150101抽采设计Word格式.docx
《150101抽采设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《150101抽采设计Word格式.docx（53页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司的瓦斯涌出量预计情况，矿井采煤工作面绝对瓦斯涌出量为12.21m3/min；
矿井瓦斯涌出量为25.11m3/min；
大于“一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min；
年产量60～100万吨的矿井，大于25m3/min，”的规定，完全符合建立瓦斯抽放系统的条件，必须建立瓦斯抽采瓦斯系统。
从安全生产的角度考虑，采掘工作面实行瓦斯抽放必要性的判断标准是：
采掘工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所允许的瓦斯涌出量，即采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需风量，亦即有下式成立时，抽放瓦斯才是必要的。
Q0＜100qK/C
式中：
Q0—采掘工作面设计风量，m3/min；
q—采掘工作面瓦斯涌出量，m3/min；
K—瓦斯涌出不均衡系数；
取1.2
C—根据山西省有关规定按《煤矿安全规程》允许的工作面瓦斯浓度下调20%，取0.8%。
1、回采工作面抽放瓦斯的必要性分析
根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司的实际情况，回采工作面进、回风巷道断面9.6m2，回采工作面需要的配风量，已远远大于允许通过的最大配风量，但仍然不能把瓦斯降到规定限度以下，所以必须采取瓦斯抽放措施才能解决瓦斯问题。
回采工作面瓦斯抽放必要性计算如下表，见表2-4-1。
表2-4-1回采工作面抽放瓦斯必要性判别表
名称
瓦斯
涌出量
m3/min
允许瓦斯
浓度
（%）
工作面最大
允许风量
工作面需要最小风量
（不进行抽放时）
是否需要
抽放
15号煤回采工作面
12.21
0.8
1831.5
2317.5
是
从以上计算可以看出，山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿回采工作面进行瓦斯抽放是必要的。
2.掘进工作面抽放瓦斯的必要性分析
根据瓦斯涌出量预测，山西和顺正邦良顺煤业有限公司的15号煤掘进工作面瓦斯涌出量为1.62m³
/min,没有大于3m3/min的规定要求，不需要采取瓦斯抽放措施。
综上所述，山西和顺正邦良顺煤业有限公司在生产期间，必须对回采工作面采取抽放瓦斯措施。
三、瓦斯抽放的可能性
1.开采层瓦斯抽放的可能性
开采层瓦斯抽采的可行性取决于煤层的自然透气性，其评价指标有两个：
煤层的透气性系数（）和钻孔瓦斯流量衰减系数（）。
国家安全生产监督管理总局于2006年颁布的《矿井瓦斯抽采规范》AQ1027－2006规定的开采层预抽瓦斯可行性评价指标见表2-4-2。
表2-4-2煤层瓦斯抽采难易程度表
抽采难易程度
钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）
煤层透气性系数
（m2/MPa2·
d）
容易抽采
<
0.003
>
10
可以抽采
0.003～0.05
10～0.1
较难抽采
0.05
0.1
表2-4-2中所规定的开采层预抽难易程度分类的目的是为根据煤层的不同抽采类型选择相应的抽采方法、工艺技术参数而提供依据，并不是表明如果为“容易抽采”、“可以抽采”类型的则能进行瓦斯抽采，而为“较难抽采”类型的则不能进行瓦斯抽采。
目前抽采是解决瓦斯灾害的主要技术途径。
根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年10月编制的山西和顺正邦良顺煤业有限公司《15号煤层瓦斯涌出量预测报告》的结果，15号煤层透气性系数为0.012～0.013m2（Mpa2·
d），平均0.0125m2（Mpa2·
d）；
钻孔瓦斯流量衰减系数为0.129～0.184d-1，平均0.1565d-1，属较难抽放煤层；
百米钻孔瓦斯涌出初速度为0.0172-0.0201（m3/min·
100）。
通过改变抽采瓦斯方法以及相关钻孔布置方式和合理参数来达到抽采目的。
2.邻近层瓦斯抽放的可能性
邻近层抽放瓦斯技术是一项成熟的治理瓦斯灾害的技术，我国的阳泉、松藻、铁法、淮南、淮北和北票等许多抽放瓦斯矿区通过几十年的抽放瓦斯实践得出：
在中、近距离邻近层赋存条件下，只要抽放方法，工艺参数设计、施工合理，抽放参数选择适宜，都能取得良好的抽放瓦斯效果，工作面邻近层的瓦斯抽放率一般可以达到40～90%。
山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿开采15#煤层，其上部存在很多中近距离的煤层、煤线，所以只要抽放方式、抽放参数设计合理，施工工艺达到设计要求，无疑可获得良好的抽放瓦斯效果。
3.采空区瓦斯抽放的可能性
山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿开采15号煤层时，在开采煤层的上部存在邻近层煤层,受采动影响向开采层采空区涌出瓦斯，而采空区存在大量的瓦斯又涌向回采工作面，因此,抽放采空区瓦斯可能性是存在的，而且势在必行。
第三章矿井瓦斯抽放方法设计
第一节瓦斯抽放方法的选择
一、选择抽放瓦斯方法的原则
1）选择的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）抽放方法的选取应根据瓦斯来源及涌出构成进行，应尽可能采用综合抽放瓦斯方法，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的结合；
4）有利于抽放巷道的布置与维护；
5）有利于提高瓦斯抽放效果，降低抽放成本；
6）有利于钻场、钻孔的施工、抽放系统管网敷设，有利于增加抽放钻孔的瓦斯抽放时间。
二、瓦斯抽放方法的确定
根据山西省煤炭工业局综合测试中心编制的《山西和顺正邦良顺煤业有限公司矿井15号煤层瓦斯涌出量预测》报告及矿井实际情况，确定瓦斯抽放方法:
顶板走向高抽巷、后高抽巷抽放、回采工作面本煤层顺层钻孔预抽、上隅角埋管抽放、全封闭采空区插管抽放的综合抽放方法。
三、回采工作面瓦斯抽放
1.顶板走向高抽巷、后高抽巷抽放
根据邻近煤层赋存情况、瓦斯分析和预测结果，15#煤工作面开采时，设计采用顶板走向高抽巷，解决上临近层瓦斯；
后高抽巷解决工作面初采期瓦斯的抽放方法。
一般走向高抽巷布置层位，应根据临近层瓦斯涌出密集区的位置及上覆岩层垮落形成的裂隙带来确定，既要尽量位于上临近层瓦斯涌出密集区，又要位于充分裂隙带范围内，保证走向高抽巷既能抽出大量瓦斯且高抽巷不被过早破坏，同时走向高抽巷布置层位还要考虑到施工的便利，需有明显的标志层。
根据国内瓦斯抽放技术经验和效果，走向高抽巷布置在8-10倍采高的层位，即在工作面上部沿11号煤层中布置顶板走向高抽巷,高抽巷距工作面回风巷水平垂直投影距离50米，距15号煤顶板距离53米。
后高抽巷布置，在工作面回风巷切处沿回风巷方向平掘10米，然后，按90°
向工作面转弯，沿10°
爬坡向前掘进52米，按90°
向工作面转弯，沿42°
爬坡掘进与走向高抽巷贯通，巷道断面：
2.0m×
2.0m。
其作用在于：
该巷必须布置在顶板初始冒落裂隙带内，使之随工作面开采推进，顶板逐渐冒落，使后高抽巷逐渐进入顶板裂隙层内，使初采期上临近层瓦斯在高抽巷抽放负压作用下排出，解决初采期瓦斯超限问题。
其布置方式见图3-1-1。
图3-1-115#煤回采工作面邻近层瓦斯抽放示意图
2.回采工作面本煤层顺层钻孔预抽
采用回风巷（轨道巷）顺层平行钻孔方式进行本煤层预抽，抽放管路，采用吊挂方式，距底板1.8m高，本煤层预抽在回风巷向工作面布置顺层平行钻孔，钻孔布置参数见（表3-1-2），由于煤层倾角原因，钻孔倾角按工作面实际情况调整0º
～4º
，孔径Φ110mm，钻孔长度140m，钻孔高度距底板1.0m，钻孔间距为2m，钻孔预抽时间180天，采用聚氨脂封孔，封孔深度不小于8m。
其布置方式见图3-1-2，钻孔与抽放管联接见图3-1-3。
钻孔进尺：
工作面长度为150m，走向长800m,钻孔长度140m，钻孔间距为2m，钻孔数量400个，钻孔进尺为56000m，吨煤瓦斯抽采钻孔进尺为0.062m/tm/t。
预测时间确定：
百米钻孔初始瓦斯涌出量平均为0.01865m3/min·
100m，钻孔瓦斯流量衰减系数平均为0.1565d-１，百米钻孔在不同时间t内可抽采的瓦斯总量（Qt）和钻孔抽采有效系数（K）按下式计算：
Qt=1440×
q0×
（1－e-αt）÷
α
K=（1－e-αt）×
100
Qt—百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m3；
t—抽采时间，d；
K一钻孔抽采有效系数，％；
计算结果见（表3-1-1）
表3-1-1不同抽采时间内百米钻孔抽采瓦斯总量及钻孔抽采有效系数
排放时间（d）
60
90
180
排放瓦斯总量Qt（m3）
1715.9
1716.03
1716.04
钻孔抽放有效系数K（%）
99.99
从表3-1-1中可以看出，抽采时间60天时，抽采钻孔的有效性系数为99.99%，已接近了钻孔极限涌出量。
根据瓦斯涌出量预测报告结论：
钻孔瓦斯流量衰减系数平均为：
α=0.1565d-1；
煤层透气性系数平均为:
λ=0.0125m2/MPa2·
d；
15号煤层为较难抽采煤层。
山西和顺正邦良顺煤业根据实际及周边矿井瓦斯抽放效果考察情况，在采用钻孔（φ110mm）抽放时，钻孔预抽时间增加120天的时间，即预抽时间为180天。
钻孔间距确定：
预抽时间180天时，抽采有效系数为99.99%，抽采率符合要求，钻孔预抽影响范围计算：
η=100×
Qt×
L÷
100÷
（L×
M×
D×
γ×
Wo）
η—钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，%
L—钻孔长度，m；
M—煤层平均厚度，m；
D—钻孔抽采影响范围（直径），m；
γ—煤的视密度，t/m3；
Wo—煤层瓦斯含量，m3/t。
计算结果见（表3-1-2）
表3-1-2不同钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率表
η（%）
Qt（m3）
L（m）
M（m）
Wo（m3/t）
γ（t/m3）
D（m）
22.61
1716.04
140
5.98
4.5
1.41
2
15.08
3
11.31
4
按目前国内本煤层预抽瓦斯的经验，根据钻孔预抽时间来确定钻孔间距，保证抽采效果。
由表3-1-2得出，本煤层预抽时间为180天时，在钻孔影响范围为2m的情况下，钻孔影响范围抽采率为22.61%，能够满足抽采要求。
设计确定本煤层钻孔预抽时间为180天，钻孔间距为2m。
图3-1-215号煤回采工作面本煤层钻孔抽放布置示意图
图3-1-315号煤回采工作面本煤层钻孔联管示意图
3.上隅角埋管抽放,布置方式见图3-1-4
在工作面沿回风巷（轨道巷）距切巷100m布置一趟抽放管路，采用吊挂方式，距底板1.8m高，管路一端做一分叉管（人字形），分别安设一个阀门，控制开、闭，分叉管各引一趟φ125mm铠装软管利用原巷道支护锚杆吊挂于上隅角位置，软管伸入采空区5-10m，出口用铁纱网包好，以防止煤渣进入抽放管路管路，工作面每推进20m，采用交替切割软管的方式，抽采上隅角瓦斯，解决上隅角和回风瓦斯超限的问题。
3-1-4上隅角埋管抽放布置示意图
4.全封闭采空区插管抽放
全封闭采空区埋管抽放就是在采空区密闭墙上插入抽放管路，使采空区瓦斯在抽放负压的作用下，经抽放管路而抽出，采空区埋管抽放见图3-1-5。
图3-1-5全封闭采空区瓦斯抽放示意图
第二节瓦斯抽放工艺参数
1.回采工作面本煤层顺层钻孔预抽布置参数
钻孔位置：
回风巷内；
钻孔角度：
垂直巷道中线、平行于工作面、水平上仰0～4°
；
（根据煤层赋存实际情况调整）
钻孔直径：
￠110mm；
钻孔长度：
140m；
钻孔间距：
2m；
封孔方式：
聚胺脂封孔；
封孔长度：
不小于8m。
抽放时间：
钻孔预抽时间不小于180天。
2.顶板走向高抽巷、后高抽巷抽放布置参数
巷道长度：
800m；
（和工作面长度相等）
高抽巷高度：
53m（沿11号煤层中布置，根据实际煤层标高确定）；
垂直投影与回风巷水平距离：
50m；
抽放巷道断面：
2.0m；
与管路连接方式：
建闭墙，插入管路。
3.全封闭采空区插管抽放布置参数
①.闭墙插管布置参数
采空区闭墙插管抽放瓦斯，是解决采空区瓦斯向外涌出的一项行之有效的措施，但要求闭墙密闭性好，以保证抽放瓦斯的浓度。
闭墙两端用普通建筑用砖砌成，里外围墙，厚度不小于0.5m。
为保证密闭性，将巷道四周墙壁挖出深约0.5m的槽沟，将建筑用砖镶嵌进去，中间留有不小于2m的空间用黄土夯实，闭墙总厚度为3.0m，将瓦斯管（按轴向圆心）放在闭墙的距上部及侧壁50cm处。
未抽放前用堵盘将瓦斯管外口堵严，以免向外泄漏瓦斯。
②.插管与主管的连接与管理
由于采空区密封性较差，瓦斯浓度不会太高，并且波动很大，为确保整个抽放系统的瓦斯不低于安全浓度以下，所以插管与主管连接处必须设阀门，节流孔板和浓度检测口，以便于及时检测抽出的瓦斯浓度、流量。
第三节打钻工艺与设备选型
一、钻机
考虑到山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿煤、岩硬度以及钻孔长度、钻孔施工等，本设计选用ZDY1900s型全液压钻机，数量2台。
钻孔角度为0～360度。
广泛用于地质勘探、瓦斯抽放、注水、锚固支护、旋喷注浆及管棚等钻孔施工作业。
ZDY1900s型全液压钻机主要技术参数为：
钻孔深度m100/250/300
终孔直径mm94/76
钻杆直径mm73/63.5/50
钻孔倾角0°
-±
90°
转速范围r/min50-350
额定转矩N•m1900
最大给进力kN60
最大起拔力kN108
功率kW30
整机质量kg1650
主机外形尺寸m（长×
宽×
高）1.81×
0.8×
2.143
二、钻杆
钻杆是将钻机的能量传递给岩芯管和钻头，并将水引入孔底，钻杆在运动中受扭力、压力的综合作用，所以钻杆需要较好材质，一般要求抗裂强度为55～65kg/mm2，延展率不小于l2%的无缝钢管制成。
三、钻头
按煤岩层的硬度和是否采取岩芯的不同，选用不同类型的钻头。
如三翼锥型钻头、肋骨形钻头、三翼刮刀钻头、鱼尾钻头、环状齿形、环状塔式硬合金钻头和筒状钻头。
筒状钻头一般在开孔时用，其孔形光滑、平整便于封孔。
一般使用三翼内凹式钻头。
四、岩芯管
岩芯管一般用于取岩芯和起导向作用。
宜用无缝钢管制成，岩芯管的长度为1．5～2m。
为了防止钻孔歪斜，可用长度2m以上的岩芯管。
岩芯管一般采用螺距为4mm，齿高为0.75mm和倾角为5度的梯形螺纹。
岩芯管一端用正旋螺纹与钻头连接，另一端用异径接头与钻杆连接。
岩芯管螺纹连接处极易磨损，因而异径接头外圆直径、钻头直径应大于岩芯管l～2mm，并随时观察，一经发现磨损严重应及时更换。
第四节封孔及连接
封孔应满足密封性好、操作方便和材料经济的要求。
封孔质量影响着抽放瓦斯的浓度、孔口负压、甚至整个抽放系统的效果。
一、封孔
本设计选用聚氨脂封孔。
聚氨脂是一种新型的化学封孔材料，由异氢酸酯、聚醚和几种添加助剂反应生成硬质泡沫体。
封孔前要将顶端焊有铁挡盘的封孔管准备好，根据封孔段长度确定好聚氨酯用量，然后将配制好的甲、乙两种药液混合并快速搅拌均匀，当药液由黄褐色稍变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在毛巾布上，边倒液边向封孔管上卷缠毛巾，并将卷缠好的封孔管迅速插入钻孔内。
5分钟后药液开始发泡膨胀，膨胀倍数可达20倍。
封孔完毕后用木楔将封孔管楔紧，以免封孔管晃动影响封孔质量。
封孔长度不小于8m。
二、瓦斯抽放巷道密闭
对于进行采空区抽放的巷道以及专用抽放瓦斯的巷道，都应进行密闭，并且要满足以下要求：
1、抽放瓦斯巷道密闭要选择在顶板稳定，闭墙处巷道支护完整可靠的巷道段。
2、砌筑密闭前，应在巷道四周掏槽，一般岩巷掏槽深度0.2～0.3m，煤巷掏槽深0.3～0.5m。
3、密闭墙要严密坚固。
一般选用料石和砖砌筑，最好砌筑间距为3m的两道闭墙，中间用黄土充填严实。
4、在砌筑闭墙时除预埋抽放瓦斯管外，还应预埋一根细管作为观测用。
上山抽放瓦斯的闭墙还应预埋放水管。
三、钻孔与管路的连接
钻孔与抽放瓦斯管连接时，应设置孔板流量计、观测嘴、阀门及放水器。
封孔装置与抽放管路之间一般用柔性埋线胶管连接，便于连接装置的拆装。
第四章矿井瓦斯抽采基本指标
第一节矿井瓦斯抽放量预计
根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿开采设计，矿井布置一个15#煤综放工作面，生产能力90万t/a；
瓦斯抽放量根据瓦斯涌出预测的结果计算，抽放量预测如下:
一、回采工作面瓦斯抽放量预计
1、15#煤回采工作面瓦斯抽放量预计
①、15#煤回采工作面本煤层瓦斯抽放量预计
钻孔抽采量：
单孔每分钟抽采量预计：
Q单=Qt×
L/100/90/1440=1716.04×
140/100/180/1440=0.00927m3/min
钻孔抽采瓦斯总量Q孔=0.00927m3/min×
400（钻孔个数）=3.71m3/min
边采边抽瓦斯量预计Q边=本煤层瓦斯涌出量×
抽放率（按AQ1027-2006《煤矿瓦斯抽放规范》的规定，取20%）=5.14m3/min×
20％=1.028m3/min
Q本=Q孔+Q边=3.71+1.028m³
/min=4.74m3/min
②、15#煤回采工作面邻近层瓦斯抽放量预计
15#煤回采工作面采用顶板走向高抽巷邻近层瓦斯，根据阳泉矿区多年瓦斯抽放经验和效果，抽放率取70%，15号煤回采工作面邻近层瓦斯涌出量为：
7.07m3/min，瓦斯抽放量预计为：
Q邻=7.07m³
/min×
70%=4.95m³
/min
③、15#煤工作面瓦斯抽放量预计
15#煤工作面瓦斯抽放量预计为：
本煤层瓦斯抽放量+邻近层瓦斯抽放量
Q工作面=Q本+Q邻=4.74+4.95=9.69m³
二、矿井采空区瓦斯配抽量预计
根据阳泉矿区多年瓦斯抽放经验和效果，抽放率取25%，矿井采用上隅角埋管抽放、全部封闭采空区插管抽放。
根据瓦斯分析，采空区瓦斯涌出量约为9.66m3/min；
预计采空区瓦斯抽放量为：
采空区瓦斯涌出量预测9.66m³
/min；
工作面采空区瓦斯涌出量4.64m³
已采采空区瓦斯涌出量9.66-4.64=5.02m³
/min。
工作面采空区瓦斯Q工采空区=瓦斯涌出量×
抽放率（取25%）=4.64m³
25%=1.16m³
已采采空区瓦斯Q已采空区=瓦斯涌出量×
抽放率（取25%）=5.02m³
25%=1.26m³
Q采空区=Q工采空区+Q已采空区=1.16+1.26=2.42m³
三、矿井瓦斯抽放量预计
山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿按一个15#煤回采工作面；
预计矿井瓦斯抽放总量为：
Q矿井=Q工作面+Q采空区=9.69+2.42=12.11m3/min
矿井按年抽放365天计算，瓦斯量预计：
12.11m³
1440×
365=6364490m³
。
第二节矿井瓦斯抽采基本指标计算
根据国家安全生产监督管理总局2006-11-02颁布的中华人民共和国安全生产行业标准AQ1026－2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》的规定；
4.2瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表4-2-1规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表4-2-2规定。
4.3矿井瓦斯抽采率应满足表4-2-3规定。
表4-2-1采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标
工作面绝对瓦斯涌出量Q（m3／min）
工作面抽采率（%）
备注
5≤Q<
≥20
10≤Q<
20
≥30
20≤Q<
40
≥40
40≤Q<
70
≥50
70≤Q<
≥60
100≤Q
≥70
表4-2-2采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标
工作面日产量（t）
可解吸瓦斯量（Wc）
备
升级会员 