大竹林煤矿瓦斯抽放设计

贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 贵州大竹林煤业

瓦 斯 抽 放 设 计

编制单位：大竹林煤业 编 制 人：刘 海 龙

I

贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 编制日期：二〇一〇年六月

II

贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 前 言

永贵能源大竹林煤业生产能力为15万t/a，随着矿井生产规模的不断扩大及开采深度的增加，矿井采掘工作面瓦斯涌出量逐渐增大，为进一步解决采、掘工作面瓦斯的问题，确保安全生产，我矿决定开展瓦斯抽放工作，特编制瓦斯抽放设计。

一、设计的主要依据

1、《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（MT5018-96）中华人民共和国煤炭工业部1997年1月；

2、《矿井瓦斯抽放管理规范》中华人民共和国煤炭工业部 1997年4月； 3、《煤矿安全规程》煤矿安全监察局2010年3月1日； 二、设计的指导思想

1、在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资； 2、设备、管材选型留有余地，能充分满足矿井安全生产的需要； 3、采用的工艺技术具有先进性，且符合实际。 三、设计的主要内容 设计的主要内容为：

1、大竹林煤矿瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放量预计； 2、瓦斯抽放方法及抽放工艺设计，抽放瓦斯钻场与钻孔参数设计； 3、地面抽放泵站的泵房布置、供电、供水、通讯等设计； 4、工程中所需设备、仪器、仪表及附属装置等选型及安装设计； 5、抽放泵站及井下管路的检测、监控布置； 6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；

7、抽放所需主要设备及材料清单及工程投资概算；

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 一、矿井概况

1、井田概况 1.1.1交通位置

大竹林煤矿位于贵州省纳雍县城南西方向，距纳雍县城约40公里。由纳雍县城沿“213”省道至阳长镇（纳雍—电厂所在地）约8公里，至六盘水约64公里，距水城滥坝火车站35公里，交通方便。 1.1.2 地形、地貌及河流

大竹林煤矿矿区位于贵州高原西部，属高山山地地貌，最高点海拔标高+1830.5米，最底点海拔标高+1320。 1.1.3 气象情况

本区内气候温和湿润，属亚热带高原性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，季节性分区不明显。 1.1.4 水源情况

矿井生活用水取自附近泉井水，生产用水可取自河或井田泉井水。 1.2地层特征及地质构造 1.2.1 地层特征

大竹林煤矿区域内出露地层：第四系（Q）; 三叠系中、下统 ， 二叠统上

统茅口组（P1m），二叠系上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2c）。现简述如下：

（1）二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3β）： 厚200—300m，岩性。玄武岩 （2）二叠系上统龙潭组（P2l）

厚250—320m，由矿岩、页岩及少量灰岩和煤层组成。

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 （3）二叠系上统长兴组（P2l）

厚20—40m，一般为34m。岩性为燧石灰岩夹砂泥岩。 （4）、三叠系下统（T1）

厚600—800m，岩性为灰岩、泥（页）岩 （5）三叠系中统（T1） 厚度不祥。岩性为灰岩。 （6）第四系（Q）

厚0—10m，岩性为佛浮土。 1.2.2 地质构造

大竹林煤井田位于百兴向斜南西翼，区内为一单斜构造，地层走向为北东—南西，倾向60—70度，倾角22—27度。该单斜层南东存在一条斜贯全区的F1断层，该断层走向北东—南西，断面95—100°，倾角约80°该断层为正断层，其北西盘上升，南东盘下落，造成北西盘T1 f上部及T1yn下部地层分别与南东盘的T1yn中部地层接触，垂直落差约25—35m。

井田内出露的地层由老到新有上二迭统峨嵋山玄武组、宣威组、下三迭统永宁镇组及第四系。

井田内的含煤地层为上二迭统宣威组，系陆相沉积，岩性由灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成，厚度170m～230m，一般185m。 1.2.3煤层及煤质

矿区内含可采煤层4层，根据地质报告，其主采煤层为2、4、5、6#煤层。各煤层特征如下： （1）、2#煤层

2#煤层位于煤系地层上部，上距长兴灰岩底板28m，结构简单，煤层厚度为1.7—1.8m，不含夹矸，全区可采。顶板为泥质粉砂岩，有时为泥岩；底板为粘土岩。

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 易，而且效果好。矿的煤层赋存与开采条件，各邻近层较薄，进行邻近层瓦斯抽放在经济上是不合理的。 3.2.1.3 采空区瓦斯抽放

采空区瓦斯抽放具有抽放量大、来源稳定等特点，1201工作面采空区上下邻近层瓦斯涌出量大，围岩及丢煤瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量较大，具备进行采空区瓦斯抽放的条件。 3.2.2 瓦斯抽放方法确定

抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：

1、抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；

2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；

3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；

4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；

5、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。

根据上述选择瓦斯抽放方法的原则，结合大竹林煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点，决定采取邻近层或采空区瓦斯抽放的方法。本煤层打钻孔预抽等抽放方法今后也要考虑，详表3-1。

表3-1 可行的抽放方案

抽放方法 抽放工艺 上隅角浅部插管 采空区瓦斯抽放 打木垛深部插管 采空区瓦斯涌出量大 果不好，再考虑采用。 理 由 上隅角瓦斯浓度较高 范围瓦斯超限问题。 需打木垛，如上隅角浅部的抽效备注 工艺简单，可解决上隅角附近小

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 前两种方法无法解决问题时考虑采空区埋管 采空区瓦斯涌出量大 采用。埋入管道难以回收，投资大。 老塘（已采采空老塘瓦斯涌出量大 区）密闭抽放 邻近层瓦高位钻孔抽放邻邻近层较多且瓦斯涌出量较大 斯抽放 近层瓦斯 本煤层 在掘进巷道打顺本煤层瓦斯涌出量大或煤层有可边掘边抽或先抽后掘 预抽 层钻孔 突出危险性。 钻孔，施工及管理难度较大。 抽放效果一般较好，但需打岩石防止老塘瓦斯向外涌出 根据大竹林煤矿的情况，与邻近层抽放相对，采空区瓦斯抽放投资小，操作简单，因可首先考虑采空区瓦斯抽放，在采空区抽放时，可先采用上隅角插管抽放，如效果不好再采取深部埋管或埋管抽放。如采空区抽放效果不理想，再进行邻近层瓦斯抽放试验。本煤层瓦斯预抽今后再考虑。 3.3 抽放瓦斯工艺设计 3.3.1上隅角插管抽放瓦斯

上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合，由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或无风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m长的负压软管与主抽放管路上的三通连接，将负压软管插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅的上部（上部瓦斯浓度较高），抽放软管与木棒绑在一直（避免软管口下耷），用铁丝吊挂在支架上，为提高抽放浓度，上隅角处应采用挡风帘，提高抽放效果。随着工作的推进，主管路三通上的负压软管移往前面的三通上联接，后面主管路上余出来的三通上加蜂窝管，采用木垛保护不被跨落矸石压死。如此反复。抽放工艺如图3-1所示。软管可采用4寸管。抽放管伸入上隅角长度及位置应根据实际抽放效果，不断调整，得到合理的参数。

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 3.3.2 采空区埋管抽放

对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面，也可以采取采空区埋管抽放的方式，随着工作面不断向前推进，沿回风巷将管路埋入采空区。采空区埋管抽放见图3-1。

1201回风巷抽放管三通挡风帘A隔离挡墙A采空区1201回风巷

图3-1 上隅角插管抽放示意图

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 蜂窝立管木垛上隅角A-A剖面

3.3.3 已采的老采空区瓦斯抽放

对于已采完的采空区如果瓦斯涌出量大，向邻近工作场所涌出瓦斯，也需要进行密闭插管抽放，见图3-2。

图3-2 已采老采空区插管抽放瓦斯示意图

3.3.4 掘进工作面预抽 3.3.4.1 掘进工作面先抽后掘

今后大竹林煤矿如掘进工作面瓦斯涌出量大或有煤与瓦斯突出，则掘进面需进行先抽后掘或边掘边抽。

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 抽放方法：在掘进工作面向迎头打顺层钻孔，在工作面掘进前进行预抽，降低或消除掘进工作面瓦斯突出的危险。

抽放钻孔布置：抽放钻孔布置见图3-3，钻孔技术参数见表3-1。

2200mm6#7#8#3200mm9#10#2000mm1#2#3#4#5#掘进工作面钻孔布置断面图1#、6#2#、7#3#、8#4#、9#掘进工作面钻孔布置俯视平面图5#、10# 图3-3 掘进工作面钻孔布置示意图

注：上图仅供参考，钻孔开孔位置应避开破碎处，钻孔的个数可以根据瓦斯及断面情况布置8-10个左右，可根据抽放情况增减。

表3-1 掘进面先抽后掘钻孔技术参数表

钻孔 类别 钻孔与巷道中心线夹角 （°） 钻孔与水平面夹角 （°） 孔深 （m） 钻孔直径 开孔间距 （mm） （m）

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 迎头钻孔 8～10 同煤层倾角 30-50 75 0.3 注：钻孔深度可根据煤层情况确定，条件允许情况下，深度越大效果越好

封孔工艺：钻孔采用聚氨酯封孔，聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的简称。对于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在发泡后，其内所形成的孔为封闭孔，即各孔之间互不连通，另外对发泡时间、发泡倍数、固化后的强度，可塑性等均有一定的要求。可选用煤科总院抚顺分院研制生产的聚氨酯封孔材料，在钻孔内8～10m深度封孔，钻孔密封段长度仅2m，既能保证密封严密，又可节省封孔材料。该聚氨酯封孔材料膨胀倍数20倍以上，聚氨酯发泡均匀、细小，孔隙又不联通，还有可塑性，适于动压区封孔；在抽放瓦斯负压60～80KPa、正压2MPa下，钻孔密封严实不漏气。

聚氨酯封孔采用卷缠药液法,缠药方法及钻孔内封孔管结构如图3-4所示。抽放管为内径25mm的pv管，长为9～10m，管前端1m段加工有小蜂窝，在前端1.5m处套上橡胶垫圈，后端用铁线缠紧固定棉纱布1.5m卷缠药液法封孔操作程序为：先称出封一个孔的甲、乙组成药液，分别装入两个容器，再将药液同时倒入混合桶，立即用棒快速搅拌均匀，当药液由黄褐色变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在棉纱布上，边倒药液边向抽放管上卷缠棉纱布，并把卷缠好药液的封孔管迅速插入钻孔，大约5分钟后，药液开始发泡膨胀，20分钟后停止发泡，逐渐硬化固结。为了避免封孔管晃动影响封孔质量，孔口处用木塞楔紧。封一个钻孔的聚氨酯用量约为1Kg左右。 钻孔与管路的连接

聚氨酯封孔1小时后，便可与抽放管路连接（水泥砂浆封孔不但麻烦，还需经25小时后才可与抽放管路连接）。钻孔与管路连接处应设置流量计和阀门。钻孔封孔器与抽放管路的连接如图3-4所示。瓦斯预抽一定时间后，根据抽放量的大小决定停止抽放的时间，继续向前掘进，掘进到距原钻孔底5m左右的超前距时，停止掘进，重新打钻孔抽放瓦斯，如此反复循环。

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 封孔材料抽放钻孔铠装胶管封孔铁管阀门主抽放管路钻孔封孔管观测咀孔板观测咀弯头胶管阀门抽放管3-4抽放管联接示意图 3.3.4.2 掘进工作面边掘边抽 图3-8 掘进工作面钻孔与抽放瓦斯管路连接示意图除采取迎头打钻孔抽放外，也可以考察边掘边抽，其优点抽放时不影响掘进，且抽放效果较好，缺点是需掘钻场，增加工程量，见图3-5，钻场规格宽

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 2m，长4m，高与掘进巷道相同。封孔工艺与先抽后掘的钻孔封孔方法相同。

1#2#3#4#5#6#1#2#3#4#5#6#

图3-5 掘进工作面边掘边抽示意图

以上两种方法中，掘进工作面先抽后掘影响掘进的进度，而边掘边抽虽不影响掘进速度，但需打钻场增加工程量，可以通过现场使用比较，选择效果较好的一种抽放方法。 3.4 瓦斯抽放量预计

大竹林煤矿属首次进行瓦斯抽放，没有进行过上隅角及采空区的瓦斯浓度分布测定工作，根据工作面的实际情况，工作面绝对瓦斯涌出量近5min/min，采空区瓦斯涌出按60％计算，则采空区瓦斯涌出量约3.0 min/min，结合我国进行上隅角瓦斯抽放的经验，为确保1201工作面回风巷及上隅角瓦斯浓度不超限，工作面抽放瓦斯纯量预计为1.6min/min以上，上隅角浅部瓦斯抽放浓度按10％计算，则抽放混合量应为16min/min以上。 3.5 采空区插管抽放的安全管理

1）所有参加采空区插管（埋管）抽放的工作业人员必须掌握操作的作业标准，熟知瓦斯的基本知识，严格遵守规程，安全负责人负责现场安全把关。

2）撤装管路时回风巷瓦斯浓度不得超过0.8%，否则必须停工，采取措施处理瓦斯。

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 3）插管抽放时，插入上隅角的管路应为软管，可避免撞击，同时软管应阻燃防静电。

4）.回风巷的抽放管路安装及拆除时应轻拿轻放，施工作业时要使用铜质工具，以免产生火花,避免碰撞。

5）应在上隅角设挡风帘，并调整插管的位置和深度，以保证抽放浓度较高。 6）抽放泵必须为水环真空泵，不能采用干式泵。

四、 瓦斯抽放管路系统

4.1抽放瓦斯管路选择

4.1.1 抽放管路及抽放泵位置选择原则

抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中，尽可能避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设，还要考虑安装、检修方便。抽放管路系统与抽放泵的位置有很大关系，抽放泵站如布置在地面，最好选在回风井附近，泵房20m内严禁明火，运输及供水、供水要方便，如抽放泵布置在井下，应靠近抽放地点，安装在进风硐室中。 4.1.2 抽放泵位置选择

抽放泵站的位置，一般有两种选择，一种是泵站布置在井下靠近抽放地点的进风流中，这样可以大大减少管路长度，可以根据抽放地点的改变移动抽放泵，可以节省管路投资，前提条件是抽放管路排出的瓦斯排放到采区专用回风巷或总回风巷后，经稀释瓦斯浓度不超限。

另一种泵站位置选择方案是将泵放在地面，一般是由于矿井总回风巷瓦斯浓度较高或总回风巷行人，抽出的瓦斯不能排放到总回风巷内，必须排放到地面。这样泵站即使布置在井下也不能缩短抽放管路的长度，而且布置在井下需打硐室，供电及供水都不如地面方便，因此这种情况下，泵站一般都布置在地面。

对大竹林煤矿而言，由于总回风巷瓦斯浓度已达至0.32％以上，因此泵站

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贵州大竹林煤业瓦斯抽放设计 必须安装到地面。根据矿井的具体情况，抽放管路从回风斜井通到地面，在回风斜井口以南的山腰，开出一块平地，用来建泵站。 4.1.3 抽放管路敷设路线

大竹林煤矿瓦斯抽放首先进行上隅角瓦斯抽放、掘进工作面预抽和边抽边掘，瓦斯抽放泵站选择在地面，抽放管路从回风井敷设到地面，上隅角瓦斯抽放管敷设路线为：

1201工作面上隅角→1201工作面回风巷→专用回风上山→总回风斜井→地面管路→瓦斯抽放泵房→放空管。

1203运输巷、1203回风巷掘进工作面预抽和边抽边掘抽放管敷设路线为： 1203运输巷、1203回风巷工作面→回风巷→总回风上山→总回风斜井→地面管路→瓦斯抽放泵房→放空管。

抽放瓦斯管路敷设路线如图4-1：

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