煤矿瓦斯抽放设计方案 推荐Word文件下载.docx
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五、存在的主要问题及建议
1.汪家寨镇一煤矿在煤层瓦斯基本参数方面(煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、瓦斯涌出衰减系数、各煤层储量等)缺乏必要的基础数据,建议今后加强此方面的工作,不断完善,为今后的瓦斯抽放提供必要的依据。
2.汪家寨镇一煤矿地质简测报告内容过于简单,建议请有资质的地测部门作出生产地质报告,以利于今后选用适合于矿井实际的抽放方法。
3.要妥善保存相关瓦斯数据。
六、设计的主要内容
1.矿井瓦斯赋存情况、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及工程投资概算;
8.安装及施工图纸的绘制。
第一章矿井概况
第一节井田概况
一、位置与交通
汪家寨镇一煤矿位于六盘水市钟山区汪家寨镇孙家哑口西侧。
隶属汪家寨镇新塘村,汪水公路从矿井穿过,以乃河从矿井的北部流过,矿井距六盘水火车站15公里,距水大铁路野马寨火车站约4公里,交通十分方便。
二、地形、地貌及河流
矿区范围内地形中低山地形,山向与构造一致,东高西低,横向沟谷亦较发育,煤系为一开阔的纵向缓坡地,井田内最高海拔1735.5米,最低为大河1665.23米。
矿井北部有以乃河流过,但本矿井口离以乃河较远,河水对矿井没有直接威协。
三、水源及电源情况
矿井生产生活用水均取于山泉水,水质洁净未受污染,用水有保障。
汪家寨镇一煤矿用电由大河供电站供给,由供电站架线2500米到该矿变压器降压后使用,该线路能满足矿井建设和生产生活用电的需要。
第二节矿井地质构造及煤层特征
一、地层、地质构造
区内出露的地层为二迭系至三迭系,第四系覆盖在低凹河谷及残积在山坡地上,总厚约1300—1700米。
地区内出露的地层由老到新依次有下二迭统茅口组、上二迭统峨眉山玄武岩组、上二迭统宣威组、下三迭统飞仙关组、下三迭统永宁镇组及第四系。
本矿井位于大河边向斜中部汪家寨井田南部,是地层走向由东向西转为北北西向的转折部位,同时也是地层倾角由东往西逐渐变缓的转折部位。
本矿地层走向北西西向,倾角20—34度,一般24度。
目前已经发现F2断层,位于本矿西部边界附近,为正断层,倾向NW,倾角49度,落差约13米,为生产中发现。
二、煤层及煤质
上二迭统宣威组,是以陆相和海陆交互相为主的含煤构造,沉积的物质主要由碎屑岩及煤组成,平均厚度240米,含煤28—29层,煤层平均总厚度为24.46米,含煤系数为9.8%,其中可采及局部可采煤层11层,即C605、C603、C601、C504、C409、C407、C406d、C406c2、C406c1、C401、C101,可采煤层平均总厚18.14米,含煤系数为7.3%。
矿井主要的可采煤层为C605、C601、C504、C409、C407共五层煤,赋存情况见下表:
煤层号
煤层厚(m)平均
层间距(m)
顶底板岩性
煤层稳定性
C605
1.2
33
顶板为兰灰色生物碎屑灰岩,性坚硬致密,产辨鳃类动物化石。
较稳定
C601
顶板为灰色细砂岩或中粒砂岩,产植物化石。
1.75
9
C504
直接顶板为黑灰色粉砂岩,富产以腕足类为主的动物化石。
不稳定
1.12
20-30
C409
顶板为黑灰色泥岩,产丰富以腕足类为主的动物化石。
6.67
不详
C407
1.06
所有煤层煤质牌号均属气煤,上段各煤层灰分较高,各煤层均属低磷煤,各主采煤层煤质特征见下表:
煤质特征表:
灰分(%)
挥发份(%)
硫份(%)
发热量(Ka/Kg)
29.32
37.24
20.17
37.92
2.23
6700
12.77
39.3
7516
16.71
36.33
0.18
7532
三、瓦斯、煤尘、煤的自燃
矿井未进行过各煤层瓦斯含量测定工作,根据开采期间的经验,矿井不同煤层瓦斯含量各异,以C409煤层瓦斯含量最大。
依据矿井2003年瓦斯等级鉴定结果,矿井绝对瓦斯涌出量为1.93m3/min,相对瓦斯涌出量为27.79m3/t,为高瓦斯矿井,矿井未发生过煤与瓦斯突出。
据相邻汪家寨煤矿矿井瓦斯等级鉴定资料,相对瓦斯涌出量最高为43.39m3/t,发生过瓦斯突出11次,为煤与瓦斯突出矿井,因此本矿井也应该加强瓦斯突出预防工作。
煤尘有爆炸性,煤层爆炸指数为37.26%。
煤层有自然发火倾向性,发火期为4-6个月。
根据上述的矿井的瓦斯及煤尘等情况,必须提高安全意识,严格矿井瓦斯管理,搞好监测监控及瓦斯抽放工作。
第三节井田范围及煤炭储量
矿井位于汪家寨井田南部,北与汪家寨煤矿以以乃河河流煤柱相隔,西邻尹家地煤矿,东接平安煤矿,南为新塘村煤矿及煤层露头,走向平均长350余m,倾斜最宽540m,面积约为0.16m2。
矿界拐点NOPQRS坐标见下表:
拐点
X
Y
N
2951355
35481637
O
2951748
35481904
P
2951534
35482125
Q
2951040
35481973
R
2951068
35481842
S
2951366
35481874
井田范围内主要可采煤层为C605、C601、C504、C409、C407共五层煤。
主要可采煤层平均厚度13.2米,煤层倾角22度左右,根据地矿管理部门限定的矿区范围计算,地质储量194万吨,可采储量145.5万吨。
第四节矿井开拓与开采
一、开拓方式
矿井采用片盘斜井阶段石门开拓方式。
主井筒穿岩层到C504煤层(+1570水平),回风巷布置在C601煤层中已掘到+1573水平。
二、矿井巷道布置情况
主斜井全长340米,坡度25°
;
材料斜井全长480米,坡度18°
通风斜井全长500米,坡度18°
。
主斜井掘单道甩车并布置井底车场,井底车场标高+1521m,通过联络巷和回风上山分别与材料斜井和通风斜井联通,形成较完整的运输及通风系统。
现正回采的2113工作面风巷标高为1512m,运巷标高为1469m,通过暗斜井绞车提升将煤运至井底车场后,通过主斜井绞车提升至地面。
三、采煤方法与顶板管理
因区内煤层倾角20°
~34°
之间,属中厚煤层,煤层赋存条件稳定,故开采方案设计选择的为走向长壁后退式采煤法。
采煤工作面采用放炮落煤方式,选用摩擦式金属支柱支护,全部垮落法管理顶板。
第五节矿井通风情况
矿井通风方式为中央并列式,机械负压通风,采用供风主扇型号为YHF-1-22KW,电机功率22kw。
现矿井总风量650m3/min左右,回风流瓦斯浓度0.4%左右。
由于矿井平时积累的资料少,到矿现场只收集到2003年度瓦斯等级鉴定资料和在采在掘工作面的瓦斯涌出资料。
通过对2003年度瓦斯等级鉴定资料和在采在掘工作面瓦斯涌出情况分析,其在采掘过程中时有瓦斯超限现象。
另外随着采空区的增加,封闭工艺的影响,也相应会出现采空区瓦斯在主扇负压的作用下涌出开采空间,汇入矿井总回风流,增加回风流中的瓦斯浓度。
现矿井总风量648m3/min,回风流瓦斯浓度0.42%,初期采用移动式瓦斯抽放可解决瓦斯治理问题,后期如果不采取固定式瓦斯抽放的措施,回风流瓦斯浓度将无法控制在0.75%以下。
第二章瓦斯抽放的目的和意义
第一节抽放的必要性
瓦斯抽放旨在保障矿井安全生产,同时也是解决瓦斯问题的基本手段。
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或采用通风方法不合理时,就应当采取抽放瓦斯措施,对于局部区域的瓦斯超限(如采面上隅角等处),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。
依据矿井2003年瓦斯等级鉴定结果,矿井绝对瓦斯涌出量为1.93m3/min,相对瓦斯涌出量为27.79m3/t,为高瓦斯矿井。
矿井未发生过煤与瓦斯突出,但邻近的汪家寨煤矿发生过瓦斯突出11次,为煤与瓦斯突出矿井,因此本矿井也应该加强瓦斯突出预防工作。
矿井瓦斯涌出量总的规律应该是随着开采深度的增加而增加。
故此必须进行瓦斯抽放,才能从根本上保证安全生产。
第二节抽放的可行性
钻孔抽放煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要方法之一,钻孔抽放煤层瓦斯减弱直至消除煤层突出危险性的实质在于:
向煤层内打一定数量的钻孔,造成煤层局部卸压,并抽排煤层中的瓦斯,使煤层中的潜能得到释放,同时降低了煤体中的瓦斯压力和瓦斯含量,并由此引起煤层的收缩变形,使煤层的地应力下降,透气性增大,地应力和瓦斯压力梯度减小,煤体的强度增大,这样就从减弱煤层突出的主动力和增强抵抗突出的阻力两个方面起到消除或消弱煤层突出危险性的效果。
开采层(未卸压)瓦斯抽放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。
采空区瓦斯抽放是属于卸压瓦斯抽放,抽放量一般较大,与煤层预抽相比抽放浓度较低。
抽放实践已证明,在采空区瓦斯涌出量较大的工作面进行抽放,效果一般都比较好。
汪家寨镇一煤矿虽未发生过煤与瓦斯突出,但邻近的汪家寨煤矿发生过瓦斯突出11次,为煤与瓦斯突出矿井,为有效、可靠地防治煤与瓦斯突出灾害,本矿也应进行适当形式的钻孔瓦斯抽放。
许多煤矿在生产过程中采空区瓦斯一直是制约安全生产的主要因素,在进行采空区瓦斯抽放后取得了较好的效果,因此汪家寨一煤矿采取采空区瓦斯抽放技术也是必要的和可行的。
第三章抽放方法与工艺
第一节瓦斯来源分析
通过对2003年度瓦斯等级鉴定资料和在采在掘工作面瓦斯涌出情况分析,在开采过程中,下临近层瓦斯涌出将占9.72%,上临近层瓦斯涌出将占30.4%,开采层涌出将占59.88%。
针对全矿井而言,采空区及其他瓦斯涌出将占总量的62.56%。
通过以上分析,进行采空区瓦斯抽放和实施本煤层瓦斯抽放,是本矿井瓦斯抽放的主要方向。
第二节抽放方法选择
一、选择抽放方法的原则
选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、抽放瓦斯目的及利用要求等因素确定,并遵循以下原则:
1.选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。
2.应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析,有针对性地选择抽放瓦斯方法,以提高瓦斯抽放效果。
3.巷道布置在满足瓦斯抽放的前提下,应尽可能利用生产巷道,以减少抽放工程量。
4.选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。
5.选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果,降低瓦斯抽放成本。
6.抽放方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽放系统管网的设计、有利于增加钻孔的抽放时间。
二、抽放瓦斯方法选择
目前抽放方法主要有:
开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放。
结合汪家寨镇一煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点,决定主要采取采空区瓦斯抽放方法,另因本矿井以C409煤层瓦斯含量最大,且邻近的汪家寨煤矿C409煤层发生过突出事故,故在C409煤层掘进还应该采用本煤层边采边抽和边掘边抽方法。
抽放方法选择
抽放方法
抽放工艺
理由
备注
本煤层抽放
采面边采边抽
本煤层瓦斯涌出较大,煤层透气性较好
需要经过一定的抽放时间并且封孔必须严密
掘进巷道钻孔超前抽放
掘进巷道瓦斯大或有突出危险
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
采空区瓦斯涌出量较大
需打木垛,如上隅角浅部的抽放效果不好,再考虑采用
采空区埋管
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
老空区密闭抽放
老空区瓦斯涌出量较大
防止老空区瓦斯向外涌出
第三节抽放瓦斯工艺设计
一、采面边采边抽瓦斯抽放
回采面瓦斯抽放主要是在采面进回风巷或联络巷打沿煤层倾向的倾斜钻孔和沿煤层走向的顺层钻孔,其施工长度选择主要由工作面倾斜长度及走向长度决定。
由于本矿井条件,选择倾斜钻孔抽放,钻孔施工长度定为30~40m,钻场间距15m左右一个。
钻孔使用使用钻机施工。
建议配备能力100m的液压钻机1~2台,并配备水泥沙浆封孔泵1台。
二、巷道掘进边掘边抽瓦斯抽放
钻场布置:
在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两帮各施工一个钻场。
钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽放钻孔布置的要求、选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定。
借鉴已有经验,每组钻场在煤巷两帮错开布置,其规格为:
宽×
高×
深=2m×
掘进巷道高度×
3m,采用木棚支护,同侧两组钻场之间的间距为30m。
钻孔布置:
在每一钻场内,沿巷道掘进方向布置3个边掘边抽钻孔,孔深40m左右。
每个钻场1#、2#、3#钻孔终孔位置在工作面前方煤层中部,距巷道轮廓线的距离分别为2m、4m、6m,开孔位置距巷道轮廓线距离在2m以上。
三、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7m长的吸水管与主抽放管路相连接,将吸水管的一端插入上隅角,为保证软管吸入口能处于上隅角的上部(上部瓦斯浓度较高)可将抽放软管与木棒绑在一起(避免软管口下耷),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。
随着工作面的推进,逐节回收主抽放管路,移动软管的连接,直至回采结束。
抽放软管伸入上隅角的长度及位置应根据实际抽放效果不断调整,得到合理的参数。
为确保抽放点的合适位置,在主抽放管路末端可设置一个分流器,分支出几个支管,插入上隅角的不同位置进行抽放。
但是,该抽放方法的采用必须是在有严密的组织、安全、施工措施,确保施工安全的前提下进行,否则不推荐采用。
四、采空区埋(留)管抽放
对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面,也可以采取采空区埋(留)管抽放的方式。
即预先将抽放管路安接好,在采面推进过后,埋入采空区的管路实施抽放,使上隅角瓦斯流向发生改变。
五、老空区密闭抽放
对于已采完的老空区如果瓦斯涌出量大,向临近工作场所涌出瓦斯时,可以采用密闭抽放。
为提高采空区瓦斯抽放浓度,取得较好的抽放效果,打密闭应注意以下几点:
1.密闭采用砖或水泥,密闭最好打两道,两道密闭间距1m,中间用黄土充填。
2.密闭位置应选择在顶、帮坚硬的地方,掏槽深度0.3m,见实帮、实底,尽量避免在压力集中区域。
3.密闭墙砌筑完毕后,料石要勾缝,砖要抹面,墙四周要抹有不小于100mm的裙边,面要抹平,并打光、压实,无裂缝。
4.抽放管要预埋在密闭墙的上部,伸入密闭不小于1m,提高瓦斯抽放浓度。
5.要保障密闭墙的密闭性能,派专人定期检查密闭墙的情况,若发现漏气现象,及时进行处理。
汪家寨镇一煤矿由于煤层具有自燃发火性,其发火期4~6个月,因此在采用老空区密闭抽放技术时,更必须慎重,确保密闭的气密性能,并要有专门的人员定期对抽放密闭内进行一氧化碳浓度检测,否则不能采用该抽放方法。
第四章抽放参数的确定
第一节瓦斯压力的确定
汪家寨镇一煤矿瓦斯压力由于未查到实测资料,故只能根据《采矿工程设计手册》(2003年5月,煤炭工业出版社)采用经验公式计算。
经对国内一些矿区瓦斯压力实测值分析,瓦斯压力P和深度H的关系可以表示为下列直线关系:
P=(2.03~10.13)H
式中P——距地表垂深H处煤层瓦斯压力,kPa;
H——垂深,m。
开采深度平均按200计算,则
P=406~2026kPa,平均1216kPa。
第二节煤层瓦斯含量
矿方无资料数据,目前也未进行测定。
第三节瓦斯储量计算
矿井可采煤层为C605、C601、C504、C409、C407共五层煤。
矿井服务年限16年。
由于无各煤层的瓦斯含量数据,故瓦斯储量无法计算。
第四节瓦斯涌出量计算
2003年度矿井瓦斯等级鉴定结果绝对瓦斯涌出量1.93m3/min,相对瓦斯涌出量为27.79m3/t。
现矿井实测总回风量648m3/min,总回风流瓦斯浓度0.42%左右,瓦斯涌出量为2.72m3/min,,说明随着开采深度的增加和产量的增大,矿井瓦斯涌出量也随着增大。
在初期由于主要是局部瓦斯矛盾,所以只预计有1.2m3/min的瓦斯需要抽走。
另据2002年度最大相对涌出量为31.32m3/t和后期考虑来自于将增加的采空密闭的瓦斯涌出等因素,预计矿井瓦斯涌出量在后期将达到7m3/min左右,回风流瓦斯浓度将无法控制在0.75%以下,因此,有3m3/min左右的瓦斯需要抽走,同时由于C409煤层在邻近的汪家寨煤矿发生过突出事故,具有突出危险性,要考虑预抽,故将有5m3/min左右的瓦斯涌出必须由抽放承担。
第五节瓦斯抽放率计算
根据以上分析,后期抽放系统要承担排走3m3/min左右的瓦斯,那么后期将建立的固定式瓦斯抽放系统的瓦斯抽放率为:
Li=(3/7)×
100%≈43%
其抽放服务年限应为矿井服务年限。
第五章抽放系统及设备选型
第一节抽放管路系统布置
在选择瓦斯抽放管路系统时,抽放管路应尽量选择铺设在巷道曲线段少和距离短的线路中,尽可能避开运输繁忙巷道,首选回风巷内铺设,还要考虑运输、安装、维修、供电供水方便。
瓦斯抽放管路系统与抽放泵的位置有很大关系,抽放泵站如果布置在地面,最好选择在回风井附近,泵房20m内严禁明火;
抽放泵站如果布置在井下,应靠近抽放地点,安装在进风硐室中。
抽放泵站的位置,一般有两种选择,一种是泵站布置在井下靠近抽放地点的进风风流中,这样可以大大减少管路长度,可以根据抽放地点的改变移动抽放泵,可以节省管路投资,前提条件是抽放管路排出的瓦斯必须排放到采区专用回风巷或总回风巷,经稀释使瓦斯浓度不超限。
另一种泵站位置选择方案是将泵放在地面,一般是由于矿井总回风巷瓦斯浓度较高或总回风巷行人,抽出的瓦斯不能排放到总回风巷内,必须排放到地面。
对于汪家寨镇一煤矿而言,初期建立井下移动泵站。
当移动泵站不能满足瓦斯治理要求时,界时建立固定式泵站,固定式泵站安装在地面。
根据矿井的具体情况及采掘布置,确定将移动抽放泵站设在井底车场与回风联络石门之间的联络巷内,距回风联络石门11m,靠近抽放地点,位于进风系统内。
具体位置见抽放管路系统图。
移动抽放泵房硐室规格为:
深×
高=3m×
5m×
2.8m。
硐室必须使用不可燃材料支护。
移动式抽放管路铺设由抽放硐室→2113回风巷→采面。
排气管由抽放硐室→联络石门→c407回风巷→回风斜井下口。
固定式抽放泵站设在回风井口附近的平地上,抽放管路铺设由泵房→回风斜井→C407回风巷→联络石门→2113回风巷→采面
→2114回风巷→掘进头
第二节抽放管路系统计算
一、管路管径计算选择
瓦斯抽放管径选择合理与否,对抽放系统的建设投资及系统抽放效果有很大影响。
管径太大,投资费用增加;
管径过小,管路阻力大。
一般采用下列公式计算,并参照抽放泵的实际能力使之留有余量。
计算公式:
D=0.1457(Q/V)1/2
式中D——抽放瓦斯管内径,m;
Q——瓦斯管中混合瓦斯的流量,m3/min;
V——瓦斯管中混合瓦斯的平均流速,一般V=5~15m/s。
1.移动式抽放部分
根据前述,初期将有1.2m3/min左右的瓦斯涌出必须由抽放承担,抽放浓度按30%计算,故移动泵站所抽混合瓦斯量应为:
Q混=1.2/30%=4m3/min。
则D=0.1457(Q/V)1/2=0.1457(4/10)1/2=
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