新安矿瓦斯抽采设计

114151工作面概况1.1工作面位置范围14151工作面位于新安煤矿14采区下山东翼上部，上邻14采区运输大巷保护煤柱，下邻14171工作面，东邻14与12采区保护煤柱，西邻14采区皮带下山保护煤柱，地面无建筑物和水体。14151工作面走向长度655m，里段倾向长度80m，外段倾向长度120m，地面标高+520~+600m，工作面标高+21~+48m，回采面积76600m2。工作面地质储量50.83万吨，可采储量47.27万吨。该工作面于2007年3月掘进完毕，计划于2007年5月开始回采。回采时采用走向长壁采煤方法，顶板采用全部垮落法管理。1.2煤层瓦斯情况14151工作面煤层厚度变化较大，厚度在0~14.5m之间，平均厚度4.5m，煤层倾角6~11°。煤层原生结构受构造作用，煤层破坏，层理不清，结构紊乱。煤层结构简单，偶见夹矸，含FeS2结核。煤质为贫瘦煤。表2-1新安矿14下山采区煤层瓦斯参数序号孔号埋深(m)瓦斯含量(m3/t)瓦斯压力(MPa)1瓦斯孔4478.479.840.862瓦斯孔5478.479.840.923瓦斯孔6516.3110.051.0041007554.149.230.8651107560.1910.481.19工作面煤层构造软煤普遍发育，绝大多数属于典型的Ⅲ～Ⅴ类构造软煤。硬煤分布仅局部可见，根据现场取样测定结果，坚固性系数f为0.19~0.42，平均为0.25，瓦斯放散初速度ΔP为6.95~26.51，平均为13.27。根据河南理工大学2003年12月提交的《豫西－义煤集团新安煤矿二1煤瓦斯赋存规律及矿井瓦斯防治技术研究》，新安矿14下山采区煤层底板标高在+25m以深，实际控制的瓦斯参数测点有5个，瓦斯参数见表2-1。14下山采区为突出危险采区，14151工作面位于14下山采区内，为突出危险工作面。1.3工作面掘进过程中的防突措施1.3.1突出危险性预测（检验）根据对14151工作面巷道煤壁构造软煤跟踪观测的结果，该工作面煤层构造软煤普遍发育，绝大多数属于典型的Ⅲ～Ⅴ类构造软煤，硬煤分布仅局部可见，据此判定14151工作面煤层全部为构造软煤，这些构造软煤分层在大多数情况下整层发育，软煤的瓦斯突出参数都大大超出《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯矿井瓦斯抽采课程设计2突出细则》规定的临界值，说明该工作面煤层已经具备了发生煤与瓦斯突出的煤层条件。在14151工作面上、下巷及切眼掘进期间，突出危险性预测和防治突出措施的效果检验采用最大钻屑量指标(S)、瓦斯解吸指标(Δh2)和钻孔瓦斯涌出初速度(q)三项指标，各指标预测(效果检验)瓦斯突出危险性临界值如表2-2所示。表2-2瓦斯突出危险性预测（效果检验）临界值最大钻屑量S(kg)瓦斯解吸指标Δh2(Pa)钻孔瓦斯涌出初速度q(L/min)突出危险性≥5≥180≥4有突出危险＜5＜180＜4无突出危险当上述三项指标有一个及一个以上指标超限时，预测（效验）工作面有突出危险性或防治突出措施无效；当上述三项指标均不超限时，预测（效验）工作面无突出危险性或防治突出措施有效。1.3.2防突措施14151上、下巷在掘进过程中，局部巷道上部掉碴，放炮瞬间瓦斯涌出量较大。此外，由于该工作面大部分煤层较厚，掘进过程中瓦斯涌出量较大。在掘进期间主要采取了掘进前先打瓦斯释放钻孔和煤层注水的消突措施，采用放小炮处理上部伪顶碴，下部煤层采用手镐掘进，同时加强顶板和煤壁管理，防止片帮、冒顶造成瓦斯超限，并加强了通风系统的管理。14151上、下巷在掘进前先打9个孔深不小于10m的排放钻孔，经效果检验，指标小于临界值时方可掘进，预留措施孔超前距不小于5m。排放钻孔布置如图2-1所示。图2-1排放钻孔布置示意图此外，加强对掘进工作面迎头煤壁的注水工作，为防止煤体片落造成瓦斯超限，在注水时以煤壁渗水为宜。在打钻及注水期间，派专人观察正头瓦斯探头，发现瓦斯浓度达0.6%时，及时通知打钻或注水人员停止作业。1.4工作面突出危险性分析（1）14151上巷14151上巷于2006年2月开始掘进，2006年12月掘进完毕。图2-2是根据上巷掘进过程中措施效果检验实测指标值绘制的最大钻屑量（S）、瓦斯解吸指标（Δh2）和钻孔瓦斯涌出初速度（q）沿巷道长度变化曲线。由图2-2中可以看出，在上巷掘进期间所统计的146次效果检验中，有29次指标超标，占预测和效果检验总数的19.9%，最大钻屑量S最大值为5.5kg，瓦斯解吸指标Δh2最大值为372Pa，钻孔瓦斯涌出初速度q最大值为25.54L/min。下巷在掘进到距皮带口132m处发生过一次瓦斯动力现象，压出煤量2t，瓦斯涌出量53m3。0102030400100200300400500600700△h2(10xPa)q(L/min)S(kg/m)（2）14151下巷14151下巷2006年1月开始掘进，2006年12月掘进完毕。图2-3是根据下巷掘进过程中措施效果检验实测指标值绘制的最大钻屑量（S）、瓦斯解吸指标（Δh2）和钻孔瓦斯涌出初速度（q）沿巷道长度变化曲线。由图2-3中可以看出，在下巷掘进期间所统计的117次效果检验中，有23次指标超标，占预测和效果检验总数的19.7%，最大钻屑量S最大值为5.6kg，瓦斯解吸指标Δh2最大值为294Pa，图2-214151上巷预测检验指标随巷道长度的变化钻孔瓦斯涌出初速度q最大值为14.31L/min。下巷在掘进到距皮带口300m处发生过一次瓦斯动力现象，压出煤量9t，瓦斯涌出量216m3。0102030400100200300400500600700△h2(10xPa)q(L/min)S(kg/m)（3）14151切眼在切眼掘进期间所统计的33次效果检验中，只有1次指标超标，占预测和效果检验总数的3.0%，最大钻屑量S最大值为4.1kg，瓦斯解吸指标Δh2最大值为156Pa，钻孔瓦斯涌出初速度q最大值为13.07L/min。从14151工作面上、下巷及切眼掘进过程中效果检验指标53次超限情况及掘进过程中发生的瓦斯动力现象来看，14151工作面煤层具有较大的瓦斯突出危险性。1.5矿井通风目前，矿井采用中央并列式通风系统，原副井进风，原主井回风。安装风机为2KDB55-18#轴流式通风机两台，风机风量20～75m3/s，风机静压490～2448Pa，服务于当前21采区生产。改扩建后拟采用中央分列式通风系统，原主、副井进风，新打主井回风。矿井通风量94m3/s，矿井通风负压初期为1776.8Pa，后期为2326.6Pa。选择二台GAF23.7-11.8-1型轴流风机，风机转数n＝990r/min，服务于将来的双采区同时生产。图2-314151下巷预测检验指标随巷道长度的变化矿井瓦斯抽采课程设计22矿井瓦斯抽放的必要性和可行性2.1瓦斯涌出量预测新建矿井或生产矿井新水平，都必须进行瓦斯涌出量预测，以确定新矿井、新水平、新采区投产后瓦斯涌出量大小，作为矿井和采区通风设计、瓦斯抽放及瓦斯管理的依据。矿井瓦斯涌出量预测应包括以下资料：（1）矿井采掘设计说明书①开拓、开采系统图，采掘接替计划；②采煤方法、通风方式；③掘进巷道参数、煤巷平均掘进速度；④矿井、采区、回采工作面及掘进工作面产量。（2）矿井地质报告①地层剖面图、柱状图等；②各煤层和煤夹层的厚度、煤层间距离及顶、底板岩性。（3）煤层瓦斯含量测定成果、风化带深度及瓦斯含量等值线图；（4）邻近矿井和本矿井已采水平、采区（盘区）以及采掘工作面瓦斯涌出测定结果；（5）煤的工业分析指标（水分、灰分、挥发分和密度）以及煤质牌号。鉴于主焦矿-350m水平以深为新开拓水平，矿井瓦斯涌出量预测采用分源预测法。2.1.1分源预测法2.1.1.1回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面瓦斯涌出来源主要包括开采层和邻近层。回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表示，以24h为一个预测圆班，由开采层（包括围岩）、邻近层瓦斯涌出量两部分组成，其计算公式为：21qqq采（2-1）式中：采q——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；1q——开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；2q——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；（1）开采层瓦斯涌出量矿井瓦斯抽采课程设计3薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量可由下式计算：)(003211cWWMmKKKq（2-2）式中：1q——开采层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；1K——围岩瓦斯涌出系数；1K值选取范围为1.1~1.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，1K取1.3；局部充填法管理顶板1K取1.2；全部充填法管理顶板1K取1.1；砂质泥岩等致密性围岩1K取值可偏小；2K——工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；3K——采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，采用长壁后退式回采时，3K按下式计算：LhLK)2(3L——工作面长度，m；h——掘进巷道预排等值宽度，m；如无实测值可按表2-1选取；0m——开采层厚度，m；M——工作面采高，m；0W——煤层原始瓦斯含量，m3/t；0W——煤层原始瓦斯含量，m3/t；cW——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t。（2）邻近层瓦斯涌出量邻近层瓦斯涌出量采用下式计算：iiniciiMmWWq102)(（2-3）式中：2q——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；iW0——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3/t，如无实测值可参照开采层选矿井瓦斯抽采课程设计4取；ciW——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t，如无实测值可参照开采层选取；im——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，%。当邻近层位于冒落带中时，1i。当采高小于4.5m时，i按下式计算或按图2-1选取。piihh1（2-4）式中：ih——第i邻近层与开采层垂直距离，m；ph——受采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。开采层顶、底板的破坏影响范围ph按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设于压煤开采规程》中附录六的方法计算。当采高大于4.5m时，i按下式计算：LhMhiii04.84047.0100（2-5）式中：ih——第i邻近层与开采层垂直距离，m；M——工作面采高，m；L——工作面长度，m。2.1.1.2掘进工作面瓦斯涌出量预测掘进工作面瓦斯涌出来源主要有两类：掘进巷道煤壁瓦斯涌出量和掘进巷道落煤瓦斯涌出量。掘进工作面瓦斯涌出量预测用绝对瓦斯涌出量表示，用下式计算：矿井瓦斯抽采课程设计543qqq掘（2-6）式中：掘q——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；3q——掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min；4q——掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量，m3/min。（1）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量掘进巷道煤壁瓦斯涌出量由下式计算：1203vLqvDq（2-7）式中：3q——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D——巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层，02mD，0m为开采层厚度；对于厚煤层，bhD2，h及b分别为巷道的高度及宽度；v——巷道平均掘进速度，m/min；L——巷道长度，m；0q——煤壁瓦斯涌出强度，m3/m2.min，如无实测值可参考下式计算：020]16.0)(0004.0[026.0WVqr（2-8）式中：dafV——煤中挥发分含量，%；0W——煤层原始瓦斯含量，m3/t。（2）掘进巷道落煤瓦斯涌出量掘进巷道落煤瓦斯涌出量由下式计算：cWWvSq04（2-9）式中：4q——掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；S——掘进巷道断面积，m2；矿井瓦斯抽采课程设计6v——巷道平均掘进速度，m/min；——煤的视相对密度，t/m3；0W——煤层原始瓦斯含量，m3/t；cW——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t。2.1.1.3生产采区瓦斯涌出量预测生产采区瓦斯涌出量指采区内所有回采工作面、掘进工作面及采空