禹举明煤矿10101采面瓦斯治理方案

110101采煤工作面瓦斯治理方案对于瓦斯矿井而言，瓦斯是矿井最大的灾害与安全隐患，瓦斯治理程度直接关系到生产与安全；为了让10101采面在回采过程中不受瓦斯的制约，现对10101采面的瓦斯治理作如下设计：一、概述:10101工作面为禹举明矿业有限公司首采工作面，该面位于1采区+1388m——+1436m水平之间，工作面走向长290米，倾斜长90米。平均煤厚2.8米，储量58870吨，该面采用走向长壁后退式开采，全垮落法管理顶板，采煤工艺为走向长壁后退式采煤法。二、瓦斯涌出量预计公式计算法预计按照AQ1018-2006标准及本矿井回采工作面瓦斯涌出来源，回采面相对瓦斯涌出量为：Q采=ｑ1+ｑ2式中：Q采：回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；ｑ1：开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；ｑ2：邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；a、开采层相对瓦斯涌出量矿井开采的煤层为中厚煤层，一次采全高，按照AQ1018-2006标准附录A按下式计算：2C1煤层：ｑ1=K1×K2×K3×Mm（W0-WC）=1.3×(1/0.95)×0.775×2.8÷2.8×(12.87-3)=10.46m3/t式中：ｑ1：开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量，m3/t；K1：围岩瓦斯涌出系数，与围岩岩性、围岩瓦斯含量及顶板管理方法有关，一般按顶板管理方法取值。全部陷落法管理顶板时，取1.3；K2：工作面丢煤瓦斯涌出系数，取1/η，η为工作面回采率；K3：分区内准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响系数。采用长壁后退式回采时，取值按下式确定：K3=LhL2=775.0801880L：工作面长度，m；h:巷道瓦斯排放宽度，m。矿井所采煤种为烟煤，h取18.0；m：开采煤层厚度,m；2.8m；M：工作面采高，m；均为一次采全高W0：煤的原始瓦斯含量；WC：煤的残存瓦斯含量，查表取3。b、邻近层相对瓦斯涌出量计算根据AQ1018-2006中图D.1邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线图分析，开采C1煤层时，下邻近分别为C5、C6、C7、C8、C9、C12，其计算结果如下：ｑ2=iicinioiMmWW)(1=(13.26-3)×(1.19÷2.8)×0.7+(13.05-3)×(0.9÷2.8)×0.6+(13.0-3)×(0.59÷2.8)×0.4+(13.03-3)×(0.7÷2.8)×0.35+(13.03-3)×(0.9÷2.8)×0.2+(13.56-3)×(4÷2.8)×30.05=8.19m3/tmi------第i个邻近层煤层厚度，m；M-------工作面采高，m；i----------第i个邻近层瓦斯排放率，；oiW---------第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3/t；ciW--------第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t；即开采C1煤层工作面相对瓦斯涌出量为18.45m3/t，绝对瓦斯涌出量为18.45×300000÷330÷24÷60＝11.65m3/min。三、瓦斯治理根据工作面瓦斯涌出来源特点分析，结合该区域煤层赋存状况、采掘布置、开采顺序及地质条件等综合考虑，设计本面瓦斯治理方案如下：一）通风1、10101工作面系统的通风方式根据10101井巷布置情况，决定10101工作面的通风系统采用“U”型通风方式，即10101运输顺槽进风、10101回风顺槽回风的通风方式（见通风系统图）回采工作面所需风量的计算①、按瓦斯涌出量计算Q采1＝100×q采×Kc=100×1.6×6.4=10245m3/min=17.1m3/s式中：q采——回采工作面瓦斯的绝对涌出量，m3/min，6.4m3/min。Kc——回采工作面瓦斯涌出不均衡系数，它是最大涌出量与平均涌出量之比，一般对于采工作面Kc为1.2～1.6，对于炮采工作面Kc为1.4～2.0，本矿为炮采工作面取Ka=1.6。4○2、按工作面温度与风速的关系计算Q采2＝Vc·Sc·Ki=1.3×6.7×1=8.7m3/s式中：Vc——采煤工作面应有良好的气候条件，其进风流气温和风速应符合有关要求，经查表，设回采工作面气温取20℃～23℃，则工作面风速Vc应为1.0～1.5m/s,取1.3m/s；Sc——回采工作面平均断面积（m2）,本矿C1号煤层平均厚2.8m，采用柔性掩护支架支护，则工作面平均断面为6.7m2;Ki——回采工作面长度系数，经查工作面长度系数表，回采工作面为80～150m时，工作面长度系数为1.0。○3、按炸药使用量计算Q采3=（Ac×b）/(t×c)式中：Ac——回采工作面一次使用的最大炸药量，kg；b——每公斤炸药爆破后生成的当量CO的量，根据炸药爆破后的毒气体国家标准取b=0.1m3/kg;t——通风时间，一般取20～30min；c——爆破经通风后，允许工作进入工作面工作的CO浓度，一般取CO=0.0024%，将各参数取值带入上式后，简化为：Q采3=25AC=25×13.5=337.5m3/min=5.6m3/s工作面长度90m，设计分三段爆破，一次使用最大爆炸量取13.5kg。○4、按工作人员数量计算Q采4=4Nc=4×30=120m3/min=2.0m3/s式中：Nc——回采工作面同时工作的最多人数，人；54——每人每分钟4m3的供风标准。○5、按风速进行验算根据以上计算，回采工作面计算最大风量为：Q采=max(Q采1、Q采2、Q采3、Q采4)=max(17.1,8.7,5.6,2.0)=17.1m3/min。根据规定，回采工作面最氏风速为0.25m/s、最高风速为4m/s的要求进行验算，经验算：Q采≥0.25×Sc=0.25×6.7=1.7m3/sQ采≤4×Sc=4×6.7=26.8m3/s工作面风量满足风速验算要求二）、风排瓦斯能力计算：根据10101回风顺槽的配风量，按照规定：采煤工作面回风的最大允许瓦斯浓度为0.8%，则该面风排瓦斯量为：q排=Q×0.8%=1026×0.008=8.208m3/min三）瓦斯抽放一、抽放管路管径、材质、规格1、抽放管路管径按下式计算：d=0.1457VQ/式中：d—瓦斯管内径（m）Q—瓦斯管流量（m3/min）V—瓦斯管内流速（m/s），一般取5—15m/s。（1）高负压瓦斯管路计算矿井瓦斯抽放纯量为10.26m3/min。设计考虑高负压抽放6.2m3/min，6低负压抽放4.06m3/min。抽放管路管径按下式计算：d=0.1457(Q/V)0.5式中：d一瓦斯管内径，m；Q—瓦斯管混合瓦斯流量，m3/min；(混合瓦斯浓度按40％计算,高负压瓦斯纯量按6.2m3/min计算，则Q=1.5×6.2÷0.4=23.25m3/min,低负压瓦斯纯量按4.06m3/min计算，则Q=1.5×4.06÷0.2=30.45m3/min)V一瓦斯管内流速，m/s，一般取5～12m／s；支管：流量按回采工作面抽放流量计算。回采工作面瓦斯抽放按60%计算为13.95m3/min。d=0.1457VQ/=0.145710/95.13=0.172m，选择管径为φ185×5.0mm的无缝钢管作为抽放支管。（2）低负压瓦斯管路计算主管：d=0.1457VQ/×K=0.145710/45.30=0.254m，选择管径为φ285×5.0mm的无缝钢管作为低负压抽放主管。支管：d=0.1457VQ/=0.145710/16=0.184m，选择管径为φ210×5.0mm的无缝钢管作为抽放支管。二、瓦斯管的连接方式用弹簧软管将钻孔瓦斯抽放管与钻场汇流相连，汇流管与钻场瓦斯管连接后与巷道中的瓦斯抽放联接。瓦斯抽放主管道均采用法兰盘螺栓紧固连接，中间夹像胶密封圈，为安装方便，抽放管路拐弯处也可采用弹簧软管代替铁管。75、流量计算Q=XnQCK式中：Q----瓦斯泵额定流量，m3/min；ΣQC----抽放期间内抽出的最大纯瓦斯量之和，m3/min；X----瓦斯泵入口处瓦斯浓度；n----瓦斯泵的机械效率，n=0.8；K----抽放备用系数，取K=1.5。(1)高负压抽放系统瓦斯泵流量计算：Qp=∑QKQ/Cη=(6.2×1.5)/(0.40×0.8)=29.1m3/min(2)低负压系统瓦斯泵流量计算：Qp=∑QKQ/Cη=(4.06×1.5)/(0.2×0.8)=38.1m3/m本矿现有高负压瓦斯抽放泵2台，型号2BE1-303型水环式真空泵。其技术规格性能如下：最大抽气量52m3/min，吸入口径200mm,最低吸入绝压33kpa。选用YPB型防爆电机，电机功率75Kw，电机电压380V。低负压瓦斯抽放泵2台，型号2BE1-353型水环式真空泵，其技术规格性能如下：最大抽气量65m3/min,最大吸入绝压33kpa。选用YPB型防爆电机，电机功率110Kw，电机电压380V。瓦斯泵数量为四台，高、低负压各两台，其中均为各一台运转，一台备用。低负压泵目前负责10101回风巷上隅角采空区的瓦斯抽放；高负压泵目前负责10101运输顺槽的本煤层抽放。三、根据瓦斯来源分析，结合矿井的巷道布置、瓦斯基础参数等因素，选用下列抽放方式：方案:8(1)、本煤层瓦斯抽放（高负压）：在10101运输顺槽掘进期间，已在运输顺槽施工了78个本煤层钻孔;回采时继续在运输顺槽每隔3米各施工一个本煤层抽放钻孔。采用ZY—750S全液压钻机向C1煤层施工，设计钻孔深度为80米，孔径为75mm。每施工完一个本煤层钻孔后，必须及时进行封孔，封孔长度为8m，并连管抽放。采用马丽散进行封孔。（2）、根据10101工作面回采期间的瓦斯治理结果分析可知，采用高位巷治理瓦斯时，高位巷抽放量占低负压抽放总量的40%，回风顺槽抽放量站低负压抽放总量的60%，以此为依据，在10101回风顺槽内安设8寸抽放主管，抽放主管前端埋入采空区，抽出采空区瓦斯。另外，主管路上每隔50米安设一个三通，三通上加设闸阀，闸阀上连接一根8寸迈步管，迈步管接入高位“T”型窝抽放采空区瓦斯；高位巷在封闭后采用8寸瓦斯管治理10101工作面回采期间的瓦斯.通过本设计的实施，工作面在回采过程中风排瓦斯量大大降低。若10101工作面高、低负压抽放浓度未达到本方案的要求时，工作面回风流中瓦斯浓度将超过有关规定，所以必须采取以下措施：1、瓦斯管必须按要求进行吊高或垫高，离底板高度不得低于300mm。2、当出现瓦斯管积水时，必须及时进行放水，保证瓦斯抽放负压。3、通防科必须每天对10101工作面高、低负压瓦斯抽放的各项参数进行测定，发现抽放负压达不到要求，必须及时进行调整，保证抽放负压。4、通风科、安检科，对施工的本煤层抽放钻孔进行监督，其方位、倾角严格按设计施工，且孔深不得低于设计孔深的80%，否则视为废孔，必须重新补打钻孔。95、对施工好的本煤层抽放钻孔，用压风导入法进行试漏气，发现有漏气现象的，重新进行封堵，保证抽放浓度。6、对本煤层抽放连接胶管要加大检查力度，一旦发现连接胶管有打折现象时，必须及时进行处理。7、对抽放浓度低的钻孔（低于5%），要及时甩掉，保证抽放浓度。8、通风科每周对高、低负压抽放系统进行全面检查，发现问题，必须及时进行处理，保证抽放系统正常运行。通过采取了以上措施，可确保抽放效果，达到了瓦斯治理的目的。五、回采期间安全管理措施1、在工作面回采期间，若因故瓦斯抽放系统停止运转，工作面涌出瓦斯将全部依靠风排，在此状态下，根据工作面的配风设计，10101回风顺槽的瓦斯浓度将超过0.8%，超过相关规定。为此，必须加强瓦斯抽放泵的管理，一旦出现停泵，10101工作面必须停电撤人，待采取有效措施进行处理，系统恢复正常运转，工作面瓦斯浓度降到规定值以下后，方可恢复生产。2、加强对10101工作面、回风、上隅角的瓦斯管理，当10101工作面、回风顺槽的瓦斯浓度达到0.8%时，必须立即切断电源，采取措施进行处理。3、按规定加强10101工作面及相关地点的通风系统进行检查、测定。发现问题及时汇报处理，确保风量分配合理，回采安全。4、按规定派木工对井下的通风设施进行检查维护，发现隐患及时处理，确保通风系统稳定、可靠。5