21902采煤工作面开采解放层设计方案.docx

1、21902采煤工作面开采解放层设计方案21902采煤工作面开采解放层设计方案第一章 工作面基本情况概况第一节 概述工作面位置：19层材料巷及-548皮带大巷西南侧。四邻关系：北东部为19层材料巷及-548皮带大巷；北西部为未采区；西南部为未采区（古河流冲刷带）；东南部为11910回采工作面。井下标高： -586.24（开切眼）-529.34m（回风顺槽）。地面为湖龙村及柳亭村水、旱田地。工作面西南端地表为珲春河南河堤及珲春河河床。地面标高：27.420.5m。第二节 煤层情况工作面煤层走向北东、倾向北西，倾角50/3。煤层厚度2.501.00/1.56m。工作面中部至北东端煤层较厚，西南端煤层

2、变薄，开切眼附近煤层遭遇古河流冲蚀。第三节 地质构造一、褶曲：该工作面北东部为一小型背斜构造，致使煤层倾角变化较大。二、断层：21902工作面北东部，在工作面中间包有DF28断层，该断层在19层回风巷、-548皮带大巷、21902回风顺槽均有揭露。该断层走向北6990东，倾向北西，倾角4955，落差038m。回采时受影响，需要进行改造，否则无法开采。三、古河流冲刷带：开切眼揭露的古河流冲蚀对煤层起到了一定的破坏作用，导致煤层变薄、顶板岩性改变；在冲刷后期再沉积过程中，砂岩中沉积有煤线，后期又遭受构造挤压，致使层面间层间滑动强烈。四、挤压裂缝：21902回风顺槽掘送过程中，在停采线至0402钻孔

3、之间的巷道煤层中，揭露了一条长近百米、高0.501.80m构造挤压裂缝（隙），里面存有瓦斯较大。第四节 水文地质一、珲春河：该工作面可采部分是在珲春河河床下开采。该工作面井下标高：-529.34m，地面标高：20.50m，珲春河水体与巷道的垂高为549.84m，防水安全煤岩柱依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程计算（岩石性质为中硬）：M11910工作面最大开采厚度2.00m；冒落带高度：Hm(100M)/(4.7M+19)2.2(1002.00)/(4.72.0019)2.29.24m；导水裂缝带高度：Hli20(M)+10202.001038.28m；防水安全煤岩柱保护层厚

4、度：A(M)/2.00/12.00m；Hb6A62.0012.00m；H理（理论冒落带，裂隙带高度）=HliHb=38.2812.0050.28m；基岩风化带深度据吉林省珲春市珲春煤田板石区勘探（精查）报告取最大值为60m。防水安全煤岩柱垂高为H理+基岩风化带深度=50.28+60.00=110.28m。回采煤层顶底板均为弱含水岩层，在工作面与珲春河水体（第四系冲积层水）区间，且存有 (下部)隔水层组及隔水层组。经分析，珲春河水体（第四系冲积层水）对21902回采工作面不存在水害隐患。二、断层水：工作面揭露的FD28断层，为不含（导）水断层。三、钻孔：0402钻孔在本工作面内，终孔深度901.

5、05m，全孔封闭，封孔质量可靠。四、古河流冲刷带：靠回风顺槽一侧古河流冲蚀较重，煤厚1.0m，被冲蚀0.3m；开切眼中部至运输顺槽煤层直接顶遭到冲蚀。古河流冲刷带岩性为石英砂岩，分选不好，含水较丰富，巷道顶板淋水较大。五、11910空区积水：11910工作面2011年10月中旬投产，至今已开采近5个月，据推算：11910工作面回采时涌水量平均为2m3/h，（包括人为涌水；诸如综采架子乳化液、机组冷却水等），目前该空区存有积水7200m3,积水上限580m，最低积水点566.98m（开切眼下出口），水头高度8.98m。六、涌水量：回采期间工作面涌水量0.303.00 m3/h。第五节 其它一、受

6、地质构造（褶曲、断层、构造挤压：层间滑动、挤压裂缝）影响，采场围岩的完整性遭到破坏，特别是开切眼古河流冲刷带处顶板岩层易产生离层冒落；工作面回采生产过程中，要特别引起注意。二、由于该工作面具有埋深大（瓦斯运移阻力大；地应力大致使围岩透气性降低，均易于瓦斯储存）、断裂构造少（减少瓦斯排放通道，利与瓦斯保存）、挤压构造发育（动力变质作用引起煤的化学变化）、20号煤层老顶是储气性能良好的巨厚层砂岩等特点，这些都是瓦斯增大的不利因素，工作面要确保通风正常。三、工作面回采过程中，若出现水文地质情况异常现象（空区涌水增大、顶板、煤壁涌水增大，或出现其它不明水体），应马上向调度室汇报，情况紧急时应马上撤人。

7、四、11910空区积水对21902开采无影响，但综合考虑该区域的地质条件及20号煤层与其的生产关系，11910空区积水宜在21902工作面开采前探放。五、21902工作面回采后，地面沉陷有导致河床及河堤变形，致使河床内（外）局部形成塌陷积水坑、河堤防洪能力下降的可能。第二章 瓦斯参数及抽放必要性第一节 设计基础条件一、瓦斯参数 根据煤炭科学研究总院沈阳研究院在2009年鉴定的板石煤矿19、20煤层瓦斯基础参数测定与工作面瓦斯治理技术中板石煤矿煤层瓦斯含量5.58m3/t，二、工作面风量情况现初采期间21902工作面风量为800m/min，考虑工作面初期来压后瓦斯涌出量加大，在将工作面风量调整到

8、1200m/min。第二节 板石煤矿瓦斯抽放的必要性与可行性根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定的第14条规定 “煤与瓦斯突出矿井及高瓦斯矿井必须建立地面固定瓦斯抽采系统”。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。一、瓦斯抽放的必要性1、相关法规的要求按照煤矿瓦斯抽采达标暂行规定的第14条规定 “煤与瓦斯突出矿井及高瓦斯矿井必须建立地面固定瓦斯抽采系统”。2、采煤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

9、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。板石煤矿21902采煤工作面，在回采期间为预防瓦斯超限，将瓦斯浓度控制1%以下，减轻矿井通风压力，必须建立瓦斯抽放系统。二、瓦斯抽放的可行性19层煤瓦斯抽放的可行性论证：19层煤层瓦斯抽放的可行性指煤层在天然透气性的条件下进行预抽的可行性，一般来说，衡量指标有三个：一为煤层透气性系数（），二为自然瓦斯涌出量衰减系数（），三为百米钻孔瓦斯极限涌出量（Qbj）。根据上述指标将煤层预抽瓦斯的难易程度进行分类，板石

10、煤矿19层煤瓦斯抽放难易程度评价结果见表1。表1 板石煤矿19号煤层瓦斯抽放难易程度评价表煤层钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）19号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1）煤层透气性系数（m2/MPa2d）19号煤层煤层透气性系数（m2/MPa2d）难易程度190.00310容易抽放0.003-0.050.03-0.0410-0.10.16可以抽放0.050.1较难抽放从表1可以看出，19层煤属于可以抽放煤层，21902采煤工作面具备抽放可行性。第三节 编制本设计方案的依据一、煤矿安全规程2011版二、煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006）三、矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006）四

11、、煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）五、煤矿瓦斯抽采工程设计规范（GB50471-2008）六、煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ2029-2007）七、采空区瓦斯抽采监控技术规范（MT1035-2007）八、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定安监总煤装2011163号九、珲矿公司治理采面瓦斯和防治火暂行规定珲矿通字201283号十、关于严格加强采煤工作面瓦斯管理的通知珲板安字201223号十一、煤炭科学研究总院沈阳研究院鉴定板石煤矿19、20煤层瓦斯基础参数测定与工作面瓦斯治理技术第三章 工作面通风系统与监控系统建设情况第一节 21902采煤工作面通风系统一、采煤工作面风量计算1、按

12、瓦斯涌出量计算： Q=100qK=10051.5=750 m3/minQ采煤工作面实际需要风量100单位瓦斯涌出量，回风流瓦斯浓度不超过1%的换算值；Q采煤工作面的平均绝对瓦斯涌出量，参照同一煤层11910采煤工作面的绝对瓦斯涌出量的最大值，取5m3/min；K采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.5 。2、按工作面温度计算：Q=60VS=601.56.6=594m3/minV采煤工作面平均风速，取1.5m/s;S采煤工作面平均断面积，取6.6m2。表2采煤工作面空气温度与风速对应表采煤工作面空气温度t()工作面风速V（m/s）煤层厚度1.5m煤层厚1.53.5m150.30.40.30.515

13、180.50.70.50.818200.80.90.81.020231.01.21.01.323261.51.71.51.826282.02.22.02.53、按工作面同时作业人数计算：Q=4N=440 =160 m3/minQ采煤工作面实际需要风量；4每人每分钟不低于4m3 的配风量； N工作面同时作业最多人数，取40人。4、按风速进行计算按最低风速进行验算，采煤工作面最低风量：Qmin=600.25S =99m3/min按最高风速进行验算，采煤工作面最高风量：Qmax=604S =1584 m3/min根据上述计算结果，确定采煤工作面实际需要风量为1000 m3/min。初采期间工作面风量

14、配800 m3/min，工作面正常生产后在将风量调整到1000 m3/min。二、通风路线新风:副井-480车场暗副井-548皮带运输巷21902下顺21902工作面乏风:21902工作面21902回风顺槽19层回风巷暗风井-575回风巷-430总回风风立井地面。附图1 21902采煤工作面通风系统图第二节 21902采煤工作面瓦斯监测系统一、21902采煤工作面甲烷传感器布置：1、21902采煤工作面共布置6台甲烷传感器，上隅角、采煤工作面、采煤工作面回风巷中部、采煤工作面回风巷、回风顺槽钻场、回风顺槽卡轨车。2、在工作面上隅角安设一台甲烷传感器, 报警值：1.0% CH4,断电值：1.5%

15、 CH4，复电值：1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽的全部非本质安全型电气设备。3、在采煤工作面安设一台甲烷传感器，安设在距离上出口10米位置，报警值：1.0% CH4,断电值：1.5% CH4，复电值：1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。4、在采煤工作面回风巷中部安设一台甲烷传感器，报警值：1.0% CH4,断电值：1.0% CH4，复电值：1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。5、在采煤工作面回风巷出口10-15 m处安设一台甲烷传感器，报警值：1.0% CH4,断电值：1.0% CH4，复电值：1.0%

16、 CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。6、在回风顺槽施工中的钻场安设一台甲烷传感器；报警值：1.0% CH4,断电值：1.0% CH4，复电值：1.0% CH4；断电范围：11910回风顺槽钻场及回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。7、在回风顺槽卡轨车处安设一台瓦斯传感器；报警值：1.0% CH4,断电值：1.0% CH4，复电值：1.0% CH4；断电范围：卡轨车电源及回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。8、采煤机设置便携式甲烷检测报警仪，报警值：CH41.0%。 二、监测监控分站板石煤矿装备KJ19综合监控系统，监测分站安设位置选定在21902下顺。三、监测监控

17、系统安装、使用规定1、安全监控设备之间必须专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话电线和动力电缆等共用。2、监控分站设置在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道中，安设时应垫支架，使其距巷道底板不小于300mm。3、安全监控设备的供电电源必须取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。4、监控分站设有备用电源，备用电源必须保证2小时供电要求。5、甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm。6、监测系统必须由抽采区派专人进行维护，确保系统的灵敏可靠。7、按规程规定每10天测试一次甲烷超限断电实验。8、当工作面瓦斯超限时，自动切断工作面内全部非本

18、安型电器设备电源，当各测点瓦斯浓度达到1%以下时，方可人工对连锁开关送电，严禁连锁开关自动恢复送电。附图2 21902采煤工作面监控系统布置图附图3 21902采煤工作面断电控制图第四章 瓦斯治理方案设计第一节 采煤工作面瓦斯涌出量预测21902工作面为单一中厚煤层开采。预计瓦斯涌出主要来源：一是本煤层瓦斯在落煤过程中涌出，约占30%；二是采空区及邻近层瓦斯通过顶底板裂隙涌出，约占60-70%。19煤层透气性系数为0.16 m2/MPa2d，属于可以抽放煤层； 19煤层钻孔自然瓦斯涌出量衰减系数在0.03-0.04d-1之间，根据2010年7月进行的全井瓦斯等级鉴定结果，19#煤层工作面瓦斯涌

19、出量4.58m3/t, 邻近层瓦斯涌出量2.79 m3/t , 因21902采煤工作面与11910采煤工作面同属同一煤层，根据11910瓦斯涌出量来预测21902瓦斯涌出量。11910工作面平均风排量：（13000.6）/100=7.8m3/min11910工作面瓦斯抽放量：509760/（246030）=11.8m3/min11910工作面瓦斯绝对涌出量：7.8 +11.8=19.6m3/min 根据煤矿安全规程第145条规定、安监总煤装2011163号“关于印发煤矿瓦斯抽采达标暂行规定的通知”文件精神，结合板石煤矿11910采面绝对瓦斯涌出量实测，预测21902采面绝对瓦斯涌出量在20-3

20、0m3/min之间,预测21902采面本煤层瓦斯在落煤过程中涌出量约占总量的35%，21902采面仅采用风排、高位钻场抽放和尾巷埋管抽放的治理瓦斯方法，不能满足目前的开采强度。根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定第五章第二十七条瓦斯规定：“工作面日产煤量在1001-2500t,可解吸瓦斯量应7（m3/t）”,板石煤矿21902采面计划月产量6万t，日产量为2000t，根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定可解吸瓦斯量现场实测及公式计算，21902采面采用高位钻孔、尾巷浮抽等综合治理方式后，煤的可解吸瓦斯量为8.124（m3/t），超过瓦斯抽采达标标准，因此21902采面必须进行本煤层预抽，需通过预抽将本煤层瓦斯

21、可解吸量降至7（m3/t）以下，方可判定工作面瓦斯抽采效果达标，即21902采煤工作面需采用高位钻孔、尾巷浮抽、本煤层预抽等几种综合方式治理工作面瓦斯。第二节 21902采煤工作面瓦斯抽放方案根据11910工作面瓦斯涌出情况，21902须进行采前预抽，并在初采期间（前50m）分别在15 m 和35m位置施工防扇钻，进行近距离短孔抽放，防止初采期间，工作面瓦斯扇出；并进行“高位钻孔抽放卸压带瓦斯”、“尾巷埋管抽采上隅角瓦斯”和采前本煤层预抽四种瓦斯治理方式。一、采前预抽1、21902工作面19#煤层与20#煤层瓦斯预抽按三个步骤施工。一是在21902上顺距工作面50米位置开始往外到369米之间，

22、施工上顺本煤层高压注水钻孔，通过高压泵向钻孔内注高压水将煤体压裂，产生局部卸压区，增加煤层的透气性，提高瓦斯抽放率，同时降低了工作面回采期间的产尘量。钻场之间间距为5米，至105米处（19#煤与20#煤层间距1520米之间）将钻场间距调整到8米。二是在上顺距工作面50米至369米之间，预抽钻孔与注水钻孔间隔施工，钻场之间间距为5米，至105米处（19#煤与20#煤层间距1520米之间）将钻场间距调整到8米。抽放钻孔用4吋软笼连接至气水分离器，通过21902上顺瓦斯抽放管路连接至地面瓦斯抽放泵抽采本煤层瓦斯。三是在21902上顺距工作面50米处开始施工20层预抽钻孔，施工到105米处结束，因距工

23、作面前105米与20层层间距小于15米，考虑到采面初压步距一般在20米左右，所以钻孔终孔位置控制在距工作面20米，钻孔间距为5米。施工到105米后，19#煤与20#煤层间距大于15米，且暂缓20层预抽孔，需要时在进行补孔。施工20层预抽孔与19层注水、预抽孔均在同一个钻场内依次施工。2、21902上顺施工19#煤层注水、预抽钻孔、20#煤层预抽钻孔（1）21902上顺高压注水钻孔施工技术要求钻孔布置：钻场间距为5米，施工到105米后钻场间距调整到8米，钻孔布置自21902上顺工作面往外50m开始施工至距工作面369米之间，采用单排平行沿层钻孔，钻孔平行煤层倾向。在距工作面50米到105米处，注

24、水钻孔间距10m；在距工作面105米至369米处，注水钻孔间距16m。钻孔俯角与煤层倾角一致（钻孔布置详见附图）。1）孔径：113mm2）孔长：170m3）封孔长度：高压封孔长度定为810m，静压封孔长度不小于5m。4）钻孔长度、仰角、夹角参数见附表3。表3 21902上顺高压注水钻孔参数表钻孔地点夹角(。)俯角(。)孔长（m）钻孔直径（mm）上顺槽90-61701135）注水量：以钻孔周围煤壁渗水后作为高压注水结束的标志，而后改为静压注水，每个钻孔注水量为45m3。6）注水压力：为1216MPa。正常注水压力应控制在8MPa以上。如果泵的注水压力低于煤体上覆岩层的压力，必须调高泵的注水压力，

25、达到使煤体能注入水为准，并保证流量不低于30L/min。7）注水时间：每孔一般不小于12小时，注水时间以工作面煤壁压裂出水为原则。高压注水结束后改为静压注水，保持煤体湿润至开采结束。8）施工设备钻机使用MKD-5S(3200N.M动力头)煤矿用全液压钻机，钻杆使用74mm*1.0m螺旋钻杆，使用113mm三翼钻头，高压注水使用BRW315/31.5型煤矿乳化液泵，注水高压管路使用综采工作面输乳化液管路，封孔器使用增强型橡胶注水封孔器，高压注水封口采用PD-3型封孔剂，管路采用3吋冷拔无缝厚壁钢管，管路与封孔器采用高压u型卡连接。（2）21902上顺预抽钻孔施工技术要求钻孔布置：钻场间距为5米，

26、施工到105米后钻场间距调整到8米，钻孔布置自21902上顺工作面往外55m开始，钻孔平行煤层倾向，钻孔俯角与煤层倾角一致，在距工作面50米到105米处，抽放钻孔间距10m；在距工作面105米至369米处，抽放钻孔间距为16m(钻孔布置详见附图）。1）孔径：113mm2）孔长：170m3）封孔长度：封孔长度不小于4m。4）钻孔封孔：钻孔采用聚氨脂封孔胶封孔。5）钻孔长度、仰角、夹角参数见附表4。表4 21902上顺预抽钻孔参数表钻孔地点夹角(。)俯角(。)孔长（m）钻孔直径（mm）上顺槽90-61701136）施工设备钻机使用MKD-5S(3200N.M动力头)煤矿用全液压钻机，钻杆使用74m

27、m*1.0m螺旋钻杆，使用113mm三翼钻头，封孔采用聚氨脂封孔胶。（3）21902上顺施工20层预抽钻孔钻孔布置：钻场间距为5米，钻孔布置自21902上顺工作面往外50m开始至105米处（共12个钻孔），钻孔与顺槽夹角为45，终孔位置控制在距工作面20米左右（见表5）、(钻孔布置详见附图）。1）孔径：113mm2）孔长： 47121m（钻孔设计米数施工完，仍未见到20#煤层时继续向前施工，直到打到20#煤底板为止。）3）封孔长度：封孔长度不小于4m。4）钻孔封孔：钻孔采用聚氨脂封孔胶封孔。5）钻孔长度、仰角、夹角参数见附表5。表5 21902上顺施工20层预抽孔参数表钻孔编号夹角(。)俯角(

28、。)孔长（m）钻孔直径（mm）1 45-24471132 45-20531133 45-17601134 45-15661135 45-13731136 45-12801137 45-10871138 45-9941139 45-810111310 45-810711311 45-711411312 45-61211136）施工设备钻机使用MKD-5S(3200N.M动力头)煤矿用全液压钻机，钻杆使用74mm*1.0m螺旋钻杆，使用113mm三翼钻头，封孔采用聚氨脂封孔胶。附图4 21902本煤层预抽注水、抽放钻孔布置图二、初采期防扇钻孔抽放根据21902工作面瓦斯涌出情况，初采期间（前50m

29、）分别在据工作面15m和35m位置施工防扇钻，进行近距离短孔抽放，防止初采期间，工作面瓦斯扇出。钻孔长度、仰角、夹角参数见表6表6 11912工作面1#防扇钻（距工作面15米）钻孔编号走向角度()倾向角度()走向长度(m)倾向长度(m)终孔垂高(m) 钻孔长度(m) 钻孔夹角()钻孔仰角()155150 916.80.027.22551512 920.338.419.23551524 928.757.811.24551536 939.167.26.711912工作面2#防扇钻（距工作面50米）钻孔编号走向角度()倾向角度()走向长度(m)倾向长度(m)终孔垂高(m) 钻孔长度(m) 钻孔夹角()钻孔仰角()155500 950.00.05.32555012 1552.113.410.63555024 1555.925.58.84555036 1561.835.57.0三、高位钻孔抽放1、高位钻孔布置方式：（1）在钻场内向采空区方向呈扇形打8个高位钻孔，钻孔要求打在工作面上部裂隙带内，封孔后抽放采空区瓦斯。