11610回采工作面瓦斯抽采安全技术措施.docx

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11610回采工作面瓦斯抽采安全技术措施

11610回采工作面瓦斯抽放设计及施工

安

全

技

术

措

施

编制：

张细根

2014年3月5日

11610回采工作面瓦斯抽放设计及施工安全技术措施

为确保工作面回采期间的安全，合理预抽和排放瓦斯，根据我矿现开采状况，依据《安全专篇》要求及矿井瓦斯抽放设计规范，特编制11610回采工作面瓦斯抽放设计及施工安全技术措施。

第一章工作面地质概况

一、11610回采工作面地质概况

（一）、工作面概况

11610回采工作面位于矿井北翼，工作面东是608采空区，北是矿界，南是主、副斜井，西是实体煤层。

工作面走向长度620米，切眼长度110m，煤层平均厚度2.0m。

（二）、地质及水文情况

该掘进工作面所采的16#煤平均厚度2米；区内煤层稳定，结构较简单，部分地段含一层黑色泥岩夹矸层，夹矸层厚0.1-0.3米，煤层倾角0-13°，平均7°。

工作面煤层直接顶为深灰色砂质泥岩，厚度约4.6米；老顶以细至粉砂岩为主，厚度为9.34米，其特征为灰黑色泥岩，性脆局部含沙，节理裂隙发育未充填，半坚硬；直接底为灰黑色砂质泥岩、局部含砂，上部具菱铁质结核，大小不等，半坚硬及坚硬，含植物化石；老底为砂岩，厚度约9.2米，浅灰色细粒砂岩，中厚层状，水平层理，层面含云母碎屑及有机质，坚硬，分选中等，具裂隙未充填。

矿区中部有条流量小的冲沟水外，无大的地表水。

本工作面在掘进期间已揭露两条正断层既F4、F5断层，断层走向均是55度-65度，倾角在，落差在2-10m。

（三）、通风系统情况：

矿井采取抽出式通风方式，中央并列式通风系统，即以主、副平硐进风，回风斜井回风。

主、备通风机型号：

FBCDZ.54№16轴流通风机，风量为1690—3760m3∕min，风压：

1020—2650Pa，电机型号：

YBFe315-6，额定功率：

2×132KW。

11610回采工作面新鲜风流由主、副井进入采面运输巷至工作面，回风由11610回采工作面回风巷回到北翼回风上山然后进入总回到地面，即工作面是“U”全负压通风。

（四）、瓦斯来源：

1、11610回采工作面回采期间的瓦斯来源：

11610回采工作面在掘进过程中，工作面瓦斯来源包括巷道煤壁瓦斯涌出和掘进落煤中的瓦斯涌出两部分。

根据邻近的11610回风巷、运输巷掘进期间瓦斯涌出量预计，工作面掘进期间瓦斯涌出量可达4.15m3/min，所以按照《煤矿安全规程》规定，必须进行瓦斯抽放。

2、工作面回采期间瓦斯来源包括本煤层、围岩和邻近层：

（1）、本煤层瓦斯涌出：

我矿所采龙潭组（P3l）煤层，煤体硬，透气性较好，不利瓦斯储存。

本煤层瓦斯涌出量约占工作面总涌出量的40%左右，是主要瓦斯涌出之一，根据治理瓦斯的分源治理原则，需进行瓦斯抽采工作。

（2）、围岩瓦斯涌出：

因我矿煤层顶底板多为砂质泥岩，孔隙、裂隙相当发育，成煤时期储存较多，在回采过程中，随着老顶周期来压，其中瓦斯一部分升至裂隙带，一部分随采空区漏风带到工作面及回风巷，直接影响工作面和上隅角瓦斯浓度，约占总涌出量的60%，为主要瓦斯涌出量。

（3）、邻近层瓦斯涌出：

下邻近煤层M27煤离本开采层距离（约27余米），对本开采层瓦斯涌出影响不大，上邻近M6煤层距本煤层127m，层间距较大对本开采层瓦斯涌出无影响。

因此，邻近层瓦斯涌出对工作面无太大影响，一并计入采空区瓦斯涌出量中。

（五）、瓦斯抽采的可行性和必要性。

1、苍海煤矿实测瓦斯可抽性指标：

百米钻孔瓦斯流量衰减系数a=0.0142d-1

煤层透气性系数λ=0.8043m2/Mpa2d

百米钻孔极限自然瓦斯流量Q=1690.93m3

苍海煤矿所开采的M16煤层从钻孔瓦斯流量衰减系数和煤层透气性系数来判断属于可抽煤层，从百米钻孔极限自然瓦斯流量判断又属于较难抽采煤层，根据矿井生产过程中的实际情况判定，苍海煤矿所开采的M16煤层属于可以抽采煤层，具有本煤层抽采的条件。

2、根据重庆煤科院对我矿瓦斯危险程度预测，本矿井内M16煤层大部分地区位于瓦斯带内，瓦斯含量具有随煤层埋藏深度增加而增加的趋势。

根据回采工作面、掘进工作面瓦斯涌出量预测结果，本矿井前期开采煤层具备瓦斯抽放条件。

3、根据现总公司的要求，本着“抽采为主，风排与管理并重”的综合治理原则，第一步搞好边采（掘）边抽，解决瓦斯异常涌出和超限，第二步开展区域预抽，实现高瓦斯矿井低瓦斯状态下开采。

第二章11610回采工作面抽采设计

一、抽放队机构设置及职责

1、机构设置

矿井设立抽放瓦斯队，专门负责矿井的钻孔施工、管路连接、抽放密闭施工、泵站运行观测及其它抽放瓦斯日常工作。

2、人员配备

根据抽放瓦斯队所担负的井上、下工作和工作性质，抽放瓦斯队配备人员20人。

见表

人员配备表单位：

人

序

号

工种名称

出勤人数

备注

一班

二班

三班

备用

合计

1

队长

2

肖桂生、邓长青

2

技术员

1

邱秀勇

3

钻探工

4

4

2

10

10人组，相互协调对工程负责

4

封孔及管路安装工

2

2

2

6

6人组，相互协调对工程负责

5

电工

1

1

2

吴龙兵负责

6

井下观测工

（巡检员）

1

1

2

瓦斯巡检及管路的放水、检漏

7

泵站值班人员

1

1

1

1

4

刘孝高

合计

27

3、工作职责及制度

1）、队长：

负责全队的统筹协调及领导，对矿长及矿总工程师负责。

2）、技术员：

负责“六人组”的技术指导工作，掌握和修正施钻参数，并填写《瓦斯抽放工程和钻孔施工记录表》，负责质量验收及立档工作，遵循《工程质量验收制度》。

3）、钻探工及封钻（及管路安装）工：

小组人员相互协调、互为助手，完成施钻、封孔及管路安装。

选其中组织能力强者为组长，对工程质量负责。

钻探工及封钻（及管路安装）工必须遵守施钻管理中的各项规定。

4）、电工：

负责全队所辖范围内所有电器的日常维护。

5）、管路维护工：

负责井上下的管路系统及安全设施的日常维护。

如：

放水、检漏、循环水池水位观察，水封防爆器的水位观察等。

6）、井下观测工（巡检员）：

负责井下所有瓦斯抽放点的数据采集，登录；此外，负责全队井下工作场所的瓦斯检测工作。

7）、泵站值班人员：

负责抽放泵内所有设备的运行监控及操作，填写《抽放瓦斯泵房值班记录》。

二、施钻设备

本工作面配备ZDY-75型钻机二台，钻径为Φ75mm，钻杆长100m电机功率7.5KW，ZY-1250型钻机二台,钻杆长100m，电机功率22KW打钻施工供水利用井下防尘洒水管路，静压水头直接供水。

三、瓦斯抽采方法

11610回采工作面形成之前采取掘进期间布置顺层钻孔进行抽放（采前预抽），既本煤层瓦斯抽放钻孔施工与机巷、回风巷掘进同步进行，本煤层孔与掘进迎头保持20米的距离。

1、11610机巷掘进期间本煤层瓦斯抽采设计

机巷掘进工作面掘进了50米时，随后沿煤层倾向向上每隔3-4米施工一个本煤层瓦斯抽放钻孔，单孔深65米，开孔方位基本与掘进巷道垂直，开孔倾角与煤层倾角基本一致。

封孔深度8米，单孔负压13kp以上。

现将11610运输巷内本煤层瓦斯抽放钻孔参数列表如下，在施工过程中可根据工作面实际情况对钻孔参数进行调整：

钻孔

编号

方位角

（°）

倾角

（°）

钻孔间距

（m）

孔高

（m）

孔深

（m）

1#-14#

90

6

距巷道开口50米间距3-4米

1.0

65

15#-17#

90

6

3-4

1.0

65

18#-27#

90

6

3-4

1.0

65

28#-33#

90

9

3-4

1.0

65

34#-48#

90

9

3-4

1.0

65

49#-60#

90

9

3-4

1.0

65

61#-68#

90

8

3-4

1.0

65

69#-79#

105

7

3-4

1.0

65

80#-96#

105

7

3-4

1.0

65

97#-103

105

13

3-4

1.0

65

104#-113#

105

15

3-4

1.0

65

114#-124#

105

16

3-4

1.0

65

124#-152#

105

15

3-4

1.0

65

153#-164#

105

20

3-4

1.0

65

165#-185

106

18

3-4

1.0

65

2、11610回风巷掘进期间本煤层瓦斯抽采设计

回风巷掘进工作面掘进了50米，随后沿煤层倾向向下每隔3-4米施工一个本煤层瓦斯抽放孔，单孔深55米，开孔方位基本与掘进巷道垂直，开孔倾角与煤层倾角基本一致。

现将11610回风巷内本煤层瓦斯抽放钻孔参数列表如下，在施工过程中可根据工作面实际情况对钻孔参数进行调整：

钻孔

编号

方位角

（°）

倾角

（°）

钻孔间距

（m）

孔高

（m）

孔深

（m）

1#-8#

270

-6

距巷道开口50米间距3-4米

1.0

55

9#-23#

270

-8

3-4

1.0

55

24#-42#

285

-9

3-4

1.0

55

43#-49#

286

-12

3-4

1.0

55

50#-57#

284

-14

3-4

1.0

55

58#-67#

284

-12

3-4

1.0

55

68#-76#

285

-10

3-4

1.0

55

77#-83#

284

-13

3-4

1.0

55

84#-98#

270

-7

3-4

1.0

55

99#-118#

285

-15

3-4

1.0

55

119-128#

286

-17

3-4

1.0

55

129#-136

283

-16

3-4

1.0

55

137#-140

286

-14

3-4

1.0

55

141#-160

285

-16

3-4

1.0

55

161-175#

287

-20

3-4

1.0

55

176-195#

286

-18

3-4

1.0

55

11610采面形成后本煤层瓦斯抽放钻孔平面布置示意图

3、回采期间工作面落山角埋管空区瓦斯抽采

由于我矿11160回采工作面上隅角瓦斯量较高，设计布置一趟Ф400瓦斯抽放管抽采上隅角瓦斯。

如图：

11610回采工作面落山角半封闭采空区瓦斯抽采示意图

4、全封闭采空区插管抽采

当11610回采工作面回采结束后，为防止采空区向外涌出瓦斯，构筑回风巷密闭墙时，向采空区密闭墙内插入Ф210瓦斯抽放管，进行瓦斯抽采。

如图：

11610回采工作面全封闭采空区瓦斯抽采示意图

三、钻孔施工进度计划及有效抽放时间

11610回采工作面钻孔施工进度计划及有效抽放时间表

施工地点

开钻时间

俊工时间

有效抽采时间

11610运输巷

2012年12月

2014年3月

至工作面回采结束

11610回风巷

2012年12月

2013年10月

至工作面回采结束

四、钻孔施工工艺：

1、第一次开钻：

采用Φ96mmPDC钻头钻至10米，退钻换Φ153mmPDC扩孔钻头扩至5米退钻，下入5米长的Φ133mm护孔管，用聚氨酯固定。

2、第二次开钻：

采用Φ96mmPDC钻头+孔底马达+下无磁钻杆+随钻测量仪器+上无磁钻杆+Φ73mm通缆钻杆钻具组合，开始正常定向钻进。

3、正常定向钻进时，每施工6米对孔底进行一次参数测定，根据测定的参数和已掌握的现场实际地质情况，调整钻进方向，力求钻孔按照设计轨迹和要求钻进。

五、管路敷设

11610回风巷高负压抽采管路敷设为：

地面抽采泵→风井→南翼回风上山→二石门绕道→11610回风巷→11610工作面切眼10处。

管路安置在巷道下帮。

11610回风巷低负压抽采管路敷设为：

地面抽采泵→风井→南翼回风上山→11610回风巷→11610工作面落山角里3米处。

管路安装在巷道上帮。

11610运输巷高负压抽采管路敷设为：

地面抽采泵→风井→南翼回风上山→11610运输巷→11610工作面切眼10处。

管路安装在巷道上帮。

11610回采工作面瓦斯抽放管路选用：

高、低负压主管路都是DN450无缝PV管。

高负压支管DN210，低负压支管DN400；运输巷高负压管路安装在上帮，每隔3米下面摆放一个加工好的架子，所管路离地不少于300mm，回风巷高负压管路安装在下帮，每隔3米下面摆放一个加工好的架子，所管路离地不少于300mm，低负压管路安装在上帮，同样用加工好的大架子把管路垫高，离地不少于400mm,高负压管路用法兰盘连接，连接时应尽量密封好，以防漏气，影响抽放效果，管路铺设至每个钻场时，应留设三通，各个钻孔用1寸PV管封孔后通过三通与主管路连接。

高、地负压管路每低洼处都必须安置一个放水器。

六、抽采负压计算

1、11610回风巷本煤层钻孔抽采负压计算（掘进期间）

（1）、主管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5Pa

H摩=管路的摩擦阻力Pa

Δ—混合瓦斯对空气的密度比；Δ=1－0.446C/100

C—管路内瓦斯浓度值；取40％（估计值）

k—系数，根据管径由表查出

d—管路直径（内径）；

L—管路的总长度；

Q—某段管路混合瓦斯流量；

抽采主管路流量为10200m3/h。

H摩=9.81×800×0.822×102002/0.71×805=0.29KPa

H局=20％×H摩=20％×0.29=0.058KPa

H总=H摩＋H局=0.35KPa

（2）、回风巷支管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5Pa

估计支管路流量为2295m3/h。

H摩=9.81×2350×0.822×22952/0.71×305=5.79KPa

H局=20％×H摩=20％×5.79=1.16KPa

H总=H摩＋H局=6.95KPa

（3）、抽采负压计算：

根据苍海煤矿抽采系统运行负压为58.6KPa

钻孔抽采负压=58.6-0.35-6.95=51.3KPa

2、11610采空区抽采负压计算（回采期间）

（1）、主管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5Pa

H摩=管路的摩擦阻力Pa

Δ—混合瓦斯对空气的密度比；Δ=1－0.446C/100

C—管路内瓦斯浓度值；取40％（估计值）

k—系数，根据管径由表查出0.822；

d—管路直径（内径）；

L—管路的总长度；

Q—某段管路混合瓦斯流量；m3/h

抽采主管路流量为10200m3/h。

H摩=9.81×800×0.822×102002/0.71×805=0.29KPa

H局=20％×H摩=20％×0.29=0.058KPa

H总=H摩＋H局=0.35KPa

（2）、尾巷支管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5Pa

估计支管路流量为2373m3/h。

H摩=9.81×2350×0.822×23732/0.71×305=6.07KPa

H局=20％×H摩=20％×6.07=1.21KPa

H总=H摩＋H局=7.28KPa

（3）、抽采负压计算：

根据苍海抽采系统设运行负压为38.6KPa

钻孔抽采负压=38.6-0.35-7.28=30.97KPa

3、11610运输巷抽采负压计算

（1）、主管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5Pa

H摩=管路的摩擦阻力Pa

Δ—混合瓦斯对空气的密度比；Δ=1－0.446C/100

C—管路内瓦斯浓度值；取40％（估计值）

k—系数，根据管径由表查出0.822；

d—管路直径（内径）；

L—管路的总长度；

Q—某段管路混合瓦斯流量；m3/h

抽采主管路流量为10200m3/h。

H摩=9.81×800×0.822×102002/0.71×805=0.29KPa

H局=20％×H摩=20％×0.29=0.058KPa

H总=H摩＋H局=0.35KPa

（2）、运输巷支管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5Pa

估计支管路流量为2295m3/h。

H摩=9.81×2350×0.822×22952/0.71×305=5.79KPa

H局=20％×H摩=20％×5.79=1.16KPa

H总=H摩＋H局=6.95KPa

（3）、抽采负压计算：

根据苍海抽采系统运行负压为38.6KPa

钻孔抽采负压=38.6-0.35-5.95=31.3KPa

七、抽采钻孔封孔设计

每施工完一个钻孔后，立即进行封孔，封孔方法采用聚氨脂封孔法，封孔长度8m，封孔前应将孔内积水、岩屑清理干净，以保证封孔质量，封孔工艺如下：

1、封孔采用专用的PE封孔管。

2、准备好封孔使用的毛巾布（要求宽度大于0.5m）、砂浆及聚氨脂等。

3、在封孔管的末端和孔口处各使用毛巾布和配制好的聚氨脂药剂进行封堵，在孔口的毛巾布中裹入一根4分钢管，在孔口和封孔管末端的聚氨脂发泡后，方可使用封孔泵通过孔口的4分钢管对钻孔进行封孔。

4、封孔时孔口管外露150mm即可。

5、每施工完一个钻孔立即封孔，并接入抽采系统。

钻孔连接方法如附图所示。

八、瓦斯抽采预期效果

根据《苍海矿业有限责任公司瓦斯抽采设计》中回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为35.33m3/min，根据我矿《井下瓦斯抽放参数测定记录》中11610回采工作面瓦斯抽放量为21.5m3/min，因此，11610回采工作面抽放率为21.5÷35.33×100%=60.8%，满足《矿井瓦斯抽采达标暂行规定》中采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标。

通过预抽11610回采工作面采前的可解吸瓦斯量满足《矿井瓦斯抽采达标暂行规定》中瓦斯抽采率达到的指标（工作面绝对瓦斯涌出量20m3/min≦Q≦40m3/min工作面瓦斯抽采率≧49.6%）。

同时11610回采工作面风速不超过4m/s,回风流中瓦斯浓度低于1%，均满足瓦斯抽采效果达标的相关规定，

第三章瓦斯抽采设备

一、抽采设备的选择

抽采设备使用四台2BEC-500型水环真空泵及配套设施构成。

各2台分别用于高、低负压管路瓦斯抽放，一台工作一台备用。

电机型号YB系列，功率160KW；最大抽速125m3/min.

二、11610回采工作面掘进、回采期间钻探设备

钻机选用ZDY-75、ZJY-1250钻机各2台共计4台，

钻探设备：

Φ50mm×1.5m钻杆400根

Φ50mm送水器16个

Φ50mm接手422个

Φ73三翼钻头（无岩芯）16个

Φ89三翼钻头（无岩芯）8个

Φ73取芯钻头8个

Φ89芯钻头4个

Φ89岩芯管0.3m4根

Φ89岩芯管2.5m4根

Φ73岩芯管0.3m4根

Φ73岩芯管2.5m4根

Φ89螺丝头4个

Φ50变Φ89变头8个

Φ50变Φ73变头8个

三、11610工作面区域预抽期间钻探设备

主要设备为ZDY-75型2台钻机.

2．钻具组合

（1）钻杆

钻具组合有两种钻杆：

第一种是Φ73mm中心通缆钻杆。

第二种是Φ73mm无磁钻杆，材料选用无磁性的铍铜。

主要用于钻孔测斜时放置测量仪器，以避免普通钢性钻杆对测量方位角造成的干扰，保证测量数据准确。

（2）螺杆马达

螺杆钻具主要由旁通阀、螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。

（3）钻头

第一种是Φ90mm平底烧结胎体式金刚石复合片钻头。

主孔及支孔最后成孔孔径均为Φ96mm。

第二种是Φ113mm四翼刮刀金刚石复合片钻头。

试验中主要利用此钻头进行扩孔。

第三种是Φ153mm扩孔钻头，由于试验区煤层瓦斯大，为预防瓦斯喷孔现象发生，所以在钻进过程中必须安装封孔装置，以便钻进的同时进行抽放瓦斯，此钻头主要用于在开孔时扩孔，以便安装孔口装置。

（4）YHD1-1000随钻测量系统

YHD1-1000型随钻测量系统主要用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可随钻测量钻孔倾角、方位、工具面等主要参数，同时可实现钻孔参数、轨迹的即时孔口显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整工具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能的按照设计的轨迹延伸。

四、瓦斯抽采管路的附属装置

1、阀门：

在瓦斯抽采管路（干管、支管）上和每个抽采钻孔管路上，均需安设阀门，主要用于调节和控制各个抽采地点的抽采负压，瓦斯浓度，抽采量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。

在尾巷支管路和每个抽采的钻孔上安设阀门，11610回风巷需12吋阀门5个，1吋阀门143个；11610运巷需12吋阀门5个，1吋阀门144个。

2、放水器：

在抽采管路每一最低点各设一个放水器。

3、计量装置：

瓦斯流量、负压、浓度等参数采用WGBS瓦斯抽放综合参数测定仪测定，高、低负压管路各安装一套计量装置。

五、瓦斯泵房附属设备

抽采泵房的主体设备为2BEC-500型水环真空泵四台，真空泵配套电机、气水分离器、管路、控制阀门和循环管等，主要附属设备有正负压自动放水器、防爆防回火装置、放空管、冷却循环水泵，泵站监测系统和避雷装置等。

抽放泵房内应安装用于测定管道内气体温度、流量、瓦斯浓度、负压和泵房内瓦斯浓度的监测传感器。

根据抽采泵耗水量（0.78m3/min）并考虑其它用水量，设计泵站水池容水量50m3。

为防止冬季管路冻裂，管路要做防冻处理，泵房要有采暖设备。

第四章抽采参数考察

一、监测掘进工作面瓦斯浓度及单孔抽采瓦斯浓度变化情况；

二、抽采对掘进工作面瓦斯涌出量的有效影响范围及程度；

三、钻孔抽采总量考察；

四、确定单孔抽采瓦斯量及合理的钻孔施工参数；

五、考察单孔瓦斯流量的增减规律；

六、考察不同抽采负压下瓦斯流量和浓度变化规律；

七、考察单孔的有效抽采半径随抽采负压变化的关系。

八、考察区域预抽钻孔的抽采效果。

第五章抽采的安全技术管理措施

（一）瓦斯防治安全技术措施：

1、打钻时在钻机上方挂一台甲烷便携式报警仪，以便掌握钻机周围瓦斯变化情况。

2、距钻机迎风侧5m处，要安装一台甲烷探头，当风流中瓦斯浓度达到0.4%时，自动报警断电，撤出工作人员进行处理。

3、在打钻期间必须有一名瓦斯检查员在现场，负责在钻机周围检查瓦斯，发现瓦斯浓度超过《规程》规定时，要及时采取措施进行处理，待瓦斯浓度降到《规程》规定浓度以下时，方可开始工作。

4、所有打钻人员必须经过专业培训，掌握煤与瓦斯突出预兆，熟悉避灾路线，并随身携带自救器，严禁穿化纤衣服。

5、在钻进中，如发现有瓦斯异常、顶钻、喷孔等煤与瓦斯突出预光时，应立即停止工作，切断电源，所有工作人员必须撤到安全地点。

（二）施工安全措施：

1、钻机投入使用前，必须将各部件仔细检查一遍，发现问题及时处理。

严禁钻机带病工作。

2、搬运钻机时，钻机要牢固固定在平板车上，严格按照运输规定执行。

3、在稳钻机前，首先要敲帮问顶，将钻场附近顶板加强支护，然后把钻场周围的杂物清理干净。

4、在稳钻时，钻机底座要固定在两根专用底木梁上，上部四根顶柱与顶板顶牢，机尾下部加戗柱一根，确保钻