15102综采工作面瓦斯抽采设计Word下载.docx
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倾向
倾角
性质
落差（M）
对掘进的影响程度
胶顺断层
180~200
270~290
50
正
0~10
影响不大
陷落柱名称
中心位置
平面规模
相对15煤冒落高度
X
Y
长
短
A36
4166125
734095
120
110
150
A35
4166850
734380
100
80
70
3、工作面顶、底板情况
15102工作面老顶为中砂岩或粉砂岩，厚度8m，硬度系数为6～8；
直接顶为砂质泥岩，厚度6.9m，硬度系数为3～4，伪顶为砂质泥岩，厚度1.5～2.0米，硬度系数为2～3。
15102工作面直接底为泥岩，厚度约7m，硬度系数3～4，底板为K1砂岩，厚度10.0～12.0m，局部破碎不整合，渗透性较强。
4、工作面上邻近煤层赋存情况
9#煤层：
位于15#煤层上部约68m处，厚度约1.00m。
11#煤层：
位于15#煤层上部约46m处，厚度约0.50m。
12#煤层：
位于15#煤层上部约43m处，厚度约0.70m。
13#煤层：
位于15#煤层上部约33m处，厚度约0.67m。
三、储量
工作面名称
平均走向长（m）
平均倾向长（m）
平均煤厚（m）
容重（t/m3）
储量
（万吨）
可采储量
15102
1130
175
4.5
1.40
124.58
112.12
四、采煤方法及顶板管理
该工作面采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高采煤方法。
全部垮落法控制顶板。
五、工作面通风系统
新鲜风流：
地面→副斜井→井底车场→一采轨道下山→15102胶带顺槽→15102工作面。
乏风：
15102工作面→15102轨道顺槽→一采回风下山→回风斜井→地面。
六、其它开采技术条件
1、15号煤层自燃等级为Ⅲ级，属不易自然煤层，煤尘无爆炸危险性。
2、本井田地温属正常区。
第二章15102工作面瓦斯抽采设计
一、瓦斯抽采的必要性
预测15102综放工作面的绝对瓦斯涌出量为60m³
/min。
按规定“1个综采工作面瓦斯涌出量大于5m³
/min，通风方法解决不合理”的情况下，需要进行瓦斯抽采。
二、瓦斯抽采的可行性
根据我矿15100、15101、15105及15109工作面采用过的本煤层、邻近层钻孔、采空区抽采、高抽巷等抽采措施，这些措施在各个工作面抽采本煤层、邻近层瓦斯中都发挥了很大的作用，因此以上抽采方法在我矿瓦斯治理中是可行的。
15102工作面顶板布置高抽巷抽采邻近层瓦斯、15102轨顺和15102胶顺布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，同时在15102轨顺施工走向临近层钻孔抽采上隅角瓦斯，在102高抽巷施工下向钻孔抽采上隅角瓦斯是可行的。
三、15102工作面瓦斯抽采方案
（一）瓦斯抽采方法选择
根据15102工作面实际情况，15102工作面顺槽掘进选用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的抽采方法，15102工作面回采区域选用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯的抽采方法，工作面邻近层瓦斯选用高抽巷抽采邻近层瓦斯的抽采方法，另外，选用走向顶板钻孔和高抽巷底板钻孔抽采上隅角瓦斯等瓦斯抽采方法。
（二）瓦斯抽采系统布置
15102工作面高抽巷邻近层抽采系统：
15102高抽巷ø
630mm瓦斯抽采管---一采回风下山低负压ø
630mm瓦斯抽采管---回风下山ø
630mnm瓦斯抽采管道井---地面低负压瓦斯抽采泵站。
15102工作面本煤层抽采系统：
15102轨道顺槽（胶带顺槽）本煤层钻孔---15102轨道顺槽（胶带顺槽）ø
355mm瓦斯抽放管---一采回风下山高负压ø
630mm瓦斯抽放管---地面高负压抽放泵站---排空。
15102轨顺走向临近层瓦斯抽采系统：
耳巷走向临近层抽采钻孔---15102轨道顺槽ø
280mm瓦斯抽采管---一采回风下山ø
280mm瓦斯抽采主管---井下移动抽放泵站---排空。
15102高抽巷底板瓦斯抽采系统：
高抽巷底板抽采钻孔---15102高抽巷ø
四、15102工作面瓦斯抽采方法
（一）顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯抽采方法
根据河南理工大学提供的黄岩汇煤矿瓦斯含量分布预测图显示，15102胶顺掘进区域瓦斯含量在6—9m3/t，该区域预测为突出危险区在距回风下山726—1657m。
因此在15102胶顺掘进此段区域时要按照突出危险区管理或15102其它顺槽内进行区域预测瓦斯含量超过8m3/t时，要执行顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域综合防突措施。
采用顺层钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯区域防突措施时，每循环在工作面迎头施工17个顺层瓦斯抽放钻孔，钻孔直径为113mm，钻孔施工最大深度为80m，控制范围为巷道两侧轮廓线外各15m，要求工作面迎头各抽放钻孔孔口负压不得低于13KPa,钻孔瓦斯浓度不得低于30%，钻孔封孔采用聚氨酯封8米深。
钻孔预抽期为7天，进行区域效果检验无突出危险性时，方可掘进60m，预留20m超前距离掘进。
顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯抽采管路与本煤层抽采管路共用。
（二）本煤层瓦斯抽采方法
15102工作面本煤层布置的钻孔直径为113mm。
钻孔沿轨道顺槽和胶带顺槽煤壁布置，钻孔倾角为煤层的倾角，钻孔垂直煤壁布置，钻孔间距为2.0m，瓦斯抽放钻孔施工选用煤矿用液压深孔CMS1—6200/80型钻机，配合Φ98mm的钻杆和Φ113mm的PDC钻头施工。
在15102轨顺从停采线外20m布置垂直于工作面走向的顺层本煤层抽采钻孔，钻孔间距：
2.0m，孔深90m；
15102胶顺从停采线外20m布置，间距2.0m，孔深90m顺层钻孔。
根据15102工作面煤层倾角来确定工作面本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度，具体做法：
采用坡度规测量出掘进巷道煤层顶板倾角，此倾角即为本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度。
本煤层抽采钻孔采用注浆封孔技术对钻孔进行封孔，封孔时对聚胺脂合理配比，保证发泡倍数控制在1：
5以内，封孔长度10m，以保证封孔质量。
15102本煤层共布置钻孔1150个，单孔进尺平均90m，抽采钻孔总进尺约为103500m。
15102本煤层瓦斯抽放管路采用一趟Φ355mm聚乙烯瓦斯管路，分别布置在15102胶顺与15102轨顺中，瓦斯抽放管布置在巷道里帮，距顶200mm，距帮200mm。
利用原顶板锚索每间隔2.4m设置1个吊点，从停采线往里Φ355mm聚乙烯瓦斯抽放管路与短接三通间隔相接，每个短接三通上留一个分支钻孔管路，分支钻孔管路与各个瓦斯抽放钻孔采用抽采专用胶管相连接，在巷道低洼处瓦斯抽采管路要安装手动放水器，Φ355mm聚乙烯瓦斯抽采管路与矿井总回风巷Φ630mm瓦斯抽采管路相连接，建立抽采系统。
1、瓦斯抽采管路选择
（1）管径的选择
瓦斯管内气体流速，一般取5～15m/s，本次流速取12m/s，管道直径按下式计算。
D=0.1457（Q/V）1/2
式中D----抽放瓦斯管内径，单位m；
Q----瓦斯管中混合瓦斯流量，取40m3/min；
V----瓦斯管内的气体流速，取12m/s；
0.1457----修正系数。
将有关数据代入D=0.1457（Q/V）1/2
D=0.1457（40/12）1/2=0.266（m）
实际根据现有管材管道内径为313mm的聚乙烯瓦斯抽放管符合要求。
（2）管路壁厚验算
A=Pmax×
D/2Pn
式中：
A----管道壁厚，cm；
Pmax----管道最大工作压力,取0.04MPa；
Pn----管道允许压力，取0.8MPa;
D----抽放瓦斯管内径，取31.3cm。
将有关数据代入A=Pmax×
D/（2×
Pn）
A=0.04×
31.3/（2×
0.8）=0.788cm
根据计算，选择Φ355×
5m聚乙烯瓦斯抽放管，现抽放管道壁厚21.1mm，能满足要求。
2、瓦斯抽采管路阻力计算
（1）管道系统阻力计算
Hf=9.81Q2×
γ×
L/（K×
D5）
Hf----管道摩擦阻力,单位为Pa；
Q----管内气体流量，单位为m3/h，取40m3/min；
γ----混合瓦斯对空气的相对比重，取0.889；
L-----管道长度，该线路Φ355mm管道约为2000m；
K-----与管径有关系数，取0.71；
D-----管道内径，取31.3cm。
将有关数据代入Hf=9.81Q2×
Hf=9.81×
（40×
60）2×
0.889×
2000/（0.71×
31.35）≈4563（Pa）
（2）管道局部阻力，一般按管道摩擦损失的10%～20%计算，取20%。
管道局部阻力为H=4563×
20%=912.6（Pa）
（3）管道总阻力为：
H=912.6+4563=5475.6（Pa）
3、瓦斯抽采系统所需负压
瓦斯泵的压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外，还必须有一部分做为抽采处的负压，所以瓦斯抽采需要的负压为：
H=1.2（ΣHf+Hd）
1.2为瓦斯泵备用系数
H----抽采瓦斯泵的负压，Pa
ΣHf---管道阻力和，Pa
Hd----要求钻孔口的负压，取13000Pa
将有关数据代入H=1.2（ΣHf+Hd）
H=1.2×
（5475.6+13000）
≈22170.72（pa）
选用2BEC72型地面固定高负压瓦斯抽放泵，其正常可提供抽采负压为30～40kPa，能满足抽放需要。
（三）15102轨顺走向临近层钻孔抽采方法
根据我矿15102工作面采掘生产计划，15102工作面不再布置尾巷，为解决尾巷去除后综采工作面回采时上隅角瓦斯问题，依照《国投昔阳公司2011～2015瓦斯综合治理规划》，我矿采取在15102轨顺开钻场布置临近层瓦斯抽采钻孔，对工作面上隅角区域冒落带进行瓦斯抽采，解决综采工作面回采时上隅角瓦斯。
在距15102轨顺停采线以外30m左帮开始布置耳巷钻场，耳巷钻场规格为宽度4m，深度5m，高度3.8m，沿巷道底板掘进。
往里每间隔40m布置一个耳巷钻场直到切眼，在耳巷钻场内布置直径为113mm的走向临近层瓦斯抽采钻孔，钻孔终孔位置控制在距15#煤层顶板12—18m，终孔间距为5m，控制范围为工作面上隅角至工作面15m，钻孔长度为70m，钻孔水平重叠30m。
瓦斯抽采钻孔施工选用煤矿用液压深孔CMS1—2000/58型钻机，配合Φ98mm的钻杆和Φ113mm的PDC钻头。
在15102轨顺耳巷钻场内布置走向临近层瓦斯抽采钻孔，每个耳巷钻场内布置两排钻孔，每排4个，共计8个，第一排钻孔开孔位置距巷道底板1.5m位置，钻孔间距为1000mm，第二排钻孔开孔位置距巷道底板1.8m位置，钻孔间距为1000mm，钻孔孔深70m。
15102轨顺共布置耳巷钻场29个，钻孔232个，单孔进尺平均71.5m，钻孔总进尺约16588m。
根据生产技术科提供15102轨顺巷道剖面图确定钻孔施工角度，在平巷中，第一排钻孔终孔位置在15#煤层顶板12m处，仰角为12°
，第二排钻孔终孔位置在15#煤层顶板18m处，仰角为16°
，具体做法：
查15102轨顺巷道走向剖面图，确定巷道走向倾角，此倾角加设计角度即为走向临近层钻孔施工角度（计算角度为10°
—15°
，施工角度为钻孔计算角度±
巷道走向角度）。
钻孔保护：
为防止泥岩堵孔，钻孔内下Φ75mmPVC套管30米，PVC套管壁厚不低于6.8mm。
钻孔封孔采用Φ75mmPVC管聚胺酯封孔8米，封孔管外露不得超过200mm，做到牢固不漏气，保证封孔质量。
综采工作面开始回采后，将第一个钻场钻孔进行挂孔抽采，待工作面回采至本钻场30m或钻孔抽采浓度下降无浓度时，及时将其拆除，并将下一个钻场钻孔进行挂孔抽采，依次循环类推。
15102轨顺走向临近层瓦斯抽采管路采用一趟Φ280mmPVC管，布置在15102轨顺巷道中，瓦斯抽采管布置在巷道左帮，距顶200mm，距帮200mm。
利用原顶板锚杆每间隔2.4m设置1个吊点，Φ280mmPVC瓦斯抽采管路在每个钻场口安装Φ280mm正三通一个，与各个瓦斯抽采钻孔采用抽采专用胶管相连接形成瓦斯抽采系统。
巷道低洼处瓦斯抽采管路要安装手动放水器，Φ280mmPVC瓦斯抽采管路与矿井总回风巷移动瓦斯抽采主管路相连接，建立抽采系统。
Q----瓦斯管中混合瓦斯流量，取20m3/min；
D=0.1457（20/12）1/2=0.188（m）
实际根据现有管材管道内径为250mm的PVC瓦斯抽采管符合要求。
D----抽放瓦斯管内径，取25cm。
25/（2×
0.8）=0.625cm
根据计算，选择Φ280×
6mPVC瓦斯抽采管，抽采管道壁厚13.3mm，能满足要求。
Q----管内气体流量，单位为m3/h，取20m3/min；
L-----管道长度，该线路Φ280mm管道约为2000m；
D-----管道内径，取25cm。
（20×
255）≈3622（Pa）
管道局部阻力为H=3622×
20%=724.5（Pa）
H=724.5+3622=4346.5（Pa）
以上均符合要求。
Hd----要求钻孔口的负压，取10000Pa
（4346.5+10000）
≈17215.8（pa）
选用井下移动瓦斯抽采泵，其正常可提供抽采负压为25～35kPa，能满足抽采需要。
（四）高抽巷瓦斯抽采方法
15102高抽巷布置在工作面上部9#煤层中，距工作面垂直距离约68米。
揭露煤层为9＃、11＃、12＃煤，其中9#煤层位于高抽巷顶板，厚度400～1350mm；
或15102高抽巷布置在11#、12#煤层中，11＃煤位于高抽巷顶板，厚度为300～400mm，12＃煤位于高抽巷的底板，厚度为500～700mm，11＃煤和12＃煤中间为细粒砂岩厚度为1.5m左右。
15102高抽巷施工完毕后，将高抽巷里段停采线地点进行封闭，安装Φ630mm抽采管路与回风下山低负压抽采系统Φ630mm主管路进行对接，并保证严密不漏气。
预计抽采浓度为40％，纯量为50m3/min。
瓦斯抽采管道上要安装“V”锥流量进行监控监测，另设置瓦斯流量、浓度监测点。
瓦斯抽放管内气体流速，一般取5～15m/s，本次流速取12m/s，管道直径按下式计算。
式中D----抽采瓦斯管内径，单位m；
Q----瓦斯管中混合瓦斯流量，取140m3/min；
D=0.1457（140/12）1/2=0.498（m）
根据实际现有管材管道内径为600mm的Φ630mm塑钢复合瓦斯抽采管符合要求，在15102高抽巷外端铺设约900米。
Pmax----管道最大工作压力,取0.03MPa；
Pn----管道允许压力，取2.5MPa;
D----抽采瓦斯管内径，取60cm。
A=0.03×
60/（2×
2.5）=0.36cm
根据计算，选择Φ630×
5m塑钢复合瓦斯抽采管，现抽采管道壁厚7.3mm，能够满足要求。
2、瓦斯抽采线路阻力计算
（1）15102高抽巷抽采阻力计算
Hc=αLU/S3×
Q2
Hc----高抽巷摩擦阻力,单位为Pa；
Q----高抽巷内气体流量，单位为m3/s,取140m3/min；
α----高抽巷摩擦阻力系数，取0.0098Ns2/m4；
L-----高抽巷长度，该线路约为1130m；
U-----高抽巷断面周长，取14.41m；
S-----高抽巷断面积，取12m2。
将有关数据代入Hc=αLU/S3×
Hc=0.0098×
1130×
14.41/123×
2.32=0.489Pa（结果阻力可忽略不计）。
（2）高抽巷Φ630mm管道系统阻力计算
Q----管内气体流量，单位为m3/h，取140m3/min；
L-----管道长度，该线路Φ630mm管道约为900m；
D-----管道内径，取60cm。
（140×
900/（0.71×
605）≈1003（Pa）
（3）回风下山Φ630mm主管道系统阻力计算
Q----管内气体流量，单位为m3/h，取180m3/min；
L-----管道长度，该线路Φ630管道约为2040m；
（180×
2040/（0.71×
605）≈3759（Pa）
（4）管道局部阻力，一般按管道摩擦损失的10%～20%计算，取20%。
管道局部阻力为H=4762×
20%=952（Pa）
H=952+4762=5714（Pa）
（5714+10000）
≈18856.8（pa）
选用2BEC72型地面固定瓦斯抽采泵，其正常可提供抽采负压为20～30kPa，能满足抽采需要。
（五）高抽巷底板抽采钻孔瓦斯抽采方法
为解决工作面上隅角瓦斯，在15102高抽巷停采线以里布置底板瓦斯抽采钻孔，底板瓦斯抽采钻孔采用SGZ—ⅢA型杭钻施工，孔径90mm，钻孔间距15m，俯角53°
，孔深50m（若在9#煤层内掘进时，钻孔俯角40°
，孔深62m），终孔位置在距15102轨顺顶板18m及15102轨顺左帮10m处，具体钻孔设计角度及深度随高抽巷及轨顺掘进工作面巷道标高准确确定，并制定相应底板抽采钻孔设计表。
15102高抽巷底板抽采钻孔主要随综采工作面回采抽采工作面上隅角裂隙带瓦斯（高抽巷在9#煤层内布置时还可对下覆11#煤、12#煤、K3灰岩进行瓦斯预抽）。
在15102高抽巷掘进期间施工底板瓦斯抽采钻孔，采用聚氨酯对抽采钻孔进行封孔，封孔深度为5m，并在高抽巷内安装Ф280mm瓦斯抽采管路，连接到井下移动抽采系统上进行抽采，待工作面切眼形成之后，将高抽巷内Ф280mm瓦斯抽采管道切断并对高抽巷进行密闭，由地面低负压抽采系统抽采。
预计15102高抽巷共布置底板抽采钻孔76个，单孔平均进尺56m，钻孔总进尺约4256m。
15102高抽巷底板瓦斯抽采管路采用一趟Φ280mmPVC管，布置在15102高抽巷巷道中，瓦斯抽采管布置在巷道右帮，距顶200mm，距帮200mm。
Φ280mmPVC瓦斯抽采管路与矿井总回风巷移动瓦斯抽采主管路相连接，建立抽采系统。
Q----瓦斯管中混合瓦斯流量，取
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