1、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52 采区左翼第四个工作面，左至54 采区 5 煤层火成岩侵蚀边界，右至 F02 断层，上阶段526 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
2、度在2.13.1m，平均 2.8m，煤层倾角 312。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： 20） 岩 性 描 述二叠系下统石盒子组9 16 82.32.5 .81.4 3.0283.0 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
3、， 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 528工 作 面 综 合 地 层 柱 状 图1. 3.7251. 3.725 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4.0502.9 3.20 泥 岩 ， 灰 色 ， 块 状该面 5 煤层直接顶板为深灰色泥岩厚 1.1m3.7m，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 6
4、 m8m，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 9m11m。5 煤层直接底板为泥岩，灰黑色含植物根茎化石，厚度 3.1m4.8m，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/cm 2岩石名称 抗压强度 抗拉强度 普氏系数砂 岩 700900 30 79砂质泥岩 520 28 45泥 岩 324 24 34二、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
5、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=5.091 m 3/t五煤：根据朱庄煤矿煤与瓦斯突出
6、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=4.985 m 3/t本煤层瓦斯涌出量计算q 本=k 1k2k3m/M(X0-Xc)q 本本煤层相对瓦斯涌出量，m 3/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=34。X0、X
7、c本煤层的原始、残存瓦斯含量，m 3/t。临近层瓦斯涌出量计算 Xci)-(0in1iMq抽式中：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，m 3/t； Xci第 i 邻近层残存瓦斯含量，m 3/t； i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%。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。计算煤的残余瓦斯含量四煤残余瓦斯含量：0.1baXc0MadA0.31ad式中：X C 煤在标准状态大气压下的残存瓦斯含量；m 3/ta,b吸附常数；a=33.22ml/g,b=1
8、.7706MPa -1P 标准大气压，0.1Mpa；Ad煤的灰分， %；（15.73）Mad煤的水分，%；（2.43）煤的孔隙率,m 3/m3;(0.1042)煤的容重，t/m 3(1.4)代入式中得： 706.1 320.Xc1043.27543.21.0.102=4.99710.81840.5704+0.0731=2.41m3/t五煤残余瓦斯含量：0.1baXc0MadAad31.0式中：X C 煤在标准状态大气压下的残存瓦斯含量，m 3/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，
9、%；（1.18）煤的孔隙率,m 3/m3;(0.1185)煤的容重，t/m 3。(1.4)代入式中得：1.5896027.Xc108.3518.3.04.50=2.8670.87470.7322+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，m 3/t；q 本本煤层相对瓦斯涌出量，m 3/t；q 邻邻近层相对瓦斯涌出量，m 3/t；q 本=k 1k2k3m/M(X0-Xc)1.21/0.95(203-33.4)/2032.8(4.985-1.99)/2.8f（ 10.95）f()=3.61(m3/t
10、)q 邻= i( Xoi- Xci)Mm=0.85(m3/t)q=q 本+q 邻=3.61+0.85=4.46(m 3/t)（2）工作面绝对瓦斯涌出量预计 604TqQ式中：Q回采工作面瓦斯绝对涌出量,（m 3/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， （m 3/t） 。Q=4.464000/2460=12.4m 3/min三、抽采系统设计1、抽采方法及钻场、钻孔设计根据52 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526 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。
11、（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
12、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（）孔深/m平距 X/m法距/m1 左 1 7.0 73 5 152 左 5 3.9 73 10 103 左 9 8.3 74 15 174 左 13 5.2 75 20 125 左 16 10.1 76 25 201665左 19 7.0 77 30 15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
13、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 250mm 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 200mm 的薄壁管加工而成，站管高度为 1.52.0m，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
14、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 10-20 m3/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)K-1(抽q10Q式中：Q 采工作面需风量，m 3/min；q 采采煤工作面瓦斯绝对涌出量，12.4m 3/min； K 抽放率瓦斯抽放率，%，取 60%；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K 通采煤工作面瓦斯涌出不均匀系数，取 1.2；C回风流中允许瓦斯浓度，按预警值取 0.6。= 6.0).1(241=992m3/min
15、1000 m 3/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 7.5 m3/min，其中老塘埋管抽放系统 2 m3/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） 0.50.170m式中：Q 抽放混合流量，m 3/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250mm 的薄皮焊接管。C抽)K-1(q10抽Q
