煤矿综放面瓦斯抽放设计方案.doc

瓦斯抽放设计
编写：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
区长：　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
副总： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总 工：　　　　　　　　　　　　 通风区（2012）81
12190综放面瓦斯抽放设计

一、编制说明及采面概况
(2-3)12190综放面位于西采区2－3煤轨道和皮带下山东侧，北侧和南侧为2－3煤实体。工作面采用走向长壁式布置，切眼长170m，走向长1060m，煤层倾角8o~15o。。工作面所采煤层为2-3煤，黑色，呈块状及粉末状，煤岩成份以暗煤为主，夹亮煤条带，沥青光泽，属半暗型煤，内生裂隙发育，裂隙补方解石脉充填，煤层厚度1.7~18.95m，平均厚15m，含夹矸5~7层。该面地质构造简单，水文地质条件简单。顶板为灰白色细砂岩，主要成分为石英、长石，含植物化石碎片及煤屑，下部为粉砂岩、粉砂质泥岩；底板为灰白色粉砂岩、砂质泥岩互叠层，平均厚度14.08，煤层与底板间有0.8m左右的煤煤矸互叠层。煤尘具有爆炸危险性，煤层易自燃，发火期为一个月。该备用面设计配风量700m3/min，实测风量800m3/min，回风流瓦斯0.60-0.70%CH4，绝对瓦斯涌出量为4.8m3/min-7.20m3/min，根据《煤矿安全规程》第一百四十五条规定，应实行瓦斯抽放。
根据以往2－3煤工作面治理瓦斯经验，瓦斯是影响该面安全生产的主要因素，仅用通风方式无法有效解决瓦斯问题。由于该面瓦斯来源为本煤层及采空区，应对该面采用上隅角瓦斯抽放和高位钻孔瓦斯抽放相结合的综合治理方法。
二、采煤方法
该面采用走向长壁采煤法回采，综合机械化放顶煤一次采全高，全部垮落法管理顶板。
三、通风状况
该面采用U型通风方式，上行通风，工作面设计配风量700m3/min,实际风量800m3/min。
四、瓦斯抽放设计
（一）瓦斯抽放的必要性
1、首先计算（2-3）12190工作面可以供给的最大风量
Qm=SV·60
式中：Q—工作面可以供给的最大风量 m3/min
S—有效通风断面取S=7.0m2
V—《规程》规定最高风速4m/S
则：Qm=7×4×60=1680m3/min
2、计算通风可以稀释排走的瓦斯量
q=C·Qm/100K
式中：q—风排瓦斯量 m3/min
C—回风流中瓦斯浓度％，为了确保该面安全回采，C取0.5。
K—瓦斯涌出不均衡系数，取1.45
则：q=0.5×1680÷(100×1.45)=5.79m3/min
3、从前面瓦斯涌出预测可以看出，(2-3)12190工作面回采时瓦斯绝对涌出量为7.20m3/min左右，而在极限风速情况下，风排瓦斯量为5.79m3/min时，而剩余的1.41m3/min瓦斯无法排出。根据《规程》第145条规定“1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理的”应采用抽放瓦斯措施。因此对(2-3)12190工作面采取瓦斯抽放措施是必要的。
（二）抽放方法的选择
该面瓦斯涌出主要来源为本煤层的瓦斯涌出，工作面回采时放顶煤后，煤层内赋存的瓦斯会大部分涌入到工作面采空区内，根据以往工作面瓦斯治理经验，将对该面采用上隅角插管及埋管瓦斯抽放、高位钻孔瓦斯抽放和风排瓦斯相结合的综合治理方法。
（三）瓦斯抽放效果预计
(2-3)12190工作面在回采过程中，如果单纯靠通风的方法排除瓦斯，则工作面上巷回风流中的瓦斯浓度常处于临界值，上隅角瓦斯浓度将在1.2～3％，工作面难以正常安全回采。采用瓦斯抽放后，有近20％的瓦斯通过抽放管路直接排至采区主要回风流中，使工作面回风流中的瓦斯浓度保持在0.5％以下，能够保证工作面的安全回采。
（四）抽放率计算
d= Qc/（Qy + Qc）
式中：d——工作面抽放率
Qy—— 抽放期间工作面风排瓦斯量
Qy=Q×C=800×0.5%=4.0m3/min
Qc——工作面抽放瓦斯量，即Qc=7.20-Qy=3.20m3/min
则d=44.4%
（五）瓦斯抽放工艺参数
1、抽放管径的确定
根据前面资料表明，(2-3)12190工作面抽出纯瓦斯量为3.20m3/min，抽放瓦斯浓度预计为15％左右，则瓦斯抽放管中混合量为21.3m3/min，而抽放瓦斯管径计算公式为：
D=0.1457（Q /V)1/2
式中：D—管道的内径，m；
Q—管内气体流量，m3/min；
V—管内气体流速，m/s，一般为5～15m/s，取12m/s
则通过计算，D=0.1941m，取D=0.20m，即选用Φ200mm聚乙烯管做为抽放管路。
2、抽放管路的铺设
抽放泵站：利用设置在西2－3煤平台的抽放泵站进行瓦斯抽放。
吸气端管路：由12190上巷1060m→（2-3）轨道下山670m→抽放泵站。
排气端管路：抽放泵站→（2-3）专回以上200m。
3、瓦斯泵流量计算公式
Q=（100∑Q纯/X·η）×K1
式中：Q—瓦斯泵的额定流量m3/min 取60
∑Q纯—抽放期间抽出的最大纯瓦斯量之和m3/min取3.2
X—瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，取15％
η—瓦斯泵机械效率，取0.9
K1—瓦斯抽放的综合系数，取1.2
则：Q=28m3/min
4、管路阻力计算，一般包括摩擦阻力和局部阻力，摩擦阻力采用公式：
hf=9.8dcLQc2/KD5
式中：hf-管道的摩擦阻力Pa
dc-混合气体对空气的密度 (dc=1-0.00446C C—混合气体中沼气浓度，取C=10)
L-管道长度 m
Qc-管内混合气体的流量m3/h (Qc=21.3×60=1278m3/h)
K-系数
D-管径cm
① 管路阻力 hf
L=1930m K=0.72 D=20cm
则hf=12.80 KPa
管道局部阻力hr
按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力hr
则hr=hf×15%=1.92Kpa
③则管道总阻力
hc=hf+hr=12.80+1.92=14.72Kpa
五、瓦斯泵选型
根据瓦斯泵的流量等参数,选用武汉产的2BE1303-0型水环式真空泵（2台）（流量60m3/min），即可满足设计要求。
六、瓦斯抽放方法
本工作面采用上隅角插管埋管抽放和高位钻孔分源抽放。
（一）上隅角插管抽放工艺、参数
在工作面上隅角垒一道土袋墙，使采空区形成一个基本封闭的高瓦斯空间,抽放管吸气端设在土袋墙内，插入深度在1-2m。弹簧管和主管路间设φ5寸钢管作为过渡节，并在钢管内设置过滤网，防止杂物吸入。在工作面推进过程中，及时移动抽放软管并掐取主管路，循环作业。另在过渡节上连接3根2.5英寸喷砂管，分别插在上隅角周边局部瓦斯积聚地点进行抽放。
（二）高位抽放钻场布置及参数
1、钻场设计
根据工作面回采速度和有效瓦斯抽放空间，沿12190工作面上巷自里向外每隔50米在上巷下帮开一个钻场（第一钻场距切眼80米）。工作面上巷必须始终保持有3个钻场，其中一个用于瓦斯抽放，一个安装待抽，另一个提前进行打钻等准备工作，钻场规格：长4.5m,宽4m,高2.2m,高于底板0.5m，钻场采用锚网梁支护。
2、钻孔设计
根据2-3煤已抽工作面高位抽放经验，该面每个钻场内布置6个钻孔。钻孔成上下两排布置，下排钻孔距底1m，上排孔距下排0.6m，孔水平间距0.5m；钻孔进尺80－100m，钻孔落底范围沿工作面倾斜方向控制在距上端头架以下15-20m；钻孔落底位置控制在距工作面底板15-20m，随着煤层变化，可适当调整。钻孔布置钻孔参数见下表

孔号
下偏角（°）
仰角（°）
孔深
(m)
落高
(m)
距上巷宽度(m)
1
1.8
11.5
100
20
3.3
2
3.8
8.6
100
15
6.6
3
5.7
11.5
100
20
9.9
4
7.6
8.6
100
15
13.2
5
9.5
11.5
100
20
16.5
6
11.4
8.6
100
15
19.8

　　　　说明：上表为第一钻场钻孔参数　下表为其余钻场钻孔参
孔号
下偏角（°）
仰角（°）
孔深
(m)
落高
(m)
距上巷宽度(m)
1
2..4
14
83
20
3.3
2
4.7
11
82
15
6.6
3
7.1
14
83
20
9.9
4
9.4
11
82
15
13.2
5
11.7
14
83
20
16.5
6
13.9
11
82
15
19.8
数

3、钻孔直径75mm
4、瓦斯钻机施工
（1）选用钻机
根据钻孔深度及煤层情况选 用MK-5型全液压钻机。
MK-5钻机技术参数如下表：

钻机型号
产地
钻杆直径mm
开孔直径mm
终孔直径mm
钻孔倾角°
转速
r/min
MK-5
西安
63.5-50
150-110
94-75
0-±90
10-300
最大扭距N*M
起拔能力KN
给进能力KN
给进速度m/s
给进行程mm
电机功率KW
钻孔深度m
1850
40
40
0-0.67
1200
30
250-350

（2）封孔工艺
①钻孔打好后下入长6m的1.5寸钢管，作为抽放瓦斯套管，套管最前端2m打 密集花眼。封孔采用聚胺脂封孔和速凝剂联合封孔，封孔长度4m，先用聚胺脂封孔3m，然后用速凝剂封孔1m，套管外露不得少于0.2m。
②钻孔封好后用2寸胶管将钻孔内的套管与抽放主管路混合器连接好，每个钻孔与混合器之间设流量计、测气嘴、闸门等，抽放管路沿途设有放水器及放碴器，以免煤层内的水、碎煤等进入抽放管。
七、抽放泵站供电、供水及监测系统
1、泵站供电、供水系统
供电以西区4#变电所供给电源，采用双回路供电，泵站设两套电源开关，分别控制两台泵上的132KW电机。供水从西区进风石门主供水管路上接入泵站，排出的水经水沟排到西区进风石门排水沟内。
2、抽放瓦斯参数的监测
采取人工监测与自动监测相结合
①人工监测
抽放管路瓦斯流量、压力由安装在管路上的流量计、压力表读出，瓦斯流量采用孔板流量计，压差采用U型管压差计测量，混合气体用100％光学瓦斯检测仪从孔板流量计的孔口测量。
②自动监测
在抽放泵出气侧安装数据自动监测装置，通过计算机监测有关数据。
八、瓦斯抽放管路的附属装置
1、附助管：瓦斯抽放管路在上隅角附近设三通，引出2－3趟2.5英寸喷砂管，对易造成瓦斯积聚的部位进行抽放。
2、放水器：抽放管在出气端及吸气端管路的最低处分别设置放水器，及时对管内积水进行排放，另外对巷道低洼处也可设放水器。
3、计量装置：在抽放泵进气端并联一趟管路加设阀门，并装设一个Φ200mm孔板流量计，以便进行定量确定抽放效果。
4、在抽放泵出气端装设防回火、防回气和防爆炸使用的安全装置。
5、过渡节：在上隅角弹簧管和主管路间设φ5寸钢管作为过渡节，并在钢管内设置过滤网，防止杂物吸入。
九、安全措施
（一）施工、安装
1、瓦斯管路在运输巷道内，应架设一定的高度并固定在巷道壁上，避免被车辆撞坏漏气。
2、瓦斯管路不得与带电物体接触，在巷道中应与电缆分开铺设，若分开有困难，二者间距不得小于300mm，且瓦斯管路必须在上方。
3、施工单位在运输时，应注意保护瓦斯抽放管路，严禁人员随意破坏或车辆撞坏，一旦损坏应立即通知通风区，并向矿调度室汇报，由相关单位及时派人采取措施处理。
4、瓦斯管路吊挂牢固、整齐，并要对瓦斯管路加强日常检查、维修和更换。
（二）工作面上隅角
1、通风队稳定西区通风系统，保证该面风量符合作业规程的规定。
2、瓦斯抽放方式为上隅角插管抽放。即在聚乙烯管末端连接一根5米长的8寸过渡钢管，用一根10米长的6寸弹簧管，另一头插入上隅角土袋墙内上帮顶角，上拐头每拉一排架子，放一排顶，弹簧管向外拉一定距离，当弹簧管移至8寸过渡节时时，即拆除最末端聚乙烯管重新连接8寸钢管及弹簧管，这样反复进行。
3、上拐头回棚前综二队应在上拐头最里侧的棚梁以里（距上帮0.8m-1m处）打上一根木点杆，然后回一棚打一根木点杆。循环前进，使上拐头靠上帮位置留出一个小三角，方便抽放管的辅设，提高抽放效果。
4、综二队上隅角土袋墙要拉一排架子建一道，土袋墙成斜三角状，要靠帮接顶，保证抽放时在土袋墙内能形成负压空间，使土袋墙外及最后几架架间气体向土袋墙内移动，最大限度地抽走有害气体。工作面瓦斯抽放过程中，上隅角编织袋墙要打严密，防止大量气体溢出。
5、在抽放过程中，随着工作面的推进，要及时移动上隅角抽放管路，确保抽气端弹簧管不打死弯和埋管深度符合要求。弹簧管外移由抽放队观测工配合综二队上拐头人员完成。
6、末端管子拆接必须在综二队检修班或检修抽放泵时进行，拆管子时工作面必须停止生产，切断电源，严格按照《规程》执行。
7、若上隅角上帮顶部插管对最后一架处有害气体抽放效果不明显时，可增加一根2寸弹簧管插在土袋墙下帮顶角处抽放，其管理与8寸弹簧管相同。
8、要加强对上隅角周围巷道的支护工作，防止巷道落碴砸坏抽放管路，影响抽放工作。
（三）抽放管路
抽放队观测工每班对抽放系管统路从上拐头到抽放管路气体排放至采区回风处不少于2次的检查，发现问题要及时处理。
（四）抽放泵站
1、抽放泵站司机要高度负责，密切关注泵的运转情况，并注意抽放泵气水分离器内水量变化，严格做到停水停泵，严禁抽放泵无水运转。班中不脱岗，不睡觉，填写好各种记录，发现问题及时汇报处理，并现场交接班。
2、抽放泵站司机要严格按规程操作，每小时的压力、流量、温度、气体浓度等记录要准确、真实。
3、每班对抽放泵站内一切设备要擦洗一遍。
4、启动抽放泵时，要严格按操作规程执行。班中密切注意泵站运行情况，发现问题应及时汇报处理。
5、对测量气体浓度、温度的测定孔，平常不用时要用塞子堵严，防止漏气。
6、瓦斯泵房内的电气设备和照明都要采用防爆型。

(五）抽放管路出口末端巷道
1、抽出的瓦斯排入回风巷时，在管路出口上风侧5m以外，下风侧30m以外处必须设置隔离栅栏，悬挂警标，禁止人员入内，两栅栏间禁止任何作业。
2、监测队在排瓦斯管路出口下风侧栅栏外设置一瓦斯监测探头，报警断电点均为1％CH4，复电浓度为小于1%CH4，当瓦斯超限时，能自动切断抽放瓦斯泵电源，停止瓦斯抽放工作。泵房内设置一瓦斯监测探头，报警点为0.5％CH4。监测人员要严格按规定7天对探头调校一次，保证瓦斯探头灵敏、可靠。
3、安设瓦斯抽放监测装置一套，对抽放管路内的瓦斯浓度，流量等参数进行监测监控。
（六）打钻
1、打钻过程中要集中精力，认真操作，发现异常立即停止工作，保证钻机正常运转。
2、钻场内及附近巷道要加固，并清除钻场内杂物，钻场内积水要及时疏通。
3、工作面瓦斯检查员要将施工钻场做为气体检查点进行检查，若发现有瓦斯积聚，可采用风筒导风的方法予以处理，钻场施工过程中，要悬挂一便携式。另外，要对上隅角抽放管路吸气端的瓦斯进行检查，发现瓦斯浓度小时，通过现场人员调整管路吸气端位置。
4、钻机要安放平稳，机械转动部分要设防护栏、保护罩，工作人员要精力集中，衣帽穿戴整齐，袖口扎好，防止钻机绞人。
5、钻场施工中，严禁敲打铁器，不得拆卸、敲打矿灯，防止产生火花，机电科要加强对钻机等设备的检查，防止失爆。
6、打钻过程中，如有异常现象（如夹矸、断层、水、瓦斯异常等）要做好记录，并停止打钻，向有关单位及领导汇报等候处理。
7、高位钻孔抽放瓦斯钻场内的抽放钻孔正常抽放时，不得在同一钻场内补打同一抽放方法的抽放钻孔，否则，必须制定专项影响其它抽放钻孔措施。
8、生产科要认真分析上巷掘进时的空顶情况，避免抽放钻场布置在空顶区附近。
9、生产科提供工作面上拐头及每个钻场顶煤厚度，配合通风区技术人员，设计合理的高位钻孔。
（七）其它措施
1、安检队要加强对抽放工作的安全监督。
2、瓦斯抽放泵站严禁无关人员进入，抽放队应在泵站两端设上警标，抽放泵站入口设栅栏，严禁其它无关人员靠近。
3、瓦斯抽放泵站电气设备应定期加强防爆检查，杜绝失爆现象。
4、瓦斯抽放管路不得与带电物体接触，凡与抽放管路接触的带电物体，必须搬迁或采取相应安全措施，并应有可靠的防止砸坏管路的措施。
5、瓦斯抽放管路低洼易积水部位，要设自动或手动放水器，防止积水堵塞管路，影响抽放效果。
6、每班必须对抽放瓦斯管路中的瓦斯、一氧化碳、温度等检查次数不少于三次，发现异常现象及时向矿、区调度汇报。
7、在该面抽放进行的同时，该面专职瓦检员要对上隅角及上巷回风流气体浓度按规定进行检查，发现异常情况及时汇报。
8、如果瓦斯抽放泵因故障停止运转，应立即向矿、区调度汇报和12190工作面通报，并关闭蝶阀；瓦检员要加强对该面的瓦斯检查，当瓦斯浓度超过规定时，立即向矿、区调度和该面跟班队长汇报，停止工作，切断电源，撤出人员进行处理。当因气体浓度超过规定时撤出人员时，工作面及下巷所有人员都必须撤至2－3煤皮带巷内。上巷人员撤至2－3煤轨道内（12190上巷口以下）。
9、拆接管子及接头要用液枪或水枪把管子及接头喷湿，防止产生火花；
10、上拐头外的弹簧管应定期更换，防止因弹簧内壁胶皮脱落，弹簧露出产生火花，弹簧管的使用应建立台帐。
11、为方便弹簧管的移动，8寸过渡节上可涂上黄油或机油。抽放硐室内或上拐头要配备一定数量的弹簧管。
12、采煤队上拐头工作人员要爱护抽放管路及设施，单体支柱的打设、材料的堆放要方便抽放管路的拆装移动，抽放管路上的浮煤、浮矸要及时清理干净，严禁打碰抽放管路。
13、上拐头插管前，插管人员必须首先检查上拐头的支护状况，只有在上拐头支护良好状况下，方可进入上拐头插管，严禁携带矿灯进入土袋墙内，插管前首先由采煤队上拐头作业人员检查加固上拐头支护。插管、移管期间，必须有一人监护，采煤队负责上巷土袋墙的拆、垒，对不及时拆、垒土袋墙的追究有关人员责任。
14、瓦斯抽放管路吸入端应安设滤网，防止碎煤块等物吸入管路,增加阻力,滤网应定期检查更换。
15、抽放期间，西区专回巷道两栅栏间必须切断一切电源，禁止一切工作。
10、每班加强瓦斯抽放管路中CO浓度及温度检查，发现有自然发火征兆时，立即向通风调度汇报，并停止抽放。
11、要经常检查抽放管路系统中的防回火、防回气、防爆炸等安全措施，使其保持良好状态。
12、泵站人员要加强对泵 站的检查，搞好瓦斯抽放泵的日常维修（包括电缆和开关）。
13、其它未尽事宜严格按《煤矿安全规程》执行。

抄送：调度室 安检队 通风区 综二队

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