综采工作面瓦斯综合治理方案(终稿)

采煤工作面瓦斯综合治理方案一、采煤工作面概况1、工作面情况采煤工作面为Ⅲ52采区左翼第四个工作面，左至Ⅲ54采区5煤层火成岩侵蚀边界，右至FⅢ02断层，上阶段Ⅲ526工作面已收作，下阶段尚未施工。里段上覆4煤层已回采完毕。该工作面走向长760m，倾斜宽200m，工作面标高为-346m～-406m。工作面计划于2014年1月中下旬开始回采，采高2.8米，开采储量56.6万吨，平均日产3000吨，最高4000吨。2、地质构造及煤层赋存情况该工作面煤层为5煤层，层位属二叠系下统下石盒子组，根据钻孔及巷道揭露的煤层资料分析，该面煤层结构简单，煤层赋存较稳定，煤层厚度在2.1～3.1m，平均2.8m，煤层倾角3°～12°。其煤种牌号属瘦煤，其宏观煤岩类型为半亮型。采煤工作面综合地层柱状图（1：200）绘制如下：采煤工作面综合地层柱状图时代厚度（米）柱状图（1：200）岩性描述二叠系下统石盒子组9～116～82.32.5～5.81.4～3.02.83.0～6.82.9～6.54～53煤层：岩浆岩与残留天然焦砂质泥岩4煤层采空区泥岩,灰～深灰色，块状，含植物叶片化石5煤层灰黑色泥岩，含植物根茎化石，含少量砂质砂岩,细～中粒，浅灰色，块状，近垂直裂面有方解石细脉，局部含有0.1m的煤线铝质泥岩，有滑感，贝壳状断口，下部含菱铁鲕子Ⅲ528工作面综合地层柱状图1.1～3.72.53.51.1～3.72.5灰色细粒，厚层状，具水平层理泥岩，灰～深灰色，块状，中间夹薄层砂岩，局部含煤线4.05.02.9～3.23.0泥岩，灰色，块状该面5煤层直接顶板为深灰色泥岩厚1.1m～3.7m，往上为4煤层（已回采完毕），厚2.3m，4煤层与上覆3煤层间距6m～8m，岩性为深灰色泥岩或砂质泥岩，其上为3煤层岩浆岩和残留天然焦，厚度为9m～11m。5煤层直接底板为泥岩，灰黑色含植物根茎化石，厚度3.1m～4.8m，含有少量砂质。其下为灰白色细～中粒砂岩，厚度2.9-6.5m。附顶、底板岩石力学性质表如下：顶底板岩石力学性质表单位：Kg/cm2岩石名称抗压强度抗拉强度普氏系数砂岩700～900307～9砂质泥岩520284～5泥岩324243～4二、工作面瓦斯涌出情况及来源分析采煤工作面瓦斯涌出主要来源于上覆未开采的四煤层、采空区、煤壁和采落煤。根据现场实测和监控系统显示数据，采煤机巷、切眼、风巷掘进期间，机巷、切眼平均瓦斯涌出量为0.6m3/min，最大绝对瓦斯涌出量为1.2m3/min，风巷平均瓦斯涌出量为0.3m3/min，最大绝对瓦斯涌出量为0.6m3/min。由于工作面外段450米上覆四煤受岩浆侵蚀没有回采，工作面回采的过程中由于采动压力影响，上覆四煤可能跨落，导致四煤·方法来保证工作面的安全回采。1、工作面相对瓦斯涌出量预测⑴计算各煤层煤的瓦斯含量四煤：根据《朱庄煤矿煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》，该地质单元内四煤的瓦斯含量随埋深的回归方程是：X=-0.0177H-1.316（H取-362米）∴X0=-0.0177×（-362）-1.316=5.091m3/t五煤：根据《朱庄煤矿煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》，该地质单元内五煤的瓦斯含量随埋深的回归方程是：X=-0.0058H+2.8272（H取-372米）∴X0=-0.0058×（-372）+2.8272=4.985m3/t⑵本煤层瓦斯涌出量计算q本=k1k2k3m/M(X0-Xc)q本——本煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；m——开采层厚度，m，取2.8m；M——工作面采高，m；取2.8m；k1——围岩瓦斯涌出系数，一般取1.2；k2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，取回采率的倒数,即1/工作面回采率；k3——工作面预排瓦斯影响系数，k3=（L-xb）/L；式中L工作面长度，200m；b巷道宽度，3.4m；x预排系数，x=3～4。X0、Xc——本煤层的原始、残存瓦斯含量，m3/t。⑶临近层瓦斯涌出量计算Xci)-(X0iiηn1iMmiq邻式中：mi——上、下邻近层第i层煤的厚度，四煤煤层均厚为2.3m；M——开采层采高，2.8m；X0i——第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t；Xci——第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；ηi——上、下邻近层第i煤层瓦斯排放率，五煤层与四煤层平均间距10m，取40%。⑷围岩瓦斯涌出量计算根据回采经验，工作面围岩无瓦斯涌出现象。⑸计算煤的残余瓦斯含量四煤残余瓦斯含量：0.1b10.1abXc100MadAd1000.31Mad11γπ式中：XC——煤在标准状态大气压下的残存瓦斯含量；m3/ta,b——吸附常数；a=33.22ml/g,b=1.7706MPa-1P——标准大气压，0.1Mpa；Ad——煤的灰分，%；（15.73）Mad——煤的水分，%；（2.43）π——煤的孔隙率,m3/m3;(0.1042)γ——煤的容重，t/m3(1.4)代入式中得：7706.10.117706.133.220.1Xc10043.273.1510043.231.0114.11024.0=4.9971×0.8184×0.5704+0.0731=2.41m3/t五煤残余瓦斯含量：0.1b10.1abXc100100MadAdMad31.011式中：XC——煤在标准状态大气压下的残存瓦斯含量，m3/t；a,b——吸附常数，a=29.67ml/g、b=1.5896MPa-1；P——标准大气压，0.1Mpa；Ad——煤的灰分，%；（11.35）Mad——煤的水分，%；（1.18）π——煤的孔隙率,m3/m3;(0.1185)γ——煤的容重，t/m3。(1.4)代入式中得：1.58960.111.589629.670.1Xc10018.135.1110018.131.0114.11185.0=2.867×0.8747×0.7322+0.085=1.99m3/t2、工作面瓦斯涌出量预计（1）工作面相对瓦斯涌出量预计根据公式q=q本+q邻q——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；q本——本煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；q邻——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；q本=k1k2k3m/M(X0-Xc)1.2×1/0.95×(203-3×3.4)/203×2.8×(4.985-1.99)/2.8=3.61(m3/t)q邻=Mm×ηi×(Xoi-Xci)=0.85(m3/t)q=q本+q邻=3.61+0.85=4.46(m3/t)（2）工作面绝对瓦斯涌出量预计6024TqQ式中：Q——回采工作面瓦斯绝对涌出量,（m3/min）;T——回采工作面日产量,（t），取4000t；q——回采工作面的相对瓦斯涌出量，（m3/t）。∴Q=4.46×4000/24×60=12.4m3/min三、抽采系统设计1、抽采方法及钻场、钻孔设计根据Ⅲ52采区的采煤工作面瓦斯赋存状况及瓦斯涌出量预测分析，结合矿井瓦斯抽放经验及上区段Ⅲ526工作面回采期间瓦斯治理经验，采煤工作面采用斜交钻孔配合高位钻孔及老塘埋管抽放的抽放方法。（1）钻孔抽放设计工作面里段四煤已经回采,计划距工作面50米施工第一组高位钻场，其余钻场采用平钻场设计，结合我矿钻机能力和瓦斯抽放效果综合考虑，钻场间距以不超过65m为宜，目前风巷施工平钻场12个，高位钻场一个。利用高位钻孔抽放瓦斯，既可抽放积聚在五煤采空区顶板裂隙带的大量瓦斯，又可以抽放上覆四煤通过裂隙或垮落后涌入采空区的瓦斯，确保采煤工作面采空区上隅角及回风流的瓦斯浓度不超限。高位钻场尺寸为长5.8m×宽3.5m×高2m，钻场内布置6个钻孔，采用高低孔相结合的方式布孔，布置形式主要为“三高三低”，孔径为108mm,相邻钻孔之间水平投影压茬距离不小于30米，确保工作面里段推进过程中始终有钻孔控制。1#钻场施工参数见表二。表二：采煤工作面高位钻孔设计施工参数钻场编号钻孔编号钻场距切眼的距离/m夹角（°）仰角β（°）孔深/m平距X/m法距/m1165左17.0°735152左53.9°7310103左98.3°7415174左135.2°7520125左1610.1°7625206左197.0°773015为了提高高位钻孔的孔口负压，对工作面的高位钻孔采取聚氨脂和黄泥等材料进行封孔。对施工的钻孔采用￠133的钻头自开孔口向里扩孔，扩孔深度不小于10m，封孔时采用￠89的无缝钢管作为孔内套管，套管上包上聚氨脂等封孔材料，当聚氨脂发泡时，将套管连用聚氨脂等封孔材料一同送入孔内，封孔长度不小于10m，聚氨脂凝固后，再用水泥、黄泥封堵。（2）采空区埋管抽放设计老塘埋管为沿回采工作面风巷上帮敷设一趟Ф250mm的瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路每隔12米设一个三通接口，随着工作面推进接入站管。站管直径200mm，用管径Φ200mm的薄壁管加工而成，站管高度为1.5～2.0m，站管进入老塘前，由施工单位打“#”木垛，加以护管，防止被冒落的顶板岩石完全覆盖，影响埋管的抽放。埋管进入老塘前，要加绝缘段，并在管路上面覆盖废旧皮子或草垫，防止管路被冒落矸石砸坏。示意图如下：2、抽采系统能力确定及校核（1）工作面抽放量及配风量根据淮北矿业股份公司《一通三防管理规定》，绝对瓦斯涌出量为10-20m3/min的采煤工作面，瓦斯抽放率应大于30%，本工作面取瓦斯抽放率K=60%，则根据经验公式：C抽放率)K-1(通K采q100采Q式中：Q采—工作面需风量，m3/min；q采—采煤工作面瓦斯绝对涌出量，12.4m3/min；K抽放率—瓦斯抽放率，%，取60%；K通—采煤工作面瓦斯涌出不均匀系数，取1.2；工作面风巷抽放管路站管工作面机巷T型三通采空区纱网抽放小孔剖面图C—回风流中允许瓦斯浓度，按预警值取0.6。=6.0)60.01(2.14.12100=992m3/min≈1000m3/min通过计算可得，采煤工作面配风量不得小于1000m3/min,抽放量为7.5m3/min。（2）抽放管管径、管材、壁厚的确定采煤工作面回采时，预计绝对瓦斯涌出量为12.4m3/min，计划配风量为1000m3/min，抽放系统的瓦斯抽放量为7.5m3/min，其中老塘埋管抽放系统2m3/min，钻孔抽放系统5.5m3/min，抽放瓦斯浓度按20%计算，则混合流量为：Q=5.5/20%=27.5m3/min（2）瓦斯管路直径D=0.1457（Q/V）0.5=0.1457×（27.5/20）0.5≈0.170m式中：Q—抽放混合流量，m3/min；V—混合瓦斯流速（V取20m/s）。为提高抽放效果，瓦斯抽排管选用10寸铁管。根据矿现有抽放管路，采煤工作面瓦斯抽放主、支管均采用管径为Φ250mm的薄皮焊接管。（3）抽采管路系统阻力计算C抽放率)K-1(通K采q100采Q钻孔进气路线：采煤风巷→采煤回风联巷→Ⅲ52回风上山→Ⅲ52辅助回风道→Ⅲ52泵站，管路长度1720m。钻孔排气路线：Ⅲ52泵站→Ⅲ52辅助回风道→Ⅲ62回风道，管路长度200m。①摩擦阻力计算按下式进行计算250QDKLΔ81.9Hm式中：Hi—某段管道磨擦阻力，Pa；Q—瓦斯流量，m3/h；Δ—瓦斯混合气体与空气的相对比重，Δ=1－0.446×C/100；C—瓦斯浓度，%；D—瓦斯管内径，cm；K0—系数，查表可得。②局部阻力计算取摩擦阻力的20%。③孔口负压孔口负压用于克服瓦斯在钻孔内、岩石裂隙内的流动阻力，由于阻力较大一般不应小于20KPa，故取20KPa。④采煤工作面瓦斯抽放管路阻力计算采煤工作面各抽放路线的阻力计算如表三所示表三：采煤工作面瓦斯抽放系统阻力计算一览表管路抽放量m3/min预计抽放浓度%混合气体比重管路长度（m）管路直径（cm）系数K摩擦阻力（Pa）局部阻力（Pa）抽放管路27.5200.91081920250.7167361347由上表计算结果可知：H管路=6736+1347=8083Pa=8.1KPa(4)采煤工作面瓦斯抽放泵抽采负压与流量计算①瓦斯泵压力