南五采区12505工作面抽放设计说明书114改.docx
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南五采区12505工作面抽放设计说明书114改
目录
一、工作面概况2
1、工作面位置2
2、煤层赋存、煤质及顶底板2
3、工作面储量3
4、地质构造情况3
5、水文地质情况3
二、工作面瓦斯概况4
1、突出危险性鉴定情况4
2、工作面瓦斯来源分析及瓦斯涌出量预测4
三、工作面通风系统6
四、瓦斯抽采的必要性及可行性论证6
1、工作面瓦斯抽放的必要性6
2、瓦斯抽采的可行性6
五、抽放方案的确定7
六、工作面上隅角悬管抽采工程设计7
七、抽采效果预测7
八、抽放管路选型及抽放泵验证7
1、抽采管路布置7
2、抽放管选型计算7
3、工作面抽采系统7
4、抽采管路阻力计算7
5、抽采管路安装设计8
南五采区12505工作面抽采设计说明书
一、工作面概况
1、工作面位置
工作面地表位于端端圪垛、后头沟南部、玉米沟东部，后梁上、大井沟北部，麻家口西部，后头沟从工作面开口段上部穿过，轨道巷Ⅰ段里程44米对应地表有1条乡村公路穿过。
地表出露地层以Q2+3、N2、P2s2为主，盖山厚度310～450米，平均390米。
工作面位于南五采区右翼，皮带巷开口于南五02号煤集中皮带下山，Ⅲ切眼开口于轨道巷Ⅰ段（原10505底抽巷），轨道巷Ⅰ段西北侧间隔20米为12503采空区；Ⅱ切眼开口于轨道巷Ⅱ段，轨道巷Ⅱ段西北侧间隔10米、35米分别为10505底抽巷、12503采空区；Ⅰ切眼开口于轨道巷Ⅲ段，轨道巷Ⅲ段西北侧间隔71米、96米分别为10505底抽巷、12503采空区。
皮带巷250-748米、Ⅰ切眼0-121米、轨道巷Ⅲ段0-284米、Ⅱ切眼0-32米上部间隔4.0-7.0米为10505采空区；轨道巷Ⅱ段89-416米、Ⅱ切眼53-57米上部间隔4.0-7.0米为10503采空区，其它方位暂无工程。
2、煤层赋存、煤质及顶底板
煤层赋存、煤质及顶底板岩性特征表
概
况
煤层
名称
2号煤
水平名称
910
采区名称
南五
工作面
名称
12505
地面标高（m）
1240～1383
工作面标高（m）
914～942
走向长
（m）
181+289+278/748
倾斜长（m）
15+61+108/184
面积（m2）
112169
煤层情况
煤层总厚
（m）
2.50～3.35
煤层结构（m）
煤层倾角
（°）
1～10
3.00
0.30（0.15）2.55
5
概况：
工作面所掘进煤层为二叠系下统山西组2号煤层，煤层厚度2.50～3.35米，平均3.00米，工作面全部为合并区，煤层结构复杂，结构为0.30（0.15）2.55，属稳定近水平中厚煤层，普氏硬度1.8。
其上部间隔4.0-7.0米左右为02号煤层（10503、10505采空区）。
煤质情况
Mad
（%）
Ad
（%）
Vdaf
（%）
Qgr.ad
（MJ/kg）
FC
St。
d
（%）
Y
（mm）
煤种
/
15.47
26.29
/
/
0.83
/
FM/JM
概况:
（1）煤种:
焦煤、肥煤。
（2）工业用途:
炼焦用煤，属中灰、中高挥发份、低硫煤。
煤层顶底板情况
顶底板
分类
岩石名称
厚度（m）
岩性特征
老顶
S5砂岩
2.50～6.04
浅灰色，致密坚硬，缓波状层理，含泥质包裹体，普氏硬度7.0。
4.20
直接顶
粉砂质泥岩
1.00
深灰色，含炭质较多，夹条带状细砂岩及黄铁矿结核，普氏硬度5.0。
伪顶
/
直接底
粉砂岩
0.80～1.40
黑灰色，夹有镜煤透镜体，层面含炭质，普氏硬度6.5，底部有厚0.3米的炭质泥岩。
1.00
3号煤
0.30～0.65
光亮型，主要由镜煤、亮煤组成，粉末状，普氏硬度2.5。
0.45
老底
细砂岩
4.25～9.44
灰色，主要由石英组成，具不明显微波状层理，局部相变为粉砂岩及粗砂岩，普氏硬度6.0，顶部发育一层厚0.65米的粉砂质泥岩。
6.70
3、工作面储量
本工作面工业储量
t，可采储量404665t。
储量统计表
储量情况
块段号
走向长
（m）
倾斜长
（m）
面积
（m2）
煤层厚度
（m）
容重
（t/m3）
基础储量
（t）
回采率（％）
可采储量
（t）
1
84
184
15120
2.85
1.32
56881
煤柱
2
92
184
1381
2.85
1.32
5195（FM）
95
4935（FM）
15179
57103（JM）
54248（JM）
3
289
169
48841
2.85
1.32
183739
95
174552
4
279
108
30132
2.85
1.32
113357
95
107689
合计
110653
416277
341426
备注：
块段1指停采线至南五02号煤进风轨道下山之间的部分，已扣除已施工10505底抽巷面积336m2，块段2已扣除已施工10505底抽巷面积368m2，；
4、地质构造情况
褶曲：
工作面整体呈单斜构造，开口段煤岩层倾角较小，平均3°，随掘进煤岩层倾角逐渐增大，靠近切眼处最大达10°，工作面煤岩层倾角平均5°。
断层：
根据邻近工程资料分析，预计工作面巷道将揭露1条正断层和1条逆断层，落差1.0-2.0米，其中F12505-1落差2.0米断层对掘进影响较大，落差1.0-1.3米正断层对掘进影响中等。
节理：
根据邻近工程揭露资料分析，预计巷道施工段节理不发育。
⑷陷落柱：
根据上部采空区揭露资料，工作面发育S136陷落柱，由皮带巷揭露，穿岩长度预计14米，对掘进影响较大。
5、水文地质情况
⑴地表水：
工作面地表位于端端圪垛、后头沟南部、玉米沟东部，后梁上、大井沟北部，麻家口西部，后头沟从工作面开口段上部穿过。
地表出露地层以Q2+3、N2、P2s2为主，盖山厚度310～450米，平均390米。
地表水主要受大气降雨补给，属季节性河流，枯水季节径流甚微，无明显水流，涌水量可达10m3/h以上。
工作面平均盖山厚度约390米，且地表以厚层黄土覆盖，隔水性较强，因此地表水对工作面回采无影响。
⑵含水层水：
煤层上部1.0米的S5砂岩（厚约4.2米）及煤层上部间隔11.42米左右的02号煤层老顶K4砂岩（厚约3.0米）均为承压裂隙弱含水层，局部赋水性较好，根据邻近工程资料分析，掘进过程中遇构造或煤岩层裂隙发育时，顶板局部会有淋滴水现象。
工作面掘进后导水裂隙带高度为64.9米，工作面上部1.0米的S5砂岩（厚约4.2米）及煤层上部间隔11.42米左右的02号煤层老顶K4砂岩（厚约3.0米）承压裂隙弱含水层水会随采空顶板垮落，涌入采空区，结合邻近工作面掘进过程中涌水情况分析，本工作面预计在掘进过程中随采空垮落，会有采空滞后涌水现象，预计正常涌水量3m3/h，最大涌水量25m3/h。
⑶采空水：
轨道巷Ⅱ段西北侧间隔10米、34米分别为10505底抽巷、12503采空区，上部间隔10米左右为10503、10505采空区，10503采空积水已由10505工作面探放完毕；10505与10507采空区相连通，并与10507采空区贯通，12503、10507回采前曾对10505、10503采空积水进行探放。
目前在10503、12503、10505、10507采空区共有积水约21013m3，水位标高872～885米，现工作面施工段最低标高911米，距离积水区约506米，积水对掘进无大的影响。
⑷奥灰水：
工作面奥灰静水位标高910米，2号煤层底板标高914～942米，工作面不带压。
⑸构造导水：
构造导水方面由于本工作面构造主断层面紧闭，破碎带较小，且发育有断层泥，小型断层落差小于5米一般不会造成有效隔水层厚度的大幅减小，本工作面最大断层落差2.0米，不存在构造导通奥灰水现象。
二、工作面瓦斯概况
1、突出危险性鉴定情况
2013年重庆煤科院对马兰矿2#煤层进行了煤与瓦斯突出危险性鉴定，根据《山西西山煤电股份有限公司马兰矿2#煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》（中煤科工集团重庆研究院，2013年10月）结果显示，马兰矿2#煤层为突出煤层。
根据《山西西山煤电股份有限公司马兰矿2#煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测报告》（中煤科工集团重庆研究院，2014年9月）结果显示，马兰矿2#煤层开拓后预测，煤层底板标高低于＋914.4m的区域为突出危险区域。
2、工作面瓦斯来源分析及瓦斯涌出量预测
12505工作面瓦斯涌出来源包括开采层瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出两部分，下面采用分源预测法对工作面瓦斯涌出量进行计算。
q采=q1+q2=1.25+1.64=3.89m3/t
式中：
q采－回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；
q1－开采层瓦斯涌出量，m3/t；
q2－邻近层瓦斯涌出量，m3/t。
①工作面开采层瓦斯涌出量（包括围岩）按下式计算：
=1.3×1.05×0.85×0.77×1.4
=1.25m3/t
式中：
ql—开采层瓦斯涌出量，m3/t；
k1—围岩瓦斯涌出系数。
取k1=1.30；
k2—考虑工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，2号煤层回采率按照0.95计算，取k2=1.05；
k3—准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，
k3=（L-2h）/L
=（184-2×14.2）/184
=0.85
式中：
L—工作面长度，取184m；
h—掘进巷道预排等值宽度，m；依据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006）附录D中表D.1取值，h取14.2m；
m—开采层厚度，2号煤层取2.3m，；
M—工作面采高，2号煤层取3m；
—煤层瓦斯含量；
—煤的残存瓦斯含量。
②邻近层瓦斯涌出量
邻近层瓦斯涌出量可根据下式计算：
=0.09+0.29+1.26
=1.64m3/t
式中：
—邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；
mi—第i个邻近层厚度，m；
M—工作面采高，m；
—第i层的瓦斯含量，m3/t；
—第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；
—第i邻近层瓦斯排放系数，取决于层间距离，可根据图查取。
根据《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）。
邻近层的瓦斯排放率与层间距的关系曲线
1-上邻近层；2-缓倾斜煤层下邻近层；3-倾斜、急倾斜煤层下邻近层
回采工作面邻近层的瓦斯涌出量，见下表。
2#煤层邻近层瓦斯涌出量计算表
煤层
煤层
名称
煤厚
（m）
采厚
（m）
瓦斯
含量
（m3/t）
残存瓦斯含量（m3/t）
距开采煤层的距离（m）
瓦斯排放率
（%）
相对瓦斯涌出量（m3/t）
备注
2#
03
0.61
1.89
1.42
90
0.09
上邻近层
2
2.3
3
3.2
1.80
开采层
本煤层
3
0.47
3.68
1.67
0.93
91
0.29
下临近层
4
1.06
5.33
1.36
7.12
90
1.26
合计
1.64
q本煤层=q相·T/t=1.25×2606/1440=2.26m3/min
q邻近层=q相·T/t=1.64×2606/1440=2.96m3/min
q绝=q本煤层+q邻近层=2.26+2.96=5.22m3/min
通过计算可知，12505工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为5.22m3/min，相对瓦斯涌出量2.89m3/t，其中本煤层瓦斯涌出量2.26m3/min，占瓦斯涌出总量的43%，邻近层瓦斯涌出量2.96m3/min，占瓦斯涌出总量的57%。
三、工作面通风系统
工作面采用“U”型通风系统，皮带巷进风、轨道巷回风。
新鲜风流：
地面→麻家口进风井→南五2#煤进风下山→南五02#进风联巷→南五02#煤轨道下山→12505皮带巷→工作面
污风风流：
工作面→12505轨道巷→12505回风联巷→南五2#煤补回风巷→南五2#煤回风下山→麻家口回风大巷→麻家口回风井→地面
四、瓦斯抽采的必要性及可行性论证
1、工作面瓦斯抽放的必要性
该工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，单靠通风方法已无法解决工作面瓦斯问题，根据《煤矿瓦斯抽放规范》中有关规定，对该工作面进行瓦斯抽放。
2、瓦斯抽采的可行性
《矿井瓦斯抽放管理规范》规定，可根据煤层钻孔瓦斯涌出衰减系数和煤层透气性系数对开采煤层瓦斯抽放难易进行评价，而该面2号煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数在0.003～0.05d-1之间，煤层透气性系数为7.31m2/MPa2·d，煤层属于可以抽放类型，抽放瓦斯是可行的。
五、抽放方案的确定
12505工作面处于10505工作面下部，在10505工作面回采期间已对12505工作面进行预抽，因此12505工作面回采期间不再对本煤层瓦斯进行抽采，仅采用上隅角悬管抽采。
六、工作面上隅角悬管抽采工程设计
为治理工作面上隅角瓦斯，在工作面上隅角悬挂D426抽放管连接至分源抽采低浓系统进行抽采。
七、抽采效果预测
根据已采12513、12511工作面抽采效果，预计本工作面回采期间上隅角悬管抽采量2m3/min，风排瓦斯量3.22m³/min，工作面绝对瓦斯涌出量5.22m3/min，工作面抽采率38.3%。
八、抽放管路选型及抽放泵验证
1、抽采管路布置
根据南五采区抽采管路及工作面抽采情况，在12505工作面轨道巷铺设一趟上隅角悬管抽采管路。
2、抽放管选型计算
依据瓦斯抽采管径计算公式：
D=0.1457
计算
式中：
D—瓦斯管内径，m；
Q—管内瓦斯混合流量，m3/min，（取40m3/min）；
V—瓦斯在管路中的平均流速，m/s，一般取V=10m/s～15m/s，在此流速取10m/s。
对上隅角管路进行计算得D=0.2914m，结合矿井现使用抽采管路的情况，上隅角管路选用D426不锈钢管（管长5m）。
3、工作面抽采系统
低浓度系统：
12505工作面上隅角D426管路→南五2#煤补回风巷（D610管路）→南五东回风巷（D610管路）→南一回风大巷（D914管路）→南一回风斜井（D914管路）→地面低浓度瓦斯抽放泵站。
下面对上述抽采系统的阻力进行计算，以校验所选管径是否符合抽采要求。
4、抽采管路阻力计算
⑴直管阻力损失计算公式
H直＝9.8LQ2△/KD5（Pa）
式中：
H直—直管阻力损失（Pa）
L—直管长度（m）
△—混合瓦斯对空气的相对密度（查表）
D—管道内径（cm）
K—系数（查表），取0.71
Q—瓦斯流量m3/h
低浓度系统直管阻力计算表
管路名称
安装地点
△
Q/（m3/h）
K
D/cm
C/%
L
H/pa
主管1
地面
1.2826
21000
0.71
90
1.8
150
198
主管2
南一回风斜井
1.2826
21000
0.71
90
1.8
380
502
主管3
南一回风大巷
1.2826
21000
0.71
90
1.8
1200
1587
干管1
南五东回风巷
1.2815
3600
0.71
60
2
1200
354
干管2
南五2#煤补回风巷
1.2815
3600
0.71
60
2
350
103
支管
12505轨道巷
1.2815
3600
0.71
32
2
820
1438
合计
4183
⑵局部阻力损失计算
管路局部阻力损失按直管阻力损失的20%计算。
H局低浓＝H直低浓×20%=8346×20%＝836Pa
⑶总阻力损失计算
H总低浓＝H直低浓+H局低浓＝4183+836＝5019Pa
⑷钻孔抽采负压计算
①理论负压计算：
由公式H泵＝（H孔+H正+H总）×K
式中：
H泵—瓦斯泵的压力，取73KPa（当地大气压89KPa-泵的入口绝对压力16KPa）
H孔—抽采钻孔孔口负压（Pa）
H正—瓦斯泵出口正压
H总—抽采管路总阻力损失
K—备用系数，取1.2
则：
H孔低浓＝H泵／1.2-H正-H总＝73000／1.2-3500-5019=52314Pa
经计算低浓系统钻孔孔口负压为52.31KPa。
②实际负压计算
工作面抽采后，抽采泵可能运行的负压35～45KPa（取35KPa）来计算钻孔孔口所能达到的实际负压。
将数据代入上述公式：
则：
H孔低浓＝35000／1.2-3500-5019=20647Pa
因此，经计算，抽放负压符合抽采要求（大于13KPa），所选抽采管管径符合要求。
5、抽采管路安装设计
⑴轨道巷上隅角抽采管路从轨道巷Ⅲ段里程270m开始安装，沿轨道巷向外铺设，经回风联巷接入南五2#煤补回风巷D610低浓抽采管路，形成抽采系统，共安装抽采管路820m。
管路沿巷道保险帮顶板采用Φ9.3mm钢丝绳吊挂于顶板钢带上，距顶板及巷帮均为0.3m。
每根管设两个吊挂点，间距3m（吊挂点距法兰1米）；在距抽放管末端50m位置安装一套抑爆装置；从距抽放管末端20m开始，每50m安装1个D426同径三通，三通口垂直朝向巷道底板；在工作面轨道巷Ⅰ段距回风联巷10m位置安装1个孔板流量计。
根据巷道走势，在低洼处安装放水三通，三通口垂直朝向巷道底板。
另外在管路与干管分支处（支管上）安装一个D426蝶阀。
在回风联巷内距工作面顺槽10米位置安装一套在线监测装置（装置需安装两根打孔管和一个专用三通，孔口及三通口垂直朝向巷道顶板）。
安装要求：
①在线监测装置和孔板流量计前后10m管道平直且无其它管件安装，同时高浓管路采用1/2开孔的孔板，低浓管路采用3/4开孔的孔板；在孔板流量计以里大于10米位置加装除渣用同径三通和滤网（过滤网安装在三通的出气侧）。
②安装管路应随巷道地势的起伏，使用好各种角度的弯头，确保管路平、直、稳、密。
另外管路每隔500米安设防静电接地极一个。
③抽采管路中安装的铁质弯头、三通和短节等必须进行防腐（内外均涂刷防锈漆）处理，以防锈蚀，如为不锈钢材质可不进行防腐。
④安装管路时必须将管内的杂物清理干净，胶垫要垫合适，法兰盘上螺栓、平垫要上齐全，并全部紧固，保证法兰盘受力均匀，保证管路不漏气。
⑤抽采管路必须设置明显的具有反光性能警示标志，采用不同颜色箭头标明气流方向。
控制阀门必须编号管理，阀门开启角度、方向标识清楚。
⑥瓦斯抽放管路安装完毕投入使用前，必须做气密性试验，试验时必须保证管内瓦斯浓度不得超过0.3%，负压达到30KPa时的千米漏气率不大于3m³/min，同时做好记录，在投入运行前提交漏气性试验报告。
附：
12505工作面回采期间通风系统示意图
12505工作面抽采管路安装示意图
12505工作面抽采管路安装示意图
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