3409工作面瓦斯抽采达标评判报告.docx

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3409工作面瓦斯抽采达标评判报告

汾西矿业集团贺西煤矿

3409工作面瓦斯抽采达标评判报告

贺西煤矿

中国矿业大学

3409工作面瓦斯抽采达标评判报告

编写：

审核：

探放区：

通风区：

调度室：

安监处：

瓦斯地质副总：

矿长助理：

总工程师：

探放区

2013年8月24日

目录

第一章3409工作面概况2

1.13409工作面井田位置2

1.23409工作面周围的开采情况2

1.33409工作面走向、倾向、煤层厚度及变化规律2

1.4煤层顶底板岩性及工作面构造变化情况2

1.5工作面水文情况、预计涌水量3

1.6工作面瓦斯来源分析、预计瓦斯涌出量4

1.7煤层发火期、煤层爆炸性等4

第二章矿井瓦斯抽采基础条件评判5

2.1矿井抽采系统及瓦斯抽采泵站能力、备用泵能力、抽采管网能力5

2.2矿井瓦斯抽采和年度计划5

2.3采掘工作面瓦斯抽采设计6

2.4采掘工作面瓦斯抽采工程竣工验收情况6

2.5矿井瓦斯抽采达标自评价工作体系和瓦斯抽采管理制度6

2.6瓦斯抽采监控系统6

2.7瓦斯抽采效果评判测试技术实验室6

2.8矿井瓦斯抽采基础条件评判结论7

第三章工作面瓦斯抽采基础条件评判8

3.1工作面通风系统8

3.1.1工作面通风方式8

3.1.2工作面通风线路：

8

3.2工作面瓦斯抽采方案设计10

3.2.1工作面本煤层瓦斯抽采设计10

3.2.2抽采管路布置方式11

3.2.3瓦斯抽采现状11

3.2.4上隅角埋管抽放布置12

3.3抽采管路安装及能力计算12

3.4竣工验收情况13

3.4工作面瓦斯抽采基础条件评价结果14

第四章工作面瓦斯抽采效果评判15

4.1抽采钻孔有效控制范围界定15

4.2抽采钻孔布孔均匀程度评价15

4.3抽采程度及均匀差异15

4.4抽采瓦斯效果评判指标测定16

4.4.1测定指标选择16

4.4.2瓦斯抽采量及抽采率核算16

4.53409工作面抽采率、风速及回风流中瓦斯浓度19

第五章结论1

第一章3409工作面概况

1.13409工作面井田位置

3409工作面北部为3407工作面，西北为金家庄井田，南为3411工作面实体煤。

3409工作面走向长度1537m。

1.23409工作面周围的开采情况

3409采煤工作面位于贺西煤矿三采区，工作面北部为3407工作面，南为3411工作面实体煤，西北为金家庄煤矿采空区，工作面正上方为3#煤采空区，东部为三采4#轨道巷，工作面标高620～660m。

地面标高950～100m。

1.33409工作面走向、倾向、煤层厚度及变化规律

工作面走向长度为1537m，倾斜长度170m。

3409采煤工作面开采山西组4＃煤层，煤层平均厚度4.0m，煤层倾角3°～7°，平均为5°，煤层结构简单，容重为1.39t/m3，煤的普氏硬度1～1.5。

1.4煤层顶底板岩性及工作面构造变化情况

顶板为Ⅱ类Ⅲ级，中等稳定，基本顶的普氏硬度4.0，直接顶的普氏硬度1.6，直接底的普氏硬度2.19，煤层顶底板情况见表1-1所示，工作面煤层柱状图见图1-1所示。

表1-1煤层顶底板情况

顶底板名称

岩石名称

厚度（m）

岩性特征

老顶

砂质泥岩

2.2

坚硬

直接顶

泥岩

5.93

松软、易跨落

直接底

砂质泥岩

1.5

较硬、层理发育

老底

泥岩

5.6

较软、遇水膨胀

图1-1工作面煤层柱状图

1.5工作面水文情况、预计涌水量

本工作面水文地质条件简单，上部厚层状砂岩富水性差，不会有较大涌水。

但采至局部小向斜处，将会沟通含水层，出现滴、淋水现象。

最大涌水量5m3/h，最小涌水量1m3/h。

1.6工作面瓦斯来源分析、预计瓦斯涌出量

根据测定3409工作面原始瓦斯含量为6.42m3/t，工作面可采煤炭储量为2042056.6t，工作面瓦斯储量为万1311.5m3。

根据工作面掘进时相对瓦斯涌出量约为5.77m3/t。

开采过程中工作面瓦斯的主要来源为开采层的本煤层、回采采空区等。

根据本工作面现配风量及抽采情况，预计本工作面绝对瓦斯涌出量为12～15m3/min。

1.7煤层发火期、煤层爆炸性等

根据山西省煤炭工业局综合测试中心对煤的测试结果：

4#煤层有煤尘爆炸危险性，其煤尘云爆炸最大压力为0.63MPa，煤尘云爆炸下限浓度为20g/m3。

煤的自燃倾向性：

根据山西省煤炭工业局综合测试中心对4#煤的测试结果，吸氧量为0.9337cm3/g，自燃倾向性等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层。

井田内无井温测量成果资料，根据清徐详查资料，地温16°~20°，地温梯度均小于3℃/100m，井田属地温正常区。

根据现有资料看，井田无热害。

第二章矿井瓦斯抽采基础条件评判

2.1矿井抽采系统及瓦斯抽采泵站能力、备用泵能力、抽采管网能力

贺西矿现有三个瓦斯抽采泵站分别为薛家岭抽放泵站、薛家岭新建泵站、独胡峁瓦斯抽放泵站，各瓦斯抽采泵站配备两台同型号、同等能力水环式真空泵，一用一备，总额定抽采能力为2620m3/min，矿井瓦斯抽采率57.1%，矿井实现了分区、分源抽采。

抽采泵站参数表

泵站名称

型号

功率

（KW）

额定流量

（m3/min）

实际混合流量

（m3/min）

标态纯量（m3/min）

负压

（KPa）

抽采浓度（%）

薛家岭抽放泵站

2BEC-52

250

200

148

23.73

30-55

26

独胡峁抽放泵站

2BEC-80

800

600

360

19.01

35—45

9

新建薛家岭抽放泵站

2BEC-72

630

510

272

7.13

35-45

5

矿井抽采标量（m3/min）

49.87

矿井抽采率（%）

57.10

矿井风排量（m3/min）

37.47

2012年度瓦斯等级鉴定矿井绝对瓦斯涌出量为69.01m³/min,矿井瓦斯抽采达标率Q≥40%，矿井瓦斯抽采达标时抽采标量为24.98m3/min，则瓦斯抽采达标时工况流量为：

经计算瓦斯抽采达标时工况流量为160.2m³/min。

矿井瓦斯抽采系统运行稳定可靠，流量能力满足要求，泵站运行泵装机能力为瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的8倍（山西焦煤通发（2013）287号要求达到2倍），满足要求。

2.2矿井瓦斯抽采和年度计划

矿井编制了《汾西矿业集团公司贺西煤矿瓦斯抽采三年规划（2013-2015），制定了《贺西煤矿2013年抽、掘、采衔接计划》确保“抽、掘、采平衡”，符合要求。

2.3采掘工作面瓦斯抽采设计

矿井各采掘工作面按规定编写了瓦斯抽采设计，并经矿总工程师审核，集团公司批复，符合要求。

2.4采掘工作面瓦斯抽采工程竣工验收情况

矿井所有瓦斯抽采工程在施工结束后均按规定进行了竣工验收，符合要求。

2.5矿井瓦斯抽采达标自评价工作体系和瓦斯抽采管理制度

矿井编写完成了《贺西煤矿瓦斯抽采达标评价工作体系》及矿井瓦斯抽采达标评判细则。

完善了瓦斯抽采管理制度并以文件下发执行，符合要求。

2.6瓦斯抽采监控系统

地面泵站及井下主管路、各支管路共安装了32套GLY系列矿用气体流量传感器（在线监测装置）和35套孔板流量计，按规定测定记录瓦斯抽采参数，符合要求。

2.7瓦斯抽采效果评判测试技术实验室

矿井建立了瓦斯防突实验室，仪器、仪表配备齐全，符合要求。

防突实验室主要设备及测定内容包括

设备名称

测定参数

设备名称

测定参数

煤的坚固性系数测定装置

f值

WFC-2型瓦斯放散初速度指标自动测定仪

△P

TWC—2型瓦斯突出参数仪

K1值及钻屑量S

DGC型瓦斯含量直接测定装置

Q解吸

MDMDY-300全自动密度仪

煤的密度ρ

HCA高压容量法瓦斯吸附装置

a、b值

2.8矿井瓦斯抽采基础条件评判结论

矿井瓦斯抽采系统运行稳定可靠，瓦斯抽采基础条件评判按《山西焦煤集团公司瓦斯抽采达标评判实施办法》规定，符合各项评判条件要求。

因此判定为矿井瓦斯抽采基本条件达标。

第三章工作面瓦斯抽采基础条件评判

3.1工作面通风系统

3.1.1工作面通风方式

本工作面采用“U”型全负压通风方式进行通风：

材料巷为主要进风巷，运输巷为回风巷。

3.1.2工作面通风线路：

1）新鲜风流

主斜井→主斜井车场→三采4#轨道巷

地面→副斜井→副斜井车场→三采4#轨道巷→三采3#-4#轨巷

副立井→副立井车场

三采4#轨道巷→3409材料巷→工作面

2）污风

3409工作面→3409运输巷→3409回风联巷→4#回风巷→独胡峁风井→地面

3.1.3工作面风量及风速

根据集团公司《矿井一通三防管理实施细则》中高瓦斯矿井回采工作面风量计算如下：

按瓦斯涌出量计算：

Q采1=100×q采1×KCH4/m

=100×2.87×1.6÷0.8

=1024m3/min

式中：

Q采1——回采工作面实际需要的风量，m3/min；

q采1——回采工作面回风巷风流中瓦斯的平均绝对涌出量，实测数据为5.12m3/min；

KCH4——回采工作面瓦斯涌出不均衡系数，实测数据为1.6。

m---工作面及回风风流瓦斯浓度（按0.8%管理）

按工作面温度选择适宜的风速进行计算：

Q采1=60×V采1×S采1

=60×1×11.2

=672m3/min

式中:

V采1——回采工作面风速，根据温度与风速关系查表取1m/s；

S采1——回采工作面的平均断面积，取11.2m2。

按回采工作面同时作业人数计算：

Q采1＞4N

＞4×70=280m3/min

式中：

N——工作面最多人数，按交接班时最多人数取70人。

以上三种计算结果取其中最大值，故3409回采工作面需风量为：

1024m3/min。

按风速进行验算：

60×0.25S＜Q采1＜60×4S

式中：

S——工作面断面积，取11.2m2。

因：

60×0.25S=168m3/min

60×4S=2688m3/min，

Q采1=1024m3/min

符合60×0.25S＜Q采1＜60×4S

故最终确定3409采煤工作面风量为：

1024m3/min。

符合要求。

3.2工作面瓦斯抽采方案设计

3.2.1工作面本煤层瓦斯抽采设计

为了有效降低工作面煤体的瓦斯含量和压力，消除其突出危险性，从3409材巷和3409运巷内向工作面煤体施工顺层钻孔。

3409材巷左帮布置本煤层钻孔245个，钻孔方位垂直于巷帮，方位角为211°，倾角与煤层伪倾角相同，开孔位置距底板1.2m处；钻孔深度75m，钻孔间距6.3m，钻孔直径φ94mm，剖面图见图3-1、3-2所示，平面图见图3-3所示。

3409运巷本煤层钻孔布置于巷道掘进前进方向右帮，钻孔方位垂直于巷帮，方位角为31度，倾角与煤层伪倾角相同，开孔位置距底板1.2m处；钻孔深度80m，钻孔间距6.3m，钻孔直径φ94mm，共施工245个顺层钻孔，剖面图见图3-2所示，平面图见图3-3所示。

钻孔均匀布置，在工作面倾向的中部钻孔压茬不小于10m。

图3-13409材巷顺层钻孔布置剖面图

图3-23409运巷顺层钻孔布置剖面图

图3-33409工作面顺层钻孔布置平面图

3.2.2抽采管路布置方式

在巷道材巷左手帮和运巷右手帮各铺设有一趟φ200mm钢骨架加强型纤维树脂瓦斯抽采管路，共计1500米；并在3409材、运巷口处的瓦斯抽采支管路上安装有人工测定装置和瓦斯抽采支管路在线监测系统。

钻孔采用φ50mm的软管总成、放水器、瓦斯测定装置与抽采支管路进行连接。

抽采支管路与三采4#回风巷φ450mm的瓦斯抽采主管路进行对接抽采。

3.2.3瓦斯抽采现状

3409材巷单孔瓦斯抽采浓度最大可达到30%，平均浓度为18%左右。

单孔最大抽采量可达0.038m3/min，平均单孔抽采量为0.012—0.038m3/min。

现巷道内支管路瓦斯抽采浓度平均为18%左右，瓦斯抽采量为2.79m3/min。

（并每天安排专人进行调节，浓度低于3%的钻孔全部进行关闭）

3409运巷单孔瓦斯抽采浓度最大可达到35%，平均浓度为20%左右。

单孔最大抽采量可达0.038m3/min，平均单孔抽采量为0.012—0.038m3/min。

现巷道内支管路瓦斯抽采浓度平均为20%左右，瓦斯抽采量为1.73m3/min。

（并每天安排专人进行调节，浓度低于3%的钻孔全部进行关闭）

3.2.4上隅角埋管抽放布置

在3409工作面回采过程中，采用布置在3409运巷的左帮的瓦斯抽采管路每6米加设一个通径三通及一个通径弯头，并在通径弯头上加设挡盘，待回采至弯头处时将挡盘拆下，对上隅角进行迈步式瓦斯抽采。

3.3抽采管路安装及能力计算

根据钻孔布置及瓦斯抽采需要，在各巷道内设计安装了相应的瓦斯抽采管路。

3409材巷管路在巷道掘进方向左侧铺设一趟Φ200mm的钢骨架复合增强管，长度1500m。

主要抽采为巷道内施工的本煤层瓦斯抽采钻孔，前期与三采4#采回风巷φ450mm高浓度瓦斯抽采主管路进行对接至薛家岭瓦斯抽采泵站进行抽采。

后期因抽采浓度较低故与三采4#采回风巷φ450mm低浓度瓦斯抽采主管路进行对接至独胡卯瓦斯抽采泵站进行抽采。

同时在材巷右帮铺设一趟Φ200mm的钢骨架复合增强管，长度1500m。

对3407工作面打顺层钻孔进行预抽。

3409运巷管路在巷道掘进方向右侧铺设一趟Φ200mm的钢骨架复合增强管，长度1500m。

主要抽采为巷道内施工的本煤层瓦斯抽采钻孔，前期与三采4#采回风巷φ450mm高浓度瓦斯抽采主管路进行对接至薛家岭瓦斯抽采泵站进行抽采。

后期因抽采浓度较低故与三采4#采回风巷φ450mm低浓度瓦斯抽采主管路进行对接至独胡卯瓦斯抽采泵站进行抽采。

在3409运巷道左手帮铺设有一趟φ200mm钢骨架加强型纤维树脂瓦斯抽采管路，共计1500m：

并在管路上安装有人工测定装置和瓦斯抽采支管路在线监测系统，支管与Φ102mm的软管总成连接，因采空区瓦斯呈现低浓度、大流量瓦斯，抽采浓度较低故与三采4#回风巷φ450mm低浓度瓦斯抽采主管路进行至独胡卯瓦斯抽放泵站进行采空区瓦斯抽采。

根据核算，3409工作面的瓦斯抽采管网可以满足该工作面的瓦斯抽采需要。

3.4竣工验收情况

3409工作面每个钻孔在施工完成后由瓦检员和安全员对钻杆数量进行统计，得出钻孔长度，记录钻孔倾角、方位角等参数，并填写钻孔验收单，对不符合设计要求的钻孔重新进行施工，直到合格为止。

探放区对钻孔封孔、管路安装及附属装置的施工质量进行验收，根据验收情况填写工程竣工验收单，对验收不合格的瓦斯抽采工程，重新进行施工，直至验收合格为止。

3409工作面相关瓦斯抽采工程经验收合格，并根据竣工验收提出的问题和意见进行了补充完善，瓦斯抽采施工图见图3-4所示。

图3-43409工作面瓦斯抽采施工图

3.4工作面瓦斯抽采基础条件评价结果

通过对工作面通风能力、抽采设计、抽采管网能力以及施工钻孔的验收等情况的审核，3409回采工作面抽采基础条件符合要求，判定为工作面抽采基础条件达标。

第四章工作面瓦斯抽采效果评判

4.1抽采钻孔有效控制范围界定

根据瓦斯抽采规划，进行了3409材、运巷瓦斯抽采设计，并编制了瓦斯抽采工程施工的安全措施。

在施工过程严格按照设计进行施工。

根据竣工验收可知，钻孔布孔均匀，没有空白区域，施工的钻孔间距为6.3m。

钻孔有效控制范围满足《煤矿瓦斯抽采基本指标》、《防治煤与瓦斯突出规定》及《瓦斯抽采设计》。

4.2抽采钻孔布孔均匀程度评价

根据顺层钻孔的抽采半径及煤层透气性系数，设计、施工的钻孔间距为6m，钻孔竣工图如图4-1所示，根据竣工验收可知，钻孔布孔均匀，没有空白区域。

图4-1顺层钻孔竣工图

4.3抽采程度及均匀差异

3409运巷从2010年2月开始施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，截止2012年1月份，瓦斯抽采时间为17～23个月。

3409材巷从2010年6月开始施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，截止2012年1月份，瓦斯抽采时间为15～20个月。

根据规定，各评价单元瓦斯预抽巷时间差异系数应小于30%，预抽时间差异系数为预抽时间最长的钻孔抽采天数减去预抽时间最短的钻孔抽采天数的差值与预抽时间最长的钻孔抽采天数之比。

预抽时间差异系数按式

（1）计算：

（1）

式中：

—预抽时间差异系数，%；

—预抽时间最长的钻孔抽采天数，d；

—预抽时间最短的钻孔抽采天数，d。

3409运巷预抽时间差异系数为26%；

3409材巷预抽时间差异系数为25%；

3409材、运巷均满足小于30%的规定要求。

4.4抽采瓦斯效果评判指标测定

4.4.1测定指标选择

根据《防突规定》要求，采用预抽煤层瓦斯区域防突措施时，应当以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或者残余瓦斯含量为主要指标。

采用顺层钻孔抽采回采区域煤体瓦斯时可采用直接测定值或根据预抽前的瓦斯含量及抽、排瓦斯量等参数间接计算的残余瓦斯含量值。

4.4.2瓦斯抽采量及抽采率核算

1）瓦斯抽采量统计

3409运巷从2010年11月开始施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，2011年7月份钻孔施工结束，钻孔合茬进行抽采，截止2012年2月份，瓦斯抽采时间为17～23个月，共抽采瓦斯419.7万m3。

3409材巷从2009年9月开始施工顺层钻孔进行瓦斯抽采，2010年3月份钻孔施工结束，钻孔合茬进行抽采，截止2011年3月份，瓦斯抽采时间为12～17个月，共抽采瓦斯334.5万m3。

2）瓦斯抽采率及残余瓦斯含量核算

3409运巷瓦斯抽采时间长、瓦斯抽采量大，抽采量为419.7万m3。

3409运巷瓦斯储量为655.7万m3，则3409运巷瓦斯抽采率为：

该区域原始瓦斯含量为6.42m3/t，则3409运巷残余瓦斯含量为：

m3/t

3409材巷瓦斯抽采时间相对较短、瓦斯抽采量小，抽采量为334.5万m3，3409材巷瓦斯储量为655.7万m3，则3409材巷抽采率为：

该区域原始瓦斯含量为6.42m3/t，则3409材巷残余瓦斯含量为：

m3/t

3409运巷残余瓦斯含量为2.31m3/t，3409材巷残余瓦斯含量为3.14m3/t。

工作面残余瓦斯含量取最大值3.14m3/t，低于突出临界值8m3/t。

3）可解析瓦斯量计算：

式中：

─煤的可解吸瓦斯量，m3/t；

─抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量，m3/t；

─煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量

=1.8

=3.14-1.8

=1.34m3/t

煤的瓦斯可解析量为1.34m3/t，降至原始含量的50%以下，符合要求。

3409工作面最大日产量1068t，工作面瓦斯可解析量为1.34m3/t，小于表1采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标，符合规定。

表1采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标

工作面日产量（t）

可解吸瓦斯量

（m3/t）

≤1000

≤8

1001～2500

≤7

2501～4000

≤6

4001～6000

≤5.5

6001～8000

≤5

8001～10000

≤4.5

>10000

≤4

4）煤的残余相对瓦斯压力（表压）按下式计算：

式中：

WCY─残余瓦斯含量，m3/t；

─吸附常数；

─煤层残余相对瓦斯压力，MPa；

─标准大气压力，0.101325MPa；

─煤的灰分，%；

─煤的水分，%；

─煤的孔隙率，m3/m3；

─煤的容重（假密度），t/m3。

经计算残余瓦斯压力为0.38MPa＜0.74MPa。

符合要求。

4.53409工作面抽采率、风速及回风流中瓦斯浓度

（1）工作面瓦斯抽采率计算：

（7）

式中：

─工作面瓦斯抽采率，%；

─回采期间，当月工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min。

其测定和计算方法为：

在工作面范围内包括地面钻井、井下抽采（含移动抽采）各瓦斯抽采干管上安装瓦斯抽采检测、监测装置，每周至少测定3次，按月取各测定值的平均值之和为当月工作面平均瓦斯抽采量（标准状态下纯瓦斯量）；

─当月工作面风排瓦斯量，m3/min。

其测定和计算方法为：

工作面所有回风流排出瓦斯量减去所有进风流带入的瓦斯量，按天取平均值为当天回采工作面风排瓦斯量（标准状态下纯瓦斯量），取当月中最大一天的风排瓦斯量为当月回采工作面风排瓦斯量（标准状态下纯瓦斯量）。

经计算抽采率为：

回采工作面回风流中最大绝对瓦斯涌出量为2.23m3/min，抽采率为40.63%，符合表2采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标。

表2采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标

工作面绝对瓦斯涌出量Q（m3/min）

工作面瓦斯抽采率（%）

5≤Q＜10

≥20

10≤Q＜20

≥30

20≤Q＜40

≥40

40≤Q＜70

≥50

70≤Q＜100

≥60

100≤Q

≥70

3409工作面风速为1.52m/s＜4m/s，符合规定。

回风流瓦斯浓度：

回采工作面回风流中绝对瓦斯涌出量为2.23m3/min，回风流瓦斯浓度为0.22%＜0.5%。

符合要求。

第五章结论

1）矿井瓦斯抽采基础条件评判达标。

2）3409工作面进行了不低于12个月的瓦斯抽采，瓦斯解析量、残余瓦斯压力、工作面抽采率、风速及回风流瓦斯浓度符合评判达标要求规定。

相关参数见下表：

名称

预抽时间

残余瓦斯含量（m3/t）

残余瓦斯压力（MPa）

可解析量

风速回风流中瓦斯浓度

抽采率（%）

规定要求

大于6个月

小于8

小于0.74

下降至原始瓦斯含量的50%

风速小于4m/s回风流瓦斯浓度小于0.5%

Q≥20

实际情况

17个月

3.14

0.38

1.34

1.52m/s

0.22%

40.63

是否达标

达标

达标

达标

达标

达标

达标

3409工作面瓦斯抽采工作达到了瓦斯抽采达标的要求，可以进行回采作业。

为保证工作面在回采期间的安全，在3409回采工作面以切巷往外150m范围内作为一个评价单元进行评价。

工作面每推进至140m时，以工作面往外150m再划分为一个评价单元，依此类推划分评价单元，并填写回采工作面瓦斯抽采达标单元评价报告单进行审定。