山西太原XX煤礦21208采煤工作面瓦斯抽采設計分析

1、太原市梗陽實業(yè)集團麥地掌煤礦21208采煤工作面瓦斯抽采方案設計編 制 人：審核：通風副總：通風助理：總工程師：礦 長：會審意見單位簽字日期通風處機電處地測處生產技術處安監(jiān)處通風副總通風助理總工程師21208采煤工作面瓦斯抽采方案設計為做好21208采煤工作面瓦斯抽采工作，根據煤礦安全規(guī)程、防治煤與瓦斯突出規(guī)定要求，以麥地掌煤礦開采方案設計（變更）安全專篇和麥地掌煤礦瓦斯抽采系統(tǒng)工程變更初步設計為指導，并結合現場實際，制定本方案。一、21208采煤工作面概況地質情況1、井上下位置關系21208工作面位于井田西北部，其地面相對位置為農田、植被，施工范圍內無建筑物，無常年地表水。工作面標高：+78

2、0m+900m，走向長約1300m，工作面長中部及西部160m，東部為180m。該工作面東鄰北翼軌道大巷，北部為21210工作面，西部臨近F66斷層。21208工作面為礦井首采工作面，四鄰均未回采。2、褶曲該區(qū)總體呈一近南北走向傾向西的單斜構造，西部處于峪道川向斜軸部附近，傾角018°。3、構造該區(qū)在工作面回風順槽揭露落差0.81.5m的斷層共計5條，在工作面上下順槽揭露陷落柱5個，根據勘探報告及已揭露的情況來看該區(qū)斷裂構造不甚發(fā)育，陷落柱相對較為發(fā)育。地質構造條件較簡單。4、煤層及頂底板情況2#煤層特征描述：厚度1.5m2.3m，平均厚約1.9m，顏色為黑色，粉末狀，具玻璃光澤及強

3、玻璃光澤；貝殼狀斷口，內生裂隙發(fā)育，性脆易碎。多為條帶狀結構，也有線理狀結構，局部構造為塊狀構造。宏觀煤巖類型，以光亮煤及半亮煤為主，夾有少量半暗煤、暗淡煤。2#煤層頂板：泥巖，厚度約2m，深灰黑灰色，主要為黑灰色粘土礦物，具層理，層理較為清晰，且裂隙較為發(fā)育，巖石較為破碎，局部夾薄層煤線。其上為0.4m煤層，黑色，粉末狀，瀝青光澤，內生裂隙發(fā)育。2#煤層底板：細砂巖，厚度約2m，淺灰色，厚層狀，質地致密，堅硬，裂隙較為發(fā)育，層理清晰，局部發(fā)育薄層泥巖。通風瓦斯情況1、通風方式：21208工作面采用“一進一回”的“U”型通風方式，即運輸順槽進風，回風順槽回風。結合本礦井煤層賦存條件，參考臨近礦

4、井配風數據，考慮局部瓦斯可能較高因素，2號煤層回采工作面風量暫推薦為30m³/s，實際生產過程中可根據瓦斯涌出和井下氣象條件進行合理調整。2、21208工作面瓦斯來源21208采煤工作面回采期間，瓦斯涌出來源主要為開采層（包括落煤、圍巖及現采空區(qū)丟煤瓦斯涌出）、上鄰近層，為了取得較好的抽采效果，應針對各涌出源制定合理的抽采方法進行綜合抽采。3、工作面瓦斯含量、瓦斯儲量、預抽時間、抽采瓦斯量、抽采率、抽采達標情況。根據148勘查院測定的數據，2號煤層甲烷含量1.078.95mL/g.r，平均3.99mL/g.r。預計21208工作面在正常生產過程中相對瓦斯涌出量26.61m³

5、/t。21208工作面煤炭儲量52.2455萬噸，其瓦斯總儲量為1390.2528萬立方米。根據礦井生產安排，21208工作面從開始掘進到工作面形成系統(tǒng)，預計工作面預抽時間可達9個月以上。21208工作面預計布置928個本煤層孔，根據實際情況，按照單孔抽放0.03m³/min計算，預計9個月可以抽放瓦斯320.5267萬立方米。21208工作面掘進期間瓦斯抽采率預計可達到30%以上，回采期間瓦斯抽采率預計可達到40%以上，從而保證回采工作面的抽采達標生產。二、抽采方法的選擇根據礦井設計，由于02號煤層屬于局部可采，僅在井田東南角可采，21208采煤工作面作為首采面，處于上方02號煤層

6、不可采區(qū)域。根據煤層賦存情況、礦井開采技術條件以及瓦斯參數情況，21208采煤工作面抽采工作分為開采層抽采、鄰近層抽采和現采區(qū)空抽采三種方式。開采層抽采開采層瓦斯抽采包括開采層預抽、邊采邊抽和強化抽采等方式，開采層預抽屬于未卸壓煤層瓦斯抽采，對于透氣性及其他預抽條件較好的煤層，預抽會取得較好效果。邊采邊抽利用工作面開采時的卸壓效應抽采開采層瓦斯，當工作面推進時，工作面前方煤體由于卸壓，透氣性大大增加，抽采效率大幅度提高，采用平行鉆孔，抽采工作面前方煤體的卸壓瓦斯。1、抽采鉆孔布置方式麥地掌煤礦2號煤層為可以抽采煤層，開采層是回采工作面的主要瓦斯來源，可采取順層平行工作面鉆孔抽采方法。即在工作面

7、的運輸順槽、回風順槽布置順層平行工作面鉆孔，可以作為預抽鉆孔對2號煤層瓦斯進行預抽。待預抽工作面轉變?yōu)榛夭晒ぷ髅婧螅A抽鉆孔還可作為邊采邊抽鉆孔對煤層進行卸壓瓦斯抽采，從而提高瓦斯抽采量，減少開采層的瓦斯涌出。抽采鉆孔布置見圖1。圖1：2號煤層平行工作面鉆孔布置示意圖2、鉆孔抽采參數確定預抽時間的確定由原設計可知，2號煤層百米鉆孔初始瓦斯涌出量為0.0529m3/min·100m，鉆孔瓦斯流量衰減系數取0.0171d-1。現設計工作面長180m，順槽推進長度為2000m；百米鉆孔在不同時間t內可抽采的瓦斯總量（Qt）和鉆孔抽采有效系數（K）按下式計算：Qt=1440 q0·

8、(1-e-at)/ （4-1）K=Qt/Qj=(1-e-at) （4-2）式中： Qt百米鉆孔在t時間內可抽瓦斯總量，m3；t抽采時間，d；K鉆孔抽采有效系數，；QJ鉆孔極限瓦斯涌出量，QJ=1440q0/，m3；計算結果如下表：表1：2號煤層不同抽采時間內百米鉆孔抽采瓦斯總量及鉆孔抽采有效系數表預抽時間（月）7 8 9抽采瓦斯總量Qt（m3）4332 4381 4419 鉆孔抽采有效系數K（%）97.2 98.3 99.0 鉆孔間距的確定從上表可以看出，預抽時間為9個月時，抽采有效系數為99.0%，有效系數已經完全符合實際需要，因此實際鉆孔預抽煤層瓦斯時間定為9個月。下面對鉆孔預抽時間為9個

9、月時，抽采影響范圍進行計算： 100·Qt/（L·M·D·Y·X） （4-3）式中： 鉆孔抽采影響范圍內的瓦斯抽采率，； L鉆孔長度，m； M煤層平均厚度，m； D鉆孔抽采影響范圍（直徑），m； Y煤的視密度，t/m3； X煤層瓦斯含量，m3/t。計算結果如下表：表2：2號煤層不同鉆孔抽采影響范圍內的瓦斯抽采率統(tǒng)計表()L(m)M(m)Y(t/m3)X(m3/t)D(m)52 1002.421.4102.537 1002.421.4103.529 1002.421.4104.5考慮到我國開采層預抽瓦斯目前的實際水平，對照上表，本著既要減少鉆孔工

10、程量又要保證抽采效果的原則，應根據具體的鉆孔預抽時間來確定鉆孔間距。由表4-1、表4-2可以得出，開采層預抽時間為9個月時，鉆孔影響范圍內瓦斯抽采率為52%，能夠滿足抽采要求。設計最終確定2號煤層回采工作面預抽時間為9個月，2號煤層鉆孔間距為2.5m，雙側布孔，2號煤層鉆孔總數為1598個。平行工作面鉆孔參數，詳見表4-3。表3： 2號煤層平行工作面鉆孔技術參數表鉆孔類別鉆孔與巷道夾角（°）鉆孔傾角（°）孔深（m）鉆孔直徑（mm）孔間距（m）開孔高度（m）2號煤層運輸順槽平行工作面鉆孔90同煤層傾角100942.51.02號煤層回風順槽平行工作面鉆孔90大于煤層傾角1

11、76;100942.51.0注：開孔高度為鉆孔距煤層底板的高度。單孔瓦斯抽采量預計Q=Qt/270/1440×（180-2×14.2）/100/2=4419/270/1440×（180-2×14.2）/100/2Q=0.009m³/min3、鉆孔施工設計采用ZDY2300型全液壓鉆機（鉆桿63.5），濕式打眼，水力排粉，無巖芯鉆進工藝。 鉆孔直徑：選用硬質合金鉆頭，鉆孔直徑94mm。4、封孔工藝鉆孔采用囊?guī)綆鹤{封孔技術，封孔長度為8m，封孔管為直徑65mm的PVC管（阻燃、抗靜電），再用PVC鉆孔連接管連接到支管上，然后連接到干管上，再連

12、接到主管上，最后到達地面瓦斯抽采泵站。囊?guī)阶{封孔法的關鍵是一個孔內安裝一次性囊袋注漿裝置。該裝置通過兩個囊袋封堵一段鉆孔，兩個囊袋之間有一段塑料管，塑料管上開設有鉆孔注漿口，通過鉆孔注漿口向兩個囊袋之間的鉆孔注漿，并形成注漿壓力使?jié){液向鉆孔壁滲透。囊?guī)阶{封孔原理見圖2。圖2：囊?guī)阶{封孔原理圖注漿材料：采用快硬硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥復合作為注漿材料的基礎，適量地加入外加劑激發(fā)活性。5、抽采管路管理工作面開采后，隨著工作面的推進，靠近切眼的抽采鉆孔不斷報廢，當鉆孔距工作面切眼60m時，預計抽采鉆孔進入卸壓區(qū)，進行卸壓抽采，隨著抽采管路不斷變短，靠近切眼的管路要逐段卸下來，端頭用法

13、蘭蓋密封。由于工作面在回采時，回風巷需進行超前支護大約20m，為了不影響生產，需提前拆除管路，給瓦斯管路的管理造成一定困難，所以可以考慮在靠近工作面切眼30m內的鉆孔用軟膠管與抽采管相連，抽采管末端特制一段23m長的短管，短管上做幾個變徑三通，與靠近工作面的鉆孔用軟管相連，鉆孔報廢后再向前移動短管，保持短管始終在抽采管路的末端，這樣一來，工作面的預抽鉆孔可以抽取大量的卸壓瓦斯，使開采層預抽取得較好的抽采效果。鄰近層瓦斯抽采1、鄰近層瓦斯抽采方法選擇應符合下列規(guī)定可采用從開采層回風巷向鄰近層打穿層鉆孔進行抽采。當鄰近層或圍巖瓦斯涌出量較大時，可采用頂（底）板抽采巷道進行抽采，也可在工作面回風側沿

14、開采層頂板布置水平長鉆孔或高位鉆孔抽采上鄰近層瓦斯。2、2號煤層高位鉆孔抽采上鄰近層（02號煤層）瓦斯抽采方法：本次設計采用高位鉆孔抽采上鄰近層瓦斯。鉆孔布置：高位鉆孔終孔位置布置在開采層裂隙帶中，在回風順槽頂板每隔45m布置一組高位鉆孔，且高位鉆孔在回采前應施工完。2號煤層高位鉆孔布置圖見圖3，參數見表4。表4：2號煤層高位鉆孔技術參數表孔號鉆孔直徑（mm）巷道夾角（°）傾角（°）開孔位置鉆孔間距（m）孔深（m）111356.93.0m0.61202113108.10.61203113159.30.6120411319.510.50.6120511324.611.80.6

15、120注：以上技術參數只供試驗參考，須根據實際效果來確定最終參數。采空區(qū)瓦斯抽采1、采空區(qū)瓦斯抽采方法選擇應符合下列規(guī)定老采空區(qū)應采用全封閉式抽采方法?，F采空區(qū)可根據煤層賦存條件和巷道布置情況，采用頂（底）板鉆孔法、高位鉆孔法、插（埋）管法等抽采方法，并應采取提高抽采瓦斯?jié)舛鹊拇胧?、現采空區(qū)瓦斯抽采現采空區(qū)瓦斯是指回采工作面后方的、工作面回采過程中始終存在、并且隨著采面的推進范圍逐漸增加的采空區(qū)。由于這種采空區(qū)是和工作面通風網絡相連通的，在通風壓差的作用下來源于各方面的瓦斯涌入采空區(qū)后又流進工作面并經由回風流排出，當采空區(qū)積存和涌出瓦斯較大時有可能使工作面上隅角或回風流當瓦斯處于超限狀態(tài)，

16、特別是當頂板冒落時引起采空區(qū)瓦斯突然大量涌出對生產構成很大的威脅。本次設計采用埋管抽采現采空區(qū)瓦斯。2號煤層現采空區(qū)抽采示意見圖4。圖3：2號煤層高位鉆孔抽采上鄰近層瓦斯示意圖圖4：2號煤層現采空區(qū)瓦斯抽采示意圖3、采空區(qū)抽采安全措施根據煤科集團沈陽研究院有限公司2014年檢測檢驗報告，02號煤層自燃傾向性等級為類，不易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性；2號煤層自燃傾向性等級為類，自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性。2號煤層為自燃煤層，因此，采空區(qū)抽采時應采取安全措施；麥地掌煤礦02號煤層雖為不易自燃煤層，但為了保證安全，同樣采取安全措施。具體如下：應在靠近抽采地點的管道上安設抑爆自動噴粉抑爆裝置。至少

17、安設1組，每組抑爆裝置需安設2個噴粉罐，兩個噴粉罐之間的距離為50m。安設地點距最近的抽采瓦斯管口的距離（沿管道軸向）應小于100m。抑爆裝置的火焰?zhèn)鞲衅鲬苍O在自動噴粉抑爆裝置與抽采管進氣口之間，距離抑爆裝置的距離（沿管道軸向）應大于50m。采空區(qū)抽采系統(tǒng)監(jiān)測采空區(qū)抽采時應完善礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，保證系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測CO、CO2、O2等環(huán)境參數。三、抽采系統(tǒng)及管路敷設1、21208回風順槽掘進工作面邊掘邊抽利用地面瓦斯抽采泵站兩臺2BEC72型水環(huán)真空泵及配套設施構成，順槽內瓦斯抽采管路自回風大巷1內敷設的DN600高負壓瓦斯抽采干管引出，具體敷設路線為：地面抽采泵（主管選用630mm*6螺旋

18、焊管1120米）回風立井回風大巷1（干管選用630mm*6螺旋焊管1880米）21208配風巷21208配風巷1號聯(lián)絡巷（支管選用273mm*4螺旋焊管1300米）21208回風順槽2、抽采管路在向順槽內延接時在巷道開口點安裝瓦斯抽采自動計量裝置（孔板流量計）并聯(lián)入瓦斯抽采監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，同時留設人工檢測孔（可檢測管道負壓和瓦斯?jié)舛龋９苈吩诜种幇惭b配套閘閥，在08配風巷開口處設置除渣器、放水器，管路隨巷道起伏，在低洼點設置放水器。3、支管進入21208回風順槽后設置在巷道右?guī)?，結合現場實際可施工吊掛眼或加工托架對管路進行固定，管路離地高度不低于300mm。四、瓦斯抽采管路的附屬裝置鉆孔與管路

19、的連接裝置瓦斯管路的連接裝置，包括管路連接頭、流量計（或帶檢測孔的短接）、閥門和高壓膠管等。封孔管通過鎧裝膠管與管路接口（或三通）連接，接頭設置閥門，構成瓦斯抽采系統(tǒng)的開端。預抽鉆孔與抽采管路連接方式，見圖5。圖5：鉆孔與管路連接示意圖閥門在瓦斯主、干管、鉆孔聯(lián)接裝置以及其他需要的地點，都必須設置閥門，用于調節(jié)各個抽采區(qū)、各個鉆孔的抽采量及瓦斯?jié)舛龋瑫r也可以調節(jié)、控制和平衡各地點、各管路系統(tǒng)上所需要的壓力。另外，當修理和更換瓦斯管，以及聯(lián)接或拆接鉆孔裝置時，可以關閉閥門，切斷通路。閥門型號根據使用地點和管徑大小而確定，一般抽采點由于管徑小選用閘閥，主、干管可選用外形尺寸較小的蝶閥，必須使用取

20、得“MA”標志且適用于煤層瓦斯氣的閥門。測壓嘴（檢測孔）根據礦井實際，選用檢測孔裝置用以測定管路中瓦斯流的壓力和瓦斯管路中氣體濃度，在管路安裝以前，預先安裝上。在瓦斯主管、支管和鉆孔聯(lián)接裝置上都應設置。檢測孔裝置以配套螺栓和螺母在瓦斯抽放管路上加工，不宜過大過長，一般不超過30mm，其直徑大約410mm。平時，將螺栓與螺母上緊，確保與管外空氣隔絕，同時經常對螺栓及螺母進行潤滑，保證靈敏可靠。集流器集流器即將多個瓦斯抽放封孔管集中在一起然后與瓦斯抽放支管連接的裝置，結合礦井實際，主體部分以325螺旋焊管加工，加工示意圖如圖6所示圖6：集流器加工示意圖說明：集流器主體為325螺旋焊管；安裝108閘

21、閥1個（連接抽放主管用），安裝2寸球閥1個用于放水，安裝4分球閥1個（連接負壓表用），安裝1.5寸球閥及抽放短接（帶檢測孔）6個。管路放水器管路中每200300m、最長不超過500m的低洼處安設一放水器，及時將管中積水放出。圖7：放水器加工示意圖（以DN250瓦斯管為例）說明：以DN250鋼管加工，長度為抽放管直徑的2倍，兩端以厚度為3mm的鋼板封堵；上部2寸球閥用于進水，下部2寸球閥用于放水，4分球閥為進氣閥。除渣器圖8：除渣裝置加工示意圖說明：圖中除渣裝置以DN250抽放管為例；擋渣用的銅網必須保證牢固可靠；在底部安裝擋板，除渣時打開，除渣結束重新緊固，確保嚴密不漏氣。抽采監(jiān)控與檢測1、流

22、量檢測裝置在瓦斯管網中的主管、干管和支管上均安裝流量計或設置檢測孔，通過其流量的測定，掌握每個瓦斯區(qū)域的瓦斯流量情況，反映煤層瓦斯涌出規(guī)律和計算抽采效果。2、負壓檢測裝置抽放負壓檢測必須選用量程符合要求的負壓表，在每個集流器上安裝，隨時檢測抽放負壓情況。根據相關標準及同類礦井瓦斯抽采經驗，利用鉆孔抽采時管口負壓為1325KPa，采用采空區(qū)冒落帶裂隙帶抽采（或采空區(qū)埋管抽放）時管口負壓為58KPa左右。3、監(jiān)控設備與檢測儀器采用自動監(jiān)控與人工檢測相結合的方式。自動監(jiān)控利用安裝在主、干管道上的孔板流量計，人工檢測采用WGCB型管道瓦斯參數儀2臺，配合皮托管、高負壓抽氣筒進行檢測。五、安全技術管理措

23、施打鉆施工1、施工人員必須認真學習煤礦安全規(guī)程、操作規(guī)程和本抽放設計。2、打鉆人員必須經過正規(guī)培訓，考試合格持證上崗.3、施工人員必須按照設計參數進行施工，方位、傾角誤差±1°。4、施工地點10m范圍內必須保持清潔，巷道無片幫冒頂現象，發(fā)現不安全預兆必須及時維修。5、打鉆地點必須懸掛甲烷監(jiān)測傳感器或便攜式甲烷檢測報警儀。6、開始打鉆時首先檢查工作地點巷道，頂底板及煤幫情況，隨時檢測瓦斯?jié)舛龋斖咚節(jié)舛瘸^0.8%時，立即停止打鉆，并匯報通風調度，待處理后方可打鉆。7、鉆機運輸時，必須捆綁牢固，運輸中嚴格遵守煤礦安全規(guī)程的規(guī)定。8、裝卸車時，現場人員相互協(xié)調，互相照應，由跟班

24、領導統(tǒng)一指揮。9、鉆機移動時，禁止無關人員在鉆機附近逗留。10、抽采鉆孔定位、角度吊掛，必須由專業(yè)人員準確完成。11、鉆機必須安裝平穩(wěn)、牢固，鉆進過程中鉆機后方嚴禁站人，以免發(fā)生意外。12、施工高仰角鉆孔過程中，裝卸鉆桿時，必須將夾持器卡牢，以防鉆桿下滑傷人；13、所有電器設備必須完好，班班有專人檢查，嚴禁失爆。14、打鉆過程中，如發(fā)生鉆孔噴氣、噴水、噴煤等異?，F象時，必須立即停電、撤人，不準提鉆，并立即向礦調度、通風調度及隊領導匯報。15、鉆孔施工中如遇有水或瓦斯大量涌出，要立即停機，切斷電源，撤出人員，匯報調度，聽候指揮。16、如果施工過程中鉆遇頂、底板炭質泥巖，立即停鉆后撤，根據鉆孔方位

25、、傾角調整工具面，使鉆孔軌跡沿煤層延伸。17、打鉆附近必須安設電話，便于聯(lián)系。18、鉆孔施工完畢后，派專人對鉆孔進行驗收，鉆孔深度誤差不得大于±，角度誤差不得大于±°。管路安裝抽采管路必須嚴格按標準進行吊掛,由總工程師組織有關單位進行驗收,在合格后方可投入使用。1、抽采管路按設計要求安裝，做到平、直、穩(wěn)、嚴密，統(tǒng)一高度。抽采管路沿巷道側幫敷設，要求每根抽采管路支撐不少于兩處。2、對瓦斯管路必須進行防腐處理，外部涂成黑色以示區(qū)別；每根瓦斯管路都進行編號。3、管路跨過巷道或硐室時要設龍門。4、合理設置三通、閥門，便于連接。5、井下管路應嚴禁與通訊、動力電纜敷設在一起，以防管路帶電。6、連接管路時必須將管內雜物清理干凈，膠墊要墊合適，法蘭盤螺絲要上齊全，全部緊固，保證不漏氣。7、瓦斯管路鋪設地段嚴禁施工，如確需施工時，必須做好管路保護措施，并與抽采隊聯(lián)系，待抽采隊采取措施后，方可施工。在瓦斯管路醒目處，揭示警標，內容為“瓦斯管路，嚴禁碰撞”。8、管路安裝時每500米安裝一個支管控制閥門，管路安裝時