瓦斯抽采施工设计 范本1.docx

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瓦斯抽采施工设计范本1

泸县鑫福煤业有限公司狐狸坡煤矿

4124采煤工作面（北段）瓦斯抽采施工设计

泸县鑫福煤业有限公司狐狸坡煤矿

二0一四年八月一日

4124采煤工作面（北段）瓦斯抽采施工设计

会审栏

部门

审批人签字

签字时间

审批意见

编制

颜陈

2014.8.1

通维队

技术科

调度室

安全科

通风副总

机电副矿长

生产副矿长

安全副矿长

总工

矿长

第一章采煤工作面概况········································5

第一节采煤工作面位置及相邻情况··························5

第二节开采范围及可采期··································5

第三节地质构造及煤层赋存情况····························5

第四节煤层顶底板特征····································6

第五节煤尘爆炸性········································8

第六节煤的自燃倾向等级··································8

第七节水文情况··········································8

第八节采煤工作面采煤工艺································8

第九节邻近煤层··········································9

第十节冲击地压··········································9

第二章瓦斯情况··········································9

第一节矿井瓦斯等级······································9

第二节矿井煤层瓦斯含量及梯度····························10

第三节矿井瓦斯赋存因素分析······························10

第四节工作面瓦斯来源分析·······························10

第五节煤层瓦斯抽采参数·································11

第六节工作面每个循环瓦斯涌出量预计·····················11

第三章工作面瓦斯抽采设计···································12

第一节工作面瓦斯抽采方法的确定·························12

第二节上隅角插管抽采法·································12

第三节采空区高位顶板钻孔抽采方法·······················13

一、原理·················································13

二、钻场的确定···········································14

三、钻孔施工参数·········································14

<一>、钻孔数量···········································14

<二>、钻孔直径···········································14

<三>、钻孔间距···········································14

<四>、开孔位置···········································14

<五>、钻孔倾角、深度及与巷道中心线的夹角计算·············15

<六>、钻孔参数表·········································22

四、施工要求·············································22

五、钻孔（钻场）工程量···································23

六、封孔·················································23

七、施工设备与进度计划···································25

八、有效抽放瓦斯时间及预期效果····························26

九、组织管理·············································26

十、安全技术措施·········································26

第一章采煤工作面概况

第一节采煤工作面位置及相邻情况

该采面位于我矿四水平独层子煤层北翼第一采区第二区段的北翼，此采面以南是未采的4124采面（南段），以北是与田巴凼煤矿之间留设的矿

井隔离煤柱，其下是未布置的4126采面（北段），其上是未开采的4122采面（北段）。

第二节开采范围及可采期

该采面北段走向长500米，留20米巷道保护煤柱后可采走向长度480米，倾斜宽度133米，煤层倾角20°；采高0.8米，可采储量50282.9吨（即：

480×133×0.56×1.45×97%=50282.9吨），每天开采一个循环，每个循环进尺为0.9米，其可采期533天（即：

480÷0.9=533天）或17个月零15天。

第三节地质构造及煤层赋存情况

一、地质构造

该采面内无褶皱构造，为一缓倾斜的北东～南西向展布的单翼构造；只有回风平巷在掘进过程中揭露出了一条落差在0.3米左右的斜交断层，另外还有极少数的节理，无岩洞岩和陷落柱。

二、煤层赋存情况

1、全井田内煤层赋存情况

该采面所采煤层为三叠系上统须家河组第五段所含的独层子煤层，该

煤层是本井田内全区可采的不稳定煤层，厚度变化大，结构复杂，一般由四个煤分层组成，即第一分层为黑色半暗型块煤，硬度大，韧性强，俗称“天炭”，第二煤分层为黑色半亮型粉煤，呈碎块状及粒状，易破碎，俗称“腰炭”，第三煤分层为黑色暗型煤，呈粉末状及鳞片状，俗称“黃壳炭”，第四煤分层为黑色半亮型煤，呈条带状，硬度小，俗称“厚叶炭”。

具有工业价值的只有上部的两个分层，即天炭和腰炭。

其煤质为中～富灰、特低硫、特低磷的1/3焦煤。

2、本采面内煤层赋存情况

在本工作面范围内只开采了上部两个煤分层，即天炭和腰炭，其有益厚度为0.44—0.72米，平均0.56米，变化较小，煤层较稳定；所开采的煤分层内含1—2层夹矸，夹矸厚度为0.16～0.52米，平均厚度为0.24米；煤层产状为130°<20°，煤层倾角变化小，较稳定，局部呈起伏现象，煤质牌号为1/3焦煤；采高以见煤层顶，底板为准，平均为0.8米。

三、煤层埋藏深度

该工作面回风平巷标高为-211米，运输平巷标高为-243米，对应地面的最高标高为310米，因此，在本采煤工作面开采范围内所开采煤层赋存深度在521米～553米之间。

第四节煤层顶底板特征

一、顶板特征

根据四川煤田地质公司一三五队在1988年～1990年期间对我矿进行的四水平延深勘探后于1990年10月提交的《四川省泸州市勘探（延深）地质报告》中表明：

本采面内只有唯一个的17号钻孔。

根据此《17号钻孔实际柱状图》所反映的岩层情况，结合采面巷道掘进过程中揭露的岩层来分析，本煤层在本采面所开采的范围内无伪顶，直接顶为深灰色泥质粉砂岩，厚0.31米；老顶为灰色细粒砂岩，厚1.13米。

详见图1《17号钻孔实际柱状图》。

17号钻孔实际柱图图1

地层单位

柱状

（示意）

分层真厚

（米）

岩性描述

系

统

组

段

三

叠

系

上

统

须

家

河

组

第

五

段

0.14

黑色暗淡型薄煤层。

1.78米深灰色砂质泥岩，0.4米深灰色泥岩。

3.95

深灰色中厚层状砂质泥岩，含丰富的植物化石碎屑。

1.69

灰色薄层状细粒砂岩，显脉状层理。

0.89

深灰色中厚层状砂质泥岩，含少许煤包体，植物化石碎屑。

1.64

深灰色中厚层状粉砂岩，显水平层理，底部具虫迹。

0.30

深灰色薄层状泥质粉砂岩，含炭化植物碎屑。

3.19

灰色中厚层状粉砂岩。

（设计终孔位置在此层位内）

1.69

0.5米深灰色泥质粉砂岩，1.3米灰色粉砂岩。

0.17

黑色半暗淡型薄煤层。

1.84

0.57米深灰色泥质粉砂岩，1.38米灰色粉砂岩。

1.27

深灰色中厚层状砂质泥岩。

1.40

0.31米深灰色泥质粉砂岩，1.13米灰色细粒砂岩，0.05米深灰色砂质泥岩。

2.30

6号煤层，结构：

0.3（0.1）0.3（0.29）（0.14）（0.89）（0.12）0.35

1.52

深灰色中厚层状粉砂岩，含少量植物化石碎片。

1.31

深灰色薄层状泥岩，含植物化石碎屑。

2.41

深灰色中厚层状泥质粉砂岩，含少量植物化石碎屑。

1.22

灰色薄层状粉砂岩，显脉状，平行及变形层理。

二、底板特征

根据四川煤田地质公司一三五队在1988年～1990年期间对我矿进行的四水平延深勘探后于1990年10月提交的《四川省泸州市勘探（延深）地质报告》中表明：

本采面内只有唯一个的17号钻孔。

根据此《17号钻孔实际柱状图》所反映的岩层情况，结合采面巷道掘进过程中揭露的岩层来分析，本煤层在本采面所开采的范围内无伪底和直接底，老底为深灰色中厚层状粉砂岩，厚1.52米，含少量植物碎片化石。

详见图1《17号钻孔实际柱状图》。

第五节煤尘爆炸性

根据煤炭科学研究总院重庆煤炭研究分院经现场采样鉴定后于2003年9月28日出据的《煤尘爆炸性鉴定报告》表明：

煤尘火焰长度为45mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量70%，结论为：

本煤层的煤尘有爆炸性。

第六节煤的自燃倾向等级

根据煤炭科学研究总院重庆煤炭研究分院经现场采样鉴定后于2004年3月4日出据的《煤炭自燃倾向等级鉴定报告》表明：

煤的自燃倾向分类为三类，属不易自燃煤层。

第七节水文情况

根据该采煤工作面巷道掘进过程中的观察情况表明：

该采面内的断层和节理均不含水也不导水，上部采空区也无积水，对应地面是山坡和一些土地，无河流、溪沟、池塘、水库等水体；生产用水是从二水平的消防水池中通过铺设的管道输送而来的。

第八节采煤工作面采煤工艺

该采煤工作面采用的是走向长壁式采煤法，开采顺序为由北向南后退式，放炮落煤，单体液压支柱支护顶板，回柱方式为见“五回一”，排距为0.9米，柱距为1米，作业道宽度为1米，最大控顶距为4.7米，最小控顶距为3.7米，采面内用人工攉煤入溜煤槽自溜方式运煤，运输平巷用刮板运输机配皮带运输机运煤，U型通风方式，条带充填法处理采空区。

第九节邻近煤层

根据本采面内所拥有的唯一的《17号钻孔实际柱状图》所反映的煤（岩）层情况表明：

在本工作面所采煤层的上部依次有一层厚0.17米的黑色暗淡型煤层，与本采面所开采煤层之间的层间距为4.51米，再上还有一层厚0.14米的黑色暗淡型煤层，与本采面所开采煤层之间的层间距为23.13米。

在本工作面所开采煤层下部依次有一层厚0.28米的黑色暗淡型薄煤层，与本采面所开采煤层之间的层间距为30.93米，再下还有一层厚0.09米的黑色暗淡型煤线，与本采面所开采煤层之间的层间距为34.73米，再下就是在本井田内属大部可采煤层的泡炭煤层，其厚为0.58米，与本采面所开采煤层之间的层间距为35.63米。

详见图1《17号钻孔实际柱状图》。

第十节冲击地压

根据本矿井的地质勘探资料和历年来的采掘情况及本采面巷道掘进过程中对煤岩层的观察情况分析表明：

本井田范围内所开采的煤层均未发生过冲击地压现象。

因此，推测本采面在开采过程中不会发生冲击地压。

第二章瓦斯情况

第一节矿井瓦斯等级

根据2012年四川省安全技术中心来我矿开展瓦斯等级鉴定工作后下发的泸市安监【2012】258号《泸州市安全生产监督管理局关于2012年全市煤矿瓦斯等级鉴定结果的通知》文件中载明：

狐狸坡煤矿的矿井绝对瓦斯涌出量为16.422m3/min，相对瓦斯涌出量为31.02m3/t，结论为：

高瓦斯矿井。

第二节矿井煤层瓦斯含量及梯度

根据四川煤田地质公司一三五队在1988年～1990年期间对我矿进行的四水平延深勘探后于1990年10月提交的《四川省泸州市勘探（延深）地质报告》得知：

在钻孔中用解吸法采样测试，独层子煤层瓦斯含量为4.58～7.52毫升/克煤，平均为5.79毫升/克煤，由0米水平及-150米水平钻孔煤层瓦斯含量计算瓦斯含量梯度为54.73米/米3/吨。

第三节矿井瓦斯赋存因素分析

一、变质阶段

根据四川煤田地质公司一三五队在1988年～1990年期间对我矿进行的四水平延深勘探后于1990年10月提交的《四川省泸州市勘探（延深）地质报告》得知：

本井田内煤层属中等变质阶段的烟煤类，该阶段为良好的生气阶段。

据有关资料介绍，中等变质阶段的烟煤吨煤瓦斯生成量最高可达200米3。

二、围岩特征

该井田的煤系地层为一套碎屑岩组成的，泥岩较为致密，透气性差，砂岩多呈透镜状，条带状产出，平面上连续性差，据采样测定，空隙率一般为4～5%，本工作面所开采煤层顶板中的粉砂岩的空隙率为5.82%，为良好的瓦斯储集空间。

三、构造因素

本井田的构造简单，断层稀少，未受后期构造运动破坏，地下水的活动较微弱。

第四节工作面瓦斯来源分析

根据采面的开采工艺和煤层赋存情况分析，本采煤工作面在开采过程中的瓦斯来源主要有以下几个方面：

1、采煤工作面的煤壁；

2、爆落下来的煤；

3、采空区中残煤；

4、在开采过程中，吸附在煤层内的瓦斯因卸压后被释放出来涌入采空区冒落后形成的裂隙带；

5、采空区内的瓦斯；

6、开采煤层顶部所含的薄煤层或煤线中的瓦斯。

第五节煤层瓦斯抽采参数

由于本矿井未进行过煤层瓦斯参数测定，因此，参照邻近煤矿的测定结论进行设计，其参数如下

1、独层子煤层绝对最大瓦斯压力0.45Mpa；

2、煤层最高瓦斯含量3.8760m3/t；

3、煤层钻孔流量衰减系数为0.4867/d～0.6120/d,属较难抽采煤层；

4、煤层透气性系数0.0436m2/Mpa2.d～0.0521m2/Mpa2.d，属于较难抽采煤层。

第六节工作面每个循环瓦斯涌出量预计

一、本工作面所采煤层瓦斯储量预计

根据公式：

W1=本工作面所采煤层的地质储量（t）×所采煤层的瓦斯含量（m3/t）

式中：

W1——本工作面所采煤层瓦斯储量，m3；

“本工作面所采煤层的地质储量”：

在前面第一章第二节已计算，其数据为50282.9吨；

“所采煤层的瓦斯含量”：

采用邻近煤矿测定的煤层最高瓦斯含量3.8760m3/t，计算得：

W1=50282.9吨×3.8760m3/t=194896.52m3；

二、受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量预计

根据公式：

W3=K（W1+W2）

式中：

W3——受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，m3；

W1——本工作面所采煤层瓦斯储量，m3；

W2——受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，m3；由于煤层顶、底板所含的煤层薄又无法实测，因此，不考虑。

K——围岩瓦斯储量系数，一般取K=0.05～0.20，根据四川省安全科学技术研究院于2008年12月提交的《泸州狐狸坡矿业有限公司狐狸坡煤矿瓦斯抽采设计说明书》可知：

K值取0.15；

计算得出：

W3=0.15×（194896.52m3+0）=29234.48（m3）

三、工作面瓦斯储量预计

根据公式：

W=W1+W2＋W3

计算得出：

W=194896.52m3+0＋29234.48=224131（m3）

四、工作面每个循环瓦斯涌出量预计

本采面可采走向长度480米，循环进度为0.9米。

每个循环的瓦斯涌出量为：

224131m3÷（480米÷0.9米/个）=420.25（m3/个环循）。

第三章工作面瓦斯抽采设计

第一节工作面瓦斯抽采方法的确定

根据邻近煤矿测定的瓦斯抽采参数反映出本煤层透气性低，属难抽煤层，结合四川省内相近煤层的抽采经验和本矿井邻近采面的抽采经验，确定本工作面采用上隅角插管抽采法和采空区高位顶板钻孔抽采方法。

第二节上隅角插管抽采法

一、技术要求

在采煤工作面上隅角靠采空区一侧用废旧的风筒布牵设在采面回风巷道中形成风障，然后，在风障上隅角位置将带孔眼的瓦斯抽采管悬挂在上隅角处的锚杆或锚梁上，再将此抽采管接入本巷道抽采支管上进行不间断地抽放瓦斯。

详见图2《工作面上隅角瓦斯抽采管安装平面示意图》

二、上隅角抽采管的制作及安装要求：

1、抽采管长度不小于2米，其中钻有孔眼段的长度不小于1.5米，管径50mm；

2、孔眼直径为10mm，孔的总面积小于瓦斯管的表面积；

3、为了防止抽采时发生管道堵塞，带孔眼段和管口用纱网包扎好；

4、在安装时，尽量靠在上隅角巷道的最高处，以此提高抽采浓度。

三、上隅角风障牵设要求

1、风障四周悬挂必须严密不漏风；

2、风障迎风面必须与采煤工作面放顶排支柱成钝角布置，以便风流带走风障表面附近的瓦斯，减少上隅角瓦斯超限概率。

第三节采空区高位顶板钻孔抽采方法

一、原理

在采煤工作面回风巷道中，沿煤层走向，从退后工作面开切眼30米的位置起，向工作面采空区顶板施工穿层钻孔进入开采煤层采后形成的裂隙带内抽上邻近层中的卸压瓦斯和本煤层采空区的瓦斯以及在开采过程中吸附在煤层内的瓦斯因卸压后被释放出来涌入采空区冒落后形成的裂隙带内的瓦斯，并避开冒落带。

二、钻场位置的确定

直接布置在采煤工作面回风巷道中，不另掘专用巷道或硐室，钻场间距为18米，每个钻场布置3个钻孔，每个钻场的钻孔为一组；在现场布置钻场时，要使钻孔避开断层或破碎带，以断层或破碎带为界布置。

三、钻孔施工参数

<一>、钻孔数量

每个钻场为一组孔，每组孔为3个单钻孔，总共25组孔，即：

（480－30）÷18=25组，共计75个钻孔。

<二>、钻孔直径

根据四川省安全科学技术研究院于2008年12月提交的《泸州狐狸坡矿业有限公司狐狸坡煤矿瓦斯抽采设计说明书》，结合本矿邻近工作面的抽采情况，为了提高抽采效果，确定本工作面的施工钻机采用ZDY650型煤矿用全液压坑道钻机，其钻孔直径为：

开孔直径75mm，终孔直径65mm。

<三>、钻孔间距

根据《四川省煤矿瓦斯抽采技术暂行规定》中的采空区高位顶板孔抽采钻孔布置规定：

钻孔开孔间距为0.5米。

<四>、开孔位置

1、靠近巷道下帮最近的钻孔必须布置在靠下帮第一根锚杆的上帮侧，便于保护孔口，详见图3：

2、每个钻场中的3个钻孔必须按图中布置要求依次排列；

3、在确定开孔位置时，如果遇顶板较破碎或有裂隙、断层、“帽盔”等地质构造，可以作适当调整，但与设计相比不能大于1米。

4、钻孔开孔部分应圆且光滑。

5、钻孔施工中不得出现三角孔、偏孔、台阶等变形孔。

<五>、钻孔倾角、深度及与巷道中心线的夹角计算

由于采煤工作面开采后，位于采空区上覆的岩层要发生垮落，在垂直方向上要形成“三带”，即：

垮落带、裂隙带、弯曲下沉带。

在采面开采过程中，吸附在煤层内的瓦斯因卸压后被释放出来将会涌入采空区垮落后形成的裂隙带内。

采空区高位顶板瓦斯抽采钻孔就是要抽就个裂隙带内的瓦斯。

如果上覆岩层或地面有水体，一旦采空区上覆岩层垮落后形成的垮落带或裂隙带导穿了水体，那么水就会涌入采空区，因此，这个裂隙带同时又是导水裂缝带。

正因如此，瓦斯抽采钻孔参数设计就参照《煤矿总工程师技术手册》903页内的垮落带和导水裂缝带高度计算公式来设计计算瓦斯抽采钻孔参数如下：

1、垮落带高度计算

因本采煤工作面开采的煤层倾角为20°，属缓倾斜煤层；其煤层顶板覆岩内的岩层为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层呈互层状，单向抗压强度为40～80MPa，因此，其计算公式为：

H垮=（100M）/（2.1M＋16）+2.5；

式中：

H垮——垮落带垂直高度，米；

M——煤层累计采厚，米，本采面为0.8米；

计算得：

Hm=（100×0.8）/（2.1×0.8＋16）+2.5=4.52+2.5（2.02～7.02）（米）。

由于以上公式是工作面的采空区顶板处理方法为全部陷落法时的计算公式，而本采煤工作面采用的是条带充填法，并且因煤层夹矸较厚而充填比较结实，顶板冒落不明显或者根本就还没有垮落，只出现了顶板裂隙，结合邻近工作面的抽采情况分析也是如此，因此，本采煤工作面的垮落带高度按0米计算。

2、导水裂缝带垂高（含垮落带高度）计算

公式：

H导=100M/（1.2M＋2.0）+8.9;

式中：

H导——冒裂带垂高，米；

M——煤层累计采厚，米，本采面为0.8米；

计算得出：

H导=100×0.8/（1.2×0.8＋2.0）+8.9=27.03+8.9（18.13～35.93）米；

由于以上公式计算所得出的导水裂缝带高度含垮落带高度，而本采面采空区顶板处理采用的是条带充填法，其垮落带高度在本采面视为0，因此，计算所得出的导水裂缝带高度要减去计算所得的垮落带高度（2.02～7.02），这样计算所得的就是裂隙带高度，即:

16.11～28.91米。

3、钻孔终孔位置高度

要求：

靠近垮落带，距垮落带越远则裂隙越小，裂隙带是抽采上邻近层卸压瓦斯的最佳地带，一般在进行井下穿层钻孔设计时，终孔点位于裂隙带下1/3处，即H=H垮+H裂×1/3。

终孔点距离煤层顶板的垂直高度H=0+28.91×1/3=9.6（米）

4、终孔所处层位选择

根据终孔距煤层顶板的垂直距离计算层间距为：

h=H×cosθ=9.6×cos20°=9.02（米）

式中：

h—终孔位置到煤层顶板的层间距距，米；

H—终孔位置距煤层顶板的垂直距离，米；

θ—工作面煤层倾角，度。

计算得出层间距为9.02米，对应本采煤工作面最近钻孔，即17号钻孔中的岩层为粉砂岩（详见附图1《17号钻孔实际柱状图》）。

因粉砂岩中的孔隙率较高，能富集瓦斯，因此，终孔位置布置在此层位较为理想。

5、钻孔倾角、深度及与巷道中心线的夹角计算

（1）要求：

根据《四川省煤矿瓦斯抽采技术暂行规定》中对采空区高位顶板孔布置参数的规定做如下设置：

①．将钻场内偏离工作面回风巷下帮最近的的钻孔确定为1号孔，中间的为2号孔，最远的钻孔确定为3号孔；详见下图：

②．在下列《钻孔参数计算示意图》中各边表示的意义：

Ⅰ、在竖直△AOC中，AC边示意钻孔终孔点距煤层顶板的距离，其长度设为H，其中AB边示意终孔点距水平面的距离，其长度设为h2，BC边示意终孔点在水平面上的投影点距煤层顶板的距离，其长度设为h１。

Ⅱ、在竖直△AOB中，OA边示意钻孔方向，其长度示意钻孔的长度或深度，设为L；∠AOB示意钻孔的倾角，设为θ；OB边示意钻孔在水平面上的投影边长，其长度设为Z；

Ⅲ、