3604工作面瓦斯抽放系統設計

3604工作面瓦斯抽放系統設計
第一部分 礦井概況
集賢煤礦是全國煤炭工業現代化礦井之一，是雙鴨山礦業集團主力生產礦井。集賢煤礦位于雙鴨山市東部，合江煤田西部，東西走向9km,南北傾向４.５km。面積40.5km。1974年10月1日簡易生產，后經過兩次改造年設計能力為120萬噸。現核定年生產能力為180萬噸。
礦井開拓方式為立井分水平開拓，立井貫穿各煤層底板，巖石運輸大巷，采區集中石門開拓，上下山同時開采。礦井分兩個水平開采，一水平標高-150米，二水平標高為 -450米。目前，集賢煤礦開采處于一水平向二水平過渡時期，一水平（-150水平）有生產采區4個，準備采區4個，主要是一水平下山遺留的開采比較困難的塊段；二水平于2003年開始延伸開拓，2005年4月完成-370中一采區九層煤的開采。 二水平有一個生產采區、一個準備采區。集賢煤礦現有采煤工作面4個，掘進工作面22個，硐室17個，其他供風點4個。
礦井的通風方式為兩翼對角抽出式通風，由東風井和北風井回風，從斜井和付井入風。目前，礦井總入風量為10841m3/min，總排風量為11692m3/min。現有主備風扇4臺，兩臺運行，兩臺備用。
北風井主備扇型號為BDK-6-№22，配備YBF450-SI-6型電動機，電動機功率為250×2KW，主扇葉片角度一級320、270，等級孔2.2m2，工作風量為6327m3/min，負壓230mmH2O 轉速990r/min. 服務于二段下延采區和西二采區。
東風井主備扇型號BDK-6-№21，配備YBF450-M2-6型電動機，電動機功率220×2KW，等級孔1.7m 2，工作風量5365m3/min，負壓240mmH2O。轉速990r/min.服務于南三采區和東翼采區。井田內可采煤層有3、5、16、17層，共四組煤。煤種屬于氣煤，煤層不易自燃，屬于低瓦斯礦井。
第二部分 抽放的可行性和必要性
2008年礦井瓦斯鑒定結果，瓦斯絕對涌出量為15.7m3/min，相對涌出量為5.23m3/T，礦井為低瓦斯礦井。由于集賢礦中一下采區開采深度延深，瓦斯含量逐步升高，2006-2008年開采以來，通過對中一采區上山區一片和下山區零片、一片、二片、三片工作面進行回采的實踐，根據中一采區回采工作面初采、采面延伸瓦斯涌出的統計，回采工作面瓦斯絕對涌出量達到5.8～9.12m3/min，其相對涌出量達到4.4～6.9m3/T，接近于高沼氣工作面。按照《煤礦安全規程》必須進行采煤工作面瓦斯抽放。
第三部分 中一采區左四片工作面概況
中一采區左四片工作面即3604工作面，位于中一采區下山區，左部為采空區，右部為未開采區，工作面為九層煤。采面走向長度1020米，傾斜長200米，埋藏深度為680米～580米，煤層傾角5度，煤層平均厚度為1.6米，其上接偽頂為0.7米厚的粉沙巖，自由頂為3.1米厚的細紗巖，老頂為10.5米厚的粉沙巖。回采工作面掘進時揭露1.2米以下斷層5條，煤層不易自然，該工作面瓦斯絕對涌出量達到5.8～9.12m3/min，瓦斯相對涌出量（4.4～6.9）m3/T，回采工作面為重點瓦斯工作面。
3604采煤工作面采用U型上行風通風方法。供風量600～700 m3/min。根據中一下山區幾個工作面回采規律，隨著工作面的回采，瓦斯涌出量呈逐步增長趨勢，特別是工作面推進到近1/2走向長度時，瓦斯涌出強度增加較明顯，有時回風瓦斯濃度達到（0.8-1）%左右，工作面上偶角瓦斯時有超限。嚴重影響工作面正常回采。
由于集賢煤礦開采煤層的透氣性很低，煤層中的瓦斯主要以吸附狀態存在，游離瓦斯較少，采用本煤層瓦斯抽放方法抽取煤層中的瓦斯較困難，該方法只能做為回采工作面抽放瓦斯的輔助方法。
通過前期瓦斯抽放的實踐，以及回采煤層賦存地質條件，可以知道：集賢煤礦3604采煤工作面（左四片）的瓦斯來源——回采工作面瓦斯的涌出、回采遺煤瓦斯的解析、圍巖瓦斯的逸出及鄰近采空區瓦斯的涌入。除一小部分被工作面風流帶出外，其余大部分瓦斯聚集于采空區內，工作面回采時，采空區的瓦斯被漏風風流帶出，造成上偶角和回風流瓦斯超限。因此，根據前幾個工作面回采治理瓦斯經驗，應采取以仰角鉆孔采空區抽放瓦斯方法為主，以本煤層瓦斯抽放和抽放鄰近采空區瓦斯為輔，建立綜合治理瓦斯的抽放措施。
根據3604工作面的條件，設計在回風巷（下料道）一側開拓鉆場，鉆場間距45-50米，第一個鉆場距切眼40米，設計8個仰角鉆孔，孔深40米；其余各鉆場設計8個仰角鉆孔，孔深90米，孔徑94毫米。設計施工參數見附圖。同時，每個鉆場設計施工本煤層瓦斯抽放鉆孔5個，孔徑94毫米，設計施工參數見附圖。各鉆場開拓規格為長4.5米、寬3米、高2.2米，鉆場的頂板采用錨桿支護。
封口措施——鉆場的鉆孔施工完成后，應用∮128毫米的鉆頭擴孔，仰角鉆孔擴孔深5米，使用4英寸套管，長度3米，封口有效長度為1.5米，必須封在巖石內。本煤層鉆孔必須擴孔7米，使用4英寸的套管，長度6米，封口的有效長度不小于5米。封口材料使用麻袋、聚氨酯膠。
鉆孔參數的設計
仰角瓦斯抽放鉆孔可用計算參數和施工參數來表述。我們建立仰角鉆孔的數學幾何模型如下圖：
1） 計算參數
Ｘ—鉆孔在風巷方向投影的長度；米
Ｈ—鉆孔終孔點距煤層頂界的高度：米
Ｙ—鉆孔終孔點距回風巷水平投影長度：米
2） L—鉆孔深度；米
α—鉆孔水平投影線與風巷的夾角；度
β—鉆孔與頂板的夾角；度
Ｌ1 —鉆孔封口長度；米

關于3604初采采用下行風及皮帶道沿空留巷瓦斯治理措施
根據集賢煤礦3604工作面初采時，新面采取下行通風。而且，3604新面的皮帶道根據采煤設計要求，采取沿空留巷工藝。為解決留巷及下偶角瓦斯超限，特制定以下瓦斯抽放安全技術措施。
1、 為解決下偶角及留巷瓦斯超限，應在留巷發碹柱體內埋管，埋管能夠有效連通采空區和留巷，以便于抽放空區瓦斯。
2、 埋管技術要求：埋管使用直徑275毫米的瓦斯抽放管，所埋管的長度應略長于所發碹墻體寬度，空區一側管口處與墻體平齊，應有防堵塞措施，留巷一側埋管需長出15-20厘米，且帶有法蘭盤。
3、 埋管使用的鐵管，應采用抗靜電材料包裹，防止撞擊產生火花，發生瓦斯爆炸事故。
4、 根據實際需要，應在左四片皮帶道鋪設一條瓦斯抽放管路，管路直徑275毫米，鋪設的管路應吊掛在下山靠近左幫的頂板上。
5、 吸氣管路與兩臺瓦斯抽放泵站連接，泵站型號為ZDW-85/160型。
6、 管路的鋪設必須執行瓦斯抽放管路規定的安全技術措施。管路的鋪設見瓦斯抽放系統圖。
第五章 瓦斯抽放管路設計
一、抽放管路內直徑的選擇
根據上一工作面瓦斯絕對涌出量為9.12m³/min，配風量為600～700 m³/min，抽放瓦斯濃度平均為20%，設計管路流量為Q=30 m³/min，理想及安全流速為V=15 m³/min。
由公式：D=0.1415（Q/V）1/2
=0.1415(28/15) 1/2
=0.1933m
=193.3mm
可選直徑為200mm的瓦斯抽放管。
二、根據井下、井上方便運輸和便于安裝的要求選擇每節長度為5米的抽放管。
三、管路阻力計算
1、管路阻力
△H=Q²ρL/KD5
=（30×60）2×0.716×1204/0.71×205
=1204.8mmH2O
=12KPa
Q——抽放管內瓦斯流量，m³/min；
ρ——管內混合氣體密度，kg/m³；
L——抽放瓦斯管長度，m；
K——系數，取K=0.71；
D——瓦斯抽放管內直徑，cm。
2、管路的局部阻力
△h=△H20%=12×20%=2.4KPa
3、管路的總阻力
△R=△H+△h=12KPa+2.4KPa=14.4KPa
4、抽方泵的負壓為；85KPa-14.4KPa=70.6KPa>13KPa
所以滿足孔口抽放負壓要求。
管路的鋪設
下料道吸氣管路的鋪設：鉆場（左四片下料道）——中一下山采區回風道——泵站，管路長度1240米；
皮帶道吸氣管路鋪設:左四片皮帶道——中一下山區回風道——泵站
排氣管路的鋪設：泵站——中一下山采區回風道，管路長度50米；見瓦斯抽放系統圖。
第六部分 瓦斯抽方泵站
1、 泵站地點：設在中一下山采區軌道下山
2、 泵站供電：電源引自中一采區變電所，由兩臺不同變壓器分別為兩組四臺真空泵提供660伏低壓電源供電，見供電系統圖。
3、 泵站內配置四臺真空泵，型號為SKA303真空泵1臺，吸氣量為60 m³/min，電機功率為110KW；型號為SKA353真空泵3臺，吸氣量為85 m³/min，電機功率為160KW；負壓范圍-0.1～MPa，孔板系數為3.1789.四臺真空泵分兩組，兩臺運行，兩臺備用。
4、 泵站供水：建一個50立方米的蓄水池，用水泵為真空泵供水，真空泵排水流回蓄水池，實現水的循環利用。井底供水系統可提供蓄水池水的補給和備用水源。見供水系統圖。
5、 泵站內在下風處設置瓦斯監測儀并實現瓦斯電閉鎖。
6、 泵站應建立聯網電話，保證抽方泵站與礦調度、區調度及時、有效進行聯系。
瓦斯抽放泵站安全技術措施
1. 泵站司機要經過學習和培訓合格后，持證上崗，并按《操作規程》作業。
2. 抽放泵要做到三知四會，嚴格執行現場交接班。
3. 抽方泵工作時，嚴禁擅自離開，如有異常情況，應立即停泵檢查，停泵后，應及時上報區調度。
4. 抽方泵站瓦斯抽放參數要按要求每小時記錄一次，寫好臺帳，寫清參數。
5. 要維護和保養好機器設備、測量儀器、儀表，并按規定定期校驗。
6. 建立健全抽方泵站司機工作責任制、現場交接班制、認真填寫巡管記錄、泵站運行與維修記錄。泵站要配備防火防爆設施和工具。
二、抽放管路鋪設安全技術措施
1、 瓦斯抽放管路沿著巷道左上方頂板鋪設，使用φ6的圓鋼把管路吊掛在錨桿上，吊掛的高度不小于1.8米。每隔4-5米設一個吊掛點，吊掛要平直；吸排氣管路低處要設置放水和排渣裝置。
2、 泵站內吸氣管路上要有流量計、溫度計、負壓表、過濾器；排氣管路上要有正壓表、瓦斯濃度取樣孔。抽放管路應進行編號、噴涂警告語言、并標明吸氣或排氣管路。
3、 鉆場應設置編號牌、鉆孔應設置編號牌、抽放鉆場懸掛參數牌板。鉆場分支集氣管應安裝多參數檢定管和自動放水氣。
4、抽放管路不能和電纜同側；
5、抽放管路要墊起或者吊掛，距離地面不得小于30厘米；
6、抽放管路應無損壞、漏氣、積水；
7、抽放管路低處應設放水裝置并排專人定期巡查管路；
8、移動泵站抽出的瓦斯排至總回風道時，抽房管出口處應設置柵欄，懸掛警告牌，安設瓦斯傳感器。要求柵欄設置的位置：上風側為管路出口處外推5米，上下柵欄間距不小于30米，兩柵欄間禁止人員通行和任何作業。
鉆場鉆孔作業安全技術措施
1、 抽放段所有參加鉆孔施工人員必須經過培合格持證上崗。所有上崗人員必須嚴格執行《煤礦安全規程》、《煤礦安全技術操作規程》，杜絕“三違”現象的發生。
2、所有上崗人員必須嚴格執行崗位責任制，現場交接班制。
3、所有上崗人員作業前必須學習本措施，學習后，作業人員簽字后方可上崗作業。
4、運輸鉆機及其附件時，必須由代班段長跟班指揮運輸作業。使用平板車運輸機器設備等物件，必須固定牢靠，做到不超寬不超高。
5、絞車必須由經過專門培訓，考試合格，持證上崗的絞車司機操作。其他人員不得操作絞車。
6、使用絞車運輸鉆機等設備、物件時，嚴禁晃燈敲管子、 喊話、敲礦車等方式傳遞信號。
7、嚴格執行上山絞車道“行車不行人，行人不行車”制度。
8、在上山絞車道進行運輸時，嚴禁蹬車、放飛車、超規定拉放車。
9、拉放車時，必須使用防脫鉤保險鴨嘴，鉤頭及大繩必須安全牢靠，鉤頭要有雞心環，三環鏈。
10、打鉆作業前，代班段長必須認真檢查作業現場的安全情況，嚴格執行敲幫問頂制，排除隱患，方可作業。
11、打鉆時，必須由一名代班段長跟班作業，作業現場應懸掛便攜式瓦斯檢測儀，瓦斯濃度達到1.5%時，立刻停止作業關閉電源，撤出所有人員到安全地點，通報區調度，等待處理。
12、作業時，操作鉆孔機械設備應有帶班段長跟班作業指揮，作業用電設備必須符合煤礦電器防爆要求，執行《煤礦安全規程》。
13、施工前，由專職電氣人員接電源開關。在接電以前必須檢查開關等電器設備是否完好可靠，有無失爆等情況，如有必須處理好后方可接電，接電時嚴禁帶電作業。
14、打鉆前，首先將鉆機固定平穩，鉆機的四個支柱必須牢靠并用鐵線或安全拉鏈鎖在頂板上，防止支柱滑倒傷人或砸壞機器設備，檢查安全后方可施工。
15、進行鉆機作業時，操作人員應不少于3人，嚴禁單人作業。操作人員衣扣要整齊、系嚴，嚴禁臥躺。開鉆時除操作人員外其他人不準靠近鉆機。鉆機前嚴禁站人。
16、施工鉆孔時必須嚴格按照技術人員給定的鉆孔參數施工作業。

17、進行鉆機作業時，要精力集中，鉆進速度要保持平穩，勻速推進，給進壓力不能過大，避免超負荷運轉。以免損壞鉆進，造成高壓油管破裂，發生傷人事故。
18、作業時，先使用∮128毫米鉆頭鉆進5米深進行擴孔，然后用∮94毫米鉆頭施工鉆孔至技術要求的深度，并保持大水量沖孔5分鐘，沖凈鉆孔內的巖渣后方可撤出鉆桿。
19、封孔時準備好封孔用的3米長的四寸管、馬力散和麻袋。
20、首先以1：1比例迅速均勻的拌好馬力散，然后快速地澆涂在纏好麻袋的四寸套管上，邊澆涂馬力散邊卷繞麻袋，要求馬力散澆涂均勻，卷繞麻袋后四寸套管的直徑剛好能進入鉆孔為好，封孔有效長度不小于1.5米，封孔有效長度必須在巖石段。
21、封孔過程作業人員要配合協調，動作迅速，從攪拌馬力散到插入孔內，必須在5分鐘內完成。封孔后按要求封閉管口，防止瓦斯泄漏。
22、為盡量防止鉆孔彎曲，應按要求安裝導向套管。
23、鉆機操作人員施工鉆孔時，應按鉆機操作規程作業，液壓系統的安全閥必須由技術人員或維修工進行調整，其它人員不準任意調整。
24、作業時要及時校對鉆孔施工參數是否正確，當出現偏差要及時糾正。
25、鉆機鉆進過程中，如發現鉆桿有跑偏現象（例如鉆頭下垂）應立即停止鉆進，撤出鉆桿重新開孔打鉆，避免由于鉆桿受力不在同一軸線上而損壞鉆機和鉆桿
26、在整個施工過程，必須保證鉆機正常供水，如出現停水時，必須停止施工，查明停水原因并立即處理，待恢復供水后方可繼續施工。
27、在施工鉆孔期間發現異常現象要停止鉆機鉆進，及時匯報。待維修人員維修好后，方可繼續施工。
28、鉆機操作應由熟練鉆工或代班段長操作，鉆機不得在無人看管的情況下運轉。
29、在鉆機正常運行時，不得任意撥動各種連動手柄，如需要變速、變向時，必須停鉆后進行。
30、人工取下鉆桿和裝卸水辮時，鉆機的控制開關必須處在停止位置。
31、鉆進時，發現鉆頭糊鉆、憋泵、 轉速顯著下降時，應立即停鉆，不得隨意加大壓力強行鉆進。
32、嚴禁用鉆頭掃出孔內丟失的鉆具。
33、鉆進過程中，操作人員要精力集中，注意觀察鉆進情況，嚴格控制鉆進速度，隨時注意電動機的負荷情況，不得超載，當發生火花、冒煙或轉速降低和發熱等情況時，立即斷開電路進行檢查調整。
34、鉆機的油管要理順整齊，液壓油要充足，不變質，沒有雜物。鉆桿要擺放整齊，嚴禁碰傷螺紋。軸承要保養注油，變速箱應有足夠的潤滑油。
35、鉆孔的施工進度要求施工負責人當場做好記錄，并按要求及時匯報給區調度。
36、在整個施工期間，所有施工人員必須聽從代班段長統一指揮，嚴禁違規作業。
37、作業時，要保持鉆場文明衛生，鉆桿、工具要擺放合理整齊。
38、鉆孔開孔時，要由代班副段長親自負責，要嚴格按技術人員給定技術參數對鉆，并由代班副段長親自負責，做好記錄并向區調度匯報對鉆參數情況。
39、鉆孔終孔時，要由代班副段長或由區值班人員現場監督鉆桿撤出情況，做好鉆孔進尺記錄后，及時匯報給區調度。