采煤工作面瓦斯抽放设计.docx

1、采煤工作面瓦斯抽放设计矿井瓦斯防治设计 题 目： 矿井瓦斯防治设计 姓 名： 学 号： 专业班级： 10安全本科（一）班 指导教师： 毕节学院矿业工程学院第一章 工作面概况1.1采区位置范围、地质条件 2201采煤工作面位于矿井二水平一采区M2煤层，是一采区M2煤层第一个回采工作面，位于回风斜井东南翼+1500m标高，其上部是M2煤层的采空区，下部煤层尚未开采，工作面尽头是矿井边界，停采线是回风斜井保护煤柱线。 表一 工作面位置及井上下关系表 水平名称二水平采区名称一采区地面标高1600米井下标高15001515米地面的相对位置采面距地表垂高为10085，对应地表为一缓坡。回采对地面设施的影响

2、地面无建筑物、水体、交通设施。井下位置及相邻关系其上部是原采空区，其右侧为井田边界，其下部为实体煤，其左侧为回风斜井。走向长度(m)240倾斜长度(m)160面积(m2)38400本工作面设计开采煤层为M2层煤，通过掘进期间的地质资料显示，该工作面地质条件较简单，煤层变化不大，煤层厚度在1.51.7m之间，具体情况如表二、表三所示。表二 煤层情况表 煤厚(m)1.51.7煤层结构简单煤层倾角（度）7左右开采煤层M2煤层煤 种无烟煤稳定程度稳定煤层情况描述该工作面M2煤层层位位于二叠系龙潭组，煤层沉积稳定，结构单一，地层产状平缓，煤层品种为无烟煤，硬度中硬，多见块状，半亮、低硫、低灰无烟煤。表三

3、 煤层顶底板情况表 顶、底板名称岩石名称厚度m特 征基本顶砂岩15较坚固，易支护，为一般稳定顶板直接顶砂质页岩5伪顶粉质泥岩0.2较破碎，随回柱易冒落直接底泥质砂岩1.8遇水易底鼓老底粉砂质页岩10较坚固，为较稳定底板图1：工作面地层综合柱状图1.2地质构造与水文地质情况1.2.1、断层情况以及对回采的影响 该地层产状平缓，煤层沉积稳定，无地质构造变动情况，对回采无影响。1.2.2、褶曲情况以及对回采的影响 本采面无褶曲构造。1.2.3、其他因素对回采的影响（陷落柱、火成岩等） 本区无其他地质构造影响。1.2.4、水文地质情况 （1）、涌水量： 预计该工作面正常涌水量为5m3/h，最大涌水量为

4、10m3/min。 （2）、含水层（顶部和底部）分析： 区域内岩层主要为碎屑岩，其次为峨眉山玄武岩。碎屑岩分布面积较大，主要为二叠系上统龙潭组砂岩、粉砂岩、粘土岩。碎屑岩靠近地表风化作用较强烈，风化裂隙较发育，含风化裂隙水。发育构造裂隙地段，含构造裂隙水，碎屑岩区地下水运动受地形、地貌、岩性、构造控制，富水性总体较弱，主要依靠大气降水补给，受地势影响，多数不产生深部径流循环。各含水层对本工作面的开采没有太大的影响。 （3）、其它水源的分析： 其它水源主要有：1、大气降水补给为主要补给水源；2、地表水渗入补给；3、采空区积水、断层水。1.3煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数2010年2月，煤炭科学研究院

5、沈阳研究所对我矿M2、M4煤层进行了煤与瓦斯突出危险性鉴定，鉴定结果是：无煤与瓦斯突出危险性，该矿M2煤层瓦斯涌出量预计为3.12m3/min左右，工作面瓦斯含量在5.28m3/t左右，瓦斯压力在0.3MPa左右。2号煤层透气性系数0.08（m2/MPa2.d) ，抽采时间3个月以上，孔口抽放负压保持在13KPa以上。1.4采区和工作面巷道布置通风方式及风量 矿井采用中央并列抽出式通风方式，由主斜井、副斜井进风，专用回风斜井回风。主要通风机型号为FBCDZN017，电机额定功率：2110kw，额定负压 12002900Pa；额定风量26.870m3/S；主轴额定转数980r/min；叶片可调角

6、度045。采煤工作面采用“U”型负压通风方式，掘进工作面采用211kw局部通风机压入式供风，风筒直径600mm。2201回采工作面采用矿井全负压通风，计划分配风量750m3/min，风流路线由2201运输巷进风，2201回风巷回风，经2201 回风巷道的回风上山进入矿井总回风巷道。 图1：采煤工作面平面布置图第二章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证2.1煤层瓦斯储量计算本工作面设计开采煤层为M2层煤，通过掘进期间的地质资料显示，该工作面地质条件较简单，煤层变化不大，煤层厚度在1.51.7m之间，M2煤层瓦斯涌出量预计为3.12m3/min左右，煤层瓦斯含量在5.28m3/t左右，瓦斯压力在0.

7、3MPa左右，煤的密度为1.7t/m3。根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算： 式中 矿井瓦斯储量，Mm3；W1可采煤层的瓦斯储量（Mm3）；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（Mm3）；W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量（Mm3），实测或按式A1i矿井可采煤层i的资源量（Mt）；X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量（m3/t）；A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的资源量（Mt）；X2i受采动影响后向

8、开采空间排放的不可采煤层i的瓦斯含量（m3/t）；K围岩瓦斯储量系数，可取0.050.20；当围岩瓦斯很小时，可取W3=0；若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。 M2号煤层瓦斯储量M2=240m160m1.6m1.7t/m35.28m3/t=55.1510-2Mm3。最后得到，M2煤层瓦斯总储量W=M2=55.1510-2Mm32.2抽放必要性可行性论证2.2.1 瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。2.2.1.1 规定根据煤矿安全规程第145条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第4.1.14.1.3条规定：有下列情况之一

9、的矿井，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：1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3/min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。该矿M2煤层瓦斯涌出量预计为3.12m/min左右，工作面瓦斯含量在5.28m/min左右，瓦斯压力在0.3MPa

10、左右。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。 据供风量为750m/min，工作面瓦斯浓度按0.35计算风排瓦斯量Cp=QC=7500.35/100=2.26m/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为3.12m/min，如不可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超过0.35，尚需抽放瓦斯量q-=3.12-2.26=0.86m3/min，工作面瓦斯浓度才能维持0.35。2.2.1.2 通风处理瓦斯量核定当一个矿井、采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时，就要抽放瓦斯，即： （12） q矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min； 通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m3/min

11、； v通风巷道（或工作面）允许的最大风速，m/s； S通风巷道（或工作面）断面积，m2；C煤矿安全规程允许的风流中的瓦斯浓度，%；K瓦斯涌出不均衡系数，取值为1.21.7。q= 0.35m3/min故应该对煤层进行瓦斯抽放。2.2.2 瓦斯抽放的可行性开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性，一般来说，其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数；二为钻孔瓦斯流量衰减系数，按和判定开采层瓦斯抽放可行性的标准，如表1所示。表4 煤层瓦斯抽放难易程度分类表 抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（）(d-1)煤层透气性系数（）(m2/MPa2.d)容易抽放10可以抽放0.0030.050.

12、110较难抽放0.050.12号煤层透气性系数0.08（m2/MPa2.d) 如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。瓦斯抽采是必要的。2.3 工作面可抽瓦斯量及可抽期2.3.1瓦斯抽放率 根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准煤矿瓦斯抽采基本指标AQ 1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽

13、放规范第8.6.3条规定：瓦斯抽出率：预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标第4.2条进行选取。在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围

14、内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。每月底按式（10）计算矿井月平均瓦斯抽采率。 （10）式中 矿井月平均瓦斯抽采率，%；矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；矿井月平均风排瓦斯量，m3/min工作面回采期间，在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置，每周测定工作面瓦斯抽采量（含移动抽采）。每月底按式（11）计算工作面月平均瓦斯抽采率。 （11）式中 工作面月平均瓦斯抽采率，%；回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；工作面月平均风排瓦斯量，m3/min=1000.86m3/min/（0.86m3/min+2.26 m3/min）=27.5641%2.3.2可抽放瓦斯总量计算

15、根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.2条规定可按下列公式计算：WcWK （4.0.21）KK1K 2K 3 （4.0.22）K1K4（My-MC）/ My （4.0.23）式中 Wc可抽瓦斯量（Mm3 ）；K可抽系数；K1瓦斯涌出程度系数；K2负压抽采时的抽采作用系数，可取1.2；K3矿井瓦斯抽采率（%）。按目前我国的抽采技术水平，预抽煤层瓦斯时，可取25%35%；抽采上下邻近层瓦斯时，可取35%45%；K4煤层瓦斯排放率，可根据 矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006）中的规定选取；当采高大于4.5m时，K4按式（D.4）计算。 式中： hi第i邻近层与开采层

16、垂直距离； M工作面采高 L工作面长度 K4=80%My煤层原始瓦斯含量（5.28m 3 /t）；MC运到地面煤的残余瓦斯含量（m 3 /t），取4。K1K4（My-MC）/ My My=0.8(5.28-4)/5.28=01939 KK1K 2K 3 =0.19391.20.3=0.069804所以，可抽瓦斯量Wc=55.1510-2Mm30.069804=38.510-3Mm32.3.3 年抽采量和可抽期根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.4条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第5.3.5都规定：矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。矿井设计

17、瓦斯年抽采量可按下式计算：QN=1440365Q/1000000 （4.0.6）式中 QN矿井设计瓦斯年抽采量（Mm3）；Q矿井设计瓦斯抽采规模（m3/min）。QN=14403650.68/1000000 =44.08710-2Mm3则可抽期T=0.5515/0.44087=1.25年第三章 煤层瓦斯抽放方法设计3.1抽放方法的比较和选择3.1.1一般规定根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第5.1.1条规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：(1)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可

18、设专用抽放瓦斯巷道；(2)适应煤层的赋存条件及开采技术条件；(3)有利于提高瓦斯抽放率；(4)抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；(5)尽量采用综合抽放；(6)抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般

19、情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。一套抽放瓦斯系统难以满足要求。3.1.2抽放方法选择根据上面建立的抽放瓦斯的必要性指标和可行性指标，依据规程、规范的规定论述采用矿井集中抽放瓦斯系统或地面钻孔抽放瓦斯系统，还是采用井下移动式抽放瓦斯系统。瓦斯抽放方法及各方法的抽放率详见AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范附录B。3.1.2.1本煤层瓦斯抽放方法未卸压煤层进行预抽，煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类。煤层透气性较好，容易抽放的煤层，宜采用本层预抽方法，可采用顺层或穿层布孔

20、方式。煤层透气性较差，采用分层开采的厚煤层，可利用先采分层的卸压作用抽放未采分层的瓦斯。单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽放。煤与瓦斯突出危险严重煤层，应选择穿层网格布孔方式。煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。3.1.2.2邻近层瓦斯抽放方法通常采用从开采层回风巷(或回风副巷)向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯的方法。当邻近层瓦斯涌出量大时，可采用顶（底）板瓦斯巷道（高抽巷）抽放。当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可在工作面回风侧沿开采层顶板布置迎面水平长钻孔（高位钻孔）抽放上邻近层瓦斯。

21、3.1.2.3采空区瓦斯抽放方法老采空区应选用全封闭式抽放方法。现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶(底)板钻孔法，有煤柱及无煤柱垂直及斜交钻孔法，插(埋)管法等抽放方法，并应采取措施，提高抽放瓦斯浓度。开采容易自燃或自燃煤层的采空区，必须经常检测抽放管路中CO浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发火征兆时，必须采取防止煤自燃的措施。3.1.2.4其它情况。煤与瓦斯突出矿井开采保护层时，必须同时抽放被保护煤层的瓦斯。埋藏浅、瓦斯含量高的厚煤层或煤层群，有条件时，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、抽放卸压邻近层瓦斯或抽放采空区瓦斯的方法。对矿井瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层赋存条

22、件复杂的矿井，应采用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。表5 瓦斯抽放类型、方法、适用条件抽放分类抽放方式适用条件工作面抽放率 %开采层抽放未卸压抽放岩巷揭煤和煤巷掘进预抽由岩巷向煤层大穿层钻孔；煤巷工作面打超前钻孔高突出危险煤层、高瓦斯煤层10301030采区大面积预抽由开采层机巷、风巷或煤门等打上向、下向顺层钻孔由预抽时间的高瓦斯煤层、突出危险煤层1030由岩巷、石门、邻近层煤巷等向开采层打穿层钻孔属“勉强抽放煤层”10，个别超过50地面钻孔高瓦斯“容易抽放”煤层，埋深较浅10密封开采层巷道高瓦斯“容易抽放”厚煤层10卸压抽放边掘边抽由煤巷两侧或岩巷向煤层周围打防护钻孔高瓦斯煤层、突出煤层1

23、0边采边抽由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区打钻高瓦斯煤层1020由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层打穿层或顺层钻孔高瓦斯煤层1020水力割缝、松动爆破水力压裂（预抽）由开采层机巷、风巷等打顺层钻孔；由岩巷或地面打钻孔高瓦斯“难以抽放”煤层203030邻近层抽放卸压抽放开采层工作面推过后抽放上、下邻近层瓦斯由开采层机巷、风巷、中巷等向邻近层打钻邻近层瓦斯涌出量大、影响开采层安全时3060由开采层机巷、风巷、中巷等向采空区方向打斜交钻孔3060由煤门打沿邻近层钻孔3060在邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大、钻孔的通过能力满足不了抽放要求时3060从地面打钻孔地面打钻优于井下时

24、1540采空区抽放开采层工作面推过后抽放采空区瓦斯密封采空区插管抽放无自燃危险或采用防火措施时15现采采空区设密闭墙或采空区打钻抽放15综合抽放多种抽放方式相组合采用单一的抽放方式效果较差时，应采用该种抽放方式4080围岩瓦斯抽放由岩巷两侧或正前方向溶洞或裂隙带打钻、密闭岩石巷道抽放、封堵岩巷喷瓦斯区并插管抽放围岩有瓦斯喷出危险，瓦斯涌出量大或有溶洞，裂隙带储存高压瓦斯时根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件，我们最终选择顺层钻孔抽采，因为顺层钻孔抽采的适用条件是：单一煤层；煤层透气性较小但应有抽放可能；煤层赋存条件稳定，地质变化小；钻孔要提前打好，有较长的预抽时间；突出危险煤层（密集钻孔），而我

25、们要设计的煤层就是煤层透气性较小但应有抽放可能，煤层赋存条件稳定，地质变化小。图2：回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图3.2抽放钻孔参数确定3.2.1钻场及钻孔布置根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第7.4条，钻场钻孔布置应按照以下要求：钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔，保证抽放效果；尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场；对开采层未卸压抽放，除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外，应尽量增大钻孔的见煤长度；邻近层卸压抽放，应将钻孔打在采煤工作面顶板冒落后所形成的裂隙带内，并避开冒落带；强化抽放布孔方式除考虑应取得好的抽放效果外，还应考虑措施施工方便；边

26、采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎，避免采动首先破坏孔口或钻场；钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理；穿层钻孔终孔位置，应在穿过煤层顶(底)板0.5m处。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.4条，预抽煤层瓦斯的钻孔量：当采用顺层孔煤层15-20m；可以抽放煤层10-15m；较难抽放煤层8-l0m。3.2.2钻场（钻孔）的间距3.2.2.1开采层抽放钻孔布置 沿倾斜布孔,以钻场和钻孔工作面水平所成的角度来划分，有上向孔、下向孔、水平孔三种形式。三种形式的优缺点：（1）下向式钻孔瓦斯流量较大，可以加速排放瓦斯，但下向孔中易积水，打钻施工困难。（2）上向式钻孔不会积水，瓦斯涌出量较均

27、衡，但在相同条件下比下向孔略小。（3）水平孔处于两者之间。沿走向布孔的间距，决定于抽放瓦斯的影响范围，即抽放半径B，而影响范围的大小与煤质、瓦斯等诸因素有关。3.2.2.2邻近层抽放钻孔间距决定钻孔间距主要是根据钻孔的抽放影响范围。在一定条件下，上邻近层的影响范围要大些，下邻近层要小些，远距离邻近层要大些。 抽放影响距离L，它是随开采层工作面的推移，瓦斯量逐渐增加，当达到最大值后又逐渐下降，直至恢复到原来的水平，此时钻孔至回采工作面的距离为“抽放影响距离”。有效抽放距离L1，当满足下列条件，工作面推过钻孔的距离称为“有效抽放距离”。（1）钻孔抽出的瓦斯浓度不应小于30%。（2）回采工作面回风流

28、中的瓦斯可以维持在允许限度之内。（3）钻孔瓦斯流量不应小于一个常数，一般小到0.30.5m3/min以下时，即不再抽放。可抽距离L2，钻孔能够抽出瓦斯是在回采工作面采过钻孔一定距离后才开始的，这个距离称为“可抽距离”。钻孔的可抽距离，为设计布置采区内第一个抽放钻场位置提供了依据，而钻孔的有效抽放距离，决定着工作面的钻场个数。 钻场间距 M=K（L1-L2） （1-81） 式中：K 抽放不均衡系数。见下表。表6 钻孔间距参数层间距(m)有效抽放距离L1(m)可抽距离L2(m)K合理孔距(m)上邻近层1020304060803050406050706080801001001201020152520302535354545550.80.80.90.90.90.9162420282736324142505060下邻近层10203040802545355545607090110130101515202025303530600.80.90.90.90.9122418322341365054833.2.3钻孔角度的确定3.2.3.1. 本煤层抽放钻孔角度计算（表7）图示公式符号注释垂直煤层走向钻孔1.2.煤层倾角，（