采面工作面瓦斯抽采设计及措施.docx
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采面工作面瓦斯抽采设计及措施
23201采面工作面
瓦斯抽采设计及措施
纳雍县庆荣煤矿
2013年3月1日
一、矿井概况
1、井田概况
1.1.1交通位置
庆荣煤矿位于纳雍县城南西的鬃岭镇境内，煤矿有水—毕公路经过矿山南侧，矿山距纳雍县城17Km，距滥坝火车站56Km，交通方便。
1.2地形、地貌及河流
矿区属云贵高原中高山地形，地势北东高南西低，海拔最高位于北东角为2186.6米，最低位于南西角海拔标高为1800米，相对高差386.6米。
矿区地表水系属长江水系乌江支流，矿井范围内无大的河流，仅见季节性小冲沟，地下水动态随季节性变化较为明显。
1.1.3气象情况
本区内气候温和湿润，属亚热带高原性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，季节性分区不明显。
年平均降雨量1238.8mm，年平均气温14度。
1.1.4水源情况
矿井生活用水取自附近泉井水，生产用水可取自井田泉井水及井下水利用。
1.2地层特征及地质构造
1.2.1地层特征
煤矿区域内出露地层从新到老：
第四系（Q）;三叠系中、下统，二叠统上统茅口组（P1m），二叠系上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2c）。
现简述如下：
（1）二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3β）：
厚200—300m，岩性。
玄武岩
（2）二叠系上统龙潭组（P2l）
厚250—320m，由矿岩、页岩及少量灰岩和煤层组成。
（3）二叠系上统长兴组（P2l）
厚20—40m，一般为34m。
岩性为燧石灰岩夹砂泥岩。
（4）、三叠系下统（T1）
厚600—800m，岩性为灰岩、泥（页）岩
（5）三叠系中统（T1）
厚度不祥。
岩性为灰岩。
（6）第四系（Q）
厚0—10m，岩性为佛浮土。
1.2.2地质构造
煤矿井田位于织纳煤田西部阿嘎背斜北东翼南段，地层倾角9度，矿区内有2米左右断层，未发现大的地层构造，地质构造条件简单。
矿区北部山高坡陡，易形成滑坡、崩塌等地质灾害。
1.2.3煤层及煤质
矿区内含可采煤层50余层，有编号的18层，煤层总厚25.04米，根据地质报告，其主采煤层为28#、31#、32#煤层。
各煤层特征如下：
（1）、28#煤层
28#煤：
位于煤系地层下部，煤层厚度为1.3—1.5m，全区可采。
顶板为浅灰、灰绿色中厚层细砂岩，底板为灰白色至灰黄色页岩及砂质页岩。
下距31#煤层20-32米。
（2）31#煤层
31#煤层：
结构简单，煤层厚度为1.0—1.6m，含夹矸1层，全区可采。
顶板为黄绿色细砂岩，底板为白色页岩岩。
（3）32#煤层
32#煤层：
位于龙潭组下段上部，煤层厚度为1.88—2.0m，为区内主要可采煤层。
全区可采；结构较复杂，常含一至二层厚0.10m的粘土岩夹矸。
顶板为黄绿色砂质页岩，底板为砂质页岩。
各可采煤层的主要特征见表1-2-1：
可采煤层主要特征表表1-2-1
煤层编号
煤层平
均厚度
（m）
煤层
倾角
（°）
煤层平
均间距
（m）
煤层结构
煤层稳定性
顶底板岩性
备注
顶板
底板
28#
1.4
9
26
简单
稳定
细砂岩
页岩
31#
1.64
9
简单
稳定
细砂岩
页岩
10
32#
1.94
9
含1层夹矸
稳定
砂质页岩
泥质页岩
1.2.4煤尘、煤层自燃倾向及煤与瓦斯突出情况
1、瓦斯
根据《贵州省动能煤炭局文件》黔煤行管字[2011]792号文《对毕节地区煤矿2011年矿井瓦斯等级鉴定报告的批复》，庆荣煤矿矿井绝对瓦斯涌出量为9.24方/t，相对瓦斯涌出量为45.14m3/min，绝对二氧化碳涌出量为0.33m3/min。
瓦斯等级为高瓦斯矿井。
2、煤尘爆炸性
根据贵州省六枝工矿集团恒达勘察设计有限公司实验室对31#、32#煤，所作的鉴定报告，31#、32#煤层煤尘无爆炸性。
3、自燃发火倾向
根据贵州省六枝工矿集团恒达勘察设计有限公司实验室对32#煤，所作的鉴定报告，32#煤层自燃倾向性为三类，即不易自燃煤层。
1.3矿井概况
1.3.1矿井开拓开采
矿井采用斜井开拓方式，主斜井主要用于运煤；副斜井主要用于运材料、进风，敷设管线；回风井回风。
采煤方法采用走向长壁后退式采煤法，在工作面回采的同时，布置两个顺槽掘进头，形成完整的生产系统。
采用单体支柱和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板。
采用钻眼爆破法落煤。
1.3.2矿井通风
矿井通风系统为中央并列抽出式通风，主、副斜井进风，回风斜井回风。
主扇配FBCD—6--№.16型轴流式风机2台（1台备用），电机功率2×75Kw，目前主通风机叶片运行角度为20度，矿井风量为41m3/s。
1.4抽放工作面概况
23201采煤工作面开采32号煤层，平均采高1.8m左右，工作面采长85m，走向长度余350m，采用爆破落煤，工作面采用单体液压支拄和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板，工作面采用U型通风，配风量450m3/min，回风巷瓦斯浓度平均0.4％左右。
采空区有一定的瓦斯涌出量，瓦斯浓度一般为1％左右，采取采空区低负压瓦斯抽放措施。
二、矿井瓦斯抽放的必要性与可行性
2.1瓦斯抽放必要性
瓦斯抽放旨在保障矿井安全生产，同时也是解决瓦斯的基本手段。
众所周知，加强通风是处理瓦斯的最有效方法，而当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时就应当采取抽放瓦斯措施，对于局部区域的瓦斯超限（如上隅角等），采用通风方法可能无法解决瓦斯问题或采用通风方法不合理时，也必须采取瓦斯抽放措施。
庆荣煤矿23201采煤工作面采空区瓦斯涌出量不大，上隅角浓度经常达到1％左右，采取瓦斯抽放，解决上隅角瓦斯超限问题。
此外，为预防32＃煤层在掘进期间瓦斯超限，考虑掘进工作面超前预抽、边采边抽和本煤层预抽。
2.2瓦斯抽放的可行性
瓦斯抽放的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽放效果来评价。
开采层瓦斯抽放（未卸压）的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。
最常用的衡量煤层瓦斯抽放难易程度的指标是煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。
庆荣煤矿没有进行过抽放可行性研究工作，但根据煤层硬度作经验分析，煤层透气性一般，本煤层预抽可行。
邻近层和采空区（上隅角）瓦斯抽放是属于卸压瓦斯抽放，抽放效果一般较好，邻近层抽放一般浓度较高，而采空区抽放量一般较大，采空区抽放与煤层预抽及邻近层抽放相比抽放浓度较低。
抽放实践已证明，在煤层群开采时，邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放效果一般都比较好，故庆荣煤矿进行邻近层或采空区瓦斯抽放技术上是可行的，同时瓦斯抽放能保证正常生产，所以经济上也是合理的。
三、瓦斯抽放方法与工艺
3.1工作面瓦斯来源分析
采煤工作面瓦斯涌出包括三部分，即落煤、煤壁及采空区瓦斯涌出。
采落煤及煤壁瓦斯涌出来自开采煤体，采空区瓦斯涌出则可包括以下几部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出等。
对于23201采面来讲，由于开采层上部有邻近层，受采动影响，32#层瓦斯卸压，和围岩瓦斯涌出及丢煤瓦斯涌出一起构成采空区瓦斯，由于采空区内存在着漏风，漏风流携带高浓度瓦斯从上隅角附近涌入到工作面，往往造成工作面上隅角瓦斯超限。
初步估算，23201工作面采空区瓦斯涌出量占整个工作面瓦斯涌出量的50％左右，是工作面瓦斯涌出的来源之一,采空区瓦斯涌出中有一部分来上自邻近层。
3.2瓦斯抽放方法选择
3.2.1瓦斯抽放方法概述
3.2.1.1开采层瓦斯抽放
开采层抽放包括预抽、边采边抽和强化抽放等方式，预抽主要采用钻孔预抽，是在工作面开采前预先抽放煤体中的瓦斯，属于未卸压煤层的瓦斯抽放，对于透气性及其它预抽条件较好的煤层，预抽会取得较好效果。
边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽放本层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体由于卸压，透气性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向孔或交叉钻孔，抽放工作面前方煤体的卸压瓦斯。
3.2.1.2邻近层瓦斯抽放
邻近层瓦斯抽放就是通常所说的卸压层瓦斯抽放。
在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近层煤层得到卸压，而产生膨胀变形，煤层透气性大幅度提高。
此时煤层与岩层之间形成的空隙与裂缝，不仅可储存卸压瓦斯，而且也是良好的瓦斯流动通道，为防止邻近层瓦斯向开采层工作面涌出就应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。
实践证明，邻近层瓦斯抽放不仅容易，而且效果好。
3.2.1.3采空区瓦斯抽放
采空区瓦斯抽放具有抽放量大、来源稳定等特点，23201工作面采空区有一定的瓦斯涌出量，围岩及丢煤瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量稍大，具备进行采空区瓦斯抽放的条件。
3.2.2瓦斯抽放方法确定
抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。
目前抽放瓦斯方法主要有：
开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：
1、抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；
2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；
3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；
4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；
5、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。
根据上述选择瓦斯抽放方法的原则，结合庆荣煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点，决定采取采空区瓦斯抽放、本煤层打钻孔预抽等方法。
表3-1可行的抽放方案
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
采空区瓦斯涌出量大
需打木垛，如上隅角浅部的抽效果不好，再考虑采用。
采空区埋管
采空区瓦斯涌出量大
前两种方法无法解决问题时考虑采用。
埋入管道难以回收，投资大。
老塘（已采采空区）密闭抽放
老塘瓦斯涌出量大
防止老塘瓦斯向外涌出
邻近层瓦斯抽放
高位钻孔抽放邻近层瓦斯
邻近层较多且瓦斯涌出量较大
抽放效果一般较好，但需打岩石钻孔，施工及管理难度较大。
本煤层
预抽
在掘进巷道打顺层钻孔
本煤层瓦斯涌出量大
可边掘边抽或先抽后掘
根据庆荣煤矿的情况，采煤工作面实行顺层预抽及采空区瓦斯抽放，采用上隅角插管抽放，采煤工作面运输巷布置倾斜顺层钻孔进行本煤层瓦斯预抽，实行先抽后采。
3.3抽放瓦斯工艺设计
3.3.1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6m长的负压软管与主抽放管路上的三通连接，将负压软管插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高），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，提高抽放效果。
随着工作的推进，主管路三通上的负压软管移往前面的三通上联接，后面主管路上余出来的三通上加蜂窝管，采用打隔离墙保护不被跨落矸石压死。
如此反复。
抽放工艺如图3-1所示。
软管可采用4寸管。
抽放管伸入上隅角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。
3.3.2采空区埋管抽放
对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面，也可以采取采空区埋管抽放的方式，随着工作面不断向前推进，沿回风巷将管路埋入采空区。
采空区埋管抽放见图3-1。
■3.4采煤工作面顺层钻孔预抽煤层瓦斯
采用地面瓦斯抽放泵，按设计抽放32号煤层，将采煤工作面的运输巷作为瓦斯抽放巷道，在煤层沿倾斜方向打顺层钻孔，抽放煤层瓦斯，并通过抽放管路将抽出的瓦斯排放到地面空气中安全放空，降低回采工作面的瓦斯涌出量。
采煤工作面运输巷作为瓦斯抽放巷道，钻孔终孔距回风巷约5-10米，钻孔直径75毫米，钻孔间距为5米，钻孔在采面回采前布置好并安装高负压抽放管理进行预抽，实行先抽后采。
顺层钻孔抽放瓦斯的主要优点是钻孔施工速度快，钻孔全长均在煤层中，抽放面积大，封孔质量好，不漏气，能取得较好的抽放效果。
回采工作面瓦斯抽放布置如图示。
钻孔布置参数如下表：
钻孔布置地点
钻孔方位
钻孔倾角
钻孔直径
钻孔深度
23201运输巷
20°
9°
75mm
80m
3.5瓦斯抽放量预计
庆荣煤矿进行瓦斯抽放，没有进行过上隅角及采空区的瓦斯浓度分布测定工作。
3.6采空区插管抽放的安全管理
1）所有参加采空区插管（埋管）抽放的工作业人员必须掌握操作的作业标准，熟知瓦斯的基本知识，严格遵守规程，安全负责现场把关。
2）撤装管路时回风巷瓦斯浓度不得超过0.8%，否则必须停工，采取措施处理瓦斯。
3）插管抽放时，插入上隅角的管路应为软管，可避免撞击，同时软管应阻燃防静电。
4）.回风巷的抽放管路安装及拆除时应轻拿轻放，施工作业时要使用铜质工具，以免产生火花,避免碰撞。
5）应在上隅角设挡风帘或隔离墙，并调整插管的位置和深度，以保证抽放浓度较高。
6）抽放泵必须为水环真空泵，不能采用干式泵。
四、瓦斯抽放管路系统
4.1抽放瓦斯管路选择
4.1.1抽放管路及抽放泵位置选择原则
抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中，尽可能避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设，还要考虑安装、检修方便。
抽放管路系统与抽放泵的位置有很大关系，抽放泵站布置在地面，选在回风井附近，泵房20m内严禁明火，运输及供水、供电要方便。
4.1.2抽放泵位置选择
抽放泵站的位置设在地面，一般是由于矿井总回风巷瓦斯浓度较高或总回风巷行人，抽出的瓦斯不能排放到总回风巷内，必须排放到地面。
这样泵站即使布置在井下也不能缩短抽放管路的长度，而且布置在井下需打硐室，供电及供水都不如地面方便，因此这种情况下，泵站一般都布置在地面。
庆荣煤矿总回风巷瓦斯浓度为0.3％左右，泵站安装到地面，抽放管路从回风斜井通到地面。
4.1.3抽放管路敷设路线
庆荣煤矿采面进行采空区上隅角瓦斯抽放、采面运输巷预抽实行边抽边采，瓦斯抽放泵站选择在地面，抽放管路从回风井敷设到地面，上隅角瓦斯抽放管敷设路线为：
23201工作面上隅角→23201工作面回风巷→回风下山→总回风斜井→地面管路→瓦斯抽放泵房→放空管。
23201采面运输巷预抽和边采边抽，抽放管路敷设路线为：
23201运输巷→回风下山→总回风斜井→地面管路→瓦斯抽放泵房→放空管。
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