浅谈北二采区27层抽放设计

1、浅谈北二采区27#层西翼二区段瓦斯抽放设计与瓦斯抽放的实际应用摘要：由于27#层二区段工作面上隅角、后尾溜处瓦斯时常超限报警，根据开采期间的经验，矿井不同煤层瓦斯含量各异，以28#煤层瓦斯含量最大。依据矿井2010年8月瓦斯等级鉴定结果，矿井绝对瓦斯涌出量为2.769m3/min，相对瓦斯涌出量为0.798m3/t，为低瓦斯矿井。但由于回采工作面生产期间，上隅角瓦斯涌出不稳定，如形成涡流区域时，风排瓦斯量相对减少，易造成瓦斯积聚和超限现象，为防止工作面上隅角及后尾溜处的瓦斯积聚，经矿领导决定采用瓦斯抽放来减少工作面瓦斯积聚和超限。关键词：瓦斯抽放 设计 采空区 瓦斯纯量一、27#层二区段工作面

2、上隅角瓦斯超限分析2011年9月23日KJF2000N监测系统曲线查询 1、北二采区西翼27#层二区段回采工作面位置及相邻关系情况：北二采区西翼27#层二区段回采工作面位于第20勘探线至第23勘探线之间，南侧邻近西翼28#层一区段工作面采空区，北侧为未开采区域。西翼27煤层二区段上顺槽在西翼28煤层一区段下顺槽的上方，两条巷道水平间距为27.16m，上下高差为12.36m。根据岩层塌落角预计西翼27#层二区段上顺槽底板向上13.37m位置与西翼28#层一区段采空区相连。西翼27煤层二区段开采时间为2011年8月4日，推进137米后与与原西翼28#层一区段工作面安装眼相遇，相遇时间为2011年9

3、月11日。2、北二采区西翼27#层二区段回采工作面瓦斯情况：北二采区西翼27#层二区段回采工作面至2011年8月4日开始回采至2011年9月16日，工作面平均瓦斯浓度为0.1%，上隅角平均瓦斯浓度为0.3%。自2011年9月16日以来，发现上隅角瓦斯涌出量增大，平均瓦斯浓度为0.45%，最大瓦斯浓度为2.61%（2011年9月16日）。3、雁南煤矿北二采区西翼27#层二区段回采工作面上隅角瓦斯涌出原因分析：（1）雁南煤矿北二采区西翼27#层二区段回采工作面于2011年8月4日开始进入回采，回采推进137米时，西翼27#层二区段回采工作面与原西翼28#层一区段工作面采空区相遇，受两采空区地压影响

4、，导致西翼27#层二区段回采工作面采空区与原西翼28#层一区段工作面采空区通过裂隙导通，原西翼28#层一区段工作面采空区内积存的瓦斯受负压和地压影响向西翼27#层二区段回采工作面涌入，致使现回采的西翼27#层二区段回采工作面上隅角出现瓦斯积聚和短时超限现象。（2）煤层中的瓦斯以吸附和游离两种状态存在，在自然状态下吸附瓦斯和游离瓦斯处于平行状态，两者之间处于不断交换过程中，当受到外力作用时，就会破坏其动力平衡，游离瓦斯首先释放，然后吸附瓦斯转化为游离瓦斯释放出来，27#层二区段采煤工作面受采煤工艺及巷道断面的影响，由于巷道压力较大造成回风出口断面变小，风排瓦斯量减小，从而造成瓦斯积聚。（3）通过

5、瓦斯超限时间及采煤机割煤地点对比发现，采煤机割煤和拉移支架增加了顶板压力，煤层中及采空区内所含大量瓦斯在短时间内释放出来，导致瓦斯涌出量较高。二、瓦斯抽放设计1、抽放瓦斯方法选择目前抽放方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放。现阶段27#层二区段采煤工作面瓦斯，主要集中在上隅角及后尾溜处，结合我矿对西翼28#层一区段工作面的抽放经验及煤层赋存状况、地质条件和开采技术条件等因素，以及瓦斯来源这一特点，决定主要采取采空区瓦斯抽放方法。抽放方法选择：抽放方法抽放工艺理由备注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

6、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。但埋入管道难以回收,投资大2、抽放瓦斯工艺设计（1）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7m长的吸气管与主抽放管路相连接，将吸气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

7、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。但是，该抽放方法必须保证是在有严密的组织、安全、施工措施，确保施工安全的前提下进行。（2）采空区埋（留）管抽放对于西翼27#层二区段采空区瓦斯涌出量较大这一现象，也可以采取采空区埋（留）管抽放的方式。即预先将抽放管路安接好，将抽放瓦斯管路通过回风巷预先埋在紧靠

8、上风侧的采空区里，当抽放管路埋入工作面采空区20m时，再重新埋入一路抽放管路；当新埋的管路进入工作面采空区20m时，将新埋的管路与抽放系统连接，即管路每40m切换一次；通过抽放使上隅角瓦斯流向发生改变，从而减少工作面瓦斯涌出量。我矿将根据实际抽放效果来采取上隅角插管抽放瓦斯或采空区埋（留）管抽放。3、瓦斯抽放参数计算（1）瓦斯抽放率计算1、北二采区西翼27#层二区段采煤工作面，预计瓦斯抽放量Q抽Q涌Q风排; Q风排Q风量×C/(100×K)式中：Q抽预计瓦斯抽放流量m3/minQ涌瓦斯涌出量m3/minQ风排工作面风排瓦斯量m3/minQ风量工作面风量m3/minC回风瓦斯

9、浓度；取0.5计算K瓦斯涌出不均衡系数，因工作面瓦斯涌出很不均衡，最高瓦斯涌出量有时会超过最低瓦斯涌出量的几倍。故此取：K5.0工作面平均瓦斯涌出量为2.769m3/min，将数据代入公式得：Q风排Q风量×C/(100×K)760×0.5/(100×5)380/5000.76 m3/minQ抽Q涌Q风排2.7690.762.009m3/min根据以上计算27#工作面预计瓦斯抽放纯量为2.009 m3/min，抽放浓度按15计算，抽放混合量为13.39 m3/min 。工作面瓦斯抽放率 式中 -工作面瓦斯抽放率， qc-工作面瓦斯抽放量2.009m3/mi

10、n qf-工作面风排瓦斯量0.76m3/min按上式计算工作面瓦斯抽放率为72.5。（符合煤矿安全规程抽采率不小于25%的规定）（2）管路管径计算选择预计27#煤层抽放混合量为13.39m3/min，抽放浓度为15%CH4，抽出纯瓦斯量为2.009 m3/min，取管中流速为13m/s，则管径为：D =0.1457 =0.1457 = 147mm所以在选择管路时，内径不得小于150mm D瓦斯管内径，mmQ瓦斯流量，m3/minV瓦斯管路中的平均速度，米/秒。平均5-15米/秒，这里取值为15。根据ZWY85/110移动式瓦斯抽放泵站规定及管径计算结果，瓦斯抽放泵管路正、负压段管路内径不得小于

11、150mm。（3）瓦斯泵供电系统根据煤矿安全规程及煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）规定，瓦斯抽放泵站电源实现“三专”控制，并实现双回路供电。第一路瓦斯抽放泵站电源取自北二采区变电所的KBSGZY500移动变电站，编号：06976，在28#层一区段联络巷安装KBZ400/1140馈电开关一台控制泵站，电压等级为660V，电缆型号：MY-1000-3×70+1×25mm，长度250m。第二路瓦斯抽放泵站电源取自北二采区变电所的KBSGZY800移动变电站，编号：06-975，在28#层一区段联络巷安装KBZ400/1140馈电开关一台控制泵站，电压等级为660V，电缆

12、型号：MY-1000-3×50+1×25mm，长度250m。一、电缆截面的选择计算Pe=110KWIe=1.15×110126.5A 取130A查煤矿井下电缆安装、运行、维修、管理工作细则选电缆型号为：U-3×70+1×16250mIy-173AIe=130A二、按长时工作电流允许值选择电缆截面Ig=KxPe×103/Uecos=0.9×10×103/1.732×660×0.85=101.9AZy=173AIg101.9A 满足要求三、按电压损失校验电缆截面UL=1.732IeL（Rocos+X

13、osin） =1.732×110×0.15×（0.448×0.85+0.081×0.53） =12.1VUy=63VUL=12.1V 满足要求四、低压控制开关的选择每台瓦斯抽放泵均自带一台控制开关，控制瓦斯抽放泵的开停。（4）瓦斯泵站供、排水系统对泵供水主要有两点，一个是使泵产生真空，另一个是冷却轴承温度。水环泵正常工作时必须供水，供水水流应稳定、持久。移动抽放泵站供水直接采用井下的防尘用水，供水压力达到100kPa，在供水阀门处安设水压表，我矿的静压防尘水压力及水质等满足要求。瓦斯泵排水系统是由28#层一区段联络巷处直接引到350轨道大巷排水

14、沟处排出。（5）瓦斯泵站监测系统一、井下临时瓦斯抽放泵站下风侧栅栏外1m处，设置甲烷传感器，报警浓度0.5%，断电浓度1.0%，复电浓度0.5%，断电范围：瓦斯抽放泵电源。栅栏前挂“禁止入内”的警示标语。二、瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中设置管道甲烷传感器、管道流量传感器，管道一氧化碳传感器、管道温度传感器和管道压力传感器，抽放泵电机处安设轴温传感器，轴温报警温度为75。三、在瓦斯抽放泵站下风侧安设一台甲烷传感器，报警浓度0.5%，断电浓度0.5%，复电浓度0.5%，断电范围：瓦斯抽放泵电源。四、瓦斯抽放泵站被控开关的负荷侧设置馈电传感器，泵站安设设备开停传感器。五、在瓦斯抽放泵站处安设一台安

15、全监测通用分站，负责泵站传感器的数据传输及控制量指令下发等工作。三、瓦斯抽放在27#层二区段的实际应用与效果在瓦斯抽放泵安装完成后，我们首先采用了采空区深部埋管抽放工艺，即将抽放瓦斯管路通过回风巷预先埋在紧靠上风侧的采空区里，当抽放管路埋入工作面采空区20m时，再重新埋入一根抽放管路；当新埋的管路进入工作面采空区20m时，将新埋的管路与抽放系统连接，即管路每40m切换一次；通过抽放使上隅角瓦斯流向发生改变，从而减少工作面瓦斯涌出量。2011年9月28日KJF2000N监测系统曲线查询（埋管深度18米）2011年9月28日瓦斯抽放日报表 以上为9月28日瓦斯抽放各项参数，当日埋管深度为18米，监

16、测系统曲线图显示瓦斯浓度最大值为12时左右，瓦斯浓度为1.18%，采用采空区深部埋管后，上隅角及后尾溜处的瓦斯积聚现象得到明显解决，但是瓦斯浓度偶有超限现象。针对这一现象，我队决定采用抽采设计中的采空区浅部埋管，即靠近采面上隅角段管路可采用7m长的吸气管与主抽放管路相连接，将吸气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。2011年10月2日KJF2000N监测系统曲线查询（埋管深度8米）2011年10月2日瓦斯抽放日报表四、结论经过以上数据分析，当采用采空