九里山矿15051工作面顶板岩巷抽放设计方案.docx
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九里山矿15051工作面顶板岩巷抽放设计方案
九里山矿15051工作面顶板岩巷抽放
设计方案
焦作煤业（集团）公司科研所
焦作煤业（集团）公司九里山矿
二〇〇五年九月
九里山矿15051工作面顶板岩巷抽放设计方案
1.工作面概况
九里山矿15采区位于矿井东翼，为一水平下山采区，走向长度1150～1600m，倾斜宽度750m，共有6个区段，煤层平均厚度5.2m，倾角10～12˚。
15051工作面位于15采区东翼，煤层顶板标高-310.8～-356.3m，设计走向长度784m，倾斜长度124m。
工作面布置示意图见图1。
揭煤时实测煤层瓦斯含量22.05m3/t，压力0.86MPa，瓦斯吸附常数a=41.83m3/t.r、b=0.984Pa-1，硬度f=0.16。
该工作面上部15011工作面井下标高-265～-304m，揭煤期间实测煤层瓦斯压力1.314MPa，瓦斯含量Wo=31m3/t.r；其下部15071车场揭煤工作面标高-368.49m，实测煤层瓦斯压力1.64MPa，瓦斯含量Wo=33.15m3/t.r。
推算15051工作面瓦斯压力应在1.5MPa左右，瓦斯含量32m3/t.r。
15051工作面直接顶为砂岩，厚度11.5m，老顶为粉砂岩，浅灰色，厚层状、细中粒砂岩，硅质胶结，厚度3.76～5.7m，伪底为炭质泥岩，厚度0.28m，直接底为粉砂岩，厚度9.5m，煤层厚度6.3m，倾角11˚。
煤层柱状图见图2。
2.顶板岩巷及抽放钻孔布置方案
顶板岩巷布置钻孔抽放煤层瓦斯技术方案，即通过在距煤层顶板一定距离的岩层中，超前回采巷道布置一条或数条岩石巷道，在该巷道内预先施工抽放钻孔，对回采巷道掘进影响范围内及回采工作面内
图1.15051工作面巷道布置示意图
图2.15采区煤层柱状图
煤体进行抽放。
通过预先抽放，消除或降低回采巷道掘进期间影响区域内的煤与瓦斯突出危险性，增加工作面内煤体瓦斯的有效抽放时间，从而进一步达到有效降低回采期间煤体瓦斯涌出，消除突出危险的目的。
相对而言，该方式进行抽放钻孔的施工，更易达到全面控制回采区域煤层，提高瓦斯抽放效果的目的。
同时，利用对回采巷道掘进范围内的瓦斯提前预抽，可提前解除或降低掘进工作面的突出危险性，对于进一步加快煤巷掘进速度有着重要的作用。
2.1顶板岩巷布置位置的确定
研究顶板岩巷预抽煤层瓦斯技术，应根据煤层顶板岩性及采动影响范围合理布置巷道层位。
一方面应尽量减少抽放钻孔的岩巷工程量，另一方面充分利用顶板岩巷的作用，实现回采过程中的采空区高位抽放和巷道低负压抽放，降低采空区瓦斯涌出，提高瓦斯资源的利用率。
随着回采工作面的推进，煤层顶板岩层发生相对的运动，在一定范围内形成垮落带、裂隙带和缓沉带，顶板岩巷的布置，应充分考虑到顶板岩层不同应力带的存在。
通过对回采工作面高位抽放孔的初步考察认为，在工作面上部10～20m之间裂隙明显发育，透气性增加，该区域处于裂隙带。
九里山矿15051工作面煤层直接顶为厚度11m左右的砂岩，结合以上考察认为，顶板岩巷应布置在直接顶内距煤层顶板8～10m的位置。
为充分利用顶板岩巷进行工作面煤层瓦斯的提前预抽，在尽量减少岩巷工程量的前提下，将该巷道布置在工作面中部，以利用该巷道对上下区域内的煤层瓦斯进行抽放。
根据15051工作面的设计，共需布置顶板岩巷长度850m，巷道规格采用宽3.0m，高1.2m的半圆拱巷道。
2.2顶板岩巷抽放钻孔的布置
在顶板岩层巷道内，分别向回采工作面设计区域内施工抽放钻孔，钻孔终孔点分别控制工作面上下风道以外4m，以及工作面区域内的煤体。
为便于布置抽放钻孔，沿走向每50m向巷道左帮布置一个钻场，钻场规格4×4m，其内分别沿走向向工作面中部布置钻孔。
根据顶板岩巷布置位置的不同，分别设计如图3、图4所示。
方案共需布置钻场17个，岩巷长度68m。
2.2.1工程及资金预算
根据方案一设计，施工顶板岩层巷道及抽放钻场，共需掘进岩巷918m，按照岩巷掘进成本3000元/米计算，共需掘进费用275.4万元。
顶板岩巷内施工抽放钻孔，按照间距5m布置，共需施工1700个，共计钻孔长度453.7m×184=83491m，按照岩孔施工费用25元/米计算，费用合计208.702万元。
每个钻场施工抽放钻孔50个，共计850个，孔深1728.85m×17=29390.45m，按照岩孔施工费用25元/米计算，费用合计73.476万元。
各钻孔布置参数见表1。
按照本方案合计需要岩巷施工费用275.4万元，钻孔施工费用282.172万元。
实际增加费用557.572万元。
按照15051工作面的煤层储量43.2万吨计算，吨煤约需增加防突费用12.91元。
表1（方案1）钻场内措施钻孔布置参数表
孔号
倾角
与中线夹角
孔长m
孔号
倾角
与中线夹角
孔长m
孔号
倾角
与中线夹角
孔长m
1
7°11′
19°03′
51.2
18
18°36′
25°25′
44.4
35
29°33′
10°02′
21
2
8°42′
13°37′
50
19
18°52′
31°06′
46.9
36
30°14′
24°10′
22.8
3
10°11′
7°59′
49.2
20
19°13′
36°15′
49.9
37
29°19′
35°56′
25.5
4
11°32′
2°01′
49
21
10°27′
30°34′
33.1
38
28°28′
44°50′
28.9
5
12°50′
3°42′
49.3
22
13°17′
22°36′
31.2
39
26°57′
51°43′
32.6
6
13°58′
9°31′
50.2
23
16°05′
13°32′
30
40
25°50′
57°03′
36.8
7
14°44′
15°12′
51.4
24
18°31′
3°45′
29.6
41
16°57′
64°11′
19.2
8
15°39′
20°27′
53.2
25
20°32′
20°33′
30.1
42
25°35′
55°29′
15.7
9
16°08′
25°25′
55.3
26
21°53′
16°01′
31.4
43
37°04′
40°07′
13.1
10
16°41′
30°03′
57.9
27
22°19′
24°59′
33.4
44
47°42′
12°22′
12.2
11
8°30′
23°44′
42
28
22°47′
32°35′
36
45
49°45′
21°32′
13.3
12
10°28′
17°23′
40.5
29
22°31′
39°10′
39.1
46
44°51′
45°14′
16
13
12°24′
10°41′
39.6
30
22°22′
44°45′
42.6
47
38°46′
58°27′
19.6
14
14°08′
4°33′
39.3
31
13°21′
42°36′
25.1
48
34°41′
65°55′
23.8
15
15°44′
6°00′
39.7
32
17°59′
32°55′
22.5
49
31°06′
70°39′
28.2
16
17°
12°29′
40.7
33
22°50′
20°36′
20.9
50
28°42′
73°55′
32.9
17
17°45′
19°15′
42.3
34
26°57′
5°43′
20.3
表2（方案2）钻场内措施钻孔布置参数表
孔号
与中线夹角
倾角
孔长m
孔号
与中线夹角
倾角
孔长m
孔号
与中线夹角
倾角
孔长m
1
4°25´
70°47´
49.02
21
6°45´
71°19´
32.68
41
65°32´
43°26´
26.99
2
0°15´
88°55´
49.5
22
12°23´
54°39´
34.34
42
72°47´
35°49´
32.12
3
3°48´
71°58´
50.21
23
25°22´
44°23´
37.23
43
76°28´
31°33´
36.96
4
7°01´
55°35´
51.33
24
34°52´
36°38´
41.16
44
79°24´
27°51´
43.43
5
14°53´
45°19´
53.35
25
41°51´
32°16´
45.08
45
81°44´
24°44´
52.04
6
21°19´
37°26´
56.2
26
49°04´
28°27´
50.57
46
90°
48°28´
11.65
7
26°40´
32°58´
59.16
27
56°03´
25°14´
58.18
47
90°
56°43´
13.46
8
32°52´
29°02´
63.48
28
12°47´
69°31´
23.05
48
90°
64°25´
16
9
39°47´
25°43´
69.74
29
0°44´
88°50´
23.97
49
90°
71°13´
19.45
10
5°40´
70°23´
39.74
30
11°02´
70°58´
25.34
50
90°
76°58´
23.99
11
0°19´
88°53´
40.3
31
19°52´
54°10´
27.41
51
90°
65°31´
47.17
12
4°52´
71°39´
41.16
32
37°57´
43°55´
30.94
52
90°
67°46´
58.48
13
8°58´
55°08´
42.51
33
48°53´
36°13´
35.53
53
90°
69°35´
72.47
14
18°49´
44°52´
44.9
34
55°50´
31°54´
39.99
54
90°
71°05´
89.69
15
26°35´
37°04´
48.23
35
62°12´
28°09´
46.06
55
90°
72°19´
110.8
16
32°46´
32°37´
51.63
36
67°45´
24°59´
54.28
17
39°38´
28°44´
56.51
37
32°37´
69°03´
17.56
18
46°52´
25°28´
63.44
38
2°05´
88°49´
18.71
19
7°52´
69°57´
30.9
39
28°46´
70°36´
20.41
20
0°27´
88°52´
31.61
40
45°31´
53°39´
22.89
图3.15051工作面顶板岩巷及抽放钻孔布置示意图（方案1）
图4.15051工作面顶板岩巷及抽放钻孔布置示意图（方案2）
根据方案二设计，施工顶板岩层巷道及抽放钻场工程量与方案一基本相同，共需掘进费用275.4万元。
顶板岩巷内施工抽放钻孔，按照间距5m布置，共需施工1700个，共计钻孔长度463.12m×184=85214m，按照岩孔施工费用25元/米计算，费用合计213.035万元。
每个钻场施工抽放钻孔45个，共计765个，孔深1869.84m×17=31787.28m，按照岩孔施工费用25元/米计算，费用合计79.468万元。
各钻孔布置参数见表2。
按照方案二合计需要岩巷施工费用275.4万元，钻孔施工费用292.503万元。
实际增加费用567.903万元。
按照15051工作面的煤层储量43.2万吨计算，吨煤约需增加防突费用13.15元。
2.2.2方案比较
方案1与方案2相比较，虽然钻孔工程量基本相同，但按照方案二布置岩巷，在对工作面内的煤体进行抽放的同时，还可以向工作面上隅角附近施工高位抽放钻孔进行采空区抽放，其钻孔工程量明显少于方案一。
两种方案的见表3所示。
表3.顶板岩巷抽放钻孔布置方案对比
项目
方案一
方案二
钻孔数
2550
2465
岩巷工程量m
986
986
岩孔工程量m
112881
117001
吨煤成本元
12.91
13.15
3．顶板岩巷的利用
顶板岩巷的施工，一方面可以利用进行工作面掘进巷道范围内的煤体瓦斯抽放，提前降低或消除煤与瓦斯突出危险，另一方面则可以通过抽放钻孔对工作面内的瓦斯进行提前预抽和边采边抽。
在工作面回采期间，通过顶板岩巷施工高位抽放钻孔，更有利于对采空区进行瓦斯抽放，在顶板岩巷与采空区裂隙带沟通后，可以利用巷道进行密闭，实现巷道低负压抽放采空区瓦斯。
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