工作面瓦斯抽采设计之欧阳家百创编

织金县三甲煤矿

欧阳家百（2021.03.07）

12104工作面

瓦斯抽采设计

编制人：

编制时间：2014年3月15日

目录

第一章概况4

一、工作面概况5

二、矿井和工作面通风情况6

三、矿井安全监测监控系统6

四、瓦斯抽放系统7

第二章工作面瓦斯涌出量预计7

第三章 12104回采工作面瓦斯抽采设计9

一、12104工作面瓦斯抽采方案9

（一）瓦斯抽采方法选择9

（二）瓦斯抽采管路的铺设9

（三）瓦斯抽采计量装置布置10

第四章瓦斯抽采方法10

（一）掘进期间迎头顺层瓦斯抽采方法10

（二）本煤层瓦斯抽采方法13

第五章瓦斯抽采系统安装拆除安全技术措施17

第六章瓦斯抽采泵站运行安全技术措施17

12104工作面掘进、回采期间瓦斯抽采设计

第一章概况

设计说明

12104工作面布置在M21煤层标高+1066 m以上，根据煤与瓦斯突出危险性鉴定报告，M16煤层在标高+1025m以上的M21煤层属于无突出危险性煤层。为确保矿井安全顺利生产，执行“多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标”的原则。根据12104工作面煤层地质条件、瓦斯赋存等实际情况，对该工作面的瓦斯抽采设计方案如下：

设计依据

（1）《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，煤炭工业出版社，2012.03；

（2）AQ1026-2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》，煤炭工业出版社；

（3）AQ1027-2006《煤矿瓦斯抽采规范》，煤炭工业出版社，2007.04；

（4）《煤矿安全规程》，煤炭工业出版社，2010.03；

（5）《防治煤与瓦斯突出规定》，煤炭工业出版社，2009.07；一、工作面概况

二、矿井和工作面通风情况

矿井采用中央并列式抽出通风，矿井主通风机选用

FBCDZNo18二台（一台工作、一台备用）；配用电机功率132KW×2；风量范围22.2～58m3/s,风压范围1020～2600pa。装备有主通风机在线监控系统，能随时对矿井通风能力及设备运转状况进行监控。矿井总进风量约3012m3/min，总排风量约3042 m3/min。

掘进期间：

12104进风巷

新鲜风流：地面→主、副井→21#煤运输下山局部通风机及风筒→12104进风巷迎头。

乏污风流：12104进风巷迎头→12104进风巷回风绕道巷→21#煤回风下山→总回风→引风道→地面。

12104回风巷

新鲜风流：地面→主、副井→21#煤运输下山局部通风机及风筒→12104回风巷。

乏污风流：12104回风巷迎头→12104回风绕道→21#煤回风下山→总回风→引风道→地面。

回采期间：

进风风流线路

副井（主井）→井底车场→21#煤运输下山→12104运输顺槽→12104工作面。

回风风流线路

12104工作面→12104回风巷→21#煤回风上山→总回风巷→回风立井→地面。

三、矿井安全监测监控系统

矿井安全监测监控系统采用煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90NB型矿用综合安全监测监控系统，该系统有煤安MA标志，采用时分制分布式结构，由地面中心站、服务器、井上下分站、电源箱、各种智能传感器、断电器、传输电缆和系统软件组成，具有甲烷超限断电和风电、瓦斯闭锁功能；具备屏幕显示监测、存储数据、打印报表功能；系统主机或电缆发生故障时，系统中使用的分站能保证甲烷断电仪和风电闭锁的功能；能实现多屏显示和超限断电与远程控制断电。井上、下装有甲烷、温度、风速、设备开停、负压、风门开关等传感器，监测监控范围覆盖所有采掘工作面、主要硐室、主要进回风顺槽等地点，采掘工作面等区域实现了风电闭锁和瓦斯电闭锁。

四、瓦斯抽放系统

矿井配备两套瓦斯抽放系统，其中一套高负压抽放系统抽放本煤层瓦斯，选用2BEA-303型水环真空泵3台(一台工作，二台备用），担负该矿的高负压瓦斯抽放，最大抽气量57m3/min，极限真空33hpa ，功率为90kW，主管路￠250mm。

其中一套低负抽放系统抽放采空区瓦斯，选用2BEC40型水环真空泵2台(一台工作，一台备用），担负该矿的低负压瓦斯抽放，最大抽气量164m3/min，极限真空160 hpa，功率为185kW，主管路￠300mm。

第二章工作面瓦斯涌出量预计

12104工作面瓦斯来源主要有本煤层、邻近煤层（含围岩）的瓦斯。

12104工作面瓦斯涌出量预测方法采取分源预测法。

一、12104工作面掘进期间瓦斯涌出量：

根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018—2006）计算12104工作面掘进期间瓦斯涌出量：12104工作面掘进工作面瓦斯涌出量预测

q掘＝ D×v×q o×(2-1)+S×v×γ×(Wo-Wc)式中：

q掘—掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；

D—巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层取2m；

V—巷道平均掘进速度，0.00417m/min；

L—巷道长度，m；

q o—煤壁瓦斯涌出强度，（m2/min）；

q o＝0.026[0.0004(Vr)2+0.16]×W o

Vr—煤中挥发分含量，％；

S—掘进巷道煤断面积，m2；

W0—煤层瓦斯原始含量，m3/t；

W C—煤层残存瓦斯含量，m3/t；(实测数据）

γ—煤的密度，t/ m3；

12104工作面掘进瓦斯涌出量计算表

二、12104工作面回采期间瓦斯涌出量：

根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018—2006）计算12104工作面回采期间瓦斯涌出量：

12104工作面回采期间绝对瓦斯涌出量预测

Q采＝Q1+Q2

式中：

Q采—回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；

Q1—开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；

Q2—邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；

（1）开采层相对瓦斯涌出量计算

矿井开采的煤层为薄-中厚煤层，一次采全高，按照AQ1018-2006标准附录A按下式计算：

Q1＝K1×K2×K3×（W o—Wc）m /M

式中：

Q1—开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量，m3/t；

K1—围岩瓦斯涌出系数，取 1.30；

K2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，K2=1/η，η为工作面回采率，95%；

K3—分区内准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响系数。采用长壁后退式回采时，K3按下式确定：K3＝（L-2h）/L=0.84；

L—工作面长度，132m；

h—巷道瓦斯排放带宽度，12m；

W o—煤的原始瓦斯含量，m3/t；

W c—煤的残存瓦斯含量，m3/t。（实测数据）

（2）邻近层相对瓦斯涌出量计算

式中：

q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。

m i——第i个邻近层煤层厚度，m。

M——工作面采高，m。

ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，%,参照AQ1018-2006标准附录D选取。

12104回采期间工作面瓦斯涌出量表

第三章 12104回采工作面瓦斯抽采设计

一、12104工作面瓦斯抽采方案

（一）瓦斯抽采方法选择

根据12104工作面实际情况，12104工作面掘进期间采用迎头抽放顺层瓦斯、回采区域选用本煤层施工钻孔预抽回采区域煤层瓦斯的抽采方法及采空区埋管抽放瓦斯法。

（二）瓦斯抽采管路的铺设

12104工作面迎头抽放（本煤层）抽采系统：（高负压）

12104进风巷迎头（切眼）顺层钻孔及进风巷本煤层钻孔→12104进风巷?150mm瓦斯抽放管→21#回风下山高负压?250mm 瓦斯抽放管→总回风井→地面高负压抽放泵站→排空。

12104回风巷（切眼）迎头瓦斯抽放钻孔及回风巷本煤层抽采钻孔→12104回风巷?150mm瓦斯抽采管→21#煤回风上山?250mm瓦斯抽采主管→总回风井→地面高负压抽放泵站→排空。

12104工作面采空区埋管瓦斯抽采系统及高位钻孔抽采系统：（低负压）

12104采空区上隅角→12104回风巷?250mm瓦斯抽采管→21#o煤回风上山?300mm瓦斯抽采主管→地面低负压抽放泵站→排空。

（三）瓦斯抽采计量装置布置

掘进期间12104进、回风巷各使用两套瓦斯计量装置（GLY-8

型)，一套安装到工作面迎头，监控迎头瓦斯抽放期间瓦斯抽放参数（移动），一套安装在两巷开口处，监控本煤层及迎头瓦斯抽放参数（固定）。

回采期间低负压管道在回风巷口安装一套瓦斯计量装置（GLY-8型)，监控采空区及高位瓦斯钻孔瓦斯抽采参数。

第四章瓦斯抽采方法

（一）掘进期间迎头顺层瓦斯抽采方法

12104进风巷、回风及切眼采取迎头施工顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯；在12104进风巷、回风及切眼迎头沿巷道掘进方向使用ZY-750D型钻机，施工9个50米～84米深的抽放钻孔，钻孔直径为75毫米，终孔孔间距为6米（终孔抽放半径是根据本矿实测数据确定），封孔深度为8米，并做到打一个孔封一个孔，封一个孔抽一个孔，钻孔控制范围为巷道周界外≧15米。

（二）本煤层瓦斯抽采方法

12014采面采用运输顺槽按方位角320度，倾角+8度向回风巷施工布置瓦斯抽放钻孔，布置瓦斯抽放钻孔预抽煤层瓦斯，使用ZY-750钻机，75mm合金钻头，(根据织金县三甲煤矿21#煤层瓦斯抽采钻孔实测有效抽采半径报告）确定孔间距为6米，孔深108米。

根据12104工作面煤层倾角来确定工作面本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度，具体做法：采用地质罗盘测定钻孔施工方位，坡度

规测量出掘进巷道煤层顶板倾角，此倾角即为本煤层瓦斯抽采钻孔施工角度。迎头封孔方法进行。

（附瓦斯抽放设计图）

14102工作面本煤层瓦斯抽放高负压管路采用二趟Φ150mm 聚乙烯瓦斯管路，布置在12104运输顺槽，瓦斯抽放管布置在巷道里帮，距顶300mm，距帮300mm。利用原顶板锚索每间隔2.4m 设置1个吊点，从停采线往里Φ150mm聚乙烯瓦斯抽放管路与短接三通间隔相接，每个短接三通上留一个分支钻孔管路，分支钻孔管路与各个瓦斯抽放钻孔采用抽采专用胶管相连接，在各联抽器上安装手动放水器，Φ150mm聚乙烯瓦斯抽采管路与矿井总回风巷Φ200mm瓦斯抽采管路相连接，建立高负压抽采系统。

（三）高负压本煤层瓦斯抽采管路选择

（1）管径的选择

瓦斯管内气体流速，一般取5～10m/s，本次流速取8m/s，管道直径按下式计算。

D=0.1457（Q/V）1/2

式中 D----抽放瓦斯管内径，单位m；

Q----瓦斯管中混合瓦斯流量，取13m3/min ；

V----瓦斯管内的气体流速，取8m/s；

0.1457----修正系数。

将有关数据代入D=0.1457（Q/V）1/2

D=0.1457（13/8）1/2=0.118（m）

实际根据现有管材管道内径为150mm的聚乙烯瓦斯抽放管符

合要求。

（2）管路壁厚验算

A=Pmax×D/2Pn

式中： A----管道壁厚，cm；

Pmax----管道最大工作压力,取0.04MPa；

Pn----管道允许压力，取0.8MPa;

D----抽放瓦斯管内径，取15cm。

将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn)

A=0.04×15/(2×0.8)=0.375cm

根据计算，选择Φ150×6m聚乙烯瓦斯抽放管，现抽放管道壁厚2cm，能满足要求。

2、瓦斯抽采管路阻力计算

（1）管道系统阻力计算

Hf=9.81Q2×γ×L/（K×D5）

式中： Hf----管道摩擦阻力,单位为Pa；

Q----管内气体流量，单位为m3/h，取13m3/min；

γ----混合瓦斯对空气的相对比重，取0.889；

L-----管道长度，该线路Φ150mm管道约为420m；

K-----与管径有关系数，取0.71；

D-----管道内径，取15cm。

将有关数据代入Hf=9.81Q2×γ×L/（K×D5）

Hf=9.81×（13×60）2×0.889×420/（0.71×155）

≈4563（Pa）

（2）管道局部阻力，一般按管道摩擦损失的10%～20%计算，取20%。

管道局部阻力为:

H=4563×20%=912.6（Pa）

管道总阻力为：

H=912.6+4563=5475.6（Pa）

3、瓦斯抽采系统所需负压

瓦斯泵的压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外，还必须有一部分做为抽采处的负压，所以瓦斯抽采需要的负压为：H=1.2（ΣHf+Hd）

式中： 1.2为瓦斯泵备用系数

H----抽采瓦斯泵的负压，Pa

ΣHf---管道阻力和，Pa

Hd----要求钻孔口的负压，取13000 Pa

将有关数据代入H=1.2（ΣHf+Hd）

H=1.2×（5475.6+13000）

≈22170.72（pa）

选用2BEA303型地面固定高负压瓦斯抽放泵，其正常可提供抽采负压为30～40kPa，能满足抽放需要。

（四）采空区低负压埋管

为解决工作面上隅角瓦斯，在12104工作面回风巷安装一趟压负压抽放管道，每隔12米分别安装三通一个，当回采到三通处时，上隅角处的三通上安装筛孔竖管，砌隔离抽放采空区瓦斯；如埋管不能有效解决上隅角瓦斯时，增加插管抽放上隅角瓦斯，

插管采用3根直径3寸的弹簧管一端联接到后一个三通上，别一端埋在上隅角隔离墙内，距墙30cm、距顶板30cm。

1、瓦斯抽采管路选择

（1）管径的选择

瓦斯管内气体流速，一般取5～20m/s，本次流速取20m/s，管道直径按下式计算。

D=0.1457（Q/V）1/2

式中 D----抽放瓦斯管内径，单位m；

Q----瓦斯管中混合瓦斯流量，取20m3/min ；

V----瓦斯管内的气体流速，取12m/s；

0.1457----修正系数。

将有关数据代入D=0.1457（Q/V）1/2

D=0.1457（20/12）1/2=0.188（m）

实际根据现有管材管道内径为250mm的PVC瓦斯抽采管符合要求。

（2）管路壁厚验算

A=Pmax×D/2Pn

式中： A----管道壁厚，cm；

Pmax----管道最大工作压力,取0.04MPa；

Pn----管道允许压力，取0.8MPa;

D----抽放瓦斯管内径，取25cm。

将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn)

A=0.04×25/(2×0.8)=0.625cm

根据计算，选择Φ250×6m铁皮瓦斯抽采管，抽采管道壁厚13.3mm，能满足要求。

2、瓦斯抽采管路阻力计算

（1）管道系统阻力计算

Hf=9.81Q2×γ×L/（K×D5）

式中： Hf----管道摩擦阻力,单位为Pa；

Q----管内气体流量，单位为m3/h，取20m3/min；

γ----混合瓦斯对空气的相对比重，取0.889；

L-----管道长度，该线路Φ250mm管道约为420m；

K-----与管径有关系数，取0.71；

D-----管道内径，取25cm。

将有关数据代入Hf=9.81Q2×γ×L/（K×D5）

Hf=9.81×（20×60）2×0.889×420/（0.71×255）≈760.7（Pa）

（2）管道局部阻力，一般按管道摩擦损失的10%～20%计算，取20%。

管道局部阻力为H=760.7×20%=152（Pa）

管道总阻力为：H=152+420=572（Pa）

以上均符合要求。

3、瓦斯抽采系统所需负压

瓦斯泵的压力除了克服管道摩擦阻力与局部阻力损失外，还必须有一部分做为抽采处的负压，所以瓦斯抽采需要的负压为：H=1.2（ΣHf+Hd）

式中：1.2为瓦斯泵备用系数

H----抽采瓦斯泵的负压，Pa

ΣHf---管道阻力和，Pa

Hd----要求负压，不大于取4000 Pa

将有关数据代入H=1.2（ΣHf+Hd）

H=1.2×（572+4000）

≈5486（pa）

选用2BEC42型地面固定低负压瓦斯抽放泵，其正常可提供抽采负压为25～35kPa，能满足抽采需要。

第五章瓦斯抽采系统安装拆除安全技术措施

一、瓦斯抽采系统安装技术要求

1、管道、放水器等入井前必须进行防腐，先对管道除锈，刷沥青漆一遍；铺设完后，再刷沥青漆一遍；在井下长期使用的所有管道每年进行一次防腐，避免管道锈蚀；井下瓦斯抽采管道及

放水器要进行编号管理。

2、管道吊挂在巷道帮、顶部，管道必须距巷道顶板以下0.3m 处，但不大于0.5m；吊挂用12#铁丝，要求每根管道吊挂不少于2处，吊挂铁丝直接固定在巷道已有的顶帮锚杆上。

3、运输顺槽内管道安装要求：瓦斯管道安设在皮带机或链板机正上方，距顶板以下0.3m处，管道安设保证不漏气、尽量平直、避免出现大角度拐弯等。

4、管道之间用法兰盘连接，3mm厚的橡胶垫做密封，确保管道系统严密不漏气。

5、抽采管道严禁与带电导体(电缆、信号线等)布置在巷道同侧，管道与电缆交叉时必需相距0.3m以上。

6、管道要求铺设平直，连接避免拐死弯，弯头大于90°。放水器必须在每个巷道低洼处、易积水点安设，距离较长、平直的巷道不大于500m需安装一处放水器，确保每段巷道的积水有效排除。

7、抽采钻孔必须设置检查、记录牌板，牌板吊挂必需符合质量标准化要求。

第六章瓦斯抽采泵站运行安全技术措施

1、瓦斯泵司机必须经过专门的培训学习，并持证上岗，严格按《操作规程》开启、停止瓦斯泵。

2、泵站开启后，认真观察泵的运行、各项监测监控仪器仪表情况，定时观测瓦斯浓度、流量、压力，认真做好记录，出现异常及时报告，查明情况，向矿领导及调度汇报，确保抽采泵安全运转。

3、如一台泵出现异常，另一套能力相同的泵及时开启，泵站必须为双回路供电，确保运转正常。

4、抽采系统投入使用前，必须进行抽采泵及附属设备的调试，确保运转正常，方可开泵。

5、瓦斯泵房内的电器设备防爆性能必须良好，严禁失爆，接

地保护齐全、完好。

6、处理瓦斯泵事故、检修时，开启另一台泵替换，更换钻场需要停泵时，必须提前向矿写书面申请，停泵前汇报矿调度、通风调度，以便采取有效措施防止工作面瓦斯超限。

7、抽采钻场内应加强通风，防治管路、孔口泄漏，造成瓦斯积聚，构成安全隐患。

8、抽采人员必须定期对抽采管道系统进行检查，抽采钻场、钻孔必须每班进行检查，发现管道、钻孔泄漏、管道堵塞或积水等及时处理，若处理时有安全隐患应及时汇报矿调度和科室领导。

三、其它未及之处严格按《煤矿安全规程》、《操作规程》等执行。

12104工作面瓦斯抽采设计图1204运输顺槽

12104采面

1204回风顺槽

1204回风进料巷