11604综采工作面瓦斯综合治理方案文档格式.docx
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工作面开切眼位于F4支2断层附近,工作面设计停采线位于回风斜井中心线向西80m井筒保护煤柱线处。
2、范围及面积
11604综采工作面回采范围是11604轨顺、运顺之间的M16煤层。
11604综采工作面设计走向长约619米,倾斜宽约126米(11604补面走向长约215米,倾斜宽约40米),则工作面回采面积约8.66万平方米。
3、工作面生产概况
11604工作面轨道、运输顺槽设计为矩形巷道断面;
断面积10㎡和12㎡,其它为半圆拱形断面。
巷道支护方式以锚网支护为主,局部为金属网与工字钢架棚联合支护。
11604工作面采用走向长壁后退式采煤,顶板全部冒落法管理顶板,最小控顶距为:
4.2m。
11604工作面将采用综采设备一次采全高开采(工作面平均采高为2.8m),预计最大日产量为2500t/天。
4、地层
工作面地层由老到新依次为:
二叠系下统茅口组(P1m)灰岩;
二叠系下统峨眉山玄武岩(P1β)、龙潭组(P2l)含煤碎屑岩、长兴组(P2c)灰岩;
三叠系下统夜郎组(T1y)灰岩与碎屑岩、茅草铺组(T1m)灰岩与白云岩;
三叠系中统松子坎组(T2s)碎屑岩与灰岩、狮子山组(T2sh)白云岩及白云质灰岩。
5、煤层
井田范围内含煤地层共含煤18层,可采或局部可采煤层6层,从上到下分别为M2、M3、M9、M16、M17及M18。
其中M16、M18为主要可采煤层;
M17为部分可采煤层;
M2、M3、M9等煤层仅局部可采。
主要煤层特征见下表1。
表1主要煤层特征表
含煤地层
煤层编号
可采范围厚度(m)
变异
系数(%)
结构
夹矸层数
可采性
稳定性
层间距(m)
视密度
(t/m3)
顶底板岩性
两极值
平均值
顶板
底板
二迭系龙潭组
M16
0.86~7.65
2.88
29.6
简单
1~2
全区可采
较稳定
5.04~23.43
11.08
3.00~26.10
11.84
1.43
粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩
以粘土岩为主,并富产植物化石
M17
0~2.32
1.20
57.1
部分可采
不稳定
/
粉砂岩、泥质粉砂岩
M18
0.3~7.50
3.18
33.3
1.51
黑色(含)炭质泥岩为其特征
粘土岩、炭质泥岩,并含大量植物根部化石
(1)M16煤层
M16煤层在本工作面内呈层状产出,厚度2.0m~7.65m,平均厚度2.8m。
变异系数29.6%;
煤层结构简单,稳定程度:
较稳定。
(2)M17煤层
位于M16与M18之间,煤层厚度0~2.32m,平均厚度1.2m,变异系数57.1%。
该工作面区域内M17煤层层位较稳定,呈层状、透镜状产出,属部份可采煤层。
煤层结构简单,一般不含夹矸。
(3)M18煤层
层位稳定,呈层状产出,为井田主采煤层,该工作面区域内M18煤层厚度0.3~7.50m,平均厚度3.18m,变异系数33.3%,煤层厚度变化不大。
煤层结构较简单,一般含1~2层夹矸,夹矸岩性为炭质泥岩及粘土岩。
(4)其它煤层
另有M2、M3、M9等煤层,连续性差、不稳定,仅局部可采。
M2煤层:
厚度0~2.16m,平均0.43m,局部达可采厚度。
M3煤层:
厚度0~1.70m,平均0.37m,仅局部可采。
M9煤层:
厚度0~1.20m,平均0.47m,局部可采。
(5)M16煤层顶、底板岩石性质
M16煤层顶底板岩石性质见下表:
煤层顶板情况
顶底板名称
岩石名称
厚度(m)
最大—最小
平均厚度(m)
岩性特征
老顶
细砂岩
8.80—11.40
10.10
灰~深灰色,成分以石英为主,长石及其它矿物次之,泥质胶结,夹有粉砂质、泥质条带,具有水平—波状层理。
局部垂直裂隙发育,岩石破碎,f=6—8。
直接顶
粉砂岩
0—4.89
灰黑色,质细均一,稍具滑感,富含植物茎叶化石,具有水平层理,局部含炭质成分,f=4—6
伪顶
炭质泥岩
0—0.36
黑色,块状构造,炭质含量较高,含砂质,f=2—3。
直接底
泥岩
0—0.50
深灰色~黑色,富含植物根化石,含少量粉砂质,遇水易膨胀,f=3—4。
老底
细、粉砂岩互层
1.65—12.26
6.95
浅灰黑色,成分以石英石为主,长石次之,泥质胶结,具有水平层理,裂隙发育,呈闭合状,夹薄层状细砂岩,较致密、坚硬,f=6—8。
6、工作面主要地质构造
工作面煤岩层总体趋势呈现东南高西北低,为一单斜构造,5º
~25º
,工作面东部及中西部发育背、向斜构造,并发育3条断层,受断层牵引影响产生揉皱小褶曲,产状变化较大。
(1)向斜:
位于工作面中西部,轴向NE~SW,幅度5~25m。
(2)背斜:
位于工作面东部,轴向NE~SW,幅度5~20m。
(3)断层:
运顺揭露F35逆断层(H=12m);
SF16(H=4.3m),轨顺揭露F4支2逆(H=0—40m)断层。
7、地温
本区地温梯度偏高~正常。
8、煤的自燃性质及煤尘爆炸性
贵州省煤田地质局实验室提供的鉴定报告为:
M16煤层为不易自燃煤层,M16煤层煤尘无爆炸性。
9、煤与瓦斯突出危险性
根据重庆煤科分院提供的M16煤层突出危险性鉴定结果:
“目前开采范围内不能认定M16煤层为突出煤层,随着开采范围的扩大,瓦斯压力达到或超过0.74MPa时,M16煤层即可确认为突出煤层。
”,在11604运顺M16瓦斯压力测定时,压力较小,均远小于0.74MPa,目前对11604综采工作面按无突出危险工作面进行管理。
二、工作面瓦斯情况
1、工作面瓦斯地质资料
通过对井田范围内煤芯瓦斯的测试和瓦斯成份分析,可采煤层中的瓦斯含量普遍较高。
现将11604综采工作面附近地勘钻孔中M16、M18煤层瓦斯含量统计如下表(表2)。
表211604综采工作面附近地勘钻孔中瓦斯含量值统计表
钻孔号
M16煤层
M18煤层
标高
瓦斯含量(m3/t)
Zk503
1197.18
10.88
1170.31
11.83
Zk603
1193.47
无
1150.25
10.89
J5-1
根据现场测得的煤层瓦斯压力和煤样的实验结果,得出了测压地点的煤层瓦斯含量。
测压地点煤层的瓦斯含量与附近相近标高地勘时期所测定的煤层瓦斯含量对比如表3。
表3现场测定结果与勘探资料对比表
测定地点
测定煤层
测点标高
地勘测点
直接测定
地勘含量
点号
主井564m里程
11.96
+1195
ZK503
+1170.31
主井1040m里程
15.47
14.90
+1166
ZK403
+1166.55
副井450m里程
9.97
9.01
+1212
ZK402
+1225.21
副井730m里程
10.79
12.84
+1170
+1195.36
+1197.18
由上表分析可知,实际测定的瓦斯含量与地勘时期所测定的瓦斯含量相比普遍偏高,经对比计算,实际测定的瓦斯含量是地勘瓦斯含量的1.0~1.21倍,因而11604综采工作面瓦斯含量按1.2倍进行调整。
调整后的11604综采工作面附近地勘钻孔中瓦斯含量值统计表如下:
(表4)
表4调整后11604综采工作面附近地勘钻孔中瓦斯含量值统计表
13.06
14.20
13.07
11604综采工作面在ZK503、ZK603、J5-1之间,因ZK603、J5-1钻孔没有测定M16煤层的瓦斯含量值,所以按ZK503钻孔中所测定的M16煤瓦斯含量的修正值作为11604综采面的平均瓦斯含量13.06m3/t。
M18煤层:
瓦斯含量为13.07~14.20m3/t,平均含量为:
13.64m3/t。
M17煤层:
瓦斯含量为12.13~13.19m3/t,平均含量为:
12.64m3/t。
2、11604工作面瓦斯涌出量预计
11604综采工作面的相对瓦斯涌出量按下式计算:
Q=Q1+Q2+Q3m3/t
式中:
Q—工作面相对瓦斯涌出量,m3/t;
Q1—开采层(本煤层)相对瓦斯涌出量,m3/t;
Q2—邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t;
Q3—围岩相对瓦斯涌出量,m3/t。
其中:
(1)开采层相对瓦斯涌出量按下式计算:
Q1=M(K1+K2)(W0-WK)/Mem3/t
M—开采煤层平均厚度,m;
Me—开采平均厚度,m;
K1—开采方法系数,K1=(L-2h)/L=(126-2×
13)/126=0.79;
L—回采工作面长度,m;
h—巷道煤体瓦斯排放带宽度,m,无烟煤取h=13m;
K2—煤柱影响系数,K2=∑l/L;
l—残留煤柱宽度,m;
W0—开采层(本煤层)原始瓦斯含量,13.06m3/t;
WK—残余瓦斯含量,采至地面时煤的残余瓦斯含量,m3/t;
11604综采工作面无煤柱回采,一次采全高,采至地面煤的残余瓦斯含量WK为3.83m3/t。
则:
Q1=2.8×
(0.79+0)(13.06-3.83)/2.8=7.29m3/t
(2)邻近层相对瓦斯涌出量按下式计算:
Q2=∑W0i(Mi/M)ηim3/t
W0i——第i个邻近层原始瓦斯含量,m3/tm;
Mi——第i个邻近层厚度,m;
M——开采层的开采厚度,m;
ηi——第i个邻近层瓦斯排放率,%。
①下邻近层M17、M18煤层:
Q17=12.64×
(1.2÷
2.8)×
(40÷
100)=2.17m3/t
Q18=13.64×
(3.18÷
(16÷
100)=2.48m3/t
M17煤在11604采面处的瓦斯含量为:
12.64m3/t;
M18煤在11604采面处的瓦斯含量为:
13.64m3/t;
②上邻近M2、M3、M9煤层:
Q2/=10.92×
(0.43÷
(61÷
100)=1.02m3/t
Q3=10.92×
(0.37÷
(70÷
100)=1.01m3/t
Q9=10.92×
(0.47÷
(84÷
100)=1.54m3/t
则:
邻近层相对瓦斯涌出量
Q2=Q2/+Q3+Q9+Q17+Q18=1.02+1.01+1.54+2.17+2.48=8.22m3/t
(3)围岩相对瓦斯涌出量按下式计算:
Q3=Kn*Q1m3/t
Kn——系数,全冒落管理顶板时,取0.25
Q3=0.25×
7.29=1.82m3/t
11604综采工作面相对瓦斯涌出量:
Q=Q1+Q2+Q3=7.29+8.22+1.82=17.33m3/t
11604综采工作面绝对瓦斯涌出量统计如下:
(表5)
表511604综采工作面回采期间的绝对瓦斯涌出量统计表
序号
瓦斯涌出量
预计结果
日产量
(t)
瓦斯相对涌出量(m3/t)
瓦斯绝对涌出量(m3/min)
1
11604综采工作面
2500
17.33
30.09
注:
每天按正常生产24小时计,绝对瓦斯涌出量按最大预计
三、工作面通风情况
矿井采用中央并列抽出式通风,主井、副井进风,风井回风。
风机型号BDK-8-№31-2×
400KW,一台工作,一台备用。
矿井总进风量为10474m3/min,总排风量为10584m3/min,有效风率为86.27%。
配套电机为防爆电动机(10kV,400kW,740r/min),每台风机配两台电机,目前只配备一台电机。
矿井采用通风机倒转反风。
综采工作面回采前在11604探煤巷上口用砖建挡风墙一道(带调节窗),在11604运顺回风联络巷用砖建挡风墙一道(带调节窗)。
11604综采工作面前期通风为:
11604运顺、11604轨顺进风,11604补轨顺、11604补轨顺联络巷、11600运顺回风(11604轨顺进风量控制在400~450m3/min)。
11604综采工作面前期通风情况详见附图一:
《11604综采工作面前期通风系统示意图》。
11604综采工作面后期通风为:
11604运顺进风,11604轨顺回风。
11604综采工作面后期通风情况详见附图二:
《11604综采工作面后期通风系统示意图》。
四、矿井瓦斯抽放系统
1、矿井于2004年12月18日安装完善了地面高、低负压两套瓦斯抽放系统进行集中抽放,其中:
高负压选择两台SKA-420型瓦斯抽放泵,最大抽放负压68059Pa,最大抽放量158m3/min,抽放干管规格为DN245×
7mm;
低负压选择两台SKA-500瓦斯抽放泵,最大抽放负压44048Pa,最大抽放流量210m3/min,抽放干管规格为DN560×
10mm。
2、11604运顺现已安装一趟PE200型抽放管,11604轨顺现已安装一趟PE150型抽放管,用来抽放本煤层、穿层及高位抽放钻孔瓦斯。
还需在11600运顺、11604补轨顺联络巷安装一趟PVC400型抽放管,11604补轨顺埋管安装一趟DN300和DN200型焊铁管用来抽放采空区瓦斯。
详见附图三:
《11604综采工作面抽放管路布置示意图》。
五、矿井安全监控系统
1、矿井已经选购了一套国内较先进的KJ90煤矿安全与生产监控系统,能够准确及时监测井下的瓦斯、风速等环境参数及主要设备的开停和风门的开关状态。
同时能监测地面主扇及瓦斯抽放泵的运行状况。
主要安装了高低浓度瓦斯传感器、风速传感器、一氧化碳传感器、水位传感器、风机开停传感器、风门开关传感器等。
2、现已在11604综采工作面安装了监测监控装置,用于监测工作面瓦斯涌出。
详见附图四:
《11604综采工作面前期监测监控系统布置示意图》;
附图五:
《11604综采工作面后期监测监控系统布置示意图》。
第二节工作面瓦斯综合治理方案
按照国家“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理方针,本着“抽放为主、风排为辅”的瓦斯治理原则,采取“密钻孔、严封闭、综合抽”实施瓦斯综合治理。
一、采取多种瓦斯抽放方法,抽放11604工作面的瓦斯。
11604综采工作面采取回采前掘进期间预抽煤层瓦斯,回采期间本煤层顺层钻孔抽放、底板穿层钻孔抽放、高位钻孔抽放和采空区埋管抽放的方法和措施。
1、掘进期间预抽煤层瓦斯
在11604综采工作面形成之前,11604运顺、轨顺掘进时施工巷帮钻场钻孔对M16煤实施“边抽边掘”。
在11604轨顺、11604运顺掘进期间,分别在巷道两帮每隔50~60米施工一组抽放钻场,每个钻场沿煤层走向方向施工6个超前钻孔抽放本煤层瓦斯,钻孔间距0.4米,终孔深度80~100米,封孔深度7米,开孔孔径87mm,终孔孔径65mm,累计钻孔进尺12600米。
根据11602、11609综采工作面抽放情况,预计抽放率可达到10%。
Q预抽=Q*η=30.09×
10%=3.01m3/min
2、回采期间的瓦斯抽放。
(1)本煤层顺层钻孔抽放本层瓦斯
在11604轨顺、运顺沿煤层倾向分别施工单排平行顺层钻孔进行抽放,每5m一个钻场,每个钻场施工一个钻孔,共施工246个钻场。
钻孔孔深约70m,钻孔开孔孔径87mm,终孔孔径75mm,开孔孔深7米。
在11604轨顺向11604补综采工作面施工单排平行顺层钻孔进行抽放,每5m一个钻场,每个钻场施工一个钻孔,共施工42个钻场。
钻孔孔深35m,钻孔开孔孔径87mm,终孔孔径75mm,开孔孔深7米,详见附图六:
《11604综采工作面顺层平行钻孔布置图》和附图七:
《11604补面顺层平行钻孔布置图》。
11604轨顺、运顺累计施工钻孔进尺约18690m。
根据11602采面的具体应用情况该抽放方法抽放率最高可达25%。
Q顺层=Q*η=30.09×
25%=7.52m3/min
(2)底板穿层钻孔抽放M17、M18煤层瓦斯
为防止11604综采工作面回采时M17、M18煤层煤体内大量的卸压瓦斯涌入11604综采工作面,在M16煤层开始回采前和回采过程中,在11604轨顺沿煤层倾向向M17、M18煤层施工穿层钻孔抽放M17、M18煤层煤体内的卸压瓦斯,以减少M16煤层回采时的瓦斯涌出量。
共施工61个钻场,每个钻场施工4个钻孔,钻场间距10米,开孔孔径87mm,终孔孔径65mm,钻孔孔深34~110米之间,开孔孔深7米,累计施工钻孔进尺17202m,详见附图八:
《11604综采工作面穿层平行钻孔布置图》。
上述抽放方法在11602综采工作面抽放率相对较低,目前采用上述抽放方法的瓦斯抽放率可达9%。
QLC=Q*η=30.09×
9%=2.71m3/min
(3)高位钻孔抽放
为防止11604综采工作面回采时采空区内的瓦斯涌入11604综采工作面及上隅角,在综采工作面回采时在11604轨顺(11604补轨顺)内向M16煤层顶板打高位抽放钻孔。
高位抽放钻孔终孔点距M16煤顶板15~18m。
共施工8个钻场(利用掘进时已有的钻场),钻场间距80米,每个钻场施工4个钻孔,开孔孔径94mm,终孔孔径75mm,每个钻孔孔深100米,开孔深度7米,共计钻孔个数44个,钻孔进尺3200米,详见附图九:
《11604综采工作面高位抽放钻孔布置图》。
上述抽放方法在11602综采工作面试验可知,采用上述抽放方法时瓦斯抽放率可达6%左右。
QGC=Q*η=30.09×
6%=1.81m3/min
(4)采空区(高位)埋管抽放
采面回采过程中在11604补轨顺埋管抽放采空区瓦斯。
在11604补轨顺每隔40m施工一个上向钻孔:
钻孔方位角为90度,往采煤帮钻孔倾角75度,开孔孔径300mm,终孔孔径300mm,每个钻孔孔深18米,共施工6个钻孔,钻孔总进尺108m。
需沿11600运顺和11604补轨顺联络巷安装一路PVC400型抽放管。
在11604补轨顺安装一路DN300型焊铁管,并每隔40m安装一个DN300变DN200的异径三通,并安装40mDN200型焊铁管和一个DN200型站管(站管壁厚4mm的焊铁管,每个钻孔安装18m),站管上端1.5m范围内钻上筛孔(筛孔直径为10mm、孔间距为25mm、行间距为50mm),需要安装DN300型焊铁管200m、DN200型焊铁管310m。
所有的埋管管路埋入净深度不小于300mm。
11604补面回采结束后在11604补轨顺北段开门点处建密闭墙,在11604补轨顺联络巷上口处建两道密闭墙,两道密闭墙的间距为15m,在两道密闭墙内再埋入一路PVC400型抽放管抽放采空区瓦斯。
上述抽放方法抽放采空区瓦斯抽放率预计可达17%左右。
17%=5.12m3/min
抽放瓦斯总量为:
3.01+7.52+2.71+1.81+5.12=20.17m3/min
通过抽放计算可知需风排的瓦斯量为:
30.09-20.17=9.92m3/min。
二、综采工作面风量计算
11604工作面井下人员需求、稀释瓦斯、风速等要求,且使总回风流中瓦斯浓度不超过1%,工作面风量采用以下两种方法计算,并选取其中的最大值。
11604工作面的实际需要风量,应按稀释和冲淡抽放以后的工作面瓦斯涌出量要求,根据风速以及人数分别进行计算后,采取其中最大值。
经分析认为,本矿井地温不高,综采工作面人数少,一般不超过60人,因此,影响工作面风量确定的主要因素是瓦斯涌出量和风速。
(一)按11604综采工作面及11604补面合采时风量计算:
1、按瓦斯涌出量:
Q=100×
q×
k/CCH4
Q——工作面需配风量,m3/min;
q——经抽放后需风排瓦斯量,m3/min;
k——采煤工作面瓦斯涌出不均衡备用风量系数,该数值应经过观察实测后取得;
通常综采工作面取1.2~1.6,实际按1.5计算。
CCH4——工作面最高允许浓度,取0.8。
即:
9.92m3/min×
1.5÷
0.8=1860m3/min。
设计计算考虑了一定的备用风量,则11604综采工作面和11604补面按1900m3/min(即31.67m3/s)配风。
2、按工作面人员数量计算
Q采=4N=240m3/min
N—采煤工作面同时工作的最多人数,60人;
3、按风速验算
最小采高2.0m最小控顶距4.2m时,工作面通风断面S最小断面=8.4m2,综采工作面风速V=Q/S=为3.77m/s。
根据设计选取采面配风31.67m3/s,采面风速为3.77m/s,则0.25m/s<3.77m/s<4m/s(符合《煤矿安全规程》规定)。
(二)若按11604综采工作面单采时风量计算:
11604采面瓦斯涌出量计算:
q=126/(126+40)×
9.92m3/min=7.53m3/min
q——经抽放后需风排放瓦斯量,m3/min;
k——采煤工作面瓦斯涌出不均衡的备用风量系数,该数值应经过观察实测后取得;
7.53m3
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- 11604 工作面 瓦斯 综合治理 方案