工作面瓦斯抽采设计

1、 织金县三甲煤矿12104工作面瓦斯抽采设计 编制人： 编制时间：2014年3月15日 目 录第一章 概 况4一、工作面概况5二、矿井和工作面通风情况6三、矿井安全监测监控系统6四、瓦斯抽放系统7第二章 工作面瓦斯涌出量预计7第三章 12104回采工作面瓦斯抽采设计9一、12104工作面瓦斯抽采方案9（一）瓦斯抽采方法选择9（二）瓦斯抽采管路的铺设9（三） 瓦斯抽采计量装置布置10第四章 瓦斯抽采方法10（一）掘进期间迎头顺层瓦斯抽采方法10（二）本煤层瓦斯抽采方法13第五章 瓦斯抽采系统安装拆除安全技术措施17第六章 瓦斯抽采泵站运行安全技术措施1712104工作面掘进、回采期间瓦斯抽采设计

2、第1章 概况设计说明12104工作面布置在M21煤层标高+1066 m以上，根据煤与瓦斯突出危险性鉴定报告， M16煤层在标高+1025m以上的M21煤层属于无突出危险性煤层。为确保矿井安全顺利生产，执行“多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标”的原则。根据12104工作面煤层地质条件、瓦斯赋存等实际情况，对该工作面的瓦斯抽采设计方案如下：设计依据（1）煤矿瓦斯抽采达标暂行规定，煤炭工业，2012.03；（2）AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标，煤炭工业；（3）AQ1027-2006煤矿瓦斯抽采规，煤炭工业，2007.04；（4）煤矿安全规程，煤炭工业，2010.03；（5）防治煤与瓦

3、斯突出规定，煤炭工业，2009.07；一、工作面概况概况煤层名称M21水平名称一水平采区名称一盘区工作面名称12104地面标高（m）+1500m+1504m工作面煤层底板标高（m）+1066+1086m地面位置位于井田西部大石头寨的右侧，工作面对应地面无村庄和河流。井下位置及四邻关系12104工作面北边是21煤村庄保护区，东邻21#煤井田边界，西边为未采的21#煤层、南边均为未采的21#煤层。上部为已采的16#煤层116101采空区,回采对地面设施的影响工作面上方与地面的相对高差约434418m，工作面回采对上方区域有一定的影响，在回采过程中要加强对地面各类设施的检查，防止因采动影响。走向长（

4、m）进风巷：399回风巷：433倾斜长（m）123面积（m2）51168平均：416煤层情况煤层厚度（m）1.31.5煤层结构煤层倾角（°）810平均1.4简单平均9开采煤层M21煤煤种无烟煤硬度0.92可采指数1.0变异指数9.67%稳定程度稳定煤层情况描述本工作面M21煤层位稳定，煤层结构简单，为块状或粒状结构，以亮、镜煤为主，为半亮型。根据12101、12013工作面揭露煤层厚度变化不大，最小1.30m，最大1.5m，平均1.4m，对工作面回采影响较小。煤层顶底板情况顶底板名称岩石名称 岩 性 特 征直接顶泥质砂岩粉砂岩或泥质粉砂岩或粉砂质泥岩。直接底泥岩泥岩或细沙岩影响回采的

5、其它地质因素煤尘煤尘无爆炸危险自燃倾向煤层为三类自然煤层突出情况瓦斯突出鉴定为M21煤层+1025m以上没有突出危险煤质无烟煤地温地温正常地压静力场型储量计算走向长（m）倾斜长（m）斜面积(m2)煤厚(m)视密度(t/m3)资源量（t）回采率（%）可采储量（t）416132511681.41.451038719598677计算方法煤层厚度变化较小，采用块段法计算。二、矿井和工作面通风情况矿井采用中央并列式抽出通风，矿井主通风机选用FBCDZNo18二台（一台工作、一台备用）；配用电机功率132KW×2；风量围22.258m3/s,风压围10202600pa。装备有主通风机在线监控系统

6、，能随时对矿井通风能力及设备运转状况进行监控。矿井总进风量约3012m3/min，总排风量约3042 m3/min。掘进期间：12104进风巷新鲜风流：地面主、副井21#煤运输下山局部通风机及风筒12104进风巷迎头。乏污风流：12104进风巷迎头12104进风巷回风绕道巷21#煤回风下山总回风引风道地面。12104回风巷新鲜风流：地面主、副井21#煤运输下山局部通风机及风筒12104回风巷。乏污风流：12104回风巷迎头12104回风绕道21#煤回风下山总回风引风道地面。回采期间：进风风流线路副井（主井）井底车场21#煤运输下山12104运输顺槽12104工作面。回风风流线路12104工作面

7、12104回风巷21#煤回风上山总回风巷回风立井地面。三、矿井安全监测监控系统矿井安全监测监控系统采用煤炭科学研究总院分院的KJ90NB型矿用综合安全监测监控系统，该系统有煤安MA标志，采用时分制分布式结构，由地面中心站、服务器、井上下分站、电源箱、各种智能传感器、断电器、传输电缆和系统软件组成，具有甲烷超限断电和风电、瓦斯闭锁功能；具备屏幕显示监测、存储数据、打印报表功能；系统主机或电缆发生故障时，系统中使用的分站能保证甲烷断电仪和风电闭锁的功能；能实现多屏显示和超限断电与远程控制断电。井上、下装有甲烷、温度、风速、设备开停、负压、风门开关等传感器，监测监控围覆盖所有采掘工作面、主要硐室、主

8、要进回风顺槽等地点，采掘工作面等区域实现了风电闭锁和瓦斯电闭锁。四、瓦斯抽放系统矿井配备两套瓦斯抽放系统，其中一套高负压抽放系统抽放本煤层瓦斯，选用2BEA-303型水环真空泵3台(一台工作，二台备用），担负该矿的高负压瓦斯抽放，最大抽气量57m3/min，极限真空33hpa ，功率为90kW，主管路¢250mm。其中一套低负抽放系统抽放采空区瓦斯，选用2BEC40型水环真空泵2台(一台工作，一台备用），担负该矿的低负压瓦斯抽放，最大抽气量164m3/min，极限真空160 hpa，功率为185kW，主管路¢300mm。第二章工作面瓦斯涌出量预计12104工作面瓦斯来源主要

9、有本煤层、邻近煤层（含围岩）的瓦斯。12104工作面瓦斯涌出量预测方法采取分源预测法。一、12104工作面掘进期间瓦斯涌出量：根据矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）计算12104工作面掘进期间瓦斯涌出量：12104工作面掘进工作面瓦斯涌出量预测q掘 D×v×qo×(2-1)+S×v××(Wo-Wc)式中：q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；D巷道断面暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层取2m；V巷道平均掘进速度，0.00417m/min；L巷道长度，m；qo煤壁瓦斯涌出强度，（m2/min）；qo0.0260

10、.0004(Vr)2+0.16×WoVr煤中挥发分含量，；S掘进巷道煤断面积，m2；W0煤层瓦斯原始含量，m3/t；WC煤层残存瓦斯含量，m3/t；(实测数据）煤的密度，t/ m3；12104工作面掘进瓦斯涌出量计算表煤层Vr(%)(t/m3)s(m2)煤厚D(m)V (m/min)L(m)q0(m3/m2)W0(m3/t)Wc (m3/t)Q掘(m3/min)乘瓦斯涌出不均衡系数M216.931.458.001.543.080.00284160.0378.042.650.340.36二、12104工作面回采期间瓦斯涌出量：根据矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）计算121

11、04工作面回采期间瓦斯涌出量：12104工作面回采期间绝对瓦斯涌出量预测Q采Q1+Q2式中：Q采 回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；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；（1）开采层相对瓦斯涌出量计算矿井开采的煤层为薄-中厚煤层，一次采全高，按照AQ1018-2006标准附录A按下式计算：Q1K1×K2×K3×（WoWc）m /M式中：Q1开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量，m3/t；K1围岩瓦斯涌出系数，取 1.30；K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，K2=1/，为工作面回采率，95%；K3分区准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响

12、系数。采用长壁后退式回采时，K3按下式确定：K3（L-2h）/L=0.84；L工作面长度，132m；h巷道瓦斯排放带宽度，12m；Wo煤的原始瓦斯含量，m3/t；Wc煤的残存瓦斯含量，m3/t。（实测数据）（2）邻近层相对瓦斯涌出量计算式中：q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。mi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，%,参照AQ1018-2006标准附录D选取。 12104回采期间工作面瓦斯涌出量表煤层K1K2K3与开采层间距(m)%煤层厚度(m)采高(m)煤层瓦斯含量wo(m3/t)残存瓦斯含量wc(m3/t)瓦斯相对涌出量(m3/t)乘瓦斯涌出不均衡系数开

13、采层M211.31.050.841.541.547.545.252.6上邻近层M61.31.050.8411001.701.7013.686.220.0下邻近层M231.31.030.8417431.151.1514.276.593.3M271.31.050.844181.501.5014.075.500.7M281.31.080.845001.501.5013.966.300.0合计6.69.3第三章 12104回采工作面瓦斯抽采设计一、12104工作面瓦斯抽采方案（一）瓦斯抽采方法选择根据12104工作面实际情况，12104工作面掘进期间采用迎头抽放顺层瓦斯、回采区域选用本煤层施工钻孔预抽

14、回采区域煤层瓦斯的抽采方法及采空区埋管抽放瓦斯法。（二）瓦斯抽采管路的铺设12104工作面迎头抽放（本煤层）抽采系统：（高负压）12104进风巷迎头（切眼）顺层钻孔及进风巷本煤层钻孔12104进风巷ø150mm瓦斯抽放管21#回风下山高负压ø250mm瓦斯抽放管总回风井地面高负压抽放泵站排空。12104回风巷（切眼）迎头瓦斯抽放钻孔及回风巷本煤层抽采钻孔12104回风巷ø150mm瓦斯抽采管21#煤回风上山ø250mm瓦斯抽采主管总回风井地面高负压抽放泵站排空。12104工作面采空区埋管瓦斯抽采系统及高位钻孔抽采系统：（低负压）12104采空区上隅角12

15、104回风巷ø250mm瓦斯抽采管21#o煤回风上山ø300mm瓦斯抽采主管地面低负压抽放泵站排空。（三）瓦斯抽采计量装置布置掘进期间12104进、回风巷各使用两套瓦斯计量装置（GLY-8型)，一套安装到工作面迎头，监控迎头瓦斯抽放期间瓦斯抽放参数（移动），一套安装在两巷开口处，监控本煤层及迎头瓦斯抽放参数（固定）。回采期间低负压管道在回风巷口安装一套瓦斯计量装置（GLY-8型)，监控采空区及高位瓦斯钻孔瓦斯抽采参数。第四章 瓦斯抽采方法（一）掘进期间迎头顺层瓦斯抽采方法12104进风巷、回风及切眼采取迎头施工顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯；在12104进风巷、回风及切眼迎头

16、沿巷道掘进方向使用ZY-750D型钻机，施工9个50米84米深的抽放钻孔，钻孔直径为75毫米，终孔孔间距为6米（终孔抽放半径是根据本矿实测数据确定），封孔深度为8米，并做到打一个孔封一个孔，封一个孔抽一个孔，钻孔控制围为巷道周界外15米。（二）本煤层瓦斯抽采方法12014采面采用运输顺槽按方位角320度，倾角+8度向回风巷施工布置瓦斯抽放钻孔，布置瓦斯抽放钻孔预抽煤层瓦斯，使用ZY-750钻机，75mm合金钻头，(根据织金县三甲煤矿21#煤层瓦斯抽采钻孔实测有效抽采半径报告）确定孔间距为6米，孔深108米。根据12104工作面煤层倾角来确定工作面本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度，具体做法：采用地质罗

17、盘测定钻孔施工方位，坡度规测量出掘进巷道煤层顶板倾角，此倾角即为本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度。迎头封孔方法进行。（附瓦斯抽放设计图）14102工作面本煤层瓦斯抽放高负压管路采用二趟150mm聚乙烯瓦斯管路，布置在12104运输顺槽，瓦斯抽放管布置在巷道里帮，距顶300mm，距帮300mm。利用原顶板锚索每间隔2.4m设置1个吊点，从停采线往里150mm聚乙烯瓦斯抽放管路与短接三通间隔相接，每个短接三通上留一个分支钻孔管路，分支钻孔管路与各个瓦斯抽放钻孔采用抽采专用胶管相连接，在各联抽器上安装手动放水器，150mm聚乙烯瓦斯抽采管路与矿井总回风巷200mm瓦斯抽采管路相连接，建立高负压抽采系统。（

18、三）高负压本煤层瓦斯抽采管路选择（1）管径的选择瓦斯管气体流速，一般取510m/s，本次流速取8m/s，管道直径按下式计算。D=0.1457（Q/V）1/2式中 D-抽放瓦斯管径，单位m；Q-瓦斯管中混合瓦斯流量，取13m3/min ；V-瓦斯管的气体流速，取8m/s；0.1457-修正系数。将有关数据代入D=0.1457（Q/V）1/2D=0.1457（13/8）1/2=0.118（m）实际根据现有管材管道径为150mm的聚乙烯瓦斯抽放管符合要求。（2）管路壁厚验算A=Pmax×D/2Pn式中： A-管道壁厚，cm；Pmax-管道最大工作压力,取0.04MPa；Pn-管道允许压力，

19、取0.8MPa;D-抽放瓦斯管径，取15cm。将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn)A=0.04×15/(2×0.8)=0.375cm根据计算，选择150×6m聚乙烯瓦斯抽放管，现抽放管道壁厚2cm，能满足要求。2、瓦斯抽采管路阻力计算（1）管道系统阻力计算Hf=9.81Q2××L/（K×D5）式中： Hf-管道摩擦阻力,单位为Pa；Q-管气体流量，单位为m3/h，取13m3/min；-混合瓦斯对空气的相对比重，取0.889；L-管道长度，该线路150mm管道约为420m；K-与管径有关系数，取0.71；D-

20、管道径，取15cm。将有关数据代入Hf=9.81Q2××L/（K×D5）Hf=9.81×（13×60）2×0.889×420/（0.71×155）4563（Pa）（2）管道局部阻力，一般按管道摩擦损失的10%20%计算，取20%。管道局部阻力为:H=4563×20%=912.6（Pa）管道总阻力为：H=912.6+4563=5475.6（Pa）3、瓦斯抽采系统所需负压瓦斯泵的压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外，还必须有一部分做为抽采处的负压，所以瓦斯抽采需要的负压为：H=1.2（Hf+Hd）式中：

21、1.2为瓦斯泵备用系数H-抽采瓦斯泵的负压，PaHf-管道阻力和，PaHd-要求钻孔口的负压，取13000 Pa 将有关数据代入H=1.2（Hf+Hd）H=1.2×（5475.6+13000）22170.72（pa）选用2BEA303型地面固定高负压瓦斯抽放泵，其正常可提供抽采负压为3040kPa，能满足抽放需要。 （四）采空区低负压埋管为解决工作面上隅角瓦斯，在12104工作面回风巷安装一趟压负压抽放管道，每隔12米分别安装三通一个，当回采到三通处时，上隅角处的三通上安装筛孔竖管，砌隔离抽放采空区瓦斯；如埋管不能有效解决上隅角瓦斯时，增加插管抽放上隅角瓦斯，插管采用3根直径3寸的弹

22、簧管一端联接到后一个三通上，别一端埋在上隅角隔离墙，距墙30cm、距顶板30cm。1、瓦斯抽采管路选择（1）管径的选择瓦斯管气体流速，一般取520m/s，本次流速取20m/s，管道直径按下式计算。D=0.1457（Q/V）1/2式中 D-抽放瓦斯管径，单位m；Q-瓦斯管中混合瓦斯流量，取20m3/min ；V-瓦斯管的气体流速，取12m/s；0.1457-修正系数。将有关数据代入D=0.1457（Q/V）1/2D=0.1457（20/12）1/2=0.188（m）实际根据现有管材管道径为250mm的PVC瓦斯抽采管符合要求。（2）管路壁厚验算A=Pmax×D/2Pn式中： A-管道壁

23、厚，cm；Pmax-管道最大工作压力,取0.04MPa；Pn-管道允许压力，取0.8MPa;D-抽放瓦斯管径，取25cm。将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn)A=0.04×25/(2×0.8)=0.625cm根据计算，选择250×6m铁皮瓦斯抽采管，抽采管道壁厚13.3mm，能满足要求。2、瓦斯抽采管路阻力计算（1）管道系统阻力计算Hf=9.81Q2××L/（K×D5）式中： Hf-管道摩擦阻力,单位为Pa；Q-管气体流量，单位为m3/h，取20m3/min；-混合瓦斯对空气的相对比重，取0.889；L-管

24、道长度，该线路250mm管道约为420m；K-与管径有关系数，取0.71；D-管道径，取25cm。将有关数据代入Hf=9.81Q2××L/（K×D5）Hf=9.81×（20×60）2×0.889×420/（0.71×255）760.7（Pa）（2）管道局部阻力，一般按管道摩擦损失的10%20%计算，取20%。管道局部阻力为H=760.7×20%=152（Pa）管道总阻力为：H=152+420=572（Pa）以上均符合要求。3、瓦斯抽采系统所需负压瓦斯泵的压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外，还必须有一

25、部分做为抽采处的负压，所以瓦斯抽采需要的负压为：H=1.2（Hf+Hd）式中：1.2为瓦斯泵备用系数H-抽采瓦斯泵的负压，PaHf-管道阻力和，PaHd-要求负压，不大于取4000 Pa 将有关数据代入H=1.2（Hf+Hd）H=1.2×（572+4000）5486（pa）选用2BEC42型地面固定低负压瓦斯抽放泵，其正常可提供抽采负压为2535kPa，能满足抽采需要。第五章 瓦斯抽采系统安装拆除安全技术措施一、瓦斯抽采系统安装技术要求1、管道、放水器等入井前必须进行防腐，先对管道除锈，刷沥青漆一遍；铺设完后，再刷沥青漆一遍；在井下长期使用的所有管道每年进行一次防腐，避免管道锈蚀；井下瓦斯抽采管道及放水器要进行编号管理。2、管道吊挂在巷道帮、顶部，管道必须距巷