15102综采工作面瓦斯抽采设计

15102工作面瓦斯抽采设计黄岩汇煤矿属按煤与瓦斯突出管理的矿井，15102工作面的采掘生产必须严格执行《防治煤与瓦斯突出管理规定》，执行区域和局部两个“四位一体”防突措施；根据黄岩汇煤矿15109工作面及15105工作面的实践经验，15102工作面采用高抽巷抽采邻近层瓦斯，15102工作面取消尾巷后，补充走向邻近层低位钻孔和高抽巷下向钻孔抽采上隅角瓦斯，实现控制上隅角瓦斯流场，达到治理上隅角瓦斯的目的。

为此，根据15102工作面抽采特点，编制了15102工作面瓦斯抽采设计。

第一章15102工作面概况一、工作面概括15102工作面位于井底车场西北部，工作面南部为一采轨道下山保护煤柱，北部以巴州村保护煤柱为边界，东部为井田边界，西部为尚未开采煤层。

15102工作面走向设计长度约2030m，工作面长175m，胶带顺槽及轨道顺槽设计长约2030m，高抽巷设计长度为2025m，因寺家庄铁路压煤，15102工作面设计可采长度1130m，工作面煤厚4.5m。

二、地质概括1、煤层情况15102工作面煤层厚度为4.5m，赋存稳定。

煤层结构较简单，煤层倾角4°～16°之间。

15102工作面煤系地层为石碳系上统太原组，煤层上部局部含一到二层夹矸，夹矸厚0.2－0.4m。

煤层东高西低，工作面煤层走向上起伏不大,地质条件较好，15102工作面煤层赋存深度为280m～310m,平均赋存深度295m。

2、地质构造概括通过三维地震揭露15102工作面地质构造较为发育，无落差超过10米以上断层。

对防突工作无很大影响。

另外存在两个陷落柱。

各断层陷落柱参数详见下表。

断层参数表3、工作面顶、底板情况15102工作面老顶为中砂岩或粉砂岩，厚度8m，硬度系数为6～8；直接顶为砂质泥岩，厚度6.9m，硬度系数为3～4，伪顶为砂质泥岩，厚度1.5～2.0米，硬度系数为2～3。

15102工作面直接底为泥岩，厚度约7m，硬度系数3～4，底板为K1砂岩，厚度10.0～12.0 m，局部破碎不整合，渗透性较强。

4、工作面上邻近煤层赋存情况9#煤层：位于15#煤层上部约68m处，厚度约1.00m。

11#煤层：位于15#煤层上部约46m处，厚度约0.50m。

12#煤层：位于15#煤层上部约43m处，厚度约0.70m。

13#煤层：位于15#煤层上部约33m处，厚度约0.67m。

三、储量四、采煤方法及顶板管理该工作面采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高采煤方法。

全部垮落法控制顶板。

五、工作面通风系统新鲜风流：地面→副斜井→井底车场→一采轨道下山→15102胶带顺槽→15102工作面。

乏风：15102工作面→15102轨道顺槽→一采回风下山→回风斜井→地面。

六、其它开采技术条件1、15号煤层自燃等级为Ⅲ级，属不易自然煤层，煤尘无爆炸危险性。

2、本井田地温属正常区。

第二章15102工作面瓦斯抽采设计一、瓦斯抽采的必要性预测15102综放工作面的绝对瓦斯涌出量为60m³/min。

按规定“1个综采工作面瓦斯涌出量大于5 m³/min，通风方法解决不合理”的情况下，需要进行瓦斯抽采。

二、瓦斯抽采的可行性根据我矿15100、15101、15105及15109工作面采用过的本煤层、邻近层钻孔、采空区抽采、高抽巷等抽采措施，这些措施在各个工作面抽采本煤层、邻近层瓦斯中都发挥了很大的作用，因此以上抽采方法在我矿瓦斯治理中是可行的。

15102工作面顶板布置高抽巷抽采邻近层瓦斯、15102轨顺和15102胶顺布置顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，同时在15102轨顺施工走向临近层钻孔抽采上隅角瓦斯，在102高抽巷施工下向钻孔抽采上隅角瓦斯是可行的。

三、15102工作面瓦斯抽采方案（一）瓦斯抽采方法选择根据15102工作面实际情况，15102工作面顺槽掘进选用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯的抽采方法，15102工作面回采区域选用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯的抽采方法，工作面邻近层瓦斯选用高抽巷抽采邻近层瓦斯的抽采方法，另外，选用走向顶板钻孔和高抽巷底板钻孔抽采上隅角瓦斯等瓦斯抽采方法。

（二）瓦斯抽采系统布置15102工作面高抽巷邻近层抽采系统：15102高抽巷ø630mm瓦斯抽采管---→一采回风下山低负压ø630mm瓦斯抽采管---→回风下山ø630mnm瓦斯抽采管道井---→地面低负压瓦斯抽采泵站。

15102工作面本煤层抽采系统：15102轨道顺槽（胶带顺槽）本煤层钻孔---→15102轨道顺槽（胶带顺槽）ø355mm瓦斯抽放管---→一采回风下山高负压ø630mm瓦斯抽放管---→地面高负压抽放泵站---→排空。

15102轨顺走向临近层瓦斯抽采系统：耳巷走向临近层抽采钻孔---→15102轨道顺槽ø280mm瓦斯抽采管---→一采回风下山ø280mm瓦斯抽采主管---→井下移动抽放泵站---→排空。

15102高抽巷底板瓦斯抽采系统：高抽巷底板抽采钻孔---→15102高抽巷ø280mm 瓦斯抽采管---→一采回风下山ø280mm瓦斯抽采主管---→井下移动抽放泵站---→排空。

四、15102工作面瓦斯抽采方法（一）顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯抽采方法根据河南理工大学提供的黄岩汇煤矿瓦斯含量分布预测图显示，15102胶顺掘进区域瓦斯含量在6—9 m3/t，该区域预测为突出危险区在距回风下山726—1657m。

因此在15102胶顺掘进此段区域时要按照突出危险区管理或15102其它顺槽内进行区域预测瓦斯含量超过8 m3/t时，要执行顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域综合防突措施。

采用顺层钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯区域防突措施时，每循环在工作面迎头施工17个顺层瓦斯抽放钻孔，钻孔直径为113mm，钻孔施工最大深度为80m，控制范围为巷道两侧轮廓线外各15m，要求工作面迎头各抽放钻孔孔口负压不得低于13KPa,钻孔瓦斯浓度不得低于30%，钻孔封孔采用聚氨酯封8米深。

钻孔预抽期为7天，进行区域效果检验无突出危险性时，方可掘进60m，预留20m超前距离掘进。

顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯抽采管路与本煤层抽采管路共用。

（二）本煤层瓦斯抽采方法15102工作面本煤层布置的钻孔直径为113mm。

钻孔沿轨道顺槽和胶带顺槽煤壁布置，钻孔倾角为煤层的倾角，钻孔垂直煤壁布置，钻孔间距为2.0m，瓦斯抽放钻孔施工选用煤矿用液压深孔CMS1—6200/80型钻机，配合Φ98mm的钻杆和Φ113mm的PDC 钻头施工。

在15102轨顺从停采线外20m布置垂直于工作面走向的顺层本煤层抽采钻孔，钻孔间距：2.0m，孔深90m；15102胶顺从停采线外20m布置，间距2.0m，孔深90m顺层钻孔。

根据15102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。

本煤层抽采钻孔采用注浆封孔技术对钻孔进行封孔，封孔时对聚胺脂合理配比，保证发泡倍数控制在1：5以内，封孔长度10m，以保证封孔质量。

15102本煤层共布置钻孔1150个，单孔进尺平均90m，抽采钻孔总进尺约为103500m。

15102本煤层瓦斯抽放管路采用一趟Φ355mm聚乙烯瓦斯管路，分别布置在15102胶顺与15102轨顺中，瓦斯抽放管布置在巷道里帮，距顶200mm，距帮200mm。

利用原顶板锚索每间隔2.4m设置1个吊点，从停采线往里Φ355mm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，在巷道低洼处瓦斯抽采管路要安装手动放水器，Φ355mm聚乙烯瓦斯抽采管路与矿井总回风巷Φ630mm瓦斯抽采管路相连接，建立抽采系统。

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5～15m/s，本次流速取12m/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40m3/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）1/2D=0.1457（40/12）1/2=0.266（m）实际根据现有管材管道内径为313mm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31.3cm。

将有关数据代入A=Pmax×D/(2×Pn)A=0.04×31.3/(2×0.8)=0.788cm根据计算，选择Φ355×5m聚乙烯瓦斯抽放管，现抽放管道壁厚21.1mm，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H f=9.81Q2×γ×L/（K×D5）式中：H f----管道摩擦阻力,单位为Pa；Q----管内气体流量，单位为m3/h，取40m3/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Φ355mm管道约为2000m；K-----与管径有关系数，取0.71；D-----管道内径，取31.3cm。

将有关数据代入H f=9.81Q2×γ×L/（K×D5）H f=9.81×（40×60）2×0.889×2000/（0.71×31.35）≈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）（3）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（ΣH f+H d）式中： 1.2为瓦斯泵备用系数H----抽采瓦斯泵的负压，PaΣH f---管道阻力和，PaH d----要求钻孔口的负压，取13000 Pa将有关数据代入H=1.2（ΣH f+H d）H=1.2×（5475.6+13000）≈22170.72（pa）选用2BEC72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。

（三）15102轨顺走向临近层钻孔抽采方法根据我矿15102工作面采掘生产计划，15102工作面不再布置尾巷，为解决尾巷去除后综采工作面回采时上隅角瓦斯问题，依照《国投昔阳公司2011～2015瓦斯综合治理规划》，我矿采取在15102轨顺开钻场布置临近层瓦斯抽采钻孔，对工作面上隅角区域冒落带进行瓦斯抽采，解决综采工作面回采时上隅角瓦斯。