下沟煤矿4404工作面瓦斯抽放设计实施.docx
《下沟煤矿4404工作面瓦斯抽放设计实施.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《下沟煤矿4404工作面瓦斯抽放设计实施.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
下沟煤矿4404工作面瓦斯抽放设计实施
目录
1、工作面概况2
2、基础数据2
3、矿井瓦斯来源分析3
4、瓦斯抽放方法确定3
5、抽放瓦斯工艺4
6、抽放施工设备及施工量9
7、瓦斯抽放设备选型10
8、抽放管路敷设11
9、电缆型号及敷设方式12
10、泵站设备与管路安装13
11、安全措施16
1、工作面概况
404采区开采的为4＃煤层，煤层平均厚度为16.4m，根据精查报告提供的资料，4号煤原始瓦斯含量为2.18m3/t。
煤层为Ⅱ级自燃煤层，自燃发火期一般为3－5个月，煤尘具有爆炸性。
404采区为我矿的瓦斯异常区域，采煤工作面绝对瓦斯涌出量为27.23m3/min，相对涌出量为3.92m3/t左右,ZF4404工作面为404采区的第四套综放工作面，即ZF4403工作面的接替面,ZF4403工作面在掘进期间瓦斯涌出量为16.3m3/min；回采期间绝对瓦斯涌出量最高时达到37.8m3/min。
ZF4404采煤工作面采用综放开采，开采的为4＃煤层，煤层平均厚度16.4m，工作面设计顺槽长1826m，倾斜长为187m，工作面由于底鼓影响留有4.4m护底煤，顺槽采用锚网支护，工作面平均采高12m，全部跨落法管理顶板。
设计产量为210万t/年。
本工作面采用矿井负压U型通风。
为了确保ZF4404工作面在回采期间不受瓦斯影响，决定对ZF4404工作面继续进行瓦斯抽放。
特编制此措施！
2、基础数据
由于我公司下沟煤矿的基础数据工作较为薄弱，本工作面的基础数据均取自煤炭科学研究总院抚顺分院2005年至2006年进行的彬县下沟煤矿瓦斯综合治理技术研究项目。
煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，下沟矿4号煤层瓦斯基础参数参考值如下：
煤层原始瓦斯压力0.05～0.3Mpa
4号煤层原始瓦斯含量2.18m3/t
煤的孔隙度10.67～11.18％
煤层透气性系数0.82-3.47m2/Mpa2·d
百米钻孔瓦斯流量衰减系数0.019d-1
百米钻孔初始瓦斯流量0.52m3/min·100m（平均）
缺少数据——单孔瓦斯浓度及流量测定，需通过试验来确定，就目前情况下工作面预抽瓦斯浓度很难达到30%，单孔流量则只能应用经验估算。
3、矿井瓦斯来源分析
下沟矿属厚煤层一次采全高，采用综放采煤法，ZF4403工作面日产量达到8000吨，根据ZF4403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。
4、瓦斯抽放方法确定
根据抽放方法的选择原则，结合下沟矿各煤层的赋存、瓦斯来源等特点，考虑到ZF4404工作面布置高位灌浆巷抽排采空区瓦斯的情况，提出以下抽放方法:
（1）掘进工作面采用边掘边抽的抽放方法；
（2）回采工作面采用煤体预抽及上隅角采空区抽放的抽放方法
5、抽放瓦斯工艺
5.1掘进工作面边掘边抽
由于ZF4404回风顺槽靠近采空区,根据前几个工作面掘进情况推测,回风顺槽掘进期间瓦斯量不大。
因此只在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ZF4404工作面运输顺槽掘进期间，从停采线向内30m处开始，在巷道煤壁侧每隔150m施工一个钻场（钻场规格：
长5m，宽5m，高3.1m；支护采用锚网支护，锚索补强。
支护参数：
巷帮锚杆采用Φ16×1800mm圆钢锚杆支护，间排距为750×800mm；顶锚杆采用Φ22×2200mm螺纹钢锚杆配合Φ14×4800托梁支护，间排距900×900mm，网片采用铁丝网，锚索采用Φ17.8×7000mm的锚索，间距1800mm、排距1000mm），共施工15个钻场。
每个钻场中施工8个钻孔（具体参数如下表）
边掘边抽钻孔参数
孔号
开孔位置
（距底板m）
与巷道轴线夹角（°）
仰角（°）
孔深（m）
1
1.3
1.53
3
200
2
1
2.1
0
130
3
1.3
2.67
3
200
4
1
3.24
0
130
5
1.3
3.81
3
200
6
1
4.38
0
130
7
1.3
4.95
3
200
8
1
5.33
0
130
此参数根据巷道掘进情况可作少许更改。
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）。
5.2回采工作面煤体预抽
5.2.1运输顺槽煤体抽放
抽放方法：
在工作面运输顺槽南侧打垂直煤壁钻孔，沿ZF4404运输顺槽从停采线开始到切眼煤壁共施工623个钻孔。
工作面开采前进行煤层瓦斯预抽，预抽时间最好6个月以上，开采时进行采动卸压抽放。
工作面回采后将安设在泵站及二部机头硐室的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。
运顺钻孔技术参数表
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）
垂直巷帮
的钻孔
距底板0.8m
90
3
100
3
5.2.2回风顺槽煤体抽放
抽放方法：
在工作面回风顺槽南侧打垂直煤壁钻孔，沿ZF4404回风顺槽从停采线开始到切眼煤壁共施工390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。
回顺钻孔技术参数表
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1.5m
90
8
100
94
5
备注：
回顺钻孔以打到岩层为准。
5.2.3采空区抽放
1、泄水巷尾巷瓦斯抽放
管路连接方式是在抽放管路负压端连接一个带1个分支的分路器，分路器连接Φ152塑料弹簧软管。
将弹簧软管通过靠近工作面的联络巷引入泄水巷埋入泄水巷封闭墙内。
抽排泄水巷尾巷及上隅角瓦斯。
泄水巷埋管瓦斯抽放示意图
2、高位钻孔抽放
在ZF4404回风顺槽距工作面160m处施工第一个高位钻场，其后每100m施工一个钻场，共计施工3个钻场，每个钻场内施工8个高位钻孔，具体参数如下：
高位钻孔参数
孔号
开孔位置
（距底板m）
与巷道轴线夹角（°）
仰角（°）
孔深（m）
1
1.2
-3
3
120
2
1.7
-2.3
2
120
3
1.2
-0.5
3
120
4
1.7
-1.5
2
120
5
1.2
1.2
3
120
6
1.7
0
2
120
7
1.2
3
3
120
8
1.7
2.1
2
120
5.3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5～6m，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。
5.4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，钻孔与管路连接处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
6、抽放系统
ZF4404工作面布置1套地面永久瓦斯抽放系统和3套井移动式瓦斯抽放系统，地面抽放系统与井下抽放系统并联布置，一般采用地面永久抽放系统抽放。
6.1抽放泵站的位置
地面永久抽放泵站安装在上沟风机房处，井下移动式瓦斯抽放泵站安装在404轨下轨回联络巷内。
6.2抽放管路系统
根据ZF4404工作面巷道布置现状，抽放管路分别应布置在ZF4404运输顺槽、4404回风顺槽、404回风下山及404回风上山。
（1）、运顺煤体预抽系统（见附图）
ZF4404运输顺槽钻孔——ZF4404运输顺槽（Ф355mm）——404回风下山（Ф355mm）——瓦斯抽放泵站（Ф355mm）——404采区回风下山（Ф720mm）——404采区回风上山（Ф720mm）——垂直管子道（Ф508）——地面抽放泵站
（2）、回顺煤体预抽系统
ZF4404回风顺槽钻孔（泄水巷采空区埋管）——ZF4404回风顺槽（Ф377mm）——404回风下山（Ф377mm）——瓦斯抽放泵站（Ф377mm）——404采区回风下山（Ф720mm）——404采区回风上山（Ф720mm）——垂直管子道（Ф508）——地面抽放泵站
（3）、高位巷瓦斯抽放系统
ZF4404高位巷（Ф377mm）——404采区回风下山（Ф377mm）——404回下瓦斯抽放泵处——404采区回风上山（Ф720mm）——垂直管子道（Ф508）——地面抽放泵站
附（4404工作面抽放系统图示意图）
6.3抽放管路连接
1、抽放泵站后管路连接
7、瓦斯抽放设备选型
7.1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。
7.1.1煤体预抽抽放管径选择
①回顺抽放管径选择
当管中瓦斯流速取15m/s，煤体预抽抽放管路中混合流量取75m3/min时计算：
D=325mm，因此煤体预抽选择管路直径为355mm或377mm（外径）。
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75m3/min时计算：
D=325mm，因此煤体预抽选择管路直径为355mm（外径）。
具体管路选用及安设情况如图
7.2.3抽放泵选型
根据抽放泵的选择原则，以及ZF4402、ZF4403工作面的瓦斯涌出及抽放情况,运顺、回顺煤体抽放系统井下移动抽放均选ZWY105/132型井下移动式抽放泵（两台ZWY85/110泵备用）,地面固定抽放选用2BEF720型水环真空泵（通过连接实现井下与地面抽放系统并网）。
8、抽放管路敷设
8.1抽放管路铺设方案
运输顺槽中，煤体抽放管路靠南帮悬挂；回风顺槽中，煤体抽放管路根据实际情况靠巷道北帮悬挂或支撑。
回风下山段，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。
8.2抽放路线
预抽钻孔→4404工作面顺槽→四采区回风下山→总回风巷→地面（如附图）（地面抽放系统）
预抽钻孔→4404工作面顺槽→抽放泵站→四采区回风下山→总回风巷→地面（井下移动抽放系统）
9、电缆型号及敷设方式
9.1电缆的选取原则：
①电缆正常工作负荷应小于电缆允许持续电流。
②在距变电所最远、容量最大电动机起动时，应保证电动机在重载下起动，如传动机械无实际最小起动力矩数据时，可按电动机起动时的端电压不低于额定电压的75%校验。
③正常运行时，电动机的端电压不低于额定电压的7%~10%。
由于抽放泵站的用电设备不属于连续性负荷，允许在正常运行时的电压降略低一些，一般电缆截面取决于起动情况。
④电缆末端的最小两相短路电流应大于开关的整定电流的1.5倍。
⑤固定敷设的橡套电缆的实际长度L，应比敷设实际长度增加10%。
9.2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。
10、泵站设备与管路安装
10.1泵房通讯
在抽放泵房内安装直达矿调度室的电话一部。
10.2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。
10.3移动泵站安装
矿用移动式瓦斯抽放泵站内部设有与其配套的安全装置，可在煤矿井下轨道上行走，安装也比较简单，只需在抽放泵房硐室内铺设一条临时轨道或起重梁将移动泵站运至硐室内的安装位置后，用方木将移动泵站基础垫平和安装牢固，即完成安装工作。
10.4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》Sa2级，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。
10.5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。
10.5.1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。
本设计选用孔板流量计作为计量装备，安装与使用要求如下：
⑴安装孔板时，孔板的孔口必须与管道同心，其端面与管道轴线垂直，偏心度小于1~2%；
⑵孔板前（按气流方向，下同）1D（管径）和孔板后0.5D处预先焊接两个测压嘴，高度为80mm，选用内径6mm的紫铜管，在安装管路之前预先焊上，平时用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。
测压嘴还可作为取气样孔，取出的气体可用于进行气体成份分析。
⑶安装孔板的管道内壁，在孔板前边1D的范围内，不应有凸凹不平、焊缝和垫片等；
⑷孔板流量计的前端，管道直线段的长度不小于10D，后端的长度不小于5D；
⑸要经常清洗孔板前后的积水和污物，孔板锈蚀要及时更换；
⑹瓦斯抽放量有较大变化时，应根据流量大小更换相应的孔板；
⑺孔板使用1年后，要对孔板进行校正，以减小计量误差。
瓦斯抽放管路计量装置的安装如图。
孔板流量计及负压测定装置安装图
10.5.2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
10.5.3排渣装置
在工作面抽放管路与采区瓦斯抽放管路之间，选择宽敞地点设置排渣器，将瓦斯抽放管路内煤粉等杂物排掉，防止进入瓦斯抽放泵内损坏真空泵的叶片。
10.5.4阀门
井下瓦斯抽放管网系统中，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，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路，设计选用的阀门为截止阀。
10.6泵站的使用要求
⑴矿用移动式瓦斯抽放泵站安装时，需将底盘放置水平，并用木块垫稳。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
11、安全措施
11.1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，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。
11.2管路防漏气、防砸坏、防带电、防底鼓措施
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，但在管路上要悬挂警示牌，管路外部涂红色以示区别，提醒车辆注意，并要每天巡回检查，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；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。
11.3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3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，管路外部涂红色以示区别，提醒车辆注意，并要每天巡回检查，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。
11.4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，同时向矿长和总工程师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%，机体附近0.3m范围内瓦斯浓度不得超过1%，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。
11.5瓦斯抽放系统安全措施
⑴移动泵站必须设有安全设施，如停水断电和环境瓦斯超限断电装置等。
⑵移动泵站安装地点必须有专人看护。
⑶移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安全措施，包括设置栅栏、悬挂警示牌等。
栅栏设置的位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。
两栅栏之间禁止人员通行和任何作业。
移动泵站排到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30m内混合到《煤矿安全规程》允许的限度以内。
栅栏处必须设置警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止瓦斯抽放、进行处理。
监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。
抽放管路出口采用筛管，便于瓦斯稀释。
⑷瓦斯检查员对栅栏区的瓦斯浓度进行巡回检测，发现问题及时解决。
⑸抽放容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时，必须经常检查一氧化碳浓度和气体温度等有关参数的变化，发现有自然发火征兆时，应立即采取措施。
职工学习签名：
升级会员 