150102工作面抽采设计.docx
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150102工作面抽采设计
1、150102工作面概况
150102综采工作面回风顺槽所属沁水煤田15#煤层,沿煤层底板掘进,本煤层属于沁水煤田东部边缘的石碳系太原组下部,厚度稳定,平均厚度3.93m,容重1.45t/m3。
煤层顶板为泥岩或砂质泥岩组成,局部变为砂岩,平均厚度为13.84米,一般随开采而跨落,较易管理;底板为泥岩或砂质泥岩组成,局部发育为铝质泥岩,厚度6.4—15.8m。
15#煤层结构简单,与15#上中间有一层夹矸,夹矸厚度为2.7m,15#上煤层厚度为1.5m,底板为2.6m厚的铝质泥岩。
厚度较稳定,煤层较稳定,煤层平均厚度4.2m。
15号煤为黑色、半亮型~半暗型煤。
块状为主,夹部分粉状。
煤岩成分以亮煤为主,暗煤少量,偶见丝炭。
玻璃光泽,均一结构,条+带状构造,参差状、眼球状断口。
内生裂隙不发育,见平行层状节理,含黄铁矿结核及散晶。
2、矿井瓦斯来源分析和瓦斯抽采的必要性
我矿15#煤层属于厚煤层,采用放顶煤采煤法,150102工作面可采煤量60万吨,根据150102工作面瓦斯排放量统计,其工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯,另一部分来源于采空区,采空区瓦斯涌出包括未采下分层卸压后涌出的瓦斯、丢煤解吸的瓦斯、邻近层及围岩涌出的瓦斯,为此工作面瓦斯主要来源于开采落煤和采空区(含围岩及邻近层)涌出的瓦斯。
瓦斯抽采的必要性可行性
(1)必要性
从采煤工作面瓦斯涌出预测情况来看,15#煤层回采工作面的涌出量为32.15m3/min,远大于5m3/min。
因此,150102工作面必须提前预抽瓦斯,保证矿井安全生产。
(2)可行性
我矿目前没有对煤层透气性进行测定。
煤炭科学研究总院沈阳研究院测定的15#煤层钻孔瓦斯流量衰减系数为0.016~0.083d-1,由钻孔瓦斯流量衰减系数来看,15#煤层的抽采难易程度属可以抽采到较难抽采类型,因此经过采取一些强化抽采措施后左权宏远煤业有限公司开采层瓦斯抽采还是可行的。
(3)抽采瓦斯效果预计
根据抽采初设及我矿抽采现状,预计抽采率达50%左右,瓦斯抽采量达4690365.75立方米。
3、瓦斯抽放方法确定
(1)综采工作面
综采工作面采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯的方法进行,在工作面顺槽内垂直巷帮施工顺层钻孔对回采区域的15#煤层瓦斯进行预抽。
钻孔直径为94mm,钻孔开孔高度1.50m,钻孔间距取1m,钻孔长度为85m,确保上下顺槽钻孔重叠区域不小于20m(如下图所示)。
(2)掘进工作面
方案一、单一的煤巷掘进工作面采用条带式预抽的方式。
,保证有足够的瓦斯预抽时间。
正前施工10个钻孔,孔径94mm,孔深80m,预留20m,确保钻孔控制到巷道轮廓线以外各15m(如下图所示)。
方案二:
条带式预抽掘进过程中施工顺层钻孔解放相邻掘进工作面的方法。
孔径94mm,孔深40m,确保钻孔控制到巷道轮廓线以外各20m(如图1-4所示)。
方案三、在巷道两侧,每隔60-80m分别开掘巷帮钻场,钻场在航道两侧交错布置,错距10-25m,如下图所示。
在钻场内布置孔径为94mm的煤层扇形顺层钻孔,钻孔在巷道轴向投影长度为80-120m,钻孔应覆盖巷道两帮以外15m的范围,钻孔终孔间距根据有效抽采半径确定,并且不大于1.8倍的有效半径。
根据煤炭科学研究院沈阳研究院《15#煤层瓦斯基础参数测定及抽采可行性研究报告》,钻孔间距取2.0m。
掘进正前迎头布置孔径为94mm的顺层钻孔,钻孔在巷道轴向投影长度为80-100m,钻孔间距为2.0m。
循环措施重合区域为20-40m。
所有钻孔必须联网预抽。
单巷掘进煤巷条带区域煤层瓦斯措施钻孔布置示意图
(3)邻近层瓦斯采用顶板走向高抽巷进行抽采;
(4)已采完的密闭采空区采用原高抽巷抽采瓦斯。
4、抽放瓦斯工艺
4.1掘进工作面边掘边抽
由于150102回风顺槽靠近旧采空区,根据前几个工作面掘进情况推测,150102回风顺槽掘进期间瓦斯量大,瓦斯防治管理比较困难,150102运输顺槽掘进期间采用边掘边抽方法解决掘进期间瓦斯问题。
在150102运输顺槽掘进期间,从停采线向内100m处开始,在巷道煤壁两侧每隔25m施工一个钻场,错距50米,(钻场规格:
外口长7m,里口宽5m,深度为4.5m,高3.2m;支护采用锚网支护,锚索补强。
)
共施工24个钻场。
每个钻场中施工12个钻孔
边掘边抽系统中抽放管路、抽放泵等设施均与此巷道煤体预抽及回采工作面边采边抽系统相同(在工作面巷道掘进完成后,需对掘进钻孔采取封孔措施)。
4.2150102回采工作面本煤层预抽
4.2.1150102运输顺槽本煤层抽放
抽放方法:
在工作面运输顺槽垂直向煤壁钻孔施钻,沿150102运输顺槽从停采线开始到切眼煤壁共施工480个钻孔。
工作面开采前进行煤层瓦斯预抽,预抽时间6个月以上,开采时进行采动卸压抽放。
工作面回采后将瓦斯抽放孔进行拆除并封孔。
抽放钻孔布置:
钻孔技术参数见表,附抽放钻孔布置图。
150102运输顺槽钻孔技术参数表
钻孔
类别
开
孔
位
置
钻孔与巷道夹角
(°)
钻孔与水平面夹角
(°)
孔深
(m)
孔间距
(m)
钻孔直径(mm)
垂直巷帮
的钻孔
距底板1.4米
128°
3—8
85
1
94
4.2.2150102回风顺槽本煤层抽放
抽放方法:
在工作面回风顺槽垂直向煤壁钻孔施钻,沿150102回风顺槽从停采线开始到切眼煤壁共施工477个钻孔。
抽放钻孔布置:
钻孔技术参数见表,附抽放钻孔布置图。
150102回风顺槽钻孔技术参数表
钻孔
类别
开
孔
位
置
钻孔与巷道夹角
(°)
钻孔与水平面夹角
(°)
孔深
(m)
钻孔
直径
(mm)
孔间距
(m)
垂直巷帮
的钻孔
距底板1.4米
308°
-3—-8
85
94
1
备注:
150102回风顺槽钻孔以打到岩层为准。
4.2.3顶板高抽巷(采空区)抽放
采空区(上隅角)抽放
管路连接方式是在抽放管路负压端连接一个带4个分支的分路器,分路器连接Φ159塑料弹簧软管,软管埋入上隅角后呈发散排列。
在必要时,需在上隅角附近用沙袋搭建一堵墙,这样即可以防止瓦斯从上隅角涌出,又可以增加通风阻力,减少采空区漏风量,从而提高抽放瓦斯的浓度。
4.3封孔工艺:
钻孔采用聚氨酯封孔。
对于井下封孔而言,主要要求聚氨酯在发泡后,其内所形成的孔为封闭孔,即各孔之间互不连通,另外对发泡时间、发泡倍数、固化后的强度,可塑性等均有一定的要求。
聚氨酯封孔采用卷缠药液法及钻孔内封孔管结构如图所示。
抽放管为PVC管封孔选内径Φ50mm的,长为9~10m,在管前端焊上铁档板,套上木塞和橡胶垫圈,距前端橡胶垫圈1m处,再套上木塞和橡胶垫圈,并用铁丝缠紧固定,在1m间距内的抽放管上固定一块毛巾布(1m×0.8m)。
卷缠药液法封孔操作程序为:
先称出封一个孔的甲、乙组成药液,分别装入两个容器,再将药液同时倒入混合桶,立即用小木棒快速搅拌均匀,当药液由黄褐色变为乳白色时,停止搅拌,将药液均匀倒在毛巾布上,边倒药液边向抽放管上卷缠毛巾布,并把卷缠好药液的封孔管迅速插入钻孔,大约5分钟后,药液开始发泡膨胀,20分钟后停止发泡,逐渐硬化固结。
为了避免封孔管晃动影响封孔质量,孔口处用木塞楔紧。
封一个钻孔的聚氨酯用量约为2Kg左右。
钻孔与管路的连接
聚氨脂封孔1小时后,便可与抽放管路连接,而水泥砂浆封孔需经25小时后才可与抽放管路连接。
钻孔与管路连接处应设置流量计和放水装置。
钻孔封孔器与抽放管路的连接如图所示。
钻孔封孔器与抽放管路的连接示意图
5、抽放施工设备及施工量
5.1钻机
煤矿抽放瓦斯钻机应符合下列要求:
①电动机及附属电器设备必须是防爆的;
②钻机要体积小,轻便或解体方便,以利于搬迁;
③钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。
根据我矿现阶段情况,掘进期间钻孔选用ZDY1900S型液压钻机;(钻杆用69mm,钻头采用94mm,成孔直径为94mm)。
由于工作面主要打近水平仰孔及近水平俯孔,采用水力排渣和风的动力排渣;)
5.2施钻工量
150102回风顺槽本煤层抽放钻孔个,设计孔深85m,钻孔总施工进尺为30785m;150102运输顺槽本煤抽放钻孔480个,钻孔间距1m,设计孔深85m,钻孔总进尺为39263m。
合计150102工作面顺层预抽钻孔进尺为70048m。
为了保证矿井的瓦斯抽放效果,投入的抽放工程必须达到要求,并且本煤层预抽时间尽可能长。
6、瓦斯抽放设备选型
6.1抽放瓦斯管径选择
瓦斯抽放管径选择合理否,对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放系统效果有很大影响。
直径太大,投资费用增加;直径过细,管路阻力损失大。
故一般采用下式计算,并参照抽放泵的实际能力使之留有备用量,同时尚需考虑运输和安装方便。
D=0.1457(Q/V)1/2
式中D—抽放瓦斯管内径,m;
Q—瓦斯管中混合瓦斯流量,m3/min;
V—瓦斯管中混合瓦斯平均流速,一般V=5~15m/s。
6.1.1煤体预抽抽放管径选择
①150102回风顺槽抽放管径选择
当管中瓦斯流速取15m/s,本煤层预抽抽放管路中混合流量取147m3/min时计算:
D=457mm,因此本煤层预抽选择管路直径为457mm(内径)。
②运顺煤体抽放管径选择
当管中瓦斯流速取15m/s,煤体预抽抽放管路中混合流量取147m3/min时计算:
D=457mm,因此煤体预抽选择管路直径为457mm(内径)。
具体管路选用及安设情况如图
6.2.2抽放泵选型
矿井瓦斯抽采系统的能力为120m3/min,低负压系统的能力为30m3/min,高负压系统的能力为90m3/min。
为矿井瓦斯抽采率为54.45%。
共安装CBF810系列水环真空泵4台,其中900Kw低负压抽采泵2台,710Kw高负压抽采泵2台,瓦斯抽采系统于2012年2月8日正式运行。
7、抽放管路敷设
根据实际情况采用支撑和悬挂结合的铺设方式。
悬挂采用钢丝+管卡悬吊的方式,连接方式均采用与管路配套的活法兰或者专用接头连接。
抽放路线
高负压抽采系统管路布置如下:
地面抽采站→回风立井→总回风大巷→采区回风大巷→工作面进、回风顺槽
低负压抽采系统管路布置如下:
地面抽采站→回风立井→总回风大巷→采区回风大巷→顶板走向高抽巷
管路规格
管路
名称
所选
管径
(mm)
所选
管材
敷设位置
主管
D920×10
螺旋焊钢管
地面及回风立井
干管
回风大巷及
采区回风大巷
支管1
D457×6
螺旋焊钢管
工作面进回风顺槽
支管2
D660×8
螺旋焊钢管
至工作面高抽巷
8、电缆型号及敷设方式
供电电缆规格确定
按上述原则,泵站供电管理参照掘进面的局扇的供电管理,要求“三专”,即专用变压器专用线路、专用开关。
根据井下目前供电情况,由四采区变电所对瓦斯抽放泵供电。
选用断面为35mm2的四芯电缆,其长期允许负荷电流值为138A,大于108A,满足要求。
9、泵站设备与管路安装
9.1地面泵房通讯
在抽放泵房内安装直达矿调度室的电话一部(号码:
8073)。
9.2泵站供水系统
对于泵站供水主要采用静压水对泵供水,选择这种供水方式不容易使泵体结垢而损坏,有利于延长泵体的寿命。
9.3管路防腐、防锈
外壁进行喷砂除锈,达到我国《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级标准》,管道外壁喷涂环氧富锌底漆两遍,喷涂环氧沥青面漆两遍,漆膜厚度δ120μm。
9.4管路附属装置
瓦斯抽放管路系统应配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计和正、负压放水器等附属设施。
9.5计量装置
瓦斯流量是矿井瓦斯抽放工作中的一个重要参数,较准确的测定瓦斯流量才能真实地反映瓦斯抽放效果。
目前瓦斯流量计量方法的种类很多,应用条件也各不相同。
目前,我矿井下抽放管路采用V锥流量计来检测抽采管路各种抽放参数。
9.5.2放水装置
根据煤矿瓦斯抽放实际情况,采空区瓦斯抽放、煤体预抽抽放管路内涌水量多的特点,对于煤体预抽系统每个分路器处均安设一个放水器,并在管路头处安设一台放水器;对于采空区抽放系统在抽放管路低洼处应设置放水器,同时在巷道出口处的抽放管路安设一个放水器。
负压吸气端设置负压放水器,正压排气端设置正压放水器(可选择自动放水器或人工放水器),如下图所示。
放水器示意图
9.5.3排渣装置
在工作面抽放管路与采区瓦斯抽放管路之间,选择宽敞及低洼地点设置排渣器,将瓦斯抽放管路内煤粉及管路积存的水等杂物排掉,防止进入瓦斯抽放泵内损坏真空泵的叶片。
9.5.4阀门
井下瓦斯抽放管系统中,在水环真空泵的进、排气口处均要安装阀门,以便抽放泵之间相互切换和设备正常检修;在瓦斯抽放管路上和钻孔的连接处,均需安设阀门,主要用于调节与控制抽放地点的抽放负压、抽放量等。
9.5泵站的使用要求
(1)泵站吸气和出气端与管线连接处应用胶垫密封,不得有漏气现象。
管线尽量避免急弯,在泵站进气口端,应安装除渣过滤装置。
抽放管路内应清洁无杂物,且必须是防静电阻燃管路,并保证管路的各接口处密封良好。
(2)应有清洁水源向抽放泵供水,水环真空泵工作水温范围为5℃~50℃,若水质不纯,需在进水端加过滤网,水源水质较硬时,建议使用循环水,以避免水环泵结垢过快,影响使用。
(3)抽放泵应安装于符合要求的泵房或巷道内,环境温度为0℃~40℃,空气相对湿度≤98%(25℃),抽放泵旁边不应堆积杂物。
10、安全措施
10.1抽放钻场、钻孔施工时防止瓦斯危害的措施
抽放钻场(孔)施工前,必须编制作业规程,制定施工安全措施。
打钻时必须配备专职钻机工和瓦斯检查员,严格执行《煤矿安全规程》的有关规定,杜绝违章作业。
打钻过程中如遇喷孔、夹钻、顶钻等异常现象时,必须立即停钻,采取处理措施,并向矿调度室及有关领导汇报。
10.2管路防漏气、防砸坏、防带电措施
抽放系统必须设置负压测定装置和截止阀门,新敷设的管路要进行气密性检查;正常抽放的管路亦应定期进行气密性检查。
敷设抽放管路的巷道虽非主要运输巷道,但在运输较危险区域,需在管路上悬挂警示牌,以免运输撞坏管路。
抽放管路在巷道内吊挂安装时,吊挂高度不小于1.8m;为防止底鼓折损管路,管道都用墩垛垫起,垫起高度不小于0.3m。
设有瓦斯抽放管路的巷道内,电缆(包括通讯、信号电缆)必须与瓦斯抽放管路分挂在巷道两侧。
10.3管路安装安全措施
若在巷道同侧悬挂电缆,则电缆与抽放管保持0.5m以上的距离,并且电缆位于抽放管路下方。
管路敷设时,巷道分叉处将管路架空,用钢筋、卡子固定在巷道帮上,不影响行人。
管路悬挂必须结实可靠(铁丝选用8#以上强度,每个悬挂点必须用5股以上铁丝悬挂,并将铁丝与巷帮、顶锚杆锚索连接;一根管路至少2个悬挂点),防止管路跌落伤人。
禁止人员在管路下方施工或停留。
对于管路需抬高或过龙门等特殊地点,需采用弯头平稳过渡,尽量避免急弯出现,过龙门时,要根据巷道的实际尺寸和安全要求进行管路的安装。
抽放系统必须设置负压测定装置和截止阀门,新敷设的管路要进行气密性检查;正常抽放的管路亦应定期进行气密性检查。
敷设抽放管路的巷道虽非主要运输巷道,但在管路上要悬挂警示牌,部分管路外部涂红色以示区别,提醒车辆注意,并要每周巡回检查,发现问题及时更换。
抽放管路在巷道内吊挂安装时,吊挂高度不小于1.8m;支撑时为防止底鼓折损管路,管道都用墩垛垫起,垫起高度不小于0.3m。
井下瓦斯抽放管应尽量避免与通讯、动力电缆带电物体等设在一起,以防管路带电。
10.4抽放泵站安全措施
⑴泵房内必须设置干粉灭火器和砂箱等灭火器材。
⑵抽放浓度规定及在规定浓度下的防爆措施
抽放瓦斯浓度低于30%时,要增加浓度检查次数,每15分钟不得少于一次,同时向总工程师和通风助理汇报并及时检查原因,采取措施。
抽放泵房内环境瓦斯浓度不得超过0.5%,否则必须停泵,查明原因并处理。
⑶泵房内不得使用非防爆电器,杜绝明火。
⑷穿入真空泵间墙上的孔洞,一律用不燃发泡材料充填并封严。
⑸建立抽放设备检查制度。
定期对抽放设备进行检查、维修,发现问题及时处理,并将有关情况及时向主管部门和领导汇报。
⑹建立抽放设备停、运联系制度。
未经有关部门和领导研究,任何人不得私自停开抽放设备,不得私自调整抽放系统的抽放负压。
⑺建立抽放参数定期检查制度。
抽放系统各测点每三天必须进行一次全面观测,有条件的应每天测定一次,每次观测都要及时填写在抽放日报上;瓦斯泵房内抽放管路的瓦斯浓度、正压、负压、流量、水温必须每隔10~30min测定、记录一次,并建立记录台帐。
⑻建立泵站值班人员交接班制度。
⑼泵房值班室设直通矿调度室电话,遇见特殊情况及时汇报。
10.5瓦斯抽放系统安全措施
(1)瓦斯抽放系统运行前,必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面检查和维修,检查内容:
瓦斯抽放泵电器设备的完好,水电闭锁、供水及排水系统等。
确认无问题方可正常运行。
(2)瓦斯抽放泵运行前,应在负压侧管路的各低洼点安装放水器。
(3)由于抽放管路为新安装的钢管,使用前必须使用压风或水冲洗,且在抽放管路负压侧安装铁筛网过滤。
(4)瓦斯抽放泵运行过程中,应确保有专职瓦斯抽放泵司机值班,操作,抽放司机必须是经过培训并取得合格证的人员担任,并且严格按照抽放泵的操作规程操作,严格执行现场交接班制度。
(5)瓦斯抽放泵运行过程中,抽放泵司机应认真观察抽放泵的运行情况,做好各种参数的记录,发现异常及时停泵处理,并汇报调度室及相关人员。
(6)加强抽放地点的瓦斯管理,抽放管与弹簧管之间的连接段必须使用铁丝扎紧。
(7)抽放地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌,实行巡回检查,次数不少于3次。
(8)抽放泵站方圆20米范围内,不得有明火,不得有易燃、易爆物品,并安装四只干粉灭火器和不少于0.5m3的黄沙。
(9)必须保护好瓦斯抽放管(为方便识别,抽放管路涂红色防腐漆),严禁砸碰管路,一旦撞坏,必须立即通知泵站司机停泵,并汇报调度室处理。
(10)加强瓦斯抽放泵正、负压侧管路检查和维修,每天安排专人对所有管路进行巡回检查,发现问题及时处理,确保抽放管路处于完好状态。
(11)加强瓦斯抽放室的检查和管理,瓦斯抽放室必须配备《抽放泵司机岗位责任制》、《抽放泵司机操作规程》、《瓦斯抽放管理制度》、《抽放系统图》、交接班记录本、设备运行记录本等。
(12)瓦斯抽放监控室为要害场所,非工作人员不得入内。
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