度瓦斯治理技术方案及安全技术措施.docx
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度瓦斯治理技术方案及安全技术措施
措施名称:
矿井瓦斯治理技术方案及安全技术措施
编制人:
审
核
单位
审批意见
审批人
审批日期
生产技术科
机电科
调度室
机电副矿长
安全副矿长
生产副矿长
总工程师
矿长
审批记录
2017年度矿井瓦斯治理技术方案及安全技术措施
根据2017年度矿井采掘布局及实际,为保证矿井采掘工作面安全顺利生产,特编制2017年度矿井瓦斯治理技术方案及安全技术措施。
第一节矿井概况
一、概况
新疆准南东煤矿位于乌苏市南东50km处,行政区划属乌苏市管辖。
煤矿与312国道通过长46km的简易公路相连,自312国道向西26km可到奎屯市,向西46km可到乌苏市,向东37km可到沙湾县,外部交通条件较为便利。
井田位于天山北麓山前低中山区,地形坡度5°~27°,总体地势南高北低。
海拔高程+1650m~+1725m,相对高差80~160m。
沟谷与山岭相间呈自北西向东、东南方向延伸。
矿井采用主斜井、副斜井进风,斜风井回风(两进一回)的中央并列式通风,矿井斜风井主要通风机为抽出式,一用一备,主要通风机型号FBCDZNO19型主要通风机,额定功率2×110KW,电机型号YBF2-315L2-8,转数740r/min,风量1600~4920m3/min,风压2300~600Pa,额定电压380~660V。
二、矿井瓦斯情况
2016年瓦斯、二氧化碳鉴定成果,煤瓦斯绝对涌出量最大为:
1.09m3/min。
二氧化碳相对涌出量约为:
1.1m3/t。
三、煤层自燃倾向性、爆炸性
经鉴定:
A4煤层具有爆炸性,为自燃煤层,自燃倾向性等级为Ⅱ类,自燃发火期51天;
四、气象及地震
井田一带气候属中温带大陆性干旱气候。
气温变化于-29.1℃~32.4℃,年平均气温3.4℃~4.3℃;6~8月为夏季,其中7、8月间气温最高,年最高气温32.4℃;11月份至来年3月份为冬季,1月份气温最低,年最低气温-29.1℃。
年最大降雨量554.5mm,年平均蒸发量为1411.91mm。
最大降雪厚度0.3m。
6月和9月多雨,常有雹、雨交加,引发山洪,冰雹直径可达0.5~2cm。
9月底10月初开始降雪,次年3月底4月初消融。
最大冻土深度1~1.2m。
4~5月为多风期,风向西北,多为2~4级,最大可达七级。
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),该区地震动峰值加速度为0.30g,地震动反应谱特征周期为0.40s。
地震基本烈度为Ⅷ度。
第二章矿井瓦斯治理技术方案及安全技术措施
根据矿井2017年生产规划、安技改及采掘接替需要,2017年计划掘进巷道为E1141准备工作面开切眼、二水平上部车场段、+1400m进料联巷、+1420m运输上山、+1150m运输上山、+1400m煤仓、+1150m井底水仓、+1150m井底水仓、+1150m回风上山下段、W2241首采面上顺槽与W2241首采面下顺槽。
第一节通风系统治理方案
一、矿井通风现状
矿井采用主斜井、副斜井进风,斜风井回风(两进一回)的中央并列式通风,矿井斜风井主要通风机为抽出式,一用一备,主要通风机型号FBCDZNO19型,额定功率2×110KW,电机型号YBF2-315L2-8,转数740r/min,风量1600~4920m3/min,风压2300~600Pa,额定电压380~660V。
矿井严格执行《煤矿安全规程》有关通风系统的管理规定,建立了独立完整的通风系统,矿井按规定设置专用回风巷,采区进、回风巷贯穿整个采区,各用风地点风量均达到或超过设计要求,没有无风、微风、循环风现象。
矿井现工作面(W1141综放工作面),采用一源一汇的“U”通风,掘进工作面采用压入式通风。
二、通风系统
矿井主要通风线路为:
副斜井→+1400m井底车场→+水仓联巷→W1141综放工作面运输顺槽→W1141综放工作面→W1141综放工作面回风顺槽→回风上山→主要通风机→地面
副斜井→+1400m井底车场→回风联巷→回风上山→E1141回风顺槽外段(局扇)→E1141回风顺槽掘进工作面→进料联巷→回风上山→主要通风机→地面。
副斜井→+1400m井底车场→+1400m运输巷(局扇)→E1141运输顺槽掘进工作面→回风联巷→E1141回风顺槽外段→回风上山→主要通风机→地面。
三、通风设施
(一)井下通风设施布置
1.主要进、回风巷之间的每个联络巷中,必须砌筑永久性风墙;需要使用的联络巷及风井安全出口,必须按设计安设两道连锁的正向风门和两道反向风门。
+1520m车场至少设置两道连锁的正向风门和两道反向风门。
2.采空区必须及时封闭。
必须随采煤工作面的推进,逐个封闭通至采空区的联通巷道。
工作面开采结束后,必须在所有与采区相通的巷道中设置密闭墙,全部封闭采空区。
3.控制风流的风门、风墙、风窗等设施必须可靠。
不应在倾斜运输巷中设置风门;如果必须设置风门,应安设自动门或设专人管理,并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全措施。
回风上山构筑一道永久调节窗,E1141回风顺槽外段(通回风上山)构筑两道永久调节风门;
(二)确保风流稳定
1.在各通风网路上,应按设计和需要安设风门、调节风窗和密闭等通风构筑物,并随生产的进度进行及时调节补充,风门设置闭锁装置。
确保各用风地点的风量,风速符合《煤矿安全规程》的规定,确保风流稳定。
2.及时清除巷道的杂物和障碍,尽量避免在主要进回风巷道内停放矿车,堆放材料及其它物品,确保风流畅通。
2017年,对回风上山(下段)进行扩修,保证通风断面;
3.E1141运输顺槽、E1141回风顺槽等掘进工作面均为独立通风。
四、风量计算及分配
(一)W1141综放工作面
1.工作面概况
W1141综放工作面井下位于11采区西部,南部与上区段1493水平采空区留设垂高12米的隔离煤柱,东部距离副井900m。
工作面地面位于副斜井筒以西,地表附近范围为山区,地表覆有少量植被,地面无建筑物及保护物。
工作面所采为A4煤层,为中厚~特厚煤层,煤层厚度为2.6~5.71m,平均厚度为3m;顶、底板均为粉砂质泥岩、粉砂岩,局部有高炭泥岩伪底;无夹矸层,为较稳定煤层。
W1141综采工作面地质构造较为简单,煤(岩)层走向近东西,倾向由南向北倾斜,倾角45°,煤(岩)层趋势为南高北低。
断裂、褶曲、裂隙等构造不发育;根据地质资料分析,煤层位于背斜的北翼、无断层穿过,对正常的回采工作无影响。
2.本煤层邻近已采块段的瓦斯涌出量
根据邻近采区已采块段资料:
A404工作面标高+1493m,回采期间相对瓦斯涌出量0.16~0.33m3/t,绝对瓦斯涌出量最大0.41m3/min;A402工作面煤层底板标高为+1523m,相对瓦斯涌出量0.12m³∕t~0.3m³∕t,绝对瓦斯涌出量最大0.36m³/min;
3.瓦斯来源分析
W1141综放工作面井下位于11采区西部,南部与上区段1493水平采空区留设垂高12米的隔离煤柱,东部距离副井900m。
工作面地面位于副斜井筒以西,地表附近范围为山区,地表覆有少量植被,地面无建筑物及保护物。
W1141面在回采过程中,工作面瓦斯涌出主要有三个来源:
一是工作面煤壁及落煤的瓦斯涌出;二是采空区瓦斯涌出;
4.瓦斯涌出量预测
根据AQ1018-2006《矿井瓦斯涌出量预测方法》规定,该面采用统计法核算瓦斯涌出量。
工作面相对瓦斯涌出量与开采深度的关系可由公式(1-1)表示。
(1-1)
式中:
-工作面相对瓦斯涌出量,m3/min;
-开采深度,m;
-瓦斯风化带深度,m;
=
-
(
-2)
-相对瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度,m/(m3·t-1);
根据A404工作面、A402工作面标高差及相对瓦斯涌出量推算开采深度的瓦斯变化梯度a,见公式1-2。
.
(1-2)
式中:
-瓦斯带内2水平的开采深度,m;
-瓦斯带内1水平的开采深度,m;
-在
深度开采时的相对瓦斯涌出量,m3/t;
-在
深度开采时的相对瓦斯涌出量,m3/t;
把相关数据带入公式1-1、1-2计算:
该面回采期间相对瓦斯涌出量为:
0.26~0.40m3/t。
根据该区域实测及统计法预测,W1141工作面回采期间相对瓦斯涌出量为0.26~0.40m3/t。
按日产1700吨(该面计划日均产1417吨,富裕系数1.2)计算。
W1141综放工作面回采期间绝对瓦斯涌出量0.30m³/min~0.48m³/min。
工作面回采期间瓦斯治理主要采取风排治理。
工作面采用“U”型通风,地面→副斜井→+1400m井底车场→煤仓联巷→W1141运输顺槽→W1141综放工作面→W1141回风顺槽→斜回风井→地面
5.风量计算
(1)按气象条件计算:
Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl(m3/min)
式中vcf—采煤工作面的风速,m/s。
W1141进风流最高温度15℃,按采煤工作面进风流的最高温度从表1-1中选取;取1.0m/s
Scf—采煤工作面的平均有效断面积,按最大和最小控顶有效断面的平均值计算,m2;根据ZFB500Q支架参数最大有效断面15.8m3,最小有效断面10.8m3;kch—采煤工作面采高调整系数,具体按表1-2取值;
kcl—采煤工作面长度调整系数,具体按表1-3取值;
70%—有效通风断面系数;
60—单位换算产生的系数。
Qcf=60×70%×1.0×13.3×1.2×1.0(m3/min)
=670(m3/min)
表1-1采煤工作面进风流气温与对应风速
采煤工作面进风流气温/℃
采煤工作面风速/(m·s-1)
<20
1.0
20~23
1.0~1.5
23~26
1.5~1.8
26~28
1.8~2.5
28~30
2.5~3.0
表1-2kch—采煤工作面采高调整系数
采高/m
<2.0
2.0~2.5
>2.5及放顶煤工作面
系数(kch)
1.0
1.1
1.2
表1-3kcl—采煤工作面长度调整系数
采煤工作面长度/m
系数(kcl)
<15
0.8
15~80
0.8~0.9
80~120
1.0
120~150
1.1
150~180
1.2
>180
1.30~1.40
(2)按照瓦斯涌出量计算:
Qcf=100×qcg×kcg=100×0.48×1.2=58(m3/min)
式中qcg—采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量,m3/min。
取0.48m3/min
kcg—采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数。
通常机采面可取1.2~1.6,取1.2
100—按采煤工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1%的换算系数。
(3)按照二氧化碳涌出量计算:
Qcf=67×qcc×kcc=67×0.81×1.2=65(m3/min)
式中qcc—采煤工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量,取0.81m3/min;
kcc—采煤工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数。
取1.2
67—按采煤工作面回风流中二氧化碳的浓度不应超过1.5%的换算系数。
(4)按工作人员数量验算:
Qcf≥4Ncf≥4×44≥176m3/min
式中Ncfi—采煤工作面同时工作的最多人数;取44人
4—每人需风量,m3/min。
(5)按风速进行验算:
①验算最小风量:
Qcf≥60×0.25Scb≥60×0.25×11.06=166(m3/min)
Scb=lcb×hcf×70%=6.59×2.6×70%=11.06(m2)
②验算最大风量:
Qcf≤60×4.0Scs≤60×4×7.56=1814(m3/min)
Scs=lcs×hcf×70%=5.99×1.6×70%=7.56(m2)
式中Scb—采煤工作面最大控顶有效断面积,m2;
lcb—采煤工作面最大控顶距,m;取6.59m
hcf—采煤工作面最采高,m;取2.6m
hcf1—采煤工作面最采高,m;取1.6m
Scs—采煤工作面最小控顶有效断面积,m2;
lcs—采煤工作面最小控顶距,m;取5.99m
0.25—采煤工作面允许的最小风速,m/s;
70%—有效通风断面系数;
4.0—采煤工作面允许的最大风速,m/s;
根据上述计算,W1141综放工作面回采期间配风应不低于670m³/min。
最大配风量不得超过1814m³/min。
6.监测监控
为切实做好该面的监测监控工作,由调度室在W1141综采面安设甲烷传感器,安设温度传感器,一氧化碳传感器及风速传感器。
上隅角(T0)甲烷传感器安设在上隅角距充填带不大于0.8m,距顶不大于0.3m,距巷道壁不小于200mm,报警点为≥0.8%、断电点为≥1.3%、复电点为<0.8%;断电范围为W1141工作面及回风巷道中所有非本质安全型电器设备。
工作面(T1)甲烷传感器安设在距工作面上出口10m内,距顶不大于300mm,距巷道壁不小于200mm,报警点≥0.8%,断电点为≥1.3%,复电点为<0.8%;断电范围为W1141工作面及回风巷道中所有非本质安全型电器设备。
工作面回风(T2)甲烷传感安设在W1141回风顺槽距联巷口以西10m~15m,报警点≥0.8%、断电点≥0.8%,复电点为<0.8%;断电范围均为工作面及回风巷中所有非本质安全型电器设备。
一氧化碳、温度传感器安设在W1141工作面上出口10m以内,风速传感器安设在距联巷口以西10m~15m,距顶不大于300mm,距巷道壁不小于200mm,一氧化碳传感器报警值≥24PPM,温度传感的报警值≥30℃,风速报警值≥4m/s。
(二)E1141回风顺槽
E1141回风顺槽位于一采区东翼,东部和北部为未采动的实体煤,南部为采空区。
E1141综采工作面上顺槽开口位置位于W1141综采工作面专用回风巷迎头位置,向东翼掘进施工,设计方位角63°27′25″。
A4煤层:
为中厚~特厚煤层,煤层厚度为0.26~8.71m,平均厚度为5.13m;顶、底板均为粉砂质泥岩、粉砂岩,局部有高炭泥岩伪底;无夹矸层,为较稳定煤层。
1.通风、瓦斯情况
通风系统:
副斜井→+1400m井底车场→回风上山→E1141回风顺槽(局扇)→E1141回风顺槽掘进工作面→进料联巷→回风上山→地面,局部通风机采用压入式供风,掘进巷道局部通风距离为980m。
瓦斯:
根据邻近掘进巷道掘进期间瓦斯涌出量,最大绝对瓦斯涌出量0.07~0.35m3/min,该巷掘进期间绝对瓦斯涌出量取0.07~0.35m3/min,瓦斯防治采用风排。
2.风量计算
(1)按工作面同时作业最多人数计算:
Q1=4n=4×30=120m3/min
式中:
4—每人每分钟应供给的最低风量,m3/min;
n—掘进工作面同时工作的最多人数,取30人。
(2)按瓦斯涌出量计算
Q2=Qh×Kh/Cp=0.35×1.5/0.8%=66.63m3/min
式中:
Qh—掘进工作面的绝对瓦斯涌出量,m3/min;预计掘进过程中瓦斯绝对涌出量:
0.07~0.35m3/min。
Kh——工作面瓦斯涌出不均衡系数,k取1.5;
Cp——掘进工作面回风流瓦斯浓度不超过0.8%,Cp取0.8%。
(3)按照二氧化碳涌出量计算:
Q掘=67qhKh=67×0.30×1.5=30m3/min
式中:
Q掘——掘进工作面迎头需风量,m3/min;
qh——掘进工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量,m3/min,取0.30m3/min;
Kh——掘进工作面二氧化碳涌出不均衡备用风量系数,取1.5;
67——掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不能超过1.5%的换算系数。
(4)按风速进行验算:
每个半煤岩巷、煤巷掘进工作面的最小风量:
Q掘≥15×Smax=15×10.92=164m3/min
按最高风速验算
每个岩巷、煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最大风量:
Q掘≤240Smin=240×11.32=2717m3/min
式中:
S掘——掘进工作面巷道断面积。
最大取11.32m2,最小取10.92m2
根据瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、最低允许风速、最高允许风速、同时工作最多人数计算,掘进工作面需风量不得低于164m3/min。
(5)局部通风机选择
①风筒有效风量率
按直径800mm、供风长度870m计算
P效=(1-L800×P100′÷100)×100%
=(1-870×2.6%÷100)×100%
=77.38%
式中:
P效———风筒有效风量率,%
L800———Φ800风筒供风长度(m),风筒长度取870m
P100′———800风筒风筒百m漏风率,2.6%
柔性风筒百米漏风率表
通风距离(m)
<200
200~1000
>1000
P100(%)
≤10
≤3
≤2
②局部通风机吸风量计算
根据风筒的有效风量率,计算局部通风机的吸风量
Q局吸=Q掘/P效=164÷77.38%=212m3/min
式中Q局吸——局部通风机的吸风量,m3/min。
Q掘——掘进工作面风量,m3/min
③局部通风机选择
根据局部通风机需要吸风量Q需吸,选用合适的局部通风机。
局扇型号
局扇功率KW
风量m3/min
最高全压效率%
比A声级[Db(A)]
FBDNO6.0
2*18.5
450-300
≥82
≤25
FBDNO6.0
2*22
580-250
≥82
≤25
FBDNO6.3
2*30
630-420
≥82
≤25
根据以上风量计算和掘进期间瓦斯涌出量情况,选用二台FBDNO6.0/2*18.5KW局扇供风,以确保一台使用,一台备用。
根据风量及通风距离(约870m),选择使用Φ800mm的风筒,风筒必须是胶质阻燃抗静电型风筒。
(6)局扇前风量校核
Q掘需=Q局吸+15S=350+15×8.39=476m3/min
Q掘需----掘进巷道局扇前全风压需要风量,m3/min
Q局吸----风机吸风量,取350m3/min。
S----局部通风机与掘进巷道回风口之间巷道断面,取8.39m2。
所以,根据计算,掘进工作面风量不低于164m3/min,掘进巷道局部通风机前全风压需要风量不低于476m3/min。
3.监测监控
掘进工作面甲烷传感器T1距迎头不大于5m,掘进工作面回风甲烷传感器T2距回风点10~15m,设在非风筒侧。
断、复电瓦斯浓度及断电范围
(1)报警值:
T1≥0.8%CH4,T2≥0.8%CH4。
(2)断电值:
T1≥1.3%CH4,T2≥0.8%CH4。
(3)断电范围:
T1、T2——掘进巷道内全部非本质安全型电气设备。
(4)复电值:
T1<0.8%CH4,T2<0.8%CH4。
(三)E1141运输顺槽
E1141运输顺槽该巷道开口位于+1400主、副井绕道内,以东800米处至东翼井田边界,西以主井煤仓为界,上部为A404炮采工作面采空区,相隔斜距140米,下部为二水平未开拓区。
A4煤层:
为中厚~特厚煤层,煤层厚度为0.26~8.71m,平均厚度为5.13m;顶、底板均为粉砂质泥岩、粉砂岩,局部有高炭泥岩伪底;无夹矸层,为较稳定煤层。
E1141综采工作面运输巷掘进工作面地质构造较为简单,煤(岩)层走向近东西,倾向由南向北倾斜,倾角45°,煤(岩)层趋势为南高北低。
断裂、褶曲、裂隙等构造不发育;根据地质资料分析,煤层位于背斜的北翼、无断层穿过,对正常的掘进工作无影响。
1.通风、瓦斯情况
通风系统:
主斜井→+1400m井底车场→+1400m运输巷(局扇)→E1141运输顺槽掘进工作面→E1141运输顺槽外段→E1141运输顺槽回风联巷→→E1141回风顺槽外段→回风上山→地面,局部通风机采用压入式供风,掘进巷道局部通风距离为820m。
瓦斯:
根据邻近掘进巷道掘进期间瓦斯涌出量,最大绝对瓦斯涌出量0.07~0.35m3/min,该巷掘进期间绝对瓦斯涌出量取0.07~0.35m3/min,瓦斯防治采用风排。
2.风量计算
(1)按工作面同时作业最多人数计算:
Q1=4n=4×41=164m3/min
式中:
4—每人每分钟应供给的最低风量,m3/min;
n—掘进工作面同时工作的最多人数,取41人(本队35人,加测气员、监测员及管理人员6人)。
(2)按瓦斯涌出量计算
Q2=Qh×Kh/Cp=0.35×1.5/0.8%=66.63m3/min
式中:
Qh—掘进工作面的绝对瓦斯涌出量,m3/min;预计掘进过程中瓦斯绝对涌出量:
0.07~0.35m3/min。
Kh——工作面瓦斯涌出不均衡系数,k取1.5;
Cp——掘进工作面回风流瓦斯浓度不超过0.8%,Cp取0.8%。
(3)按照二氧化碳涌出量计算:
Q掘=67qhKh=67×0.22×1.5=22.11m3/min
式中:
Q掘——掘进工作面迎头需风量,m3/min;
qh——掘进工作面回风巷风流中平均绝对二氧化碳涌出量,m3/min,取0.22m3/min;
Kh——掘进工作面二氧化碳涌出不均衡备用风量系数,取1.5;
67——掘进工作面回风流中二氧化碳的浓度不能超过1.5%的换算系数。
(4)按风速进行验算:
每个半煤岩巷、煤巷掘进工作面的最小风量:
Q掘≥15×Smax=15×12.6=189m3/min
按最高风速验算
每个岩巷、煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最大风量:
Q掘≤240Smin=240×12.6=3024m3/min
式中:
S掘——掘进工作面巷道断面积。
取12.6m2
根据瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、最低允许风速、最高允许风速、同时工作最多人数计算的风量选择需风量不得低于189m3/min。
(5)局部通风机选择
①风筒有效风量率
按直径800mm、供风长度870m计算
P效=(1-L800×P100′÷100)×100%
=(1-870×2.6%÷100)×100%
=77.38%
式中:
P效———风筒有效风量率,%
L800———Φ800风筒供风长度(m),风筒长度取870m
P100′———800风筒风筒百m漏风率,2.6%
柔性风筒百米漏风率表
通风距离(m)
<200
200~1000
>1000
P100(%)
≤10
≤3
≤2
②局部通风机吸风量计算
根据风筒的有效风量率,计算局部通风机的吸风量
Q局吸=Q掘/P效=189÷77.38%=244m3/min
式中Q局吸——局部通风机的吸风量,m3/min。
Q掘——掘进工作面风量,m3/min
③局部通风机选择
根据局部通风机需要吸风量Q需吸,选用合适的局部通风机。
局扇型号
局扇功率KW
风量m3/min
最高全压效率%
比A声级[Db(A)]
FBDNO6.0
2*18.5
450-300
≥82
≤25
FBDNO6.0
2*22
580-250
≥82
≤25
FBDNO6.3
2*30
630-420
≥82
≤25
根据以上风量计算和掘进期间瓦斯涌出量情况,选用二台FBDNO6.0/2*18.5KW局扇供风,以确保一台使用,一台备用。
根据风量及通风距离(约870m),选择使用Φ800mm的风筒,风筒必须是胶
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