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1、太原市梗阳实业集团麦地掌煤矿21208采煤工作面瓦斯抽采方案设计编 制 人：审核：通风副总：通风助理：总工程师：矿 长：会审意见单位签字日期通风处机电处地测处生产技术处安监处通风副总通风助理总工程师21208采煤工作面瓦斯抽采方案设计为做好21208采煤工作面瓦斯抽采工作，根据煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出规定要求，以麦地掌煤矿开采方案设计（变更）安全专篇和麦地掌煤矿瓦斯抽采系统工程变更初步设计为指导，并结合现场实际，制定本方案。一、21208采煤工作面概况地质情况1、井上下位置关系21208工作面位于井田西北部，其地面相对位置为农田、植被，施工范围内无建筑物，无常年地表水。工作面标高：+78
2、0m+900m，走向长约1300m，工作面长中部及西部160m，东部为180m。该工作面东邻北翼轨道大巷，北部为21210工作面，西部临近F66断层。21208工作面为矿井首采工作面，四邻均未回采。2、褶曲该区总体呈一近南北走向倾向西的单斜构造，西部处于峪道川向斜轴部附近，倾角018。3、构造该区在工作面回风顺槽揭露落差0.81.5m的断层共计5条，在工作面上下顺槽揭露陷落柱5个，根据勘探报告及已揭露的情况来看该区断裂构造不甚发育，陷落柱相对较为发育。地质构造条件较简单。4、煤层及顶底板情况2#煤层特征描述：厚度1.5m2.3m，平均厚约1.9m，颜色为黑色，粉末状，具玻璃光泽及强玻璃光泽；贝
3、壳状断口，内生裂隙发育，性脆易碎。多为条带状结构，也有线理状结构，局部构造为块状构造。宏观煤岩类型，以光亮煤及半亮煤为主，夹有少量半暗煤、暗淡煤。2#煤层顶板：泥岩，厚度约2m，深灰黑灰色，主要为黑灰色粘土矿物，具层理，层理较为清晰，且裂隙较为发育，岩石较为破碎，局部夹薄层煤线。其上为0.4m煤层，黑色，粉末状，沥青光泽，内生裂隙发育。2#煤层底板：细砂岩，厚度约2m，浅灰色，厚层状，质地致密，坚硬，裂隙较为发育，层理清晰，局部发育薄层泥岩。通风瓦斯情况1、通风方式：21208工作面采用“一进一回”的“U”型通风方式，即运输顺槽进风，回风顺槽回风。结合本矿井煤层赋存条件，参考临近矿井配风数据，
4、考虑局部瓦斯可能较高因素，2号煤层回采工作面风量暂推荐为30m/s，实际生产过程中可根据瓦斯涌出和井下气象条件进行合理调整。2、21208工作面瓦斯来源21208采煤工作面回采期间，瓦斯涌出来源主要为开采层（包括落煤、围岩及现采空区丢煤瓦斯涌出）、上邻近层，为了取得较好的抽采效果，应针对各涌出源制定合理的抽采方法进行综合抽采。3、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。根据148勘查院测定的数据，2号煤层甲烷含量1.078.95mL/g.r，平均3.99mL/g.r。预计21208工作面在正常生产过程中相对瓦斯涌出量26.61m/t。21208工作面煤炭储量52.
5、2455万吨，其瓦斯总储量为1390.2528万立方米。根据矿井生产安排，21208工作面从开始掘进到工作面形成系统，预计工作面预抽时间可达9个月以上。21208工作面预计布置928个本煤层孔，根据实际情况，按照单孔抽放0.03m/min计算，预计9个月可以抽放瓦斯320.5267万立方米。21208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。二、抽采方法的选择根据矿井设计，由于02号煤层属于局部可采，仅在井田东南角可采，21208采煤工作面作为首采面，处于上方02号煤层不可采区域。根据煤层赋存情况、矿井开采技术条件以
6、及瓦斯参数情况，21208采煤工作面抽采工作分为开采层抽采、邻近层抽采和现采区空抽采三种方式。开采层抽采开采层瓦斯抽采包括开采层预抽、边采边抽和强化抽采等方式，开采层预抽属于未卸压煤层瓦斯抽采，对于透气性及其他预抽条件较好的煤层，预抽会取得较好效果。边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽采开采层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体由于卸压，透气性大大增加，抽采效率大幅度提高，采用平行钻孔，抽采工作面前方煤体的卸压瓦斯。1、抽采钻孔布置方式麦地掌煤矿2号煤层为可以抽采煤层，开采层是回采工作面的主要瓦斯来源，可采取顺层平行工作面钻孔抽采方法。即在工作面的运输顺槽、回风顺槽布置顺层平行工作面钻孔，可以
7、作为预抽钻孔对2号煤层瓦斯进行预抽。待预抽工作面转变为回采工作面后，预抽钻孔还可作为边采边抽钻孔对煤层进行卸压瓦斯抽采，从而提高瓦斯抽采量，减少开采层的瓦斯涌出。抽采钻孔布置见图1。图1：2号煤层平行工作面钻孔布置示意图2、钻孔抽采参数确定预抽时间的确定由原设计可知，2号煤层百米钻孔初始瓦斯涌出量为0.0529m3/min100m，钻孔瓦斯流量衰减系数取0.0171d-1。现设计工作面长180m，顺槽推进长度为2000m；百米钻孔在不同时间t内可抽采的瓦斯总量（Qt）和钻孔抽采有效系数（K）按下式计算：Qt=1440 q0(1-e-at)/ （4-1）K=Qt/Qj=(1-e-at) （4-2
8、）式中： Qt百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m3；t抽采时间，d；K钻孔抽采有效系数，；QJ钻孔极限瓦斯涌出量，QJ=1440q0/，m3；计算结果如下表：表1：2号煤层不同抽采时间内百米钻孔抽采瓦斯总量及钻孔抽采有效系数表预抽时间（月）7 8 9抽采瓦斯总量Qt（m3）4332 4381 4419 钻孔抽采有效系数K（%）97.2 98.3 99.0 钻孔间距的确定从上表可以看出，预抽时间为9个月时，抽采有效系数为99.0%，有效系数已经完全符合实际需要，因此实际钻孔预抽煤层瓦斯时间定为9个月。下面对钻孔预抽时间为9个月时，抽采影响范围进行计算： 100Qt/（LMDYX） （4-3）式中
9、： 钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，； L钻孔长度，m； M煤层平均厚度，m； D钻孔抽采影响范围（直径），m； Y煤的视密度，t/m3； X煤层瓦斯含量，m3/t。计算结果如下表：表2：2号煤层不同钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率统计表()L(m)M(m)Y(t/m3)X(m3/t)D(m)52 1002.421.4102.537 1002.421.4103.529 1002.421.4104.5考虑到我国开采层预抽瓦斯目前的实际水平，对照上表，本着既要减少钻孔工程量又要保证抽采效果的原则，应根据具体的钻孔预抽时间来确定钻孔间距。由表4-1、表4-2可以得出，开采层预抽时间为9个月时，钻孔影响
10、范围内瓦斯抽采率为52%，能够满足抽采要求。设计最终确定2号煤层回采工作面预抽时间为9个月，2号煤层钻孔间距为2.5m，双侧布孔，2号煤层钻孔总数为1598个。平行工作面钻孔参数，详见表4-3。表3： 2号煤层平行工作面钻孔技术参数表钻孔类别钻孔与巷道夹角（）钻孔倾角（）孔深（m）钻孔直径（mm）孔间距（m）开孔高度（m）2号煤层运输顺槽平行工作面钻孔90同煤层倾角100942.51.02号煤层回风顺槽平行工作面钻孔90大于煤层倾角1100942.51.0注：开孔高度为钻孔距煤层底板的高度。单孔瓦斯抽采量预计Q=Qt/270/1440（180-214.2）/100/2=4419/270/144
11、0（180-214.2）/100/2Q=0.009m/min3、钻孔施工设计采用ZDY2300型全液压钻机（钻杆63.5），湿式打眼，水力排粉，无岩芯钻进工艺。 钻孔直径：选用硬质合金钻头，钻孔直径94mm。4、封孔工艺钻孔采用囊带式带压注浆封孔技术，封孔长度为8m，封孔管为直径65mm的PVC管（阻燃、抗静电），再用PVC钻孔连接管连接到支管上，然后连接到干管上，再连接到主管上，最后到达地面瓦斯抽采泵站。囊带式注浆封孔法的关键是一个孔内安装一次性囊袋注浆装置。该装置通过两个囊袋封堵一段钻孔，两个囊袋之间有一段塑料管，塑料管上开设有钻孔注浆口，通过钻孔注浆口向两个囊袋之间的钻孔注浆，并形成注浆
12、压力使浆液向钻孔壁渗透。囊带式注浆封孔原理见图2。图2：囊带式注浆封孔原理图注浆材料：采用快硬硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥复合作为注浆材料的基础，适量地加入外加剂激发活性。5、抽采管路管理工作面开采后，随着工作面的推进，靠近切眼的抽采钻孔不断报废，当钻孔距工作面切眼60m时，预计抽采钻孔进入卸压区，进行卸压抽采，随着抽采管路不断变短，靠近切眼的管路要逐段卸下来，端头用法兰盖密封。由于工作面在回采时，回风巷需进行超前支护大约20m，为了不影响生产，需提前拆除管路，给瓦斯管路的管理造成一定困难，所以可以考虑在靠近工作面切眼30m内的钻孔用软胶管与抽采管相连，抽采管末端特制一段23m长的短管，短管上
13、做几个变径三通，与靠近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后再向前移动短管，保持短管始终在抽采管路的末端，这样一来，工作面的预抽钻孔可以抽取大量的卸压瓦斯，使开采层预抽取得较好的抽采效果。邻近层瓦斯抽采1、邻近层瓦斯抽采方法选择应符合下列规定可采用从开采层回风巷向邻近层打穿层钻孔进行抽采。当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可采用顶（底）板抽采巷道进行抽采，也可在工作面回风侧沿开采层顶板布置水平长钻孔或高位钻孔抽采上邻近层瓦斯。2、2号煤层高位钻孔抽采上邻近层（02号煤层）瓦斯抽采方法：本次设计采用高位钻孔抽采上邻近层瓦斯。钻孔布置：高位钻孔终孔位置布置在开采层裂隙带中，在回风顺槽顶板每隔45m布置一
14、组高位钻孔，且高位钻孔在回采前应施工完。2号煤层高位钻孔布置图见图3，参数见表4。表4：2号煤层高位钻孔技术参数表孔号钻孔直径（mm）巷道夹角（）倾角（）开孔位置钻孔间距（m）孔深（m）111356.93.0m0.61202113108.10.61203113159.30.6120411319.510.50.6120511324.611.80.6120注：以上技术参数只供试验参考，须根据实际效果来确定最终参数。采空区瓦斯抽采1、采空区瓦斯抽采方法选择应符合下列规定老采空区应采用全封闭式抽采方法。现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶（底）板钻孔法、高位钻孔法、插（埋）管法等抽采方法，并应采取提高抽采瓦斯浓度的措施。2、现采空区瓦斯抽采现采空区瓦斯是
