02工作面抽放设计说明书检查.doc

龙泉煤矿瓦斯抽采设计 龙泉煤矿4202工作面瓦斯抽采设计 -说明书- 编制部门：通风区 编制日期：2014年3月龙泉煤矿评审意见表名称4202工作面瓦斯抽采设计施工队组编制人编制时间内审时间会审地点会审时间会审单位会审主持人总工程师评审意见：通风矿长生产技术部机电部通风区安监处调度室地测部通风区内审意见表措施名称4202工作面瓦斯抽采设计施工单位名称负责人编制人编制时间参加内审人员：存在主要问题及处理意见：内审时间区长签字目录第一章 工作面概况第一节 工作面位置及井上下关系1第二节 工作面顶、底板情况1第三节 水文地质2第四节、工作面参数情况3第五节、工作面瓦斯赋存情况3第二章 工作面瓦斯抽采设计第一节、瓦斯抽采的必要性5第二节、瓦斯抽采的可行性分析6第三节、瓦斯抽采方案的确定61、抽采方案的确定依据62、抽采方法的选择依据63、抽采钻孔的布置方式64、钻孔封孔工艺10 5、抽采效果预测11第4节 、抽采管路选型布置13第三章 抽采工程概况第一节、工程安排16第二节、劳动组织16第三节、施工工艺流程17第四章 运输方式及管理第一节、 材料、设备的运输路线18第二节、运输管理措施18第五章 通风瓦斯管理第一节 瓦斯传感器布置18第二节 通风管理措施18第六章 机电管理第一节 设备配备表19第二节 供排水规定及系统19第三节、机电管理措施19第七章 安全技术措施20第八章 避灾路线及说明20第九章 工程质量标准要求21附录；4202工作面设计说明书附图22第一章 工作面概况第一节 工作面位置及井上下关系工作面位置及井上下关系表水平名称一水平采区名称二采区地面标高（m）1199.1-1309.9工作面标高（m）610.32-753.73地面相对位置 东侧为柳家山村，南侧为梁儿上村，西侧为矿区工业广场，北侧为上龙泉村井下位置及四邻采掘 情 况 北侧、东侧为为铁路、村庄保护煤柱，三条顺槽正在施工；西侧为二采区四条大巷；南侧为4201工作面回采对地面设施影响从井上下对照图上看，所有村庄、铁路均距4201回采工作面较远，回采对村庄、铁路及设施无影响走向长(m)1390倾向长(m)255 面积（m2）601613.34第二节 工作面顶、底板情况煤层顶底板情况顶板名称岩石名称厚度（m）岩性特征老顶粉砂岩1.0K4粉砂岩，灰白色，中厚层状，成分以石英、长石为主，泥质胶结。水平层理，坚硬。直接顶砂质泥岩1.63灰黑色，质脆，块状结构，夹粉砂质条带互层，具滑面。裂隙不发育，未充填，半坚硬。伪顶无直接底无老 底粉砂岩2.87浅灰黑色，中厚层状，以石英、长石为主，含云母碎片，泥质胶结，坚硬。第三节 水文地质一、水文地质情况：4202工作面巷道布置较长，直接顶为砂质泥岩，具有隔水性。老顶为K4砂岩，属承压裂隙含水层，其富水程度与构造关系密切，断层、陷落柱、节理发育地段富水性相对较好，裂隙含水层在天然条件下联系较差。顺槽掘进中均表现不同程度、不同地段淋水，淋水点以锚索（杆）孔、顶板裂隙为主，集中出水点较少。4#煤层底板向下20-36m有两层弱含水层（K3砂岩含水层、L3灰岩含水层），局部富水性较好。遇构造可能导通两层含水层使工作面涌水量加大，但经过瞬变电磁物探无异常区水，水文地质条件相对简单。4202工作面目前涌水量合计196.6m3/h，水源来源有顶板淋水、打钻施工水、瓦斯抽放孔水、断层裂隙水（4202胶带顺槽52.57 m3/h、4202进风顺槽10.66 m3/h、4202辅运顺槽40.03m3/h）。4#煤层属带压开采安全区，必须严格执行“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”制度，采用物探与钻探相结合的方式对有隐患、有预兆的地方进行提前探测，最终化探进行验证，确保安全后方可生产。4#煤层底板隔水层岩柱（厚约136m）具有良好的隔水性能，正常情况下不会受到奥灰水突水的威胁，但在遇有断层、陷落柱和封闭不良钻孔集中导水通道情况下，奥灰水具有沿构造部位上升的可能性，存在奥灰突水的危险，是矿井透水的重要隐患,需要根据4202工作面带压开采防治水安全技术措施提前制定安全技术措施。采取主要防治措施是工作面机头位置、低洼处配备两台75KW的水泵，两趟6寸排水管路，形成独立的双排水系统。加强排水及涌水量的观测，特别是在揭露地质构造区段，加强观测频次，如有异常及时补充水文地质预报及提供具体防治水措施。二、涌水量情况：回采期间破坏顶板裂隙,预计正常涌水量246 m3/h，最大涌水量396 m3/h。第四节 工作面参数情况序号项 目单 位数 量1工作面倾斜长（中中）m2552工作面走向长度m13903采高/放顶高度m3.65/2.824煤的容重t/m31.475循环进度m0.8656循环产量t1630.277日循环个数个8日产量t9月产量万吨煤层情况表煤层情况煤 层总 厚（m）5.87.28煤 层 结 构(m)煤层倾角（）6-15平均6.471.0（0.2）1.05（0.4）4.15平均10.5可采指数1变异系数（%）40稳定程度稳定4#煤层物理性质：4#煤层为气煤，呈黑色，半亮煤型、夹镜煤条带，参差状断口，内生裂隙发育，夹矸为含炭泥岩。显微煤特征煤层镜质组分偏低，丝质组分偏高，稳定组分多，灰分高，比重大，硫分低，为陆相浅复水河流泥炭沼泽相沉积的产物。第五节、工作面瓦斯赋存情况龙泉煤矿为新建矿井，依据瓦斯基础参数数据引用煤科集团沈阳研究院于2009年编制的太原煤气化龙泉能源发展有限公司龙泉煤矿矿井瓦斯涌出量预测及2012年编制的太原煤气化龙泉能源发展有限公司龙泉煤矿4号煤层瓦斯基础参数测定，4号煤层瓦斯基础参数见表。龙泉煤矿4号煤层瓦斯基础参数汇总表真密度（t/m3）视密度（t/m3）瓦斯压力（MPa）吸附常数工业分析a(ml/t)b(MPa-1)Mad( %)Aad(%)Vdaf(%)1.611.470.2519.7090.651.096.1634.52透气性系数（m2/Mpa2d）衰减系数（d-1）最大原煤瓦斯含量（m3/t）残存量（m3/t）百米钻孔初始瓦斯涌出量（m3/min100m）0.69220.00696.642.000.179- 21 -第二章 工作面瓦斯抽采设计第一节、瓦斯抽采的必要性1、工作面瓦斯来源情况分析及涌出量预测 参考龙泉煤矿瓦斯抽采初步设计中采用矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006）规定的分源预测法对矿井5.0 Mt/a产量时瓦斯涌出量进行预测，回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为55.37 m3/min，掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为18.18 m3/min。2、工作面通风系统4202工作面采用“两进两回”型通风系统，即4202胶带顺槽、4202进风顺槽进风，4202辅运顺槽、4201进风回风。经计算工作面总需配风量为4350m3/min。（通风系统图见附图）3、工作面风排瓦斯量根据预测4202工作面绝对瓦斯涌出量为51m3/min，对照AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标表1得，4202工作面瓦斯抽采率不得小于50%， 故风排瓦斯量为25.5m3/min。4、工作面采用瓦斯抽采的必要性根据预测4202工作面瓦斯涌出量，对照煤矿瓦斯抽采基本指标及煤矿安全规程要求，4202工作面必须实施瓦斯抽采。4202工作面煤层瓦斯原始含量为6.64m3/t，按照煤矿瓦斯抽采基本指标的要求，工作面回采前煤层可解析瓦斯可量必须降至4 m3/t以下，4202工作面需抽采瓦斯量为970万m3。第二节、瓦斯抽采的可行性分析 根据煤科总院沈阳研究院对龙泉矿井4号煤层进的瓦斯基础参数测定结果：1=0.0092 d-1，2=0.0106 d-1，3=0.0069 d-1，1=0.6922 m2/MPa2d，2=0.8330 m2/MPa2d，3=1.2863 m2/MPa2d。从以上参数的测定结果来看，龙泉煤矿4号煤层属于可以抽放煤层。根据4201工作面瓦斯参数调研情况，综合分析认为龙泉煤矿4202工作面预抽本煤层瓦斯可行。第三节、瓦斯抽采方案的确定1、抽采方案的确定依据根据龙泉煤矿瓦斯抽采初步设计确定4202工作面瓦斯抽采方案。2、抽采方法的选择依据根据4201工作面瓦斯抽放效果确定采用本煤层预抽及回风顺槽高位钻孔采空区瓦斯抽采来解决工作面回采期间的瓦斯问题。采用边掘边抽掩护钻孔解决巷道掘进过程中的瓦斯问题。3、抽采钻孔的布置方式（1）边掘边抽钻孔的布置参数（钻孔布置图见附图一） 在4202胶带顺槽、4202进风顺槽巷道掘进的同时在巷道两侧及横川内布置超前钻孔，具体方案如下：4202胶带顺槽南邦钻场： 4202胶带顺槽南帮，每掘进100米施工一个3米*3米的钻场，作为探水钻孔及瓦斯抽采钻孔的施工场地。抽采钻孔每个钻场内布置4个钻孔，孔径75mm、设计孔深150米：倾角根据煤层地板等高线确定，设计上下两排三花布置、上排两个钻孔倾角大于下排钻孔倾角1，以达到钻孔层位控制：钻孔间距设计为0.5米，考虑到钻场内锚杆盘影响开孔位置，间距可根据实际情况做200mm的调整。钻孔方位角分别为95、97，距巷道南帮10至25米范围。共设计17个钻场，共68个钻孔，总进尺10200米。4202进风北帮钻场4202进风顺槽北帮，每掘进100米施工一个3米*3米的钻场，作为探水钻孔及瓦斯抽采钻孔的施工场地。抽采钻孔每个钻场内布置4个钻孔，孔径75mm、设计孔深150米：倾角根据煤层地板等高线确定，设计上下两排三花布置、上排两个钻孔倾角大于下排钻孔倾角1，以达到钻孔层位控制：钻孔间距设计为0.5米，考虑到钻场内锚杆盘影响开孔位置，间距可根据实际情况做200mm的调整。钻孔方位角分别为85、83，距巷道北帮10至25米范围。共设计17个钻场，共68个钻孔，总进尺10200米。4202进风顺槽与4202胶带顺槽横川每个横川内布置7个钻孔；单排布置；距底板1.5米高度开孔；孔间距3米；孔径75mm；孔深150米（根据横川间距进行调整）方位角90度，倾角根据诶长地板等高线确定。按照每200米距离布置一个横川计算，共设计8个横川，共施工56个钻孔，总进尺8400米。4202工作面边掘边抽钻孔共设计192个钻孔、总进尺28800米。（2）本煤层钻孔的布置参数（钻孔布置图见附图二）在4202胶带顺槽、4202辅运顺槽布置垂直于工作面走向的本煤层钻孔,具体布置方案如下：4202辅运顺槽钻孔施工；辅运顺槽350m至2455m处,钻孔参数为：孔深140m、350至1000m段孔距6m、1000m至3455m孔间距3m施工倾角4至10具体根据现场煤层情况而定、方位角0、开孔孔径94mm、终孔孔径75mm开孔段20米，钻孔开孔位置为辅运顺槽350米，距巷道底板1.5米处。以间距6m依次向里施工至1000米处再以间距3m一直施工至2355米处，共设计593个钻孔，合计进尺83020m。4202胶带巷钻孔施工：孔深140m、孔距3m、施工倾角-4至-10根据现场煤层情况而定、方位角180钻孔开孔位置为胶带顺槽520米，距巷道底板1.5米处。520m至1000m以间距6m依次向里施工1000m至2355米以间距3m依次施工、共565个钻孔，合计进尺79100米。 (3)工作面切眼探顶、底钻孔布置；（钻孔布置图见附图三） 1、钻孔布置方式：钻孔分上下两排布置，上排钻孔为探顶孔，下排钻孔为探底孔。 2、探顶钻孔；施工段为；切眼50米至200米范围。孔深80米，孔径75mm.方位角270，倾角1.5、开孔高度1.7米、孔间距12米。 共设计14个钻孔，合计进尺1120m。 3、探底钻孔；施工段为；切眼50米至200米范围。孔深80米，孔径75mm.方位角270，倾角-2.5、开孔高度1.4米、孔间距12米。 共设计14个钻孔，合计进尺1120m。 4、管路连接：由4202胶带顺槽DN300抽采管路末端连接一趟DN200抽采管，随着钻孔施工敷设。在工作面安装支架时拆除。 5、工程安排：抽采钻孔施工应稍滞后于切眼涮大工程，尽可能延长钻孔抽采时间。（4）高位钻孔布置（钻孔布置图见附图五）见：附图附钻孔参数表：共设计112个钻孔，进尺14560米。4、钻孔封孔工艺（1）注浆封孔：1）、放封孔管-用适宜长度的16注浆管和PE8充气管连接好三根固定式快速气囊封孔器和矿用气动注浆泵，注浆管一端连在注浆泵上的出浆口上，另一端加注浆连接快速接头连在固定式快速气囊封孔器上，之后将固定式快速气囊封孔器送入施工完毕的钻孔。固定式快速气囊封孔器上两个气囊之间需要注浆，长度为8米。2）、加封孔袋-在近注浆泵侧气囊外端放两袋膨博封孔袋，固定在封孔管上，在另一气囊里侧放两袋膨博封孔袋，固定在封孔管上（即在两气囊注浆端的另外两侧）。3）、搅拌封孔材料-使用水和专用封孔材料两种，水灰比例为1：1.875，即每40kg（搅拌桶内四个刻度即可）水搅拌75kg（15kg的水泥5袋）封孔材料可使封孔材料的膨胀率、密实度达到最佳。便捷式气动搅拌桶从底部开始在桶壁上标有刻度标准，往桶内加水到从底部开始的第一个标志为10kg，依次往上到下一个标志处水量递加10kg。根据封孔要求添加水和灰，注浆段8米的要求为每米需填注10kg搅拌好的封孔材料，即封一个钻孔需80kg搅拌好的封孔材料。打开压风管三通上的阀门，给注浆泵送上风，通过注浆泵和搅拌桶之间的充气管给搅拌桶提供能量来搅拌封孔材料，搅拌时间为10分钟，灰液均匀即可，搅拌好后关掉送给的搅拌桶的充气阀门。4）充气-在搅拌封孔材料的同时使用气囊充气枪给固定式快速气囊封孔器上两个气囊充气，待气囊充气枪上压力表显示为0.4mpa时，即达到要求，两个气囊将钻孔内的瓦斯临时堵住，且注入的浆液不会从两个气囊间流出，气枪停止充气，关掉气枪阀门。5）、下管时在封孔管上加回浆管。6）、冲洗-由于注浆过程遗留在注浆系统的浆液会堵塞注浆系统，故在注浆完毕后迅速往搅拌桶内注入清水，同时从固定式快速气囊封孔器末端断开注浆管，重复注浆的程序清洗注浆系统，至出浆口流出清水为止，注浆结束。 5、抽采效果预测（1）抽采量计算4202工作面开采煤层瓦斯储量计算A工作面开采煤层的瓦斯地质储量，t，A=lms；l工作面长度，255 m；m开采层厚度，6.47 m；s工作面推进长度，1388m；煤的视密度，1.47 t/m3；A=3366287t根据4201工作瓦斯抽采效果评价，预判4202工作面瓦斯预抽效果。4201工作面瓦斯抽采效果残存瓦斯量2.00 m/t、可解析瓦斯量2.58 m/t。吨煤预抽瓦斯量2.06 m/t。4202工作面总预抽瓦斯量计算Q抽=吨煤预抽瓦斯量A =693.45万m。（2）本煤层预抽钻孔抽采量预测； 按照预抽期300天计算，则4201工作面本煤层预抽瓦斯量为16.05 m/min。（3）本煤层瓦斯预抽效果分析采煤工作面回采前煤的可解吸量回采工作面回采前的可解吸量等于煤的原始瓦斯含量减去煤的残存瓦斯含量再减去吨煤预抽的抽采量。W可=W0-W残-W预（5-5）式中： W可煤的可解吸瓦斯含量，m3/t；W残煤的残存瓦斯含量，m3/t；W0煤层瓦斯含量，m3/t；W预吨煤预抽瓦斯量，m3/min。吨煤瓦斯抽采量可由下式计算：W预=（Q抽）/A （5-6）式中： Q抽工作面预抽瓦斯总量，m3，Q抽=q抽t1440；q抽工作面预抽瓦斯量，m3/min，t预抽瓦斯时间，取270 d；A工作面开采煤层的瓦斯地质储量，t，A=lms；l工作面长度，255 m；m开采层厚度，6.47 m；s工作面推进长度，1388m；煤的视密度，1.47 t/m3；预抽后4号煤的可解吸瓦斯含量结果，见表开采前4号煤层的可解吸瓦斯含量结果开采层顺层钻孔个数工作面预抽瓦斯总量工作面煤炭储量吨煤预抽瓦斯量瓦斯含量残存瓦斯量可解吸瓦斯量个m3tm3/tm3/tm3/tm3/t1168693.5433662872.066.642.002.58经预测计算，预抽工作面瓦斯后，4号煤层的可解吸瓦斯含量为2.58 m3/t，符合煤矿瓦斯抽采达标暂行规定要求。第四节、抽采管路选型布置 根据龙泉煤矿瓦斯抽放初步设计及钻孔布置情况，4202进风顺槽、4202胶带顺槽、4202辅运顺槽各布置一趟抽采管路。（一）、抽采钻孔管路选型及孔口负压计算1、抽采管路的选择瓦斯管路直径选择的恰当与否，对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放效果均有很大影响，直径太大，投资太多造成浪费，直径过细不能满足抽放要求且阻力过大影响抽放效果。故一般采用下式计算，并参考抽放泵的实际能力使之留有备用量，同时尚需考虑运输和安装的方便。D=0.1457(Q/V)0.5D抽放瓦斯管内径，m；Q管路内混合瓦斯流量，各类管路的流量应按照其使用年限或服务区域内的最大值确定，并应有1.21.8的富余系数，m3/min；V瓦斯管中的瓦斯平均流速，一般512 m/s(取10m/s)。胶带顺槽、辅运顺槽、进风风顺槽抽放管路按顺序为支管1、支管2和支管3。4202工作面本煤层预抽瓦斯量为16.05 m/min。高负压管路瓦斯浓度预计约15%36%（取20）；低负压管路瓦斯浓度约6%25%（取15）。将相关参数带入以上公式，计算结果如下。4202辅运/胶带顺槽D= 0.1457(40.1/10)0.5=292.3 mm设计选取DN300螺旋缝埋弧焊钢管作为顺槽瓦斯抽放支管路。瓦斯抽采管道在管径和管道材质方面均符合GB50471-2008标准和AQ1027-2006标准。2、抽采管路阻力计算及孔口负压计算（1）管路阻力的计算(2)孔口负压计算3、抽采管路系统布置情况1、抽采系统方面（管路布置图见附图三）4202辅运顺槽323mm北一回风大巷DN600mm回风立井DN600mm地面泵站 4202胶带顺槽323mm4202胶带顺槽170米风门4202进风顺槽377mm北一回风大巷DN600mm回风立井DN600mm地面泵站 4201回风顺槽377mm北一回风大巷DN600mm回风立井DN600mm地面泵站 2、管路布置情况4202辅运顺槽沿顶板吊挂一趟323mm抽采管路,共需铺2350m，用于抽采辅运顺槽本煤层钻孔； 4202胶带顺槽沿顶板吊挂一趟323mm抽采管路,共需铺设2350m，用于抽采胶带顺槽本煤层钻孔; 4202进风顺槽沿顶板吊挂一趟377mm抽采管路,共需铺设2400m，用于抽采顶板裂隙带钻孔和临近层钻孔；采空区抽放埋管草采用200PE管3、管路安装要求：（1）抽采管路沿顶板吊挂，吊挂方式见断面图。管路安装要求平、直、稳、严密不漏气，不拐死角。（2）顺槽支管路孔板流量计安设地点前后5米范围内要求平直，且孔板方向必须正确。（3）4202胶带顺槽及4202辅运顺槽，抽采管路上每隔30 m加三通、蝶阀一个。（4）抽采管路上每隔500m加设一个蝶阀。（5）抽采管路上三通的位置根据钻孔布置方式调整安装。（6）管路安装完毕后，必须进行打压试验。第三章 抽采工程概况抽采工程概况表钻孔管路钻孔类型个数进尺地点工程量边掘边抽钻孔192个28800米4202辅运顺槽2350米本煤层预抽钻孔钻1168个162120米4202胶带顺槽2350米上向裂隙带钻孔112个14560米4202进风顺槽2300米腰巷624960米切眼282240米合计1562个212626米合计7000米注；千米定向钻机，钻孔共32个，14640米。第一节、工程安排根据龙泉煤矿瓦斯抽采三年衔接计划，4202工作面抽采工程施工安排为：管路安装本煤层、施工安装回风巷抽采管路临近层钻孔、顶板裂隙带钻孔施工。第二节、劳动组织作业 内容人员分工劳动时间（8小时）全天使用设备、工具早中夜钻 孔 施 工操作钻机1113 ZDY1200S型钻机上 钻 杆、（上送水器）、搬运钻杆2226电工1113机修工1113验收员1113合计66618钻孔封孔及联孔封孔2226QB型气动双液注浆泵注 浆联孔合计2226总计88824说明：以上是一台钻机劳动组织人员安排情况。多个工作面、多台钻机作业时劳动组织相同。第三节、施工工艺流程（一）钻孔施工工艺流程钻机搬家收尾退钻杆钻进上钻杆调整钻机角度开孔调试钻机稳钻机（二）管路安装施工工艺流程及注意事项管路安装运输管路吊挂（支撑）管路连接管路第四章 运输方式及管理钻机及其他设备运输前向胶轮车队提前一天提出申请，按照胶轮车队安排进行运输。第一节、 材料、设备的运输路线地面材料装车副斜井北辅运大巷4203绕道作业地点。第二节、运输管理措施 运输管理措施由施工队组根据现场实际情况制定。第五章 通风瓦斯管理第一节 瓦斯传感器布置1、钻孔施工地点瓦斯传感器设置：在施工地点下风侧5m内设置瓦斯传感器。2、传感器安设位置：传感器应垂直悬挂在距顶板（顶梁）不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm处。3、瓦斯传感器报警、断电、复电浓度和断电范围：报警浓度0.8% CH4，断电浓度0.8% CH4，复电浓度0.8% CH4，断电范围：施工巷道内全部非本质安全型电气设备。第二节 通风管理措施 由钻孔施工队组编制详细的通风管理措施。第六章 机电管理第一节 设备配备表序号设备名称规 格 型 号数量备注1钻机ZDY-1200s42钻机ZDY230023泥浆泵BW-2506打钻供水使用4磁力启动器QBZ200/6606分路开关5磁力启动器QBZ120/6606钻机控制开关6磁力启动器QBZ80/6606泥浆泵控制开关第二节 供排水规定及系统1、供水向机电部提出用水申请按照机电部批准进行工作。作业地点打钻形成的污水泵（或水沟）工作面巷排水管路中中央水仓（泵）主斜井地面2、供排水规定供排水管路要保证畅通无阻，无漏水、堵塞现象，供水管路每隔50米安设一个三通阀门，在巷道口必须安设水质过滤器，排水管路在巷道低洼处安设三通阀门并安装排水泵。第三节、机电管理措施施工队组是施工前向机电部提出申请，按机电部批准进行工作