浅谈北二采区27层抽放设计.doc
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浅谈北二采区27层抽放设计.doc
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浅谈北二采区27#层西翼二区段瓦斯抽放设计
与瓦斯抽放的实际应用
摘要:
由于27#层二区段工作面上隅角、后尾溜处瓦斯时常超限报警,根据开采期间的经验,矿井不同煤层瓦斯含量各异,以28#煤层瓦斯含量最大。
依据矿井2010年8月瓦斯等级鉴定结果,矿井绝对瓦斯涌出量为2.769m3/min,相对瓦斯涌出量为0.798m3/t,为低瓦斯矿井。
但由于回采工作面生产期间,上隅角瓦斯涌出不稳定,如形成涡流区域时,风排瓦斯量相对减少,易造成瓦斯积聚和超限现象,为防止工作面上隅角及后尾溜处的瓦斯积聚,经矿领导决定采用瓦斯抽放来减少工作面瓦斯积聚和超限。
关键词:
瓦斯抽放设计采空区瓦斯纯量
一、27#层二区段工作面上隅角瓦斯超限分析
2011年9月23日KJF2000N监测系统曲线查询
1、北二采区西翼27#层二区段回采工作面位置及相邻关系情况:
北二采区西翼27#层二区段回采工作面位于第20勘探线至第23勘探线之间,南侧邻近西翼28#层一区段工作面采空区,北侧为未开采区域。
西翼27煤层二区段上顺槽在西翼28煤层一区段下顺槽的上方,两条巷道水平间距为27.16m,上下高差为12.36m。
根据岩层塌落角预计西翼27#层二区段上顺槽底板向上13.37m位置与西翼28#层一区段采空区相连。
西翼27煤层二区段开采时间为2011年8月4日,推进137米后与与原西翼28#层一区段工作面安装眼相遇,相遇时间为2011年9月11日。
2、北二采区西翼27#层二区段回采工作面瓦斯情况:
北二采区西翼27#层二区段回采工作面至2011年8月4日开始回采至2011年9月16日,工作面平均瓦斯浓度为0.1%,上隅角平均瓦斯浓度为0.3%。
自2011年9月16日以来,发现上隅角瓦斯涌出量增大,平均瓦斯浓度为0.45%,最大瓦斯浓度为2.61%(2011年9月16日)。
3、雁南煤矿北二采区西翼27#层二区段回采工作面上隅角瓦斯涌出原因分析:
(1)雁南煤矿北二采区西翼27#层二区段回采工作面于2011年8月4日开始进入回采,回采推进137米时,西翼27#层二区段回采工作面与原西翼28#层一区段工作面采空区相遇,受两采空区地压影响,导致西翼27#层二区段回采工作面采空区与原西翼28#层一区段工作面采空区通过裂隙导通,原西翼28#层一区段工作面采空区内积存的瓦斯受负压和地压影响向西翼27#层二区段回采工作面涌入,致使现回采的西翼27#层二区段回采工作面上隅角出现瓦斯积聚和短时超限现象。
(2)煤层中的瓦斯以吸附和游离两种状态存在,在自然状态下吸附瓦斯和游离瓦斯处于平行状态,两者之间处于不断交换过程中,当受到外力作用时,就会破坏其动力平衡,游离瓦斯首先释放,然后吸附瓦斯转化为游离瓦斯释放出来,27#层二区段采煤工作面受采煤工艺及巷道断面的影响,由于巷道压力较大造成回风出口断面变小,风排瓦斯量减小,从而造成瓦斯积聚。
(3)通过瓦斯超限时间及采煤机割煤地点对比发现,采煤机割煤和拉移支架增加了顶板压力,煤层中及采空区内所含大量瓦斯在短时间内释放出来,导致瓦斯涌出量较高。
二、瓦斯抽放设计
1、抽放瓦斯方法选择
目前抽放方法主要有:
开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放。
现阶段27#层二区段采煤工作面瓦斯,主要集中在上隅角及后尾溜处,结合我矿对西翼28#层一区段工作面的抽放经验及煤层赋存状况、地质条件和开采技术条件等因素,以及瓦斯来源这一特点,决定主要采取采空区瓦斯抽放方法。
抽放方法选择:
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
采空区瓦斯涌出量较大
需打木垛,如上隅角浅部的抽放效果不好,再考虑采用
采空区埋管
采空区瓦斯涌出量较大
前两种方法无法解决问题时考虑采用。
但埋入管道难以回收,投资大
2、抽放瓦斯工艺设计
(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7m长的吸气管与主抽放管路相连接,将吸气管的一端插入上隅角,为保证软管吸入口能处于上隅角的上部(上部瓦斯浓度较高)可将抽放软管与木棒绑在一起(避免软管口下耷),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。
随着工作面的推进,逐节回收主抽放管路,移动软管的连接,直至回采结束。
抽放软管伸入上隅角的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。
为确保抽放点的合适位置,在主抽放管路末端可设置一个分流器,分支出几个支管,插入上隅角的不同位置进行抽放。
但是,该抽放方法必须保证是在有严密的组织、安全、施工措施,确保施工安全的前提下进行。
(2)采空区埋(留)管抽放
对于西翼27#层二区段采空区瓦斯涌出量较大这一现象,也可以采取采空区埋(留)管抽放的方式。
即预先将抽放管路安接好,将抽放瓦斯管路通过回风巷预先埋在紧靠上风侧的采空区里,当抽放管路埋入工作面采空区20m时,再重新埋入一路抽放管路;当新埋的管路进入工作面采空区20m时,将新埋的管路与抽放系统连接,即管路每40m切换一次;通过抽放使上隅角瓦斯流向发生改变,从而减少工作面瓦斯涌出量。
我矿将根据实际抽放效果来采取上隅角插管抽放瓦斯或采空区埋(留)管抽放。
3、瓦斯抽放参数计算
(1)瓦斯抽放率计算
1、北二采区西翼27#层二区段采煤工作面,预计瓦斯抽放量
Q抽=Q涌-Q风排;Q风排=Q风量×C/(100×K)
式中:
Q抽―――预计瓦斯抽放流量m3/min
Q涌―――瓦斯涌出量m3/min
Q风排――工作面风排瓦斯量m3/min
Q风量――工作面风量m3/min
C――――回风瓦斯浓度%;取0.5计算
K――――瓦斯涌出不均衡系数,因工作面瓦斯涌出很不均衡,最高瓦斯涌出量有时会超过最低瓦斯涌出量的几倍。
故此取:
K=5.0
工作面平均瓦斯涌出量为2.769m3/min,将数据代入公式得:
Q风排=Q风量×C/(100×K)
=760×0.5/(100×5)=380/500=0.76m3/min
Q抽=Q涌-Q风排
=2.769-0.76=2.009m3/min
根据以上计算27#工作面预计瓦斯抽放纯量为2.009m3/min,抽放浓度按15%计算,抽放混合量为13.39m3/min。
工作面瓦斯抽放率
式中η---工作面瓦斯抽放率,%
qc---工作面瓦斯抽放量2.009m3/min
qf---工作面风排瓦斯量0.76m3/min
按上式计算工作面瓦斯抽放率为72.5%。
(符合煤矿安全规程抽采率不小于25%的规定)
(2)管路管径计算选择
预计27#煤层抽放混合量为13.39m3/min,抽放浓度为15%CH4,抽出纯瓦斯量为2.009m3/min,取管中流速为13m/s,则管径为:
D=0.1457
=0.1457
=147mm
所以在选择管路时,内径不得小于150mm
D—瓦斯管内径,mm
Q—瓦斯流量,m3/min
V—瓦斯管路中的平均速度,米/秒。
平均5-15米/秒,这里取值为15。
根据ZWY85/110移动式瓦斯抽放泵站规定及管径计算结果,瓦斯抽放泵管路正、负压段管路内径不得小于150mm。
(3)瓦斯泵供电系统
根据《煤矿安全规程》及《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ1027-2006)规定,瓦斯抽放泵站电源实现“三专”控制,并实现双回路供电。
第一路瓦斯抽放泵站电源取自北二采区变电所的KBSGZY-500移动变电站,编号:
06976,在28#层一区段联络巷安装KBZ-400/1140馈电开关一台控制泵站,电压等级为660V,电缆型号:
MY-1000-3×70+1×25mm,长度250m。
第二路瓦斯抽放泵站电源取自北二采区变电所的KBSGZY-800移动变电站,编号:
06-975,在28#层一区段联络巷安装KBZ-400/1140馈电开关一台控制泵站,电压等级为660V,电缆型号:
MY-1000-3×50+1×25mm,长度250m。
一、电缆截面的选择计算
∑Pe=110KW
Ie=1.15×110=126.5A取130A
查《煤矿井下电缆安装、运行、维修、管理工作细则》选电缆型号为:
U-3×70+1×16—250m
Iy-173A>Ie=130A
二、按长时工作电流允许值选择电缆截面
Ig=KxPe×103/Uecosφ
=0.9×10×103/1.732×660×0.85=101.9A
Zy=173A>Ig=101.9A满足要求
三、按电压损失校验电缆截面
△UL=1.732IeL(Rocosφ+Xosinφ)
=1.732×110×0.15×(0.448×0.85+0.081×0.53)
=12.1V
△Uy=63V>△UL=12.1V满足要求
四、低压控制开关的选择
每台瓦斯抽放泵均自带一台控制开关,控制瓦斯抽放泵的开停。
(4)瓦斯泵站供、排水系统
对泵供水主要有两点,一个是使泵产生真空,另一个是冷却轴承温度。
水环泵正常工作时必须供水,供水水流应稳定、持久。
移动抽放泵站供水直接采用井下的防尘用水,供水压力达到100kPa,在供水阀门处安设水压表,我矿的静压防尘水压力及水质等满足要求。
瓦斯泵排水系统是由28#层一区段联络巷处直接引到350轨道大巷排水沟处排出。
(5)瓦斯泵站监测系统
一、井下临时瓦斯抽放泵站下风侧栅栏外1m处,设置甲烷传感器,报警浓度≥0.5%,断电浓度≥1.0%,复电浓度≤0.5%,断电范围:
瓦斯抽放泵电源。
栅栏前挂“禁止入内”的警示标语。
二、瓦斯抽放泵站的抽放泵输入管路中设置管道甲烷传感器、管道流量传感器,管道一氧化碳传感器、管道温度传感器和管道压力传感器,抽放泵电机处安设轴温传感器,轴温报警温度为≥75℃。
三、在瓦斯抽放泵站下风侧安设一台甲烷传感器,报警浓度≥0.5%,断电浓度≥0.5%,复电浓度≤0.5%,断电范围:
瓦斯抽放泵电源。
四、瓦斯抽放泵站被控开关的负荷侧设置馈电传感器,泵站安设设备开停传感器。
五、在瓦斯抽放泵站处安设一台安全监测通用分站,负责泵站传感器的数据传输及控制量指令下发等工作。
三、瓦斯抽放在27#层二区段的实际应用与效果
在瓦斯抽放泵安装完成后,我们首先采用了采空区深部埋管抽放工艺,即将抽放瓦斯管路通过回风巷预先埋在紧靠上风侧的采空区里,当抽放管路埋入工作面采空区20m时,再重新埋入一根抽放管路;当新埋的管路进入工作面采空区20m时,将新埋的管路与抽放系统连接,即管路每40m切换一次;通过抽放使上隅角瓦斯流向发生改变,从而减少工作面瓦斯涌出量。
2011年9月28日KJF2000N监测系统曲线查询(埋管深度18米)
2011年9月28日瓦斯抽放日报表
以上为9月28日瓦斯抽放各项参数,当日埋管深度为18米,监测系统曲线图显示瓦斯浓度最大值为12时左右,瓦斯浓度为1.18%,采用采空区深部埋管后,上隅角及后尾溜处的瓦斯积聚现象得到明显解决,但是瓦斯浓度偶有超限现象。
针对这一现象,我队决定采用抽采设计中的采空区浅部埋管,即靠近采面上隅角段管路可采用7m长的吸气管与主抽放管路相连接,将吸气管的一端插入上隅角,为保证软管吸入口能处于上隅角的上部(上部瓦斯浓度较高)可将抽放软管与木棒绑在一起(避免软管口下耷),用铁丝吊挂在支架上。
为确保抽放点的合适位置,在主抽放管路末端可设置一个分流器,分支出几个支管,插入上隅角的不同位置进行抽放。
2011年10月2日KJF2000N监测系统曲线查询(埋管深度8米)
2011年10月2日瓦斯抽放日报表
四、结论
经过以上数据分析,当采用采空区深部埋管抽放后,累计抽放混合量为83301m3、瓦斯纯量为4580.8m3,工作面上隅角处还存在瓦斯超限报警现象;采用采空区插管抽放后,累计抽放混合量为65205m3、瓦斯纯量为3457.4m3,工作面上隅角瓦斯超限现象基本没有发生,虽然深部埋管瓦斯抽放纯量比较高,但是由于埋管深度的影响,对工作面上隅角产生的负压也相对减少,使得上隅角处瓦斯积聚现象时有发生,而采用采空区浅部插管抽放后,虽然瓦斯抽放纯量下降,但是上隅角处的瓦斯积聚现象得到显解决,故我矿现阶段将采用采空区浅部插管来解决上隅角瓦斯超限问题。
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