庆荣煤矿瓦斯抽采设计

庆荣煤矿瓦斯抽采设计纳雍县庆荣煤矿2013年3月1日前言庆荣煤矿设计技改生产能力为9万t/a生产矿井，煤矿现在进行二采区施工建设，随着开采深度的增加，矿井采掘工作面瓦斯涌出量也将有所增加。煤矿必须进一步完善矿井瓦斯抽采系统，坚持开展瓦斯抽放工作，解决矿井采、掘工作面瓦斯问题，特编制矿井瓦斯抽采设计。一、设计的主要依据1、《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（MT5018-96）中华人民共和国煤炭工业部1997年1月；2、《矿井瓦斯抽放管理规范》中华人民共和国煤炭工业部1997年4月；3、《煤矿安全规程》煤矿安全监察局2010年3月1日；4、纳雍县庆荣煤矿《二采区安全设施设计》。二、设计的指导思想1、在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；2、设备、管材选型留有余地，能充分满足矿井安全生产的需要；3、采用的工艺技术具有先进性，且符合实际。三、设计的主要内容设计的主要内容为：1、煤矿瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放量预计；2、瓦斯抽放方法及抽放工艺设计，抽放瓦斯钻场与钻孔参数设计；3、地面抽放泵站的泵房布置、供电、供水、通讯等设计；4、工程中所需设备、仪器、仪表及附属装置等选型及安装设计；5、抽放泵站及井下管路的检测、监控布置；6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；7、抽放所需主要设备及材料清单及工程投资概算；一、矿井概况1、井田概况1.1.1交通位置庆荣煤矿位于纳雍县城南西的鬃岭镇境内，煤矿有水—毕公路经过矿山南侧，矿山距纳雍县城17Km，距滥坝火车站56Km，交通方便。1.2地形、地貌及河流矿区属云贵高原中高山地形，地势北东高南西低，海拔最高位于北东角为2186.6米，最低位于南西角海拔标高为1800米，相对高差386.6米。矿区地表水系属长江水系乌江支流，矿井范围内无大的河流，仅见季节性小冲沟，地下水动态随季节性变化较为明显。1.1.3气象情况本区内气候温和湿润，属亚热带高原性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，季节性分区不明显。年平均降雨量1238.8mm，年平均气温14度。1.1.4水源情况矿井生活用水取自附近泉井水，生产用水可取自井田泉井水及井下水利用。1.2地层特征及地质构造1.2.1地层特征煤矿区域内出露地层从新到老：第四系（Q）;三叠系中、下统，二叠统上统茅口组（P1m），二叠系上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2c）。现简述如下：（1）二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3β）：厚200—300m，岩性。玄武岩（2）二叠系上统龙潭组（P2l）厚250—320m，由矿岩、页岩及少量灰岩和煤层组成。（3）二叠系上统长兴组（P2l）厚20—40m，一般为34m。岩性为燧石灰岩夹砂泥岩。（4）、三叠系下统（T1）厚600—800m，岩性为灰岩、泥（页）岩（5）三叠系中统（T1）厚度不祥。岩性为灰岩。（6）第四系（Q）厚0—10m，岩性为佛浮土。1.2.2地质构造煤矿井田位于织纳煤田西部阿嘎背斜北东翼南段，地层倾角9度，矿区内有2米左右的地层，未发现大的地层构造，地质构造条件简单。矿区北部山高坡陡，易形成滑坡、崩塌等地质灾害。1.2.3煤层及煤质矿区内含可采煤层50余层，有编号的18层，煤层总厚25.04米，根据地质报告，其主采煤层为28#、31#、32#煤层。各煤层特征如下：（1）、28#煤层28#煤：位于煤系地层下部，煤层厚度为1.3—1.5m，全区可采。顶板为浅灰、灰绿色中厚层细砂岩，底板为灰白色至灰黄色页岩及砂质页岩。下距31#煤层20-32米。（2）31#煤层31#煤层：结构简单，煤层厚度为1.0—1.6m，含夹矸1层，全区可采。顶板为黄绿色细砂岩，底板为白色页岩岩。（3）32#煤层32#煤层：位于龙潭组下段上部，煤层厚度为1.88—2.0m，为区内主要可采煤层。全区可采；结构较复杂，常含一至二层厚0.10m的粘土岩夹矸。顶板为黄绿色砂质页岩，底板为砂质页岩。各可采煤层的主要特征见表1-2-1：可采煤层主要特征表表1-2-1煤层编号煤层平均厚度(m)煤层倾角(°)煤层平均间距(m)煤层结构煤层稳定性顶底板岩性备注顶板底板28#1.4926简单稳定细砂岩页岩31#1.649简单稳定细砂岩页岩1032#1.949含1层夹矸稳定砂质页岩泥质页岩1.2.4煤尘、煤层自燃倾向及煤与瓦斯突出情况1、瓦斯根据《贵州省动能煤炭局文件》黔煤行管字[2011]792号文《对毕节地区煤矿2011年矿井瓦斯等级鉴定报告的批复》，庆荣煤矿矿井绝对瓦斯涌出量为9.24方/t，相对瓦斯涌出量为45.14m3/min，绝对二氧化碳涌出量为0.33m3/min。瓦斯等级为高瓦斯矿井。2、煤尘爆炸性根据贵州省六枝工矿集团恒达勘察设计有限公司实验室对31#、32#煤，所作的鉴定报告，31#、32#煤层煤尘无爆炸性。3、自燃发火倾向根据贵州省六枝工矿集团恒达勘察设计有限公司实验室对32#煤，所作的鉴定报告，32#煤层自燃倾向性为三类，即不易自燃煤层。1.3矿井概况1.3.1矿井开拓开采矿井采用斜井开拓方式，主斜井主要用于运煤；副斜井主要用于运材料、进风，敷设管线；回风井回风。采煤方法采用走向长壁后退式采煤法，在工作面回采的同时，布置两个顺槽掘进头，形成完整的生产系统。采用单体支柱和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板。采用钻眼爆破法落煤。1.3.2矿井通风矿井通风系统为中央并列抽出式通风，主、副斜井进风，回风斜井回风。主扇配FBCD—6--№.16型轴流式风机2台（1台备用），电机功率2×75Kw，目前主通风机叶片运行角度为20度，矿井风量为41m3/s。1.4抽放工作面概况23201采煤工作面开采32号煤层，平均采高1.8m左右，工作面采长85m，走向长度余350m，采用爆破落煤，工作面采用单体液压支拄和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板，工作面采用U型通风，配风量450m3/min，回风巷瓦斯浓度平均0.15％左右。采空区有定的瓦斯涌出量，瓦斯浓度一般1％左右，采取瓦斯抽放措施。二、矿井瓦斯抽放的必要性与可行性2.1瓦斯抽放必要性瓦斯抽放旨在保障矿井安全生产，同时也是解决瓦斯的基本手段。众所周知，加强通风是处理瓦斯的最有效方法，而当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时就应当采取抽放瓦斯措施，对于局部区域的瓦斯超限（如上隅角等），采用通风方法可能无法解决瓦斯问题或采用通风方法不合理时，也必须采取瓦斯抽放措施。庆荣煤矿23201采煤工作面采空区瓦斯涌出量不大，上隅角浓度经常达到1％左右，采取瓦斯抽放，解决上隅角瓦斯超限问题。此外，为预防32＃煤层在掘进期间瓦斯超限，考虑掘进工作面超前预抽、边采边抽和本煤层预抽。2.2瓦斯抽放的可行性瓦斯抽放的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽放效果来评价。开采层瓦斯抽放（未卸压）的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。最常用的衡量煤层瓦斯抽放难易程度的指标是煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。庆荣煤矿没有进行过抽放可行性研究工作，但根据煤层硬度作经验分析，煤层透气性一般，本煤层预抽可行。邻近层和采空区（上隅角）瓦斯抽放是属于卸压瓦斯抽放，抽放效果一般较好，邻近层抽放一般浓度较高，而采空区抽放量一般较大，采空区抽放与煤层预抽及邻近层抽放相比抽放浓度较低。抽放实践已证明，在煤层群开采时，邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放效果一般都比较好，故左家营煤矿进行邻近层或采空区瓦斯抽放技术上是可行的，同时瓦斯抽放能保证正常生产，所以经济上也是合理的。三、瓦斯抽放方法与工艺3.1工作面瓦斯来源分析采煤工作面瓦斯涌出包括三部分，即落煤、煤壁及采空区瓦斯涌出。采落煤及煤壁瓦斯涌出来自开采煤体，采空区瓦斯涌出则可包括以下几部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出等。对于23201采面来讲，由于开采层上部有邻近层，受采动影响，32#层瓦斯卸压，和围岩瓦斯涌出及丢煤瓦斯涌出一起构成采空区瓦斯，由于采空区内存在着漏风，漏风流携带高浓度瓦斯从上隅角附近涌入到工作面，往往造成工作面上隅角瓦斯超限。初步估算，23201工作面采空区瓦斯涌出量占整个工作面瓦斯涌出量的50％左右，是工作面瓦斯涌出的来源之一,采空区瓦斯涌出中有一部分来上自邻近层。3.2瓦斯抽放方法选择3.2.1瓦斯抽放方法概述3.2.1.1开采层瓦斯抽放开采层抽放包括预抽、边采边抽和强化抽放等方式，预抽主要采用钻孔预抽，是在工作面开采前预先抽放煤体中的瓦斯，属于未卸压煤层的瓦斯抽放，对于透气性及其它预抽条件较好的煤层，预抽会取得较好效果。边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽放本层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体由于卸压，透气性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向孔或交叉钻孔，抽放工作面前方煤体的卸压瓦斯。3.2.1.2邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯抽放就是通常所说的卸压层瓦斯抽放。在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近层煤层得到卸压，而产生膨胀变形，煤层透气性大幅度提高。此时煤层与岩层之间形成的空隙与裂缝，不仅可储存卸压瓦斯，而且也是良好的瓦斯流动通道，为防止邻近层瓦斯向开采层工作面涌出就应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。实践证明，邻近层瓦斯抽放不仅容易，而且效果好。3.2.1.3采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放具有抽放量大、来源稳定等特点，23201工作面采空区有一定的瓦斯涌出量，围岩及丢煤瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量稍大，具备进行采空区瓦斯抽放的条件。3.2.2瓦斯抽放方法确定抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：1、抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；5、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。根据上述选择瓦斯抽放方法的原则，结合左家营煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点，决定采取邻近层或采空区瓦斯抽放的方法，本煤层打钻孔预抽等方法。表3-1可行的抽放方案抽放方法抽放工艺理由备注采空区瓦斯抽放上隅角浅部插管上隅角瓦斯浓度较高工艺简单，可解决上隅角附近小范围瓦斯超限问题。打木垛深部插管采空区瓦斯涌出量大需打木垛，如上隅角浅部的抽效果不好，再考虑采用。采空区埋管采空区瓦斯涌出量大前两种方法无法解决问题时考虑采用。埋入管道难以回收，投资大。老塘（已采采空区）密闭抽放老塘瓦斯涌出量大防止老塘瓦斯向外涌出邻近层瓦斯抽放高位钻孔抽放邻近层瓦斯邻近层较多且瓦斯涌出量较大抽放效果一般较好，但需打岩石钻孔，施工及管理难度较大。本煤层预抽在掘进巷道打顺层钻孔本煤层瓦斯涌出量大可边掘边抽或先抽后掘根据左家营煤矿的情况，采煤工作面实行顺层预抽，采空区瓦斯抽放投资小，操作简单，采取采空区瓦斯抽放，采用上隅角插管抽放。掘进工作面煤层本煤层瓦斯预抽，实行先抽后掘。3.3抽放瓦斯工艺设计3.3.1上隅角插管抽放瓦斯上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合，由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或无风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m长的负压软管与主抽放管路上的三通连接，将负压软管插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高），用铁丝吊挂在支架上，为提高抽放浓度，上隅角处应采用挡风帘，提高抽放效果。随着工作的推进，主管路三通上的负压软管移往前面的三通上联接，后面主管路上余出来的三通上加蜂窝管，采用打隔离墙保护不被跨落矸石压死。如此反复。抽放工艺如图3-1所示。软管可采用4寸管。抽放