16122集中运输上山瓦斯抽放设计
第一章 地质、水文、瓦斯储量
第一节 煤层地质概况
一、巷道范围
16122集中运输巷上部为15123回风巷和15122运输巷，南侧为风井留设的井筒保护煤柱。位于焦煤井中央采区6#煤层风井以北，水平标高+1685米——+1740米，地面标高+1850米～+1820米。巷道倾向长376米。
二、工作面煤层地质与赋存
16122集中运输巷位于焦煤井井田中部，6#煤层为单斜构造，赋存条件比较稳定，巷道施工范围内煤层厚度、倾角变化有规律，施工期间无断层、褶邹地质构造带的影响。
6#煤层特征表：
三、煤质
1、物理性质：
（1）、宏观特征：呈黑色，条痕棕黑色，玻璃光泽至强玻璃光泽，容重1.31～1.42，硬度2～3级。断层附近的煤层，由于受挤压多呈页片状。原煤易碎，0～25mm的混末煤较多，块煤较少。
煤岩类型以光亮型、半光亮型为主，半暗型、暗淡型较少，呈均一状、条带状构。
（2）、微观特征：在显微镜下观察各层显微类型基本一致，多为亮煤类，显微结构多为均匀状。
煤岩组分：有机质一般以凝胶化物质为主，占72～98.1％，丝炭化物质在6.5％以下。无机质一般占2.4～25.5％，以粘土类为主。
2、煤的化学性质：
（1）、变质程度；属中变质炼焦煤，各煤层由东向西变质程度增高。
（2）、挥发份（Vr）：随变质程度的增高由东向西，由浅而深逐渐降低。
（3）、胶质层（y）：向西、深部及底板方向y值逐渐降低，牌号升高。
四、瓦斯、煤层和煤的自燃性
1、瓦斯
根据矿井瓦斯鉴定结果，矿井瓦斯等级为低级，绝对瓦斯涌出量0.665m3/min，相对瓦斯涌出量8.87m3/min；绝对二氧化碳涌出量0.773m3/min。根据16122工作面掘进期间曾多次出现瓦斯异常现象，主要表现为炮眼内瓦斯压力过大，有瓦斯喷出的“咝咝”声，水沟中有气体溢出气泡。短时间停风，极易造成工作面瓦斯浓度超限。本掘进工作面划分为低瓦斯矿井的瓦斯异常区。
2、煤尘
依据地质报告提供资料，煤尘爆炸指数（Vr）一般在54.9％左右，扑灭火焰的最低岩粉量在25％～75％之间，井田内各煤层的煤尘均具爆炸性。
3、煤的自燃
依据地质报告提供资料，井田各煤层浅部风氧化带内，燃点温度306℃～325℃，自燃指数（T）＝33℃～39.5℃，煤层有自燃发火倾向。风氧化带以下煤层燃点温度381℃～402℃，自燃指数（T）＝9℃～14℃，煤层不易自燃。
五、工作面通风
矿井通风方法为机械抽出式，选用2台FBDCZ—No19/185*2型煤矿地面用防爆抽出式对旋轴流通风机（一台备用、一台使用），风量42.5—90.5 m3/S，风压1166—3417Pa，采用变频器调节井下供风量。工作面选用2BKJ№6.0/3×22对旋式局扇]型局部通风机，可满足掘进工作面的风量要求，并符合有关规定。为保证迎头正常供风的需要，选择双风和双电源方式供风。
第二章 瓦斯抽放方法设计
一、抽放方法选择
（一）巷道瓦斯抽放
根据16122集中运输上山瓦斯时常超限的现象，需要对巷道瓦斯进行抽放，抽放方法：在掘进好的运输上山两帮每隔50米做一个瓦斯抽放硐室，硐室要求能放得下钻机（长3米、宽3米、高2.5米）；钻机在硐室内，延煤层倾向，水平转角6°打一深孔，深孔长度80米,；在偏转12°延煤层倾角打一深孔，深孔长度80米；对巷道两侧煤壁进行瓦斯抽放。
二）瓦斯抽放管路布置
二、瓦斯抽放管路的敷设
1、敷设管路：根据瓦斯抽放点布置情况，将移动式瓦斯抽放泵站安设在井底车场，采用Φ100mmPE管做瓦斯抽放管路，铺设在16122排水联络巷至16122集中运输上山；另铺设一趟Φ100mmPE管从移动式瓦斯抽放泵站至风井作为瓦斯排放管路，将抽放的瓦斯通过排放管路排放至风井再排放至地面。
2、汇总管路低洼处要设置放水器；
3、巷道转弯时，要加设弯头，弯度要与巷道一致；
4、管路敷设好后，要进行试漏气试验，一般用“U”型压力计。一边试一边堵漏气点，这样压力逐渐上升。漏气量应小于3m3/1000m。
三、瓦斯抽放泵站的选型及打钻工艺
1、根据掘进工作面局部瓦斯涌出量异常的特点，选用BJW15YJ型煤矿井下移动式瓦斯抽放泵站。该装备具有移动、安装方便、体积小、成本低、效率高等特点。同时具有管道瓦斯检测、工作环境瓦斯检测、超限报警断电、停水断电、恒水位控制、流量测定等功能。能够适于井下各种抽放瓦斯方法。
2、钻机
根据对巷道瓦斯抽放需要，使用ZY-650型液压钻机能满足瓦斯抽放的一般要求：
a、电机及附属电器必须防爆；
b、钻机体积小、轻便或解体方便，适宜于井下巷道狭窄空间，便于搬迁；
c、钻机应能打任意角度（水平、上向、下向）的钻孔；
d、在煤与瓦斯突出煤层打钻孔，一般选用全液压或风动钻孔。
根据5#煤层运输巷特点，钻机选用本设计建议采用重庆生产的ZY-650型液压钻机。钻进深度为150m，钻孔倾角-90º- +90º，钻杆直径42mm。且还可作为探矿、探水等用途使用。
3、钻杆
采用42mm直径钻杆，要求抗裂强度为55～65kg/mm，延展率不小于12％的无缝钢管制成。
4、钻头
根据焦煤分公司煤岩特点，5#煤层内有夹矸，选用直径85mm金铄钻头。
四、封孔及连接
1、封孔方法
采用水泥沙浆封孔，即用400号以上的硅酸盐水泥、砂子与水混合搅拌而成。砂子颗粒直径为0.15～1.5mm，水泥与砂子的质量比为1：2.5。封孔长度为6 m，使用专用封孔机封孔，沙浆封满眼口，确保封孔质量。
1—压力表；2—木楔；3—测压管；4—煤层；5—水泥浆；6—注浆管；7—注浆泵
图2 注浆封孔测压封孔示意图
图3 钻孔木楔加工示意图
2、钻孔与管路的连接
水泥沙浆需经24小时凝固后才可与抽放瓦斯管连接。钻孔与抽放瓦斯管连接方式是Φ108法兰上焊Φ50管倒叭丝，用Φ80钢丝管连接。每100m支管路上设置孔板流量计、观测嘴、阀门及Φ219管道放水器，管道放水器下面接专用放水器（见附图）。封孔装置与抽放管路之间用钢丝管连接，用3mm的扃铁做的卡环紧固牢，便于连接装置的拆装。
因16122运输巷水压0.9MPa，而打钻需要3-5 MPa压力，给打钻工作造成很大困难。打钻时，必须等返水下来后，才能继续往前，不得操之过急。否则，就会堵塞钻头出水眼，钻孔不出渣，卡钻，退不了钻，而造成丢失钻头和钻杆。
五、瓦斯抽放管路选择
1、瓦斯抽放管管径计算
抽放瓦斯管路经济管径采用下列计算公式：
D=0.1457(Q/V)1/2
式中：D----瓦斯管内径，m；Q----瓦斯流量，1.96m3/min；
V----瓦斯在管路中的平均流速，m/s，一般取5～15m/s。
所以D=0.1457(Q/V)1/2＝0.1457（1.96/5）1/2＝91mm
所以选择管径为Φ108 mm。
2、管材选择
瓦斯抽放管材的选择，必须考虑运输、安装和使用的便利性，同时必须考虑其强度高，耐腐蚀，抗静电，防阻燃，所以选择管径为Φ100 mmPE管。
3、管路接头
（1）瓦斯管路的连接装置，包括弯管、三通、放水器、孔板流量计和钢丝管等。
（2）阀门
在瓦斯主、干管、钻孔连接装置以及认为需要的地点，都必须设置阀门。选用长沙阀门厂生产的DX型金属硬密封蝶阀。
4、测压嘴
测压嘴长度为50mm，直径为10 mm，平时用细胶管套紧，确保与管外空气隔绝。
5、计量装置
采用标准孔板流量计（PKL系列）来测定管路瓦斯流量。孔板流量计安装在汇总管到支管路之间。
要求：
a、孔板与管道同心，端面与管道轴线垂直，偏心度<1～2°；开孔的圆筒一侧为进气端面，开孔的圆锥一侧为出气端面；
b、孔板前后要求5m的直线段；
c、孔板前后长度为2D的一段管道内壁上，不得有焊缝和其它突出物；
d、孔板前后D处和孔板后1/2D处预先焊接两个测压嘴，直径≤0.03D。
第三章 劳动组织
瓦斯抽放作业人员
第四章 钻孔施工注意事项及安全措施
一、钻机施工的安全技术措施
钻机到位后，对钻场顶板，煤帮要勘察清楚，确实没有问题，然后安装固定，一般要打4～6根临时支柱支护，按设计要求的钻孔方位角和倾角确定钻孔开口位置和角度，根据钻孔的用途和封孔方法采用相应的施工程序和工艺。一般抽放孔采用全面钻进，先钻孔后封孔。在施工期间需要注意的事项：
1、钻孔施工防止瓦斯涌出事故
(1)钻机配备的电机必须是防爆型；
(2)配备瓦斯检定器及警报器，定期检查瓦斯浓度，一旦瓦斯超限，必须立即停钻处理；
(3)钻场内使用的敲击工具必须用铜制造；
(4)如果钻孔施工中瓦斯太大，用常规办法无法解决，可采用边钻进边抽放瓦斯的办法；
2．防止煤与瓦斯突出事故
(1)在突出危险煤层打钻孔时，钻探工人必须经过专门培训，掌握煤与瓦斯突出预兆，熟悉避灾路线和待避地点，并随身携带自救器；
(2)钻机与孔口之间应设置挡板或挡拦，以保护钻工不致被突出的煤、岩粉打伤；
3.防止机械伤人事故
(1)钻工必须衣着整齐利索，以免被机械绞伤；
(2)钻机转动部件的防护装置及保护外罩必须完整无缺；
(3)开动钻机前应做好准备工作，分工要明确，操纵钻机应动作协调，达到准确无误。
二、钻机施工常见的故障
1．塌孔
主要是两个原因，一是由于钻孔穿过松软易碎煤层、地质构造带、裂隙发育的煤岩层容易塌孔；另一个是施工工艺过程中钻杆弯曲，旋转后发生剧烈震动引起塌孔。
2.卡钻
造成卡钻的原因很多，主要有冲洗液量小，钻具不符合要求，稳定性差，煤岩层松软，易塌孔掉块；停钻或交接班时未及时后退钻杆，钻孔瓦斯大等原因易造成卡钻。
3．断杆
主要由钻进过程中卡钻造成的钻具阻力过高，旋转扭矩突然上升，或者卡钻后强拔硬顶都有可能造成钻杆折断。钻杆折断后，必须使用公锥或母锥捞取。
4．钻头脱落
主要原因是钻头与钻杆接头螺纹磨损严重，钻机开动后突然倒转都可能引起钻头脱落。
5．钻杆脱落
钻杆接头螺纹磨损严重，钻机钻进时突然倒转，或卡钻后倒转钻机等原因引起钻杆脱落。
防止和及时处理钻孔施工故障，是矿井抽放瓦斯衔接工程的重要保障，一定要引起足够的重视。
钻机工是一个熟练工种，必须具备相当的经验，打钻过程中要严格遵守操作规程，正确掌握给进速度、正确控制给进压力、适当调整冲洗液量。当发现卡钻后，不应突然停钻，要根据情况及时冲洗钻屑，慢速钻进或退钻。一旦发生断杆或钻杆脱落、钻头脱落现象，应及时打捞。
三、排放瓦斯安全技术措施
1、将掘进工作面抽出的瓦斯通过管道排放到风井时，在排放瓦斯管路出口必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。栅栏设置的位置时上风侧距管路出口5m、下风侧距管路出口30m，两侧栅栏间禁止任何作业。
2、在下风侧栅栏处必须设甲烷断电仪或矿井安全监控系统的甲烷传感器，巷道风流中瓦斯浓度超限时，能及时实现报警。
