16122集中運輸上山瓦斯抽放設計
第一章 地質、水文、瓦斯儲量
第一節 煤層地質概況
一、巷道范圍
16122集中運輸巷上部為15123回風巷和15122運輸巷，南側為風井留設的井筒保護煤柱。位于焦煤井中央采區6#煤層風井以北，水平標高+1685米——+1740米，地面標高+1850米～+1820米。巷道傾向長376米。
二、工作面煤層地質與賦存
16122集中運輸巷位于焦煤井井田中部，6#煤層為單斜構造，賦存條件比較穩定，巷道施工范圍內煤層厚度、傾角變化有規律，施工期間無斷層、褶鄒地質構造帶的影響。
6#煤層特征表：
三、煤質
1、物理性質：
（1）、宏觀特征：呈黑色，條痕棕黑色，玻璃光澤至強玻璃光澤，容重1.31～1.42，硬度2～3級。斷層附近的煤層，由于受擠壓多呈頁片狀。原煤易碎，0～25mm的混末煤較多，塊煤較少。
煤巖類型以光亮型、半光亮型為主，半暗型、暗淡型較少，呈均一狀、條帶狀構。
（2）、微觀特征：在顯微鏡下觀察各層顯微類型基本一致，多為亮煤類，顯微結構多為均勻狀。
煤巖組分：有機質一般以凝膠化物質為主，占72～98.1％，絲炭化物質在6.5％以下。無機質一般占2.4～25.5％，以粘土類為主。
2、煤的化學性質：
（1）、變質程度；屬中變質煉焦煤，各煤層由東向西變質程度增高。
（2）、揮發份（Vr）：隨變質程度的增高由東向西，由淺而深逐漸降低。
（3）、膠質層（y）：向西、深部及底板方向y值逐漸降低，牌號升高。
四、瓦斯、煤層和煤的自燃性
1、瓦斯
根據礦井瓦斯鑒定結果，礦井瓦斯等級為低級，絕對瓦斯涌出量0.665m3/min，相對瓦斯涌出量8.87m3/min；絕對二氧化碳涌出量0.773m3/min。根據16122工作面掘進期間曾多次出現瓦斯異常現象，主要表現為炮眼內瓦斯壓力過大，有瓦斯噴出的“咝咝”聲，水溝中有氣體溢出氣泡。短時間停風，極易造成工作面瓦斯濃度超限。本掘進工作面劃分為低瓦斯礦井的瓦斯異常區。
2、煤塵
依據地質報告提供資料，煤塵爆炸指數（Vr）一般在54.9％左右，撲滅火焰的最低巖粉量在25％～75％之間，井田內各煤層的煤塵均具爆炸性。
3、煤的自燃
依據地質報告提供資料，井田各煤層淺部風氧化帶內，燃點溫度306℃～325℃，自燃指數（T）＝33℃～39.5℃，煤層有自燃發火傾向。風氧化帶以下煤層燃點溫度381℃～402℃，自燃指數（T）＝9℃～14℃，煤層不易自燃。
五、工作面通風
礦井通風方法為機械抽出式，選用2臺FBDCZ—No19/185*2型煤礦地面用防爆抽出式對旋軸流通風機（一臺備用、一臺使用），風量42.5—90.5 m3/S，風壓1166—3417Pa，采用變頻器調節井下供風量。工作面選用2BKJ№6.0/3×22對旋式局扇]型局部通風機，可滿足掘進工作面的風量要求，并符合有關規定。為保證迎頭正常供風的需要，選擇雙風和雙電源方式供風。
第二章 瓦斯抽放方法設計
一、抽放方法選擇
（一）巷道瓦斯抽放
根據16122集中運輸上山瓦斯時常超限的現象，需要對巷道瓦斯進行抽放，抽放方法：在掘進好的運輸上山兩幫每隔50米做一個瓦斯抽放硐室，硐室要求能放得下鉆機（長3米、寬3米、高2.5米）；鉆機在硐室內，延煤層傾向，水平轉角6°打一深孔，深孔長度80米,；在偏轉12°延煤層傾角打一深孔，深孔長度80米；對巷道兩側煤壁進行瓦斯抽放。
二）瓦斯抽放管路布置
二、瓦斯抽放管路的敷設
1、敷設管路：根據瓦斯抽放點布置情況，將移動式瓦斯抽放泵站安設在井底車場，采用Φ100mmPE管做瓦斯抽放管路，鋪設在16122排水聯絡巷至16122集中運輸上山；另鋪設一趟Φ100mmPE管從移動式瓦斯抽放泵站至風井作為瓦斯排放管路，將抽放的瓦斯通過排放管路排放至風井再排放至地面。
2、匯總管路低洼處要設置放水器；
3、巷道轉彎時，要加設彎頭，彎度要與巷道一致；
4、管路敷設好后，要進行試漏氣試驗，一般用“U”型壓力計。一邊試一邊堵漏氣點，這樣壓力逐漸上升。漏氣量應小于3m3/1000m。
三、瓦斯抽放泵站的選型及打鉆工藝
1、根據掘進工作面局部瓦斯涌出量異常的特點，選用BJW15YJ型煤礦井下移動式瓦斯抽放泵站。該裝備具有移動、安裝方便、體積小、成本低、效率高等特點。同時具有管道瓦斯檢測、工作環境瓦斯檢測、超限報警斷電、停水斷電、恒水位控制、流量測定等功能。能夠適于井下各種抽放瓦斯方法。
2、鉆機
根據對巷道瓦斯抽放需要，使用ZY-650型液壓鉆機能滿足瓦斯抽放的一般要求：
a、電機及附屬電器必須防爆；
b、鉆機體積小、輕便或解體方便，適宜于井下巷道狹窄空間，便于搬遷；
c、鉆機應能打任意角度（水平、上向、下向）的鉆孔；
d、在煤與瓦斯突出煤層打鉆孔，一般選用全液壓或風動鉆孔。
根據5#煤層運輸巷特點，鉆機選用本設計建議采用重慶生產的ZY-650型液壓鉆機。鉆進深度為150m，鉆孔傾角-90º- +90º，鉆桿直徑42mm。且還可作為探礦、探水等用途使用。
3、鉆桿
采用42mm直徑鉆桿，要求抗裂強度為55～65kg/mm，延展率不小于12％的無縫鋼管制成。
4、鉆頭
根據焦煤分公司煤巖特點，5#煤層內有夾矸，選用直徑85mm金鑠鉆頭。
四、封孔及連接
1、封孔方法
采用水泥沙漿封孔，即用400號以上的硅酸鹽水泥、砂子與水混合攪拌而成。砂子顆粒直徑為0.15～1.5mm，水泥與砂子的質量比為1：2.5。封孔長度為6 m，使用專用封孔機封孔，沙漿封滿眼口，確保封孔質量。
1—壓力表；2—木楔；3—測壓管；4—煤層；5—水泥漿；6—注漿管；7—注漿泵
圖2 注漿封孔測壓封孔示意圖
圖3 鉆孔木楔加工示意圖
2、鉆孔與管路的連接
水泥沙漿需經24小時凝固后才可與抽放瓦斯管連接。鉆孔與抽放瓦斯管連接方式是Φ108法蘭上焊Φ50管倒叭絲，用Φ80鋼絲管連接。每100m支管路上設置孔板流量計、觀測嘴、閥門及Φ219管道放水器，管道放水器下面接專用放水器（見附圖）。封孔裝置與抽放管路之間用鋼絲管連接，用3mm的扃鐵做的卡環緊固牢，便于連接裝置的拆裝。
因16122運輸巷水壓0.9MPa，而打鉆需要3-5 MPa壓力，給打鉆工作造成很大困難。打鉆時，必須等返水下來后，才能繼續往前，不得操之過急。否則，就會堵塞鉆頭出水眼，鉆孔不出渣，卡鉆，退不了鉆，而造成丟失鉆頭和鉆桿。
五、瓦斯抽放管路選擇
1、瓦斯抽放管管徑計算
抽放瓦斯管路經濟管徑采用下列計算公式：
D=0.1457(Q/V)1/2
式中：D----瓦斯管內徑，m；Q----瓦斯流量，1.96m3/min；
V----瓦斯在管路中的平均流速，m/s，一般取5～15m/s。
所以D=0.1457(Q/V)1/2＝0.1457（1.96/5）1/2＝91mm
所以選擇管徑為Φ108 mm。
2、管材選擇
瓦斯抽放管材的選擇，必須考慮運輸、安裝和使用的便利性，同時必須考慮其強度高，耐腐蝕，抗靜電，防阻燃，所以選擇管徑為Φ100 mmPE管。
3、管路接頭
（1）瓦斯管路的連接裝置，包括彎管、三通、放水器、孔板流量計和鋼絲管等。
（2）閥門
在瓦斯主、干管、鉆孔連接裝置以及認為需要的地點，都必須設置閥門。選用長沙閥門廠生產的DX型金屬硬密封蝶閥。
4、測壓嘴
測壓嘴長度為50mm，直徑為10 mm，平時用細膠管套緊，確保與管外空氣隔絕。
5、計量裝置
采用標準孔板流量計（PKL系列）來測定管路瓦斯流量。孔板流量計安裝在匯總管到支管路之間。
要求：
a、孔板與管道同心，端面與管道軸線垂直，偏心度<1～2°；開孔的圓筒一側為進氣端面，開孔的圓錐一側為出氣端面；
b、孔板前后要求5m的直線段；
c、孔板前后長度為2D的一段管道內壁上，不得有焊縫和其它突出物；
d、孔板前后D處和孔板后1/2D處預先焊接兩個測壓嘴，直徑≤0.03D。
第三章 勞動組織
瓦斯抽放作業人員
第四章 鉆孔施工注意事項及安全措施
一、鉆機施工的安全技術措施
鉆機到位后，對鉆場頂板，煤幫要勘察清楚，確實沒有問題，然后安裝固定，一般要打4～6根臨時支柱支護，按設計要求的鉆孔方位角和傾角確定鉆孔開口位置和角度，根據鉆孔的用途和封孔方法采用相應的施工程序和工藝。一般抽放孔采用全面鉆進，先鉆孔后封孔。在施工期間需要注意的事項：
1、鉆孔施工防止瓦斯涌出事故
(1)鉆機配備的電機必須是防爆型；
(2)配備瓦斯檢定器及警報器，定期檢查瓦斯濃度，一旦瓦斯超限，必須立即停鉆處理；
(3)鉆場內使用的敲擊工具必須用銅制造；
(4)如果鉆孔施工中瓦斯太大，用常規辦法無法解決，可采用邊鉆進邊抽放瓦斯的辦法；
2．防止煤與瓦斯突出事故
(1)在突出危險煤層打鉆孔時，鉆探工人必須經過專門培訓，掌握煤與瓦斯突出預兆，熟悉避災路線和待避地點，并隨身攜帶自救器；
(2)鉆機與孔口之間應設置擋板或擋攔，以保護鉆工不致被突出的煤、巖粉打傷；
3.防止機械傷人事故
(1)鉆工必須衣著整齊利索，以免被機械絞傷；
(2)鉆機轉動部件的防護裝置及保護外罩必須完整無缺；
(3)開動鉆機前應做好準備工作，分工要明確，操縱鉆機應動作協調，達到準確無誤。
二、鉆機施工常見的故障
1．塌孔
主要是兩個原因，一是由于鉆孔穿過松軟易碎煤層、地質構造帶、裂隙發育的煤巖層容易塌孔；另一個是施工工藝過程中鉆桿彎曲，旋轉后發生劇烈震動引起塌孔。
2.卡鉆
造成卡鉆的原因很多，主要有沖洗液量小，鉆具不符合要求，穩定性差，煤巖層松軟，易塌孔掉塊；停鉆或交接班時未及時后退鉆桿，鉆孔瓦斯大等原因易造成卡鉆。
3．斷桿
主要由鉆進過程中卡鉆造成的鉆具阻力過高，旋轉扭矩突然上升，或者卡鉆后強拔硬頂都有可能造成鉆桿折斷。鉆桿折斷后，必須使用公錐或母錐撈取。
4．鉆頭脫落
主要原因是鉆頭與鉆桿接頭螺紋磨損嚴重，鉆機開動后突然倒轉都可能引起鉆頭脫落。
5．鉆桿脫落
鉆桿接頭螺紋磨損嚴重，鉆機鉆進時突然倒轉，或卡鉆后倒轉鉆機等原因引起鉆桿脫落。
防止和及時處理鉆孔施工故障，是礦井抽放瓦斯銜接工程的重要保障，一定要引起足夠的重視。
鉆機工是一個熟練工種，必須具備相當的經驗，打鉆過程中要嚴格遵守操作規程，正確掌握給進速度、正確控制給進壓力、適當調整沖洗液量。當發現卡鉆后，不應突然停鉆，要根據情況及時沖洗鉆屑，慢速鉆進或退鉆。一旦發生斷桿或鉆桿脫落、鉆頭脫落現象，應及時打撈。
三、排放瓦斯安全技術措施
1、將掘進工作面抽出的瓦斯通過管道排放到風井時，在排放瓦斯管路出口必須設置柵欄、懸掛警戒牌等。柵欄設置的位置時上風側距管路出口5m、下風側距管路出口30m，兩側柵欄間禁止任何作業。
2、在下風側柵欄處必須設甲烷斷電儀或礦井安全監控系統的甲烷傳感器，巷道風流中瓦斯濃度超限時，能及時實現報警。
