1207工作面瓦斯综合治理方案3

1一、工作面概况1207综采面位于1号煤中，该煤层位于山西组上部，煤层稳定可采，黑色，玻璃光泽，块状结构，裂隙发育，厚度1.33～1.95米，平均厚1.61米，一般中下部含一层夹石,煤层倾角：3.0°～8.0°。煤层顶板为砂质泥岩、泥岩，底板为砂质泥岩、泥岩，岩石硬度f＝6。距1上煤间距2.82-9.42米，平均6.26米。根据1207综采面地质资料，充水因素主要为K8砂岩至1号煤顶板砂岩裂隙水，但该含水层裂隙不发育，补给条件差，预计对回采施工无影响。工作面走向长1500米，倾斜宽160米，采高1.6米，走向长壁后退式采煤方法，U+L型通风方式，全部冒落法管理顶板。综合机械化一次采全高，预计最大日产量为1800t/d。二、工作面瓦斯赋存情况根据《山西金晖万峰煤矿有限公司兼并重组矿井1号煤层瓦斯涌出量预测报告》：瓦斯放散初速度△P：3煤的坚固性系数：f＝0.50煤的孔隙率：7.35％煤层对瓦斯的吸附性：吸附常数a＝26.934m3/t，b＝0.341Mpa-1煤层透气性系数为1.62～3.785㎡/Mpa2.d,钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0031～0.04995d-1，煤层透气性较好，属于可以抽采煤层。三、瓦斯涌出量预测根据矿井1#煤层瓦斯等值线图，1207工作面瓦斯含量为10～12m3/t，从安全生产的角度考虑，可采用煤层瓦斯含量最大值来预测矿井瓦斯涌出量，即取瓦斯含量12m3/t来预测1207工作面的瓦斯涌出量，1号煤层残存2瓦斯含量取2.5m3/t。回采时工作面瓦斯来源主要有两个部分：一个是工作面本煤层煤壁及采落煤炭的瓦斯涌出,根据公式)(/03211cWWmMkkkq式中：q1—开采层相对瓦斯涌出量；k1—围岩瓦斯涌出系数，全部陷落法管理顶板，取1.3；k2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率（95%）的倒数计算，1.05；k3—准备巷道预排瓦斯对开采层影响系数，k3=(L–2h)/L，L为回采工作面长度，h为掘进巷道瓦斯预排等值宽度,取18m，k3=0.78；M——煤层开采厚度，m，取1.6；m——工作面采高，m，取1.6；Wo——煤层原始瓦斯含量，m3/t，取12；Wc——煤层残存瓦斯含量，m3/t，取2.5。代入计算，回采面本煤层相对瓦斯涌出量为q1=10.11m3/t。另一部分是邻近层的瓦斯涌出，在煤层回采时处在采动影响范围内的邻近层瓦斯释放出来，并涌入采空区，最后以采空区瓦斯涌出形式进入工作面回采空间，对工作面构成直接影响的主要是上邻近层1上煤层。根据公式iiciiMmWWq/)(02式中q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；mi——第i个邻近层煤层厚度，m；取0.8M——工作面采高，m；取1.6Woi——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3/t；取12Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t。取2.5ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，%；当邻近层处于冒落带中时，取ηi=1。代入计算，上邻近层1上煤层相对瓦斯涌出量为q2=4.75m3/t,其中各邻3近层结果见下表:表1邻近煤层相对瓦斯涌出量计算结果汇总表邻近层上邻近层下邻近层合计1上煤2煤2下煤3上煤3煤平均厚度(m)0.80.530.500.400.25距离（m）6.267.539.4123.4127.31排放率10.650.580.320.25涌出量(m3/t)4.752.051.720.760.379.65经计算，邻近层的相对瓦斯涌出量为9.65m3/t。按照日产1800t最大产量进行计算，早班检修，中、夜班生产，且最大瓦斯涌出量集中在中、夜班，经计算本煤层瓦斯涌出量为18.96m3/min，邻近层瓦斯涌出量为11.83m3/min，因此工作面最大瓦斯涌出量预计为30.79m3/min。表2相邻采面瓦斯涌出量及相关指标汇总表采面煤厚m面长m倾向长m通风方式瓦斯涌出量ｍ３／min11031.61601480U型25（实测）12031.6160980U型28（实测）12071.61601560U+L型30.8（预测）备注表中瓦斯涌出量指采面正常生产期间相对稳定的最大的月均瓦斯涌出量四、顶底板岩性分析煤层顶板为砂质泥岩、泥岩，平均厚度2.58m，间接顶为砂质泥岩、泥岩，平均厚度3.07m，1上煤顶板（老顶）为中细砂岩，底板为砂质泥岩、泥岩，岩石硬度f＝6。距1上煤（厚0.60～1.1m）间距2.82-9.42米，平均6.26米。4直接底为黑色砂质泥岩，厚6.03m。顶板冒落带、裂隙带高度计算:方法一：根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，最大冒落带高度计算公式为：Hm=100ΣM/(4.7ΣM+19)+2.2最大裂隙带高度计算公式为：Hli=100ΣM/(1.6ΣM+3.6)+5.6或Hli=20ΣM1/2+10式中ΣM为累计采高，1号煤采高按1.6米计算，则冒落带最大高度为8.23米，裂隙带最大高度为31.6～35.3米。方法二：我国煤炭开采总结的回采后冒落带和裂隙带的经验公式，对于岩石抗压强度在200×105～400×105Pa的砂质页岩、泥质砂岩、页岩等5在工作面回采后冒落带最大高度计算公式为:H1=(3～4)M裂隙带最大高度计算公式：H2=100M/(3.3n+3.8)+5.1式中：M为采高，按1号煤层采高1.6m计算，n为煤分层层数，根据上述公式计算可得冒落带最大高度为6.4m,裂隙带最大高度为27.6m。因此，根据以上计算，可得冒落带最大高度为6.4～8.23米裂隙带最大高度为27.6～35.3米三、抽采设计1、抽采钻孔设计（1）本煤层顺层钻孔预抽1、抽采钻孔设计根据万峰煤矿煤层透气性系数较好以及1103、1203综采抽采经验，扬长避短，本工作面采用本煤层预抽、定向高位钻孔抽放、低位钻场高位钻孔抽放瓦斯等多种方法混合抽放。（1）顺层交叉钻孔预抽工作面回采前在1207进、回风顺槽自距切眼距离15米处向外开始施工顺层钻孔，钻孔间距为5米，钻孔深度85米，两顺槽钻孔相交形成交叉钻孔对本煤层进行预抽，地质构造及瓦斯异常地段适当缩小钻孔间距。当钻孔中部塌孔时交叉钻孔不受影响，可以继续抽采保证抽采效果，为防止边掘边抽对预抽孔造成影响，采用聚氨酯封孔，钻孔封孔长度12m。钻孔角6度与煤层倾角一致，并根据现场施工见煤实际情况进行适当调整，使钻孔尽量布置在煤层中。表3本煤层顺层钻孔施工参数设计表地点里程（m）钻孔编号与巷道中心线夹角（。）倾角（。）设计长度（m）开孔高度(m)钻孔直径(mm)封孔长度(m)钻孔间距(m)1207进风10～5601～11080-685194125565～1400111～27780+2851941251207回风10～6001～11880-585194125605～1400119～27780+485194125备注：煤层倾角可根据实际施工钻孔见煤情况进行适当调整，所有钻孔必须按要求施工到设计长度才能停钻，因其它原因打不到设计长度的必须进行补孔。根据1109综采工作面本煤层预抽经验，预计1207工作面回采期间抽采量可达到4m3/min。η顺层=Q顺层÷Q涌出×100%=4÷30.8=13.0%（2）顶板定向钻孔抽采①钻场钻场规格宽9m、深5m、高3.2m，采用锚网梁支护，锚杆采用Φ20mm，长度2.4m,锚杆间距800mm。在钻场内做水窝，水窝规格长1.0m、宽0.5m、深0.5m，作为钻机施工排水的沉淀池。②钻孔布置钻孔开孔高度距底板1.0米，以10°仰角施工9米后，开始分支孔施工，35米后变平与巷道平行，覆盖工作面44米，钻孔深度495～497米（具体钻孔布置见表3）。表3定向顶板钻孔施工参数表7孔号12345678备注平10高10平15高14平20高16平25高18平30高20平35高22平40高24平45高28说明：钻孔直径为94mm，钻孔使用套管封孔，封孔长度为9米。平：指钻孔与工作面回风巷下帮水平距离。高：指钻孔与煤层顶板垂直距离。根据1109综采工作面回采期间的瓦斯治理经验，顶板孔单孔流量在0.5～1.5m3/min，预计抽采量可达到4m3/min。η=Q顶板÷Q涌出×100%=4÷30.8=13.0%（3）尾巷高位钻孔抽采在尾巷左帮布置高位钻孔，钻孔斜向工作面方向和巷道中线夹角75°，钻孔孔径94mm，钻孔终孔位置距下巷平距15米，终孔高度16米，钻孔间距10米，初采30米内间距为5米，封孔时使用花管保护1上煤段，直径89mm封孔管水泥注浆封孔，封孔段长度8米。表4尾巷顶板钻孔施工参数表平角仰角钻孔深度备注75°19º11′48.7米平15高16根据1109综采工作面回采期间的瓦斯治理经验，顶板孔单孔流量在1.0m3/min，随工作面推进，当钻孔滞后工作面50米时进行拆除，启用后续钻孔，保持5个钻孔长期抽采，因采空区内部跨落充分，钻孔末端位置相对工作面靠后，有利抽放浓度提高，预计单孔抽放量将保持在1m3/min，预计抽采量可达到5m3/min。η=Q顶板÷Q涌出×100%=5÷30.8=16.2%（4）采空区埋管抽采在尾巷布置抽放管，当工作面推进至下一个埋管口三通处，将埋在采空区里的前一埋管段控制阀门关闭，打开下一循环的埋管口阀门，以此达到利用埋管不断抽放采空区的瓦斯的目的。埋管抽放负压一般控制在3～85kPa。预计平均抽采浓度在6%，抽采混量60m3/min，抽采纯量3.6m3/min。η=Q顶板÷Q涌出×100%=6÷30.8=11.7%2、瓦斯抽采补充措施当定向高位孔抽因过断层等原因造成塌孔抽放效果不理想，瓦斯抽放量不能达到预期效果时，采取低位钻场高位钻孔抽放采空区瓦斯。钻孔布置：每个钻场布置8个钻孔，钻场内布置两组高位钻孔，分为上下两层进行布置，孔间距0.5m，孔深95-105m（具体钻孔布置见表1）；钻孔终孔覆盖范围距回风巷平面距离为38m，钻孔终孔间平面距离为4m，后续钻场钻孔覆盖前面钻场钻孔，搭接长度30米，当前面钻场钻孔抽采效果下降时，后面钻场钻孔接替持续抽采。根据1109地质条件及1103高位钻孔观测数据，裂隙带中下部钻孔抽放量及浓度较佳，所以将终孔位置定于煤层顶板16～20m处。具体参数见下表：表5高位钻孔参数表孔号水平夹角倾角钻孔长度备注20-15°46′9°26′96.99平10高1020-27°55′10°29′97.77平14高1220-310°3′11°34′98.70平18高1420-412°9′12°36′99.81平22高1620-514°13′13°37′101.07平26高1820-616°15′14°34′102.52平30高2020-718°14′15°30′104.04平34高2220-820°11′16°22′105.69平38高2419-15°46′9°17′95.11平10高10919-27°55′10°25′95.88平14高1219-310°3′11°31′96.81平18高1419-412°9′12°35′97.89平22高1619-514°13′13°37′99.14平26高1819-616°15′14°36′100.55平30高2019-718°14′15°32′102.07平34高2219-820°11′16°26′103.75平38高24根据1103综采工作面、1203综采工作面回采期间的瓦斯治理经验，低位钻场顶板孔单孔流量在0.5～1.0m3/min，预计抽采量可达到3m3/min。η=Q顶板÷Q涌出×100%=3÷30.8=9.74%四、抽采系统设计1、抽采效果预计表5各种抽放方法抽放量及抽放率预计表抽放方法抽放量抽采率支管路分管路抽放泵站顶板长钻孔4m3/min13.0%回风巷Φ315Φ560地面1#泵站本煤层抽采4m3/min13.0%回风巷Φ315Φ560地面1#泵站尾巷高位钻孔5m3/min16.2%尾巷Φ200Φ560地面1#泵站采空区埋管抽采3.6m3/min11.7%尾巷Φ450Φ560地面3#泵站合计16.6m3/min53.9%2、抽放瓦斯管管径计算根据工作面的瓦斯涌出量预