1、 明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 1 页 共 23 页沁源明鑫煤矿有限公司2201 工作面瓦斯抽采设计第一章 工作面概况一、工作面井上、下位置情况工作面井上地面位于李元镇崔庄村西北约 1600 米处，地表为森林覆盖，无建筑物，无人居住。地面标高 1154.9-1281.6 米。本工作面所采煤层为 2 煤层，位于南翼集中回风大巷的东部，东、南、北部为实体煤层，西部为南翼回风大巷。工作面标高 948 米。 二、工作面顶、底板情况顶、底板名称 岩石名称 厚 度/米 特 征直接顶 白色细砂岩 3.5 米左右 裂隙、层理均发育，泥质胶结，破碎易脱落。伪 顶 灰黑色炭质页岩 0.2 米左右
2、 层理、节理均发育；破碎易脱落。底 板 灰白砂质页岩、细砂岩 2.0 米左右 层理发育，分选胶结均一般。三、工作面内的地质构造情况本工作面煤层为山西组 2#煤层，根据已掘运输及回风顺槽分析工作面煤层赋存稳定。工作面煤层平均厚度 1.4m，煤层结构简单。煤层平均倾角 6080，煤种为贫瘦煤种。根据已掘的运输、回风顺槽巷道，该面共揭露两条逆断层，回风顺槽米 85-216 米处，落差 2 米；运输顺槽 239-339 处，落差 1.5米。可能在作业过程中还有其它构造存在于工作面内，以上所存在的构造对工作面回采有一定影响，对抽放钻孔施工基本无一定影响。四、工作面水文地质情况本工作面水文地质条件较简单，
3、除在局部有少量滴水现象外，工作面水明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 2 页 共 23 页的主要来源为基岩含水，最大涌出量为 18m3/h,正常涌水量为 10m3/h。回采时必须加强水文观察，做好探放及抽排放水工作，确保安全生产。五、工作面参数情况工作面倾斜长度 150m，走向 810m，可采面积 117000m2,保有储量 229635吨，循环进尺为 0.6m，回收率为 97%，煤平均厚 1.4m,煤容重 1.35 吨。六、工作面瓦斯赋存情况根据河南理工大学 2010 年 11 月编制的沁源明鑫煤矿有限公司 2#煤层瓦斯赋存参数测定报告资料，2#煤层瓦斯参数如下：煤层瓦斯含量最大
4、为7.6m3/t，煤的孔隙率为 9.31%，煤层透气性系数为 0.0692-0.2101m /Mpa.d,钻孔瓦斯流量衰减系数为 0.0428-0.2042d-1，百米钻孔初始瓦斯涌出量0.045m3/m.h。七、煤尘爆炸危险性2016 年 5 月 9 日由山西公信安全技术有限公司对 2 号煤层煤样做了煤尘爆炸性鉴定，挥发分 15.39%，火焰长度 20mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量60%，鉴定结果：判定该矿 2 号煤层煤尘具有爆炸性。 八、煤层自燃倾向性2016 年 5 月 9 日由山西公信安全技术有限公司对 2 号煤层煤样做了煤自燃倾向性鉴定，全硫(St.d)0.46%，煤吸氧量 (Vd)
5、0.0.86cm3/g，自燃倾向性等级类，自燃倾向性为不易自燃煤层。第二章 工作面瓦斯抽采设计一、瓦斯抽采的必要性1、工作面瓦斯来源情况分析根据地质部门提供的 2201 工作面顶底板地质情况，2#煤层的上邻近层为 1#煤层，下邻近层为 3#煤层。根据河南理工大学于 2010 年 11 月编制的明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 3 页 共 23 页沁源明鑫煤矿有限公司 2 号煤层开采矿井瓦斯涌出量预测,结合邻近工作面瓦斯涌出量综合分析得出，工作面回采时瓦斯来源主要为：本煤层、邻近层和采空区。2、工作面瓦斯涌出量预测根据河南理工大学 2010 年 11 月编制的沁源明鑫煤矿有限公司
6、2#煤层瓦斯涌出量预测报告资料，结合邻近工作面正常抽采期间绝对瓦斯涌出量最大为 13.18m3/min。其中本煤层瓦斯涌出量为 3.53m3/min，占工作面瓦斯涌出量的 27%；上邻近层瓦斯涌出量为 7.01m3/min，占工作面瓦斯涌出量的53%；采空区瓦斯涌出量为 2.64m3/min，占工作面瓦斯涌出量的 20%。预计本工作面正常回采期间绝对瓦斯涌出量不小于 13.18m3/min。3、工作面供给风量工作面采用 “U” 型的通风方式（ 通风系统图见附图） 。按照工作面有效通风断面及工作面 4m/s 风速计算，工作面最大配风量1693.44m3/min。 经计算工 作 面 除 抽 放 瓦
7、 斯 外 ， 回 风 顺 槽 按 风 排 瓦 斯 浓 度 不 超 过1 进 行管 理 ， 工 作 面 设 计 配 风 量 350.7m3/min能 够 满 足 抽 放 后 稀 释 瓦 斯 的 通 风 要 求 。按照工作面抽采率和工作面瓦斯涌出量，利用以下公式计算该工作面最低配风量为 1267m3/min。100*q 采 *K 采通 *（1-K 抽放率 ）Q 采 = C式中：Q 采 工作面需风量，m 3/minq 采 采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m 3/min K 抽放率 瓦斯抽放率，%；K 采通 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。明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽
8、采 设计 第 4 页 共 23 页4、工作面风排瓦斯量根据邻近工作面生产期间绝对瓦斯涌出量为 13.18m3/min，抽放量为8.23m3/min，工作面剩余的绝对风排瓦斯量为 4.95m3/min，对照 AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标及回风流允许瓦斯浓度，2201 工作面瓦斯抽采率不得小于 60%，故风排瓦斯量不大于 4.95m3/min。5、工作面采用瓦斯抽采的必要性根据矿井瓦斯涌出量预测报告瓦斯主要来源分布情况，结合邻近工作面瓦斯涌出量，并对照煤矿瓦斯抽采达标暂行规定工作面绝对瓦斯涌出量大于 5m3/min 必须进行瓦斯抽采。依据邻近工作面瓦斯涌出量的测定结果，采煤工作面瓦斯涌
9、出量为 13.18m3/min，依据2 号煤层瓦斯赋存参数测定报告的结论，工作面煤层属于较难抽放和可以抽放之间，所以需对该工作面进行瓦斯抽采工作。二、瓦斯抽采的可行性分析根据2 号煤层瓦斯赋存参数测定报告 ，煤层透气性系数为 0.0692-0.2101m2/Mpa2.d，钻孔瓦斯流量衰减系数为 0.0428-0.2042d-1，按照AQ10272006煤矿瓦斯抽采规范中“煤层瓦斯抽采难易程度”的要求，2201 工作面煤层属较难抽放和可以抽放煤层中间。三、瓦斯抽采方案的确定1、抽采方案的确定依据参考邻近矿井抽放情况及抽放效果，确定本工作面抽放方法为：工作面采用双侧顺层平行钻孔方式进行本煤层预抽。
10、工作面邻近层采用钻场迎向钻孔的抽放方法进行邻近层瓦斯抽放。当工明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 5 页 共 23 页作面上隅角瓦斯超限时，采用采空区插管或埋管抽放。2、抽采方法的选择依据(1) 回采工作面开采层瓦斯抽放方法考虑顺层布孔方法钻孔揭露煤层面积大，在煤中打钻速度快、成本低，优先考虑顺层布孔的方式，结合煤层较薄工作面相对较长，单侧钻孔成孔率较小，施工难度较大的情况，本工作面采用平行于工作面双侧布孔，两侧钻孔在工作面中部相互重叠 20m。(2) 回采工作面邻近层瓦斯抽放结合矿井煤层赋存、通风及瓦斯管理等情况，回采工作面通风系统为“U”型通风，根据矿井瓦斯来源分析，邻近层是工
11、作面瓦斯的重要来源，采用钻场迎向钻孔向采空区上方裂隙带施工高位钻孔抽放邻近层瓦斯。3、钻孔参数的选择（1）钻场迎向抽放钻孔参数钻场数：20 个；钻场间距：40m（ #钻场距工作面切眼 50m） ；钻场钻孔数：6 个；开孔直径：120mm；终孔直径：120mm；钻孔角度：倾角根据煤层倾角实际情况调整；钻孔夹角：与巷道中线成 1、5、9、15、20、25；钻孔位置：布置在顶板岩层中；封孔长度：不小于 8m。明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 6 页 共 23 页（2）本煤层瓦斯抽放钻孔参数钻孔开孔位置：回风、运输顺槽内距底板高 1.2m；钻孔方位角：90（与巷道中线形成的夹角） ；钻孔
12、开孔倾角：煤层倾角大于 1(倾角根据煤层赋存实际情况调整)；开孔直径：120mm；钻孔终孔直径: 120mm；钻孔间距：5m钻孔长度: 85m；封孔长度：不小于 8m；抽放时间：钻孔预抽时间不小于 120 天。4、抽采钻孔的布置方式（1）邻近层钻孔的布置参数在 2201 回风巷内切眼以外每隔 40m 布置 1 个钻场，钻场规格为：4m3m2.4m(宽深高)，钻场由技术科负责设计并组织施工。20 个钻场内共布置 120 个邻近层钻孔，合计进尺为 11040m。钻孔方位角为逆时针方向旋转形成的夹角。钻场内钻孔参数情况见附表（2）本煤层钻孔参数的布置预抽时间的确定2 号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数 0.
13、0428-0.2042d-1，百米钻孔初始瓦斯涌出量 0.045m3/m.h，工作面长 150m，顺槽最长推进长度为 670m；百米钻孔在不同时间 t 内可抽采的瓦斯总量（Qt）和钻孔抽采有效系数（K）按下式计算：明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 7 页 共 23 页Qt=1440 q0(1-e-at)/K=Qt/Qj=(1-e-at) 式中： Qt百米钻孔在 t 时间内可抽瓦斯总量，m3；t抽采时间，d；K钻孔抽采有效系数，；q0百米钻孔初始瓦斯流量，m3/min100m，取 0.045；a衰减系数，d-1，取 0.0428；QJ钻孔极限瓦斯涌出量，QJ=1440q0/，m3；
14、计算结果见表。不同抽采时间内百米钻孔抽采瓦斯总量及钻孔抽采有效系数表预抽时间（天） 60 90 120 150抽采瓦斯总量 Qt（m 3） 1398 1482 1505 1511钻孔抽采有效系数 K（% ） 92.33 97.88 99.41 99.84 钻孔间距的确定从上表可以看出，预抽时间为 120 天时，抽采有效系数为 99.41%，因此矿井实际钻孔预抽煤层瓦斯时间定为 120 天。下面对钻孔预抽时间为 120 天时，抽采影响范围进行计算：100Qt(L/100)/(LMDYX) 式中： 钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，；L钻孔实际有效长度，85-8=77m；M煤层平均厚度，m；D钻孔抽
15、采影响范围，m；Y煤的视密度，t/m3；X煤层瓦斯含量，m3/t。明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 8 页 共 23 页不同钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率统计表() L(m) M(m) Y(t/m3) X(m3/t) D(m)89.03 77 1.3 1.35 7.60 471.22 77 1.3 1.35 7.60 559.35 77 1.3 1.35 7.60 6 对照上表，本着既要减少钻孔工程量又要保证抽采效果的原则，应根据具体的钻孔预抽时间来确定钻孔间距。由表可以得出，开采层预抽时间为120 天时，钻孔影响范围内瓦斯抽采率为 71.22%，能够满足抽采要求。本工作面预抽时
16、间为 120 天，顺层钻孔间距为 5.0m，双侧布孔，钻孔总数为 268 个，工作面顺层钻孔参数。2 号煤层平行工作面钻孔技术参数表钻孔类别 钻孔与巷道夹 角（ ） 钻孔倾角 （）孔深（m）钻孔直径（mm）孔间距（m ）开孔高度（ m）2 号煤层回风顺槽平行工作面钻孔 90大于煤层倾角1 85 120 5.0 1.22 号煤层运输顺槽平行工作面钻孔 90大于煤层倾角1 85 120 5.0 1.25、钻孔封孔工艺钻孔采用囊带式带压注浆封孔技术，封孔长度为 8m，封孔管为直径65mm 的 PVC 管（阻燃、抗静电），再用 65mm 钻孔连接管（阻燃、抗静电铠装胶管）连接到支管上，再连接到主管上，
17、最后到达地面瓦斯抽采泵站形成系统。囊带式注浆封孔法的关键是一个孔内安装一次性囊袋注浆装置。该装置通过两个囊袋封堵一段钻孔，两个囊袋之间有一段塑料管，塑料管上开设有钻孔注浆口，通过钻孔注浆口向两个囊袋之间的钻孔注浆，并形成注浆压力使浆液向钻孔壁渗透。囊带式注浆封孔原理见图。明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 9 页 共 23 页囊带式注浆封孔原理图注浆材料：采用快硬硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥复合作为注浆材料的基础，适量地加入外加剂激发活性。6、抽采效果预测（1）抽采量计算邻近层钻孔、本煤层钻孔抽采量预测：回采工作面本煤层预抽及边采边抽瓦斯抽采量预计：预抽工作面单孔抽采量为 0.00
18、671m3/min，工作面最大推进长度为780m，双侧布孔，孔间距为 5.0m，经计算工作面应布置 312 个钻孔，则预抽工作面抽采总量为 2.09m3/min。待预抽工作面转变为回采工作面后，预抽钻孔还可作为边采边抽钻孔对煤层进行瓦斯抽采，从而提高瓦斯抽采量，减少开采层的瓦斯涌出，回采工作面边采边抽量取预抽工作面预抽量的 70%，则回采工作面边采边抽总量为1.48m3/min。邻近层抽采量预计工作面邻近层瓦斯涌出量最大为 9.65m3/min，利用回风顺槽煤层内钻场布置迎向穿层钻孔对邻近层瓦斯进行卸压抽放，根据一般经验，回采工作面开采形成的采动裂隙主要分布于工作面上方裂隙带，设计邻近层瓦斯抽
19、放率按照 70%，则 2 号煤回采工作面邻近层瓦斯抽放量预计为：明鑫煤 矿 2201 工作面瓦斯抽采 设计 第 10 页 共 23 页Q 采邻=q式中：Q 采邻工作面邻近层瓦斯预抽量，m 3/min；q 采邻回采工作面邻近层瓦斯涌出量，m 3/min；瓦斯预抽率，取 70%。经计算工作面邻近层瓦斯抽放量Q 采邻=9.6570%=6.75m 3/min（2）抽采率计算根据公式：= Q C 标量 /（Q C 标量 + Qf 标量 ） =工作面抽采率 % QC 标量 =工作面标准状况抽采量 m 3/minQf 标量 =工作面标准状况风排量 m 3/min= Q C 标量 （Q C 标量 + Qf 标量 ）=8.23（8.23+4.95）=62%7、抽采管路选型计算根据钻孔布置情况，回风巷布置两趟抽放管路用于抽放回风巷内邻近层钻孔和本煤层钻孔；运输顺槽布置一趟抽放管路用于抽放运输顺槽内本煤层钻孔。低负压抽采管路阻力及负压计算（1）低负压抽采管路的选择管径选择采用下式计算：D=0.1457（Qc/v） 0.5式中：D管道内径，m;Qc混合瓦斯量, m 3/min;
