3206综放工作面瓦斯抽采设计说明.docx

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3206综放工作面瓦斯抽采设计说明

3206综放工作面瓦斯抽采设计说明书

总工程师：

通风副总：

审核：

编制：

鹤煤九矿通防科

2017年

目录

1、工作面概况1

1.1工作面地面及井下位置1

1.2工作面煤层及顶、底板状况1

1.3瓦斯赋存情况2

1.4工作面地质构造情况2

1.5瓦斯及煤层自燃、煤尘爆炸危险性3

2、工作面瓦斯抽采的必要性3

2.1工作面瓦斯涌出来源分析3

2.2工作面通风方式3

2.3工作面最大风排瓦斯量3

2.4工作面采用瓦斯抽采的必要性4

3、工作面瓦斯抽采可行性4

3.1瓦斯基础数据4

3.2预期效果5

3.3进度计划5

4、抽采系统5

4.1抽采设备5

4.2井下瓦斯抽采管路系统5

4.3抽采管路6

4.4管路敷设及附属装置7

5、抽采方法和钻孔布置7

5.1预抽煤巷条带穿层钻孔8

5.2预抽工作面回采区域钻孔8

5.3高位裂隙抽放9

5.4埋管抽放9

5.5钻孔封孔注浆10

5.6钻孔连接带抽11

6、组织管理12

7、抽放管理13

7.1施工前准备13

7.2施工操作标准14

7.3打钻防尘管理14

7.4打钻安全管理15

7.5抽采钻孔的施工15

7.6抽采牌板管理17

3206综放工作面瓦斯抽采设计说明书

1、工作面概况

1.1工作面地面及井下位置

3206工作面南起三水平一采区及-530辅助水平，北部为设计-600水平及四一采区，西部为DF3断层及F150断层防水煤柱，东部为设计3204工作面。

地面位置在花园农场西北及龙宫村附近，地形属丘陵地貌，地面标高一般在+155～+200m之间，煤层底板标高为-525～-585m，该工作面煤层距地面垂深为680～785m，第三、四系冲积层厚度一般在78～170m之间，3206工作面面积为93898m2，地质储量为93.07万t。

1.2工作面煤层及顶、底板状况

3206工作面煤层直接顶板为深灰色砂质泥岩，厚度5.98m～13.34m，平均为8.89m；工作面煤层老顶为细、中粒砂岩，呈深灰色，厚层状，成份以石英为主，长石次之，含少量暗色矿物，层理面上有炭质和大量白云母，硅质、泥质胶结，致密坚硬，具斜层理及交错层理，垂直裂隙发育，多被方解石脉充填，厚度为16.7m。

由于老顶砂岩抗压强度较高，放顶困难，因此需要采用强制放顶。

3206工作面煤层直接底板为灰黑色砂质泥岩，厚度1.78～5.23m，平均厚度为3.63m，局部直接底板为黑色泥岩。

砂质泥岩或泥岩一般遇水易软化，开采中不易支护。

工作面煤层老底为深灰色中粒砂岩，厚度为13.0～19.2m，平均16.6m。

中粒砂岩底板抗压强度较高，软化程度低，煤层顶底板类型属Ⅱ类。

1.3瓦斯赋存情况

3206工作面位于鹤煤九矿三水平中部偏西，处于北北东向断裂（DF6断层）与北东向断裂（F150断层）之间，在其影响与控制下，本区基本构造形态为龙宫缓向斜构造，走向350°～75°，倾向NE～NW，倾角2.5°～9°，向斜轴部伴生小构造发育，总体构造复杂程度中等，平均煤层厚度为7m。

3206上顺槽设计长度765m；3206下顺槽设计长度为730m；切眼设计长度为140m。

3206工作面地质储量为93.07万t，可采储量为79.11万t，根据鹤煤工程技术中心测定3206工作面原始瓦斯含量12.87m3/t，工作面瓦斯储量约为1197.8万m3。

1.4工作面地质构造情况

3206工作面总体位于龙宫向斜的东翼，轴线沿NNE～NE向延伸，局部遭断层破坏。

龙宫向斜位于勘探区中部，向北延伸至井田边界，向斜轴近乎沿3206工作面上顺槽向北部延伸，并向NE方向倾伏，区内延伸长度约2.00km。

西翼地层走向NNE，倾向NNW，倾角3°～9°，地层南陡北缓；东翼地层走向NW～NNW，倾向NE～NNE，倾角25°～10°，缓向斜轴部小构造较发育，如设计切眼附近F141及DF8断层。

经勘查，3206工作面共发育断层3条。

落差均小于5m。

①DF7断层

位于3202工作面西部边界，正断层，区内延伸长度0.6km。

走向NWE，倾向283°，倾角70°，落差0～5m。

②DF8断层

位于3206工作面北部附近，正断层，区内延伸长度0.2km。

走向350°～360°，倾向80°～90°，倾角70°，落差0～4m。

③F141断层

位于3206工作面北部附近，正断层，区内延伸长度0.32km。

走向7°，倾向277°，倾角70°～80°，落差0～4m。

5、工作面地质构造情况

从所掘进运输巷和回风巷看，工作面无构造。

1.5瓦斯及煤层自燃、煤尘爆炸危险性

根据鹤煤工程技术中心测定临近3202工作面原始瓦斯含量预测3206工作面原始瓦斯含量为13.6m3/t；煤层自然倾向性等级为三类（不易自燃，自然发火期为114天），煤尘爆炸指数为13.9%。

2、工作面瓦斯抽采的必要性

2.1工作面瓦斯涌出来源分析

3206综放工作面回采时瓦斯涌出量主要来源于二1煤层瓦斯和回采时受采动泄压影响上下邻近层涌出瓦斯及采空区裂隙带瓦斯，二1煤层瓦斯可以通过本煤层瓦斯预抽降低回采期间的瓦斯涌出量。

2.2工作面通风方式

3206综放工作面采用“U”型通风方式（即下顺槽进风、上顺槽回风），下顺槽配风844m

/min。

2.3工作面最大风排瓦斯量

根据工作面回风巷瓦斯浓度以报警浓度1%为界限，最大风排瓦斯量为：

4.8m

/min。

相关计算因为：

Q最大风排×1.4=844m

/min×1%

所以：

Q最大风排=844m

/min×1%/1.4=4.8m

/min

Q最大风排——最大风排瓦斯量m3/min

844——风量m

/min

0.8%——瓦斯报警浓度

1.4——瓦斯涌出量不均衡系数

2.4工作面采用瓦斯抽采的必要性

根据河南理工大学2010年7月出具的《鹤煤九矿二1煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定》报告，鹤煤九矿为煤与瓦斯突出矿井。

根据河南能源鹤煤公司工程技术中心2014年12月出具的《3206工作面原始瓦斯含量报告》3206综放工作面域原始瓦斯含量进行测定，其值为12.87m³/t，压力为0.99MPa。

按应抽尽抽的原则，矿井对3206工作面采取施工顺层钻孔预抽煤层瓦斯。

3、工作面瓦斯抽采可行性

3.1瓦斯基础数据

（1）煤层原始瓦斯含量

3206综采工作面煤层原始瓦斯含量为12.87m3/t。

（2）煤层瓦斯量

按照3206工作面煤层平均原始瓦斯含量为12.87m3/t计算，工作面瓦斯含量为93.07万t×12.87=1197.8万m3。

3.2预期效果

按抽采率大于30%，取40%，所抽瓦斯量：

1197.8万m3×40%=479.1万m3

抽放后吨煤瓦斯含量：

479.1m3÷93.07万t=5.14t/m3，在6t/m3以下，符合要求，所以预计抽放率为40%,抽放量为479.1万m3。

3.3进度计划

根据3206工作面掘进计划安排，3206工作面从2015年8月1日至2016年6月25日掘完，钻孔施工预计2016年6月1日结束，工作面投产时间为2017年3月21日，工作面预抽时间为9个月。

4、抽采系统

4.1抽采设备

鹤煤九矿目前有南翼瓦斯抽放泵站和新副井瓦斯抽放泵站两座地面抽放泵站，分别带抽顶板高位裂隙钻孔、本煤层及穿层钻孔、采空区埋管抽采。

新副井瓦斯抽放泵站，安装有2BEC-52型、2BEC-62型水环式真空瓦斯泵各2台，瓦斯泵抽采能力分别为200、300m3/min，-530瓦斯抽采泵站安装两台2BEC-52型水环式真空泵，瓦斯泵抽采能力为200m3/min，带抽3202工作面高位裂隙钻场。

4.2井下瓦斯抽采管路系统

1）抽采系统：

工作面本煤层系统采用主、辅助管连接方式，主管路选用Φ250mm的聚乙烯管，辅助管路采用Φ100mm。

本煤层抽采路线：

3206上顺槽→3206上顺槽回风联络巷→北翼回风巷→东总回风巷→东风井→东风井瓦斯抽采泵站

3206下顺槽→3206下顺槽联络巷→3206下底抽巷→东总回风巷→东风井→东风井瓦斯抽采泵站。

2）采空区抽采系统：

采用Φ250mm的聚乙烯管，抽采线路：

3206工作面上隅角→3206上顺槽→3206上顺槽回风联络巷→北翼回风巷→东总回风巷→东风井→东风井瓦斯抽采泵站

3）高位裂隙抽采系统

采用Φ250mm的聚乙烯管，抽采线路：

3206上顺槽→3206外切割→3206下顺槽→-530胶带运输巷→3202外切割→3202上顺槽回风联络巷→3202下底抽巷→东总回风巷→-530瓦斯抽采泵站。

4.3抽采管路

预计抽采混量为22.4m3/min，依据以下公式计算选择管径。

D内＝0.1415（Q/V）1/2

式中：

D内--瓦斯抽放管内径m；

Q--瓦斯混合流量m3/min。

D内＝0.1415×（22.4/10）1/2＝0.163m=163mm

根据上述计算，为保证抽放少受影响，在计算的基础上适当选择更大管径，3206工作面采用Ф250mm聚乙烯管。

4.4管路敷设及附属装置

（1）工作面抽采管路吊挂在钢梁上，保证抽采管路吊挂平直钻场，内有水的，根据需要安设放水器；底抽巷穿层钻孔钻场抽采管路悬挂在吊挂眼上，保证抽采管路吊挂平直；每个钻场安装一台集气箱。

（2）每个钻场（每组钻孔）必须安设阀门、测嘴；全部实现挂牌管理，牌上内容包括地点、钻场号、孔号、孔径、孔深、带抽时间、浓度、负压、观测人及日期等。

每个钻孔封孔管外必须留有测嘴，保证测定参数时能顺利打开，正常情况下严密不漏气。

不带抽的钻孔，用堵头封堵严密。

（1）在线计量系统

工作面三个抽采系统上都必须采用瓦斯抽采子系统自动计量的方法

抽采在线监测计量系统安设在3206上、下底抽巷口、3206上顺槽及3206下顺槽口处抽放支管起始端，并联入矿井监测系统，实现抽放参数在线监测及抽放量连续计量。

（2）钻孔测嘴及放水器

每个钻场必须安设测嘴或孔板，安设位置在钻场控制闸阀以里，以便真实测量钻场抽采浓度和负压。

在3206上、下顺槽瓦斯抽采系统积水处要安设自动放水器，保证瓦斯抽采系统内无积水。

5、抽采方法和钻孔布置

3206工作面采用穿层钻孔和本煤层钻孔抽采、顶板高位裂隙抽采和上隅角埋管瓦斯抽采等综合瓦斯抽采方法。

5.1预抽煤巷条带穿层钻孔

利用北翼边界回风巷靠3206上顺槽帮已掘钻场对3206上顺槽进行预抽：

共布置10个钻场，每个钻场内布置钻孔数量56个，孔间距0.3m，排间距0.3m，孔深16～55m，控制3206上顺槽两帮轮廓线外各15m，钻孔封孔长度9m，共布置瓦斯抽放钻孔560个，钻孔工程量2.19万m。

利用北翼边界回风巷靠顺槽帮钻场对3206上顺槽进行预抽：

每8个钻孔为一组，每三组为一个钻场，每组间距5m，共布置68个钻场，孔间距0.3m，排间距0.4m，孔深20～69m，控制3206上顺槽两帮轮廓线外各15m，钻孔封孔长度9m，共布置瓦斯抽放钻孔1632个，钻孔工程量5.83万m。

利用3206下底抽巷靠3206下顺槽帮已掘钻场对3206下顺槽进行预抽：

共布置9个钻场，每个钻场内布置钻孔数量56个，孔间距0.3m，排间距0.3m，孔深16～55m，控制3206下顺槽两帮轮廓线外各15m，钻孔封孔长度9m，共布置瓦斯抽放钻孔504个，钻孔工程量1.96万m。

利用3206下底抽巷靠顺槽帮钻场对3206下顺槽进行预抽：

每8个钻孔为一组，每三组为一个钻场，每组间距5m，共布置64个钻场，孔间距0.3m，排间距0.4m，孔深20～69m，控制3206下顺槽两帮轮廓线外各15m，钻孔封孔长度9m，共布置瓦斯抽放钻孔1296个，钻孔工程量5.52万m。

在34采区回风巷布置钻孔预抽3206切眼，每8个钻孔为一个钻场。

钻场间距5m，钻孔间距0.35m，孔深20～49m，钻孔封孔深度9m，控制切眼两帮轮廓线外16m，共布置钻孔248个，钻孔工程量1.632万m。

5.2预抽工作面回采区域钻孔

3206上、下底抽巷穿层钻孔布置方式，钻孔在3206下底抽巷、北翼边界回风巷进行布置，共布置3400个钻孔，工程量11.9万m；利用3206下底抽巷、北翼边界回风巷工作面帮钻场对工作面进行预抽，每10个钻孔为一个钻场；钻场间距4m；排间距0.3m，孔深19～62m，封孔长度9m。

在3206工作面上、下顺槽布置本煤层钻孔预抽工作面煤层瓦斯，钻孔采用双排方式布置。

下排钻孔开口位置距巷道底板1.0m，钻孔排间距0.8m，单排钻孔间距0.4m，钻孔孔径94mm，3206上顺槽设计钻孔孔数425个，钻孔深度80m，封孔长度9m，钻孔工程量2.975万m；3206下顺槽设计钻孔孔数365个，钻孔深度80m，封孔长度9m，钻孔工程量3.1025万m；工作面本煤层钻孔钻孔总工程量为6.9475万m。

5.3高位裂隙抽放

为有效控制工作面上隅角瓦斯，根据我矿实际探测冒落带、裂隙带发育最大高度与采高的关系式，得出冒落带、裂隙带高度为（采高按2m计算）：

H冒max=（3-5）M=（3-5）×2m=6-10m.

H裂max=100M/（2M+3.1）=20m

结合3206工作面顶板岩性及冒落带、裂隙带发育高度，确定在顶板走向距煤层顶板15-20m的裂隙带内布置钻孔进行高位裂隙抽放。

5.4埋管抽放

铺设Φ250瓦斯管至采面上隅角。

从里往外每隔9米安设一个三通，在三通上安设多孔短节，不用时先用堵板堵好，当采面推到三通位置时，在三通周边架设木垛将三通短节护住，以防止顶板垮落时压坏三通短节，待采面推到三通位置时，再将堵板取掉，这样在瓦斯抽放泵的作用下就可以直接抽放上隅角的瓦斯。

见附图。

采空区埋（留）管抽放示意图

5.5钻孔封孔注浆

鹤煤九矿原使用的是“两堵一注”式封孔工艺，即使用聚氨酯封孔剂封孔后，再水泥浆加压注浆。

如图1所示，这种封孔方式封孔长度不小于12m，在封孔段前端使用一根3m长预制大量2mm小孔的封花管，其后使用普通封孔管。

在封孔时，首先使用胶带将聚氨酯封孔剂固定在距封孔管末端及花管约2.5m处，将聚氨酯封孔剂AB液混合反应后将封孔管送入钻孔内进行封孔，同时埋入两根4′聚乙烯管作为注浆管和返浆管，待封孔剂充分反应固定后通过注浆管注入封孔水泥浆，当返浆管返浆时说明注浆量达到饱和，停止注浆。

图1-封孔工艺示意图

5.6钻孔连接带抽

本煤层顺层钻孔联带必须采用主辅双管带抽，主抽放管路与抽放系统联通，辅助管路与钻孔相联。

采掘工作面的抽采管路应保证“两条线”，即：

上趟主抽采管路一条线，并高于抽采孔水平；下趟辅助抽采管一条线，低于抽采钻孔但高于放水器和排渣装置；钻孔与辅管采用软管联接；主辅管路联接采用立管联接（立管管路直径与辅助管路管径必须统一），并安装自动放水器和计量装置。

具体见下图所示。

上部主管路直径250mm，下辅助管路直径为100mm。

根据下辅助管路管径确定主辅管之间立管间隔距离：

管径100mm的辅助管路带抽钻孔数量不得大于30个钻孔。

每个抽采地区抽采管路管径必须统一。

顺层钻孔抽采管路连接示意

穿层钻孔必须采用集气箱相联带抽，钻孔与集气箱采用直径50mm钢丝管进行软联接，钢丝管与封孔管、集气箱接口处不准使用铁丝捆绑，应采用钢丝箍+螺丝固定，消除联接部位漏气。

钻场与主管路联接管径不得低于100mm，要使用硬质管路，并加闸门。

底抽巷抽放干管直径300mm。

硬质管路法兰连接处构件必须齐全，螺栓必须紧固到位。

所有联接管路均要吊挂平直，严禁出现盘绕、弯曲、下垂、打死弯现象。

6、组织管理

1、矿长对工作面瓦斯抽采工作负全面责任。

2、矿总工程师负责组织相关单位对瓦斯抽采设计进行会审。

3、防突矿长负责组织落实瓦斯抽采工作。

4、安全矿长负责监督检查瓦斯抽采工作的执行落实情况

5、通防科负责编制瓦斯抽采设计，经总工程师组织会审后矿长签字确认报集团公司审批，审批后交各队组按设计进行落实。

6、调度室负责设瓦斯抽采设计落实过程中的全面协调等。

7、安检科负责对瓦斯抽采设计的落实情况进行检查和监督。

8、抽放队组负责瓦斯抽采钻孔的施工。

9、跟班矿领导负责当班的安全工作，是监督检查瓦斯抽采施实情况的第一责任人。

到岗后首先要查看工作面执行情况，在设计没有落实的情况下，不得擅自指挥生产。

7、抽放管理

7.1施工前准备

（1）抽采钻孔施工前必须编制打钻安全措施。

安全措施内容包括抽采钻机操作安全措施、打钻防灭火、防喷、防尘安全措施、打钻异常情况处理措施、防止打钻突出措施等。

（2）打钻安全措施必须有应急预案内容，明确安全避灾路线。

（3）打钻安全措施必须附抽放钻孔设计示意图及钻孔参数表，以便指导钻孔施工。

（4）钻孔现场定位。

此项工作由抽放队技术员完成，按设计要求将孔位全部标注出来，并按顺序编号，便于钻孔规范化。

（5）钻孔参数转换。

此项工作由通防科、抽放队技术员完成，做到设计实用化。

将设计中“钻孔方位角”转换为“与巷道中线夹角”形式，并与其它设计参数一并标出，制作、悬挂施钻图版。

施工时，将巷道中线平移到钻孔开孔处，利用半圆仪标定出钻孔方位，然后按照钻孔设计倾角进行施工。

（6）检查准备工作。

要检查打钻地点及附近巷道顶板支护完好情况；检查钻机、钻具、机电设备完好情况；检查钻机压柱稳固情况；检查紧固件是否紧固；检查液压管路连接是否畅通、正确，检查油量、油压是否符合规定；检查各类操作手把是否到位；检查打钻供水、压风系统是否满足打钻需求；检查打钻配套防灭火、防尘、防喷装置是否齐全；检验合格后，钻机接通水（风）源、电源进行试转。

7.2施工操作标准

（1）严把设计关。

严格按照设计参数施工抽采钻孔，严禁抽放队擅自修改钻孔参数。

遇特殊情况不能严格按照抽采设计施工，抽放队必须向通防科汇报，经通防科同意更改后方可继续施工，但要有总工程师批准的设计变更。

（2）抽采钻孔的施工，选择能力较强的ZY-2300型钻机。

配套钻杆选用圆钻杆、易于排渣的三棱或螺旋钻杆，钻机夹持器要与其相适应，并要求与钻杆配合紧密。

（3）钻头直径一般选择为89～108mm，在地质构造附近和软煤层发育地区，应选用与钻杆直径一致的钻头，防止夹钻。

（4）钻机冷却器密封垫、油管等易老化部件要及时更换，液压油要及时补充。

（5）钻机施工地点空间满足打钻需要，宽度不小于3.6m，高度不小于2.5m。

（7）钻机调整好打钻方向后，必须打好压柱，将钻机固定牢固。

（8）钻机线路、管路吊挂整齐，电机、操作台布置合理，并应留出不小于0.8m的安全通道。

7.3打钻防尘管理

（1）打钻时应使用孔口除尘装置。

（2）在打钻作业地点回风侧5m范围内要安设降尘纱门，并配合喷雾装置使用。

（3）每班钻孔施工完毕后应及时对施工钻孔回风侧附近30m巷道冲刷积尘，积尘厚度不得超过2mm。

（4）打钻人员应佩戴防尘口罩。

7.4打钻安全管理

（1）钻机附近必须安设压风自救装置，并能满足钻机作业人员需要。

（2）钻机5m范围内必须配备不少于2台8Kg以上的干粉灭火器。

（3）打钻地点必须配备不少于0.1m3的潮湿黄土箱。

（4）打钻地点必须保证水管到位，水压不低于0.4MPa，并确保连续供水。

（5）钻孔回风侧3m范围内，必须悬挂便携式甲烷、一氧化碳报警仪。

（6）穿层钻孔施工地点必须使用打钻防喷装置，杜绝打钻期间瓦斯超限现象。

本煤层钻孔施工钻孔有喷孔现象时，也必须使用打钻防喷装置。

（7）掘进工作面正前施工抽采钻孔时，必须打设牢固可靠的迎面柱，迎面支柱要求三竖两横，打紧背牢。

（8）在实施钻孔的过程中，因卡钻、顶钻、瓦斯超限等异常情况要采用“间歇”打钻作业方式，再次恢复打钻作业的时间不得少于30分钟，停止作业和恢复作业时必须向矿调度室汇报。

7.5抽采钻孔的施工

（1）抽采钻孔施工现场必须悬挂施工管理牌板，内容包括钻孔设计平面图、剖面图、断面图及设计参数等，以利指导钻孔施工定位。

（2）钻探人员必须配备半圆、皮尺等量具，按钻孔设计参数准确定位。

（3）抽采钻孔的施工必须安装风水切换装置，采用快速闸门，确保能够随时切换向钻机供风供水，打钻期间不得停水。

（4）开钻时应严格遵循先供风（水）后送电，停钻时先停电后停风（水）的操作原则。

（5）钻机开孔打进2m后，停钻重新测量钻孔角度与方向，不符合要求时，应重新调整钻机。

（6）遇到钻进不顺利，到交接班时间，尚未达到设计要求，应现场交班作业，做到换人不停机。

就是撤钻杆起钻，也必须是连续作业。

（7）打钻期间出现钻孔不排渣等异常现象时，应立即退钻解决排渣问题。

（8）遇到进钻速度缓慢或不进钻时，必须查明原因，严禁强行钻进。

打捞钻杆时严禁使用钻机运行钻杆在孔内长时间对接，以防摩擦起火。

（9）因特殊原因需要临时停钻时，钻机停止前进，空转3～5min，充分排渣后后退1～2m，不得停（水）风，防止卡钻。

（10）接钻杆前要将钻头后退0.2～0.3m，防止卡钻。

（11）钻孔每钻进20m校正一次方位，确保钻孔参数符合设计要求。

（12）打钻施工负责人必须做好施工记录，详细记录钻进过程中发生塌孔、顶钻、卡钻、喷孔等现象的位置。

（13）抽采钻孔必须严格按照设计施工，钻孔低于设计孔深时必须分析原因，采取措施重新补打钻孔。

（14）回采工作面施工的抽采钻孔必须保证无空白带，否则必须重新补孔。

7.6抽采牌板管理

（1）瓦斯抽采钻场必须悬挂观测管理牌板，规格统一，悬挂整齐。

（2）观测管理牌板必须包括钻场的编号，钻场的抽放浓度、负压、流量、开抽日期和每个钻孔深度、瓦斯浓度、负压、流量、测定日期、测定人等内容。

（3）放水器悬挂牌板必须明确使用状态、放水负责人、放水时间，字迹清晰、悬挂得体。