煤矿＋500水平B36瓦斯抽放

1、.乌东煤矿南采区+500水平B3+6综采工作面瓦斯抽放设计乌东煤矿南采区位于乌鲁木齐东北部，距乌鲁木齐市中心33千米，位于乌鲁木齐矿区东部，东西两侧分别与大洪沟煤矿、碱沟煤矿相邻，行政区域属乌鲁木齐市米东区，井田中心地理坐标：87°46北纬43°54。目前矿井生产规模为180 kt/a，开采1号、2号、3号、4号、5号、6号煤层，最大深度+400m，开采深度为+500m，属低瓦斯矿井。但随着生产能力加大、开采深度的增加，不排除出现瓦斯异常、高瓦斯浓度区域出现的可能性，为了贯彻集团“先抽后采”的瓦斯治理方针，保证矿井安全生产，稳定矿井产量建立瓦斯抽放系统。一、编制本设计的依据

2、1、乌东煤矿南采区矿井地质报告。2、乌东煤矿南采区矿井2011年瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果3、乌东煤矿南采区其他设计资料和基础数据。4、矿井瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）。5、煤矿安全规程（2011）。一、 井田地层井田内地层主要为中生界侏罗系砂、泥岩层及第四系松散沉积物层，侏罗系地层有：下统的三工河组（J1s），中统的西山窑组（J2X）、头屯河组（J2T）。第四系松散沉积物全区发育。分述如下：1. 三工河组（J1s）呈北东南西向分布于井田南部，为一套河湖相沉积，岩性以灰色砂岩与中粗粒砂岩互层为主，细砂岩多呈薄层状，矿物成分复杂，富含白云母碎片，中、粗砂岩呈厚层状，成分以长石、石

3、英为主，有少量白云母，粒度分选差，斜交层理较发育，底部以一层绿色致密的中砂岩与下伏地层整合接触，与第四系地层不整合接触,地层总厚400米。2、西山窑组（J2X）为井田主要含煤地层，呈北东南西向条带状展布于井田中部，地层总厚513.77米，倾向西北，为一套湖泊相和泥炭沼泽相沉积，由白、灰、深灰色中粒砂岩、细粒砂岩、砂质泥岩和泥岩组成，与下伏地层整合接触，与第四系地层不整合接触。3、头屯河组（J2T）为河湖相沉积的一套紫红色、杂色粉砂岩、泥岩，厚度为510米,与下伏地层整合接触，与第四系地层不整合接触。4、第四系(Q)井田内第四系地层广泛发育,厚度030米，侏罗系地层在沟谷地带被冲刷出露外,几乎全

4、为第四系黄土及砾石层覆盖,盖层下部为土黄色粉砂质亚粘土层,其层位自下而上是冰碛层Q3、黄土层Q3、小红沟内的冲洪积层Q4。二、地质构造乌东煤矿南采区井田处于八道湾向斜南翼，井田地质构造相对比较简单。1、断裂构造（节理）：矿井在开采过程中遇见断层很少，断层断距在13米，断层走向多为南东北西向，倾角45°65°。仅有F1逆断层断距达4米以上，F1见于+660水平东二运输石门的B20和+710水平回风石门的B20，平移断距4米，B15B19煤层全被切割，该断层初见东二北石门B9北约120米，当时因断层带的水煤泥物冲填巷道，以后又在三个多月的清理中多次冒落，最后只得后退50米，绕道

5、掘进，掘至B16再遇该断层时已能顺利通过。F1断层上盘煤层因受断裂牵引而局部倒转，倒转幅度越靠近断层越大。+660水平巷道过断层时都有垮落现象，如在东二北石门东翼B18巷道，在距东二北石门170米处遇见一条逆断层，因垮落严重同时伴有较大的淋水而无法通过，只好停止掘进，为此，以后碰到小断层时必须提前做好准备，密集支护，强行通过。井田里至今没有发现小型以上的断层，基本对矿井的正常开采没有大的影响。另井田内岩层层滑现象非常普遍，尤其在煤层内的层滑现象更加明显。井田内有两组节理非常发育。2、褶皱乌东煤矿南采区井田内的煤层及岩层倾角为87°89°，产状稳定，无褶皱出现，只是在某些岩层

6、局部发现挠褶现象，不影响生产。3、岩浆侵入体：井田内无岩浆侵入体。4、岩溶陷落柱：井田内无岩溶陷落柱。5、地质构造复杂程度为类。三、 瓦斯等级鉴定涌出情况乌东煤矿南采区历年瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果均为低瓦斯矿井。附: 乌东煤矿南采区矿井历年瓦斯相对涌出量情况一览表表12涌出量 类型 矿井瓦斯最大涌出量年度绝对量 m3 /min相对量 m3 /t1983年1.133.841984年0.831.991985年0.320.741986年0.983.731987年0.241.191988年1.563.041989年1.652.501990年1.762.631991年2.563.121992年1

7、.251.961993年1.852.591994年3.123.151995年3.34.51996年1.985.921997年0.762.321998年1.152.691999年1.184.122000年1.121.852001年1.992.662002年0.561.212003年1.473.512004年3.702.822005年2.161.502006年2.891.582007年3.7891.6112008年4.261.5772009年3.791.872010年3.651.12011年3.611.14四、煤尘及煤的自燃煤尘属于爆炸性煤尘，爆炸指数为42.5%左右。井田内煤层变质程度较低，挥发

8、份较高，燃点低，裂隙较发育，与空气接触的表面积大，极易氧化而自燃，大部分属易燃煤，据以往开采经验，自然发火期为36个月，再加上一些人为的因素，最短的发火期为45天。第三节 煤层赋存情况乌东煤矿南采区井田共有煤32层，由老到新编号为B1B32。根据昌吉大队1957年的地质勘探并沿用至今的划分方法，按煤层赋存特征分为四组，一组煤为B12，二组煤为B36，一、二组煤位于在西山窑组的下段，为两组特厚煤层，三、四组煤位于西山窑组的上段，以中厚煤层为主，现对各组煤分述如下：1、二组煤（B36）：煤层底板距一组煤顶板110米。与第三组煤间距自17勘探线的82米向东变为21勘探线的87米。平均间距79.53米

9、。煤层厚度为48.87米，倾角87°89°，夹矸412层，总厚约3.88米，煤层有益厚度为44.99米，全井田范围稳定可采。顶底板：伪顶为炭质泥岩或泥岩，厚0.10.22米，直接顶为粉砂岩或砂质泥岩，老顶为粉砂岩，细砂岩或中砂岩，伪底为炭质泥岩或泥岩，直接底为粉砂岩。一、二组煤主要为弱粘结煤，次为长焰煤，三、四组全为长焰煤，各种煤层是很好的动力用煤。各煤层夹矸情况一览表 煤层夹矸层数夹矸厚度（米）煤层夹矸层数夹矸厚度（米）最大最小平均最大最小平均B3+610-122.800.080.54B161-53.9701.05第四节 矿井开拓与开采一、开拓方式矿井开拓方式为立斜混合井

10、阶段石门开拓，现有三个井口，主立井、副斜井、风井，现生产水平标高为+500米，延伸水平为+400米，回风水平标高为+660米。二、工作面布置与开采顺序工作面沿倾向布置，沿走向后退式回采。根据急倾斜特厚煤层综采放顶煤采煤方法特点，矿井内自上而下水平分层逐层下行开采。第五节 矿井通风与瓦斯一、通风方式及供风量根据井田开拓布置，矿井采用机械抽出式通风方法，中央并列式通风方式。目前矿井实际进风量为5017m3/min，总回风量为5039m3/min，目前矿井等积孔为2.58m2左右。二、 瓦斯等级鉴定及涌出情况矿井目前为低瓦斯矿井，采掘工作面在生产过程中一般瓦斯浓度为0.10.3%，没有异常涌出现象，

11、历年瓦斯等级鉴定情况见表12。在综放工作面回风端头区域、以及回采面上部空间有超限瓦斯的存在，偶尔会随着放煤溢出，造成回风端头区域瓦斯超限，为此在回风端头设置了瓦斯稀释器进行处理。第二章抽放方法确定第一节 瓦斯来源分析煤层瓦斯涌出量基本为本煤层瓦斯涌出量和上、下邻近层、上部老巷瓦斯涌出量之和。第二节 抽放瓦斯方法选择一、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、抽放瓦斯目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则： 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。 应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择

12、抽放瓦斯方法，以提高瓦斯抽放效果。 抽放方法在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要。 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。 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。 选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果，降低瓦斯抽放成本。 抽放方法应有利于钻场、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。二、抽放瓦斯方法选择从回采工作面的瓦斯涌出量构成来看，瓦斯涌出主要为上部老巷的瓦斯涌出。如前所述，矿井瓦斯抽放的目的是为了降低煤层瓦斯涌出量，为煤炭的开采提供安全生产环境，同时开发利用瓦斯资源。因此，根据矿井的瓦斯赋存状况、矿井开拓及抽

13、放瓦斯的目的，结合抽放瓦斯方法选择的原则，确定矿井抽放瓦斯方法为工作面上部采空区瓦斯抽放和工作面端头瓦斯抽放相结合进行抽采。三、回采工作面瓦斯抽放实施方案回采工作面瓦斯来源主要来自采落煤炭、采场丢煤、工作面下部40m范围左右煤层瓦斯卸压涌出，而瓦斯主要积聚区域在采空区内，虽然采空区外部漏风或下部煤层瓦斯源不断向采空区补充气体，则采空区气体的压力将不断增大，促使瓦斯向外界涌出。但是相对较少，大部分留在采空区内。工作面容易造成瓦斯积聚的区域为上隅角，主要来源于采空区及后部运输机道，并经采空区风流带入回采工作面与回风巷交接处，形成一片高浓度瓦斯积存的区域，同时因回风隅角附近支架滞后或由于集中压力的影

14、响，导致回风隅角处垮塌冒落，往往在回风隅角处形成凹陷或冒落空间，造成瓦斯的聚集。因此，矿井根据瓦斯的主要来源采取本分层抽放，下分层预抽的方式，抽放区域主要对瓦斯容易积聚的回风隅角及上部采空区进行抽放。1、 开采层瓦斯涌出量预计由于矿井没有对煤层瓦斯涌出各项参数进行测定，因此，根据矿井瓦斯等级测定进行推算，其结果如下：、+545B3+6煤层综采工作面开采时瓦斯涌出量0.445m3/t根据工作面原煤产量5000t/d计算，工作面瓦斯涌出量为2225 m3/d。、+522B3+6煤层综采工作面开采时瓦斯涌出量0.565m3/t根据工作面原煤产量5000t/d计算，工作面瓦斯涌出量为2825 m3/d

15、。、上隅角瓦斯涌出量0.3m3/t根据工作面原煤产量5000t/d计算，工作面瓦斯涌出量为1500 m3/d。矿井瓦斯涌出总量为6550 m3/d，折合为4.54m3/min。2、钻场布置在瓦斯抽放项目中，利用联络巷施工沿煤层走向方向布置长钻孔，对本分层采空区造成瓦斯积聚区域进行抽放，同时能够对下分层瓦斯溢出起到拦截的作用。采空区埋管瓦斯抽放采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面空间和采空区涌出，而且在工作面采完密闭后也仍有瓦斯涌出。与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽采的特点是抽采量大，但抽采浓度较低，其抽采量的大小取决于采空区瓦斯涌出量的大小和所采用的采空区抽采方法。本矿可采用半封闭采空区抽采方法，

16、即采空区埋管抽采。1、工作面回风端头抽放在回风巷敷设第一趟埋管，埋管长约20m，封闭埋管前端管口，并在前端1m长的管子段每隔0.1m沿管壁钻四个直径为10mm的钻孔，以此形成埋管口抽采瓦斯。当埋管被埋进15m时，开始敷设第二趟埋管。为防止采空区瓦斯沿第二趟埋管涌出，第二趟埋管与瓦斯抽采支管连接前用法兰盘封闭。当第二趟埋管被埋进约5m时，把第二趟埋管接入瓦斯抽采支管，同时撤去第一趟埋管并封闭接口，防止采空区瓦斯涌出。以此利用两趟埋管循环抽采采空区瓦斯，埋管抽采接替见下图。矿井对实际循环距离进行考察，得出最佳循环抽采距离。与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽采的特点是抽采量较大，但埋管抽采负压一般控制在

17、35kPa。为保证抽采安全，在采空区瓦斯抽采过程中，应经常检测CO和温度等参数，当发现有自然发火征兆时，应控制抽采或暂停抽采。回风端头采空区埋管抽放布置图*;2、工作面上部采空区抽采采用在注水巷道内分别沿工作面走向倾斜向上部打扇形孔，打通至采空区内，下抽放管路并采用马丽散进行封孔，封孔长度不小于20米。见下图采空区抽采的特点是抽采量较大，但埋管抽采负压一般控制在35kPa。为保证抽采安全，在采空区瓦斯抽采过程中，应经常检测CO和温度等参数，当发现有自然发火征兆时，应控制抽采或暂停抽采。抽放孔布置立面图 抽放孔布置平面图第三章 瓦斯抽放系统第一节 瓦斯抽放系统构建由于目前矿井为低瓦斯矿，抽出瓦斯

18、浓度较低，基本上不能利用，故此抽放系统仅为安全生产考虑，首选在井下设瓦斯抽放泵站。1、井下设瓦斯泵站瓦斯泵站设置在+522水平机轨合一石门处，抽气管路由+500水平B6巷道引至+522水平机轨合一石门，出气管路向上沿回风井进入总回风巷道，抽出的瓦斯通过管道从+522B6568B6回风井，排入+568水平总回风巷内。一、 抽放瓦斯管路系统井下瓦斯抽放站设在+522水平机轨合一巷道往西12米处，其瓦斯管路系统如下：+500水平B3+6综采工作面抽放巷道+500水平B6巷道500水平B6522水平B6回风井+522水平B6巷道+522水平机轨合一石门瓦斯抽放站 （出口）522水平B6巷道口+522水

19、平545水平回风井+545水平B6巷道+545水平+568水平回风井+568水平B6回风大巷。+500水平B3+6回采工作面管路瓦斯抽放系统分别为：回采工作面瓦斯抽放系统，在回风顺槽巷内铺设排放瓦斯管路对采空区区域瓦斯进行抽放 +500水平B3+6综采工作面瓦斯抽放系统示意图第二节 瓦斯抽放主要设备选型瓦斯抽放设备主要包括施工机具等设备，矿井根据实际施工情况，其选择为：一、液压钻机（3台）ZDY4000S型全液压钻机（1台），转速范围宽，扭矩大，适合矿井近水平长距离钻孔的施工要求。见ZDY4000S型全液压钻机主要技术参数ZDY4000S型全液压钻机主要技术参数钻孔深度(m)终孔直径(mm)钻

20、杆直径(mm)钻孔倾角（°）额定转速（r/min)350/150150/200730-90330额定转矩(N.m)最大给进力(kN)最大起拔力(kN)功率(kW)整机质量(kg)4000150150552540ZDY1900S型全液压钻机（2台）操作简单，方便省力，便于井下运输，移位，安装。操作简单，方便省力，对近距离孔施工较为方便。见ZDY1900S型全液压钻机主要技术参数。ZDY1900S型全液压钻机主要技术参数钻孔深度(m)钻孔直径(mm)钻杆直径(mm)钻孔倾角（°）额定转速（r/min)100-3506.3-7394/200-90±9085/300额定转

21、矩(N.m)最大给进力(kN)最大起拔力(kN)功率(kW)整机质量(kg)190012077371120二、瓦斯管路选择按照矿井抽放瓦斯量预计矿井需抽放瓦斯量0.9m3/min，预抽瓦斯浓度取40%来选择管径。一般采用下式计算，D=0.1457D=0.1457×0.354D=0.0516 mD=51.6 mm式中：D抽放瓦斯管内径，m;Q瓦斯管中混合瓦斯流量，m3/min，取1.25；V瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般V=515m/s，取10。依据矿井工作面的瓦斯抽放量预计结果，按上式计算，瓦斯抽放系统主管道管径计算内径为51.6mm，根据临近矿井瓦斯抽放的经验，抽放管路过小会造成沿

22、程阻力大，易烧毁瓦斯抽放泵。因此，在实际进行管径选择时主管路按照225mm考虑，支管路按照110mm考虑，瓦斯抽放管路采用钢丝网骨架聚乙烯管。管路连接均采用法兰紧固连接方式。四、瓦斯抽放泵选型1.抽放泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放系统服务年限之内最大抽放量的需要。Q泵=100·QZ·K/（x·） =100×0.9×1.2÷（40×0.8） =3.38式中：Q泵抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min；QZ矿井抽放瓦斯总量（混合含量），m3/min，取0.9m3/min；x矿井抽放瓦斯浓度，；取40K备用系数，K=1.2；瓦斯

23、抽放泵的抽放效率，取0.8。根据计算结果得出抽放泵额定流量为3.38m3/min。2管路摩擦阻力计算    计算直管摩擦阻力，可按下式计算： =(9.8×25000×0.991×3.382)/0.71×2105 =9.562pa    式中：    Hz阻力损失,Pa；    L管路长度，m；2500    Q瓦斯流量，m3h；3.38 m3/min   

24、D管道内径，cm；210mm    ko与管径有关的系数，见表D1；0.71    混合瓦斯对空气的相对密度，见表D2。表D1  不同管径的系数Ko值通径管径7080100125150150以上Ko值0.550.570.620.670.700.712、抽放瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起，经抽放管路到抽放泵，再到释放点所产生的全部阻力损失H泵=K（Hi +Ho） =1.2×（6422+1128） =9060 pa式中：H泵瓦斯抽放压力，Pa;Hi井下负压管路系统全部阻力损失，Pa；

25、6422paHo井下正压管路系统全部阻力损失， Pa；1128 paK压力备用系数，K=1.2。得出瓦斯抽放泵的压力为9060pa。考虑到矿井采深日益加深，抽放管线长路逐渐加长，相应瓦斯抽放量及抽放阻力也将加大，结合上述计算，选定BJW44YJ型移动式瓦斯抽放泵站。最大抽气量(m3/min)极限真空度(hpa)电机功率(kN)110160132转速（r/min）电压耗水量(L/min)44966080-200ZWY-110/132-9型移动瓦斯抽放泵主要技术参数五、瓦斯管路系统附属装置一）管路敷设要求煤矿井下的环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，为此对

26、煤矿井下抽放瓦斯管路的敷设有如下要求：1、瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀措施；2、抽放瓦斯管路安装采用沿巷道侧帮敷设，管路用横担支撑，卡子固定。管路高度距巷道底板不低于30cm，以防止底鼓损坏管路；3、倾斜巷道的瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑；4、管路敷设要求平直，尽量避免急弯；5、主要运输巷道中的瓦斯管路架设高度不小于1.8m；6、管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安装放水器；7、新敷设的管路要进行气密性检验。（二）附属装置1、阀门：在瓦斯抽放管路（主、干和支管）上和钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个独立抽放瓦斯地点的抽放负压

27、、瓦斯浓度、抽放量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。设计选用的阀门为截止阀。2、测压嘴：在主、支管以及钻孔连接装置上均设置，以便经常观测抽放管内的压力。测压孔高度设计为80cm，选用内径6mm的紫铜管。在安装管路之前预先焊上，平时用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。3、测压嘴还可作为取气样孔，取出的气体可用于进行气体成份分析。4、计量装置：FKL孔板及孔板流量计瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数，只有准确的测定它才能真实地反映瓦斯抽放效果。目前瓦斯流量计量方法的种类很多，应用条件也各不相同。本设计选用孔板流量计作为计量装备。安装与使用要求如下： 安装孔板时，孔板的孔口必须

28、与管道同心，其端面与管道轴线垂直，偏心度小于12%； 孔板前（按气流方向，下同）1D（管径）和孔板后0.5D处预先焊接两个测压嘴，直径6mm，材料为紫铜管； 安装孔板的管道内壁，在孔板前边1D的范围内，不应有凸凹不平、焊缝和垫片等； 在孔板流量计前端的管道直线段长度不小于10D，后端的直线段长度不小于5D； 要经常清洗孔板前后的积水和污物，孔板锈蚀要及时更换； 抽放瓦斯量有较大变化时，应根据流量大小更换相应的孔板。 孔板使用1年后，要对孔板进行校正，以减小计量误差。5、钻孔连接方式回采工作面预抽钻孔与抽放管路的连接是采用胶管连接，胶管的一端连接到钻孔封孔管上，另一端与抽放瓦斯管路连接，构成抽放

29、系统。6、 放水装置抽放管路内涌水量是必然的，放水装置有自动放水器和手动放水器两种。设计中根据抽放方法的不同，管路内涌水量的多少进行选择。7、自动排渣放水器负压自动排渣放水器，集排渣，排水为一体，可有效防止管路堵塞。8、两用压差计四通阀两用压差计，用于测量孔板前后端瓦斯流量压差及抽放瓦斯负压值。9、水封式防爆器水封式防爆器安装在抽放瓦斯泵吸气侧和排气端的管路上。10、防回火装置防回火装置11、甲烷传感器高低浓度甲烷传感器用于适时监测抽放管理系统内的瓦斯浓度。六、瓦斯抽放泵安装要求1、泵站安设地点支护完好且有足够的空间，安设地点巷道宽度不得小于4m，高度不得小于3m。2、抽放泵放置平稳，设备之间至少有0.5米的行人通道。3、抽放泵处必须设一台与矿调度能直通的电话。抽放泵上必须装负压表、水压表、停水断电传感器，吸气管路上必须装孔板流量计、水银或水玻璃U形管压差计。七、管路安装要求1、管子之间用法兰盘连接，每个法兰盘连接螺栓螺母齐全，并用扳手拧紧，相接管法兰盘间必须加一个胶垫或石棉垫。2