礦井瓦斯抽采工藝設(shè)計(jì)方案

礦井瓦斯抽采方法及工藝一、礦井瓦斯來(lái)源分析根據(jù)對(duì)新豐煤礦瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)，本礦井在生產(chǎn)時(shí)瓦斯來(lái)源由以下三部分組成：回采工作面的瓦斯涌出、掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)的瓦斯涌出。各瓦斯來(lái)源涌出的瓦斯占礦井瓦斯的涌出比例與礦井的開(kāi)采深度和礦井的生產(chǎn)接續(xù)布局、采掘強(qiáng)度等有關(guān)。根據(jù)《新豐煤礦2011年礦井瓦斯等級(jí)鑒定和CO2鑒定報(bào)告》得出的結(jié)果表明本礦井瓦斯涌出構(gòu)成為：回采工作面瓦斯占50?54%，掘進(jìn)工作面瓦斯占15?20%，采空區(qū)瓦斯約占30%。根據(jù)新豐煤礦煤層賦存情況、礦井開(kāi)拓開(kāi)采技術(shù)條件以及預(yù)測(cè)的瓦斯涌出情況，新豐煤礦采取本煤層抽放的瓦斯抽放方法。二、抽放瓦斯方法選擇（一）、抽放瓦斯方法的選擇原則抽放瓦斯方法主要有：開(kāi)采層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放和幾種抽放方法綜合應(yīng)用的綜合抽放方法，選擇具體抽放瓦斯方法時(shí)應(yīng)遵循如下原則：1、抽放瓦斯方法應(yīng)適合煤層賦存狀況、開(kāi)采巷道布置、地質(zhì)和開(kāi)采條件；2、應(yīng)根據(jù)瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成進(jìn)行，盡量采取綜合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；3、有利于減少井巷工程量，實(shí)現(xiàn)抽放巷道與開(kāi)采巷道相結(jié)合；4、選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)有利于抽放巷道布置與維修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；5、所選擇的抽放方法應(yīng)有利于抽放工程施工、抽放管路敷設(shè)以及抽放時(shí)間增加。（二）、瓦斯抽放方案的確定表1-1瓦斯抽放方案選擇抽放方法抽放方式理 由備注本煤層抽放采煤工作面預(yù)抽及邊采邊抽煤層瓦斯含量大，提刖預(yù)抽和邊采邊抽，降低瓦斯含量，從而降低工作面的瓦斯涌出量，消除突在—］煤層回采面上下順槽內(nèi)布置鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，以解決開(kāi)采時(shí)瓦斯超限的問(wèn)題。邊掘邊抽出危險(xiǎn)掘進(jìn)頭內(nèi)側(cè)向刖方打鉆孔抽放鄰近層抽放卸壓穿層鉆孔抽放穿層鉆孔可提刖預(yù)抽二］煤層瓦斯，同時(shí)當(dāng)保護(hù)層一3煤層開(kāi)采時(shí)，會(huì)造成二］煤層卸壓，此時(shí)會(huì)有大量的卸壓瓦斯被抽出，從而達(dá)到降低二］煤層瓦斯含量及壓力的目的，降低在二］煤層中掘進(jìn)煤巷難度，解決煤巷掘進(jìn)瓦斯超限及瓦斯突出問(wèn)題，尤其適用于］煤層具有突出危險(xiǎn)性且煤層較軟/在本煤層不好施工鉆孑-配合下保護(hù)層開(kāi)采將會(huì)取得很好的效果在二］煤層底板巖石巷向二］煤層打穿層孔進(jìn)行抽放。巖石巷已經(jīng)掘出，可以進(jìn)行多臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行施工，不受采掘速度的限制/打完鉆孔后可水力沖孔/增加卸壓范圍。另外,穿層鉆孔抽放一定要超前于保護(hù)層開(kāi)采，以防止大量的卸壓瓦斯涌入保護(hù)層開(kāi)采工作面，而造成瓦斯事故。根據(jù)抽放方法的選擇原則，結(jié)合新豐煤礦將位于二］煤層下部的一3煤層作為保護(hù)層提前開(kāi)采來(lái)解放二1煤層的措施，制定了新豐煤礦瓦斯抽放方案。對(duì)于礦井主采煤層二1煤層進(jìn)行本煤層抽放?？晒┻x擇的本煤層瓦斯抽放方式包括鉆場(chǎng)平面扇形鉆孔、底板巖巷穿層鉆孔、正向平行鉆孔和迎面平行鉆孔四種方式。結(jié)合工作面的巷道布置特點(diǎn)，并充分考慮預(yù)抽鉆孔的邊采邊抽效率，選擇迎面平行鉆孔方式進(jìn)行本煤層瓦斯抽放。迎面平行鉆孔方式的優(yōu)點(diǎn)在于：既可保證瓦斯預(yù)抽的均衡性，還可充分利用工作面超前采動(dòng)卸壓效

應(yīng)，實(shí)行邊采邊抽，提高本煤層瓦斯抽放率。具體布孔方法：利用工作面上、下副巷，向回采工作面切眼方向打迎面平行鉆孔，如圖1-2所示。下副巷圖1-2回上副巷采工作面瓦斯預(yù)抽方式示意一圖1-2回上副巷采工作面瓦斯預(yù)抽方式示意一":-.-.=-0DODOo-:.:.-.-..:.-,鉆孔長(zhǎng)度鉆孔長(zhǎng)度鉆孔直徑鉆孔與工作面夾角鉆孔間距封孔深度封孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的本煤層預(yù)抽鉆孔布置參數(shù)如下：工作面傾斜長(zhǎng)度的一半075mm;3°?4。;2.4m；6?7m;2m;封孔方式聚氨酯封孔。（1）施工方法由于受煤層賦存條件影響，施工長(zhǎng)鉆孔存在困難，迎面平行鉆孔；由于鉆孔的有效抽放半徑為2m,鉆孔開(kāi)孔水平間距根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取2.4m,為了能使鉆孔布置更加合理，我礦在預(yù)抽工作開(kāi)始以后進(jìn)行實(shí)際測(cè)量；工作面開(kāi)采前進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，開(kāi)采時(shí)進(jìn)行邊采邊抽。（2）封孔及連接工藝鉆孔采用聚氨脂封孔,封孔管為直徑25mm的鐵管,再用高壓管或與之配套的埋線波紋管管連接到抽放支管上,再連接到干管上,最后到達(dá)地面泵房。（3）預(yù)抽時(shí)間確定考慮到本設(shè)計(jì)本煤層使用平行鉆孔對(duì)煤層進(jìn)行瓦斯進(jìn)行預(yù)抽,因保護(hù)層開(kāi)采引起煤體變形使煤層透氣性有所增加,抽放時(shí)間可以適當(dāng)延長(zhǎng),結(jié)合工作面巷道掘進(jìn)速度綜合考慮,本礦井二］煤層預(yù)抽時(shí)間應(yīng)為180天以上，實(shí)際的有效抽放時(shí)間我礦應(yīng)在實(shí)際抽放過(guò)程中進(jìn)行考察確定。（4）抽放管路管理工作面開(kāi)采后，隨著工作面的推進(jìn)，靠近切眼的抽放鉆孔不斷報(bào)廢，當(dāng)鉆孔距工作面切眼60m時(shí)，頁(yè)計(jì)抽放鉆孔進(jìn)入卸壓區(qū)，進(jìn)行卸壓抽放，隨著抽放管路不斷變短，靠近切眼的管路要逐段卸下來(lái)，端頭用法蘭片密封。由于工作面在回采時(shí)，回風(fēng)巷需進(jìn)行超前支護(hù)大約20m，為了不影響生產(chǎn)，需提前拆除管路，給瓦斯管路的管理造成一定困難在靠近工作面切眼30m內(nèi)的鉆孑L用軟膠管與抽放管未端相連，抽放管未端特制一段2?3m長(zhǎng)的短管，短管上做幾個(gè)變徑三通，與靠近工作面的鉆孔用軟管相連，鉆孔報(bào)廢后再向前移動(dòng)短管，保持短管始終在抽放管路的未端，見(jiàn)圖1-3。這樣一來(lái)，工作面的預(yù)抽鉆孔可以抽取大量的卸壓瓦斯，使開(kāi)采層預(yù)抽取得較好的抽放效果。1-3開(kāi)采層抽放鉆孔與抽放管連接示意二）、掘進(jìn)工作面瓦斯抽放本礦屬于煤與瓦斯突出礦井，為降低掘進(jìn)頭前方煤體瓦斯涌出量，消除煤與瓦斯突出威脅，可進(jìn)行超前鉆孔預(yù)抽瓦斯，因此在巷道掘進(jìn)時(shí)采用邊掘邊抽的方法。掘進(jìn)工作面布孔方式如圖1-4所示。在掘進(jìn)巷道兩側(cè)打鉆場(chǎng)進(jìn)行邊掘邊抽，鉆場(chǎng)單側(cè)間距40m，鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孑L數(shù)為4個(gè)，鉆場(chǎng)規(guī)格長(zhǎng)3.5m，深4m，高與掘進(jìn)巷道相同，掘進(jìn)工作面鉆孔布置始終超前巷道工作面10m，據(jù)此選取抽放鉆孑的參數(shù)如表1-4。封孑工藝與預(yù)抽工作面鉆孑封孔方法相同。圖1-4圖圖1-4圖表1-5邊掘邊抽鉆孔技術(shù)參數(shù)表鉆孔類別鉆孔與巷道中心線夾角（°）鉆孔仰角（°）孔深（m）鉆孔直徑（mm）

邊掘邊抽卩10°卩25°卩310°卩415同煤層傾角5075（三）、鄰近層瓦斯抽放利用在二1煤層底板布置的巖石大巷，可以先預(yù)先在二1煤層底板巖石巷向二1煤層打穿層孔進(jìn)行預(yù)抽，同時(shí)當(dāng)下保護(hù)層一3煤層開(kāi)采時(shí)，會(huì)造成二1煤層卸壓，此時(shí)會(huì)有大量的卸壓瓦斯被抽出，從而達(dá)到降低二1煤層瓦斯含量及壓力的目的，降低在二1煤層中掘進(jìn)煤巷難度，解決煤巷掘進(jìn)及回采面瓦斯超限及瓦斯突出問(wèn)題，預(yù)計(jì)可以取得很好的效果。見(jiàn)圖1-6。

3煤順轄抽放巷■:喋順槽"煤茂槽3煤順轄抽放巷■:喋順槽"煤茂槽土0專用回鳳大卷1-6穿層抽放鉆孔布表1-7鉆孔技術(shù)參數(shù)表孔號(hào)鉆孔孔徑申(mm)傾角(°)鉆孔孔底間距(m)孔深(m)1#1134015-201152#1134215-20953#1134615-20754#1135215-20605#1136315-20456#1137615-20407#1138415-20308#1135715-20259#1134515-203010#1132915-2035備注底板巖石巷內(nèi)每組鉆孔間距15~20m，每組布置10個(gè)鉆孔孑孔徑為75mm，水力沖孔至113mm，鉆孔穿透煤層頂板0.75m三、抽放工程施工設(shè)備及檢測(cè)儀表我礦所采用的抽放瓦斯方法：采用開(kāi)采層預(yù)抽(采前預(yù)抽)及穿層鉆孔抽放，抽放瓦斯主要工程是鉆孔施工和鉆場(chǎng)工程，打鉆工程所需的設(shè)備為：（一）、鉆機(jī)煤礦抽放瓦斯鉆機(jī)應(yīng)符合下列要求：1、電動(dòng)機(jī)及附屬電器設(shè)備必須是防爆的；2、鉆機(jī)要體積小，輕便或解體方便，以利于搬遷；3、鉆機(jī)應(yīng)能打水平、上向、下向任意角度的鉆孔。在綜合分析我國(guó)煤礦常用鉆機(jī)性能和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況的基礎(chǔ)上，考慮新豐煤礦煤、巖硬度以及設(shè)計(jì)抽放鉆孔的長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)選擇全液壓鉆機(jī)。根據(jù)鉆孔數(shù)量和鉆孔長(zhǎng)度，配備ZYG-150型液壓鉆機(jī)3臺(tái)、ZY-750型液壓鉆機(jī)2臺(tái)、ZY-650型液壓鉆機(jī)2臺(tái)、ZDY650型液壓鉆機(jī)2臺(tái)。配套鉆桿選用?50mm或042mm每節(jié)長(zhǎng)度0.76m或1m的鉆探鉆桿，鉆頭選用金鋼石鉆頭。打鉆施工供水采用由地面供水池向采區(qū)直接敷設(shè)管路，利用靜壓水直接供水，供水管路采用高壓膠管供水。（二）、主要檢測(cè)儀器、儀表配置井下抽放瓦斯主要檢測(cè)儀器、儀表包括孔板流量計(jì)、U型水柱計(jì)（汞柱計(jì)）、瓦斯?jié)舛葯z定器和高負(fù)壓取樣器等。、礦井抽放瓦斯量預(yù)計(jì)（一）、預(yù)抽工作面瓦斯抽放量預(yù)計(jì)根據(jù)鉆孔流量衰減規(guī)律及鉆孔有效排放系數(shù)等諸多因素綜合考慮，本礦井預(yù)抽期暫定為180天。當(dāng)預(yù)抽期為6個(gè)月時(shí)，二1煤層瓦斯預(yù)抽率按30%來(lái)計(jì)算?；夭晒ぷ髅娴耐咚钩榉帕堪聪率接?jì)算：q二n?L?D?M?Y?X?n/T?1440 （1-3）式中：q—預(yù)抽期間平均瓦斯抽放量，m3/min;n—鉆孑L數(shù)量，個(gè)，n=600個(gè)；L—鉆孔的有效長(zhǎng)度，m,取鉆孔平均有效長(zhǎng)度L=75m;D—鉆孔間距,m,m=3m;M一煤層平均厚度，m,M=4.60m;Y—煤層平均容量，t/m3，Y=1?40t/m3；X—預(yù)抽煤層瓦斯含量，ms/t，取最大值X=23.25ms/t;n—瓦斯預(yù)抽率小二30%；T-鉆孑L預(yù)抽期，取T=360d。計(jì)算得出一個(gè)工作面預(yù)抽瓦斯量為6.61m3/min。（二）、回采工作面邊采邊抽瓦斯量預(yù)計(jì)本煤層預(yù)抽鉆孑在工作面開(kāi)始回采后，仍可在工作面前方形成的卸壓帶內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮抽放作用，相當(dāng)于一組邊采邊抽到鉆孑對(duì)本煤層瓦斯進(jìn)行抽放。因工作面回采所引起應(yīng)力重新分布，在工作面前方有一條超前卸壓帶，卸壓帶內(nèi)煤體裂隙增加，透氣性增大，處于此卸壓帶內(nèi)鉆孑瓦斯涌出量會(huì)顯著增加，在礦井的抽放工作考察中得到證實(shí)。工作面預(yù)抽鉆孑單孑平均瓦斯抽放量為0.011m3/min，一般在卸壓帶內(nèi)單孔抽放量可提高到平時(shí)預(yù)抽時(shí)的5?6倍，預(yù)計(jì)屆時(shí)卸壓帶內(nèi)單孔平均抽放量可達(dá)為0.07ms/min左右。根據(jù)本礦井工作面布孔方式，預(yù)計(jì)處于卸壓帶內(nèi)起到卸壓抽放起作用的鉆孔數(shù)為10個(gè)，隨著工作面回采的推動(dòng)，此起邊采邊抽的鉆孔同樣在隨之移動(dòng)并且一直存在，同時(shí)工作面原有的預(yù)抽鉆孔仍有一部分在預(yù)抽。通過(guò)計(jì)算，得出回采工作面邊采邊抽十個(gè)鉆孑L共抽放瓦斯量為0?70m3/min。（三）、掘進(jìn)工作面抽放量預(yù)計(jì)根據(jù)我礦煤巷掘進(jìn)的實(shí)際情況，掘進(jìn)工作面邊掘邊抽的抽放量可以達(dá)到掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯涌出量的20－30%，結(jié)合其他透氣性系數(shù)與衰減系數(shù)相當(dāng)?shù)牡貐^(qū)邊掘邊抽的經(jīng)驗(yàn)，按煤壁瓦斯涌出量的30%預(yù)計(jì)抽放量。本礦井以兩個(gè)二1煤掘進(jìn)工作面、兩個(gè)一3煤掘進(jìn)工作面來(lái)保證礦井的生產(chǎn)能力為60Mt/a,此期間兩個(gè)二］煤掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯涌出量總共約為4.68m3/min，預(yù)計(jì)該時(shí)期礦井兩個(gè)二］煤掘進(jìn)工作面邊掘邊抽瓦斯量為1?40m3/min。根據(jù)礦開(kāi)采保護(hù)層經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)采保護(hù)層后，卸壓鉆孑流量可增大100倍左右，新豐煤礦保護(hù)層開(kāi)采以后造成二1煤卸壓，煤層透氣性會(huì)急劇增加，這時(shí)利用二1煤底板的穿層鉆孑進(jìn)行抽放，會(huì)取得良好的效果，根據(jù)設(shè)計(jì)的鉆孑數(shù)量，鉆孑有效抽放長(zhǎng)度計(jì)算，預(yù)計(jì)穿層卸壓鉆孑抽放瓦斯總量為5.60m3/min。按2個(gè)回采工作面布置穿層卸壓鉆孔計(jì)算，得瓦斯抽放總量為11.20m3/min。（五）、礦井抽放瓦斯量預(yù)計(jì)根據(jù)《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，既采用采空區(qū)瓦斯抽放方法又采用本煤層瓦斯抽放方法的礦井，且礦井設(shè)計(jì)抽放量大于或等于10m3/min的礦井，宜采用兩套管路，分別建立高、低負(fù)壓瓦斯抽放系統(tǒng)。本礦瓦斯抽放系統(tǒng)形成，有一個(gè)預(yù)抽工作面、一個(gè)邊采邊抽工作面、四個(gè)邊掘邊抽工作面、兩個(gè)穿層卸壓抽放工作面，本次設(shè)計(jì)中將本煤層預(yù)抽及邊采邊抽、邊掘邊抽并入高負(fù)壓系統(tǒng)，將穿層卸壓抽放并入低負(fù)壓系統(tǒng)，各系統(tǒng)抽放量預(yù)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1-8。表1-8 抽放量預(yù)計(jì)結(jié)果表抽放方法咼負(fù)壓系統(tǒng)低負(fù)壓系統(tǒng)總量（m3/min）預(yù)抽(m3/min)邊采邊抽(m3/min)邊掘邊抽(m3/min)鄰近層（穿層）（m3/min）抽放量6.610.701.4011.2019.91當(dāng)?shù)V井產(chǎn)量達(dá)0.6Mt/a時(shí)，礦井開(kāi)采至深部時(shí)瓦斯涌出量最大41.51m3/min，礦井的瓦斯抽放總量預(yù)計(jì)最大為19.91ms/min，那么可得礦井瓦斯抽放率在47.96%左右。（六）、接替關(guān)系未來(lái)兩年內(nèi)礦井在±0水平以淺回采復(fù)采煤，復(fù)采區(qū)域由于地應(yīng)力和瓦斯已得到了充分、大規(guī)模的釋放，已基本消除了突出危險(xiǎn)性，只需對(duì)復(fù)采煤區(qū)域加強(qiáng)煤柱的探測(cè)，然后采取有針對(duì)煤柱區(qū)域采取的措施;在礦井-70m?士0m開(kāi)采解放層和抽放巷施工穿層鉆孔，進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理果。區(qū)域治理實(shí)行分步走戰(zhàn)略，其步驟如下：第一階段是在2014年以前在±0m以淺采復(fù)采煤為主，完善采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)。在此期間主要是完善工作面通風(fēng)可靠性和獨(dú)立性，保證其安全防護(hù)保障;同時(shí)加強(qiáng)復(fù)采煤區(qū)域中煤柱的探測(cè)，并采取有針性的措施對(duì)煤柱進(jìn)行處理。通過(guò)挖掘±0m以淺非突出區(qū)域內(nèi)的復(fù)采煤儲(chǔ)量潛力，為礦井深部開(kāi)采解放層實(shí)現(xiàn)瓦斯治理提供時(shí)間和空間