611工作面掘进、回采期间瓦斯抽放设计(最新)

11611工作面掘进、回采期间瓦斯抽采设计

第一章工作面地质概况

一、11611工作面地质概况

11611工作面位于一采区南翼，西侧11613工作面尚未采掘，东侧11609工作面正在回采。工作面设计走向长度520米，可采长度520米，倾斜长度为110米。

该工作面所采的16煤层属二叠系山西组中段煤层，煤层总厚2.0-2.4米，平均厚度2.2米；区内煤层稳定，结构简单煤层稳定，局部含两层左右黑色泥岩夹矸层，夹矸层厚0.1-0.3米，煤层倾角0-14°，平均7°。

11611工作面直接顶为深灰色砂质泥岩，厚度约4.6米；老顶以细至粉砂岩为主，厚度为9.34米，其特征为灰黑色泥岩，性脆局部含沙，节理裂隙发育未充填，半坚硬；直接底为灰黑色砂质泥岩、局部含砂，上部具菱铁质结核，大小不等，半坚硬及坚硬，含植物化石；老底为K3砂岩，厚度约9.2米，浅灰色细粒砂岩，中厚层状，水平层理，层面含云母碎屑及有机质，坚硬，分选中等，具裂隙未充填。附11611工作面预想煤岩柱状图。

二、掘进方式、采煤方法

1、回采工作面的运输巷和回风巷采用爆破掘进。

2、工作面开采方法采用走向长壁式后退式开采，顶板管理采用全部垮落法管理顶板法。

三、瓦斯来源和通风方式：

1、11611工作面掘进期间瓦斯来源：

现11611工作面运巷、尾巷正在掘进过程中，工作面瓦斯来源主要为本煤层瓦斯，同时由于我矿所采二叠系下统山西组中段顶部煤层，煤体比较硬，透气性一般，有利瓦斯储存。11611工作面在掘进过程中，工作面瓦斯来源包括巷道煤壁瓦斯涌出和掘进落煤中的瓦斯涌出两部分。根据邻近的11609工作面掘进期间瓦斯涌出量预计11611运、回巷掘进期间瓦斯涌出量可达4.15m3/min，所以按照《煤矿安全规程》规定，必须进行瓦斯抽放。

2、11611工作面回采期间瓦斯来源包括本煤层、围岩和邻近层、采空区：

（1）、本煤层瓦斯涌出：我矿所采二叠系下统山西组中段顶部煤层（16#），煤体比较硬，透气性一般，有利瓦斯储存。本煤层瓦斯涌出量约占工作面总涌出量的40%左右，是主要瓦斯涌出之一，根据治理瓦斯的分源治理原则，需进行瓦斯抽采工作。

（2）、围岩瓦斯涌出：因我矿煤层顶底板多为砂质泥岩，孔隙、裂隙相当发育，成煤时期储存较多，在回采过程中，随着老顶周期来压，其中瓦斯一部分升至裂隙带，一部分随采空区漏风带到工作面及尾巷，直接影响工作面和上隅角瓦斯浓度，约占总涌出量的60%，为主要瓦斯涌出量。

（3）、邻近层瓦斯涌出：下邻近煤层离本开采层距离较大（约127余米），对本开采层瓦斯涌出无影响，上邻近14#煤层距本煤

层6—15m，开采后随顶板垮落，应力重新分配后主要涌向采空区，经排瓦斯横贯进入尾巷，影响尾巷内的瓦斯浓度，对工作面无太大影响，一并计入采空区瓦斯涌出量中。

3、通风方式：

11611工作面采用全负压的通风方式，即运输巷进风，回风巷回风。

4、工作面瓦斯含量、瓦斯储量、预抽时间、抽采瓦斯量、抽采率、抽采达标情况。

矿井属高瓦斯矿井。据2011年贵州省能源局文件黔能源煤炭［2012］792号关于毕节地区工业和能源委员会《关于呈报2012年度煤与瓦斯等级鉴定结果的报告》的批复，矿井为高瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为10.8m3/min。相对瓦斯涌出量为1.88m3/t.

根据贵州兴源科技有限责任公司所作开《采方案设计》、《安全专篇》根据AQ标准预测，我矿浅部开采的M16煤层瓦斯含量22.08m3/t；开采深部（埋深为300m以上），M16煤层瓦斯含量为26.07m3/t。

11611工作面参照11609工作面预计，在正常生产过程中绝对瓦斯涌出量可达11.2m3/min，相对瓦斯涌出量1.64 m3/ t。11611工作面煤炭储量18.245万吨，其瓦斯总储量为402.889万立方米。

根据矿井生产安排，11611工作面从5月份开始掘进到工作面形成系统，预计工作面预抽时间可达10个月以上。11611工作面预计布置212个本煤层孔，根据实际情况，按照单孔抽放

0.03m3/min计算，预计10个月可以抽放瓦斯274.752万立方米。

根据相邻的11609工作面抽采情况，11611工作面掘进期间瓦斯抽采率预计可达到30%以上，回采期间瓦斯抽采率预计可达到40%以上，从而保证回采工作面的抽采达标生产。

四、瓦斯抽采的可行性和必要性。

1、苍海煤矿实测瓦斯可抽性指标：

百米钻孔瓦斯流量衰减系数a=0.0142d-1

煤层透气性系数λ=0.8043 m2/Mpa2d

百米钻孔极限自然瓦斯流量Q=1690.93 m3

苍海矿所开采的16煤层从钻孔瓦斯流量衰减系数和煤层透气性系数来判断属于可抽煤层，从百米钻孔极限自然瓦斯流量判断又属于较难抽采煤层，根据矿井生产过程中的实际情况判定，苍海煤矿所开采的16煤层属于可以抽采煤层，具有本煤层抽采的条件。

2、根据贵州兴源科技有限责任公司对我矿瓦斯危险程度预测，本矿井内14#煤层大部分地区位于瓦斯带内，瓦斯含量具有随煤层埋藏深度增加而增加的趋势。根据回采工作面、掘进工作面瓦斯涌出量预测结果，本矿井前期开采煤层具备瓦斯抽放条件。

3、根据现总公司的要求，本着“抽采为主，风排与管理并重”的综合治理原则，第一步搞好边采（掘）边抽，解决瓦斯异常涌出和超限，第二步开展区域预抽，实现高瓦斯矿井低瓦斯状态下开采。

第二章 11611工作面抽采设计

一、11611回风巷、运输掘进期间抽采设计

1、11611回风巷掘进期间瓦斯抽采设计

11611回风巷采用边掘边抽的方法进行瓦斯抽采。因11608回风巷正在掘进过程中，故根据工作面实际掘进情况进行钻孔参数的设计。抽采钻孔布置在11611回风巷前进方向右帮，钻孔从工作面开口30米处依次往里（沿煤层倾向）布置，钻孔随着工作面的向前掘进逐步施工,且工作面迎头与临近的钻孔间距不得超过40米。钻孔间距为3米，钻孔开孔使用Φ89mm的钻头，打8米后换用73mm钻头，孔径75mm。

抽采瓦斯管路布置在11611回风巷前进方向右帮，每隔3米进行摆放在加工好的铁架子上，瓦斯管路高度保持在0.3m—0.5m 之间。

现将11611回风巷钻孔参数列出如下，在施工过程中可根据工作面实际情况对钻孔参数进行调整：

2、11611运输巷掘进期间瓦斯抽采设计

11611运输巷采用边掘边抽的方法进行瓦斯抽采。因11611运输巷正在掘进过程中，故根据工作面实际掘进情况进行钻孔参数的设计。抽采钻孔布置在11611运输巷前进方向左帮，钻孔从巷道口开口30米依次往里（沿煤层倾向）布置，钻孔随着工作面的向前掘进逐步施工,且工作面迎头与相近的钻孔间距不得超过40米。钻孔间距为3米，钻孔开孔使用Φ89mm的钻头，打8米后

换用73mm钻头，孔径75mm。

抽采瓦斯管路布置在11611运输巷前进左帮，每隔3米进行摆放在加工好的铁架子上，瓦斯管路高度保持在0.3m—0.5m之间。

现将11611运输巷内钻孔参数列出如下，在施工过程中可根据工作面实际情况对钻孔参数进行调整：

3、11611运输巷掘进期间，如果巷道内瓦斯涌出量增大，采用本煤层抽采无法解决瓦斯问题时，增加煤体钻场钻孔抽采方法，提高工作面抽采率。

4、11611工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置图

二、11611工作面回采期间抽采设计

11611工作面回采期间采用回风巷尾巷落山角和本煤层钻孔进行抽采。运输巷、回风巷本煤层钻孔在掘进过程中全部施工完毕并与掘进同步进行了抽放。

11611工作面回采期间落山角的瓦斯抽放，采用低负压埋管进行抽放，抽放管路安装在回风巷上帮，离地不少于0.4m.

三、区域预抽设计方案

11611回风巷在巷道掘进到位，所有大型设备撤出后，开始施工区域抽采钻孔，抽采钻孔布置在11611回风巷前进方向右帮，钻孔从工作面开口33米处依次往里（沿煤层倾向）布置，钻孔间距为6米，与11611回风巷掘进期间钻孔间距保持3米间距。

钻孔施工工艺：

1、第一次开钻：采用Φ96mmPDC钻头钻至10米，退钻换Φ153mmPDC扩孔钻头扩至5米退钻，下入5米长的Φ133mm护孔管，用聚氨酯固定。

2、第二次开钻：采用Φ96mmPDC钻头+孔底马达 + 下无磁钻杆 + 随钻测量仪器 + 上无磁钻杆 +Φ73mm 通缆钻杆钻具组合，开始正常定向钻进。

3、正常定向钻进时，每施工6米对孔底进行一次参数测定，根据测定的参数和已掌握的现场实际地质情况，调整钻进方向，力求钻孔按照设计轨迹和要求钻进。

四、抽采方法及管路敷设

11611回风巷高负压抽采管路敷设为：地面抽采泵→风井→南翼回风上山→11611回风巷→11611工作面切眼10处。管路安置在巷道下帮。

11611回风巷低负压抽采管路敷设为：地面抽采泵→风井→南翼回风上山→11611回风巷→11611工作面落山角里3米处。管路安装在巷道上帮。

11611运巷高负压抽采管路敷设为：地面抽采泵→风井→南翼回风上山→11611运输巷→11611工作面切眼10处。管路安装在巷道上帮。

11611回采工作面瓦斯抽放管路选用：高、低负压主管路都是DN450无缝PV管。高负压支管DN210，低负压支管DN400；运输巷

高负压管路安装在上帮，每隔3米下面摆放一个加工好的架子，所管路离地不少于300mm，回风巷高负压管路安装在下帮，每隔3米下面摆放一个加工好的架子，所管路离地不少于300mm，低负压管路安装在上帮，同样用加工好的大架子把管路垫高，离地不少于400mm,高负压管路用法兰盘连接，连接时应尽量密封好，以防漏气，影响抽放效果，管路铺设至每个钻场时，应留设三通，各个钻孔用1寸PV管封孔后通过三通与主管路连接。高、地负压管路每低洼处都必须安置一个放水器。

五、抽采负压计算

1、11611回风巷本煤层钻孔抽采负压计算（掘进期间）（1）、主管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5 Pa

H摩=管路的摩擦阻力 Pa

Δ—混合瓦斯对空气的密度比；Δ=1－0.446C/100

C—管路内瓦斯浓度值；取40％（估计值）

k—系数，根据管径由表查出

d—管路直径（内径）；

L—管路的总长度；

Q—某段管路混合瓦斯流量；

抽采主管路流量为10200m3/h。

H摩=9.81×800×0.822×102002/0.71×805=0.29KPa

H局=20％×H摩=20％×0.29=0.058KPa

H总=H摩＋H局=0.35KPa

（2）、回风巷支管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5 Pa

估计支管路流量为2295m3/h。

H摩=9.81×2350×0.822×22952/0.71×305=5.79KPa H局=20％×H摩=20％×5.79=1.16KPa

H总=H摩＋H局=6.95KPa

（3）、抽采负压计算：

根据苍海煤矿抽采系统运行负压为58.6KPa

钻孔抽采负压=58.6-0.35-6.95=51.3KPa

2、11611采空区抽采负压计算（回采期间）（1）、主管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5 Pa

H摩=管路的摩擦阻力 Pa

Δ—混合瓦斯对空气的密度比；Δ=1－0.446C/100 C—管路内瓦斯浓度值；取40％（估计值）

k—系数，根据管径由表查出 0.822；

d—管路直径（内径）；

L—管路的总长度；

Q—某段管路混合瓦斯流量；m3/h

抽采主管路流量为10200m3/h。

H摩=9.81×800×0.822×102002/0.71×805=0.29KPa

H局=20％×H摩=20％×0.29=0.058KPa

H总=H摩＋H局=0.35KPa

（2）、尾巷支管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5 Pa

估计支管路流量为2373m3/h。

H摩=9.81×2350×0.822×23732/0.71×305=6.07KPa H局=20％×H摩=20％×6.07=1.21KPa

H总=H摩＋H局=7.28KPa

（3）、抽采负压计算：

根据苍海抽采系统设运行负压为58.6KPa

钻孔抽采负压=58.6-0.35-7.28=50.97KPa

3、11611运输巷抽采负压计算

（1）、主管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5 Pa

H摩=管路的摩擦阻力 Pa

Δ—混合瓦斯对空气的密度比；Δ=1－0.446C/100 C—管路内瓦斯浓度值；取40％（估计值）

k—系数，根据管径由表查出 0.822；

d—管路直径（内径）；

L—管路的总长度；

Q—某段管路混合瓦斯流量；m3/h

抽采主管路流量为10200m3/h。

H摩=9.81×800×0.822×102002/0.71×805=0.29KPa

H局=20％×H摩=20％×0.29=0.058KPa

H总=H摩＋H局=0.35KPa

（2）、运输巷支管路的摩擦阻力计算：

H摩=9.81LQ2Δ/Kd5 Pa

估计支管路流量为2295m3/h。

H摩=9.81×2350×0.822×22952/0.71×305=5.79KPa

H局=20％×H摩=20％×5.79=1.16KPa

H总=H摩＋H局=6.95KPa

（3）、抽采负压计算：

根据苍海抽采系统运行负压为58.6KPa

钻孔抽采负压=58.6-0.35-5.95=51.3KPa

六、抽采钻孔封孔设计

每施工完一个钻孔后，立即进行封孔，封孔方法采用聚氨脂封孔法，封孔长度8m，封孔前应将孔内积水、岩屑清理干净，以保证封孔质量，封孔工艺如下：

1、封孔采用专用的PE封孔管。

2、准备好封孔使用的毛巾布（要求宽度大于0.5m）、砂浆及聚氨脂等。

3、在封孔管的末端和孔口处各使用毛巾布和配制好的聚氨脂药剂进行封堵，在孔口的毛巾布中裹入一根4分钢管，在孔口和封孔管末端的聚氨脂发泡后，方可使用封孔泵通过孔口的4分钢

管对钻孔进行封孔。

4、封孔时孔口管外露150mm即可。

5、每施工完一个钻孔立即封孔，并接入抽采系统。钻孔连接方法如附图所示。

钢丝骨架胶管封孔铁管

胶管

阀门主抽放管路

观测孔（螺帽焊通，用

螺钉封堵）

钻孔

封孔管

弯头

阀门

抽放管

图4-5-4 掘进工作面钻孔与抽放瓦斯管路连接示意图

抽放钻孔

封孔材料

第三章瓦斯抽采设备

一、抽采设备的选择

抽采设备使用四台2BEC-500型水环真空泵及配套设施构成。各2台分别用于高、低负压管路瓦斯抽放。电机型号YB系列，功率160KW；最大抽速125m3/min.

二、11611工作面掘进、回采期间钻探设备

钻机选用SGZ-ⅢB、DZY-360钻机4台，

钻探设备：

Φ50mm×1.5m钻杆 200根

Φ50mm送水器 16个

Φ50mm接手 422个

Φ73三翼钻头（无岩芯） 16个

Φ89三翼钻头（无岩芯） 8个

Φ73取芯钻头 8个

Φ89芯钻头 4个

Φ89岩芯管0.3m 4根

Φ89岩芯管2.5m 4根

Φ73岩芯管0.3m 4根

Φ73岩芯管2.5m 4根

Φ89螺丝头 4个

Φ50变Φ89变头 8个

Φ50变Φ73变头 8个

三、11611工作面区域预抽期间钻探设备

主要设备为ZDY-360LD 钻机.

2．钻具组合

(1) 钻杆

钻具组合有两种钻杆：

第一种是Φ73mm中心通缆钻杆。

第二种是Φ73mm无磁钻杆，材料选用无磁性的铍铜。主要用于钻孔测斜时放置测量仪器，以避免普通钢性钻杆对测量方位角造成的干扰，保证测量数据准确。

(2) 螺杆马达

螺杆钻具主要由旁通阀、螺杆马达（定子、转子）总成、万向轴总成、传动轴总成四大部分组成。

(3) 钻头

第一种是Φ96mm平底烧结胎体式金刚石复合片钻头。主孔及支孔最后成孔孔径均为Φ96mm。

第二种是Φ113mm四翼刮刀金刚石复合片钻头。试验中主要利用此钻头进行扩孔。

第三种是Φ153mm扩孔钻头，由于试验区煤层瓦斯大，为预防瓦斯喷孔现象发生，所以在钻进过程中必须安装封孔装置，以便钻进的同时进行抽放瓦斯，此钻头主要用于在开孔时扩孔，以便安装孔口装置。

(4) YHD1-1000随钻测量系统

YHD1-1000型随钻测量系统主要用于近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可随钻测量钻孔倾角、方位、工具面等主要参数，同时可实现钻孔参数、轨迹的即时孔口显示，便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并及时调整工具面方向和工艺参数，使钻孔尽可能的按照设计的轨迹延伸。

四、瓦斯抽采管路的附属装置

1、阀门：在瓦斯抽采管路（干管、支管）上和每个抽采钻孔管路上，均需安设阀门，主要用于调节和控制各个抽采地点的抽采负压，瓦斯浓度，抽采量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。在尾巷支管路和每个抽采的钻孔上安设阀门，11611回风巷需12吋阀门1个，1吋阀门102个；11611运巷需12吋阀门1个，1吋阀门112个。

2、放水器：在抽采管路每一最低点各设一个放水器。

3、计量装置：瓦斯流量、负压、浓度等参数采用WGBY瓦斯抽放综合参数测定仪测定，高、低负压管路各安装一套计量装置。

五、瓦斯泵房附属设备

抽采泵房的主体设备为2BEC-500型水环真空泵四台，真空泵配套电机、气水分离器、管路、控制阀门和循环管等，主要附属设备有正负压自动放水器、防爆防回火装置、放空管、冷却循环水泵，泵站监测系统和避雷装置等。

抽放泵房内应安装用于测定管道内气体温度、流量、瓦斯浓度、负压和泵房内瓦斯浓度的监测传感器。

根据抽采泵耗水量（0.78m3/min）并考虑其它用水量，设计泵站水池容水量50m3。为防止冬季管路冻裂，管路要做防冻处理，泵房要有采暖设备。

第四章抽采参数考察

一、监测掘进工作面瓦斯浓度及单孔抽采瓦斯浓度变化情况；

二、抽采对掘进工作面瓦斯涌出量的有效影响范围及程度；

三、钻孔抽采总量考察；

四、确定单孔抽采瓦斯量及合理的钻孔施工参数；

五、考察单孔瓦斯流量的增减规律；

六、考察不同抽采负压下瓦斯流量和浓度变化规律；

七、考察单孔的有效抽采半径随抽采负压变化的关系。

八、考察区域预抽钻孔的抽采效果。

第五章抽采的安全技术管理措施

一、打钻

钻孔施工安全技术措施：

1、打钻地点必须悬挂甲烷监测传感器或便携式甲烷检测报警仪。

2、开始打钻时首先检查工作地点巷道，顶底板及煤帮情况，随时检测瓦斯浓度，当瓦斯浓度超过0.7%时，立即停止打钻，并汇报通风调度，待处理后方可打钻。

3、钻机运输时，必须捆绑牢固，运输中严格遵守《煤矿安全规程》的规定。

4、装卸车时，现场人员相互协调，互相照应，由跟班领导统一指挥。

5、钻机移动时，禁止无关人员在钻机附近逗留。

6、打钻人员必须经过正规培训，考试合格持证上岗。

7、打钻供电线路保护装置，保证性能完好，杜绝失爆。

8、抽采钻孔定位、角度吊挂，必须由专业人员准确完成。

9、钻孔施工中如遇有水或瓦斯大量涌出，要立即停机，切断电源，撤出人员，汇报调度，听候指挥。

10、打钻附近必须安设电话，便于联系。

11、钻孔施工完毕后，派专人对钻孔进行验收，钻孔深度误差不得大于±１ｍ，角度误差不得大于±１°。

区域预抽钻孔施工安全技术措施：

1、施工人员必须认真学习《煤矿安全规程》、《操作规程》和本抽放设计。

2、施工人员必须按照设计参数进行施工，方位、倾角误差±1°。

3、施工地点10m范围内必须保持清洁，巷道无片帮冒顶现象，发现不安全预兆必须及时维修。

4、钻机必须安装平稳、牢固，钻进过程中钻机后方严禁站人，以免发生意外。

5、施工高仰角钻孔过程中，装卸钻杆时，必须将夹持器卡牢，以防钻杆下滑伤人；

6、所有电器设备必须完好，班班有专人检查，严禁失爆及失爆作业。

7、过程中，如发生钻孔喷气、喷水、喷煤等异常现象时，必须立即停电、撤人，不准提钻，并立即向矿调度、通风调度及队领导汇报。

8、施工时，作业人员必须集中精力，配合得当，由跟班干部统一指挥。

9、所有施工人员必须认真学习《ZDY360LD型井下定向抽放钻机操作规程》。

10、如果遇到钻孔过断层时，根据第一个钻孔探测到的断层情况，及时调整钻孔轨迹。

11、如果施工过程中钻遇底板炭质泥岩，立即停钻后撤，根据钻孔方位、倾角调整工具面，使钻孔轨迹沿煤层延伸。

12、过褶皱时，根据钻机施工能力，适当穿岩层。

13、钻机施工必须制定专门的安全技术措施。

二、管路安装

抽采管路必须严格按标准进行吊挂,由总工程师组织有关单位进行验收,在合格后方可投入使用。

1、抽采管路按设计要求安装，做到平、直、稳、严密，统一高度。抽采管路沿巷道侧帮吊挂，要求每根抽采管路采用吊环吊挂两处。

2、对瓦斯管路必须进行防腐处理，外部涂成红色以示区别；每根瓦斯管路都进行编号。

3、管路跨过巷道或硐室时要设龙门。

4、每一钻孔处必须留有三通、阀门，且三通朝下，便于连接。

5、井下管路应尽量避免与通讯、动力电缆敷设在一起，以防管路带电。

6、连接管路时必须将管内杂物清理干净，胶垫要垫合适，法兰盘螺丝要上齐全，全部紧固，保证不漏气。

7、瓦斯管路铺设地段严禁施工，如确需施工时，必须做好管路保护措施，并与通风区联系，待通风区采取措施后，方可施工。在瓦斯管路醒目处，揭示警标，内容为“瓦斯管路，严禁碰撞”。

8、管路安装时每100米安装一个支管控制阀门，管路安装时支管路安装监测装置。

三、泵站和钻孔观测

1、瓦斯泵运行后，三班必须设泵站司机，司机必须持证上岗，严格按照抽采泵的操作规程进行操作，在泵运行过程中，若有异常情况，必须立即停止泵的运转，然后汇报矿调度和通风区，若遇其它情况需停泵时，应先请示，征得同意后，方可停泵。发现安全隐患，及时汇报处理，确认无误后方可开泵，并严格执行现场交接班制度。

2、瓦斯泵站必须设一部直通矿调度室的电话，并有检测瓦斯浓度、流量、抽采负压、流量等必要的仪器仪表；泵站司机每一