煤矿采区防突设计.docx

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煤矿采区防突设计

第一章矿井概况

一、位置与交通

××有限公司位于新安县正村乡境内,南距××km，东距××km。

陇海铁路的新安火车站距矿区南部8km，浅部的新安煤矿专用铁路距本井田约5km。

洛三高速公路距矿区南部约5.5km，新安至石寺的公路从井田中部通过，新安至正村仓头的乡级公路从井田北东部通过，区内交通方便。

详见图1-1。

图1-1交通位置示意图。

二、矿井范围

××煤业有限公司矿井位于××煤田深部的西部，东以19勘探线为界，西以0°勘探线以西360m为界，北起二1煤层底板标高-200m等高线，南至二1煤-600m等高线。

东西走向长约10.50km，倾向宽3.79～4.52km，面积约42.74km2。

三、开拓方式

矿井采用立井两水平、上下山开拓方式，设计生产能力120万t/a，主采煤层为二1煤层。

主井、副井、中央风井位于工业广场内，主井主要承担煤炭提升及辅助通风任务，副井用于进风、提升物料和升降人员，中央风井回风。

一水平东西两翼布置胶带运输大巷、轨道运输大巷、专用回风大巷三条巷道，层位位于二1煤层顶板10m左右大占砂岩中。

采区开拓方式为前进式，工作面回采方式为后退式。

目前开采一水平，有11采区、12采区两个生产采区。

四、煤层开采顺序

井田内主要煤层为二1和二3煤层。

二1煤层为可采煤层，属较稳定煤层，全区可采。

二3煤层下距二1煤层15.0m左右，煤厚0～1.2m，平均0.44m，且揭露点多为一层煤线，属极不稳定煤层，为不可采煤层。

五、矿井通风

矿井采用抽出式通风，中央并列式通风系统，主、副井进风，中央风井回风。

第二章采区基本情况

第一节采区范围及采区储量

一、采区位置

11采区位于××有限公司井田一水平东翼，采区边界浅部以二1煤-200m等高线为界,深部至二1煤-300m等高线，西到××保护煤柱线，东到15勘探线。

采区平均走向长1003m，倾斜长910m，采区面积0.913km2。

矿井一水平标高-305m，对应地面标高+367m～+402m。

二、煤层赋存情况

11采区二1煤层倾角6°—8°，属近水平煤层，煤层平均厚度约4.81m，煤层伪顶为炭质泥岩、泥岩；直接顶为砂岩；老顶为大占砂岩。

直接底为细砂岩；老底为硅质泥岩。

详见图2-1-1。

二1煤为黑色，条痕灰黑色，具玻璃光泽，参差状断口，机械强度极低，多呈粉状产出，结构简单，组织疏松。

二3煤层下距二1煤层15.0m左右，煤厚0—1.2m，平均0.44m，属极不稳定煤层，测得的瓦斯含量9.76m3/t，是不可采煤层。

图2-1-1二1煤层综合柱状图

三、采区资源储量

11采区煤层平均厚度4.81m，工业储量：

10161.6kt，可采储量7621.2kt。

按采区生产能力0.60Mt/a计算，11采区服务年限为10.0a。

第二节区段划分和开采顺序

一、区段划分

根据本采区的资源储量，结合综采特点，采区划分为7个工作面。

工作面走向（切眼）长度120米，倾斜长度700-800米。

采区生产按1个采煤工作面、3个煤巷掘进工作面、1个岩巷掘进工作面设计。

二、工作面开采顺序

1、工作面布置、数量

采区内布置1个回采工作面，3个煤巷掘进工作面，1个岩巷掘进工作面。

2、采区内工作面接替

11011工作面为11采区的首采工作面，工作面巷道掘进时采用顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的方法掩护工作面巷道掘进。

在11011工作面构成后，掘进11041工作面的顶板瓦斯抽排巷，在顶板瓦斯抽排巷采用穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的方法掩护工作面巷道掘进。

11041工作面完成后成为11011工作面的接替工作面。

11采区工作面接替安排：

11011工作面→11041工作面→11021工作面→11051工作面→11031工作面→11061工作面→11071工作面。

第三节采区巷道布置

一、采区巷道设计

11采区回采工作面采用倾斜长壁采煤法。

为适应煤与瓦斯突出矿井的需要，设计利用井田开拓的三条大巷作为本采区的轨道、胶带运输大巷及专用回风巷。

采区回采工作面轨道顺槽和胶带顺槽均沿二1煤层顶板掘进，轨道顺槽通过工作面车场与东翼轨道运输大巷连接，胶带顺槽直接与东翼胶带运输大巷胶带机搭接；顺槽顶板瓦斯抽排巷布置在上距二1煤层顶板5-9m的泥岩中，与邻近顺槽（中—中）平距20m；每个工作面布置两个车场，满足安全生产要求。

详见附图11采区巷道布置图。

二、巷道断面和支护形式

巷道断面根据《防治煤与瓦斯突出规定》及××公司有关规定设计，同时满足矿井在服务年限内的通风行人和运输的要求。

岩巷以直墙半圆拱形断面为主，煤巷以U型断面为主。

岩巷支护形式采用锚网喷，煤巷支护形式为U型钢+锚网支护为主，断面较大的巷道或机头硐室采用混凝土砌碹支护。

巷道支护形式应根据围岩条件和矿压特点进行适当调整。

岩巷断面毛宽4400mm，净宽4200mm，毛高4020mm，净高3900mm，掘进断面15.7m2，净断面14.5m2。

煤巷断面下宽6260mm，高4230mm，毛断面19.9m2，净断面18.3m2。

第四节采区采煤方法

一、采煤方法选择

根据采区生产能力的要求，11采区采用倾斜长壁综合机械化采煤法开采。

二、回采工作面回采方式及顶板管理

回采工作面采用后退式，结合矿井实际，为减少顺槽之间的煤柱损失，采用沿空送巷布置工作面顺槽，利用煤层伪倾斜方向布置工作面。

顶板管理采用全部垮落法管理。

三、工作面参数的确定

根据矿井生产工艺及防突工艺，设计确定回采工作面走向（切眼）长度120米，倾斜长度700-800米。

第三章采区通风

第一节概况

一、瓦斯等级鉴定简介

××公司矿井瓦斯最大绝对涌出量24.23m3/min，相对瓦斯涌出量14.32m3/t；矿井二氧化碳最大绝对涌出量5.26m3/min，相对涌出量3.11m3/t。

2006年，××公司被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

二、煤层瓦斯参数

根据实测资料，11采区二1煤层层理受到严重破坏，整层发育构造软煤，煤体破坏类型为

—

类，以

—

为主，局部发育

类煤，瓦斯含量为8.38—12.84m3/t，平均为9.69m3/t。

瓦斯压力0.30—1.35MPa，煤体坚固性系数0.35，瓦斯放散初速度28mmHg。

三、瓦斯储量

11采区主采煤层为二1煤，瓦斯储量按下公式计算：

Wk=C·A·X

式中：

Wk—11采区瓦斯储量，万m3；

C—围岩瓦斯储量系数，取C=1.1；

A—11采区二1煤工业储量，10161.6kt；

X—二1煤平均瓦斯含量，X=9.69m3/t。

代入数据计算得：

W=10831.25万m3

四、瓦斯可抽量

瓦斯可抽量是指瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算：

WC=ηk·Wk

式中：

Wc—11采区瓦斯可抽量，万m3；

ηk—采区瓦斯综合抽放率，按照义煤集团生产矿井和邻近矿井的现状预计，取平均值ηk=40%；

Wk—11采区的瓦斯储量，W=10831.25万m3。

通过计算得Wc=4332.5万m3

五、工作面瓦斯涌出量预测

11采区开采二1煤层，经计算，抽采后，预计回采工作面绝对瓦斯涌出量为6.7m3/min,掘进工作面瓦斯涌出量为1.5—2.5m3/min。

第二节通风系统

一、通风方法

11采区通风方法：

抽出式。

煤巷掘进工作面通风方法：

压入式

二、采区通风路线

1．新鲜风流：

主、副井→运输石门→东翼轨道运输大巷、东翼胶带运输大巷→工作面胶带顺槽→工作面。

2．乏风风流：

工作面→工作面轨道顺槽→东翼回风大巷→回风石门→风井。

详见附图11采区通风系统图。

第三节采区需风量计算

一、用风地点

11采区配风地点为：

1个综采工作面（11011回采工作面），3个煤巷掘进工作面（11021轨道顺槽、11041轨道顺槽、11041胶带顺槽）、1个岩巷掘进工作面（11041轨道顺槽顶板抽排巷）、1个采区变电所、1个瓦斯泵站、一个充电硐室等。

二、风量计算

根据《煤矿安全规程》有关规定，11采区需要的风量应按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：

1、按同时工作的最多人数计算

Q采区＝4×N×K通＝4×300×1.25＝1500m3/s

式中：

Q采区——采区总供风量，m3/s

N——采区同时工作的最多人数，300人

K通——矿井通风系数，当采用中央并列式通风时，系数K通＝1.20～1.25

2、11采区总风量按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量总和计算

Q采区＝（∑Q采＋∑Q掘＋∑Q硐＋∑Q其它）×K通m3/s

式中：

∑Q采——采煤工作面实际需要风量的总和，m3/s

∑Q掘——掘进工作面实际需要风量的总和，m3/s

∑Q硐——独立通风硐室实际需要风量的总和，m3/s

∑Q其它——其它井巷需要风量的总和，m3/s

K通——矿井通风系数，取1.25

（1）综采工作面所需风量：

①按瓦斯涌出量计算

Q综采＝125q瓦采×K采通＝125×6.7×1.5＝1256m3/min

式中：

Q综采——综采工作面实际需要风量，m3/min

q瓦采——综采工作面绝对瓦斯涌出量，瓦斯涌出量取6.7m3/min

K采通——综采工作面瓦斯涌出不均匀的备用系数，取1.5

②按工作面温度计算

Q综采＝60V综采×S综采＝60×2.0×3.75×（2.5-0.3）＝990m3/min

S综采＝3.75×（M-0.3）

式中：

V综采——综采工作面风速，长壁工作面温度在23～26度时，工作面风速应在1.5～2.0m/s之间，取2.0m/s。

S综采——综采工作面平均断面积，㎡。

综采支架型号为ZZ4400/16/25A型综采液压支架，最大控顶距3.75m。

M——综采工作面采煤高度；取2.5m

③按人数计算

Q综采＝4×N＝4×120＝480m3/min

式中：

N——综采工作面同时工作的最多人数，根据实际入井人数，交接班时计算取120人。

根据以上计算，依据本公司矿井条件，并按《义煤集团瓦斯综合治理示范化矿井建设标准》要求，综采工作面配风量取为1500m3/min。

④按风速进行验算

15×S采≤Q综采≤240×S采

式中：

S采——采煤工作面平均断面积，取8.25㎡

123.75m3/min≤1500m3/min≤1980m3/min

（2）煤巷掘进工作面所需风量：

①按瓦斯涌出量计算

Q掘＝125q瓦掘×K掘通＝125×2.5×1.5＝469m3/min

式中：

Q综掘——掘进工作面实际需要风量，m3/min

q瓦掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，取1.5～2.5m3/min

K掘通——掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用系数，取1.5

②按掘进工作面一次放炮的炸药量计算

Q掘＝25A＝25×12＝300m3/min

式中：

A——掘进工作面一次放炮的最大炸药量，

③按人数计算

Q掘＝4×N＝4×40＝160m3/min

式中：

N——掘进工作面交接班时工作的最多人数，取40人

根据以上计算，依据本公司矿井条件，并按《××瓦斯综合治理示范化矿井建设标准》要求，煤巷掘进工作面配风量取为500m3/min。

④按风速进行验算

15×Smin≤Q掘≤240×Smax

式中：

S——煤巷掘进工作面平均断面积，取18.3m2；减去风筒、瓦斯抽放管，皮带架等设施，煤巷掘进工作面净断面取17.3m2

即260m3/min≤500≤4152m3/min

（3）岩巷掘进工作面所需风量：

①按瓦斯涌出量计算

Q掘＝125q瓦掘×K掘通＝125×0.4×2.0＝100m3/min

式中：

Q综掘——掘进工作面实际需要风量，m3/min

q瓦掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，取0.4m3/min

K掘通——掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用系数，取2.0

②按掘进工作面一次放炮的炸药量计算

Q掘＝25A＝25×12.45＝311.25m3/min

式中：

A——掘进工作面一次放炮的最大炸药量

③按人数计算

Q掘＝4×N＝4×40＝160m3/min

式中：

N——掘进工作面交接班时工作的最多人数，取40人

根据以上计算，依据本公司矿井条件，并按《××瓦斯综合治理示范化矿井建设标准》要求，岩巷掘进工作面配风量取为320m3/min。

④按风速进行验算

9×Smin≤Q掘≤240×Smax

式中：

S——岩巷掘进工作面平均断面积，取18.3m2，减去风筒、皮带架和人的平均断面积，岩巷掘进工作面净断面取17.3m2

即156m3/min≤320≤4152m3/min

（4）硐室实际需风量

11采区硐室有采区变电所、采区瓦斯泵站、采区充电硐室，根据经验分别取120m3/min、150m3/min、120m3/min。

（5）其它井巷需要风量的总和按回采工作面、掘进工作面、硐室总风量的3%-5%，取185.5m3/min。

依据以上计算结果,11采区布置1个回采工作面，3个煤巷掘进工作面，1个岩巷掘进面，1个采区变电所，1个采区瓦斯泵站，1个采区充电硐室，因此12采区风量为:

Q采区＝（∑Q采煤＋∑Q掘＋∑Q硐＋∑Q其它）×K通

=（1500＋500×3＋320＋120＋150＋120+185.5）×1.25

=4869.38m3/min

三、回风巷道瓦斯浓度预测

（1）采区最大瓦斯涌出量计算

11011回采工作面经抽采后绝对瓦斯涌出量为6.2m3/min；采空区绝对瓦斯涌出量取采掘工作面绝对瓦斯涌出量的15%，为0.93m3/min；煤巷掘进工作面经抽采后绝对瓦斯涌出量为1.5～2.5m3/min；岩巷掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0.5m3/min。

因此，11采区最大瓦斯绝对涌出量为10.13m3/min。

（2）采区最大瓦斯涌出量时各回风巷道风流中的瓦斯浓度计算各回风巷道风流中的瓦斯浓度计算表

巷道名称

风量

（m3/s）

排放瓦斯量

（m3/min）

瓦斯浓度

规程要求极限浓度

11011工作面

25

6.2

0.41%

0.8%

煤巷掘进工作面

8.33

2.5

0.5%

0.8%

岩巷掘进工作面

5.33

0.5

0.16%

0.8%

东翼回风大巷

81.16

10.13

0.21%

0.75%

根据以上计算，11采区工作面回风巷以及各主要回风巷风流中的瓦斯浓度均在《煤矿安全规程》允许范围内。

第四章防突设备

一、预测和效检仪器

1、钻屑指标测定仪器配备不少于6套。

MD-2型煤钻屑瓦斯解吸仪，仪器由水柱计、解吸室，煤样瓶、三通塞和两通旋塞组成，另配有1mm和3mm的取样小筛子l套、秒表1块，仪器主体为一整块有机玻璃，质量为0.8kg，测定钻屑瓦斯解吸指标Δh2。

2、测钻孔瓦斯涌出初速度和瓦斯涌出衰减系数设备6套。

ZJ-3型充气式胶囊封孔器。

TWY突出危险性预报仪。

TWY突出预报仪是一种能测量钻孔瓦斯涌出初速度、钻孔瓦斯涌出、钻孔瓦斯涌出衰减系数及解吸瓦斯压力的仪器。

ZLD-1钻孔多级流量计。

进行《防治煤与瓦斯突出规定》中要求的复合指标法、R值指标法规定的测定工作。

3、测定钻屑量的仪器（天平、称、弹簧称等）6台。

4、瓦斯放散初速度ΔP的仪器2台。

5、煤的坚固性系数（f）的测定装置2套。

6、M-2型瓦斯压力测定6台，GWRVK-2型瓦斯解吸仪及取样装备6套，AMG地勘用煤层瓦斯含量和成份测定仪2套。

7、其它设备若干套

煤与瓦斯突出电磁辐射监测系统：

KBD5电磁辐射监测仪2台。

测定煤体温度的仪器：

红外测温仪2台。

钻孔成型测量仪器：

钻孔窥视仪2台。

以上仪器均可根据现场需要适当增加台数。

二、钻机、钻具

采区抽放、排放瓦斯钻机选用时应符合下列要求：

电动机及附属电器设备必须是防爆型；

钻机体小、轻便，便于拆卸及搬迁；

能打任意角度的钻孔。

钻杆选用圆钻杆、三棱钻杆和麻花钻杆，钻杆材质必须弹性好和耐磨损，钻杆直径为42—150mm，每节长度为0.75—2m。

圆钻杆和三棱钻杆主要用于施工深孔，麻花钻杆用于施工浅孔。

根据防突要求，回采工作面配备4台SGZ-ШA型钻机，1个煤巷掘进工作面配备2台SGZ-ШA型钻机和2台ZDY3200型钻机，顶板瓦斯抽排巷配备3台ZY-300型钻机。

11采区布置1个回采工作面，3个煤巷掘进工作面，1个岩巷掘进工作面（顶板瓦斯抽排巷），所以，11采区应配备至少19台完好钻机。

第五章区域、局部综合防突措施

第一节区域综合防突措施

根据我矿实测瓦斯压力和含量指标，11采区属于突出危险区，在生产过程中直接实施采区综合防突措施，不再执行区域突出危险性预测。

一、区域综合防突措施

区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。

区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。

因我矿二1煤和二3煤都具有突出危险性，不具备保护层开采条件，为此，直接采用预抽煤层瓦斯防突措施。

预抽煤层瓦斯可采用的方式有：

地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。

我矿按照《防治煤与瓦斯突出规定》区域措施先行，局部防突措施补充的原则，在工作面掘进和回采期间，采用顶（底）板巷预抽以掩护突出煤巷掘进，然后进行本煤层顺层预抽保证回采面安全生产；在不具备掘进顶（底）板巷条件的煤巷掘进时，采用顺层预抽煤巷条带煤层瓦斯措施保护煤巷掘进，然后进行本煤层顺层预抽保证回采面安全生产。

1、穿层钻孔预抽掘进工作面揭煤区域煤层瓦斯的区域防突措施

根据《防治煤与瓦斯突出规定》规定，按照区域防突措施优先，局部防突措施补充的原则，采区工作面揭煤采用穿层钻孔预抽工作面揭煤区域煤层瓦斯的区域综合防突措施。

穿层钻孔预抽掘进工作面揭煤区域煤层瓦斯的区域防突措施要求当掘进到巷道底板距煤层顶板垂距7m时，必须实施穿层钻孔预抽掘进工作面揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施，钻孔控制到巷道轮廓线外12m，控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时,保持煤孔最小超前距15米。

根据采区工作面划分，11采区预计有8条巷道需要掘进工作面揭煤，分别为11011胶带顺槽、11011轨道顺槽、11041轨道顺槽、11041胶带顺槽、11021轨道顺槽、11051轨道顺槽、11061胶带顺槽、11071轨道顺槽。

因我矿二1煤层属近水平煤层，一次执行区域防突措施较难揭开二1煤层，为此分别在距二1煤层顶板7m、5m、3m处分别执行区域防突措施，确保消突，实现工作面顺利揭开二1煤层。

详见附图5-1-1。

（1）煤层层位控制

在揭煤工作面掘进至距煤层最小法向距离10m之前在巷道帮部施工3个穿透煤层全厚且进入底板不小于0.5m的前探钻孔，并详细记录岩芯资料。

在前探钻孔中测定煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、瓦斯涌出初速度及钻屑瓦斯解析指标等，前探钻孔（测压孔）施工参数见图5-1-1和表5-1-1。

表5-1-1　前探钻孔（测压孔）施工参数表

孔号

与中线夹角

（度）

与水平夹角

（度）

钻孔开口位置距巷道底板（m）

孔深

1

L90

-34

0.5

进入煤层底板不得小于0.5m

2

R90

-34

0.5

3

L90

-34

0.5

图5-1-1前探钻孔（测压孔）布置图

（2）第一循环（距煤层顶板7米位置）和第二循环（距煤层顶板5米位置）措施孔的设计

①每个措施循环控制范围：

抽放孔终孔位置控制到巷道轮廓线以外12m，前方30m。

每个措施孔循环超前距为15m，掘进长度15m。

②措施孔的确定：

根据控制范围和孔底间距2000×3000布置钻孔，布置6排15列，共90个钻孔。

③措施孔布置：

迎头巷帮各6排×4列=24个抽放钻孔；石门掘进工作面6排×7列=42个抽放钻孔。

④措施孔布置及参数详见附图5-1-2、附图5-1-3和表5-1-2、表5-1-3。

表5-1-2第一循环区域措施钻孔布置参数表

孔号

孔径

（mm）

距迎头距离

（mm）

距中线距离

（mm）

俯角

（°）

偏角

（°）

孔深（m）

1

Φ89

2400

2200

22

L33

进入煤层底板0.5m

进入煤层底板0.5m

进入煤层底板0.5m

2

Φ89

1800

2200

23

L30

3

Φ89

1200

2200

24

L25

4

Φ89

600

2200

25

L20

5

Φ89

0

1800

26

L15

6

Φ89

0

1200

22

L10

7

Φ89

0

600

22

L5

8

Φ89

0

0

22

0

9

Φ89

0

600

22

R5

10

Φ89

0

1200

22

R10

11

Φ89

0

1800

22

R15

12

Φ89

600

2200

22

R33

13

Φ89

1200

2200

23

R30

14

Φ89

1800

2200

24

R25

15

Φ89

2400

2200

25

R20

16

Φ89

2400

2200

33

L29

17

Φ89

1800

2200

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