浅谈北二采区27层抽放设计_精品文档.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KJF2