【文章內(nèi)容簡介】 煤層 表 2－ 2 掘進工作面瓦斯涌出量預測結果 生產(chǎn) 時期 煤層 煤厚 (m) 瓦斯含量(m3/t) 巷長 (m) 掘進速度(m/月 ) 瓦斯涌出量 (m3/min) 煤壁 落煤 合計 前期 中期 后期 7 備注：⑴每個炮掘工作面掘進一條大巷，其瓦斯涌出量為這條大巷的煤壁瓦斯涌出量加上單頭掘進落煤瓦斯涌出量；⑵每個炮掘工作面掘進煤量均為 70t/d，瓦斯涌出量為：初期 ，中期，后期 m3/min. 瓦斯抽放的必要性 相關法規(guī)的要求 按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)程的有關規(guī)定及 ”先抽后采 , 以風定產(chǎn) , 監(jiān)測監(jiān)控 ”的十二字方針，無論高瓦斯礦井的井型大小，也不管煤層有無 煤與瓦斯突出危險性，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng) . 某 煤礦設計生產(chǎn)能力為 600Mt/年 , 目前生產(chǎn)能力達到 1000Mt/年 . 從瓦斯涌出量預測結果 來看，礦井在生產(chǎn)過程中的瓦斯涌出量將達 m3/min, 單純靠通風系統(tǒng)來稀釋瓦斯是不可能的 . 因此，必須建立瓦斯抽放系統(tǒng) . 采掘工作面瓦斯治理的需要 《煤礦安全規(guī)程》、《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》以及《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》有關條款規(guī)定 :當一個回采工作面的絕對瓦斯涌出量大于 5m3/min 或一個掘進工作面的瓦斯涌出量大于 3m3/min，采用通風方法解決瓦斯不可能或不合理時應采用瓦斯抽放措施 . 雖然 , 該礦回采工作面的絕對瓦斯涌出量已經(jīng)超過 5m3/min. 產(chǎn)量和瓦斯涌出量都有進一步增加的趨勢 . 采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判斷標準是 : 在給定的巷道通風斷面條件下，采掘工作面設計通風能力小于稀釋瓦斯所需的風量 ,即式 (2－ 1)成立時 , 抽放瓦斯才是必要的 . (2－ 1) CK / ??? ………………………………… 式中 : Q0 采掘工作面設計風量 , m3/s； Q 采掘工作面瓦 斯涌出量 , m3/min； K 瓦斯涌出不均衡系數(shù) ,取 K=； C 《煤礦安全規(guī)程》允許的采掘工作面瓦斯?jié)舛龋?%，取 C=1. 8 3 礦井瓦斯抽放方案初步設計 抽放瓦斯方法選擇 某 煤礦抽放瓦斯的目的是消除或緩解瓦斯突出的危險性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通風能解決的水平或減輕礦井通風負擔 . 因此 , 確定礦井抽放瓦斯的方法為開采煤層抽放 (包括開采工作面和掘進工作面抽放 )和采空區(qū)抽放等方式 . 在二 1和二 3 煤層開采時，必須對所有的回采工作面進行高位抽放或本煤層預抽、對大多數(shù)的掘進 工作面進行瓦斯預抽放 . 選擇的瓦斯抽放方法如下： ⑴ .采用邊采邊抽相結合方式抽放回采工作面采空瓦斯； ⑵ .掘進工作面采用邊掘邊抽方法抽放本煤層瓦斯 。 ⑶ .采用高位鉆孔抽放回采工作面及采空區(qū)瓦斯 . 由于 某 礦煤層具有自燃傾向性 , 不宜采用采用采空區(qū)抽放 . 掘進工作面瓦斯抽放 掘進工作面抽放瓦斯的方法有邊掘邊抽和先抽后掘瓦斯抽放兩種方式 .考慮到某 煤礦掘進工作面瓦斯涌出較小 ,采用邊掘邊抽比較合適 . 采用邊掘邊抽時 , 抽放鉆孔布置方式如圖 3－ 2示 . 推薦的鉆孔布置參數(shù)如下： 鉆孔長度 60100 m； 鉆孔直徑 ∮ 75 mm； 相鄰孔間夾角 3176。～ 5176。； 鉆場間距 50 m； 鉆場內(nèi)鉆孔數(shù) 3 個； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔 . 抽放 鉆孔 鉆場 掘進 工作面 9 圖 3－ 2 掘進工作面邊掘邊抽瓦斯鉆孔布置示意圖 在煤巷掘進工作面后 5m處的巷道兩邦各施工一個鉆場 . 鉆場的規(guī)格應根據(jù)巷邦瓦斯抽放鉆孔布置的要求 , 選用鉆機的外形尺寸及鉆桿長度而定 . 根據(jù)該礦的具體情況 , 每 組鉆場在煤巷兩側錯開布置 , 其規(guī)格為 : 4 x 4 x 2m, 采用木棚支護 . 相鄰兩組鉆場之間的間距為 4050m. 在每一鉆場內(nèi) , 沿走向布置 3 個邊掘邊抽鉆孔 , 即左 , 右鉆場各三個 , 孔深 60m左右 . 掘進工作面先抽后掘就是在煤巷掘進工作面向前方煤層施工扇形鉆孔 , 每個循環(huán) 69 個鉆孔 , 鉆孔深度 5060m, 每個循環(huán)間距 4050m, 預計抽放時間為 20 左右 . 鉆孔終孔點分別距離巷道中心線 0m, 4m. 鉆孔布置的原則就是保證將鉆孔布置在煤層內(nèi) , 鉆孔傾角與巷道底板平行或根據(jù)煤層的厚 度向上或下傾斜 . 當掘進工作面抽放鉆孔數(shù)量較多時 , 為擴大鉆孔覆蓋范圍 , 抽放鉆孔應以巷道中線為基準 , 向周圍煤體呈放散狀排列 , 以提高抽放效果 . 實際中 , 應根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)測參數(shù)對抽放鉆孔的布置進行調(diào)整 , 以達到最好的抽放效果 . 抽放量預計及抽放服務年限 回采工作面本煤層預抽量預計 由于二 1 和二 3 煤層的透氣性低及回采工作面巷道面積較小等原因 , 盡量不采用邊采邊抽的方式 , 而著重考慮采用高位鉆孔抽放的方式 . 掘進工作面邊掘邊抽瓦斯量預計 某 煤礦回采工作面順槽實行單巷掘 進，每一條單巷掘進工作面的最大邊掘邊抽瓦斯量由下式計算： 14 40//)1(100 /1321 teQLLLNQ tj ???????? (31) 式中 : Q1 單巷掘進工作面邊掘邊抽瓦斯量， m3 /min； 10 N 每個鉆場內(nèi)邊掘邊抽鉆孔數(shù)， N＝ 3； L2 掘進工作面平均走向長度， m， L2=20xxm； L3 鉆場間距， m， L3=100m； L1 單孔有效抽放長度， m， L1=95m； Qj 百米鉆孔瓦斯極限抽放量， m3， Qj =67825 m3； α 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)， d1，α =； t 巷道掘進期間邊掘邊抽鉆孔平均抽放瓦斯時間， d，在巷道長度為 240m（包括聯(lián)絡橫貫長度）、掘進速度 30m/mon 條件下， t＝ 120d. 代入各參數(shù)值，計算得 Q1=按全礦 4 個單巷掘進工作面考慮，邊掘邊抽瓦斯總量為 礦井瓦斯抽放量預計 當?shù)V井實施高位鉆孔抽放、邊采邊抽和邊掘邊抽等措施時，預計礦井最大瓦斯抽放總量可以 達到 、日抽放 24 小時計算，礦井年最大年瓦斯抽放量可以達 到 6086448m3. 抽放服務年限 由于礦井瓦斯抽放方式為高位鉆孔抽放、邊采邊抽和邊掘邊抽，瓦斯抽放服務年限與礦井生產(chǎn)服務年限相同 . 抽放參數(shù)的確定 根據(jù)目前礦井的具體情況和所選用的抽放瓦斯方法 , 設計礦井的瓦斯抽放濃度為 30%.設計掘進工作面的預抽 (盡量不采用預抽 )時間為 20 天 , 回采面的預抽時間大于 3 個月 , 回采面預抽鉆孔可作為邊采邊抽鉆孔 , 當采煤工作面推進至該孔孔口附近時 , 拆除鉆孔 . 瓦斯抽放實踐證明 , 由于預抽煤體瓦斯 , 使煤體發(fā)生收縮變形 , 當煤體原來占據(jù)的空間體積相 等時 , 煤體的收縮既使原有的裂隙加大 , 又可以產(chǎn)生新的裂隙 . 從而使煤層的透氣性增加 , 提高瓦斯抽放效果 . 11 瓦斯抽放鉆孔施工及設備 鉆機的選擇 選擇鉆機需要考慮的因素包括 : 1).鉆進深度 。 2).轉(zhuǎn)速范圍 。 3).給進 , 起拔能力 。 4).液壓系統(tǒng) 。 5). 鉆孔封孔 抽放鉆孔封孔方式主要有水泥注漿泵封孔 , 人工水泥沙漿封孔和聚胺脂封孔等 . 在巖層中封孔長度不小于 3m. 在煤層中封孔長度不小于 5m. 考慮到 某 煤礦的鉆孔數(shù)量不大 , 沒有必要購買價格昂貴的封孔泵或采 用人工水泥沙漿封孔 . 因為使用水泥沙漿封孔 , 凝固時間長 , 對于傾斜鉆孔不易充滿 . 因此 , 應該使用人工聚胺脂封孔 . 聚胺脂封孔就是由異氰酸脂和聚醚并添加幾種助劑反應而生成硬質(zhì)泡沫體密封鉆孔 . 聚胺脂封孔采用卷纏藥液與壓注藥液兩種工藝方法 . 現(xiàn)主要應用卷纏藥液法封孔 , 封孔深度一般為 36m即可符合要求 . 雖然聚胺脂封孔 (見圖 34)的成本略高于水泥漿封孔 , 但聚胺脂封孔操作簡單 , 省時省力 , 氣密性好 , 抽放效果好 , 非常適用于 某 煤礦 . 1— 集氣孔段 。 2— 聚氨酯封孔段 。 3— 水泥砂漿封 孔段 。 4— 套管 圖 34 聚胺脂封孔示意圖 瓦斯抽放參數(shù)監(jiān)測 采用孔板或便攜式數(shù)字鉆孔瓦斯參數(shù)監(jiān)測儀對鉆孔或采空區(qū)抽放管進行監(jiān)測很有必要 . 除此之外 , 在抽放巷道口設瓦斯抽放監(jiān)測傳感器 , 對抽放管道的負壓 , 瓦斯?jié)舛?, 瓦斯流量 , 溫度進行監(jiān)測 . 井下抽放支管和地面主管都應裝備管道監(jiān)測系統(tǒng) , 并將其盡可能地將管道監(jiān)測系統(tǒng)掛靠入礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) . 1 2 3 4 12 4 瓦斯管網(wǎng)系統(tǒng)選擇與管網(wǎng)阻力計算及設備選型 礦井瓦斯抽放設計參數(shù) 根據(jù)煤礦提供的地質(zhì)資料和礦井設計資料 , 某 煤礦的設計瓦斯抽放量按一臺抽放泵同時服務兩個回采工作面 (目前只布置一個回采工作面 )和三個掘進工作面 , 純瓦斯抽放量取 (將來最大瓦斯抽放量 ). 瓦斯抽放濃度按 30%計算 . 瓦斯管網(wǎng)系統(tǒng)選擇與管網(wǎng)阻力計算 瓦斯抽放管網(wǎng)系統(tǒng) 在選擇瓦斯抽放管路系統(tǒng)時 , 主要根據(jù)抽放泵站位置 , 開拓巷道布置 , 管路安裝條件等進行確定 . 抽放管路應盡量選擇敷設在巷道曲線段少和距離短的線路中 , 盡可能避開運輸繁忙巷道 , 同時還要考慮供電 , 供水 , 運輸方便 . 抽放泵的位置可以布置在地面也可以布置在井下 . 井下布置是將瓦 斯抽放泵布置在井下靠近抽放地點的進風流中 , 這樣可以減少抽放管路的長度 , 并隨時根據(jù)抽放地點的需要改變抽放泵的位置 , 可以節(jié)省管路投資 , 節(jié)省防爆裝置和避雷裝置 , 其必要條件是抽放管路的瓦斯排放到采區(qū)回風巷或總回風巷后 , 在較小范圍內(nèi)經(jīng)過稀釋達到風流瓦斯?jié)舛炔怀?. 當?shù)V井總回風巷瓦斯?jié)舛雀?, 抽出的瓦斯不能排放到總回風巷 , 或井下供水 ,供電及安裝成本較高 , 或地面距離抽放地點較近時 , 把瓦斯抽放泵安裝到地面具有明顯的經(jīng)濟和管理方面的優(yōu)勢 . 某 煤礦開采服務年限長，工作面到新材料井井口的距離較短 , 且工作面需 要抽放的瓦斯量較大，因此，建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)較為合理 . 根據(jù)礦井采掘工作面的具體位置及開拓布置 , 確定將地面永久瓦斯抽放站布置在距離新材料井附近且地勢平坦 , 無地質(zhì)災害和洪水影響的地點 . 要求瓦斯抽放泵站房 50m 范圍內(nèi)無主要建筑及民房 , 在泵房周圍 20m設立圍墻或柵欄 , 并嚴禁明火 . 根據(jù) 某 煤礦的井下開拓巷道和地表設施的具體情況 ,考慮了兩種井下管道布置最長路線 . 方案 1: 21171 工作面順槽 ? 二一區(qū)專用回風下山 ? 東軌大巷 ? 材料立井 ? 抽放 13 泵房 ? 放空管 。 方案 2: 21171 工作面 順槽 ? 二一區(qū)軌道下山 ? 東軌大巷 ? 材料立井 ? 抽放泵房 ? 放空管 。 如果把主管道延伸到 21171 工作面回風順槽與二一區(qū)專用回風下山匯合處 , 兩個方案的井下主管道長度基本相同 , 即 1280m. 瓦斯抽放管管徑計算及管材選擇 瓦斯抽放管管徑按下式計算： VQD /? ………………………………（ 3－ 5） 式中 D瓦斯抽放管內(nèi)徑， m； Q抽放管內(nèi)混合瓦斯流量， m3/min； V抽放管內(nèi)瓦斯平均流速，經(jīng)濟流速 V＝ 515m/s, 取 V=7 m/s. 約定： ? 采區(qū)、回風井及地面瓦斯抽放管為干管； ? 綜采綜放工作面瓦斯抽放管為支管 1； ? (將來 )綜采工作面瓦斯抽放管為支管 2. 根據(jù)各瓦斯抽放管內(nèi)預計的瓦斯流量，按式（ 3－ 5）計算選擇的瓦斯抽放管管徑如表 3－ 2 示 . 瓦斯抽放管選用無縫鋼管 . 表 3－ 2 瓦斯抽放管管徑計算選擇結果 抽放管 類別 純瓦斯抽放量 （ m3/min） 瓦斯?jié)舛? （ %） 混合瓦斯抽放量 （ m3/min） 計算管內(nèi)徑 （ m） 選擇管徑 （ mm） 干管 30 Φ402 10 支管 1 30 Φ 275 7 支管 2 30 Φ 275 7 備注：邊掘邊抽瓦斯管留做工作面高位瓦斯抽放管 . 考慮將來有可能布置兩個工作面 , 故選支管 1 與支管 2 同徑 . 抽放管材均選擇無縫鋼管 , 經(jīng)過計算得出主管直徑 D = , 支管 1 直徑 D = 14 , 支管 2直徑 D = . 故主管選擇直徑為 Φ 402mm的無縫鋼管 , 壁厚可選擇 9mm 或 10mm. 掘進及回采工作面支管可選擇直徑為 Φ 275mm