淺談北二采區(qū)27層抽放設(shè)計(jì)

1、淺談北二采區(qū)27#層西翼二區(qū)段瓦斯抽放設(shè)計(jì)與瓦斯抽放的實(shí)際應(yīng)用摘要：由于27#層二區(qū)段工作面上隅角、后尾溜處瓦斯時(shí)常超限報(bào)警，根據(jù)開采期間的經(jīng)驗(yàn)，礦井不同煤層瓦斯含量各異，以28#煤層瓦斯含量最大。依據(jù)礦井2010年8月瓦斯等級鑒定結(jié)果，礦井絕對瓦斯涌出量為2.769m3/min，相對瓦斯涌出量為0.798m3/t，為低瓦斯礦井。但由于回采工作面生產(chǎn)期間，上隅角瓦斯涌出不穩(wěn)定，如形成渦流區(qū)域時(shí)，風(fēng)排瓦斯量相對減少，易造成瓦斯積聚和超限現(xiàn)象，為防止工作面上隅角及后尾溜處的瓦斯積聚，經(jīng)礦領(lǐng)導(dǎo)決定采用瓦斯抽放來減少工作面瓦斯積聚和超限。關(guān)鍵詞：瓦斯抽放 設(shè)計(jì) 采空區(qū) 瓦斯純量一、27#層二區(qū)段工作面

2、上隅角瓦斯超限分析2011年9月23日KJF2000N監(jiān)測系統(tǒng)曲線查詢 1、北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段回采工作面位置及相鄰關(guān)系情況：北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段回采工作面位于第20勘探線至第23勘探線之間，南側(cè)鄰近西翼28#層一區(qū)段工作面采空區(qū)，北側(cè)為未開采區(qū)域。西翼27煤層二區(qū)段上順槽在西翼28煤層一區(qū)段下順槽的上方，兩條巷道水平間距為27.16m，上下高差為12.36m。根據(jù)巖層塌落角預(yù)計(jì)西翼27#層二區(qū)段上順槽底板向上13.37m位置與西翼28#層一區(qū)段采空區(qū)相連。西翼27煤層二區(qū)段開采時(shí)間為2011年8月4日，推進(jìn)137米后與與原西翼28#層一區(qū)段工作面安裝眼相遇，相遇時(shí)間為2011年9

3、月11日。2、北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段回采工作面瓦斯情況：北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段回采工作面至2011年8月4日開始回采至2011年9月16日，工作面平均瓦斯?jié)舛葹?.1%，上隅角平均瓦斯?jié)舛葹?.3%。自2011年9月16日以來，發(fā)現(xiàn)上隅角瓦斯涌出量增大，平均瓦斯?jié)舛葹?.45%，最大瓦斯?jié)舛葹?.61%（2011年9月16日）。3、雁南煤礦北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段回采工作面上隅角瓦斯涌出原因分析：（1）雁南煤礦北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段回采工作面于2011年8月4日開始進(jìn)入回采，回采推進(jìn)137米時(shí)，西翼27#層二區(qū)段回采工作面與原西翼28#層一區(qū)段工作面采空區(qū)相遇，受兩采空區(qū)地壓影響

4、，導(dǎo)致西翼27#層二區(qū)段回采工作面采空區(qū)與原西翼28#層一區(qū)段工作面采空區(qū)通過裂隙導(dǎo)通，原西翼28#層一區(qū)段工作面采空區(qū)內(nèi)積存的瓦斯受負(fù)壓和地壓影響向西翼27#層二區(qū)段回采工作面涌入，致使現(xiàn)回采的西翼27#層二區(qū)段回采工作面上隅角出現(xiàn)瓦斯積聚和短時(shí)超限現(xiàn)象。（2）煤層中的瓦斯以吸附和游離兩種狀態(tài)存在，在自然狀態(tài)下吸附瓦斯和游離瓦斯處于平行狀態(tài)，兩者之間處于不斷交換過程中，當(dāng)受到外力作用時(shí)，就會破壞其動(dòng)力平衡，游離瓦斯首先釋放，然后吸附瓦斯轉(zhuǎn)化為游離瓦斯釋放出來，27#層二區(qū)段采煤工作面受采煤工藝及巷道斷面的影響，由于巷道壓力較大造成回風(fēng)出口斷面變小，風(fēng)排瓦斯量減小，從而造成瓦斯積聚。（3）通過

5、瓦斯超限時(shí)間及采煤機(jī)割煤地點(diǎn)對比發(fā)現(xiàn)，采煤機(jī)割煤和拉移支架增加了頂板壓力，煤層中及采空區(qū)內(nèi)所含大量瓦斯在短時(shí)間內(nèi)釋放出來，導(dǎo)致瓦斯涌出量較高。二、瓦斯抽放設(shè)計(jì)1、抽放瓦斯方法選擇目前抽放方法主要有：開采層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放?，F(xiàn)階段27#層二區(qū)段采煤工作面瓦斯，主要集中在上隅角及后尾溜處，結(jié)合我礦對西翼28#層一區(qū)段工作面的抽放經(jīng)驗(yàn)及煤層賦存狀況、地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件等因素，以及瓦斯來源這一特點(diǎn)，決定主要采取采空區(qū)瓦斯抽放方法。抽放方法選擇：抽放方法抽放工藝?yán)碛蓚渥⒉煽諈^(qū)瓦斯抽放上隅角淺部插管上隅角瓦斯?jié)舛容^高工藝簡單,可解決上隅角附近小范圍瓦斯超限問題打木垛深部插管采空

6、區(qū)瓦斯涌出量較大需打木垛,如上隅角淺部的抽放效果不好,再考慮采用采空區(qū)埋管采空區(qū)瓦斯涌出量較大前兩種方法無法解決問題時(shí)考慮采用。但埋入管道難以回收,投資大2、抽放瓦斯工藝設(shè)計(jì)（1）上隅角插管抽放瓦斯上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯形成紊流狀態(tài)與空氣充分混合，由抽放管路抽走，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢（或無風(fēng)）引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用7m長的吸氣管與主抽放管路相連接，將吸氣管的一端插入上隅角，為保證軟管吸入口能處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高）可將抽放軟

7、管與木棒綁在一起（避免軟管口下耷），用鐵絲吊掛在支架上。為提高抽放濃度，上隅角處應(yīng)采用擋風(fēng)簾。隨著工作面的推進(jìn)，逐節(jié)回收主抽放管路，移動(dòng)軟管的連接，直至回采結(jié)束。抽放軟管伸入上隅角的長度及位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際抽放效果不斷調(diào)整，得到合理的參數(shù)。為確保抽放點(diǎn)的合適位置，在主抽放管路末端可設(shè)置一個(gè)分流器，分支出幾個(gè)支管，插入上隅角的不同位置進(jìn)行抽放。但是，該抽放方法必須保證是在有嚴(yán)密的組織、安全、施工措施，確保施工安全的前提下進(jìn)行。（2）采空區(qū)埋（留）管抽放對于西翼27#層二區(qū)段采空區(qū)瓦斯涌出量較大這一現(xiàn)象，也可以采取采空區(qū)埋（留）管抽放的方式。即預(yù)先將抽放管路安接好，將抽放瓦斯管路通過回風(fēng)巷預(yù)先埋在緊靠

8、上風(fēng)側(cè)的采空區(qū)里，當(dāng)抽放管路埋入工作面采空區(qū)20m時(shí)，再重新埋入一路抽放管路；當(dāng)新埋的管路進(jìn)入工作面采空區(qū)20m時(shí)，將新埋的管路與抽放系統(tǒng)連接，即管路每40m切換一次；通過抽放使上隅角瓦斯流向發(fā)生改變，從而減少工作面瓦斯涌出量。我礦將根據(jù)實(shí)際抽放效果來采取上隅角插管抽放瓦斯或采空區(qū)埋（留）管抽放。3、瓦斯抽放參數(shù)計(jì)算（1）瓦斯抽放率計(jì)算1、北二采區(qū)西翼27#層二區(qū)段采煤工作面，預(yù)計(jì)瓦斯抽放量Q抽Q涌Q風(fēng)排; Q風(fēng)排Q風(fēng)量×C/(100×K)式中：Q抽預(yù)計(jì)瓦斯抽放流量m3/minQ涌瓦斯涌出量m3/minQ風(fēng)排工作面風(fēng)排瓦斯量m3/minQ風(fēng)量工作面風(fēng)量m3/minC回風(fēng)瓦斯

9、濃度；取0.5計(jì)算K瓦斯涌出不均衡系數(shù)，因工作面瓦斯涌出很不均衡，最高瓦斯涌出量有時(shí)會超過最低瓦斯涌出量的幾倍。故此取：K5.0工作面平均瓦斯涌出量為2.769m3/min，將數(shù)據(jù)代入公式得：Q風(fēng)排Q風(fēng)量×C/(100×K)760×0.5/(100×5)380/5000.76 m3/minQ抽Q涌Q風(fēng)排2.7690.762.009m3/min根據(jù)以上計(jì)算27#工作面預(yù)計(jì)瓦斯抽放純量為2.009 m3/min，抽放濃度按15計(jì)算，抽放混合量為13.39 m3/min 。工作面瓦斯抽放率 式中 -工作面瓦斯抽放率， qc-工作面瓦斯抽放量2.009m3/mi

10、n qf-工作面風(fēng)排瓦斯量0.76m3/min按上式計(jì)算工作面瓦斯抽放率為72.5。（符合煤礦安全規(guī)程抽采率不小于25%的規(guī)定）（2）管路管徑計(jì)算選擇預(yù)計(jì)27#煤層抽放混合量為13.39m3/min，抽放濃度為15%CH4，抽出純瓦斯量為2.009 m3/min，取管中流速為13m/s，則管徑為：D =0.1457 =0.1457 = 147mm所以在選擇管路時(shí)，內(nèi)徑不得小于150mm D瓦斯管內(nèi)徑，mmQ瓦斯流量，m3/minV瓦斯管路中的平均速度，米/秒。平均5-15米/秒，這里取值為15。根據(jù)ZWY85/110移動(dòng)式瓦斯抽放泵站規(guī)定及管徑計(jì)算結(jié)果，瓦斯抽放泵管路正、負(fù)壓段管路內(nèi)徑不得小于

11、150mm。（3）瓦斯泵供電系統(tǒng)根據(jù)煤礦安全規(guī)程及煤礦瓦斯抽放規(guī)范（AQ1027-2006）規(guī)定，瓦斯抽放泵站電源實(shí)現(xiàn)“三?！笨刂疲?shí)現(xiàn)雙回路供電。第一路瓦斯抽放泵站電源取自北二采區(qū)變電所的KBSGZY500移動(dòng)變電站，編號：06976，在28#層一區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷安裝KBZ400/1140饋電開關(guān)一臺控制泵站，電壓等級為660V，電纜型號：MY-1000-3×70+1×25mm，長度250m。第二路瓦斯抽放泵站電源取自北二采區(qū)變電所的KBSGZY800移動(dòng)變電站，編號：06-975，在28#層一區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷安裝KBZ400/1140饋電開關(guān)一臺控制泵站，電壓等級為660V，電纜

12、型號：MY-1000-3×50+1×25mm，長度250m。一、電纜截面的選擇計(jì)算Pe=110KWIe=1.15×110126.5A 取130A查煤礦井下電纜安裝、運(yùn)行、維修、管理工作細(xì)則選電纜型號為：U-3×70+1×16250mIy-173AIe=130A二、按長時(shí)工作電流允許值選擇電纜截面Ig=KxPe×103/Uecos=0.9×10×103/1.732×660×0.85=101.9AZy=173AIg101.9A 滿足要求三、按電壓損失校驗(yàn)電纜截面UL=1.732IeL（Rocos+X

13、osin） =1.732×110×0.15×（0.448×0.85+0.081×0.53） =12.1VUy=63VUL=12.1V 滿足要求四、低壓控制開關(guān)的選擇每臺瓦斯抽放泵均自帶一臺控制開關(guān)，控制瓦斯抽放泵的開停。（4）瓦斯泵站供、排水系統(tǒng)對泵供水主要有兩點(diǎn)，一個(gè)是使泵產(chǎn)生真空，另一個(gè)是冷卻軸承溫度。水環(huán)泵正常工作時(shí)必須供水，供水水流應(yīng)穩(wěn)定、持久。移動(dòng)抽放泵站供水直接采用井下的防塵用水，供水壓力達(dá)到100kPa，在供水閥門處安設(shè)水壓表，我礦的靜壓防塵水壓力及水質(zhì)等滿足要求。瓦斯泵排水系統(tǒng)是由28#層一區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷處直接引到350軌道大巷排水

14、溝處排出。（5）瓦斯泵站監(jiān)測系統(tǒng)一、井下臨時(shí)瓦斯抽放泵站下風(fēng)側(cè)柵欄外1m處，設(shè)置甲烷傳感器，報(bào)警濃度0.5%，斷電濃度1.0%，復(fù)電濃度0.5%，斷電范圍：瓦斯抽放泵電源。柵欄前掛“禁止入內(nèi)”的警示標(biāo)語。二、瓦斯抽放泵站的抽放泵輸入管路中設(shè)置管道甲烷傳感器、管道流量傳感器，管道一氧化碳傳感器、管道溫度傳感器和管道壓力傳感器，抽放泵電機(jī)處安設(shè)軸溫傳感器，軸溫報(bào)警溫度為75。三、在瓦斯抽放泵站下風(fēng)側(cè)安設(shè)一臺甲烷傳感器，報(bào)警濃度0.5%，斷電濃度0.5%，復(fù)電濃度0.5%，斷電范圍：瓦斯抽放泵電源。四、瓦斯抽放泵站被控開關(guān)的負(fù)荷側(cè)設(shè)置饋電傳感器，泵站安設(shè)設(shè)備開停傳感器。五、在瓦斯抽放泵站處安設(shè)一臺安

15、全監(jiān)測通用分站，負(fù)責(zé)泵站傳感器的數(shù)據(jù)傳輸及控制量指令下發(fā)等工作。三、瓦斯抽放在27#層二區(qū)段的實(shí)際應(yīng)用與效果在瓦斯抽放泵安裝完成后，我們首先采用了采空區(qū)深部埋管抽放工藝，即將抽放瓦斯管路通過回風(fēng)巷預(yù)先埋在緊靠上風(fēng)側(cè)的采空區(qū)里，當(dāng)抽放管路埋入工作面采空區(qū)20m時(shí)，再重新埋入一根抽放管路；當(dāng)新埋的管路進(jìn)入工作面采空區(qū)20m時(shí)，將新埋的管路與抽放系統(tǒng)連接，即管路每40m切換一次；通過抽放使上隅角瓦斯流向發(fā)生改變，從而減少工作面瓦斯涌出量。2011年9月28日KJF2000N監(jiān)測系統(tǒng)曲線查詢（埋管深度18米）2011年9月28日瓦斯抽放日報(bào)表 以上為9月28日瓦斯抽放各項(xiàng)參數(shù)，當(dāng)日埋管深度為18米，監(jiān)

16、測系統(tǒng)曲線圖顯示瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?2時(shí)左右，瓦斯?jié)舛葹?.18%，采用采空區(qū)深部埋管后，上隅角及后尾溜處的瓦斯積聚現(xiàn)象得到明顯解決，但是瓦斯?jié)舛扰加谐蕃F(xiàn)象。針對這一現(xiàn)象，我隊(duì)決定采用抽采設(shè)計(jì)中的采空區(qū)淺部埋管，即靠近采面上隅角段管路可采用7m長的吸氣管與主抽放管路相連接，將吸氣管的一端插入上隅角，為保證軟管吸入口能處于上隅角的上部（上部瓦斯?jié)舛容^高）可將抽放軟管與木棒綁在一起（避免軟管口下耷），用鐵絲吊掛在支架上。為確保抽放點(diǎn)的合適位置，在主抽放管路末端可設(shè)置一個(gè)分流器，分支出幾個(gè)支管，插入上隅角的不同位置進(jìn)行抽放。2011年10月2日KJF2000N監(jiān)測系統(tǒng)曲線查詢（埋管深度8米）2011年10月2日瓦斯抽放日報(bào)表四、結(jié)論經(jīng)過以上數(shù)據(jù)分析，當(dāng)采用采空