3604工作面瓦斯抽放系统设计

3604工作面瓦斯抽放系统设计
第一部分 矿井概况
集贤煤矿是全国煤炭工业现代化矿井之一，是双鸭山矿业集团主力生产矿井。集贤煤矿位于双鸭山市东部，合江煤田西部，东西走向9km,南北倾向４.５km。面积40.5km。1974年10月1日简易生产，后经过两次改造年设计能力为120万吨。现核定年生产能力为180万吨。
矿井开拓方式为立井分水平开拓，立井贯穿各煤层底板，岩石运输大巷，采区集中石门开拓，上下山同时开采。矿井分两个水平开采，一水平标高-150米，二水平标高为 -450米。目前，集贤煤矿开采处于一水平向二水平过渡时期，一水平（-150水平）有生产采区4个，准备采区4个，主要是一水平下山遗留的开采比较困难的块段；二水平于2003年开始延伸开拓，2005年4月完成-370中一采区九层煤的开采。 二水平有一个生产采区、一个准备采区。集贤煤矿现有采煤工作面4个，掘进工作面22个，硐室17个，其他供风点4个。
矿井的通风方式为两翼对角抽出式通风，由东风井和北风井回风，从斜井和付井入风。目前，矿井总入风量为10841m3/min，总排风量为11692m3/min。现有主备风扇4台，两台运行，两台备用。
北风井主备扇型号为BDK-6-№22，配备YBF450-SI-6型电动机，电动机功率为250×2KW，主扇叶片角度一级320、270，等级孔2.2m2，工作风量为6327m3/min，负压230mmH2O 转速990r/min. 服务于二段下延采区和西二采区。
东风井主备扇型号BDK-6-№21，配备YBF450-M2-6型电动机，电动机功率220×2KW，等级孔1.7m 2，工作风量5365m3/min，负压240mmH2O。转速990r/min.服务于南三采区和东翼采区。井田内可采煤层有3、5、16、17层，共四组煤。煤种属于气煤，煤层不易自燃，属于低瓦斯矿井。
第二部分 抽放的可行性和必要性
2008年矿井瓦斯鉴定结果，瓦斯绝对涌出量为15.7m3/min，相对涌出量为5.23m3/T，矿井为低瓦斯矿井。由于集贤矿中一下采区开采深度延深，瓦斯含量逐步升高，2006-2008年开采以来，通过对中一采区上山区一片和下山区零片、一片、二片、三片工作面进行回采的实践，根据中一采区回采工作面初采、采面延伸瓦斯涌出的统计，回采工作面瓦斯绝对涌出量达到5.8～9.12m3/min，其相对涌出量达到4.4～6.9m3/T，接近于高沼气工作面。按照《煤矿安全规程》必须进行采煤工作面瓦斯抽放。
第三部分 中一采区左四片工作面概况
中一采区左四片工作面即3604工作面，位于中一采区下山区，左部为采空区，右部为未开采区，工作面为九层煤。采面走向长度1020米，倾斜长200米，埋藏深度为680米～580米，煤层倾角5度，煤层平均厚度为1.6米，其上接伪顶为0.7米厚的粉沙岩，自由顶为3.1米厚的细纱岩，老顶为10.5米厚的粉沙岩。回采工作面掘进时揭露1.2米以下断层5条，煤层不易自然，该工作面瓦斯绝对涌出量达到5.8～9.12m3/min，瓦斯相对涌出量（4.4～6.9）m3/T，回采工作面为重点瓦斯工作面。
3604采煤工作面采用U型上行风通风方法。供风量600～700 m3/min。根据中一下山区几个工作面回采规律，随着工作面的回采，瓦斯涌出量呈逐步增长趋势，特别是工作面推进到近1/2走向长度时，瓦斯涌出强度增加较明显，有时回风瓦斯浓度达到（0.8-1）%左右，工作面上偶角瓦斯时有超限。严重影响工作面正常回采。
由于集贤煤矿开采煤层的透气性很低，煤层中的瓦斯主要以吸附状态存在，游离瓦斯较少，采用本煤层瓦斯抽放方法抽取煤层中的瓦斯较困难，该方法只能做为回采工作面抽放瓦斯的辅助方法。
通过前期瓦斯抽放的实践，以及回采煤层赋存地质条件，可以知道：集贤煤矿3604采煤工作面（左四片）的瓦斯来源——回采工作面瓦斯的涌出、回采遗煤瓦斯的解析、围岩瓦斯的逸出及邻近采空区瓦斯的涌入。除一小部分被工作面风流带出外，其余大部分瓦斯聚集于采空区内，工作面回采时，采空区的瓦斯被漏风风流带出，造成上偶角和回风流瓦斯超限。因此，根据前几个工作面回采治理瓦斯经验，应采取以仰角钻孔采空区抽放瓦斯方法为主，以本煤层瓦斯抽放和抽放邻近采空区瓦斯为辅，建立综合治理瓦斯的抽放措施。
根据3604工作面的条件，设计在回风巷（下料道）一侧开拓钻场，钻场间距45-50米，第一个钻场距切眼40米，设计8个仰角钻孔，孔深40米；其余各钻场设计8个仰角钻孔，孔深90米，孔径94毫米。设计施工参数见附图。同时，每个钻场设计施工本煤层瓦斯抽放钻孔5个，孔径94毫米，设计施工参数见附图。各钻场开拓规格为长4.5米、宽3米、高2.2米，钻场的顶板采用锚杆支护。
封口措施——钻场的钻孔施工完成后，应用∮128毫米的钻头扩孔，仰角钻孔扩孔深5米，使用4英寸套管，长度3米，封口有效长度为1.5米，必须封在岩石内。本煤层钻孔必须扩孔7米，使用4英寸的套管，长度6米，封口的有效长度不小于5米。封口材料使用麻袋、聚氨酯胶。
钻孔参数的设计
仰角瓦斯抽放钻孔可用计算参数和施工参数来表述。我们建立仰角钻孔的数学几何模型如下图：
1） 计算参数
Ｘ—钻孔在风巷方向投影的长度；米
Ｈ—钻孔终孔点距煤层顶界的高度：米
Ｙ—钻孔终孔点距回风巷水平投影长度：米
2） L—钻孔深度；米
α—钻孔水平投影线与风巷的夹角；度
β—钻孔与顶板的夹角；度
Ｌ1 —钻孔封口长度；米

关于3604初采采用下行风及皮带道沿空留巷瓦斯治理措施
根据集贤煤矿3604工作面初采时，新面采取下行通风。而且，3604新面的皮带道根据采煤设计要求，采取沿空留巷工艺。为解决留巷及下偶角瓦斯超限，特制定以下瓦斯抽放安全技术措施。
1、 为解决下偶角及留巷瓦斯超限，应在留巷发碹柱体内埋管，埋管能够有效连通采空区和留巷，以便于抽放空区瓦斯。
2、 埋管技术要求：埋管使用直径275毫米的瓦斯抽放管，所埋管的长度应略长于所发碹墙体宽度，空区一侧管口处与墙体平齐，应有防堵塞措施，留巷一侧埋管需长出15-20厘米，且带有法兰盘。
3、 埋管使用的铁管，应采用抗静电材料包裹，防止撞击产生火花，发生瓦斯爆炸事故。
4、 根据实际需要，应在左四片皮带道铺设一条瓦斯抽放管路，管路直径275毫米，铺设的管路应吊挂在下山靠近左帮的顶板上。
5、 吸气管路与两台瓦斯抽放泵站连接，泵站型号为ZDW-85/160型。
6、 管路的铺设必须执行瓦斯抽放管路规定的安全技术措施。管路的铺设见瓦斯抽放系统图。
第五章 瓦斯抽放管路设计
一、抽放管路内直径的选择
根据上一工作面瓦斯绝对涌出量为9.12m³/min，配风量为600～700 m³/min，抽放瓦斯浓度平均为20%，设计管路流量为Q=30 m³/min，理想及安全流速为V=15 m³/min。
由公式：D=0.1415（Q/V）1/2
=0.1415(28/15) 1/2
=0.1933m
=193.3mm
可选直径为200mm的瓦斯抽放管。
二、根据井下、井上方便运输和便于安装的要求选择每节长度为5米的抽放管。
三、管路阻力计算
1、管路阻力
△H=Q²ρL/KD5
=（30×60）2×0.716×1204/0.71×205
=1204.8mmH2O
=12KPa
Q——抽放管内瓦斯流量，m³/min；
ρ——管内混合气体密度，kg/m³；
L——抽放瓦斯管长度，m；
K——系数，取K=0.71；
D——瓦斯抽放管内直径，cm。
2、管路的局部阻力
△h=△H20%=12×20%=2.4KPa
3、管路的总阻力
△R=△H+△h=12KPa+2.4KPa=14.4KPa
4、抽方泵的负压为；85KPa-14.4KPa=70.6KPa>13KPa
所以满足孔口抽放负压要求。
管路的铺设
下料道吸气管路的铺设：钻场（左四片下料道）——中一下山采区回风道——泵站，管路长度1240米；
皮带道吸气管路铺设:左四片皮带道——中一下山区回风道——泵站
排气管路的铺设：泵站——中一下山采区回风道，管路长度50米；见瓦斯抽放系统图。
第六部分 瓦斯抽方泵站
1、 泵站地点：设在中一下山采区轨道下山
2、 泵站供电：电源引自中一采区变电所，由两台不同变压器分别为两组四台真空泵提供660伏低压电源供电，见供电系统图。
3、 泵站内配置四台真空泵，型号为SKA303真空泵1台，吸气量为60 m³/min，电机功率为110KW；型号为SKA353真空泵3台，吸气量为85 m³/min，电机功率为160KW；负压范围-0.1～MPa，孔板系数为3.1789.四台真空泵分两组，两台运行，两台备用。
4、 泵站供水：建一个50立方米的蓄水池，用水泵为真空泵供水，真空泵排水流回蓄水池，实现水的循环利用。井底供水系统可提供蓄水池水的补给和备用水源。见供水系统图。
5、 泵站内在下风处设置瓦斯监测仪并实现瓦斯电闭锁。
6、 泵站应建立联网电话，保证抽方泵站与矿调度、区调度及时、有效进行联系。
瓦斯抽放泵站安全技术措施
1. 泵站司机要经过学习和培训合格后，持证上岗，并按《操作规程》作业。
2. 抽放泵要做到三知四会，严格执行现场交接班。
3. 抽方泵工作时，严禁擅自离开，如有异常情况，应立即停泵检查，停泵后，应及时上报区调度。
4. 抽方泵站瓦斯抽放参数要按要求每小时记录一次，写好台帐，写清参数。
5. 要维护和保养好机器设备、测量仪器、仪表，并按规定定期校验。
6. 建立健全抽方泵站司机工作责任制、现场交接班制、认真填写巡管记录、泵站运行与维修记录。泵站要配备防火防爆设施和工具。
二、抽放管路铺设安全技术措施
1、 瓦斯抽放管路沿着巷道左上方顶板铺设，使用φ6的圆钢把管路吊挂在锚杆上，吊挂的高度不小于1.8米。每隔4-5米设一个吊挂点，吊挂要平直；吸排气管路低处要设置放水和排渣装置。
2、 泵站内吸气管路上要有流量计、温度计、负压表、过滤器；排气管路上要有正压表、瓦斯浓度取样孔。抽放管路应进行编号、喷涂警告语言、并标明吸气或排气管路。
3、 钻场应设置编号牌、钻孔应设置编号牌、抽放钻场悬挂参数牌板。钻场分支集气管应安装多参数检定管和自动放水气。
4、抽放管路不能和电缆同侧；
5、抽放管路要垫起或者吊挂，距离地面不得小于30厘米；
6、抽放管路应无损坏、漏气、积水；
7、抽放管路低处应设放水装置并排专人定期巡查管路；
8、移动泵站抽出的瓦斯排至总回风道时，抽房管出口处应设置栅栏，悬挂警告牌，安设瓦斯传感器。要求栅栏设置的位置：上风侧为管路出口处外推5米，上下栅栏间距不小于30米，两栅栏间禁止人员通行和任何作业。
钻场钻孔作业安全技术措施
1、 抽放段所有参加钻孔施工人员必须经过培合格持证上岗。所有上岗人员必须严格执行《煤矿安全规程》、《煤矿安全技术操作规程》，杜绝“三违”现象的发生。
2、所有上岗人员必须严格执行岗位责任制，现场交接班制。
3、所有上岗人员作业前必须学习本措施，学习后，作业人员签字后方可上岗作业。
4、运输钻机及其附件时，必须由代班段长跟班指挥运输作业。使用平板车运输机器设备等物件，必须固定牢靠，做到不超宽不超高。
5、绞车必须由经过专门培训，考试合格，持证上岗的绞车司机操作。其他人员不得操作绞车。
6、使用绞车运输钻机等设备、物件时，严禁晃灯敲管子、 喊话、敲矿车等方式传递信号。
7、严格执行上山绞车道“行车不行人，行人不行车”制度。
8、在上山绞车道进行运输时，严禁蹬车、放飞车、超规定拉放车。
9、拉放车时，必须使用防脱钩保险鸭嘴，钩头及大绳必须安全牢靠，钩头要有鸡心环，三环链。
10、打钻作业前，代班段长必须认真检查作业现场的安全情况，严格执行敲帮问顶制，排除隐患，方可作业。
11、打钻时，必须由一名代班段长跟班作业，作业现场应悬挂便携式瓦斯检测仪，瓦斯浓度达到1.5%时，立刻停止作业关闭电源，撤出所有人员到安全地点，通报区调度，等待处理。
12、作业时，操作钻孔机械设备应有带班段长跟班作业指挥，作业用电设备必须符合煤矿电器防爆要求，执行《煤矿安全规程》。
13、施工前，由专职电气人员接电源开关。在接电以前必须检查开关等电器设备是否完好可靠，有无失爆等情况，如有必须处理好后方可接电，接电时严禁带电作业。
14、打钻前，首先将钻机固定平稳，钻机的四个支柱必须牢靠并用铁线或安全拉链锁在顶板上，防止支柱滑倒伤人或砸坏机器设备，检查安全后方可施工。
15、进行钻机作业时，操作人员应不少于3人，严禁单人作业。操作人员衣扣要整齐、系严，严禁卧躺。开钻时除操作人员外其他人不准靠近钻机。钻机前严禁站人。
16、施工钻孔时必须严格按照技术人员给定的钻孔参数施工作业。

17、进行钻机作业时，要精力集中，钻进速度要保持平稳，匀速推进，给进压力不能过大，避免超负荷运转。以免损坏钻进，造成高压油管破裂，发生伤人事故。
18、作业时，先使用∮128毫米钻头钻进5米深进行扩孔，然后用∮94毫米钻头施工钻孔至技术要求的深度，并保持大水量冲孔5分钟，冲净钻孔内的岩渣后方可撤出钻杆。
19、封孔时准备好封孔用的3米长的四寸管、马力散和麻袋。
20、首先以1：1比例迅速均匀的拌好马力散，然后快速地浇涂在缠好麻袋的四寸套管上，边浇涂马力散边卷绕麻袋，要求马力散浇涂均匀，卷绕麻袋后四寸套管的直径刚好能进入钻孔为好，封孔有效长度不小于1.5米，封孔有效长度必须在岩石段。
21、封孔过程作业人员要配合协调，动作迅速，从搅拌马力散到插入孔内，必须在5分钟内完成。封孔后按要求封闭管口，防止瓦斯泄漏。
22、为尽量防止钻孔弯曲，应按要求安装导向套管。
23、钻机操作人员施工钻孔时，应按钻机操作规程作业，液压系统的安全阀必须由技术人员或维修工进行调整，其它人员不准任意调整。
24、作业时要及时校对钻孔施工参数是否正确，当出现偏差要及时纠正。
25、钻机钻进过程中，如发现钻杆有跑偏现象（例如钻头下垂）应立即停止钻进，撤出钻杆重新开孔打钻，避免由于钻杆受力不在同一轴线上而损坏钻机和钻杆
26、在整个施工过程，必须保证钻机正常供水，如出现停水时，必须停止施工，查明停水原因并立即处理，待恢复供水后方可继续施工。
27、在施工钻孔期间发现异常现象要停止钻机钻进，及时汇报。待维修人员维修好后，方可继续施工。
28、钻机操作应由熟练钻工或代班段长操作，钻机不得在无人看管的情况下运转。
29、在钻机正常运行时，不得任意拨动各种连动手柄，如需要变速、变向时，必须停钻后进行。
30、人工取下钻杆和装卸水辫时，钻机的控制开关必须处在停止位置。
31、钻进时，发现钻头糊钻、憋泵、 转速显著下降时，应立即停钻，不得随意加大压力强行钻进。
32、严禁用钻头扫出孔内丢失的钻具。
33、钻进过程中，操作人员要精力集中，注意观察钻进情况，严格控制钻进速度，随时注意电动机的负荷情况，不得超载，当发生火花、冒烟或转速降低和发热等情况时，立即断开电路进行检查调整。
34、钻机的油管要理顺整齐，液压油要充足，不变质，没有杂物。钻杆要摆放整齐，严禁碰伤螺纹。轴承要保养注油，变速箱应有足够的润滑油。
35、钻孔的施工进度要求施工负责人当场做好记录，并按要求及时汇报给区调度。
36、在整个施工期间，所有施工人员必须听从代班段长统一指挥，严禁违规作业。
37、作业时，要保持钻场文明卫生，钻杆、工具要摆放合理整齐。
38、钻孔开孔时，要由代班副段长亲自负责，要严格按技术人员给定技术参数对钻，并由代班副段长亲自负责，做好记录并向区调度汇报对钻参数情况。
39、钻孔终孔时，要由代班副段长或由区值班人员现场监督钻杆撤出情况，做好钻孔进尺记录后，及时汇报给区调度。