1209瓦斯综合治理方案212.docx
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1209瓦斯综合治理方案212
山西金晖万峰煤矿有限公司
1209综采工作面瓦斯综合治理方案
山西金晖万峰煤矿
二○一五年二月
审批意见
矿长:
年月日
总工程师:
年月日
安全矿长:
年月日
生产矿长:
年月日
机电矿长:
年月日
通风矿长:
年月日
通风副总:
年月日
调度室:
年月日
技术科:
年月日
安监科:
年月日
审核:
年月日
编制:
年月日
1209工作面瓦斯综合治理方案
一、工作面概况
1209综采工作面长度1016米,为1207接替面。
目前,1209进风顺槽与切眼已施工完毕,回风顺槽于5月底贯通。
1209工作面煤层厚度1.03~1.95米,平均厚1.65米,煤层倾角4~8°。
煤层顶板为砂质泥岩、泥岩,底板为砂质泥岩、泥岩,岩石硬度f=2~4。
距1上煤间距2.82-9.42米,平均6.26米。
工作面南邻1207工作面,目前正准备撤面,北邻1211工作面,目前未施工。
二、瓦斯涌出量预测
1209综采工作面回采工作面瓦斯来源主要由开采层瓦斯涌出和邻近层(包括围岩)瓦斯涌出两部分组成。
根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》中的计算方法:
回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达,以24小时为一个预测圆班,采用下式进行瓦斯涌出量预测计算:
式中q采——回采工作面相对瓦斯涌出量,m3/t;
q1——开采层相对瓦斯涌出量,m3/t;
q2——邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t。
1、开采层相对瓦斯涌出量q1
式中q1——开采层瓦斯涌出量,m3/t;
k1——围岩瓦斯涌出系数,取1.30;
k2——丢煤瓦斯涌出系数,回采率的倒数,回采率取0.95,k2=1.05;
k3——准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数,k3=(L–2h)/L,L为回采工作面长度,h为掘进巷道瓦斯预排等值宽度,取18m,k3=0.78;
M——煤层开采厚度,m,取1.6;
m——工作面采高,m,取1.6;
Wo——煤层原始瓦斯含量,m3/t,取掘进期间实测值5.22;
Wc——煤层残存瓦斯含量,m3/t,取1.27。
代入计算,则回采面相对瓦斯涌出量为q1=4.21m3/t。
2、邻近层相对瓦斯涌出量q2
式中q2——邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t;
mi——第i个邻近层煤层厚度,m;
M——工作面采高,m;
hi——第i个邻近层距开采层的距离,m;
hp——受采动影响邻近层的影响范围,m;
Woi——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量,m3/;
Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量,m3/t。
ηi——第i个邻近层瓦斯排放率,%;当采高小于4.5m的条件下,ηi按下式计算或按图3-2选取。
——受开采层采动影响顶板底岩层形成贯穿裂隙,邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围,m。
——第i邻近层与开采层垂直距离,m;
1~上邻近层2~缓倾斜煤层下邻近层3~倾斜、急倾斜煤层下邻近层
图1邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线
1号煤上部主要影响层为1#上,对下部主要影响邻近层为2#,其他邻近层距离较远可不考虑。
邻近层煤层原始瓦斯含量Woi及邻近层煤层残存瓦斯含量Wci无实测值,参照1号煤层选取,分别为5.22m3/t和1.27m3/t。
根据表1,经计算,1号煤层工作面回采时的邻近层煤1上煤与下临近层2#煤瓦斯涌出量为6.32m3/t。
表1邻近煤层相对瓦斯涌出量计算结果汇总表
邻近层
上邻近层
下邻近层
1上煤
2煤
平均厚度(m)
0.68
0.74
距离(m)
8.77
10.5
排放率
0.85
0.65
涌出量(m3/t)
3.58
2.74
按照日产1800t最大产量进行计算,本煤层瓦斯涌出量为5.26m3/min,邻近层瓦斯涌出量为7.90m3/min,因此工作面最大瓦斯涌出量预计为13.16m3/min。
另外,采用比例系数预测法对1209工作面瓦斯涌出量进行预测,回采工作面瓦斯来源从大的方面只有3个:
煤壁、落煤、采空区,煤壁落煤的涌出相对量为W0-WC。
根采空区瓦斯涌出量在工作面总瓦斯涌出量中所占的比例为K,这样即可按下式计算工作面瓦斯涌出量:
相对瓦斯涌出量为:
q=Kv
=1.2*
=9.48m3/t
绝对瓦斯涌出量为:
Q=
=1.6*150*4.8*2.6*9.48/1440=19.72m3/min
式中q、Q——分别为采面的相对和绝对瓦斯涌出量,m3/t、m3/min;
W0——煤层原始瓦斯含量,m3/t,取5.22m3/t;
WC——运出工作面煤的煤层残存瓦斯含量,m3/t,取1.27m3/t;
K——采空区瓦斯涌出系数,即采空区瓦斯涌出量与采面总瓦斯
涌出量之比,根据1207工作面经验参数,取0.5;
Kv——推进速度(产量)修正系数,取1.2;
M——采高,m,取1.6m;
L——工作面长度,m,取150m;
V——工作面推进速度,m/d,取4.8m;
——煤的容重,2.6t/m3;
采面瓦斯涌出量及相关指标汇总表
采面
煤厚
m
面长
m
倾向长
m
通风方式
最大瓦斯涌出量
m3/min
1109
1.6
160
1560
U型
13~18
1207
1.6
160
1560
偏Y型
15~20
1113
1.6
160
1300
U型
10~15
备注
最大瓦斯涌出量为风排量和抽放量之和;工作面为正常生产时瓦斯涌出量。
3、瓦斯治理方法选择
根据预测的采煤工作面绝对瓦斯涌出量在19.72m3/min,按照分源治理的原则,选择顶板长钻孔、隅角插管、顺层钻孔预抽等瓦斯综合治理措施,通风方式采用U型通风。
(一)抽采方法
1、顶板钻孔抽采
在1209回风顺槽内自2#高位钻场往后每300m施工一个钻场,自2#高位钻场往后每300m施工一个钻场,钻场的尺寸规格为10m(长)*5m宽*2.4m(高),已施工2个高位钻场利用完后采用定向钻孔抽采。
工作面定向钻场设计2个主孔,每个主孔开2个分支孔,终孔高度控制在12-18m,平距控制在10-50m。
从回风顺槽巷帮往里50米的范围内,共设计6-8个钻孔,第一个钻孔离巷帮10米,再往里,每8米一个钻孔。
每往里移动8米,裂隙带的层位抬高1米,每个孔在竖直方向上升高1米,见抽采系统示意图,施工前每个钻场须编制专门钻孔设计。
顶板钻孔单孔加阀门与孔板以便及时掌握调控参数。
根据其他采面顶板钻孔抽采效果统计结果,预计瓦斯抽采量为2-5m³/min,平均4m³/min。
η=Q顶板÷Q涌出×100%=4÷19.72=20.28%
2、本煤层预抽
工作面回采前在进、回风顺槽(原1207尾巷)两侧施工顺层预抽钻孔,钻孔间距为5m,钻孔深度85m,孔径94mm,对本煤层进行预抽。
当钻孔中部塌孔时交叉钻孔不受影响,可以继续抽采保证抽采效果,为防止边掘边抽对预抽孔造成影响,采用聚氨酯封孔,钻孔封孔长度8m。
钻孔角度与煤层倾角一致,并根据现场施工见煤实际情况进行适当调整,使钻孔尽量布置在煤层中。
该类钻孔在工作面两巷掘进期间基本上已经施工完毕,并进行了预抽。
工作面回采期间,随工作面推进,本煤层顺层钻孔作为预抽和边采边抽钻孔继续使用。
随着后期衰减,预计回采期间抽采纯量在2m3/min左右。
η顺层=Q顺层÷Q涌出×100%=2÷19.72=10.14%
3、隅角埋管抽采
1209回风布置一趟低负压管路用于上隅角抽采瓦斯,预埋管为Φ450mm,为加强隅角抽采,利用高负压再接入两趟89mm连孔管抽采,Φ450mm预埋管在切眼前50m左右分接一趟Φ200mm或Φ315mm埋管抽放,深度前后相差4-10m,当较深一趟埋入10m时,截断重新预埋,以便拆解管路不间断抽放,以此达到利用埋管不断抽放采空区的瓦斯的目的(具体方法见1209工作面抽采示意图)。
预埋管抽采负压控制在5~8kPa。
预计平均抽采浓度在2-6%,抽采混量约140m3/min,总抽采纯量在6.5m3/min左右。
η=Q埋管÷Q涌出×100%=6.5÷19.72=32.96%
4、抽采效果预计
各种抽采方法抽采量及抽采率预计表
抽采方法
抽采量
抽采率
支管路
分管路
抽放泵
顶板钻孔
4m3/min
20.28%
回风顺槽Φ200
Φ560
地面1、2#泵
本煤层钻孔
2m3/min
10.14%
进风顺槽Φ315
Φ560
地面1、2#泵
采空区抽采
6.5m3/min
32.96%
回风顺槽Φ315/回风顺槽Φ450
Φ560
地面5#、6#泵
合计
12.5m3/min
63.38%
5、抽采管路系统
根据工作面抽采管路布置,低负压抽采管路用于采空区抽采。
轨道顺槽顶板钻孔利用高负压抽采管路抽采。
工作面本煤层钻孔继续使用顺槽高负压系统抽采。
具体路线为:
高负压:
钻孔→1209进回风顺槽Φ315抽放管→二采回风Φ560抽放管→风井Φ630抽采管→地面抽采泵站→排出地面。
低负压:
1209回风顺槽Φ450埋管→二采回风Φ630抽放管→风井Φ1m抽采管→地面抽采泵站→排出地面。
(二)工作面通风
1.ͨ·ç·½Ê½
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2.¹¤×÷Ãæ·çÁ¿ÅäÖÃ
⑴工作面总需风量
工作面瓦斯抽放总量为:
本煤层钻孔预抽量+高位顶板孔抽采量+采空区埋管抽放量,即2+4+6.5=12.5m3/min
Ðè·çÅŵÄÍß˹Á¿Îª£º20-12.5=7.5m3/min
1209综采工作面需风量必须满足井下人员需求、稀释瓦斯、风速等要求。
1)按瓦斯涌出量计算
则总需风量(回风顺槽风量):
Q工作面=100×q×k/CCH4
式中:
Q回风——工作面配风量,m3/min;
q——需风排瓦斯量,m3/min;
k——采煤工作面瓦斯涌出不均衡备用风量系数,取1.4;
CCH4——回风最高允许浓度。
即:
Q工作面=100×7.5×1.4/0.8
=1312m3/min
2)按每班工作的最多人数计算:
Q≥4N
≥4×60
≥240m3/min
式中:
N——为每班工作的最多人数,取60人
计算风量为1312m3/min,满足要求。
3)按气象条件计算
Q=60×V×S×70%×K长×K高
=60×2.4×6.3×70%×1.2×1
=762m3/min
式中:
V——采煤工作面风速;m/s按采煤工作面进风流的温度与对应风速,选取2.4m/s
S——采煤工作面有效通风断面;按最大和最小控顶有效断面的平均值计算
K长—采煤工作面长度系数;取1.2
K宽—采煤工作面高度系数;取1
70%—有效通风断面积系数
计算风量为1312m3/min,满足要求。
4)按风速进行验算
工作面最小采高1.6m,最小控顶距3.5m时,工作面通风断面S最小断面=5.6m2,综采工作面风速小于4m/s,则工作面最大风量为:
Q=V·S=4*60*5.6=1344m3/min
计算风量为1312m3/min,满足要求。
4、监测监控
在回风顺槽距工作面煤壁≤10m处与距回风联络巷口安设甲烷、一氧化碳、温度、氧气传感器。
回风顺槽中的电气设备上风侧10~15米范围内安设一台瓦斯传感器。
其他地点按规定安设传感器。
瓦斯报警浓度0.8%、断电浓度0.8%、复电浓度0.75%,断电范围为综采工作面及回风顺槽内所有非本质安全型电气设备。
一氧化碳传感器报警浓度为0.0024%;温度传感器报警浓度为24℃。
传感器应垂直悬挂,距巷道顶部不大于300㎜,距巷帮不小于200㎜。
5、瓦斯管理措施
(一)隅角管理
1、进风隅角:
沿端头支架切顶线至顺槽帮垒砌隔离墙,墙要平直且与顶帮接实,空隙处用风筒布条塞严、不漏风。
紧贴隔离墙外侧吊挂一道风筒布风障,风障要紧贴顶底帮,一端要伸入端头支架立柱内,并用铁丝固定牢固。
2、回风隅角:
回风侧采空区隅角必须及时打设煤袋墙,煤袋墙滞后尾梁不小于3米,打设时必须先支护好顶板,打好煤袋墙后回撤滞后的支护单体。
工作面正常支护时最后一排液压单体(切顶柱)滞后支架前立柱0.5m,与巷帮、支架及两棵单体之间间距300~400mm。
隔离墙的煤袋、风障材质规定:
煤袋采用纺织袋或旧风筒布缝制而成。
风障采用旧风筒布。
旧风筒布有较大破口时,应进行缝补及更换。
3、垒砌隔离墙、吊挂风障、拆移抽放管路、退锚、架设或拆除点柱时:
第一必须先停止工作面的割煤、移支架、出煤、检修设备等工作;第二必须先对施工地点附近20m范围内的设备、设施和巷道的顶底帮充分洒水降尘。
洒水降尘前应对探头进行防水保护。
4、每次拆、垒隔离墙或点柱等施工前要采取措施防止水、碴、煤、纺织袋等杂物落入、吸入抽放管路内;拆移抽放弯头前要利用安装在抽放管路上的三通接上负压风筒,负压风筒另一端伸入原抽放弯头位置,保证连续抽放。
5、拆垒隔离墙、隅角处巷道的加固与维护、退锚、拆移抽放管路等工作由采区负责施工、通风区瓦斯员负责监督。
采区负责配合通风区瓦斯员吊挂好风障。
6、任何人员严禁进入没有支护或片冒的地点、严禁进入瓦斯浓度超过2%的地点、严禁进入没有加固地点。
在拆垒隔离墙、拆移抽放弯头、架设或拆除点柱时,要提前吊挂风障和导风筒,将新鲜风流引向施工地点稀释瓦斯,只有在瓦斯浓度不超过2%时,人员方可进入施工地点进行施工。
施工期间,瓦斯员在施工地点的上风侧随时检查瓦斯变化情况,直至管路移接完毕和隔离墙打好。
7、施工人员在施工时要杜绝产生撞击、摩擦等火花。
8、通风区瓦斯员必须经常检查隔离墙和风障,认真检测汇报瓦斯浓度。
发现隔离墙或风障不符合规定时瓦斯员立即要求采区对隔离墙或风障进行处理,处理期间采区必须停止采煤、检修、移架等工作。
9、隔离墙的煤袋、风障材质规定:
煤袋采用旧风筒布缝制而成(内装黄土)或者使用快速密闭材料。
风障采用旧风筒布。
旧风筒布有较大破口时,应进行缝补。
10、采区必须根据实际情况制定两个隅角处的巷道维护、加固与回撤点柱、以及退锚、拆移瓦斯管路、垒拆隔离墙等施工安全技术措施。
回风隅角切顶线以里至里侧隔离墙范围内顶板进行加固维护。
(二)瓦斯检查管理
1.本回采工作面设专职瓦斯检查员,每班巡回检查次数不得少于三次。
2.瓦斯检查点设置:
工作面、上隅角、回风顺槽距工作面不超过10米处、回风顺槽距联络巷口10~15米处、回风顺槽内电气设备上风侧5米处、进风顺槽电气设备上风侧5米处、进回风顺槽的瓦斯易超限的钻场内和高冒处、高位抽放巷密闭墙处、工作面分区回风及溜煤眼处。
3.工作面及其它检查地点都要设瓦斯检查牌板。
4.采煤机必须正确使用好瓦电闭锁装置,一旦瓦斯超限,切断工作面内所有电气设备电源。
5.密闭前设气体观测孔和放水管,每天检查一次瓦斯浓度、气体温度、一氧化碳浓度。
6.瓦斯检查员必须持证上岗,瓦斯检查要求井下瓦斯检查记录牌、瓦斯检查原始手册、瓦斯台帐三对口。
(三)瓦斯抽采管理
1.瓦斯抽采各项工程施工前必须编制设计,并报技术负责人审批,并有施工记录与验收记录。
2.瓦斯抽采观测工作定期观测抽采参数,及时对抽采效果进行分析,调整瓦斯抽采参数,处理管路积水和漏气现象;当钻孔瓦斯浓度低于10%时,要及时进行调整抽采负压,以提高其抽采浓度,如果通过调整,浓度仍然低于10%,可先行关闭该钻孔;关闭一段时间后,再行测量,如其浓度达到10%则开启阀门进行抽采。
3.对抽采管所在的巷道顶板、底鼓、片帮等情况每7天检查1次,发现问题及时维护处理。
4.抽采工程施工必须按设计进行,当现场条件有变化,不能达到设计要求的,必须及时向技术人员反馈,对设计进行补充或修改。
5.抽采工程验收人员必须严格执行验收标准,对弄虚作假的,从重处罚。
6.每旬对抽采系统进行检查,并有记录可查。
确保抽采管路无破损、无漏气、无积水。
(四)防尘隔爆管理
1.采区要坚持做好煤层注水工作。
2.采区在皮带顺槽、轨道顺槽距工作面30m范围内各安设两道风流净化水幕,在采煤、出煤、移架期间必须使用好净化水幕。
3、采区要使用好架间喷雾、采煤机的内外喷雾及转载喷雾。
4.在皮带顺槽、轨道顺槽内从工作面往外(回风顺槽向里)每隔200m安设一组隔爆水袋棚,水量和安装质量必须符合符合规定。
5、抽采管路在靠近总回与主管路搭接前50m左右加水封泄爆和防回火装置。
6、低负压抽采管路须安设喷粉抑爆装置,根据规范《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障体系设计规范》(AQ1076-2009),在回风低负压管路距采空区50m处安装第一个抑爆器,在距第一个抑爆器50m处安装第二个抑爆器,火焰传感器安装在抽放管口。
当采面推进至第一个抑爆器30m时,将第一个抑爆器移至第二个后50m,如此循环(见附图4)。
7、其他严格执行矿发《综合防尘管理制度》、《净化水幕安装技术标准》、《煤尘管理制度》、《采掘工作面煤层注水设计》。
(五)防灭火管理
按照《安全专篇》要求设置束管监测、注氮系统和喷洒阻化剂系统,并正常使用。
1、注氮系统
注氮系统采用二采区注氮机联络巷DM-500型井下固定式氮分子筛制氮设备制氮,工作面利用进风原排水管作为注氮管路与总回注氮管路搭接,当连续三天采空区CO浓度呈上升趋势或者出现高温、异味等自燃征兆时开始注氮。
注氮的第一个氮气释放口设在开切眼,当第一个释放口埋入采空区30m后,同时埋入第二趟注氮管路(注氮管口的移动步距暂时选定为30m,可通过实际注氮效果考察进行修正)。
当第二趟注氮管口埋入采空区30m时,同时拆除第一趟管路,并又重新埋设注氮管路,如此循环,直至工作面采完为止。
2、束管监测
束管监测管理工作由通风区负责,保证束管监测系统的正常运行。
井下通过束管采样仪采样并送至地面色谱分析,分析参数主要有O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C3H8正常情况下,每天早班检测一次,工作面异常时,每班检测二次。
每天需按时打印束管监测报表,同时每周至少人工取样分析一次,以保证数据的可靠性。
工作面开采完毕后,在进、回风顺槽密闭分别设观测孔,并在密闭内各布置一个束管监测点。
3、喷洒阻化剂
阻化剂选用工业CaCl2溶液,用BZ2.4/4型阻化多用泵将阻化液沿顺槽铺设的内径为φ10mm高压胶管压至工作面,与孔径为φ4mm的喷枪相连。
从支架间隙向采空区喷洒,每间隔5组支架喷一次,每次喷洒6min,流量不小于35L/min。
正常回采期间每班喷洒一次,如遇停产、过断层、收尾等情况时,必须对采空区加大喷洒频率。
采区工作人员在每班采煤工作结束后负责对隅角采空区进行喷洒阻化剂工作。
六、避灾路线
水灾避灾路线:
工作面→进风顺槽或回风顺槽→二采轨道下山→副井→地面
火灾避灾路线(含瓦斯、煤尘事故):
工作面→进风顺槽→二采轨道下山→副井→地面
附图1:
1209工作面抽采系统示意图
附图2:
1209工作面通风系统图
附图3:
1209工作面监控系统示意图
附图4:
1209工作面喷粉抑爆装置安设示意图
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