张子山煤矿瓦斯综合治理技术方案Word格式文档下载.docx

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0.5510Mpa

0.0262d-1

0.135m²

水份1.62%；

灰份7.06%；

挥发份26.12%

（3）10号煤层相关参数如下：

5.45m³

0.709Mpa

0.024d-1

8.765m²

水份0.57%；

灰份12.17%；

挥发份18.33%

（4）矿井不同时期的矿井瓦斯涌出量预测结果

张子山煤业以120万t/a产量联合开采4、6号煤层时，矿井最大绝对瓦斯涌出量31.99m³

/min，最大相对涌出量为12.67m³

/t；

5上、10号煤层时矿井最大绝对瓦斯涌出量45.37m³

/min，最大相对涌出量为17.97m³

6、10号煤层时，矿井最大绝对瓦斯涌出量47.75m³

/min，最大相对涌出量18.91m³

当单独开采10号煤层时，矿井最大绝对瓦斯涌出量43.18m³

/min，最大相对涌出量17.10m³

/t。

2013年6月，张子山委托煤科集团沈阳研究院有限公司对6号、10号煤层的突出危险性进行了鉴定，鉴定过程中对瓦斯压力、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤的破坏类型等基础参数进行了相应测定，鉴定区域内的测定结果如下：

（1）6号煤层相对瓦斯瓦力为0.04~0.5Mpa，10号煤层相对瓦斯压力为0.04~0.49Mpa；

（2）6号煤层的瓦斯放散初速度为6.15~15.2,10号煤层的瓦斯放散初速度为9.26~11.56；

（3）6号煤层的坚固性系数为0.17~0.43,10号煤层的坚固性系数为0.37~0.58

（4）6号煤层、10号煤层的破坏类型属于Ⅲ~Ⅳ类型破坏。

1.3抽放系统情况

1.3.1抽放方法

10号煤层设计抽放方法如下几种：

（1）回采工作面抽采方法

10号煤层回采功罪面本煤层预抽放；

主要采用顺层平行钻

孔方式，钻孔垂直巷道中线，孔深85m，两侧钻孔错距20m，钻孔直径94mm，孔间距3m。

（2）掘进工作面瓦斯抽采方法

10号本煤层掘进工作面采用两种方法：

第一：

巷道正前预抽，每个钻场布置6个钻孔，开孔直径94mm，终孔直径75mm，与巷道的夹角为0-6°

，钻孔深度为80m，巷道正前预抽与迈步钻场边掘边抽平行作业。

初选间距100m。

第二：

迈步钻场边掘边抽，顺着掘进工作面的方向，布置在煤层中部，相邻钻场间每隔50m布置一个钻场，每个钻场布置6个钻孔，开孔直径94mm，终孔直径75mm，与巷道的夹角为0°

、6°

、12°

，钻孔深度为60m。

钻场尺寸为：

4m×

3.6m×

2.8m（长×

宽×

高）

（3）采空区抽采方法

工作面采空区埋管抽放：

抽放方法为在埋入采空区的花管段打一木垛，并尽可能将抽放管架高，以得到好的抽放效果。

抽放管第一节使用钢管，管上割出花眼，随工作面推进埋入老塘，埋入20~40m，当埋入超过一定深度时，提前10m左右埋入第二根抽放管，与主管搭接继续抽放。

老采空区抽放：

张子山煤矿抽放后期为防止采空区向矿井、采区涌出瓦斯，打密闭墙，向采空区密闭墙内插管，进行老采空区瓦斯抽放。

密闭墙两端用料石或普通建筑用砖砌成，里外围墙，厚度不小于0.3m,。

密闭墙总厚度不小于1m，为保证密闭性，将巷道四周墙壁挖出深约0.3m的槽沟，将料石镶嵌进去，中间的空间用土夯实，将瓦斯管放在闭墙的上部。

瓦斯管外口安设阀门，未抽放前将阀门关闭，以免向外泄漏瓦斯。

1.3.2泵站选型

高压系统选用2BEC62型水环真空泵，配套电机功率为400KW，泵抽气量约为256m³

/min。

低级系统选用2BEC50型水环真空泵，配套电机功率为250KW，泵抽气量约为167m³

1.3.3管路选择

1）10号煤单独开采

高负压系统回风立井和地面段主管管径630mm，10号煤回风顺槽、进风顺槽支管管径325mm。

10号煤回风大巷分管管径630mm。

10号煤综掘工作面、普掘工作面支管管径273mm。

10号煤回风大巷、集中回风大巷主管63.mm。

低负压系统回风立井和地面段主管管径630mm，10号煤回风顺槽支管管径273mm。

采空区支管管径529mm。

10号煤回风大巷风分管管径529mm。

10号煤回风大巷主管管径529mm。

管材：

主管、干管、支管统一为螺旋焊缝钢管。

1.3.4抽放量及抽放率

1）10号煤层单独开采

矿井瓦斯预测总涌出量：

43.18m³

/min

矿井瓦斯抽放量：

20.05m³

矿井瓦斯抽放率：

46%

1.3.5抽放系统建设情况

（1）地面泵站设备均已安装完毕

（2）管路安装情况

张子山煤矿首先对10号煤层进行瓦斯抽采，管路布置如下：

1地面：

Φ630×

6螺旋焊缝钢管2×

300米

②回风立井：

276米

③10号煤集中回风大巷：

高负压管路Φ630×

9螺旋焊缝钢管220米

低负压管路Φ529×

6螺旋焊缝钢管220米

④10号煤回风大巷

9螺旋焊缝钢管940米

6螺旋焊缝钢管940米

⑤回风顺槽、机轨合一顺槽：

10105回风顺槽高负压管路Φ325×

3螺旋焊缝钢管1404.7米10105回风顺槽底负压管路Φ273×

3螺旋焊缝钢管1404.7米10105机轨合一顺槽高负压管路Φ325×

3螺旋焊缝钢管1404.7米

合计：

4253.1米

以上抽放管路部分由矿方自己负责采购安装，需要沈阳院采购安装的部分，矿方需提前20天通知煤科集团沈阳研究院有限公司技术人员，以便沈阳院提前采购和安排施工。

2.10105掘进工作面瓦斯治理方案

2.1掘进工作面突出危险性预测

张子山煤矿采用以下方法进行煤巷掘进工作面突出危险性预测；

掘进工作面进行预测，预测为无突出危险性时可继续掘进。

若预测有突出危险性时，应采取防突措施并进行效检，若措施有效侧采掘作业后进行预测，预测五突出危险性之后仍需要采取防突措施、效检、进尺，在预测为无突出危险时方可连续作业。

预测指标为钻屑指标法。

预测方法：

在工作面选择软分层打3个直径42mm、深度8m预测钻孔，钻孔采用煤电钻或风动电钻施工。

预测钻孔布置：

中间钻孔位于工作面中部，平行巷道掘进方

向；

两边钻孔开孔距巷帮0.5m，终孔控制巷帮2m，与巷道夹角15°

，如图2-1所示。

钻屑量S使用弹簧秤进行测量，从第2m开始，其他7m每进行打1m钻孔进行测量一次。

钻屑解吸指标△h2每打钻2m测定一次。

当预测指标△h2、S小于突出危险临界值，即△h2＜200Pa，S＜6Kg时，工作面预测为为无突出危险工作面。

当预测指标大于等于突出危险临界值，即任一指标满足△h2＜200Pa，S＜6Kg，工作面预测为突出危险工作面。

这时，执行超前钻孔局部防突措施。

措施后必须进行措施效果检验。

只有当检验预测指标△h2、S都小于突出危险临界值，即△h2＜200Pa，S＜6Kg时，检验措施有效，工作面检验为无突出危险工作面，采用远距离放炮安全防护措施进行掘进作业30m；

预测、措施、措施效果检验、安全防护措施执行技术流程图程见图2-2.

根据掘进的实际情况，当掘进遇到瓦斯超标情况时实时打钻，当掘进面瓦斯正常时，按照每推进50m打一次钻进行预测

图2-1突出预测钻孔布置俯视图

图2-2煤巷掘进防突工艺技术流程

2.210105掘进工作面瓦斯抽放措施

（一）10105掘进时的边掘边抽工作

（1）在掘进巷道内每隔50米，在巷道两帮分别布置一个钻场，钻场规格为4m×

高），在每个钻场内施工6个直径94mm的瓦斯抽放钻孔，上下两排，每排3个，钻孔长度60m，钻孔向帮外侧偏离角度0°

，下排钻孔距巷道底板1.2m，上排距下排0.5m。

巷道每掘进50m开始施工下一个钻场。

（二）掘进面超前预抽

（1）巷道正前预抽，每个钻场布置6个钻孔，开孔直径94mm，终孔直径75mm，与巷道的夹角为0-6°

，钻孔深度为80m。

巷道正前预抽与迈步钻场边掘边抽平行作业。

钻孔初选间距为1m。

图2-1边掘边抽卸压瓦斯方法

2.2巷道启封、排瓦斯

巷道启封、排瓦斯的安全技术措施：

1、瓦斯排放开始前必须将风筒接于密闭墙前，保持正常供风。

2、排放瓦斯期间：

回风巷道必须撤人。

3、启封密闭排放瓦斯时，应首先检查密闭前瓦斯浓度，发现超过1%，必须待风筒吹数分钟降至1%以下时，方可继续排放，否则不能拆除密闭。

只有当CH4浓度不超过1%，CO2浓度不超过1%时，方可在密闭墙中上方砸一30*40cm2的孔，并在小孔处对密闭里进行通风，同时在小孔处检查回风流中的CH4及CO2浓度，只有当CH4浓度在1%以下CO2，浓度在1%以下时，方可将密闭逐步打开。

4、瓦斯排放期间，必须在排放瓦斯回风流与全风压风流混合处悬挂报警点为0.5%的甲烷报警仪。

5、瓦斯排放工作必须由沈阳研究院统一指挥和进行，所有其他队员必须在风筒出风口10米范围内。

6、只有在排放瓦斯巷道内风流中瓦斯浓度1%以下，方可继续排放，只有在风筒出风口10米范围内瓦斯浓度1%以下、氧气浓度在20%以上时，方可继续延接风筒。

7、延接风筒每次只能10米，且在延接风筒时应视前方巷道内瓦斯浓度及回风流中瓦斯浓度控制风筒出风口风量。

8、瓦斯排放期间，应设专人看管局扇，由沈阳研究院安排，如确因特殊原因停风，排放工作必须立即停止，人员撤至安全地点。

9、瓦斯排放期间，在所有能往排放瓦斯回风流所经巷道贯眼及巷道内设专人站岗。

站岗人员必须坚守岗位，不得擅自离岗，只有接到调度室撤岗命令后，才能撤岗。

10、只有在巷道内顶板支护完好，无片帮冒顶确认无危险时，方可继续排放。

11、排放瓦斯采用绳扎风筒收紧或松开的方法控制风量进行排放，禁止“一风吹”。

12、瓦斯排放完后，瓦斯检查员要同时对风筒以外停电范围内的机电硐室风流中的CH4、CO2浓度进行监测，只有CH4不超过1%，CO2浓度不超过1%时，并通知调度室后，方可恢复送电。

2.3粉尘治理

采用煤壁浅孔动压注水，一是可以消除煤与瓦斯突出的危险性，降低回采期间的瓦斯涌出量;

二是可以减少工作面开采期间生产的粉尘。

根据张子山煤矿具体情况，煤壁浅孔动压注水参数如表2-1所示。

表2-1注水参数表

孔径

孔深

封孔长

孔间深

注水压力

注水速度

单孔注水量

单孔注水时间

（mm）

（m）

（Mpa）

（L/min）

（L）

（min）

42

6

1.5

5

2.5

20

300

15~30

技术要求：

（1）短孔注水方法力求穿过煤层全厚；

（2）利用综采液压泵加压注水，打钻使用防突钻和麻花钻杆，高压膨胀管封孔；

（3）封孔要求严密，防止跑水；

注水压力逐步升高，煤壁发现汗珠则停止注水。

310105回采工作面瓦斯综合治理方案

3.110105回采工作面瓦斯涌出特点

由瓦斯涌出量预测结果可知；

开采10号煤层时，矿井绝对瓦斯涌出量为43.18m3/min。

其中掘进面绝对瓦斯涌出量8.23m3/min，所占比例19.05%，老采空区绝对瓦斯涌出量8.63m3/min，所占比例20%，回采工作面绝对瓦斯涌出量19.4m3/min，所占比例44.93%，回采工作面绝对瓦斯涌出量19.4m3/min，其中开采层（含围岩）瓦斯涌出量15.35m3/min，占瓦斯涌出量比例79.13%，邻近层瓦斯涌出量4.05m3/min，占瓦斯涌出量比例20.87%。

回采工作面开采过程中瓦斯涌出主要来自开采层。

工作面瓦斯分布可分为以下几个区：

I、IV区：

新风区，由入风巷新鲜风流进入工作面后，混入风流中的瓦斯较少，主要来源为煤壁与落煤。

所以这两区域瓦斯浓度低。

II区：

紊流区，材料道与进风巷风流在此区相遇后风流方向无规则性，为紊流区，该区瓦斯来源主要是工作面煤壁、落煤、采空区。

瓦斯浓度大于I、IV区。

图3-1工作面瓦斯浓度分布划分

III区：

瓦斯积聚区，该处风流绝大多数来自进风巷，瓦斯主要来源与工作面煤壁、落煤。

由于该区风流量减少，且基本处于下风侧，所以瓦斯浓度在4个区中最高。

由于上隅角有材料道的新鲜风流进入，上隅角的瓦斯问题基本不存在。

而回风流汇聚了整个工作面各种来源的所有瓦斯，所以回风流瓦斯超限是本工作面的一大问题。

工作面瓦斯浓度分布划分如图3-1

总结起来，工作面瓦斯涌出有以下几个特点：

1）工作面材料道与入风道之间中部位置（III区）与回风巷是瓦斯超限的“重灾区”，是瓦斯治理的重点。

2）上隅角的瓦斯超限问题在本工作面不存在。

3）工作面回风瓦斯来源：

本煤层占79.13%，邻近层占20.87%

4）若工作面达产，回采工作面瓦斯涌出量为19.40m3/min。

由于通风断面的原因，工作面总配风量是一定的，回风巷能带出的瓦斯有限。

10号煤层单独开采时，回风工作面绝对瓦斯涌出量将达到19.40m3/min需要配风量2910m3/min。

根据矿井初步设计，回采工作面通风有效断面积为9.21㎡，配风量为1800m3/min。

可见，10号煤单独开采时，稀释回采工作面瓦斯要求的风量大于工作面最大允许通过风量，所以10号煤回采工作面应瓦斯抽放工作尤为重要。

3.210105回采工作面瓦斯抽放方法

根据实测的煤层透气性系数和钻孔流量衰减系数来看，10号煤层的实测值属于可以抽放的范围，瓦斯抽放工作是可行的。

在时间上：

10105工作面采前预抽—边采边抽—半开放采空区抽放—老采空区抽放。

在空间上：

前部预抽—后部半开放采空区抽放。

3.2.110105回采工作面采前预抽

采前预抽是降低煤层瓦斯含量，从根本上解决问题的有效手段之一。

在回采工作面材料巷及进风巷打顺层平行钻孔，工作面开采前进行煤层瓦斯预抽，开采时工作面前方形成一个卸压带还可进行采动卸压抽放。

在工作面初采时，由于靠近开切眼附近煤体预抽时间短，可以工作面开切眼布置钻孔，以弥补抽采时间短的不足。

开采层抽放包括预抽、边采边抽和强化抽放等方式，张子山10号煤层预抽主要采用平行钻孔预抽，该方法是在工作面开采前预先抽放煤体中的瓦斯，属于未卸压煤层的瓦斯抽放，对于透气性及其它预抽条件较好的煤层，预抽会去的较好效果。

边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽放本层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体因为卸压，透气性大大增加，抽放效率大幅度提高。

布置方式如图3-2.

施工方法：

主要采用平行钻孔预抽，钻孔与巷道垂直，钻孔深度85m，钻孔直径94mm，孔间距3m，采前预抽应利用高负压管路抽放。

技术难点：

钻孔布置参数是否恰当；

封孔质量是否过关；

要求负压高，抽放系统管理应该跟上。

图3-2工作面平行钻孔布置图

3.2.210105采空区埋管抽放

对于有永久抽风系统或移动抽风系统的矿井，应把采空区瓦斯抽放作为防治采空区瓦斯爆炸或燃烧的重要措施，即通过采空区尾部的抽放负压点改变采空区内瓦斯浓度分布，降低采空区的瓦斯浓度，将冷却带、氧化带、爆炸带向采空区深部推移。

抽放方法：

在埋入采空区的花管段打一木垛，并尽可能将抽放管架高，以得到号的抽放效果。

抽放管第一节使用钢管，管上割出花眼，随工作面推进埋入老塘，埋入20~40m，当埋入超过一定深度时，提前10m左右埋入第二跟抽放管，与主管搭接继续抽放，如图3-3。

图3-3采空区埋管抽放示意图

抽放立管位置；

埋管的保护；

开启时间、防止过度抽放引起采空区自然等。

3.2.3老采空区抽放

密闭墙质量、浓度监测。

3.3顶板初次来压瓦斯治理

由于随着工作面的推进，采空区的长度不断增加，采空区的丢煤也不断增加。

但最主要的还是由于采用冒落法管理顶板的回采工作面，随着采空区面积的增加，围岩应力受采动影响的范围不断扩大，矿山压力的作用使围岩移动的区域也会相应扩展，直至波及到地表。

工作面上覆岩层由上向下按其破坏程度可分为3个带：

冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，如图3-4。

煤层开采之后引起了工作面周期应力重新分布，围岩卸压膨胀，岩层在一定范围内由于回采工作面推进失去其整体性，透气性系数增大几十倍到几百倍，冒落带、裂隙带的出现，使处于卸压范围内的邻近层，将通过采动裂隙网络与开采层地采空区相连通，在邻近层与开采层的采空区之间形成了一个瓦斯压力梯度场，使得邻近层的瓦斯在压差作用下通过贯穿裂隙以扩散或渗透形式源源不断涌回采工作面。

由于回采工作面的瓦斯涌出分为3部分（即落煤、煤壁及采空区瓦斯涌出），为确定工作面煤壁与采空区的瓦斯涌出比重，在正常生产期间的检修班，在工作面距离回风巷15m且无障碍物引起风流异常流动地点，沿工作面推进方向每0.5m设置1个观测点，共布置10个点，测点布置见图3-4，测定瓦斯浓度，绘制工作面控顶范围瓦斯浓度分布曲线，通过测量浓度最低点到煤壁和到采空区的距离，来确定工作面瓦斯来源定量构成。

回采初期，工作面的瓦斯主要来源于工作面煤壁，采空区部分所占比重较小，但随着工作面的推进，顶板初次来压后，由于老顶的冒落，邻近层的瓦斯通过裂隙带向采空区运移，此时由于采空区的漏风，瓦斯大量向工作面涌出，所以采空区的瓦斯涌出量占整个综采工作面的比重突然增大。

因此，在矿井的工作面回采过程中应当特别注意初次来压后采空区瓦斯涌出量的突然增大给煤矿安全带来的不利影响。

但在另一方面，顶板来压对矿井瓦斯治理也存在有利的一面，既可以在此时利用形成的卸压圈对邻近层瓦斯进行抽放。

抽放方法可以采用高位钻孔、穿层钻孔等，随工作面的推进边采边抽。

图3-4测点布置示意图

3.410105回采工作面防突

3.4.110105回采工作面防突措施

1、工作面采用“钻屑指标法”进行防突。

2、临界值暂定为Smax＝6.0kg、△h2＝200Pa（湿煤△h2＝160Pa）。

3、工作面实施连续区域验证，即每推进5m进行1次区域验证。

4、从工作面上端头6m至下端头6m，中间每隔12~15m，垂直于煤壁沿煤层施工1个孔径42mm、孔深7m的验证钻孔。

5、钻孔距工作面底板1.2m以上，尽可能布置在软分层中。

6、钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m至少测定1次钻屑解吸指标△h2。

7、当实测的S或△h2所有测定值均小于临界值，并且未发现其他异常情况（喷孔、夹钻、顶钻等），则区域验证为无突出危险；

否则验证为有突出危险。

当区域验证为无突出危险时，采取安全防护措施后实施采煤作业；

当危险验证为有突出危险时，则工作面以后采煤作业都要执行局部综合防突措施。

3.4.210105回采工作面防突钻孔工程量

10105工作面长度为160米，10105回风顺槽长度为1404.7米。

当回采工作面瓦斯浓度异常时，工作面每隔一定距离（根据现场施工情况而定）打一0排钻孔，每次每排打10-12个钻孔，钻孔间距为12m，钻孔深度7米。

图3-510105采煤工作面区域验证钻孔布置

4.矿井瓦斯综合治理工程流程

5矿井瓦斯综合治理的人员组织与职责

5.1人员组织与职责

图5-1人员组织机构图

在张子山煤矿设立项目部，项目部设项目部经理１名，全面负责现场工程施工、人力资源调配等相关事宜，直管总工程师、副经理。

综合组负责项目工程部工程决算、外联接待、人力资源管理等，总工程师为技术负责，主管相关瓦斯抽放设计以及防突部分等，副经理负责现场施工，主管打钻队、抽放队、调度验收组合材料组。

人员设置：

项目经理1人，总工程师1人，副经理1人，综合组2人（1人负责人员管理及后勤、1人负责工程预决算），技术组2名技术员。

打钻及抽放队伍为40-50人。

负责钻孔施工、电工维修、泵站运行维护、管路安装拆除、观测及系统维护等工作；

调度验收组2人，材料组1人。

人员编制为60人左右。

5.2工程承包内容与项目部职责

总承包范围包括投产前、投产后两阶段的工作。

投产前完成的工作内容有回采面瓦斯综合治理方案设计、井下预抽打钻施工工程、采空区埋管主管路施工。

投产后包括采空区埋管支管施工、采空区束管工程等，并全面介入参与张子山煤矿的瓦斯治理技术服务及管理。

总承包具体内容如下：

（1）瓦斯参数测定，包括突出指标的测定、煤层可解吸瓦斯量、瓦斯含量、瓦斯压力（间接法）测定等；

新开采区瓦斯异常区的瓦斯参数测定，在回采期间考察确定抽放半径参数及煤层透气性系数；

（2）工作面瓦斯涌出规律统计、分析、研究，对瓦斯来源进行实测与确定。

对工作面采空区瓦斯浓度分布规律进行测定、分析、模拟，进行三带划分，以对采空区瓦斯治理提供依据。

（3）回采面瓦斯综合治理方案设计

矿井瓦斯抽放技术服务，抽放方法选择、抽放参数优化、抽放钻孔布置、抽放管理等，最大限度提高抽放系统的效率；

抽放系统工作面部分进行监测监控技术服务；

（4）井下抽放钻孔打钻工程

井下抽放孔打钻工程包括开采前首采工作面预抽钻孔，其他区域预抽等，由沈阳研究院提供打钻队伍、提供钻机、钻杆、钻头，并负责钻孔打完后的封孔（提供封孔材料及封孔管等），并连接到抽放管路上。

（5）掘进工作面瓦斯防治工程

掘进工作面瓦斯超限的抽放钻孔设计、抽放钻孔施工、封孔、观测、日常管理、维护。

（6）掘进工作面防突工程

矿井突出防治专项设计、掘进工作面瓦斯突出指标测定、突出危险性预测、消突钻孔施工、消突钻孔效果检验、突出防治的日常管理，杜绝煤与瓦斯突出、煤层事故的发生；

（7）回采工作面防突工