瓦斯突出采煤工作面设计.ppt

采煤工作面设计,,,,平煤集团公司区域性瓦斯治理突出采煤工作面及保护层工作面设计报审管理规定一、凡满足下列条件之一者，采面设计应报集团公司审查（一）突出区域采煤工作面。（二）开采保护层的工作面。,,,二、设计原则,（一）突出区域采煤工作面设计必须满足煤矿瓦斯抽放规范（AQ1026-2006）、煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1027-2006），严禁留有瓦斯抽放钻孔空白带，设计中要将防突及瓦斯治理工程和措施前移，做到采掘前治理，同时要体现强化支护和释放地应力并举、优化设计和优化采掘布署并举的设计思路。（二）保护层工作面设计必须满足保护层开采的相关管理规定，并通过瓦斯抽采、应力释放等手段解放被保护层。（三）突出区域采煤工作面及保护层工作面设计内容分别按采煤、掘进两个阶段编制。,,,三、设计依据,突出区域采煤工作面及保护层工作面设计必须有下列资料为设计依据（一）经集团公司批准的采区设计。（二）区域性瓦斯治理规划。（三）经单位技术负责人批准的地质说明书。（四）煤层突出危险性鉴定报告及煤与瓦斯突出区域划分报告。,,,四、设计说明书主要内容,（一）设计工作面概况包括工作面位置、垂深、范围、地表概况，邻近煤层、采区、工作面的关系，区内煤层赋存状况及地质概况，工作面设计采长、设计能力等。（二）危险源及有害因素分析，包括瓦斯、煤尘、水害、地温、矿压、地质构造等。（三）简要分析说明工作面回采对地面建筑物、水体的影响。（四）设计采用的采掘工艺，并说明回采期间设备列车布置位置及支架、采煤机初步选型。（五）瓦斯涌出量预测（六）巷道设计说明巷道开口位置及施工顺序，详细说明设计巷道的断面、支护形式及支护材料，简要介绍巷道布置思路及各种参数选择的依据。,,,,（七）各系统设计说明中要包括下列内容1.主运输系统设计2.辅助运输系统设计3.通风系统设计（包括掘进及回采期间的通风系统）4.供电系统设计5.供水及综合防尘系统设计6.排水系统设计7.监测监控系统设计，包括顶板监测设计8.压风自救系统设计9.防灭火系统设计10.通讯系统设计11.采面液压系统设计12.采面照明系统设计13.降温系统设计（地温高于煤矿安全规程限定值时必须有此内容,,,,（八）专项设计1.防突专项设计设计中要分掘进和回采两个阶段分别进行防突设计2.瓦斯抽放设计工作面瓦斯抽放要分巷道掘进期间抽放、工作面采前预抽、工作面回采期间抽放三个阶段分别设计。3.水害防治专项设计（九）安全技术措施阐述工作面掘进及回采期间需要采取的主要安全技术措施，综合分析采面瓦斯对掘进及回采造成的影响以及采用瓦斯综合治理措施后达到的预期效果。,,,五、其它要求,（一）设计中要推广新技术、新工艺、新装备、新材料，充分体现科技兴矿的思路。（二）设计中要考虑煤质问题，尽量减少断层等构造对煤质的影响。（三）设计说明书中要附工作面巷道布置图、巷道断面图、通风系统图、供电系统图等相关示意图，尽量用图表的方式表达出设计意图。,,,采煤工作面设计说明书,,,,第一章工作面概况及危险源分析,第一节工作面概况一、采面概况二、煤层赋存情况三、地质构造四、顶底板岩性五、水文条件六、瓦斯七、地表情况,,,第二节危险源分析及采掘工艺、采面生产能力确定,一、危险源分析1、顶板2、水害3、煤层自燃4、瓦斯5、煤尘,,,,二、采掘工艺（一）回采工艺根据工作面的地质构造、煤层务存条件确定适合的回采工艺1、落煤的方式与装备选择2、装煤装备的选择3、运煤装备的选择4、支架选型5、工作面支护形式6、端头支护7、顶板管理二掘进工艺新开巷道均采用炮掘。,,,,三、采面生产能力确定Q＝LDmγC式中Q-------------工作面日生产能力，t/dL-------------工作面长度,mD------------工作面日推进度，mm-------------煤层平均采高，mγ------------煤的容重，t/m3C-------------工作面回采率，中厚煤层取0.95。,,,第二章工作面工程,第一节工作面巷道布置第二节巷道断面及支护,,,第一节工作面巷道布置,工作面巷道布置的方式大致有四种一、机轨分煤岩巷布置二、机轨双岩巷布置三、机轨合一巷布置四、机轨双煤巷布置,,,第二节巷道断面及支护,一、巷道的断面形状巷道断面形状的选择，主要应考虑巷道所处的位置及穿过的围岩性质、巷道的用途及服务年限、选用的支架材料和支护方式、巷道的掘进方法和采用的掘进设备等因素。二、巷道断面尺寸1、巷道净宽度2、巷道净高度3、巷道净断面面积4、巷道掘进断面面积三、支护现在多采用锚网支护和锚网索联合支护。,,,第三章工作面各生产系统,第一节主运输系统第二节辅助运输系统第三节通风系统第四节供水及综合防尘系统第五节排水系统第六节通讯系统第七节监测监控系统第八节压风自救系统第九节防灭火系统第十节采面液压系统第十一节采面照明系统,,,第一节主运输系统,一、主运输设备的选择1、工作面输送机的选择2、机巷转载机、输送机的选择3、皮带下山输送机的选择二、出煤系统八矿已15-13330采面生产系统示意图回采工作面→己1513330机巷→己三扩大皮带上山→己三中部运输平巷→己三采区煤仓。,,,第二节辅助运输系统,八矿已15-13330采面辅助运输系统己三大巷→己三轨道上山三片→己三扩大上部运输平巷→己三扩大轨道上山→风巷片盘→己1513330风巷→采面。见八矿已15-13330采面生产系统示意图,,,,生产系统示意图,,,,第三节通风系统,一、掘进工作面风机选型1、工作面机巷、风巷1）按瓦斯涌出量计算Q掘＝100Qgk式中Q掘采面需风量,m3/min；K瓦斯涌出不均匀系数,1.5～2.0；Qg瓦斯绝对涌出量，m3/min；Qg＝qT日/540式中T日－日出煤量,t/日；,,,,2）按最大炸药用量计算Q掘（7.37～25）A式中A一次最大炸药用量，kg3）按同时工作最多人数计算Qc＝4N式中N－掘进工作面同时工作最多人数4）、按风速验算15S掘＜Q掘＜240S掘式中S掘巷道掘进断面,,,,二、采煤工作面风量计算1、按瓦斯涌出量计算Qc＝100QgK式中Qc采面需风量,m3/min；K瓦斯涌出不均匀系数，1.2～1.8；Qg瓦斯绝对涌出量；8各种抽放量总和，m3/min；2、按劳动气象条件计算Qc＝QkKtKhK1式中Qk基本风量，一般取330Kt工作面温度系数，Ktat-b，工作面温度在20～26℃时，a0.1,b1.24，Kh采高系数，Kh＝CHψ式中C支护方式系数，综采取1.0；M采高；ψ采面有效支护断面系数，掩护式支架0.55～0.6。K1采面走向长系数，1000m以上时，取1.1～1.4,,,,3、按同时工作最多人数计算Qc＝4N式中N－工作面同时工作最多人数。根据以上三种计算，取最大值4、按风速验算Qmax460SminKQmin1/460SmaxK式中Smax、Smin为最大、最小有效通风面积K-有效断面积系数若Qmax＞Qc＞Qmin，则符合规定,,,第四节供水及综合防尘系统,一、供水系统1、采面主要用水点（1）机风巷净化水雾、洒水灭尘（2）泵站用水量（3）转载点、架间喷雾（4）煤机冷却、喷雾（5）输送机冷却水Q（Q1Q2Q3Q4Q5）K式中K水量备用系数取1.22、供水管径Dp√4Q/（π3600Vp）式中VP水速,,,,二、综合防尘系统1、防尘管路利用供水管路，每50m安设一个三通阀门。2、掘进及回采期间，各转载点要设喷雾；风、机巷各安设两道净化水幕，距工作面60～200m处安设隔爆水棚。3、采面每隔10架设一个洒水喷头。采煤机按规定安设内外喷雾。4、个人佩戴防尘口罩。,,,第六节通讯系统,泵站列车、输送机机头、转载机机头、机尾分别设置电铃、信号装置。小绞车运输设置声光信号装置。工作面刮板输送机安设信号的间距不超过15米。按照煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出防治细则及煤矿安全规程第213条、第478条之规定，须安设电话地点1、机巷转载机头；2、风巷切眼往外100m处；3、瓦斯抽放泵站；4、机巷外口；5、乳化液泵站。,,,第七节监测监控系统,一、瓦斯检测1、掘进期间风巷上掘进机，司机必须佩戴便携式甲烷监测报警仪。巷道在掘进期间需安设两个甲烷传感器，报警值为0.8，断电值为0.8。其具体位置分别位于（1）距掘进工作面≤5m处；（2）巷道回风口以里10～20m处。2、回采期间采煤机司机必须佩戴便携式甲烷监测报警仪。采面回采期间，一般需要安设4个甲烷传感器，报警值均为0.8，断电值均为0.8,,,,其位置分别是（1）风巷里口（距回采工作面10～15m）；（2）风巷外段（风巷回风道以里约10～20m）；（3）采面（距上出口15m）；（4）机巷（距采面5～10m）；机巷、采面、风巷所有高、低压电源必须由一个变压器引出，若2个甲烷传感器中有一个超限，都必须切断所有电源。二、顶板监测掘进期间，风机巷原则上每隔30～50m布设一个顶板离层观测仪、一个巷道帮顶位移观测站。及时掌握巷道压力变化、巷道变形情况，以便调整支护参数或合理确定二次支护时间。,,,第八节压风自救系统,一、压风自救风量和风压要求风压不小于0.4MPa，风量不低于QK1K2（K1、K2为漏风系数与备用系数）二、压风自救管选择三、压风自救站设置1、掘进期间每隔50米安装一组压风自救，最后一组压风自救距掌子头2540米，压风自救安装在支护良好且无杂物处，安装高度距离巷道底板1.61.8米。2、回采期间（1）机巷安装一组压风自救，安装位置机巷切眼外100m处,,,,（2）风巷1、在切眼往外25～40m处安装一组压风自救。2、在回风口以里5m处安装一组压风自救。3、在风巷每组绞车处安装两个压风自救。四、压风自救管理施工单位指定专人对压风管路进行检查，确保管路不漏气及压风自救完好，并及时移动压风自救，保证压风自救与掘进工作面保持合适的距离，要对气水分离器进行及时的放水和排油，保证管路的畅通和风流的清洁。,,,第九节防灭火系统,采面煤层为自燃煤层时，需采取防灭火措施。一、采空区注浆１、日注浆量QJQtQSM式中QJ－日注浆量，m3；Qs－日注浆水量，m3；Qt－日注浆土量，m3；M－泥浆制成率；QSKSQtδ式中KS－水量备用系数，m3；,,,,Qs－日注浆水量，m3；δ－浆水比的倒数；QtKmLHC式中K－注浆系数；m－煤层采高，m；L－日推进度，m；H-采面倾斜长度，m；C-回采系数。,,,第十节采面液压系统,1、泵站开关列车设置在工作面机巷车场（车场距采面下出口不大于300m），不影响机巷正常通风、行人等，泵站列车放置地点保证支护完好。2、乳化液泵站向采面敷设供液管（φ32mm）、回液管路（φ50mm）各一趟，在采面下端头供、回液管路分别安设一个三通分别向采面液压支架和乳化液钻机供、回液。在供、回液管路的采面上、下端头和采面中间各设置一个截止阀以备检修和急用。,,,第十一节采面照明系统,按照规程第473条规定，在采面、机巷转载点、机头硐室设固定照明，其中采面照明灯间距不得大于15m。,,,第四章专项设计,一、防突设计二、瓦斯抽放设计三、水害防治专项设计,,,第一节防突设计,一、工作面掘进期间防突措施1、风巷风巷在掘进期间沿空送巷，按突出威胁工作面管理，采取连续预测的防突管理方案。每5m预测一次，预测孔深7m，预测不超允许进尺5m。2、机巷1）直接执行防突措施2）效果检验3）巷帮卸压孔4）前探孔5）机巷预抽巷穿层孔,,,,二、工作面回采期间的防突措施1执行前探、卸压、抽放、注水孔2预测预报三、安全防护（一）、压风自救1、压风自救的安装与调试与管理（1）、压风自救风量和风压要求风压不小于0.4MPa，风量不低于QK1K2（K1、K2为漏风系数与备用系数）。（2）、掘进期间每隔50米安装一组压风自救，个数不少于5个，最后一组压风自救距掌子头2540米，个数不少于15个，压风自救安装在支护良好且无杂物处，安装高度距离巷道底板1.61.8米。回采期间风巷在风巷切眼往外25～40m处安装一组压风自救，在回风口以里5m处安装一组压风自救。同时在风巷每组绞车处安装两个压风自救。机巷安装一组压风自救，安装位置机巷切眼外100m处。（3）、压风自救管选用无缝钢管，对破损的压风管必须更换或进行相应的处理，保证不漏气。,,,,（4）施工单位指定专人对压风管路进行检查，确保管路不漏气及压风自救完好，并及时移动压风自救，保证压风自救与掘进工作面保持合适的距离，要对气水分离器进行及时的放水和排油，保证管路的畅通和风流的清洁。（二）、防突反向风门的设置防突反向风门严格按防突细则第95条规定进行设置（三）、避难硐室设置要求当巷道需要设置避难硐室时，严格按防突细则第97条以及平煤集团公司100号文件的要求进行设置。（四）、放炮管理采用远距离放炮时，放炮地点应设在进风侧反向风门之外或避难所内，放炮地点距工作面的距离不得小于300m。放炮员操纵放炮的地点，应配备压风自救系统或自救器。回风系统的采掘工作面及其他有人作业的地点，都必须停电撤人，放炮30min后，方可进入工作面检查。,,,第二节瓦斯抽放设计,一、概况二、抽放瓦斯的必要性三、抽放系统的选择四、瓦斯抽放系统管径选择五、瓦斯抽放泵的选择六、建立扩大泵站七、泵站供电、排水的确定,,,,一、概况综合鉴定采区的突出情况，划分采面突出危险等级。二、抽放瓦斯的必要性1、工作面可以供给的风量Qg60LHΦv式中L最小控顶距，mH采高，mΦ有效断面系数V规程允许的最高风速，m/s2、采面瓦斯涌出量预测（1）相对瓦斯涌出量Qa（Wa-Wc）（L-Lh）/L式中Qa工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；Wa开采煤层原始瓦斯含量，m3/t；Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层瓦斯含量的1015；L工作面采长，m；Lh机、风巷排放瓦斯带的总宽度，m。,,,,（2）绝对瓦斯涌出量QyQaA/14403、工作面所需风量计算Qb100QyKw式中Kw工作面瓦斯涌出不均衡系数根据上述计算出的结果，若工作面的需风量远大于可以供给的风量，根据规程第145条规定一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决不合理时，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时抽放系统。,,,三、抽放系统的选择,（1）本煤层抽放系统（2）机巷预抽巷穿层孔抽放系统（3）抽排巷抽放系统,,,,三、抽放系统的选择1、通风方法可以解决的瓦斯含量Wb2460QgC/（100AKw）Wc式中Wb通风方法可以解决的瓦斯含量，m3/t；C规程允许的最高瓦斯浓度；Qg工作面可以供给的风量，m3/min；A工作面日产煤量，t；Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层瓦斯含量的1015Kw瓦斯涌出不均衡系数2、煤层抽放可以解决的瓦斯含量采面机风两巷各敷设一趟抽放管，抽放煤层钻孔，煤层抽放可解决瓦斯含量WekWa式中We本煤层抽放可解决瓦斯含量，m3/t；Wa开采煤层原始瓦斯含量，m3/t；k预抽率,,,,3、机巷预抽巷穿层孔抽放可以解决的瓦斯含量根据机巷预抽巷穿层孔抽放参数，计算机巷预抽巷抽放可解决瓦斯含量Wg1440Wt/A式中Wt抽放瓦斯纯流量，m3/min；A工作面日产煤量，t；4、通风、本煤层、机巷预抽巷穿层孔抽放解决瓦斯含量合计WWbWeWg根据上述计算结果，用通风方法、本煤层及机巷预抽巷穿层孔抽放合计可解决的瓦斯含量小于煤层本身的瓦斯含量时，采面回采时有必要采取其他抽放瓦斯措施。5、抽排巷.抽放抽排巷抽放需要解决的瓦斯含量WsWa-Wb-We-Wg,,,,,四、瓦斯抽放系统管径选择1、煤层抽放管径选择（1）煤层抽放混合流量计算煤层抽放，百米钻孔抽放量按Qb计算，取成孔率K1）、机巷布置n1个钻孔，总长度L1米，封孔长Lf1米，则抽放纯流量Q1（LK-Lf1n1）/100Qb抽放瓦斯浓度为a则Qc1Q1/a2）、风巷布置n2个钻孔，总长度L2米，封孔长Lf2米，则抽放纯流量Q2（L2K-Lf2n2）/100Qb抽放瓦斯浓度为a则Qc2Q2/a3）本煤层总抽放混合流量Q纯Qc1Qc2,,,,（2）抽放管径的选择1）机巷、风巷抽放混合流量Q1、Q2，则d0.1457式中d管道内径,m；Qc混合流量，m3/min，v管内瓦斯流速，m/s计算出d值，选取内径大于d的钢管作为煤层机巷、风巷的抽放支管2）本煤层总抽放混合流量Q纯，则d0.1457式中d管道内径,m；Qc混合流量，m3/min，v管内瓦斯流速，m计算出d值，选取内径大于d的钢管作为煤层抽放主干管。,,,,2、机巷预抽巷抽放管径选择1）机巷预抽巷抽放混合流量计算机巷预抽巷抽放瓦斯纯流量为Q，瓦斯抽放浓度a，则抽排巷混合流量为QcQ/a2）机巷预抽巷抽放管径的选择d0.1457式中d管道内径,m；Qc混合流量，m3/min；v管内瓦斯流速，m/s计算出d值，选取内径大于d的钢管作为抽排巷抽放主干管。3、抽排巷抽放1）抽排巷抽放需要解决的绝对瓦斯涌出量QcWsA/14402）若抽排巷抽放浓度k计算,混合瓦斯流量为Qc“Qc/k由公式d”0.1457算得d值选取内径大于d的钢管作为抽排巷抽放主干管,,,,五、瓦斯抽放泵的选择1、抽排巷抽放阻力计算1）摩擦阻力Hm9.81Q2γL/（KD5）式中Hm管路摩擦阻力，Pa；Q瓦斯流量，m3/h；γ混合瓦斯对空气的密度比；L管路长度，m；K系数；D瓦斯管内径，cm；,,,,4）抽放泵的负压Hp（HcHh）Kb式中Hp泵的额定抽放负压，kPa；Hc管路沿程阻力，kPa；Hh孔口负压，kPa；Kb泵的备用系数；5）抽放泵的额定流量Qp∑Qc/ChKc式中Qp泵的额定流量，m3/min；∑Qc抽放地点抽放量，m3/min；C泵入口处瓦斯浓度；h泵的机械效率；Kc备用抽放量系数；根据计算得出的额定负压HP,额定流量Qp，对照瓦斯泵性能参数表选取适合的抽放泵。,,,,2、本煤层抽放系统抽放瓦斯泵选择1）本煤层抽放瓦斯1）摩擦阻力机巷、风巷煤层支管摩擦阻力与煤层主干管摩擦阻力的计算公式Hm9.81Q2γL/（KD5）式中Hm管路摩擦阻力，Pa；Q瓦斯流量，m3/h；γ混合瓦斯对空气的密度比；L管路长度，m；K系数；D瓦斯管内径，cm；计算出机巷煤层支管摩擦阻力Hm1，风巷煤层支管摩擦阻力Hm2，煤层主干管摩擦阻力Hm3。,,,,则摩擦阻力为HmHm1Hm2Hm32）局部阻力Hf3）管路总阻力HcHmHf4）抽放泵的负压Hp（HcHh）Kb式中Hp泵的额定抽放负压，kPa；Hc管路沿程阻力，kPa；Hh孔口负压，kPa；Kb泵的备用系数；,,,,5）抽放泵的额定流量Qp∑Qc/ChKc式中Qp泵的额定流量，m3/min；∑Qc抽放地点抽放量，m3/min；C泵入口处瓦斯浓度；h泵的机械效率；Kc备用抽放量系数；根据计算出的泵的额定负压Hp、额定流量Qp，对照瓦斯泵性能参数表，选取适合的抽放泵。,,,,（2）机巷预抽巷穿层孔抽放瓦斯1）摩擦阻力HmHm9.81Q2γL/（KD5）2）局部阻力Hf3）管路沿程阻力HcHcHmHf4）抽放泵的负压HpHp（HcHh）*Kb5）抽放泵的额定流量QQp∑Qc/ChKc根据计算出的泵的额定负压Hp、额定流量Qp，对照瓦斯泵性能参数表，选取适合的抽放泵。,,,,七、建立己三扩大泵站为了提高抽放效果，实行分区抽放，依据以上计算和选型该泵站抽放瓦斯泵，分别抽放本煤层、机巷预抽穿层孔和抽排巷。安装抽放瓦斯泵时要根据规程第146条规定“抽放瓦斯泵及其附属设备，至少应有1套备用。”,,,第三节水害防治专项设计,1、煤层顶板含水情况2、煤层底板含水情况3、水害评价,,,,水害评价根据斯列沙辽夫公式计算计算公式如下t临2KpH实2/L2γH实式中H隔水底板临界厚度，（m）；L周期来压前，工作面的最大控顶距离，（m）；P底板含水层水压，（t/m2）；Kp底板岩石抗张强度，（t/m2）；γ底板岩石容重，（t/m3）。t临隔水岩柱的临界水压值。若t临﹥t实，无突水可能；若t临t实,有突水可能。,,,第五章注意事项及主要安全技术措施,一、掘进期间的安全措施二、回采期间的安全措施,,,一、掘进期间的安全措施,1、巷道及硐室在掘进时，严格执行瓦斯综合治理措施。2、巷道施工时必须坚持“有疑必探、先探后掘”的原则，预防水、瓦斯等灾害的发生。3、掘进期间过断层、过老巷，地测部门应及时下发地质预报。4、完善顶板检测装置，及时掌握顶板压力变化。,,,二、回采期间的安全措施,1、工作面按突出危险综采工作面管理，必须严格执行瓦斯综合治理措施，确保安全生产。2、完善采面顶板检测装置，及时掌握顶板压力变化。3、回采期间应采取措施防止采空区自然发火。4、回采期间过断层前地测部门应及时下发地质预报。,,