工作面瓦斯综合治理设计

1、丁6-32040工作面瓦斯综合治理设计一、工作面位置及地质情况：丁632040工作面位于三水平丁二采区西翼上部，东接丁二采区皮带、轨道、回风三条下山，西至一、四矿井田边界，南邻丁632020工作面采空区，北邻尚未开采的丁632060工作面，工作面标高-430m-445m；地面位置位于滑角山西坡，地面有村庄，地面标高210m310m。工作面利用原丁632060采面风巷外段1180.16 m作为机巷，风巷与机巷呈平行布置，方位均为2765055。该工作面总工程量1347.16m，其中:风巷1124.16，切眼225.5m，该工作面可采走向长度1100m，采长221.5m，采高2.6m，可采储量88

2、.6886万吨。开采丁6煤层。工作面煤层赋存条件及水文地质概况：1、煤层赋存条件：该工作面丁6煤层厚度2.23.0m，平均2.6m，上部为块状硬煤，厚度0.60.9m；中部为沫状软煤，厚度0.61.2m；上部硬煤与中部软煤之间有一层厚0.10.3m 的夹矸。丁5至丁6煤层间距0.4m8.5m，东厚西薄。2、地质构造：该工作面地层产状为北东倾斜的单斜构造，地层倾角3.35.5。依照丁632020机巷揭露地质情况分析，采面内断层构造发育，一般为正断层，落差0.5m3.0m，丁632020机巷已揭露十三条断层，风巷在掘进过程中也可能会遇到落差大于3m的断层。3、水文地质：依照资料分析，丁632020

3、采空区机巷30#测点向里至切眼处，有积水25000m3该积水区对风巷掘进构成水害威胁，最大水头高10m，水压0.1MPa,风巷在掘进过程中应进行探放水，风巷进入探放水警戒线后，要加强水文观测，上帮淋水大时应及时汇报有关单位，制定探放水措施，做好探放水前的预备工作。4、瓦斯地质：该工作面位于一矿采区深部，煤层封闭性较好，遇煤层厚度变化及断层时，瓦斯浓度可能增大，瓦斯相对涌出量710m3/t。依照一矿三水平丁组煤层区域划分结果按突出威胁区域治理。煤层自燃发火期68个月，属自燃煤层；煤层爆炸指数35.7739.99%；地温3842，属地温异常区。二、工作面巷道布置：1、巷道布置思路：结合我矿井下实际

4、情况及三水平丁二采区生产系统总体设计以高产高效为目标，充分利用已设计施工的生产系统，简化巷道布置，减少掘进工程量，缩短工期，确保采掘接替正常。2、巷道布置简述：（1）风巷：风巷在丁632020机巷与机片交叉点向北13.46m处开口，以方位2765055施工风巷1103.6m，变向以方位2865055施工21.06m至切眼位置。掘进期间利用丁632020机巷外段与机片，形成独立的通风风和运输系统。（2）机巷：利用丁632060风巷外段1180.16 m作为机巷。（3）切眼：由于该工作面西至一、四矿井田边界，切眼距边界20m。（4）采长：依照一矿三水平丁二采区总体规划、条件阻碍及现有采煤设备的总投

5、入能力，将该面采长确定为221.5m。（5）工作面走向长度：可采走向长度1100m。三、工程量：该工作面总工程量1347.16m，其中:风巷1124.66，切眼225.5m。四、巷道支护断面及支护设计：1、支护形式及断面：该工作面沿丁6煤层顶板施工，采纳矩形锚网梁支护。依照我矿施工经验及综采工作面配风和回采期间综采设备的安装需要，风巷采纳宽高=4.02.6m矩形锚网梁联合支护，净断面11.07m2。2、锚杆支护参数的确定： （1）、顶部锚杆支护：、按加固拱原理计算：锚杆长度：=（1.1+B/10）=1.0(1.1+4.0/10)=1.5m；依照邻近采区三水平丁二采区及其它工作面的施工情况，锚杆

6、长度取=2.0m。式中：L锚杆长度；N围岩稳定阻碍系数，取1.0m；B巷道跨度。、锚杆直径：=L/110=2.0/110=0.018m=18mm，取D=20mm。、锚杆间距：d0.5L=0.52=1m，取间排距为760750mm。、锚杆型号：选用202000mm的左旋高强锚杆，其锚固力80KN/根；配用14mm的钢筋梯子梁及4mm丝钢笆网联合支护顶板。（2）、巷帮锚杆：依照我矿三水平丁二采区丁6煤层顶底板及煤层情况,巷帮支护锚杆选用182000mm钢筋树脂锚杆，锚固力50KN/根；配3.2 m m丝钢笆网加长宽厚=20020050mm的木托盘,配合支护。（3）、若遇地质构造顶板破裂不适应锚杆支

7、护时，采纳4.22.6m专门拱型支架支护。（4）、锚索：由于两巷埋深较深，采纳锚网梁支护的同时，两巷均打锚索加固。锚索长度以锚固到稳定岩层不低于1.5m为准，排距2.1m，每排两根。锚索规格15.246000mm,锚索托盘采纳16槽钢或U形钢加工而成，每根锚索采纳6卷Z2335树脂药卷，锚索锚固力200KN，涨拉预紧力100KN。（5）、施工中加强锚杆巷道位移监测，若巷道压力大采纳原规格锚杆、锚索强度不能满足要求时，选用25mm以上的锚杆，锚索选用17.8mm或21.6mm以上的锚索。（6）、施工中最大循环作业进度锚杆支护不超过1.6m，架棚支护不超过1.2m，顶板破裂时坚持逐排（架）施工最大

8、循环作业进度锚杆支护不超过0.9m，架棚支护不超过0.7m。五、掘进工艺设计：（一）、施工方法： 丁632040风巷开口15m采纳炮掘，正巷采纳机掘施工至切眼位置。（二）、掘进工艺： 1、炮掘施工：a、架棚支护：拉延中、腰线打眼装药连线爆破通风敲帮问顶移前探梁、上棚梁刹顶装运碴栽棚腿刹背整理质量搞好文明生产b、锚杆支护：拉延中、腰线打眼装药连线爆破通风敲帮问顶倒碴临时支护装运碴打注顶板锚杆打注帮锚杆整理质量搞好文明生产2、综掘施工：a、架棚支护掘进机切割（出碴）找净帮顶活煤危岩前移前探梁上梁刹顶挖柱窝栽腿子刹帮整理质量搞好文明生产b、锚杆支护：掘进机切割（出碴）找净帮顶活煤危岩挂网上梁打临时顶

9、柱（单体支柱）打注顶部锚杆打注帮锚杆挂网护帮整理质量搞好文明生产（三）、施工工艺流程及讲明：1、炮掘施工：交接班安检钻眼预备（开工预备）打眼装药联线放炮通风临时支护装运碴永久支护自检2、综掘施工：a、架棚支护：交接班安检延接皮带开机检查切割掘进机出碴输送机出碴敲帮问顶推移前探梁背紧背牢上梁刹顶挖柱窝栽腿子刹帮安全质量检查整理文明生产质量验收b、锚杆支护：交接班安检 延接皮带标定中心开机检查切割掘进机出煤输送机出煤敲帮问顶挂锚网梁打临时顶柱（单体支柱）支护钻眼安装锚杆安全质量检查整理文明生产质量验收六、采面生产能力及设备选型：该工作面设计采长221.5m，可采走向1100m，平均煤厚2.6m，可

10、采储量88.6886万t，每月按28天组织生产，3天检修，日产0.2857万t，要求稳产8万t/月。设备选型配套如下：序设备名称设备型号台数1采煤机MG132-32012刮板运输机SQZ630/26413桥式转载机SZD630/90H14破裂机PCM75B/63015液压支架QY200-14/31100103架6乳化液泵站WBR200/31.517移动变电站KBSGZY1000/6.114028移动变电站KBSGZY500/610.0111111.6601七、采煤工艺设计：工艺过程：割煤移架推溜工艺讲明：（1）、落煤方法采纳机械落煤，选用MG132-320型双滚筒可调高采煤机双向割煤，留三角煤

11、斜切进刀，截深0.6m，采高2.4m。（2）、落煤方法采纳采煤机螺旋式滚筒和运输铲板装煤。（3）、运煤方式采纳工作面SQZ630/264型刮板运输机运煤，机巷选用SZD630/90H型桥式转载机运煤。（4）、移架采纳追机移架方式，采煤机割煤后及时伸出护帮板护帮，滞后采煤机后滚筒510m后进行移架，移架步距0.55m。（5）、推移运输机，滞后采煤机1015m，弯曲段不得少于15m。八、工作面通风：（一）、掘进期间的通风系统： 风巷：北二进风井配风石门三水平丁戊二皮带西大巷三水平丁二转载巷三水平丁二皮带上山丁632040风巷工作面丁632040风巷-丁632020机片-丁632020机片专回-三水

12、平丁二回风上山-三水平总回风巷-北二回风井地面。风巷掘进期间局部通风机采纳2台JBT-62型28KW局部通风机供风，风筒采纳800mm胶质风筒10m一节。局部通风设计：1、风量计算：（1）、按掘进巷道的绝对瓦斯涌出量计算： 掘=100q瓦K掘通=1000.92=180m3/min式中：Q掘掘进工作面需要的风量，m3/minq瓦瓦斯平均绝对涌出量，m3/min掘通一般取1.52.0。（2）、按工作面最多人数计算： Q掘=4N=430=120 m3/min；式中：Q掘掘进工作面需要的风量, m3/min； N掘进工作面同时工作的最多人数。（3）、按风速验算：min掘 Q掘 max掘1510.04

13、Q掘 24010.04150.6 Q掘 0.8%，即工作面正常供风条件下，难以维持正常生产。同时煤矿安全规程第145条（一）、一个采煤工作面瓦斯涌出量大于5m3/min，用通风方法解决问题不合理的；（三）、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的必须建立瓦斯抽采系统。因此，该采面采取瓦斯抽采是必要的。2、瓦斯抽采可行性依照我矿丁6-32020采面及丁6-32060采面抽采经验，穿层钻孔抽采浓度一般1535%，单孔可抽采纯瓦斯量为0.51.0m3/min，具有较好的抽采效果，结合该采面顶板岩性及煤层赋存稳定情况，认为采纳穿层钻孔抽采是可行的；同时通过抽采能够降低采空区瓦斯涌出量，消除瓦斯超限给生产带来的威胁

14、，改善工作环境，因此，瓦斯抽采技术是采面综合治理瓦斯的一条合理的有效的途径。3、抽采方案的确定依照我矿丁6煤层采煤工作面瓦斯涌出情况，丁6煤层瓦斯涌出量中有35%以上来自上邻近层，采空区是瓦斯抽采治理的重点。因此，决定在丁-32040采面风巷采纳穿层钻孔抽采采空区瓦斯，在风巷下帮布置迎面斜交钻孔抽采该面采空区瓦斯。在机风巷沿煤层布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯。（三）回采过程中的抽采设计 依照产量及风量的关系，丁6-32040采面配风量1300m3/min，按月生产打算10万吨，回风流中绝对瓦斯涌出量为12.4m3/min，回风流瓦斯浓度将达到1.0%。若要回风流中瓦斯浓度小于0.8%，通风能够解决

15、的瓦斯量为13000.8%=10.4 m3/min，因此，抽采纯瓦斯量必须达到12.4-10.4=2.0m3/min。该采面实行分源抽采，进行迎面斜交穿层孔抽采和本煤层抽采。1、迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采设计（1）迎面斜交穿层钻孔设计依照采面回采后冒落带高度最大高度计算公式（式中M为采高）： H冒=100M/（4.7M+19）=1002.6/（4.72.6+19）=8.3及裂隙带最大高度计算公式：H裂=100M/（1.6M+3.6）=1002.6/（1.62.6+3.6）=33.5计算出冒落带最大高度为8.3m，裂隙带最大高度为33.5m。依照我矿丁6-32020采面迎面斜交穿层钻孔抽采经验，该

16、采面在风巷设计平钻场，距切眼80m设计第1个钻场，向外每40m设计一个钻场，共设计26个钻场，停采线以外10m处为第26#钻场。钻场设计深5m，宽4m，高2.6m，钻场底板与风巷底板平，为防止钻场积水，钻场里西帮一角设计泵窝，泵窝规格：长宽深为10008001000mm。每个钻场内设计5个穿层钻孔，使用SGZ-A型钻机施工，孔径94mm，孔深100m，孔口10m用直径131mm的钻头扩孔，采纳聚胺脂封孔，共设计穿层钻孔130个，孔深13000m，终孔位置设计在顶板冒落带以上、裂隙带之间，距风巷平距50m范围内，15号钻孔距风巷平距分不为15m、23m、31m、39m、47m，距煤层顶板垂距分不

17、为15m、17.5m、20m、22.5m、25m。（穿层钻孔参数见表1）。表1 穿层抽采钻孔参数表孔号孔深（m）方位（度）仰角（度）终孔高度（m）终孔平距（m）11009915152100131017.5233100171220314100211322.539510025142547备注：方位指钻孔施工时巷道中心与钻孔中心的夹角。（2）迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采量依照我矿丁6-32020采面迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采情况，一般每孔可抽采纯瓦斯量0.51.5m3/min，瓦斯抽采浓度平均15%。丁6-32040采面设计联网钻孔5个，可能钻孔可抽采纯瓦斯量为2.57.5m3/min，可抽采纯瓦斯量一般

18、4.0m3/min。（3）迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采管路设计该工作面迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采管路沿丁6-32040风巷丁6-32040风片丁6-32020机绕三水平丁二皮带上山三水平丁二回风斜巷三水平丁二回风上山三水平丁二抽放泵站三水平丁二回风上山。采面管路使用300mm螺旋管，长1450米，主管路长400米（见丁6-32040采面瓦斯抽采系统设计平面图）。（4）迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采泵选型设计 = 1 * GB3 瓦斯抽采管径计算该工作面迎面斜交钻孔按在抽孔5个，每孔抽采纯瓦斯量按0.8m3/min，系统抽采纯瓦斯量为4.0m3/min，瓦斯抽采浓度按15%。则瓦斯抽采管径为： D=0.14

19、57（Q/V）0.5式中：D-瓦斯管内径，m；Q-瓦斯管内流量，取26.7m3/min；V-瓦斯管内流速，一般515m/s，取10m/s；D=0.1457(4.0/0.15/10)0.5=0.24m依照我矿目前瓦斯抽采情况，该工作面选用直径D=300mm螺旋管，满足迎面斜交钻孔抽采要求。 = 2 * GB3 管路阻力计算a、管路摩擦阻力计算H=9.8LQ2/（k0d5）=9.818500.93316022（0.71305）=2516.2(Pa)式中：H阻力损失（Pa）L管路长度（m）Q管路混合瓦斯流量，取1602（m3/h） 混合瓦斯相对密度（取0.933）K系数（d150时，取0.71）d管

20、路内径，取30，（cm）b 、管路总阻力 H总=H摩+H局=2516.2(1+0.15)=2893.6(Pa) = 3 * GB3 瓦斯泵流量计算Q =QcK/(X)=4.01.2(0.150.8)=40.0 m3/min式中：Q瓦斯泵额定流量，m3/min; Qc抽采瓦斯纯量，m3/min; K备用系数，取1.2；X瓦斯泵入口处瓦斯浓度，%；瓦斯泵的机械效率，一般取0.8经计算Q=40.0m3/min = 4 * GB3 负压状态下，瓦斯泵所需流量计算换算成负压状态下（i=35.4%，温度35）Q标=Q测P1T标/(P标T1)Q标标准状态下的抽放瓦斯量，m3/min；Q测测得的抽放瓦斯量，m

21、3/min；P1 测定时管道风气体绝对压力；T标标准绝对温度，（20+273）K；P标标准绝对压力，0.1MPaT1 测定时管道内气体绝对温度，K； T1=t+273=35+273=308t 测定时管道内气体摄氏温度，。Q测=400.1308/(0.07293)=43负压状态下瓦斯抽放泵所需流量为43m3/min = 5 * GB3 抽采泵的压力计算： H=H总+ H钻=2893.6+20000=22893.6Pa=22.9kPa 换算成真空度为i=22.9101.3100%=22.6% = 6 * GB3 迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采泵选型设计依照我矿瓦斯抽采现状，目前，选用原三水平丁二采区泵站

22、两台2BEF4202型水环式真空泵，标称吸气量150m3/min，电机功率200Kw，满足该采面瓦斯抽采要求。2、本煤层瓦斯抽采设计（1）本煤层瓦斯抽采钻孔设计该采面在机风巷设计本煤层抽采钻孔，距切眼50m开始设计第1个钻孔，以后每3m布置一个钻孔，方位垂直于巷道，机巷施工角度+4.5的上行钻孔，风巷施工角度-4.5的下行钻孔，孔径89mm，孔深机巷60m，风巷50m，使用MK-4型钻机施工，孔口5m采纳聚胺脂封孔，机风巷各设计本煤层瓦斯抽采钻孔330个，共设计本煤层瓦斯抽采钻孔660个，机巷孔长19800 m，风巷孔长16500 m，总孔长36300m。设计本煤层在抽孔450个，联网孔长24

23、750 m。（2）本煤层钻孔瓦斯抽采量我矿本煤层抽采钻孔百米瓦斯抽采量一般0.0050.008m3/minhm，该工作面百米瓦斯抽采量按0.006 m3/min hm计算，瓦斯抽采浓度平均10%。设计本煤层在抽孔450个，联网孔长24750 m。则本煤层瓦斯抽采量为0.00624750/100=1.5 m3/min。（3）本煤层钻孔抽采管路设计采面本煤层瓦斯抽采管路：风巷沿丁6-32040风巷丁6-32040风片（原丁6-32020机片）丁6-32020风绕三水平丁二皮带上山三水平丁二回风上山丁二抽放泵站丁二回风上山。机巷沿丁6-32040机巷丁6-32040机巷专回三水平丁二回风上山丁二抽放

24、泵站丁二回风上山。（4）本煤层瓦斯抽采泵选型设计 = 1 * GB3 瓦斯抽采管径设计该工作面本煤层瓦斯抽采在抽孔设计450个，联网孔长24750m。百米瓦斯抽采量按0.006 m3/min hm计算，瓦斯抽采浓度10%。瓦斯抽采量为1.5 m3/min。则瓦斯抽采管径为： D=0.1457（Q/V）0.5式中：D-瓦斯管内径，m；Q-瓦斯管内流量，m3/min；V-瓦斯管内流速，一般515m/s，取10m/s；D=0.1457(1.5/0.1/10)0.5=0.18m依照我矿目前瓦斯抽采情况，该工作面选用直径D=200mm薄壁瓦斯抽采管，满足本煤层钻孔瓦斯抽采要求。 = 2 * GB3 管路

25、阻力计算a、管路摩擦阻力计算H=9.8LQ2/（k0d5）=9.817000.93316002（0.71205）=17514(Pa)式中：H阻力损失（Pa）L管路长度，1300+400=1700（m）Q管路混合瓦斯流量，1600（m3/h） 混合瓦斯相对密度（取0.91）K系数（d150时，取0.71）d管路内径，20（cm）b 、管路总阻力 H总=H摩+H局=17082(1+0.15)=19644(Pa) = 3 * GB3 瓦斯泵流量计算Q =QcK/(X)=1.51.2(0.10.8)=22.5 m3/min式中：Q瓦斯泵额定流量，m3/min; Qc抽采瓦斯纯量，1.5m3/min;

26、K备用系数，取1.2；X瓦斯泵入口处瓦斯浓度，%；瓦斯泵的机械效率，一般取0.8经计算Q=22.5m3/min = 4 * GB3 抽采泵的压力计算： H=H总+ H钻=17514+10000=27514Pa=27.5kPa 换算成真空度为i=27.5101.3100%=27.1% = 5 * GB3 本煤层抽采钻孔瓦斯抽采泵选型设计依照我矿瓦斯抽采现状，目前，我矿原三水平丁二采区泵站有两台2BEF4202型水环式真空泵，标称吸气量150m3/min，电机功率200Kw，供该采面迎面斜交穿层钻孔抽采，矿打算在该泵站安装两台2BEF4202型水环式真空泵，该型泵满足本煤层瓦斯抽采要求。3、工作面

27、瓦斯抽采量依照以上计算，该工作面采纳分源抽放技术，工作面迎面斜交穿层钻孔可抽瓦斯量为4.0 m3/min，本煤层钻孔可抽瓦斯量为1.5m3/min，总计可抽瓦斯量为4.0+1.5=5.5 m3/min2.0 m3/min。（四）抽采效果分析该采面设计采纳本煤层与迎面斜交穿层钻孔分源抽放技术，依照设计，结合我矿抽采情况，本煤层抽采系统浓度10%，可抽瓦斯纯量1.5 m3/min，迎面斜交穿层钻孔瓦斯抽采浓度15%，可抽瓦斯纯量4.0 m3/min，合计可抽瓦斯纯量5.5 m3/min，依照设计瓦斯抽采量计算，该采面可抽出瓦斯总量=5.56022309=196.0万立方米，采面瓦斯储量为639万立

28、方米，则采面瓦斯抽采率为196/639=30.7%。满足采面安全生产的需要。满足煤矿安全规程要求。 （五）瓦斯抽采峒室设计依照采区开拓巷道布置情况，考虑到运输、安装和瓦斯抽采系统管网布局，抽采峒室利用原三水平丁二抽采泵站，瓦斯管路出入口均设在三水平丁二回风上山，硐室入口设在三水平丁二辅助石门一侧。1、供水 瓦斯抽采泵采纳开式循环供水系统，运行时所需最大供水量为12.8m3/h，设计用水量为15m3/h。由采区供水系统供给，并在抽采泵供水前端安设软化水处理装置，供水管直径为50mm。2、排水由瓦斯泵排出的水，流入峒室排水沟，通过三水平丁二辅助石门水沟流入-517水仓，最后排出地面。3、通风 抽采峒室通风由三水平丁二辅助石门进风，在三水平丁二泵站里侧建挡风墙设置调节风窗，以调节峒室的通风量。抽采站峒室供风量不小于80m3/min。4、供电瓦斯抽采泵采纳专用线路供电，电压660V。电源由三水平丁二变电所引至泵房。5、通讯为及时汇报和了解瓦斯抽采情况，由采区通讯网引入通讯线，在抽采峒室内安装一部直通调度室电话。并设专人值班，每小时检查记录一