某煤礦二井瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)-資料下載頁

　　

【正文】 賦存條件、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯來源、井下巷道布置、抽采瓦斯目的及利用要求等因素確定，并遵循以下原則：選擇的抽采瓦斯方法應(yīng)適合本礦井煤層賦存狀況、采區(qū)巷道布置、煤層頂?shù)装搴烷_采技術(shù)條件。應(yīng)根據(jù)礦井瓦斯涌出來源及涌出量構(gòu)成分析，有針對(duì)性地選擇抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果。抽采方法在滿足礦井安全生產(chǎn)的前提下，還需滿足瓦斯利用、開發(fā)的要求。巷道布置在滿足瓦斯抽采的前提下，應(yīng)盡可能利用現(xiàn)有的開拓、準(zhǔn)備和回采巷道布置鉆場(chǎng)、鉆孔，以減少抽采工程量。選擇的抽采方法應(yīng)有利于抽采巷道的布置和維護(hù)，鉆場(chǎng)的布置應(yīng)免受采動(dòng)影響，盡可能避開地質(zhì)構(gòu)造帶，便于維護(hù)，利于封孔，盡可能增加鉆孔的抽采時(shí)間，以保證抽采效果。觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 31 頁 共 109 頁選擇的抽采方法應(yīng)有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。在相同鉆孔密度的情況下，優(yōu)先選擇瓦斯抽采率高的抽采方法，在相同瓦斯抽采效果情況下，優(yōu)先選擇鉆孔工程量小的抽采方法，此外應(yīng)盡量增大鉆孔的見煤長(zhǎng)度。二 、 抽 采 瓦 斯 方 法 選 擇根據(jù)礦井初步設(shè)計(jì)，+1100m 水平與+500m 水平由于煤層開采順序的不同，回采工作面的瓦斯涌出量構(gòu)成亦有所不同。為了提高瓦斯抽采效果，選擇的抽采瓦斯方法也不同。具體如下：+1100m 水平瓦斯抽采方法根據(jù)礦井初步設(shè)計(jì)，+1100m 水平 C1 煤層薄化不可采，直接開采 C5煤層，從回采工作面的瓦斯涌出量構(gòu)成來看，工作面的本煤層瓦斯涌出量占 80%以上 ，上鄰近層涌出量不足 20%，根據(jù)抽采瓦斯方法的選擇原則，+1100m 水平瓦斯抽采方法主要考慮抽采本煤層瓦斯，其次再是抽采上鄰近層和采空區(qū)瓦斯。（1）預(yù)抽回采區(qū)域本煤層瓦斯本煤層瓦斯抽采按鉆孔布置方式分二種：順層交叉鉆孔及順層平行鉆孔。方案一：順層交叉鉆孔在工作面運(yùn)輸順槽內(nèi)沿工作面傾斜方向布置上下兩層交叉上向鉆孔，即一層鉆孔沿工作面平行布置，另一層鉆孔與工作面呈一定夾角布置，兩種鉆孔交替布置，使鉆孔之間形成交叉，順層交叉鉆孔布置如圖 321 所示。觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 32 頁 共 109 頁圖 321 順層交叉鉆孔布置示意圖方案二：順層平行鉆孔在工作面運(yùn)輸順槽內(nèi)沿工作面傾斜方向布置單純的平行鉆孔或單純的斜向鉆孔，平行鉆孔布置示意圖如圖 322 所示。圖 322 順層平行鉆孔布置示意圖順層交叉鉆孔與單純的平行鉆孔或單純的斜向鉆孔相比，優(yōu)缺點(diǎn)如下：順層交叉鉆孔優(yōu)點(diǎn)：觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 33 頁 共 109 頁①當(dāng)交叉鉆孔的高程差、孔間距、夾角和交叉點(diǎn)數(shù)量適宜時(shí)，由于交叉鉆孔的應(yīng)力空間疊加，增大了鉆孔周圍塑性變形區(qū)域范圍，提高了鉆孔控制區(qū)內(nèi)煤層的透氣性。②由于鉆孔周圍破壞區(qū)的連通性出現(xiàn)，使得鉆孔控制區(qū)內(nèi)的煤層及煤層鉆孔之間形成了有無數(shù)個(gè)相互連通點(diǎn)的復(fù)雜聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，有效地克服了單純平行鉆孔布孔方式下由于塌孔而導(dǎo)致的鉆孔抽不出瓦斯或抽出瓦斯量減小的缺陷；在交叉鉆孔布置方式下，個(gè)別或少部分鉆孔的塌孔現(xiàn)象，不會(huì)造成抽采鉆孔內(nèi)塌孔而報(bào)廢，相當(dāng)于增加了鉆孔有效長(zhǎng)度。③交叉鉆孔布置方式中，由于平行鉆孔和斜向鉆孔相間布置，鉆孔與煤層的解理、節(jié)理以及裂隙的連通概率、頻度得以增加，煤層裂隙和鉆孔的連通性得以進(jìn)一步改善。④交叉鉆孔布置方式中，由于存在迎面斜向鉆孔，因此比單純的平行鉆孔有更多的邊采邊抽鉆孔和更長(zhǎng)的抽采時(shí)間，具有提高瓦斯抽采效果的作用。順層交叉鉆孔缺點(diǎn)：①設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)必須合理，由于交叉鉆孔的抽采效果受上下兩層交叉鉆孔高程差、鉆孔間距、孔徑大小、鉆孔夾角和交叉點(diǎn)數(shù)量的影響較大，只有當(dāng)交叉鉆孔的參數(shù)適宜時(shí)，且交叉鉆孔完全按設(shè)計(jì)的方位角和仰角施工，交叉鉆孔周圍的應(yīng)力空間才會(huì)疊加，交叉鉆孔的抽采效果才能得以體現(xiàn)。②交叉鉆孔施工質(zhì)量要求較高。首先應(yīng)選擇煤壁完整、無裂隙處開孔，在鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格控制鉆孔方位、俯仰角、鉆孔長(zhǎng)度以及斜向孔與平行孔間的空間高程差等，否則，交叉鉆孔的作用體現(xiàn)不出來。③由于對(duì)交叉鉆孔施工質(zhì)量要求較高，因此對(duì)鉆機(jī)的要求也較高。觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 34 頁 共 109 頁方案一、二無本質(zhì)區(qū)別，鉆孔工程量大致相當(dāng)，主要區(qū)別是交叉鉆孔利于提高瓦斯抽采效果。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院 XX 研究院提交的《建井前煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)》，+1100m 水平上山區(qū)域原煤瓦斯含量為 ～ 3/t，無突出危險(xiǎn)，+1100m 水平下山區(qū)域原煤瓦斯含量為 ～ 3/t，局部區(qū)域有突出危險(xiǎn)，為確保安全，結(jié)合瓦斯抽采方法選擇的原則，本設(shè)計(jì)建議東零采區(qū)（+1100m 水平上山區(qū)域）瓦斯抽采方法采用方案二（順層平行鉆孔），東一一采區(qū)、東一二采區(qū)（+1100m 水平下山區(qū)域）瓦斯抽采方法采用方案一（順層交叉鉆孔），即+1100m 水平下山區(qū)域防治煤與瓦斯突出的區(qū)域性防突措施。(2)上鄰近層及采空區(qū)瓦斯抽采方案一：高位鉆孔抽采本井田可采煤層 2 層，C 1煤層位于 C5 煤層上部，層間距一般31～48m，平均 38m。經(jīng)計(jì)算，C 5 煤層開采后頂板冒落帶高度為，裂隙帶高度為 ，C 1煤層位于 C5 煤層開采后形成的裂隙帶下部區(qū)域。因此可采用高位鉆孔“攔截” 抽采 C1煤層瓦斯，該方法又稱作頂板裂隙帶抽采，是以頂板裂隙作為通道來抽采上部鄰近層及上隅角涌出的瓦斯。該方法在平頂山、兩淮礦區(qū)廣泛使用。具體作法是：在回風(fēng)巷中布置高位鉆場(chǎng)，向工作面的采空區(qū)上部的裂隙帶施工上向鉆孔，隨采隨抽上部鄰近層及采空區(qū)冒落拱大量卸壓瓦斯，并使采空區(qū)氣體向工作面后方流動(dòng)，以此治理工作面采空區(qū)瓦斯涌出及上隅角瓦斯超限。抽采鉆場(chǎng)、鉆孔布置如圖 32324 所示。觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 35 頁 共 109 頁圖 323 高位鉆孔抽采上鄰近層及采空區(qū)瓦斯平面示意圖圖 324 高位鉆孔抽采上鄰近層及采空區(qū)瓦斯剖面圖高位鉆孔初期以抽 C1 煤層卸壓瓦斯為主，抽采的瓦斯?jié)舛雀?，流量小；后期隨工作面推進(jìn)，鉆孔的垂高變小，逐漸接近冒落帶直至進(jìn)入冒落帶后，高位鉆孔以抽采工作面上隅角瓦斯為主，這時(shí)抽采瓦斯?jié)舛茸冃?，瓦斯流量變大，待工作面接近鉆場(chǎng)時(shí)，撤除管道，報(bào)廢鉆場(chǎng)，同時(shí)下鉆場(chǎng)的鉆孔投入使用。方案二：采空區(qū)埋管抽采采用平煤集團(tuán)研制開發(fā)的一種新型的瓦斯抽采工藝方法與監(jiān)控裝置（WCF1 型）。該抽采工藝方法研究了菱鎂管作為埋管法抽采瓦斯的管材與敷設(shè)方法，以及采用臨時(shí)密閉減少向采空區(qū)漏風(fēng)等配套技術(shù)。既能有效地抽采采空區(qū)瓦斯、降低采空區(qū)瓦斯抽采成本，又能及時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 36 頁 共 109 頁整瓦斯抽采參數(shù)，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯自動(dòng)安全抽采。全套設(shè)備具有如下技術(shù)特點(diǎn)：①采空區(qū)瓦斯抽采工藝與自控裝置是集抽采工藝與配套裝備為一體的綜合配套設(shè)施，其技術(shù)水平在國內(nèi)外同類設(shè)備中處于領(lǐng)先地位，為我國采空區(qū)瓦斯抽采提供一套新工藝與新裝備，有良好的推廣前景。②裝置硬件電路設(shè)計(jì)合理，輸入、輸出口易于擴(kuò)展，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，接口電路簡(jiǎn)單、可靠，故障率低。軟件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)，便于功能擴(kuò)展，通用性強(qiáng)，可作為其他控制設(shè)備。③大直徑輕質(zhì)菱鎂管的力學(xué)性能較好，具有重量輕、強(qiáng)度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，完全可以作為鋼管的代用品，推廣應(yīng)用前景廣闊。④執(zhí)行裝置采用液壓動(dòng)力系統(tǒng)，具有安全、可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。⑤取樣裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠。具體方法是：在工作面回風(fēng)巷內(nèi)敷設(shè)大直徑菱鎂管，管路每隔一定距離串接一個(gè)具有組合閥門的三通管件作為抽采采空區(qū)瓦斯的吸氣口。隨著工作面的推進(jìn)，管路上的吸氣口進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)最佳抽采位置，吸氣口的組合閥門打開，通過此口抽采采空區(qū)瓦斯。當(dāng)該吸氣口進(jìn)入采空區(qū)更深處時(shí)，再打開下一個(gè)三通管件的組合閥門，依此類推，使吸氣口保持在最佳抽采位置，從而防止了采空區(qū)瓦斯向工作面涌出，并可消除工作面上隅角瓦斯超限和積聚。所謂采空區(qū)最佳抽采位置，是指實(shí)施抽采時(shí)能有效地減少工作面的瓦斯涌出量，以滿足安全生產(chǎn)的需要。采空區(qū)抽采期間，隨著工作面的推進(jìn)，抽采位置將遠(yuǎn)離工作面，瓦斯?jié)舛戎饾u增高，采空區(qū)瓦斯抽采量亦隨之增大，而采空區(qū)涌向工作面瓦斯量減少，工作面回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扔^音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 37 頁 共 109 頁降低，此時(shí)抽采位置距工作面的距離稱之為最佳抽采位置，考察結(jié)果表明，采空區(qū)瓦斯最佳抽采位置是在距工作面 30~60m 的范圍內(nèi)。高位鉆孔抽采與采空區(qū)埋管抽采的優(yōu)缺點(diǎn)詳見表 321。表 321 高位鉆孔抽采與采空區(qū)埋管抽采優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表優(yōu)缺點(diǎn) 方案一：高位鉆孔抽采 方案二：采空區(qū)埋管抽采優(yōu)點(diǎn)⑴ 能直接抽采 C1 煤層卸壓瓦斯；⑵ 能有效抽采上隅角瓦斯；⑶ 采空區(qū)漏風(fēng)量小，有利于煤層自燃發(fā)火的防治；⑷ 瓦斯抽采濃度較高。⑴ 節(jié)省鉆場(chǎng)，鉆孔工程量；⑵ 埋管能延伸到采空區(qū)深部，能抽采深部采空區(qū)瓦斯；⑶ 瓦斯抽采量大。⑷ 工作面采煤與瓦斯抽采影響小。缺點(diǎn)⑴ 增加鉆場(chǎng)、鉆孔工程量；⑵ 工作面采煤對(duì)鉆場(chǎng)、鉆孔施工、瓦斯抽采有所影響；⑶ 高位鉆孔不能達(dá)到采空區(qū)深部，不能抽采深部采空區(qū)瓦斯；⑷ 瓦斯抽采量不大。⑸ 高位鉆場(chǎng)為盲巷、需局扇通風(fēng)。⑴ 不能直接抽采 C1 煤層卸壓瓦斯和工作面上隅角瓦斯；⑵ 采空區(qū)漏風(fēng)量大，不利于煤層自燃發(fā)火的防治；⑶ 瓦斯抽采濃度較低。從上表中可看出：方案一主要優(yōu)點(diǎn)是能直接抽采 C1 煤層卸壓瓦斯和工作面上隅角瓦斯，有利于煤層自燃發(fā)火的防治，但抽采量偏??；方案二主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省鉆場(chǎng)、鉆孔工程量，瓦斯抽采量大。設(shè)計(jì)考慮到本礦井 C5 煤層 一次采全高，可采用臨時(shí)密閉減少采空區(qū)漏風(fēng)等措施確保采空區(qū)內(nèi)不發(fā)火；此外 C5 煤層開采后，C 1煤層開始下沉彎曲變形，其滯后工作面的距離與層間距大致相當(dāng)，即 C1煤層的卸壓瓦斯將通過開采后形成的裂隙涌向工作面后方 40m 處，設(shè)計(jì)推薦采用方案二，即采空區(qū)埋管抽采采空區(qū)及上鄰近層瓦斯。(3)掘進(jìn)工作面瓦斯抽采①+1100m 水平上山區(qū)域觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 38 頁 共 109 頁本礦井布置一個(gè)煤巷綜掘工作面，+1100m 水平上山區(qū)域的東零采區(qū) C5 煤層瓦斯含量在 8m3/t 以下，雖然掘進(jìn)時(shí)煤層瓦斯含量并不大，但由于綜掘工作面推進(jìn)速度快，其瓦斯涌出量仍然較大，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出來源主要有工作面前方落煤、工作面兩幫煤壁及頂?shù)装鍘r石等，考慮東零采區(qū)煤巷掘進(jìn)工作面無突出危險(xiǎn)，煤層瓦斯含量不太大，為確保掘進(jìn)工作面的推進(jìn)速度，除煤巷開口段外，設(shè)計(jì)不考慮在掘進(jìn)工作面正前方打鉆抽采，僅考慮打鉆抽采兩側(cè)煤體中的瓦斯，即在掘進(jìn)巷道兩幫每隔一定距離掘一鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)向煤巷兩側(cè)打若干個(gè)超前鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽采。該抽采方法的原理是：隨煤巷的推進(jìn)，煤層中的原始應(yīng)力狀態(tài)遭到破壞，在巷道兩幫 5~10m 范圍內(nèi)形成應(yīng)力集中區(qū)，該區(qū)域煤層透氣性增加，吸附瓦斯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯，游離瓦斯能直接被鉆孔抽出。隨著工作面的推進(jìn)，鉆場(chǎng)和鉆孔交替向前排列，如圖 325 所示。圖 325 邊掘邊抽鉆場(chǎng)和鉆孔布置示意圖②+1100m 水平下山區(qū)域+1100m 水平下山區(qū)域的東一一、東一二采區(qū) C5 煤層瓦斯含量大部分區(qū)域在 8m3/t 以下，局部區(qū)域在 8m3/t 以上，且局部區(qū)域有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)推薦采取順層鉆孔超前預(yù)抽煤巷條帶瓦斯作為 C5煤層煤巷掘進(jìn)區(qū)域性防突措施。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第 49觀音山煤礦二井 瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)第 39 頁 共 109 頁條的要求，順層鉆孔超前預(yù)抽鉆孔控制的條帶寬度 35m，控制巷道上幫輪廓線外 20m，下幫輪廓線外 10m，鉆孔控制的條帶長(zhǎng)度 80m，每循環(huán)布置鉆孔 13 個(gè)，終孔間距 3~5m，鉆孔長(zhǎng) 42~85m，封孔長(zhǎng)度不小于6m，每循環(huán)煤巷磧頭前方保留 20m 超前距離。鉆孔布置見圖 326。326 超前預(yù)抽 C5 煤層煤巷條帶瓦斯鉆孔布置示意圖+500m 水平瓦斯抽采+500m 水平 同樣采用上下山開采， 共布置四個(gè)采區(qū)，分別為東二一、東二二、東二三和東二四采區(qū)，+500m 水平瓦斯災(zāi)害明顯比+1100m 水平嚴(yán)重，大