表煤层Wf()Af()Vr()fn()H(m)KYT(C)(t/m3)abP(MPa)en吸附瓦斯含量(m3/t)游离瓦斯含量(m3/t)瓦斯含量(m3/t)M160.5811.245.364.00 3161.03 20.0 1.454.16 0.960.231.6912.781.48 14.22M230.626.275.224.00 3721.03 20.0 1.45 4.140.970.251.6912.921.65 14.572、各煤层的煤与瓦斯突出危险性分析根据矿井煤质指标，按经验公式计算矿井开采各煤层时的瓦斯含量、瓦斯压力结果见 下表。1350m水平各煤层瓦斯压力、瓦斯含量煤层编号M16M23煤层埋藏深度(m)316372瓦斯压力（MPa）1.8962.232瓦斯含量（m3/t）14.2214.57从上表可看到，M16、M23煤层在开采+1350m以上标高时的煤层瓦斯压力大于0.74MPa，瓦斯含量大于8（m3/t）；根据防治煤与瓦斯突出规定中区域预测的临界值，M16、M23煤层在开采+1350m标高以上煤层时，有煤与瓦斯突出危险性。3、采煤面瓦斯涌出量预测 1本煤层瓦斯涌出量预测回采工作面的瓦斯涌出量q采=q1 +q2 q1开采层相对瓦斯涌出量，m3 /t； q2 邻近层相对瓦斯涌出量，m3 /t。 A、q1=K1K2K3(Wo-Wc)m /M 式中： q1开采层相对瓦斯涌出量，m3 /t； K1围岩瓦斯涌出系数；取值 1.11.3。全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩取 1.3，局部充填法管理顶板时取 1.2，全部充填法管理顶板时取 1.1；砂质泥岩等致密性围岩时其取值可偏小。K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算； K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，无实测值可参照AQ1018-2006附录 D 选取； m开采层厚度，m； M工作面采高，m；Wo煤层原始瓦斯含量，m 3 /t；Wc原煤残存瓦斯含量：根据本矿煤层的挥发分和AQ1018-2006表C.1（表3-1-5），M16、M23号煤层纯煤残存瓦斯含量Wlc分别取7.8m3/t.r、7.5m3/t.r。则原煤残存瓦斯含量：WCWlc（100/100（1+0.31Wf）经计算：M16煤层为2.43m3/t，M23煤层为2.50m3/t 。 原煤的残存瓦斯含量取值表煤的平均挥发份Vdaf(%)6-88-1212-1818-2626-3535-4242-56纯煤残存瓦斯含量Wlc（m3/t.r）9-66-44-33-2222将以上各参数代入公式计算得采煤工作面本层瓦斯涌出量见下表。 各煤层采煤工作面本层瓦斯涌出量计算表煤层K1工作面回采率K2K3L(m)H(m)m(m)M(m)W0(m3/t)Wc(m3/t)瓦斯涌出量(m3/t)M161.30.951.0530.7680121.71.714.222.4315.43M231.30.951.0530.7680121.51.514.572.515.76 2、邻近层瓦斯涌出量 q2 = (W oi - W ci) m ii / M 式中 q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3 /t； m i第i个邻近层煤层厚度，m； M工作面采高，m； i第i个邻近层瓦斯排放率，无实测值，参考AQ1018-2006附录D选取； W oi 第i个邻近层原始瓦斯含量，m3 /t； W ci 第i个邻近层残存瓦斯含量，m3 /t。 本矿可采煤层为M16、M23煤层，按由上至下的开采顺序，参照（AQ1018-2006）标准附图D.1 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线选取瓦斯排放率，不可采邻近层涌入开采层的瓦斯量，按开采层相对瓦斯涌出量的2%估算。根据以上公式参数经计算，矿井各煤层开采时回采工作面瓦斯涌出量见下表各煤层开采时回采工作面瓦斯涌出量计算表煤层编号K1(%)K2K3mM（m）W0(m3/t)Wc(m3/t)q1(m3/t)q2(m3/t)q采(m3/t)M161.3951.0530.761.21.714.22 2.4315.434.14 19.57M231.3951.0530.761.471.514.572.515.76 4.2820.04M23煤层瓦斯：根据贵州省矿山安全科学研究院于2014年8月关于织金县珠藏镇龙桂煤矿M23煤层区域突出危险性预测报告的预测结论，M23煤层的瓦斯含量为9.75m/t。（二）抽放系统设计1、抽放方法A、现有抽放系统地面永久抽放泵站安装2台高负压瓦斯抽放泵，其型号2BEA-303-0型水环式真空泵，电机功率90KW，抽放量58m3/min。安装2台低负压瓦斯抽放泵，其型号2BEC-40型水环式真空泵，电机功率75KW，最大气量68m3/min。一台工作、一台备用。抽放管路井筒及主要在巷采用pvc管，主管直径315mm，采掘面支管直径219mm，分别接到掘进工作面进行瓦斯抽放。各采掘面抽放管上有自动计量装置。B、12301工作面抽放设计（1）瓦斯抽放方法的确定1、选择抽放瓦斯方法的原则选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、抽放瓦斯目的等因素确定，并遵循以下原则：2选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。3应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性选择抽放瓦斯方法，以提高瓦斯抽放效果。4巷道布置在满足瓦斯抽放的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽放工程量。5选择的抽放方法有利于抽放巷道的布置和维护。6选择的抽放方法有利于提高瓦斯抽放效果，降低瓦斯抽放成本。7抽放方法有利于钻场、钻孔的施工和抽放系统管网的设计，有利于增加钻孔的抽放时间。（2）、抽放瓦斯方法选择1采空区抽放抽放采空区瓦斯的方法较多，选择适宜抽放方法的同时，更应注意合理的钻孔布置方式。采空区瓦斯抽放布孔原则：瓦斯抽放钻孔或插管应布置在采空区回风侧（压能低）位置，以便利用通风压力及采空区内漏风对瓦斯起运移作用，以便提高瓦斯抽放浓度和效果；向采空区（冒落后）插管或打钻孔抽放瓦斯，并利用瓦斯密度小的特点，钻孔或插管应尽量偏向冒落带上部，以提高瓦斯抽放浓度；插管式钻孔管周围应封闭严密，尽量减少外部空气漏入，有条件地点（如采空区插管抽放）可设置均压密闭等；采空区瓦斯抽放的孔口负压要适当，以瓦斯浓度满足要求为前提，并注意防止局部漏风引起煤炭自燃。2综合抽放矿井瓦斯涌出来源多，分布范围广，任何单一的抽放方式其抽放效果均有限，若遇煤层透气性低，煤层赋存条件复杂，采用单一的抽放方式就难以收到理想的抽放效果。应采取综合抽放方法。抽放方法选择抽放方法抽放工艺理由备注本煤层抽放采面边采边抽本煤层瓦斯涌出较大，煤层透气性较好需要经过一定的抽放时间并且封孔必须严密掘进巷道钻孔超前抽放掘进巷道瓦斯大或有突出危险需要经过一定的抽放时间并且封孔必须严密采空区瓦斯抽放上隅角浅部插管上隅角瓦斯浓度较高工艺简单,可解决上隅角附近小范围瓦斯超限问题打木垛深部插管采空区瓦斯涌出量较大需打木垛,如上隅角浅部的抽放效果不好,再考虑采用采空区埋管采空区瓦斯涌出量较大前两种方法无法解决问题时考虑采用.埋入管道难以回收,投资大老空区密闭抽放老空区瓦斯涌出量较大防止老空区瓦斯向外涌出高位瓦斯抽放专用巷抽放采空区瓦斯和上邻近层瓦斯涌出较大要专门施工抽放巷，投资大，在上邻近层位置不理想的区域难以实现回采工作面抽放包括大面积预抽和边采边抽，主要降低回采面瓦斯涌出问题。采空区抽放主要是解决采空区（含邻近层）瓦斯涌出量大时使用，一般可采用采空区埋管抽放。根据龙桂煤矿的实际情况，设计采用本煤层预抽与上隅角浅部插管等综合方法对矿井采面瓦斯进行抽放。1、采面边采边抽回采工作面瓦斯抽放主要是在采面进回风巷打沿煤层倾向的倾斜钻孔和沿煤层走向的顺层钻孔，其施工长度选择主要由工作面倾斜长度及走向长度决定。钻场划分钻场布置：抽放孔按平行采面，沿倾斜方向布置。根据我矿的抽放半径（35米）确定钻场间距4米沿煤层倾斜方向布置，在工作面运输巷、回风巷分别布置钻场。工作面钻场数为：N回=L（工作面走向长度）4米12301走向长度为450米，因此在回风巷设计钻场数为450/4=112个，钻孔深度不少于95米（从专用回风巷口0-250米段为90米，250-450米段为95-120米）。坡度与煤层倾角一致。方位131度。 N运=L（工作面走向长度）4米12301走向长度为450米，因此在运输巷设计钻场数为450/4=112个，钻孔深度不少于95米（从专用回风巷口20-250米段为90米，250-450米段为95-120米）。坡度与煤层倾角一致。方位311度。实际施工过程中，应对地质条件复杂地段，煤层增厚带或断层带，应适当增加钻孔数或加大布孔密度。12301回风巷12301机巷推进方向4米停采线95米12301工作面钻孔布置示意图钻具:钻机 ZY-750型油压钻机二台 钻杆 42MM的地质钻杆一套130M 钻头 90MM和105MM的不取岩芯组合钻头采用水力排渣钻孔参数:孔径： 90MM孔深： 从专用回风巷口20-250米段为90米，250-450米段为95-120米倾角 ： 回风巷-14-15、运输巷+14+15(视钻孔施工地点的煤层实际坡度而定)。钻孔方位：回风巷131度、运输巷311度钻场间距： 4M扩孔长度“ 9M封孔长度 ： 8M采面钻孔工程量：112*2*95（平均）=21280米、钻孔的施工:按前述设计进行布孔，孔深、坡度、方位、孔间距均须符合设计要求，钻孔开口一般定于煤层的中部(或略为偏上),先用90MM的钻头一次到位然后用105MM的扩孔钻头扩9M。 、封孔工艺:a封孔器具;带挡板内径25MM的铁管,长3M, 挡板用3MM厚的铁板, 内径35MM, 外径87MM,离端口50MM。b封孔材料:采用K型快速充填用聚氨脂进行封孔。孔口必须用水泥砂浆封堵严密，确保孔口周围不漏气。常用的聚氨酯封孔方式为卷缠药液法，采用这种封孔法时的抽放管结构如4图所示，操作过程如图5所示，封完的钻孔如图6所示。在卷缠好药液的抽放管插入钻孔后约5min，药液开始发泡膨胀，20min停止发泡，逐渐硬化固结。为避免抽放管因碰撞晃动而影响封孔质量，孔口处尚需用水泥砂浆将抽放管封固，或用木楔楔紧。聚氨酯封孔也有采用压注药液施工的。压注药液系统如图7所示。1-铁挡板；2-木塞；3-橡胶垫圈；4-毛巾布；5-铁丝；6-抽放管图4 采用卷缠药液法封孔时的抽放管结构示意图a-原液；b-混合；c-搅拌；d-涂布卷缠；e-插入钻孔图5 卷缠药液法封孔的操作程序1-钻孔；2-聚氨酯密封段；3-水泥砂浆图6卷缠药液法密封钻孔密封后的情况示意图1-气源箱；2-送气胶管；3-混液罐；4-输液管；5-聚氨酯；6-抽放管；7-钻孔图7 采用卷缠药液法封孔时的抽放管结构示意图、抽放钻孔孔口设施抽放钻孔被密封后，通过孔口连接装置与集流器、抽放管路相连接，即可进行抽放。孔口设施包括胶管、流量计、放水器和闸门等。密封于钻孔内的套管应用软管与集流器、抽放管路连接，以免岩层移动而损坏管路。当钻孔涌水较大时，每一个钻孔要安装放水器；涌水不大时，每一个集流器设一个公用放水器即可。为避免造成瓦斯超限或瓦斯积聚，每个钻孔施工完后，必须立即封孔接抽。为达到抽放效果，必须确保抽放负压不小于13Kpa，、抽放时间规定：为保证抽放效果，预抽时间不小于3个月，为充分利用采动裂隙，提高提放效果，高负压单孔距采面3米时撤除。2上隅角插管抽放瓦斯上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合，由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或无风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m长的钢丝软管与主抽放管路相连接，将钢丝软管的一端插入上隅角，为保证软管吸入口能处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高）可将抽放软管与木棒绑在一起（避免软管口下耷），用铁丝吊挂在支架上。为提高抽放浓度，上隅角处应采用矸石墙或挡风帘。随着工作面的推进，逐节回收主抽放管路，移动软管的连接，直至回采结束。抽放软管伸入上隅角的长度及位置应根据实际抽放效果不断调整，得到合理的参数。为确保抽放点的合适位置，在主抽放管路末端可设置一个分流器，分支出几个支管，插入上隅角的不同位置进行抽放。上隅角瓦斯抽放采用低负压抽放，井筒及回风巷安装一趟低负压抽放管路，地面安装2BEC-40型水环式真空泵，电机功率75KW，最大气量68m3/min。一台工作、一台备用。为达到抽放效果，必须确保抽放负压不小于13Kpa，3 高冒钻孔抽放采空区瓦斯高冒钻孔抽放采空区瓦斯即向冒落拱上方打钻抽放。当上述方法仍不能解决上隅角瓦斯超限时考虑此方法，在风巷巷顶每隔25米（第一次施工距上出口25米），使用液压钻机压风排碴，并排施工3个抽放孔，上侧孔按煤层走向方向（回风巷巷道方向），+20坡度向采空区方向施工，中间孔及下侧孔以上侧孔为指向，往工作面方向分别偏10度、20度方位，+20度坡度施工，孔深30米，孔径75-90mm，使用水泥砂浆封孔，封孔深不少于5米，当采到距孔口6米时停抽，接上后一组孔抽放。2、管路铺设及安装： 掘进工作面的抽放管路安装由通防队负责安装主、干管，确保管路严密不漏气，凡是新安装的瓦斯抽放管路都要进行漏气试验，千米漏气量小于3立方米/min（以一千米为一段，压力达到3000mmH20）；钻孔管与干管使用30mm橡胶管连接，钻孔与主管路连接软管必须用铁丝扎紧，合理吊挂，不得出现折死现象；管路距地面高度不小于300mm，管路安装做到平、稳、直、密；每个钻场及管路低洼、拐弯、变坡或其它易积水地点应安装放水器。对各个地点施工的钻孔，通风队管理人员应按施工的钻孔及时相应地标在“12301工作面抽放钻孔施工图”上，各钻场应挂牌管理。应加强对抽放期间工作的动态跟踪管理，经常派人对管路气密性进行检查，对抽放负压、流量、浓度等技术指标及参数进行测定，发