S2107工作面初采期瓦斯治理方案(加強(qiáng)版)

1、S2107綜采放頂煤工作面初采期瓦斯治理方案 瓦斯治理科研小組目 錄一、S2107綜采放頂煤工作面概況1二、瓦斯涌出量預(yù)測(cè)11、主采層的瓦斯涌出量12、鄰近層的瓦斯涌出量23、工作面的瓦斯涌出量3三、瓦斯治理能力評(píng)估41、通風(fēng)瓦斯治理能力4（1）通風(fēng)現(xiàn)狀4（2）通風(fēng)瓦斯治理能力42、抽采瓦斯治理能力5（1）瓦斯抽采現(xiàn)狀5（2）抽采瓦斯治理能力103、瓦斯治理能力評(píng)估10四、初采期瓦斯治理方法111、打設(shè)密閉墻112、L型風(fēng)障均壓123、對(duì)工作面進(jìn)行CO2預(yù)裂134、上隅角瓦斯引排器135、施工釋放孔146、施工地面瓦斯抽采井14一、 S2107綜采放頂煤工作面概況S2107綜采放頂煤工作面位于

2、南二采區(qū)，東側(cè)為S2106工作面（已采）；西側(cè)、北側(cè)為實(shí)體煤；南側(cè)接南二膠帶下山、南二進(jìn)風(fēng)下山、南二1號(hào)回風(fēng)下山、南二2號(hào)回風(fēng)下山。2107膠帶順槽長(zhǎng)度1483.82m， S2107回風(fēng)順槽長(zhǎng)度1483.82m, S2107高抽巷1406m。工作面可采長(zhǎng)度為1286m，切眼長(zhǎng)度為313.3m。工作面可采儲(chǔ)量約為298萬(wàn)噸。采用走向長(zhǎng)壁、后退式大采高低位放頂煤一次采全高全部垮落式綜合機(jī)械化采煤法。S2107工作面由西南向東北3號(hào)煤層整體近似為一單斜構(gòu)造，平均坡度+2°。東北方向高，西南方向低。煤層瓦斯含量為9.7m³t,煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，3#煤層屬不自燃煤層。煤質(zhì)為特低硫、

3、低磷、中灰、熱穩(wěn)定性好、高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。二、瓦斯涌出量預(yù)測(cè)1、主采層的瓦斯涌出量S2107工作面煤層平均厚度5.73m，工作面長(zhǎng)313.3m，采用放頂煤開(kāi)采，工作面平均日產(chǎn)量10000t，其回采過(guò)程中的瓦斯涌出量可按照下式計(jì)算： 式中：k1圍巖瓦斯涌出系數(shù)，一般取1.2； k2工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，為回采率的倒數(shù)，1/0.9=1.11；k3工作面巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù)， LS2107工作面工作面切眼長(zhǎng)度，313m； h掘進(jìn)巷道預(yù)排瓦斯等值寬度，23m； A工作面日產(chǎn)量，10000噸/日； S2107工作面3號(hào)煤層實(shí)測(cè)瓦斯含量，9.7 m3/t；S2107工作面3號(hào)煤層殘余瓦斯含量，2.0

4、5 m3/t。2、鄰近層的瓦斯涌出量式中：q2鄰近層絕對(duì)瓦斯涌出量m3/min； 第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m；工作面采高，m； 第i個(gè)鄰近層的瓦斯排放率，%；當(dāng)采高大于4.5m時(shí)，按下式計(jì)算(注：當(dāng)下部煤層遠(yuǎn)離S2107工作面289m時(shí)，瓦斯排放率為0) 第i鄰近層與開(kāi)采層垂直距離； A工作面日產(chǎn)量，10000噸/日； 第i個(gè)鄰近層的原始瓦斯含量，取6 m3/t；第i個(gè)鄰近層的殘存瓦斯含量，取2 .05m3/t。3#煤層上鄰近層為1#、2#煤，僅局部地區(qū)發(fā)育有煤線，瓦斯涌出量可忽略不計(jì)，3#煤層下部存在4#、5#、9#、12#、15#煤此三煤層賦存較穩(wěn)定，離3#煤層的平均距離為：10.96m、6

5、2.6m 、77.95m及111.16m。3、工作面瓦斯涌出量根據(jù)以上分析和計(jì)算，可得出S2107工作面的瓦斯涌出量為： 三、瓦斯治理能力評(píng)估1、通風(fēng)瓦斯治理能力（1）通風(fēng)現(xiàn)狀S2107工作面回風(fēng)順槽總長(zhǎng)為1483m，膠帶順槽總長(zhǎng)為1483m，斷面面積均為20.52m2,； S2107工作面采用單U型通風(fēng)，膠帶順槽為進(jìn)風(fēng)流，實(shí)際風(fēng)量為2382m3/min，其中S2106輔助切眼風(fēng)量為524m3/min，回風(fēng)順槽風(fēng)量1876m3/min，平均瓦斯?jié)舛葹?.35%，風(fēng)排瓦斯量6.57m3/min。風(fēng)流路線如下圖：圖1 S2107工作面風(fēng)流路線圖（2）通風(fēng)瓦斯治理能力S2107工作面計(jì)劃配風(fēng)量為40

6、00m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛劝凑?.75%進(jìn)行計(jì)算，其最大處理瓦斯能力為30 m3/min2、抽采瓦斯治理能力（1）瓦斯抽采現(xiàn)狀S2107工作面回采期間抽采方式有煤層順層鉆孔抽采、膠帶順槽裂隙帶鉆場(chǎng)鉆孔及回風(fēng)順槽上隅角頂板抽采孔抽采、高抽巷抽采。a、煤層順層鉆孔S2107回風(fēng)順槽膠帶順槽和切眼布置平行預(yù)抽鉆孔，設(shè)計(jì)孔深180m，開(kāi)口位置距底板1.8m，鉆孔間距為2.5m，鉆孔仰角隨煤層走向變化而改變，切眼平行孔由膠帶順槽瓦斯管帶抽。表1 煤層順層鉆孔抽采情況地 點(diǎn)鉆孔數(shù)量（個(gè)）鉆孔總長(zhǎng)度（m）總抽采量（m3/min）單孔抽采量（m3/min）萬(wàn)米抽采量m3/(min·萬(wàn)m)回風(fēng)順

7、槽5037717921.860.0432.83膠帶順槽527546134.440.0080.813切 眼30圖2 S2107工作面平行孔布置示意圖由數(shù)據(jù)可以看出S2107工作面回風(fēng)順槽平行孔的抽采純量、單孔抽采量、萬(wàn)米抽采量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其膠帶順槽的數(shù)據(jù)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于余吾煤業(yè)已采工作面的平行孔抽采情況，即S2107工作面回風(fēng)槽抽采出現(xiàn)異常。經(jīng)瓦斯科研小組排查，原因如下：1）地面排采井壓裂S2107回風(fēng)順槽兩幫分布有余吾1-47至余吾1-60共14口地面排采井。其中奇數(shù)號(hào)排采井位于巷道西幫平均距巷道60m，間距150m；偶數(shù)號(hào)排采井位于巷道東幫平均距巷道80m，間距150m。據(jù)地測(cè)科資料，所有排采井均

8、已壓裂。偶數(shù)號(hào)排采井位于工作面范圍內(nèi)，經(jīng)排采井壓裂后，工作面裂隙逐漸發(fā)育，至S2107工作面形成后，裂隙正處于發(fā)育成熟期，使得S2107回順側(cè)透氣性系數(shù)得到提高，使得瓦斯抽采濃度得到提升。S2107回順側(cè)平均瓦斯抽采濃度為42.38%，膠帶側(cè)平均瓦斯抽采濃度為20.77%。圖3 S2107工作面抽采濃度統(tǒng)計(jì)2） 俯仰孔S2107工作面回順側(cè)低、膠順側(cè)高，故施工鉆孔時(shí)回順側(cè)鉆孔均為仰孔，其易于施工、封孔、排水、排渣。S2107回順側(cè)有效鉆孔平均深度為141m，S2107膠順側(cè)有效鉆孔平均深度為117m。3）鄰近工作面回采情況S2107回風(fēng)順槽為原S2106工作面進(jìn)風(fēng)順槽，在S2106工作面形成工

9、作面至今，靠近S2107回順側(cè)的煤體不斷卸壓，使得此部分煤層各種裂隙不斷發(fā)育，透氣性系數(shù)增大。S2107進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)現(xiàn)為S2108準(zhǔn)備工作面，基本未受采動(dòng)影響，為原始應(yīng)力區(qū)。b、煤層裂隙帶鉆孔S2107膠順布置16個(gè)裂隙帶鉆場(chǎng)，已施工14個(gè)鉆場(chǎng)，2個(gè)鉆場(chǎng)未施工完畢，鉆場(chǎng)內(nèi)寬4m、外寬6m、深5m、高3.6m，鉆場(chǎng)內(nèi)施工裂隙帶鉆孔12個(gè)，平均孔深120m，鉆孔開(kāi)孔高度1.8m、2.2m，鉆孔間距0.5m，鉆孔控制工作面距回風(fēng)、膠帶順槽100m范圍。至今未進(jìn)行瓦斯抽采。c、高抽巷抽排1）高位高抽巷S2107高抽巷已掘成，在S2107初采位置打設(shè)55個(gè)溝通孔，待回采時(shí)建密閉埋管，由南二膠帶與2#回風(fēng)7

10、#貫中的南二移動(dòng)泵站負(fù)責(zé)帶抽，移動(dòng)泵站未施工完畢，現(xiàn)未運(yùn)行使用。2）低位高抽巷S2107工作面在高位高抽巷內(nèi)開(kāi)口有低位高抽巷。巷道從S2107高抽巷1197m處開(kāi)口，與S2107高抽巷夾角20°沿-10°下山掘進(jìn)30m后，與S2107高抽巷夾角0°沿-9°下山掘進(jìn)至90m處時(shí)巷道底板距3#煤層頂板為15m。然后水平掘進(jìn)至75m，然后按-12°下山掘進(jìn)至巷道底板距3#煤層頂板為5m，而后與煤層頂板平行掘進(jìn)至214m。待施工完畢后，由南二移動(dòng)泵站負(fù)責(zé)帶抽。圖4 S2017高抽巷布置示意圖3）抽采瓦斯排放 因南二采區(qū)風(fēng)量較小，考慮到高抽巷抽采的瓦斯有

11、可能造成回風(fēng)巷瓦斯超限，故對(duì)高抽巷抽采瓦斯的排放進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)，計(jì)算時(shí)以S2107高抽巷的抽采量為預(yù)測(cè)瓦斯涌出量的35%，抽采不均勻系數(shù)取1.2，高抽巷最大抽采量為27.43 m3/min。詳情如下。表2 南二采區(qū)及S2107工作面回風(fēng)現(xiàn)狀地點(diǎn)風(fēng)量（m3/min）瓦斯?jié)舛?%)瓦斯量（m3/min）南二采區(qū)1號(hào)回風(fēng)下山53250.115.86 南二采區(qū)2號(hào)回風(fēng)下山62890.148.80 S2107回風(fēng)順槽18760.35657預(yù)計(jì)S2107工作面回風(fēng)順槽配風(fēng)量為4000 m3/min，假設(shè)其瓦斯?jié)舛葹?.75%，最后匯入南二采區(qū)2#回風(fēng)下山，可使得2#回風(fēng)下山濃度升高至0.51%。1#回風(fēng)下

12、山無(wú)工作面回風(fēng)流匯入，其瓦斯?jié)舛缺３植蛔?。如S2107高抽巷抽采瓦斯均排入2#回風(fēng)下山，則2#回風(fēng)下山的瓦斯?jié)舛仁?.87%；如S2107高抽巷抽采瓦斯均排入1#回風(fēng)下山，則1#回風(fēng)下山的瓦斯?jié)舛仁?.57%。設(shè)計(jì)2趟400mm排氣管安裝到南二2#回風(fēng)下山4#貫東30m處，1趟400mm排氣管安裝到南二1#回風(fēng)下山瓦排管專用巷口東50m處。其中以1#回風(fēng)下山為主，在兩趟管路分開(kāi)處利用蝶閥控制流量。詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)表3表3 S2107高抽巷排放設(shè)計(jì)地點(diǎn)風(fēng)量（m3/min）未排放前預(yù)計(jì)瓦斯?jié)舛?%)排放量（m3/min）排放濃度（%）排放量（m3/min）排放后瓦斯?jié)舛龋?）南二采區(qū)1號(hào)回風(fēng)下山5325

13、0.144004.919.60.47 南二采區(qū)2號(hào)回風(fēng)下山62890.511604.96.830.60 由計(jì)算可以得出在抽采量為33.6 m3/min的條件下，南二采區(qū)1#回風(fēng)下山及2#回風(fēng)下山都不會(huì)出現(xiàn)瓦斯超限，除回風(fēng)瓦斯影響外兩條巷道最大能處理54m3/min的抽排瓦斯。（2）抽采瓦斯治理能力初采期抽采瓦斯治理能力按如下規(guī)則計(jì)算：平行孔按現(xiàn)抽采情況抽采量為26.3m3/min；裂隙帶鉆場(chǎng)參照余吾煤業(yè)已采工作面的膠順裂隙帶鉆場(chǎng)回采數(shù)據(jù)，取抽采量為4m3/min；高抽巷瓦斯抽采按N1102工作面高抽巷的抽采率35%進(jìn)行計(jì)算，78.37*35%=27.42m3/min。則S2107工作面抽采瓦斯

14、治理能力為57.72m3/min3、瓦斯治理能力評(píng)估 綜上所述，S2107工作面瓦斯治理能力評(píng)估詳細(xì)數(shù)據(jù)如表4所示表4 S2107工作面瓦斯治理能力評(píng)估表治理方式治理瓦斯能力（m3/min）備注通風(fēng)30平行孔26.3裂隙帶鉆場(chǎng)4高抽巷27.42瓦斯治理能力87.72預(yù)測(cè)瓦斯涌出量78.37平均值四、初采期瓦斯治理方法由以上計(jì)算可得出S2107工作面的瓦斯治理能力稍大于S2107工作面的預(yù)測(cè)瓦斯涌出量，瓦斯治理飽和系數(shù)為112%。但工作面正?；夭善陂g瓦斯涌出存在不均衡性，故其最大瓦斯涌出量要大于平均涌出量。余吾煤業(yè)為單一煤層開(kāi)采，且丟煤較少，瓦斯涌出不均衡系數(shù)取下限值即1.2，則最大瓦斯涌出量為

15、82.52*1.2=94.04m3/min，大于S2107現(xiàn)瓦斯治理能力（87.72 m3/min）。S2107低位高抽巷在回采期間將與工作面進(jìn)行直接溝通（預(yù)計(jì)負(fù)壓點(diǎn)位置位于切眼后方7m處），可能造成S2107高抽巷抽采量下降。S2107工作面采用U型通風(fēng)，在生產(chǎn)期間肯定會(huì)造成上隅角瓦斯超限。鑒于以上原因必須對(duì)S2107工作面補(bǔ)充新的瓦斯治理措施。1、打設(shè)密閉墻在膠帶順槽尾巷每隔20m構(gòu)筑一道密閉，膠帶順槽打設(shè)密閉后可以減少膠順向采空區(qū)的漏風(fēng)，防止過(guò)多的風(fēng)流帶出大量高濃度的采空區(qū)瓦斯。通過(guò)密閉墻的打設(shè)可以相對(duì)減小工作面的長(zhǎng)度，減少采空區(qū)漏風(fēng)量，改變采空區(qū)的流場(chǎng)，有效地降低工作面上隅角處的瓦斯?jié)?/p>

16、度。由于封堵為余吾煤業(yè)首次使用，瓦斯科研小組提供兩個(gè)方案作為備選：利用柔性封堵材料對(duì)工作面膠順側(cè)進(jìn)行全斷面封堵，防止風(fēng)流過(guò)度漏入采空區(qū)。利用粉煤灰砌墻對(duì)膠順側(cè)進(jìn)行半斷面封堵，以保證老塘有足夠的跨落空間；同時(shí)頂板跨落后封堵上部分未封堵空間。此方案相對(duì)于a方案較為省錢，但封堵效果不好。如膠順打設(shè)密閉后，上隅角還經(jīng)常超限，則在回風(fēng)順槽尾巷每隔10m加設(shè)防漏風(fēng)密閉。2、L型風(fēng)障均壓采取上隅角“一巷兩道”形式的L型風(fēng)障引排瓦斯，將回采時(shí)采空區(qū)涌出的高濃度瓦斯通過(guò)固定通道排出，防治上隅角瓦斯超限。該技術(shù)使得工作面通風(fēng)阻力與采空區(qū)通風(fēng)壓差降低，上隅角處漏風(fēng)量與瓦斯涌出減少。在回風(fēng)巷道內(nèi)打設(shè)中間單體柱附近的錨

17、桿上打設(shè)一道鋼絲繩，要求鋼絲繩緊貼巷道頂板。緊靠回風(fēng)巷道中間單體支柱，用鋼絲繩把風(fēng)障固定在巷道頂板上，鋼絲繩與風(fēng)障間用圓環(huán)連接。風(fēng)障正對(duì)端尾行人過(guò)橋處，留設(shè)行人風(fēng)門，尺寸為1.0×1.5米。風(fēng)門底部利用鐵絲捆綁上廢舊錨桿，確保風(fēng)障底部搭接嚴(yán)密不漏風(fēng)。行人通過(guò)時(shí)，掀起風(fēng)門通過(guò)。前部橫風(fēng)障在工作面前方2.5-5m處，尾部延接至后溜尾處，隨著工作面推進(jìn)，每小班進(jìn)行延接一次。圖5 S2107工作面L型風(fēng)障設(shè)計(jì)圖3、對(duì)工作面進(jìn)行CO2預(yù)裂 根據(jù)N2103膠順的CO2預(yù)裂試驗(yàn)，CO2預(yù)裂可以增大煤層透氣性，降低工作面瓦斯涌出不均勻系數(shù)。在回采期間對(duì)S2107回順及膠順距切眼80m處進(jìn)行CO2預(yù)裂，提高工作面前方應(yīng)力集中區(qū)的瓦斯抽采效果，減少回采期間的瓦斯涌出量。4、上隅角瓦斯引排器對(duì)上隅角風(fēng)流引射器進(jìn)行改造，做成瓦斯引排器（如圖6）。將瓦斯引排器放在上隅角瓦斯探頭后部200mm處。風(fēng)流引排器可將探頭后方高濃度瓦斯通過(guò)瓦斯引流裝置引入風(fēng)流引排器，而后通過(guò)108高壓管接入回順400管路進(jìn)行帶抽。圖6 上隅角瓦斯引排器設(shè)計(jì)圖5、施工釋放孔如果采煤期間回風(fēng)順槽風(fēng)流瓦斯?jié)舛雀?，則每天利用檢修班時(shí)間在S2107切眼內(nèi)施工釋放孔，其設(shè)計(jì)開(kāi)孔