202工作面抽采达标工艺方案设计.doc

1、山西和顺天池能源有限责任公司202工作面抽采达标工艺方案设计 编 制 人：张培齐编制单位：通防部 2012年2月5日安全技术方案签批意见书措 施 名 称 ：202工作面抽采达标工艺设计方案签批人员签字： 通 防 部 ： 年 月 日地 测 部 ： 年 月 日机 电 部 ： 年 月 日技 术 部 ： 年 月 日安 监 处 ： 年 月 日 采 煤 副 总 ： 年 月 日通 防 副 总 ： 年 月 日 总 工 程 师 ： 年 月 日签批意见：一、202工作面概况1、工作面位置工作面位置及周边关系见表1。表1 工作面位置及周边关系表煤层名称15#煤开采水平+1150m水平埋深（m）329465397工作

2、面编号202工作面地面标高（m）+1455+1673+1564井下标高（m）+1100+1160+1130走向长（m）1219m煤厚（m）3.78m面长（m）202m地面位置本工作面位于天池矿风井西部，天池寺东北。四周采掘情况本工作面南东为201工作面（已回采完毕），南西为天池寺保护煤柱（靠近矿井边界保护煤柱），北西为203工作面（设计），北东为二采区回风下山。对地面的影响本工作面地面为丘陵山地，无地面设施影响。2、煤层赋存特征15#煤，性脆，易碎，以亮煤、镜煤为主，其次为暗煤，丝炭少量。含有黄铁矿晶粒，结构简单，具条带状结构，层状构造；工作面内煤层产状变化不大；工作面内存在2个较大范围薄煤区

3、，面积分别为101292m、9852m2。薄煤区内煤层走向极不稳定，煤层缺失、薄厚变化无规律，对回采有较大影响。15煤正常煤层普氏硬度系数f=24.15，煤中局部含有软分层，普氏硬度系数f=0.171。煤层倾角：110，平均为5.5。3、 地质构造 202工作面地质构造见表2。表2 工作面煤层顶底板条件顶、底板名 称岩 石名 称厚 度（m）岩性特征老 顶K2石灰岩4.106.465.0深灰色，裂隙发育并被方解石脉充填，略含砂质，较硬，f=15。直接顶中细粒砂岩或泥岩3.106.394.75中砂岩，灰白色，主要成份为石英、长石，分选磨圆较好，钙质胶结，f=69；局部相变为泥岩。伪 顶不发育。直接

4、底铝质泥岩或中砂岩3.204.854.17铝质泥岩，灰黑色，结构破碎，含植物化石，较软，遇水膨胀，硬度f=34。局部相变为中砂岩,硬度f=69。老 底砂质泥岩0.502.752.55灰-灰黑色,水平层理,贝壳状断口，硬度f=56。4、巷道布置即工作面采用“U” 型通风方式，主要有三条巷道，即工作面进风顺槽、回风顺槽和高抽巷，如表3所示。表3 巷道断面形状、几何参数巷道名称进、回风断面形状净宽（m）净高（m）净断面(m2)备注202进风顺槽进风矩形4.53.013.5煤巷，沿15煤层顶板掘进202回风顺槽回风矩形4.53.013.5煤巷，沿15煤层顶板掘进202高 抽 巷回风矩形2.52.46岩

5、巷，沿14煤层顶板K2灰岩掘进切 眼回风矩形7.02.819.6煤巷5、 瓦斯来源及涌出特点 202工作面瓦斯主要来至15#煤层赋存瓦斯，在井巷开拓阶段煤壁瓦斯涌出量较大，在钻孔施工过程中有喷空等现象。二、202工作面瓦斯参数及瓦斯涌出量预测1、煤层瓦斯涌出量预测方法一般，工作面相对瓦斯涌出量（）为： （1）式中：、本煤层、邻近煤层相对瓦斯涌出量，m3/t。 （2）式中：围岩瓦斯涌出系数； 工作面残煤瓦斯涌出系数，取值=1/工作面回采率； k3掘进工作面预排瓦斯影响系数， 取值k3=（L2h）/L，式中为工作面长度，h为掘进巷道预排等值宽度；不同通风方式的瓦斯涌出系数，U型通风取值为1.0，偏

6、Y型通风取值为1.11.2；Y型通风取值为1.31.5；本煤层抽采瓦斯影响系数，一般顺层孔抽采取值1.051.1，老塘埋管取值1.21.3，顶板或穿层钻孔取值1.21.3，巷道抽采取值1.21.4，综合抽采取值1.31.5。 （3）式中：邻近煤层抽采瓦斯影响系数，取值=1.01.4；第邻近煤层的瓦斯排放率，（%）；第邻近煤层的煤层厚度（m）；第邻近煤层的原始、运到地面后残存瓦斯含量（m3/t）。2、瓦斯涌出量预测结果（1）开采煤层瓦斯涌出量预测根据201工作面进风顺槽探煤图预计，202工作面切眼到600m范围内，平均煤厚为2.7m；600m1000m平均煤厚为3.3m；1000m到停采线平均煤

7、厚为5.5m。202工作面实测煤层瓦斯含量平均12.98222m3/t（见表4）。表4 煤层瓦斯含量实测表测定时间损失瓦斯量（m3/t）粉碎前常压解吸瓦斯量（m3/t）粉碎解吸瓦斯量（m3/t）可解吸瓦斯量（m3/t）残存瓦斯量（m3/t）瓦斯含量（m3/t）2011.1.62.62024.04455.150611.81533.385515.20082011.1.161.43372.62555.62449.68363.385513.06912011.1.290.12860.62785.78036.53673.38559.92222011.2.081.58593.07543.74868.4099

8、3.385511.79542011.2.251.70112.01306.704810.41893.385513.80442011.3.051.54063.53945.635910.71593.385514.1014平 均1.5016832.6542675.4407679.5967173.385512.98222根据202综放面实际条件，可得式（2）中各参数值，将各值代入式（2），可得综放面开采煤层预抽后相对瓦斯涌出量如表5所示，则不同预抽率下的本煤层瓦斯涌出量如表6所示。表5 本煤层瓦斯涌出相对量计算表范围（m）（m）（m3/t）全部垮落法依据取值依据取值依据取值依据取值切眼600m1.3回采

9、率95%1.05巷道预排等值宽度10.5m0.896U型通风1综合抽采1.52.72.712.98222600m1000m1.3回采率85%1.18巷道预排等值宽度12m0.8813.33.312.982221000m停采线1.3回采率80%1.25巷道预排等值宽度13m0.8715.55.512.98222表6 不同预抽率下本煤层瓦斯相对涌出量范围不同预抽率瓦斯相对涌出量（m3/t）10%20%30%40%50%切眼600m15.2212.8410.468.085.70600m1000m16.8214.1911.568.936.301000m停采线17.6214.8612.119.356.5

10、9（2）邻近煤层瓦斯涌出量预测由于天池公司邻近瓦斯赋存参数不清，根据实际本煤层、初次来压和周期来压采空区瓦斯涌出数据分析，可知15#煤开采时邻近层瓦斯占该煤层未预抽下瓦斯涌出总量（包括采空区遗煤瓦斯涌出量）的22%。（3）预测结果天池煤矿202工作面根据瓦斯含量法预测瓦斯涌出量，考虑工作面瓦斯涌出不均衡系数为1.3，则结果见表7。表7 202工作面瓦斯涌出量预测结果日产量（t）范围不同预抽率下瓦斯绝对涌出量m3/min（考虑不均衡系数）10%20%30%40%50%3000切眼600m42.0654.6737.148.2332.1441.7827.1835.3322.2228.88600m10

11、00m46.4760.4140.9953.2935.5146.1630.0339.0424.5431.911000m停采线48.6863.2842.9355.8137.1948.3531.4540.8825.7133.423500切眼600m49.0763.7943.2956.2737.548.7531.7141.2225.9233.7600m1000m54.2270.4847.8362.1741.4353.8635.0345.5428.6437.231000m停采线56.7973.8350.0965.1143.3956.436.6947.729.9938.994000切眼600m56.077

12、2.949.4764.3142.8555.7136.2447.1129.6238.51600m1000m61.9680.5554.6671.0547.3561.5540.0452.0532.7342.541000m停采线64.984.3757.2474.4249.5964.4641.9354.5134.2744.564500切眼到600m63.0882.0155.6572.3548.2162.6740.775333.3343.32600m1000m69.7190.6261.4979.9453.2769.2545.0458.5536.8247.861000m停采线73.0294.9264.483

13、.7255.7972.5247.1761.3238.5650.135000切眼600m70.0991.1261.8480.3953.5769.6445.358.8937.0348.14600m1000m77.45100.6968.3288.8259.1876.9450.0565.0640.9153.181000m停采线81.13105.4771.5593.0261.9880.5852.4168.1442.8455.75500切眼600m77.1100.2368.0288.4358.9376.649.8364.7840.7352.95600m1000m85.2110.7575.1597.765.

14、184.6355.0571.574558.51000m停采线89.24116.0278.71102.3268.1888.6457.6574.9547.1361.27三、202工作面抽采目标1、 抽采范围和钻孔布孔均匀程度目标 202工作面抽采范围目标：整个202工作面区域内15#煤层。 202工作面钻孔布孔均匀程度目标：根据河南理工大学提供天池公司15#煤层瓦斯基础参数测试及分析报告，天池公司15#煤层抽放钻孔的有效半径为3m。由此可知202工作面的钻孔间距必须小于6m。2、 瓦斯含量及瓦斯压力目标 根据瓦斯抽采达标暂行规定要求，由于202工作面预计日产量在3000t且具有突出危险，所以各项数

15、据应达到以下目标，见表8。表8 瓦斯含量及压力目标参数可解析瓦斯含量（m3/t）煤层瓦斯压力（MPa）煤层瓦斯含量（m3/t）目标值60.7483、 抽采率、风速、瓦斯浓度目标202工作面绝对瓦斯涌出量在2040m3/min之间，故工作面瓦斯抽采率必须不小于40%。工作面同时满足风速不超过4m/s，回风流瓦斯浓度低于1%。四、202工作面抽采达标工艺方案根据202工作面地质、瓦斯和抽放目标等情况特制订下述方案。1、抽采达标工程（1）井巷工程由于202工作面为突出煤层，瓦斯含量较高，为防止上隅角及采空区内瓦斯积聚，因此掘进202高抽巷，顶板瓦斯走向高抽巷布置于13#与15#煤间，与回风巷之间的平

16、距约30m左右，与煤层顶板间距约30m，断面为半圆拱形，净宽净高=2.42.4m。（2）钻孔工程A、工作面顺层钻孔a、钻孔布置方式 202工作面从两顺槽（202进风顺槽、202回风顺槽）施工对向瓦斯抽放钻孔，孔间距2m，孔径90mm，孔深105110m，沿煤层倾角施工，如图1所示。所有顺层区域预抽钻孔均保证预抽时间不少于6个月。图1 预抽钻孔布置图b、钻孔布置参数钻孔直径：90mm。钻孔间距：2m，其中切眼15m到停采线间距为2m。开孔位置：距巷道底板1.3m。终孔位置：进风顺槽终孔点位于煤层中部偏下0.10.3m，回风顺槽终孔点位于煤层中部偏上0.10.3m。钻孔夹角：与回风顺槽夹角90。钻

17、孔倾角：顺煤层布置。钻孔长度：110m。B、切眼顺层钻孔 a、钻孔布置方式 202工作面切眼向工作面推进方向施工瓦斯抽放钻孔，孔间距3m，孔径90mm，孔深105110m，沿煤层倾角施工，如图2所示。图2切眼预抽钻孔图b、钻孔布置参数钻孔直径：90mm。钻孔间距：3m，其中切眼两端各留15m。开孔位置：距巷道底板1.3m。钻孔夹角：与工作面槽夹角90。钻孔倾角：顺煤层布置。钻孔长度：110m。C、工作面浅孔抽采瓦斯技术在与进、回风相距15m处工作面内布置瓦斯抽放钻孔，钻孔采用以乳化液泵站为动力源，全液压操作的ZDY120S液压钻机进行施工。孔径90mm，钻孔长度不小于20m，呈单排或三花眼布置

18、，终孔位置在煤层中部偏下0.3m，与工作面夹角90，倾角2左右，钻孔间距切眼15m到600m间距为3m，600m1000m间距为4m，1000m停采线间距为3m，钻孔施工完成后及时使用快速封孔器封孔，并连入高负压抽采系统进行抽采，如图3（a）所示。如果工作面割煤时，临时取下抽放钻孔内的封孔器，割煤完成后，迅速将封孔器插入继续进行抽放，中、夜班不生产期间也进行抽放，保证抽放时间24个小时，确保尽可能延长瓦斯抽放时间。工作面沿支架敷设一趟110mmPE软管，每3m加设一个三通，每个接口用50mm软胶管连接一个封孔器，对应插入煤壁前方超前钻孔内，形成工作面抽采系统，并在工作面抽采管与风巷抽采管连接附

19、近设置流量、浓度等计量装置，如图3（b）所示。（a）（b）图3 工作面抽放钻孔示意图（3）抽采钻场A、高位钻孔抽采瓦斯技术a、布置方式在回风顺槽布置高位钻孔，其布置方式见图4，计算示意图见图5，计算公式参见式（4）式（6）。图4 高位钻孔抽采瓦斯布置平、剖面示意图图5 高位钻孔抽采瓦斯布置计算示意图 （4） （5） （6）b、钻场布置参数钻场尺寸：4.5m4m3m（深宽高）；钻场间距：50m，第1个钻场距切眼100m。后期可调整成三角形钻场，尺寸待试验后再定。c、钻孔布置参数钻孔直径：开孔118mm（长度不小于7m），终孔90mm。开孔位置：上下两排布置，上排孔距钻场底板1.7m，下排孔距钻场

20、底板1.3，钻孔间距0.5m。钻孔个数：钻场内布置6个，上排3个，下排3个（暂定）。钻孔倾角及长度：钻孔倾角及长度决定了钻孔终孔点的位置，高位钻孔终孔点应位于冒落带之上，位于裂隙带之中（高位钻孔参数如表9所示），冒落带按采高的45倍，平均4.4倍计算。表9 高位钻孔布置参数（暂定）范围钻孔编号钻孔开孔点钻孔参数终孔点距风巷距离/m距钻场底板距离/m与风巷夹角/()倾角/()孔长/m距开孔点平距/m距煤层顶板高度/m与风巷平距/m切眼600m（采高在2.7m左右）121.33.78.080.98010622.51.66.28.981.5801210331.38.89.582.180131443.

21、51.611.39.782.7801418541.313.710.383.780152264.51.616.110.484.6801626600m1000m（采高在3.3m左右）121.33.910.181.48013622.51.66.612.382.4801710331.39.112.983.180181443.51.611.613.083.8801918541.314.013.684.880202264.51.616.413.685.88021261000m停采线（采高在5.5m左右）121.34.011.581.88015622.51.66.915.083.4802110331.39.

22、718.185.480261443.51.612.118.286.1802718541.314.618.687.280282264.51.616.918.688.2802926d、钻孔封孔、联孔钻孔封孔工艺同采前预抽钻孔，采用聚氨酯封孔，封孔深度不小于5m，套管直径为90mm，套管末端密封段钻三花孔洞，长度为2m，孔洞距离100 mm，孔径1020 mm。钻场口设一汇总管，汇总管用200mm无缝钢管焊制，每个汇总管焊5个90mm梳形管，梳形管安装控制蝶阀，用90mm吸水胶管将钻孔插管与梳形管相连，胶管连接处用铁丝扎紧。钻孔封孔后，每一个钻孔与支管的连接处设置孔板、测压嘴及阀门，钻场汇总管与孔板

23、连接后，再连接在抽采管路上进行抽采，钻孔与支管的连接见图7。图6 高位钻孔联孔示意图（4）管网工程A、上隅角插管抽放上隅角瓦斯抽放的原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或微风）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。为节约成本，回收管路，工作面不设抽放支管，在靠近上隅角段管路可采用6m长的铠装软管与主抽采管路连接，将铠装软管插入上隅角，吊挂在顶板上。吸气口用过滤网包住，防止吸入管道内煤渣。为保证风筒吸入口处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高），铠装软管可与木棒绑在一起，用铁丝吊挂在支架上，

24、为提高抽采浓度，上隅角处应采用挡风帘或挡风墙，提高抽采效果。随着工作面的推进，移动铠装软管，拆下前端一段主管路，如此反复（见图7）。上隅角插管瓦斯负压区在什么地方最合适，顶板岩性、顶板的冒落程度等对负压区的选择都将有较大影响，为确保抽放点的合适位置（使吸入口瓦斯浓度较高），在抽放管路负压始端的接一个带48个分支的一段管路，分支出几个支管，支管出口接1寸或2寸胶皮软管，软管插入上隅角后呈发散排列，可提高抽放效果，如图8所示。抽放管可选用井下用聚乙烯瓦斯抽放管(PE-KW)D40023.7mm。图7 上隅角插管抽采瓦斯示意图图8 上隅角分支插管抽放瓦斯示意图（5）监测计量及放水除渣工程 202工作

25、面切眼两端头必须安装90mm孔板流量计，202进风顺槽、202回风顺槽入口必须安装225mm孔板流量计。 202工作面内所有低洼点必须安装除渣放水器。2、工程量 见表10.表10 各技术方案工程量备注平行钻孔高位钻孔浅孔抽放（每循环）上隅角插管长度(m)高抽巷长度(m)切眼平行钻孔数量（个）进尺(m)钻场数（个）钻孔数（个）进尺(m)钻孔数（个进尺(m)切眼600m600600001166545258174013001300600m1000m400400008484011448801000m停采线500500006363073581740小计1500150000251501253660003、施工设备和器材主要施工设备和器材见表11。表11 主要施工设备和器材表使用工程名称型号数量顺层平行钻孔钻机ZY-12504台ZDY4000L2台浅孔抽放钻孔钻机ZDY-120S4