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150102综采工作面抽采达标评判报告
宏远(煤业)150102工作面采前
瓦斯抽采达标评判报告
安全科
二〇一二年三月二十日
宏远(煤业)150102工作面采前瓦斯抽采达标评判报告
矿井及150102工作面概况
山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司井田位于沁水煤田东北部,即和顺矿区和左权武乡矿区结合部的和顺矿区南端。
上述二矿区大地构造位置处在我国东部新华系构造体系第三隆起带的中段,即太行山隆起褶带。
井田区域构造处在其二级构造晋(城)-获(鹿)褶断带和武(乡)-阳(城)凹褶带北端的结合部。
区域主要构造简述如下:
(1)晋(城)-获(鹿)褶断带
北起河北省获鹿,向南经和顺县青城、松烟,左权县拐儿镇、桐峪镇,再往南经潞城、高平,延伸至晋城市以南。
长250km,宽20~25km。
总体走向为北23~25度东,由断裂和与之平行的褶皱组成。
位于和顺、左权境内的主要构造形迹有:
青城向斜、麻田背斜、栗城仰冲断裂和桐峪仰冲断裂等。
褶断带规模很大,内部构造复杂,太古界结晶基底出露于地表。
(2)武(乡)-阳(城)凹褶带
该带展布在和顺、左权、屯留一线以西,圣山、樊寺山、沁源、安泽一线以东的广大区域内。
呈北北东~南南西方向斜贯沁水盆地,总体为一复式向斜,出露地层主要是二、三叠系,主要构造形迹是一系列褶皱,局部见压性断裂,它们的延伸方向大致为北25东。
该带褶皱虽普遍发育,但规模不大,极为开阔平缓,两翼岩层倾角在10左右,最大20。
相对背斜而言,向斜显得更为阔,压性断裂不发育,只在和顺马坊、紫罗之间,和顺县城东北李阳至左权曹家寨之间有所见及。
其走向为北25东左右,一般长5~8km,最大的为和顺蔡家庄断层,长23km。
这些断裂面倾角一般为50~60,属高角度的冲断层。
该工作面煤层呈东高西低走势,倾角为4~8°,属近水平煤层,地质构造简单,结构稳定,为一走向北北东、倾向北西西的单斜构造,岩石坚固性系数f2~3。
回采工作面区域防突措施
采用顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯作为回采工作面区域防突措施,在工作面顺槽内垂直巷帮施工顺层钻孔对回采区域的15号煤层瓦斯进行预抽。
钻孔直径一般为75-120mm,钻孔开孔高度1.50m,钻孔间距取2m,以后应当根据实际考察的预抽时间内钻孔有效抽采半径确定。
钻孔长度为85-100m,且尽量增加上行钻孔长度,确保上下顺槽钻孔重叠区域不小于20m。
宏远煤矿回采工作面长度设计为150m,因此,上向孔长度为85-100m,下向孔长度为85-90m,如图4-6示。
图4-6回采工作面区域防突措施钻孔布置示意图
综上所述,宏远煤矿采用“穿层钻孔预抽石门揭门区域煤层瓦斯”、“穿岩钻孔、顺层钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯”与“顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯”的方法比较符合本矿井当前的实际情况。
但宏远煤矿在今后防突工作中,应依据煤层突出危险性和顺层钻孔预抽区域防突措施的实施效果,优先考虑采用“底板岩巷穿岩钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯”等方法。
区域预抽钻孔封孔及抽放系统负压
顺层钻孔的封孔段长度不得小于8m。
应当做好每个钻孔施工参数的记录及抽采参数的测定;
钻孔孔口抽采负压不得小于13kPa;预抽瓦斯浓度低于30%时,应当采取改进封孔的措施,以提高封孔质量。
区域措施效果检验
根据《防治煤与瓦斯突出规定》第五十二条要求并结合我矿煤层赋存条件,采用实测残余瓦斯压力指标对穿层钻孔预抽石门(含立、斜井)揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行效果检验;采用实测残余瓦斯含量指标对顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行效果检验;采用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和实测残余瓦斯含量指标对顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施进行效果检验。
石门(含立、斜井)揭煤工作面区域措施效果检验
石门(含立、斜井)揭煤工作面采用的是穿层钻孔预抽瓦斯区域防突措施,按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求,采用实测的残余瓦斯压力指标对石门(含立、斜井)揭煤工作面区域防突措施进行效果检验。
具体检验方法如下:
(1)在石门(含立、斜井)揭煤工作面穿层钻孔预抽瓦斯区域布置4个检验测试点(图4-7、4-8),分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧,并且至少有1个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围。
效果检验时的检验测试点应布置于预抽煤巷条带的钻孔密度较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置,并尽可能远离测试点周围的各预抽钻孔或尽可能与周围预抽钻孔保持等距离,且避开采掘巷道的排放范围和工作面的预抽超前距。
另外,在地质构造复杂区域还应适当增加检验测试点;
(2)用水泥砂浆对穿层检验钻孔进行封孔,封孔深度不低于8m,封孔段长度不小于5m,测定煤层残余瓦斯压力;
(3)若全部检验测试孔测得的煤层残余瓦斯压力P残<0.74MPa,而且各效果检验钻孔在施工时均未发生喷孔、顶钻或其他明显突出预兆,表明区域防突措施有效,已由突出危险区转化成为无突出危险区;
图4-7石门(含斜井)揭煤工作面区域防突措施效果检验测孔布置示意图
图4-8立井
揭煤工作面区域防突措施效果检验测孔布置示意图
(4)若某一检验测试孔所测得的残余瓦斯压力P残≥0.74MPa,或者某一个效果检验钻孔在施工时发生了喷孔、顶钻或其他明显突出预兆,则表明检验测试点周围半径100m内的预抽区域或发生明显突出预兆的位置周围半径100m内的预抽区域判定为措施无效,这些区域的煤层仍属突出危险区;此时,需要延长这些突出危险区预抽时间或补充施工一定数量的预抽钻孔,直至经再一次效果检验证明措施有效为止;
(5)当整个预抽区域措施有效后,才允许转入区域验证环节。
煤巷掘进工作面区域措施效果检验
煤巷掘进工作面采用的是穿岩钻孔、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施,按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求,采用实测的残余瓦斯含量指标对区域防突措施进行效果检验。
煤层顺层钻孔煤巷条带区域预抽效果检验
单巷煤巷掘进时,区域防突措施效果检验区域为正前80-120m,两巷帮轮廓线以外15m。
巷道每推进80-100m为一个区域措施循环,将这一区域沿掘进方向每20-30m划分为一个检测单元,每个检测单元内至少布置1个检验测点,整个检验区域不得少于3个检验测点。
检验测点应错开布置并均匀分布在区域纵向范围内,并且确保至少一个检验测点位于距检验区域边界2m的范围内。
如图4-9所示。
图4-9顺层钻孔预抽煤巷条带区域瓦斯防突效果检验测点布置示意图
回采工作面区域措施效果检验
回采工作面区域防突措施采用顺层钻孔预抽煤巷区段煤层瓦斯区域防突措施,按照《防治煤与瓦斯突出规定》要求,首先采用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对回采工作面区域防突措施进行效果检验。
间接计算残存瓦斯含量检验法
(1)根据预抽区段内预抽时间和钻孔布置的差别,将其划分为若干个检验单元,每个检测单元内能够单独计量预抽瓦斯量(图4-11);
图4-11回采工作面区域防突措施效果检验单元划分示意图
(2)根据下式估算预抽区域内的煤层残余瓦斯含量:
(4-1)
式中W残——检验单元煤层残余瓦斯含量,m3/t;
W原——检验单元煤层原始瓦斯含量,m3/t;
Q抽——检验单元煤层瓦斯预抽纯量,m3;
Q排——检验单元煤体瓦斯排放量,m3;
k——检验单元瓦斯预抽影响系数,取k=1.2;
L1——检验单元预抽钻孔长度,m;
L2——检验单元宽度,m;
m0——检验单元煤层平均厚度,m;
——煤的容重,t/m3。
(3)若检验单元计算得到的煤层残余瓦斯含量W残≥8m3/t,则表明该检验单元的煤层仍属突出危险区;此时,需要延长该单元的预抽时间或补充施工一定数量的预抽钻孔,直至经计算W残<8m3/t为止。
当计算的检验区域内残存瓦斯含量W残<8m3/t时,然后采用实测残余瓦斯含量的方法对回采工作面区域防突措施进行效果检验。
实测残存瓦斯含量检验法
(1)在采煤工作面推进方向每隔30m布置2个检验测试孔(图4-12),效果检验时的检验测试点应布置于预抽煤巷条带的钻孔密度较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置,并尽可能远离测试点周围的各预抽钻孔或尽可能与周围预抽钻孔保持等距离,且避开采掘巷道的排放范围和工作面的预抽超前距。
另外,在地质构造复杂区域还应适当增加检验测试点;
(2)若全部检验测试孔点测得的煤层残余瓦斯含量W残<8m3/t,而且各效果检验钻孔在施工时均未发生喷孔、顶钻或其他明显突出预兆,表明区域防突措施有效,预抽条带已经消突,已由突出危险区转化成为无突出危险区;
(3)若某一检验测试点所测得的煤层残余瓦斯含量W残≥8m3/t,或者某一个效果检验钻孔在施工时发生了喷孔、顶钻或其他明显突出预兆,则表明发生明显突出预兆的位置周围半径100m内的预抽区域或检验测试点周围半径100m内的预抽区域属于判定为措施无效,这些区域的煤层仍属突出危险区;此时,需要延长这些突出危险区预抽时间或补充施工一定数量的预抽钻孔,直至经再一次效果检验证明措施有效为止;
(4)当整个预抽条带防突措施有效后,才允许转入区域验证环节。
图4-12回采工作面防突措施效果检验测点布置示意图
预抽时间差异系数计算方法:
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。
瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量计算
按公式
(2)计算:
(2)
式中:
—煤的残余瓦斯含量,m3/t;
—煤的原始瓦斯含量,m3/t;
—评价单元钻孔抽排瓦斯总量,m3;
—评价单元参与计算煤炭储量,t。
评价单元参与计算煤炭储量
按公式(3)计算:
(3)
式中:
—评价单元煤层走向长度,m;
—评价单元抽采钻孔控制范围内煤层平均倾向长度,m;
、
—分别为评价单元走向方向两端巷道瓦斯预排等值宽度,m。
如果无巷道则为0;
、
—分别为评价单元倾向方向两侧巷道瓦斯预排等值宽度,m。
如果无巷道则为0;
—抽采钻孔的有效影响半径,m;
—评价单元平均煤层厚度,m;
—评价单元煤的密度,t/m3。
、
、
、
应根据矿井实测资料确定,如果无实测数据,可参照附表1中的数据或计算式确定。
附表1巷道预排瓦斯等值宽度
巷道煤壁暴露时间(t/d)
不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度(m)
无烟煤
瘦煤及焦煤
肥煤、气煤及长焰煤
25
50
100
160
200
250
≥300
6.5
7.4
9.0
10.5
11.0
12.0
13.0
9.0
10.5
12.4
14.2
15.4
16.9
18.0
11.5
13.0
16.0
18.0
19.7
21.5
23.0
预排瓦斯等值宽度亦可采用下式进行计算:
低变质煤:
0.808×t0.55
高变质煤:
(13.85×0.0183t)/(1+0.0183t)
抽采后煤的残余瓦斯压力计算方法:
煤的残余相对瓦斯压力(表压)按下式计算:
(4)
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。
可解吸瓦斯量计算方法:
按公式(5)计算:
(5)
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,按公式(6)计算。
采煤工作面瓦斯抽采率计算方法:
按公式(7)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)。
预抽煤层瓦斯,应当同时满足以下要求:
(一)钻孔有效控制范围应当满足《煤矿瓦斯抽采基本指标》或《防治煤与瓦斯突出规定》的要求;布孔均匀程度满足本规定第八条的要求;
(二)预抽瓦斯效果应当满足如下标准:
1.对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面,评价范围内煤的可解吸瓦斯量满足表1规定的,判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果达标。
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
2.对于突出煤层,当评价范围内所有测点测定的煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量都小于预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量、且施工测定钻孔时没有喷孔、顶钻或其他动力现象时,则评判为突出煤层评价范围预抽瓦斯防突效果达标;否则,判定以超标点为圆心、半径100m范围未达标。
预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量按煤层始突深度处的瓦斯压力或瓦斯含量取值;没有考察出煤层始突深度处的煤层瓦斯压力或含量时,分别按照0.74MPa、8m3/t取值。
3.对于瓦斯涌出量主要来自于突出煤层的采煤工作面,只有当瓦斯预抽防突效果和煤的可解吸瓦斯量指标都满足达标要求时,方可判定该工作面瓦斯预抽效果达标。
对瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面,计算的瓦斯抽采率(采煤工作面瓦斯抽采率按附件4中A5计算)满足表2规定时,其瓦斯抽采效果判定为达标。
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
采掘工作面同时满足风速不超过4m/s、回风流中瓦斯浓度低于1%时,判定采掘工作面瓦斯抽采效果达标。
矿井瓦斯抽采率(矿井瓦斯抽采率按附件4中A6计算)满足表3规定时,判定矿井瓦斯抽采率达标。
采煤工作面风速为4m/s,瓦斯浓度小于1.0%。
矿井瓦斯抽采率为81.83%。
矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井瓦斯抽采率应达到的指标
表3矿井瓦斯抽采率应达到的指标
矿井绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)
矿井瓦斯抽采率(%)
Q<20
≥25
20≤Q<40
≥35
40≤Q<80
≥40
80≤Q<160
≥45
160≤Q<300
≥50
300≤Q<500
≥55
500≤Q
≥60
采煤工作面瓦斯抽采率计算方法:
按公式(7)计算:
=540000/540000+76032=88%(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)。
备注:
(抽采量540000m³,瓦斯浓度为0.10%,工作面风量为17660m³/min)
矿井瓦斯抽采率计算方法:
按公式(8)计算:
=691200/691200+91238.4=88%(8)
式中:
─矿井瓦斯抽采率,%;
─当月矿井平均瓦斯抽采量,m3/min。
其测定、计算方法为:
在井田范围内地面钻井抽采、井下抽采(含移动抽采)各瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯抽采检测、监测装置,每天测定不少于12次,按月取各测定值的平均值之和为当月矿井平均瓦斯抽采量(标准状态力下纯瓦斯量);
─当月矿井风排瓦斯量,m3/min。
其测定、计算方法为:
按天取各回风井回风瓦斯平均值之和为当天矿井风排瓦斯量,取当月中最大一天的风排瓦斯量为当月矿井风排瓦斯量。
备注:
(抽采量为691200m³,瓦斯浓度:
0.12%,总回风风量1760m³/min)
1.单个采煤工作面日产量计算:
Aci=lci×hci×ρci×vci×ηci
式中:
Aci——第i个采煤工作面日产量,t/d;
lci——第i个采煤工作面平均长度,m;
hci——第i个采煤工作面煤层平均采高,放顶煤开采时为采放总厚度,m;
ρci——第i个采煤工作面的原煤视密度,t/m3;
vci——第i个采煤工作面平均日推进度,m/d;
ηci——第i个采煤工作面回采率,%,按矿井设计规范和实际回采率选取小值。
Aci=150×4×1.31×4.4×97%=3354.65t/d
参照表1,日产煤量可解析瓦斯含量小于6m³/t符合抽采达标要求。
参照表2,根据以上计算公式,采煤工作面抽采率计算公式,采面瓦斯涌出量为36.88m³,工作面瓦斯抽采率70%,符合抽采达标。
参照表3,根据以上公式,矿井瓦斯抽采率为88%,,矿井绝对瓦斯涌出量为49.94m³/t,矿井抽采率大于60%,符合抽采达标评判报告。
综上所述:
抽采率等都满足要求,所以判定该工作面瓦斯预抽效果达标。
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