10601底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采设计文档格式.docx
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10601运输巷开口处位于主平硐K290m处,掘进方位角为224°
,开口标高约为+1760m,该工作面煤层较为稳定,平均煤厚3.5m,煤层平均倾角31度,巷道开口掘进方位224度,沿煤层顶板掘进,工作面采用炮掘。
(二)、地质概况
(1)工程地质概况
根据该矿井以前和本区域的生产资料及《矿井开采方案设计》资料,构造属“中等”类型。
(2)瓦斯涌出量及动力现象、煤尘、自燃等情况
1、瓦斯等级鉴定
根据2009年~2012年的《矿井瓦斯等级鉴定》报告的批复,其结果为高瓦斯矿井。
近年来矿井瓦斯等级鉴定结果表
鉴定年度
矿井瓦斯涌出量(CH4)
鉴定结果
相对量(m3/min)
绝对量(m3/t)
2009
50.69
8.45
高瓦斯矿井
2010
45
/
2012
4.3
2、煤与瓦斯突出危险性
根据中煤科工集团重庆研究院2013年提供的《织金县志成煤矿M7煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》,该矿M7煤层标高+1750m以上范围无突出危险性。
根据贵州省矿山安全科学研究院2015年提供的《织金县志成煤矿M6煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》,鉴定M6煤层为突出煤层。
整个矿井按煤与瓦斯突出矿井设计和管理。
3、瓦斯含量及压力
根据公司瓦斯实验室实测提供,10601运输巷M6煤层原始瓦斯含量最大值9.1262m3/t,原始瓦斯压力为0.466Mpa;
M7煤层区域原始瓦斯含量最大值为7.0725,原始瓦斯压力为0.343Mpa。
4、顶底板特征
M7煤层老顶为细砂岩或粉砂岩,直接顶为砂质泥岩,较坚硬;
底板为细砂岩或炭质泥岩,属结构简单煤层。
M6煤层顶板为黑色粉砂质泥岩,局部为泥质粉砂岩,底板为灰黑色细砂岩或黑色含碳质粉砂质泥岩。
5、煤层赋存条件
M7煤层:
单层煤厚0.81m-3.25m,平均厚1.5m;
无夹矸。
属结构简单煤层。
M6煤层:
单层煤厚0.85m-11.8m,平均厚3m;
含2层夹矸。
全区可采系数为90%,属稳定的可采煤层。
M6煤层和M6-1煤层层间距为13米。
(三)、工程概况
1、巷道名称、用途、类别、长度、服务年限
巷道名称:
10601底抽巷掘进工作面
用途:
为了穿层预抽10601运输巷掘进条带区域的瓦斯,消除10601运输巷掘进条带煤层的突出危险性。
类别:
瓦斯治理巷道
设计长度:
800m
服务年限:
约12个月。
2、巷道位置、开口位置、邻近关系
(1)地面相对位置
10601底抽巷对应的地表附近为荒山,地面无建筑物。
(2)井下位置
10601底抽巷巷位于M7煤层。
巷道标高+1765m。
位于10601回风巷下部。
(四)、矿井瓦斯抽放系统
矿井目前安装完善了地面高负压抽放系统进行抽放,一用一备。
瓦斯抽放泵型号2BEC52水环式真空泵,电机功率220KW,单台抽采能力为210m3/min。
高负压泵主管径为∮420mm,支管管径为∮315mm,额定流量为92m3/min,瓦斯抽放管材质为聚乙烯管。
可以满足10601底抽巷穿层钻孔的瓦斯抽放工作。
低负压瓦斯抽放系统主要承担抽采面采空区缷压瓦斯,采用埋管或高位抽放;
高负压瓦斯抽放系统主要承担采煤工作面顺层区域钻孔及掘进工作面瓦斯抽放钻孔的封孔抽放。
(五)、矿井安全监控系统:
采用KJ70煤矿安全监测监控系统,并由此实现工作面的瓦斯电闭锁功能。
在10601底抽巷巷道掘进期间,采用煤矿安全监测监控系统对工作面及回风流的甲烷(CH4)浓度进行监测,通过地面中心站实施实时监控,并安装远程断电仪与甲烷传感器联接,实施瓦斯电闭锁。
工作面甲烷传感器吊挂在距掘进工作面迎头5m范围内;
回风流甲烷传感器吊挂在距巷道回风流汇入全风压风流处10-15m的掘进巷道顶部。
吊挂时保持距巷帮不小于200mm,距顶板不大于300mm。
工作面和回风流的安全监测监控系统的工作参数设置为:
T1(工作面风流瓦斯传感器)、报警浓度≥0.8%;
断电浓度≥1.0%;
复电浓度<0.8%CH4;
T2(工作面回风流瓦斯传感器)、报警浓度≥0.8%;
断电浓度≥0.8%;
断电范围:
10601底抽巷巷迎头及下抽巷道内所有非本质安全型电气设备。
通防科安排人员对所有传感器每周至少进行一次校对。
(六)、矿井及工作面通风系统情况及加强控制通风风流设施的措施
矿井采用中央并列抽出式通风方式。
矿井主要通风机型号为FBCDZ№:
22/2×
132型防爆对旋式轴流通风机,两台,一台工作,一台备用,电机功率2×
132KW,风量55~112m3/s;
风压:
2550~1100Pa。
可以满足矿井通风需要。
在电控设备上设置正反转装置,反风时采用风机反转直接反风。
掘进工作采用压入式,并各自均有专用回风巷。
掘进工作面利用局部通风机压入式通风,局扇型号FBD№6.3/2×
30KW局部通风机,使用长距离通风的抗静电、阻燃性能风筒、双风机双电源和“三专两闭锁”(专用变压器、专用开关、专用回路,风电闭锁、瓦斯电闭锁)。
四、瓦斯抽放的必要性
1、抽放的必要性
一是根据国家安全生产监督管理局和国家煤矿安全监察局第5号令第十条“高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井应有抽放措施,并装备安全监测监控系统”规定。
二是根据《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出规定》和贵州省、毕节市等上级有关文件对瓦斯抽放的规定要求,高瓦斯矿井必须进行瓦斯抽放。
三是根据我矿煤层瓦斯含量较高的实际情况,如果不进行瓦斯抽放,则可造成采掘工作面瓦斯浓度超限,给安全生产带来严重的影响,因此,为杜绝一通三防事故的发生、防止瓦斯超限现象的出现,只有通过瓦斯抽放来解决通风方法难以解决的问题。
四是进行瓦斯抽放,可有效的降低风流中的瓦斯浓度,减少矿井供风量,降低通风费用。
2、选择抽放方法的原则
1)、坚持“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的瓦斯抽采原则。
2)、坚持“先抽后采、监测监控、以风定产”的煤矿瓦斯治理方针,着力构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位、隐患排除、综合利用”的煤矿瓦斯治理与综合利用工作体系。
五、瓦斯抽采钻孔设计
根据《织金县后寨乡志成煤矿瓦斯抽放方案设计》,结合我矿采掘部署、巷道布置、10601运输巷及10601底抽巷掘进工作面的实际情况等进行设计。
1、选择抽放方法的原则
预抽煤层瓦斯措施的防突机理如图一所示。
矿井抽放瓦斯方法、方式的选择,应根据瓦斯及煤层赋存情况,瓦斯来源、巷道布置方式、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合分析比较后确定。
图一预抽煤层瓦斯措施的防突机理
(1)为提高瓦斯抽放率应采用本煤层抽放、采空区抽放相结合的综合抽放方法;
(2)当井下采掘工作所遇到的瓦斯主要来自开采煤层本身,只有抽放开采煤层本身的瓦斯才能解决问题时,应对开采煤层瓦斯抽放;
(3)工作面后方采空区瓦斯涌出量大,危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大,向邻近的回采工作面涌出瓦斯量大以及增加采区和矿井总排瓦斯量时,应进行采空区瓦斯抽放;
(4)对于瓦斯含量大的煤层,在煤巷掘进时,难以用加大风量稀释瓦斯时,应在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法加以解决;
(5)对于煤层透气性较低,采用预抽方法不易直接抽出瓦斯,掘进时瓦斯涌出不很大而回采时有大量瓦斯涌出的煤层,应采用边掘边抽或增大孔径、孔长及钻孔密度等措施进行抽放瓦斯的方法;
(6)若围岩瓦斯涌出量大,以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯并喷出时,应采取围岩瓦斯抽放措施。
(7)对开采有突出危险性的煤层时,采取区域防突措施,开采保护层或者施工顶、底板抽放巷对有突出危险性等煤层进行穿层钻孔预抽瓦斯。
根据以上原则,结合我矿实际情况,因此决定采用在掘进巷道10601底抽巷每隔4m施工穿层抽放钻孔,安装抽放系统管路,对10601运输巷掘进工作面进行预抽,每个循环控制范围为10601运输巷掘进条带上帮20米及下帮10米及前后方各2米范围的瓦斯。
2、抽放工艺
(一)、在掘进巷道10601底抽巷右帮每隔4m施工一组穿层钻孔预抽10601运输巷条带煤层瓦斯,实施超前预抽钻孔,即每4m为一组,控制两帮沿层面方向巷道轮廓线外上帮20m及下帮10m。
在10601底抽巷掘进工作面施工的穿层抽放钻孔采用马丽散结合水泥注浆进行封孔,且在钻场抽放负压为13kpa时不得出现漏气现象,封孔注浆工艺严格按照《志成煤矿两堵一注标准》实施。
10601底抽巷穿层抽放钻孔设计及参数见附表及附图。
(二)、钻孔要求
如果在工作面施工穿层预抽钻孔时在部分地点出现过卡钻、顶钻、喷孔等现象,造成抽放钻孔施工不到位或钻进速度过慢而导致无法施工时,则更换大功率的钻孔设备,配合螺旋钻杆、风力排渣等钻孔施工先进工艺,确保按设计要求施工预抽钻孔。
(三)、钻孔参数的确定
(1)根据邻近矿区经验和矿井瓦斯抽采工程设计,钻孔抽放半径暂定为2m-2.2m,在瓦斯抽放实际中对预抽效果进行考察,确定合适本矿井的适宜钻孔抽放半径。
(2)钻孔直径:
理论上钻孔直径越大,暴露煤壁面积也越大,瓦斯涌出量就越大。
但钻孔的直径应根据打钻技术、抽放瓦斯量和抽放半径等因素综合考虑,一般选用75~120mm,有条件时可用大直径钻孔。
根据我煤矿的实际情况,预抽钻孔直径为94mm。
(四)、预抽煤层瓦斯有效性指标
采用大面积预抽突出煤层瓦斯作为区域性防治煤与瓦斯突出措施时,煤层瓦斯预抽后必须对预抽煤层瓦斯防治煤与瓦斯突出措施的有效性指标进行检验。
抽放瓦斯的效果如何,能否达到防突目的,要通过一定得指标来进行考察。
采用预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效性指标,应根据矿井实测资料确定。
如果无实测数据,可根据《煤矿安全规程》第一百九十条规定,参考下列指标之一确定:
(1)预抽煤层瓦斯后,突出煤层残存瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始瓦斯含量。
(2)煤层瓦斯预抽率应大于30%。
采用煤层瓦斯预抽率作为有效性指标的突出煤层,在进行采掘作业时,必须采用工作面预测方法对预抽效果进行复验。
煤层瓦斯预抽率应用钻孔控制范围内煤层瓦斯储量与抽出瓦斯量(包括打钻时钻孔喷出的瓦斯量、自然排放量)来计算。
达不到上述预抽指标的区域,在进行采掘工作时,都必须采取防治突出的补充措施。
(五)、抽放管径
按照矿井瓦斯抽采工程设计,矿井目前的瓦斯抽放系统主管管径为420mm,干管管径为315mm,均采用PVC管,且准备铺设到各采掘工作面迎头,10601底抽巷巷用管径为315mm的管路,因此10601底抽巷掘进工作面高负压抽放管管径能满足要求。
钻场内的抽放管径为50mm。
(六)、施钻设备
10601底抽巷配有ZDY-1250型钻机1台,钻径为Φ94mm,打钻施工供水利用井下防尘洒水管路,静压水头直接供水。
(七)、抽放钻场、钻孔施工时安全技术措施
(1)、一般要求
1)认真组织贯切学习安全措施、《煤矿安全规程》相关内容以及所用钻机的使用说明书,人人都必须考试合格后,方可上岗。
2)提高班前会质量,班班要执行手上交接,上不清、下不接,当班隐患当班必须处理,遗留问题必须向下一班交待清楚,跟班人员把好三大关:
生产、质量、安全。
3)施工队注意掌握煤层及顶底板岩性的变化情况,及时反馈信息,地质部门收集各种地质资料,为施工服务。
4)巷道的水沟流水要畅通,确保巷道无积水。
5)施工队必须严格按设计要求的钻孔方位、倾角、开孔位置、孔径施工,通风部门负责钻孔施工质量验收,每孔必检,对钻孔方位、倾角、长度及见煤、喷孔等参数必须准确收集并作好记录。
(2)、施钻的管理和规定
1)钻前准备
(1)钻孔施工前,必须做好一切准备工作。
钻机回风必须严格按回风的有关规定执行。
钻机移设中须注意如下安全:
A、钻机移设前必须切断电源,严禁钻机带电搬运。
B、拆、卸、安装钻机大型部件时,身体站立的位置必须能避免失手的伤害。
C、进入现场施工前,必须严格检查现场巷道内的瓦斯情况,只有在瓦斯浓度小于0.8%以下,方可进行作业,严禁瓦斯超限作业。
D、用厚度不小于20mm的木板将开孔点周围的煤壁护好,防止在施钻过程中出现煤壁片帮。
(2)进入现场施工前,班组长必须对工作地点的安全情况进行一次全面检查,确认无危险后,方准其余人员进入作业地点,每个作业人员必须经常认真检查作业地点的顶板、帮壁、支架等情况。
发现危险时,必须立即采取措施,进行处理,严格敲帮问顶制度。
(3)施工前,必须将钻机固定牢固,严禁用钻杆抵钻机,严格按设计参数放线布孔。
(4)作业人员必须携带便携式瓦斯检测报警仪(2台)和每个人配戴压缩氧自救器。
施工作业过程中,将(2台)便携式瓦斯检查仪分别悬挂在作业地点的进风侧和回风侧,瓦斯浓度超过0.8%,必须立即停止作业,撤出人员,切断电源,向调度室汇报。
待查明超限原因且打钻地点瓦斯降到0.8%以下时,才准送电作业。
(5)开钻前,首先检查钻机固定情况,然后开闸供水,当水从钻孔外返出后方准开钻,进钻前必须先开空钻试车,严禁不试车就强行钻进。
2)操作规程
(1)操作人员衣帽、毛巾、灯线必须拴绑好,站立在电机另一侧,不能和给进手把呈一直线,钻进过程中不得翻越钻机,如需翻越则必须停止钻机运转,且与操作台人员联系好后方能翻越。
(2)钻进时要掌握压力,均匀给进,根据钻孔内煤岩软硬程度加压,不能随意加长压力把。
(3)上、下钻具必须用管钳卡紧背牢方能进行工作,操作人员不得与孔口呈直线,也不得挡住操作台人员视线,操作人员精力要集中,行动一致,预防钻具冲出伤人。
(4)钻孔内排出的钻屑,当班必须处理,以防止堵塞水沟、轨道。
(5)钻进中出现顶钻、喷孔现象时,必须立即停止钻进,关闭供水,让其孔内瓦斯卸压自排,此时观察瓦斯便携仪,当排出的瓦斯使工作地点附近巷道内瓦斯浓度超过0.8%时,切断电源,人员撤离现场。
当工作地点附近巷道内瓦斯浓度降到0.8%以下,方可恢复钻进,并要掌握速度慢进。
若再次出现顶钻、喷孔,则再次按上述措施执行。
(6)钻进中出现卡钻现象,且在卡钻初期没有喷孔现象时,钻杆要旋转往外退,让水将钻屑排完后再进,如果卡钻伴随顶钻、喷孔,则首先采取上面的措施后再按卡钻处理方法处理(一般都不得拨出钻杆),并立即向调度室汇报。
(7)一个班工作完毕后应关闭电机、并把起动器手把打到零位。
(8)钻孔施工完毕后,先用黄泥堵孔,防止瓦斯压出。
并且在24小时内必须完成封孔作业。
(3)、特殊措施
(1)在施钻地点附近安设一组(6个)压风自救器和一台电话。
(2)若施钻现场发生异常,则立即按避灾路线撤离现场。
(4)、封孔工艺
封孔注浆工艺严格按照《志成煤矿两堵一注》要求实施
(5)、附属装置及其它安全设施
1、附属装置
1)阀门(截止阀)
在瓦斯抽放管路上和钻场、钻孔的连接处,均需安设阀门,主要用于调节与控制各个抽放地点的抽放负压、瓦斯浓度、抽放量等,同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。
2)测压嘴
在泵站抽放管路进气侧设置测压嘴,以便经常观测管内压力。
测压孔选用内径6mm的铁管,在安装管路之前预先焊上,平常用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死,以防漏气。
测压嘴还可作为取气样孔,取出气体进行气体成分分析或测定瓦斯浓度。
3)计量装置:
钻孔抽放参数采用抽放参数检测仪检测,主、干管采用自动计量检测监控装置。
4)钻孔连接装置
钻孔与管路的连接装置,包括弯管、自动放水器和铠装胶等,利用胶管连接,胶管的一端连接到钻孔封孔管上,另一端与瓦斯抽放管楔管连接,构成抽放系统。
抽放管与瓦斯管路连接见下图
5-1抽放管与瓦斯管路连接示意图
1-煤层;
2-钻孔;
3-封孔泥浆堵料;
4-胶皮连接软管;
5-流量计;
6、9、10、11-阀门;
7-汇总管;
8-放水管;
12-分区瓦斯管。
六、抽采设计
1、抽采设计说明
10601底抽巷巷道设计长度800米,10601运输巷巷道设计800米,计划从10601底抽巷布置穿层钻孔预抽10601运输巷条带瓦斯,每4米布置一组钻孔,计划布置200组。
每组穿层钻孔设计控制范围为10601运输巷掘进条带前后方2米,巷道净宽4.5m,上帮20m及下帮10m,抽放半径为2m-2.2m。
详见《钻孔设计布置图》
七、抽放量及抽放效果预期
1、预计钻孔控制范围
(1)单循环抽放预期效果
根据钻孔施工设计,以60米为一个循环进行预算,钻孔施工控制宽度34.5m,控制煤层条带长度60m,其钻孔的控制面积为:
S=a×
b
=34.5×
60
=2070
式中:
S----控制总面积,m2
a----控制长度,m
b----控制宽度,m
2、煤量计算:
M6煤层平均厚度为3.5米,煤层的煤体容重为1.45t/m3,工作面总煤量为:
M=S×
H×
R
=2070×
3.5×
1.45
=10505t
M----控制总煤量,t
S----控制总面积,m2
H---M6煤层平均厚度,m
R----M6煤层容重,t/m3
3、工作面煤体瓦斯总含量计算
根据实验室提供数据,M6煤层该区域原始瓦斯含量最大值为9.1262m3/t。
Q含=V×
q原
=10505×
9.1262
=95870m3
Q含——控制煤体瓦斯总含量,m3
V——控制总煤量t
q原——M6煤层原始瓦斯含量,m3
4、瓦斯抽放量及抽采率
采用穿层预抽煤层瓦斯防治突出措施的有效性指标,应根据矿井实测资料确定。
原始瓦斯含量为9.1262m3/t,根据防突规定残余瓦斯含量有效指标为8m3/t以下时消突有效。
则此掘进头此次抽放量为:
Q抽=V×
q(原-残)
(9.1262-6%)
=32840m3
Q抽——控制范围应抽瓦斯含量,m3
V——控制范围总煤量t
q(原-残)——M6煤层原始瓦斯含量,m3
抽采率:
32840/95870=34.2%
经计算10601运输巷穿层钻孔的抽采率预期为35%,因此预期10601运输巷瓦斯抽放量为:
C预期=Q含×
34.2%=95870m3×
34.2%=32840m3
5、有效预抽时间
矿井瓦斯抽采钻孔按照“打一个、封一个、抽一个”的管理原则,现根据本矿实际情况,有效预抽时间为:
T=Q抽/Q泵/24/V/K
=32840/50/24/0.1/0.7
=390小时
Q抽——工作面应抽瓦斯含量,m3
V——根据原专用回风巷抽放所测的瓦斯含量数据,平均值为10%。
Q泵——为瓦斯泵的抽放量,此处取50m3/min
K——为有效抽放系数(含风排瓦斯系数及其它管路抽放、管路漏风)按70%算。
6、预期效果
(1)钻孔控制范围瓦斯抽采率大于30%
(2)钻孔控制范围残余瓦斯含量降到8m3/t以下。
八、效果检验
按照防突规定,对抽采区域每30-50m布置一个钻孔进行效果检验。
九、组织管理
1、矿长对工作面瓦斯抽采工作负全面责任。
2、矿总工程师负责组织相关单位对瓦斯抽采设计进行会审。
3、生产矿长负责组织落实瓦斯抽采工作。
4、安全矿长负责监督检查瓦斯抽采工作的执行落实情况
5、通防科负责编制瓦斯抽采设计,在会审后报送掘进区、技术科、通风区、调度室、安监处等相关单位和有关领导,并负责监督抽采设计的现场落实,根据现场的条件及时修改瓦斯抽采设计。
公司瓦斯实验室负责落实测定煤层瓦斯含量及抽放后残存瓦斯含量。
6、调度室负责瓦斯抽采设计落实过程中的全面协调等。
7、安监科负责对瓦斯抽采设计的落实情况进行检查和监督。
8、防突队负责瓦斯抽采钻孔的施工。
9、通风科负责对工作风量、瓦斯浓度等进行监测,计算风排瓦斯量。
10、技术员负责职工贯彻瓦斯抽采设计,贯彻后必须进行考核,合格者方可上岗;
当设计发生变化时,及时向贯彻。
11、矿井跟班领导负责当班的安全工作,是监督检查瓦斯抽采施实情况的第一责任人。
到岗后首先要查看工作面执行情况,在设计没有落实的情况下,不得擅自指挥生产。
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