3312工作面瓦斯治理设计.doc

山西煤业3312工作面瓦斯治理设计 山西煤业公司 2016年3月14日 山西煤业3312工作面瓦斯治理设计 总工程师 通风矿长 通 风 部 审 核 编 制 3312工作面瓦斯治理设计 第一章 工作面概况 一、工作面位置地面标高，工作面标高；工作面走向长度，倾向长，煤层厚度，含夹矸层及平均厚度。 1、3312工作面地面标高为923.7～941.7m，工作面标高为460～490m。 2、工作面参数3312工作面走向长度1200m，倾向长218m。 3、煤层及储量情况 该煤层赋存于二叠系山西组地层中下部，煤层总厚度6.15～6.45m，，煤层厚度稳定，属稳定可采煤层，煤层走向近是南北走向，煤层倾角为2～8，工作面可采储量约为168万吨。 2、 工作面及煤层瓦斯参数 3312工作面最大瓦斯含量为Wjmax5.86m/t，最大可解吸瓦斯含量为Wjmax3.56m/t，残存量为2.3m/t。 三、工作面瓦斯地质情况。（附工作面瓦斯地质图） 第二章 瓦斯储量及可抽量预测 一、瓦斯储量计算范围 1、 工作面瓦斯赋存情况根据3312工作面瓦斯涌出情况，预测3312工作面回采时本煤层瓦斯涌出占比约93，临近层瓦斯涌出占7。 2、 工作面瓦斯参数情况3312工作面可采储量约168万t；工作面地质构造简单，工作面原始瓦斯含量为7.62 m/t，工作面煤层瓦斯储量1704万m。 二、瓦斯储量及可抽量预测计算应符合以下要求 根据山西煤业瓦斯抽采日报表可知，全矿每日纯瓦斯流量约为34.8 m/min，3312工作面平均每日纯瓦斯流量约为5.26 m/min。 第三章 掘进期间瓦斯治理 一、掘进工作面瓦斯超前治理 第一节 瓦斯抽采达标工艺方案 1、井巷工程 根据3312工作面通风系统布置情况，设计无瓦排巷、无地面抽采钻井。 2、抽采方法3312工作面采用本煤层、裂隙带抽采相结合的瓦斯抽采方法。 3、钻孔工程 （1）工作面本煤层瓦斯抽采钻孔参数 钻孔位置布置在3312皮带顺槽、3312切眼煤层中。 钻孔角度3312皮带顺槽钻孔方位角设计为255；倾角设计均为6；3312切眼钻孔方位角设计为0；倾角设计均为2。 钻孔直径Φ113mm 钻孔长度3312皮带顺槽160m、3312切眼120m 钻孔间距2m 封孔方式两堵一注（囊袋） 封孔长度14m （2）工作面钻场裂隙带瓦斯抽采参数 地点3312轨顺距工作面627m处，钻孔设计终孔位置为，距离煤层顶板40m。 钻孔直径Φ113mm 钻孔长度97m-104m 钻孔间距0.5m 封孔方式两堵一注（囊袋） 封孔长度14m 第二节 瓦斯抽采方法 1、抽采方法3312工作面采用采前预抽、边采边抽、裂隙带钻场抽采相结合的瓦斯抽采方法。 第三节 有效抽采时间 抽采瓦斯时间工作面瓦斯预抽钻孔施工从2014年7月开始，截止到2016年1月底完成工作面全部预抽钻孔的施工及并网预抽工作。截止2016年3月工作面预抽钻孔已实现累计抽采635天。 第四节 预抽效果 根据工作面地质构造、工作面瓦斯地质图、工作面顺槽掘进施工时间经过划单元抽采分析可知，目前可解析含量均已达到预抽效果。吨煤瓦斯降低量为2.16m/t。 二、掘进期间瓦斯治理 1、钻孔布置方式 3312皮带顺槽掘进期间采用边掘边抽钻场进行预抽，正头采用二氧化碳预裂、打设释放孔进行瓦斯释放。 2、钻孔工程 （1）瓦斯抽采钻孔参数 钻孔位置布置在3312皮带顺槽、3312切眼煤层中。 钻孔角度3312皮带顺槽钻孔方位角设计为182-185；倾角设计均为2-5；3312切眼钻孔方位角设计为180；倾角设计均为与煤层倾角相同。 钻孔直径3312皮带顺槽Φ113mm、3313切眼Φ54mm 钻孔长度3312皮带顺槽120m、3312切眼15m 钻孔间距2m 封孔方式两堵一注（囊袋） 封孔长度14m 三、监测计量及放水除渣工程 在瓦斯抽采主管、支管和钻孔连接装置上设置测压嘴，在瓦斯主管、支管、工作面抽采支管上安装有瓦斯抽采计量装置（孔板流量计），在管路上低洼处安装有除渣放水器，并且在顺槽内每5个钻孔分为一组进行并网，末端安装有除渣放水器。另外在工作面抽采支管计量装置处、泵站外进气管口均安装有除渣装置。 二、掘进期间瓦斯治理 3312工作面掘进过程中瓦斯治理方式为迈步钻场护帮钻孔正头预抽钻孔正头释放孔。 3312工作面掘进期间按照高瓦斯区域进行管理。 1、迈步钻场布置方式 掘进期间，巷道内按照步距20m（同帮钻场间距110m）布置迈步钻场，工作面钻场为内宽4m、外宽6m、深4m、与巷道等高的等腰梯形钻场外 2、迈步钻场内钻孔布置参数 每个迈步钻场内施工6个钻孔，钻孔分上下两层布置，钻孔轨迹控制距巷帮2.5-15m区域煤体。上排钻孔距底板1.2m，下排钻孔距底板1.7m，最外列钻孔距巷道壁2.5m，钻孔列间距为0.5m。 3、迎头预抽钻孔布置参数 巷道迎头共施工6个钻孔，钻孔分上下两层布置，排间距1.2m，上排钻孔距底板1.2m，下排钻孔距底板1.7m。 4、迎头释放孔布置参数 工作面巷道断面按每平方米1个打设释放孔，钻孔直径为42mm，深度为15m。 5、措施效果检验 工作面采取迎头预抽钻孔措施而正常掘进过程中，在迎头抽采钻孔有效控制范围内，每掘进50m测一次K1、S值，并每日监测工作面有无瓦斯动力现象及工作面瓦斯涌出量。 第四章 采煤工作面瓦斯治理 第一节 瓦斯抽采方法的选择 抽采方法3312工作面采用采前预抽、边采边抽、裂隙带钻场抽采相结合的瓦斯抽采方法。 一、工作面回采瓦斯治理 1、本煤层瓦斯抽采方法 3312工作面采用采前预抽、边采边抽的瓦斯抽采方法。 2、 采空区瓦斯抽采方法 3312工作面采用上隅角埋管抽采、裂隙带钻场抽采相结合的瓦斯抽采方法。 二、瓦斯抽采参数 1、钻场的布置掘进期间，巷道内按照步距20m（同帮钻场间距110m）布置迈步钻场，工作面钻场为内宽4m、外宽6m、深4m、与巷道等高的等腰梯形钻场外 2、钻孔布置 1本层瓦斯抽采钻孔参数 钻孔位置布置在3312皮带顺槽、3312切眼煤层中。 钻孔角度3312皮带顺槽钻孔方位角设计为255；倾角设计均为6；3312切眼钻孔方位角设计为0；倾角设计均为2。 地点3312轨顺距工作面627m处，钻孔设计终孔位置为，距离煤层顶板40m。 钻孔直径Φ113mm 钻孔长度97m-104m 钻孔间距0.5m 封孔方式两堵一注（囊袋） 封孔长度14m 第二节 瓦斯抽采设备及管路选择 一、抽采设备 地面永久瓦斯泵站高负压系统带本煤层抽采；低负压系统带裂隙带抽采。 3312工作面本煤层由地面永久瓦斯泵站高负压系统负责带抽，地面永久瓦斯泵站高负压系统共有4台CBF630-2瓦斯泵，两用两备，每台泵的最大抽采量为350m/min。 根据Q泵k*∑Qc/（x*n） 式中Q泵-瓦斯泵额定流量，m/min ∑Qc-在抽采期间内抽出的最大纯瓦斯量之和，m/min X-瓦斯泵站入口处瓦斯浓度 n-瓦斯泵的机械效率，n0.8 k-抽采备用系数，一般取k1.2 经上公式计算可知，Q泵＝33.8m/min 根据上述计算结果，结合目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需按下式把标准状态下的抽采泵流量换算成工况状态下的流量。 Q泵工 Q泵 式中 Q泵工工况状态下的瓦斯泵流量，m/min； Q泵标准状态下的瓦斯流量，m/min； P0 标准大气压力（P0101325），Pa； P 瓦斯泵入口绝对压力，Pa； T 瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度（T273t），K； T0按瓦斯抽采行业标准规定的标准状态绝对温度（T027320），K； t瓦斯泵入口瓦斯的温度，℃。 取瓦斯泵入口温度t20℃,则 Q泵工33.864.56 m/min 根据上述计算结果，同时考虑一定的富余系数，泵站内的运行泵的装机能力不得小于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的2倍的要求,可知泵站内的抽采泵能够符合要求。 故通过核定，泵站抽采能力评价为达标。 二、管路选型 1、瓦斯管径计算 根据抽采管路服务的范围和所负担抽采量的大小，其管径按下式计算 D0.1457（Q混/V）1/2 式中D瓦斯管内径，m； V管道中混合瓦斯的经济流速，一般取V5-12m/s； Q混管道中混合瓦斯流量，m/min。 根据计算结果，φ325mm瓦斯管路满足裂隙带钻孔和本煤层钻孔的需求。 2、工作面管路敷设 3312皮带顺槽安设一趟φ325mm瓦斯管用于本煤层钻孔抽采，3312轨道顺槽安装设一趟φ325mm瓦斯管用于裂隙带抽采，每500m安设一个蝶阀。 第三节 工作面瓦斯抽采工程工期预计 一、瓦斯抽采工程 1、抽采工程设计 3312工作面采用“单U”通风方式，皮带顺槽布置本煤层钻孔，轨道顺槽布置裂隙带抽采钻孔。 2、钻孔施工设计 3312皮带顺槽本煤层钻孔按照2m钻孔间距布置，钻孔深度160m，钻孔开孔高度1.6m，钻孔方位角255，钻孔倾角6，钻孔孔径φ113mm。 3312切眼本煤层钻孔按照2m钻孔间距布置，钻孔深度120m，钻孔开孔高度1.6m，钻孔方位角0；钻孔倾角2，钻孔孔径φ113mm。 3312轨道顺槽裂隙带钻孔按照步距20m（同帮钻场间距110m）布置迈步钻场，钻孔深度97m-104m，每个钻场打设12个钻孔，分上下两排布置，上排开孔高度2.2m，下排开孔高度1.7m，钻孔方位角160-176，钻孔倾角19.6-21.2，钻孔孔径φ113mm。 二、施工进度指标及工期预计 钻孔施工工程3312皮带顺槽本煤层钻孔施工394个， 2014年7月开始施工，截止2016年1月年竣工；3312轨道顺槽裂隙带钻孔施工96个，2015年5月开始施工，截止2015年12月竣工；预计回采过程中，始终能保持2个钻场带抽。 第四节 工作面瓦斯涌出量预测 一、瓦斯治理效果预评估 1、3312工作面评价单元划分 3312工作面受掘进速度及钻孔施工时间影响，现将3312工作面划分为两个预测单元。 工作面预测单元划分依据 主要依据为工作面地质构造、工作面瓦斯地质图、工作面顺槽掘进施工时间。 2、抽采率指标判定 根据测定的钻孔流量衰减系数，预测到回采前总抽采瓦斯量为498万m，钻孔覆盖治理煤量为167万t，回采前工作面瓦斯含量可以降到6.54-498/1673.56m/t左右，即回采前工作面可解吸瓦斯含量降低到3.56-2.31.26m/t左右。 3312工作面回采前预计煤层瓦斯含量为3.56m/t，按薄及中厚煤层不分层开采，计算回采期间工作面瓦斯涌出量如下 根据公式q1k1*k2*k3*m/M（w0-wc 式中参数意义k1围岩瓦斯涌出系数，全部陷落法管理顶板k1取1.3 k2工作面丢煤系数，为回采率的倒数，工作面回采率取95，k2取1/0.951.05 k3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，取K3（L-2h/L218-2*15/2180.86 m开采层厚度，取6米 M工作面采高，取3米 W0煤层原始瓦斯含量，取4.36m/t W运出矿井后煤的残存瓦斯含量，取2.3m/t 计算得出q11.3*1.05*0.86*6/3*（3.56-2.3）2.96m/t 回采期间工作面相对瓦斯涌出量q1为2.79m/t。 工作面按照日常5000t，则工作面绝对瓦斯涌出量为 q 2（50002.96）/144010.27m/t。 式中q 2----3312工作面绝对瓦斯涌出量，计算为10.27m/t。 根据采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标值，当工作面绝对瓦斯涌出量在10m/min和20m/min之间时工作面瓦斯抽采率应在30以上，3312工作面瓦斯涌出量为10.27m/min左右，工作面抽采量为5.26m/min，抽采率达到33.9，由此可知3312工作面抽采率达准。 3、 抽采预期效果 第一单元切眼往外120m，该单元为切眼抽采单元，在工作面形成后对切眼钻孔进行抽采。 式中预抽时间差异系数，； 预抽时间最长的钻孔抽采天数，240d； 预抽时间最短的钻孔抽采天数，180d。 通过计算切眼向外120m预抽时间差异系数为25，小于30；符合单元划分要求。计算得出抽采瓦斯量66万t，残存瓦斯含量为3.95 m/t。 第二单元切眼外120m-540m，共计420米范围。 式中预抽时间差异系数，； 预抽时间最长的钻孔抽采天数，110d； 预抽时间最短的钻孔抽采天数，90d。 通过计算切眼向外120m-540m预抽时间差异系数为18，小于30；符合单元划分要求。计算得出抽采瓦斯量289万t，残存瓦斯含量为5.51 m/t。 第三单元切眼外540m-1140m，共计600米范围。 式中预抽时间差异系数，； 预抽时间最长的钻孔抽采天数，94d； 预抽时间最短的钻孔抽采天数，82d。 通过计算切眼向外540m-1140m预抽时间差异系数为13，小于30；符合单元划分要求。计算得出抽采瓦斯量478万t，残存瓦斯含量为6.37 m/t。 二、瓦斯涌出量预测 结合邻近工作面3313回采期间瓦斯涌出量、预测3312回采工作面瓦斯最大瓦斯涌出量为22m/min。 第五节 工作面瓦斯治理模式确定 根据3312工作面原始瓦斯含量W及预测的采煤工作面绝对瓦斯涌出量Q值，瓦斯防治模式采取如下方式 “单U”通风裂隙带钻孔抽采上隅角埋管抽采本煤层钻孔预抽。 第六节 工作面供风量、风速计算及合理性分析 一、工作面通风系统 3312工作面采用单“U型”通风系统，即“一进一回”通风系统，3312皮带顺槽进风，3312轨道顺槽回风。 1、风流路线 （1） 新鲜风流 南翼皮带巷→三采区皮带巷东段→3312皮带顺槽→工作面。 三采区皮带巷东段→3312皮带顺槽→工作面。 （2） 污风风流 工作面→3312皮带顺槽→回风联络巷→三采区回风巷→南翼总回风巷→回风井→地面。 2、3312工作面煤层原始瓦斯含量为7.62m/t，残存瓦斯含量约为2.3m/t。根据潞矿高瓦斯矿井采掘工作面特别管理规定瓦斯抽采钻孔有盲区或煤层瓦斯可解吸含量在4m/t（含4m/t）以上的工作面不得进行回采作业要求，3312工作面回采过程中瓦斯解吸含量初步取3.9m/t。 q相对K1K2（L-2h）W/L K1 围岩瓦斯涌出系数 取1.2 K2丢煤瓦斯涌出系数 取1/0.90 L工作面长度 218m h 瓦斯排放带宽度 14m W解吸瓦斯含量 3.9m/t t日产量 初步按5000t计算； 得，q相对1.21.11（218-28）3.92184.53m/t； q绝对4.535000/（2060）18.88m/min 因此，若按照日产量5000t，每日工作时间按20小时计算，3312工作面绝对瓦斯涌出量为18.88m/min。 二、工作面配风量计算 3312工作面回采期间瓦斯抽采量预计为12 m/min，则工作面回风顺槽瓦斯排放量为7m/min。 1、按瓦斯涌出量计算 q绝对 q风排 Q q风排KCH4/0.8 式中 Q采煤工作面实际需要风量，m/min； q风排回采工作面回风巷风流中瓦斯的平均绝对涌出量。取15m/min； KCH4采煤工作面瓦斯涌出不均衡通风系数，取1.8； 0.8回风巷最大允许瓦斯浓度。 由此，得 Q 71.8/0.81575m/min 2、按风速验算 根据煤矿安全规程规定和潞安集团公司“一通三防”管理规定，回采工作面切眼最低风速按0.3 m/s，采煤机采用喷雾降尘时工作面最高风速不得大于5m/s的要求进行验算,即回采工作面的风量应满足 18S≤Q≤295S 式中 S采煤工作面平均有效断面， S（53.34.53.5）/217.80m2 取16.13m2 得出290.34 m/min Q 4758.35m/min 3、按工作面温度计算 Q采＝60VS（m/min） 其中V采煤工作面平均风速（m/s），按采煤工作面空气、温度、湿度的对应关系，取0.7 S采煤工作面的平均断面积（m2） 故，Q采＝600.7（53.34.53.5）/2＝677.46m/min 4、按人数计算 Q采＝4N（m/min） 其中N采煤工作面同时工作的最多人数，取125 4每人每分钟应供给的最小风量（m/min） 故，Q采＝4125＝500m/min 综上所述，3312工作面在日产5000t的条件下，需要风量1570m/min，计划配风量为1500 m/min，回风流中瓦斯浓度0.6预计，能够排放瓦斯9m。 第七节 工作面产能核定 一、工作面瓦斯抽采参数预计 1、3312工作面评价单元划分 3312工作面受掘进速度及钻孔施工时间影响，现将3312工作面划分为三个预测单元。 工作面预测单元划分依据 主要依据为工作面地质构造、工作面瓦斯地质图、工作面顺槽掘进施工时间。 根据采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标值，当工作面绝对瓦斯涌出量在10m/min和20m/min之间时工作面瓦斯抽采率应在30以上，3312工作面瓦斯涌出量为10.27m/min左右，工作面抽采量为5.26m/min，抽采率达到33.9，由此可知3312工作面抽采率达准。 4、 抽采预期效果 第一单元切眼往外120m，该单元为切眼抽采单元，在工作面形成后对切眼钻孔进行抽采。 式中预抽时间差异系数，； 预抽时间最长的钻孔抽采天数，240d； 预抽时间最短的钻孔抽采天数，180d。 通过计算切眼向外120m预抽时间差异系数为25，小于30；符合单元划分要求。计算得出抽采瓦斯量66万t，残存瓦斯含量为3.95 m/t。 第二单元切眼外120m-540m，共计420米范围。 式中预抽时间差异系数，； 预抽时间最长的钻孔抽采天数，110d； 预抽时间最短的钻孔抽采天数，90d。 通过计算切眼向外120m-540m预抽时间差异系数为18，小于30；符合单元划分要求。计算得出抽采瓦斯量289万t，残存瓦斯含量为5.51 m/t。 第三单元切眼外540m-1140m，共计600米范围。 式中预抽时间差异系数，； 预抽时间最长的钻孔抽采天数，94d； 预抽时间最短的钻孔抽采天数，82d。 通过计算切眼向外540m-1140m预抽时间差异系数为13，小于30；符合单元划分要求。计算得出抽采瓦斯量478万t，残存瓦斯含量为6.37 m/t。 二、工作面产量核定 3312工作面瓦斯抽采量5.26 m/min。 工作面采用单U型通风方式，工作面配风量为1500m/min，按回风巷风流浓度按0.6计算，工作面最大风排瓦斯量为9 m/min。 工作面瓦斯治理能力为14.26m/min。 根据生产实际可知，3312工作面回采期间相对瓦斯涌出量约为2.67 m/t，3312工作面按日常5000t，每天工作20小时计算，可预测工作面绝对瓦斯涌出量约为11 m/min。 3312工作面瓦斯治理能力达标。 第五章 工作面回撤期间瓦斯治理 3312工作面回撤期间保持全风压通风，采用本煤层钻孔和裂隙带钻孔进行预抽的抽采方式。 附件 1、工作面瓦斯抽采设计图 2、工作面瓦斯地质图 3、工作面瓦斯抽采管路系统图 4、工作面通风系统设计图 5、瓦斯治理信息表（见附表） 附表瓦斯治理信息表 瓦斯治理基本信息表（1） 埋藏深度（m） 煤层底板标高（m） 原始瓦斯压力（Mpa） 原始瓦斯含量（m/t） 残留瓦斯量（m/t） 透气性系数m2/MPa2d 923.7～941.7m 460～490m 0.26 7.62 2.3 0.028 瓦斯治理阶段信息表（2） 瓦斯治 理阶段 瓦斯治 理时间 瓦斯治 理方式 预计瓦斯抽采量（m/min） 预计瓦斯降低量（m/t） 预计残存瓦斯含量（m/t） 超前治理 752d 本煤层预抽 2.42 2.16 6.31 掘进中治理 320d 迈步钻场 0.8 预计钻孔控制煤量吨煤瓦斯降低量 0.4 5.84 预计工作面煤量吨煤瓦斯降低量 0.2 30d 正头预抽钻孔 0.6 预计钻孔控制煤量吨煤瓦斯降低量 0.3 预计工作面煤量吨煤瓦斯降低量 0.1 8h 正头释放孔 0.3 预计钻孔控制煤量吨煤瓦斯降低量 0.1 预计工作面煤量吨煤瓦斯降低量 0.1 回采前治理 635d 本煤层预抽钻孔 4.3 1.75 5.42 回采中治理 397d 本煤层预抽钻孔 3.8 1.18 5.21 397d 裂隙带钻场 1.2 397d 上隅角埋管 0.26 4