长田瓦斯抽放设计.docx
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长田瓦斯抽放设计
第一章井田概况
第一节井田概况
一、交通位置
长田煤矿的生产矿井，采矿证登记规模15万t/a，企业性质为私营。
位置：
长田矿区位于纳雍县城以西，行政区划属纳雍县勺窝乡管辖。
其地理坐标为：
东经105°16′30″〜105°17′丨25"，北炜26°45′40"〜26°46′11"。
纳雍且以勺窝乡长田煤矿距纳雍县城24公里，交通方便。
二、地形地貌
矿区属构造剥蚀山地地貌，地形坡度15°〜38°，地势南高北低。
矿区内最高海拔标高+1808m,最低海拔标高+1650.00m，最大相对高差158m，一般高差为70〜140m左右。
最低侵蚀基准面为矿区以东，海拔标高+1400m。
三、水系
矿区内无河流，但区内各地层均有泉点出露，其流量大小受大气降水控制。
区内沟谷较发育，雨后山间沟溪水流量较大，暴雨后有山洪发生，枯季流量小或干枯。
四、气象
矿区属中亚热带季风气候区，因受南北气流和高原地貌的双重制约，季节更替不明显，气温变化不大，夏无酷署，冬无严寒，据历年气象资料，极端最高气温为33°C，极端最低气温-9.6°C，年平均气温13.6°C，无霜期265d，基本属温和气候。
雨量充沛，年平均降雨量1243mm，多集中在6〜8月，此段时间的降雨量达670〜680mm。
平均风速为2.3m/s，最大风速20.0m/s，风向多为东风。
五、地震情况
据贵州省城乡建设环境保护厅“黔城设通发（1992）230号”文关于《公布贵州省地震烈度新区规划的通知》和《中国地震参数数区划图》（GB18-20**），本区地震烈度为VI度，属稳定区。
六、矿区工农业生产、建筑材料等概况
煤炭工业是纳雍县的主要工业，煤炭生产是纳雍县的重要经济支柱，煤炭生产促进了纳雍县的经济发展，改善了人民生活。
区内地方工业生产基础薄弱，改革幵放以来地方工业和乡镇企业有很在发展。
矿产资源丰富，除煤矿外，主要还有水泥用石灰岩等，建材、矿冶、旅游、服务业均有所发展。
区内粮食作物主要以玉米为主，其次为麦类、豆类、薯类。
经济作物有油菜籽、烟叶等；畜牧业主要有牛、马、猪等。
七、现有煤炭运销和经济效益情况由于长田煤矿位于纳雍县，因此，矿井建成后，煤炭可销往省外市场或销往水城或阳长电厂，矿井经济效益较好。
八、现有电源情况
两回路电源来自纳雍县勺窝变电站10KV线路不同母线（专线，目前使用，LGJ-95导线，1.5km）。
目前双回路供电已建成。
第二节地质特征
一、地层特征
矿区内出露地层由老至新有：
二叠系中统茅口组（P2m）、二叠系上统峨眉山玄武岩组（P30）、龙潭组（P31）、长兴组（P3c）和三叠系下统的飞仙关组（TJ）、永宁镇组（TiYn）及覆盖于这些地层之上的第四系（Q）。
其中龙谭组按其岩性及含煤特征可分为上、下两段（P312、Psl1）。
二、地质构造
矿区内的基本构造形态为单斜构造，岩层走向南西一北东向，倾向140〜155°，倾角18〜25°。
在矿区外西侧有一F1断层，呈北东一南西向延伸，倾向150〜160°，倾角35°，北西盘上升，垂直落差约100m，由于该断层影响致使P3β部分缺失而造成P3β上部与P2m地层接触。
而在矿区内未见落差大于或等于30m的断层。
三、煤层及煤质
1、含煤岩系的含煤性
矿区内的煤系为二叠系上统龙潭组（P31），是一套海陆交替相沉积，主要由灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉岩、粘土岩、煤层组成的韵律层，偶夹灰岩，总厚度330m，含煤34层，煤层总厚17.35m，含煤系数5.26%，可采煤层10层，可釆总厚度13.55m，含煤率为4.1%。
按煤系岩性特征及含煤情况可分为上、下两段，上段（P312）由长兴组（P3c）底界至7号煤层之下的细砂岩顶，厚100〜120m,在矿区内出露不全，含可釆煤层4层，编号为2、5、6、7号，下段（PI1）由7号煤层之下的细砂岩顶至峨眉山玄武岩组顶，厚210〜230m，含可采煤层4层，编号为28、31、32、34号。
2、主采煤层
矿井主采煤层为28、31、32、34号煤层，煤层特征见表1-2-1。
表1-2-1要主采煤层特征表
顺序
区域
组
煤层
名称
煤层厚度（m）
层间距
（m）
煤层夹矸数
稳定
性
煤层倾角
（度）
煤种
顶底板岩性
最小
最大
平均
顶板
底板
1
龙谭
组
28号
1.3
12
1
稳定
25
无烟煤
泥质粉砂岩
粘土岩
2
31号
2.00
1
稳定
25
无烟煤
泥质粉砂岩
粘土岩
3
龙谭
组
32号
1.70
10
1
稳定
25
无烟煤
泥质粉砂岩
粘土岩
4
34号
1.10
21
1
稳定
25
无烟煤
泥质粉砂岩
粘土岩
四、煤质
各主采煤层外观呈黑色，条带状构造，机械强度均较高呈块状。
煤的变质阶段属于无烟煤，煤的变质因素为区域变质。
根据《勘查地质报告》，煤质特征见下表（表1-2-2）:
分析结果
煤层样品编号
Mad
（％）
Ad
（％）
Vdaf
（％）
Fcad
（％）
St.d
（％）
Qgr.d
（％）
Trd
（％）
备注
28号长田H1
长田H2
长田H5
长田H7
1.37
16.90
5.99
77.05
0.35
30.30
1.55
低中灰‘特低硫、特高热值煤
0.45
18.80
7.00
75.17
0.28
28.67
0.76
17.39
5.73
76.52
0.32
30.25
1.46
1.16
16.64
5.58
76.63
0.33
30.75
1.48
31号长田H3
长田H4
长田H6
长田H8
0.72
12.14
5.85
82.13
0.32
31.51
1.44
低中灰‘特低硫、特高热值煤
0.38
14.74
6.14
79.72
0.34
30.38
1.75
14.17
5.89
79.40
0.32
31.73
1.49
0.74
14.62
5.92
78.99
0.35
21.25
1.46
表1-2-2煤质主要特征表（原煤）
注：
勘查报告中只提供了28、31号煤层的煤质指标。
综上所述，矿区内主釆煤层28、31号原煤为低、中、灰、特低硫高发热量无烟煤。
五、其它开采技术条件
瓦斯、煤尘和煤的自燃性
根据贵州省煤田地质局实验室20**年10月和20**年5月出具的纳雍勺窝乡长田煤矿28、31、32、35号煤层煤尘爆性鉴定报告：
28、31、32、34号煤层均无爆炸危险性。
28、31、32、；34号煤层自燃倾向等级为III类（不易自燃煤层）。
第三节井田境界及量一、井田境界
境界：
根据贵州省国土资源厅颁发的采矿许可证证号：
（520**000930207）,矿区范围拐点坐标如下表（表1-3-1）
表1-3-1矿区范围拐点坐标
拐点
X
Y
A
2961260
35527360
B
2961540
35528870
C
2962080
35528880
D
2962200
35527710
准采标高：
+1800〜+1400m，面积S=0.9772km2
其形状呈一四边形，近东西向，东西长约1.26km，南北宽约0.8km，井田面积约1.01km2。
二、储量
根据贵州省有色地质勘查局物化探总队20**年8月提交的《贵州省纳雍县长田煤矿资源储量核实报告》的计算，长田煤矿主釆煤层探明B+C+D+E级地质储量为702.87万t。
矿山名称
煤层号
331
332
333
334?
采空区（122b）
保有资源量
纳雍长田煤矿
C28
2.57
54.6
72.46
36.66
129.63
C31
6.25
53.78
101.41
51.15
212.59
C32
22.10
169.30
191.4
C34
14.59
118.00
132.59
合计
8.82
108.38
210.56
375.11
702.87
矿井设计可采储量
可采储量=（702.87-94.33）×采区回采率=608.54X0.8=486.83万吨
第四节矿井设计生产能力及服务年限一、矿井工作制度
根据《地方国营煤矿设计若干规定》，矿井设计年工作日数为330天。
日工作班数为3班，每班8小时，三釆三准；日净提升时间取15小时。
二、矿井设计生产能力的确定
根据纳雍县煤炭工业总体规划的要求，确定长田煤矿年生产能力为15万吨。
三、同时生产水平数
长田煤矿为设计年生产能力15万吨的小型矿井，本设计用1个釆区1个炮采工作面满足矿井年产量，矿井同时生产水平数为一个。
四、矿井服务年限
矿井服务年限=可采储量+（年生产能力X储量备用系数）
=486.83+（15X1.4）=23.2（年）。
第五节井田开拓
主斜井和主立井进风，副立井回风，运输大巷向南东方向掘进至井田走向中部时布置运输上山（下山），釆区上山与立井主斜井构成回风系统，由上山（下山）向井田两翼掘进工作面运输或回风顺槽至井田边界后掘进开切眼安装。
由于是分层逐层开釆，因此待釆完28号层后，再向下延伸主井和风井，见31号煤层后分别沿走向布置和回风大巷并在走向中部布置采区上山（下山），开采31号煤层，依次类推开采32和34号煤层。
目前回采工作面布置在28号煤层，水平标高为+1610m。
第六节采煤方法
一、采煤方法的选择
采煤方法为走向长壁采煤法（炮采工艺）釆煤方法采煤工作面设置采用炮采工艺。
（1）落煤方式：
煤电钻（ZMS-1.5型）打眼，放炮落煤。
（2）运输方式：
工作面崩落的煤炭由工作面刮板运输机转运输顺槽，用胶带运输机外运（首采面受现有巷道限制，釆用矿车运输）。
（3）支护方式：
工作面：
釆用配备DW18-30/100型单体液压支柱，支撑高度为1.1-1.80m，额定工作阻力的300KN/根（初撑力为75-100KN/根），选用HDJA-1000型金属铰接顶梁。
设计“三、四”排控顶，排距1.0m，柱距0.7m，最小控加强顶板支护，老顶坚硬难冒时可釆取强制放项措施，若底板吸水后易膨胀，支护时可在支护底部加垫板，防止支护插入底板。
放顶时为防止矸石窜入作业空间，在靠釆空区一侧设置挡矸帘。
釆面净空设计需满足采区通风要求。
回釆巷道：
运输、回风巷离工作面20m范围内采取加强支护的措施，沿巷道走向抬棚支护。
上下出口：
采用6m长8根（4组）矿用22kg/m工字钢，交错抬棚加强支护，并保持出口畅通。
（4）顶板管理：
采用全部陷落法管理顶板。
第二章矿井瓦斯参数
第一节概况
一、井田瓦斯、煤尘、自燃、煤与瓦斯突出及地温情况
1、瓦斯
根据贵州省能源局局20**年12月26日文件（黔能源煤炭[20**]498号）关于毕节市工业和能源委员会《关于请求审批毕节市20**年度煤矿瓦斯等级鉴定报告》的批复，长田煤矿绝对瓦斯涌出量64.22m3/min。
2、煤的自燃倾向及煤尘爆炸危险性
根据贵州省煤田地质局实验室20**年10月和20**年5月出具的纳雍县勺窝乡长田煤矿28、31、32、34号煤尘爆炸性鉴定报告：
28、31、32、34号煤层均无爆炸危险性，28、31、32、34号煤层自燃性向等级为III类（不易自燃煤层）。
3、地温
根据地质报告，本井田无地温异常现象，属于正常地温矿井。
二、煤层透气性系数及外号孔瓦斯流量衰减系数
本矿未有钻孔的瓦斯参数记录
三、采区瓦斯来源
1、采区瓦斯来源
采区瓦斯来源于回采工作面和掘进工作面、采空区。
2、回采工作面瓦斯来源
矿井现开釆28号煤层，28号煤层釆浅部区域基本被以前的小煤窑破坏，瓦斯来源除28号煤层瓦斯涌出外，相邻煤层亦有瓦斯涌向开采层工作面，影响范围内的煤层为下临近层31号煤层。
2矿井瓦斯抽放的必要性
根据国家煤矿安全监察局20**年颁布的《煤矿安全规程》第145条规定,如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min,无论井型大小,也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性,必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统.
《煤矿安全规程》,《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:
当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min,采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.
除此而外,为贯彻国家安全生产监督管理局”先抽后采,以风定产,监测监控”的安全生产方针,需建立了一个地面抽放瓦斯泵站为抽放瓦斯服务.
2.1矿井瓦斯涌出量预测结果
表2－1至表2-2煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果，由此可知，无论是当前生产时期、中期还是后期，长田煤矿属于高瓦斯矿井.
表2－1给出了回采工作面瓦斯涌出量预测（或鉴定）结果.瓦斯含量是根据32804工作面的瓦斯涌出统计,32804工作面煤样的吸附实验等确定的，长田煤矿将来进行这方面的实测工作。
表2－1回采工作面瓦斯涌出量预测（或鉴定）结果
生产时期
采区
煤厚（m）
瓦斯含量（m3/t）
日产量（t/d）
开采层瓦斯涌出量
（m3/t）
（m3/min）
当前时期
煤层
煤层
中期
煤层
煤层
后期
煤层
煤层
表2－2掘进工作面瓦斯涌出量预测结果
生产
时期
煤层
煤厚
（m）
瓦斯含量（m3/t）
巷长
（m）
掘进速度（m/月）
瓦斯涌出量（m3/min）
煤壁
落煤
合计
前期
中期
后期
备注：
⑴每个炮掘工作面掘进一条大巷，其瓦斯涌出量为这条大巷的煤壁瓦斯涌出量加上单头掘进落煤瓦斯涌出量；⑵每个炮掘工作面掘进煤量均为38t/d，瓦斯涌出量为：
初期2.40m3/min，中期2.40m3/min，后期2.40m3/min.
2.3瓦斯抽放的必要性
2.3.1相关法规的要求
按照《煤矿安全规程》规程的有关规定及”先抽后采,以风定产,监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统.
长田煤矿设计生产能力为15Mt/年,目前生产能力达到15Mt/年.从瓦斯涌出量预测结果，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达38.6m3/min,单纯靠通风系统来解决瓦斯困难.因此，必须采取瓦斯抽放治理。
2.3.2采掘工作面瓦斯治理的需要
《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:
当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.虽然,我矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量已经超过5m3/min.产量和瓦斯涌出量都有进一步增加的趋势.
采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是:
在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式（2－1）成立时,抽放瓦斯才是必要的.
（2－1）
…………………………………
式中:
Q0-采掘工作面设计风量,m3/s；
Q-采掘工作面瓦斯涌出量,m3/min；
K-瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5；
C-《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1.
3采掘工作面瓦斯抽放设计
3.2抽放瓦斯方法选择
长田煤矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担.因此,确定矿井抽放瓦斯的方法为开采煤层抽放（包括回采工作面和掘进工作面抽放）和采空区抽放等方式.
在28号煤层开采时，对回采工作面进行本煤层预抽、对掘进工作面进行瓦斯预抽放.选择的瓦斯抽放方法如下：
⑴.采用边采边抽相结合方式抽放回采工作面采空瓦斯；
⑵.掘进工作面采用边掘边抽方法抽放本煤层瓦斯;
⑶.采用高位钻孔抽放回采工作面及采空区瓦斯。
由于长田矿煤层没有自燃倾向性,可采用采空区抽放。
3.2.2掘进工作面瓦斯抽放
掘进工作面抽放瓦斯的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽放两种方式.长田煤矿掘进工作面瓦斯涌出量不大,采用边掘边抽方法.采用边掘边抽时,抽放钻孔布置方式如图3－2示.
抽放钻孔布置参数如下：
钻孔长度50-70m；
钻孔直径∮75mm；
相邻孔间夹角3°～5°；
钻场间距50m；
钻场内钻孔数3个；
封孔深度5m；
封孔方式聚胺脂封孔.
图3－2掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图
在煤巷掘进工作面后5m处的巷道一邦及对面各施工一个钻场，相距50m在巷道的一邦及对面个施工一各钻场钻场。
钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布置的要求,选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定.根据我矿的具体情况,每组钻场在煤巷交错5米布置,其规格为:
4×2×2m,采用锚杆支护.相邻两组钻场之间的间距为50m。
在每一钻场内,沿走向布置3个边掘边抽钻孔,即左,右钻场各三个,孔深60m左右。
掘进工作面先抽后掘就是在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔,每个循环6-9个钻孔,钻孔深度50-60m,每个循环间距40-50m,预计抽放时间为20天左右.钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m,2.5m和4m.钻孔布置的原则就是保证将钻孔布置在煤层内,钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度向上或下倾斜.当掘进工作面抽放钻孔数量较多时,为扩大钻孔覆盖范围,抽放钻孔应以巷道中线为基准,向周围煤体呈放散状排列,以提高抽放效果.
实际中,应根据现场实际监测参数对抽放钻孔的布置进行调整,以达到最好的抽放效果.。
3.2.1回采工作面本煤层预抽量预计
由于28号煤层的透气性好，采用边采边抽和采空区埋留管抽放、工作面上隅角抽放的方式.。
3.2.3矿井瓦斯抽放量预计
当矿井实施本层钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽等措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到3.57m3/min.按年抽放365天、日抽放24小时计算，矿井年最大年瓦斯抽放量可以达到1876392m3.
3.2.5抽放参数的确定
根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法,设计矿井的瓦斯抽放浓度为30%.设计掘进工作面的预抽（尽量不采用预抽）时间为20天,回采面的预抽时间大于3个月,回采面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔,当采煤工作面推进至该孔孔口附近时,拆除钻孔.瓦斯抽放实践证明,由于预抽煤体瓦斯,使煤体发生收缩变形,当煤体原来占据的空间体积相等时,煤体的收缩既使原有的裂隙加大,又可以产生新的裂隙.从而使煤层的透气性增加,提高瓦斯抽放效果.
3.3瓦斯抽放钻孔施工及设备
3.3.1钻机的选择
选择钻机需要考虑的因素包括:
1）.钻进深度;2）.转速范围;3）.给进,起拔能力;4）.液压系统;5）.
3.3.3钻孔封孔
抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔,人工水泥沙浆封孔和聚胺脂封孔等.在岩层中封孔长度不小于5m.在煤层中封孔长度不小于8m.
（1）检查封孔泵是否完好，封孔用的工具、配件等是否
齐全；
（2）检查抽放孔所需的抽放管是否齐全，长度是否达到要
求；
计算所需要的水泥量；
（4）封孔前用水或压风将孔内残存的岩屑清洗干净，然后放入抽放管，直接将井睛装水泥的袋子缠绕在抽放管上，送入钻孔内封住孔口；
（5）所有要封的孔封完后，清洗封孔泵。
（二）回采面采空区埋管抽放
在残余回釆面回风巷埋（留：
）抽放管，随着采场向上山方向推进，抽放管每隔30米设置一个三通接头及T型头，通过T型头管抽放瓦
考虑到长田煤矿的钻孔数量不大,没有必要购买价格昂贵的封孔泵或采用人工水泥沙浆封孔.因为使用水泥沙浆封孔,凝固时间长,对于倾斜钻孔不易充满.因此,应该使用人工聚胺脂封孔.
聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔.聚胺脂封孔采用卷缠药液与压注药液两种工艺方法.现主要应用卷缠药液法封孔,封孔深度一般为3-6m即可符合要求.
虽然聚胺脂封孔（见图3-4）的成本略高于水泥浆封孔,但聚胺脂封孔操作简单,省时省力,气密性好,抽放效果好,非常适用于我煤矿。
1—集气孔段;2—聚氨酯封孔段;3—水泥砂浆封孔段;4—套管
图3-4聚胺脂封孔示意图
3.3.4瓦斯抽放参数监测
采用孔板或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪对钻孔或采空区抽放管进行监测很有必要.除此之外,在抽放巷道口设瓦斯抽放监测传感器,对抽放管道的负压,瓦斯浓度,瓦斯流量,温度进行监测.井下抽放支管和地面主管都应装备管道监测系统,并将其尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统.
4瓦斯管网系统选择及设备选型
抽放方式
H庫
Hg
H»
EQ
K
C
n
Hs
Qs
Pa
Pa
Pa
mVmin
备用系数
浓度
机械效率
Pa
mVmin
髙负压
870.61
15000
400
1.28
1.2
40%
0.8
19524.73
4.8
低负压
1676.73
5000
400
2.29
1.2
25%
0.8
7076.73
13.74
4.1矿井瓦斯抽放设计参数
第三节抽放设备选型
一、瓦斯泵选型
1、设备选型
根据计算的瓦斯泵的H泵和Q泵，选择2BEA-203型水环式真空泵2台高负压抽放（一台工作、一台备用）），最大气量为25m3/min,吸入绝压28.3kpa，配45kw,380V/660V矿用防爆电动机。
选择2BEA-303型水环式真空泵2台低负压抽放（一台工作、一台备用），最大气量为58m3/min，吸入绝压48.5kpa，配90kw、380V/660V矿用防爆电动机。
2、管材选型
选用聚氯乙烯管（PVC管）作为抽放管路。
选用四川新明塑业有限公司生产的PVC矿用抗静电阻燃复合管。
根据煤矿的地质资料和矿井设计资料,长田煤矿的设计瓦斯抽放量按一台抽放泵同时服务一个回采工作面和两个掘进工作面,纯瓦斯抽放量取11.58m3/min（将来最大瓦斯抽放量）.瓦斯抽放浓度按30%计算.
高负压管路
类型
主管长度（m）
内经（mm）
压力MPa
主管
550
150
0.6-0.8
支管
800
100
0.6-0.8
低负压管路
主管
550
150
0.6-0.8
支管
950
100
0.6-0.8
在选择瓦斯抽放管路系统时,主要根据抽放泵站位置,开拓巷道布置,管路安装条件等进行确定.
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