21061采面設(shè)計機電2013.4.22修改

經(jīng)計算可得，WB=1.76m3/t。計算結(jié)果表明，用通風方法可以解決的瓦斯含量是1.76m3/t，而煤層本身的瓦斯含量是6.82m（三）采面瓦斯涌出量預測1、工作面絕對瓦斯涌出量計算按煤層瓦斯含量計算工作面的絕對瓦斯涌出量，其計算式如下：QY=（X0-X1）×M×V×（L-LH）/24×60式中QY—本開采層涌入工作面的瓦斯含量，m3/min；X0–開采層原始瓦斯含量，m3/t，X0=含量×容量=6.82×1.4=9.55m3X1—煤的殘余瓦斯含量，m3/t，X1=含量×容量=1.7×1.4=2.38m3M—煤層開采厚度，m，M=3m；V—工作面平均推進速度，m/d，V=3m；L—工作面采長，m，L=145m；LH—進、回風巷道排放瓦斯帶的總寬度m；當煤的揮發(fā)分r大于27%時，取LH=26m。經(jīng)計算可得，QY=5.33m32、工作面相對瓦斯涌出量計算qCH4=1440QY/A式中，qCH4—工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；QY—工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；工作面日產(chǎn)量，t/d，A=1360t。經(jīng)計算可得，qCH4=5.82m34、工作面所需風量計算Qa=100QyKa式中Qa—工作面所需風量，m3/min；Qy—工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min，Qy=5.33m3Ka—工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，Ka=1.8。經(jīng)計算可得，QY=959m3二1－21061采面瓦斯主要來源于本煤層、采空區(qū)。采空區(qū)瓦斯涌出主要來源于煤層卸壓瓦斯，采空區(qū)大量高濃度瓦斯積聚在冒落帶和裂隙帶之間，在通風負壓的作用下，進入采場和回風流中。從計算結(jié)果可以看出，采煤工作面的絕對瓦斯涌出量大于55m3/min，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第145條規(guī)定，“一個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風方法解決不合理時，必須建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)或井下臨時抽放系統(tǒng)。三、礦井抽放系統(tǒng)簡介（一）地面永久瓦斯抽放站簡介礦井于2008年6月在南風井東北100m處建立了地面永久瓦斯抽放泵站，泵站安設(shè)2BEF-42型真空水循環(huán)式抽放泵兩臺，電機功率200KW、最大抽氣速率156.6m3/min，主抽放管路為φ426mm，與井下二1（二）井下移動瓦斯抽放站簡介礦井于2005年5月在井下-70m處建立了移動式瓦斯抽放泵站，安裝2BEA-303型真空水循環(huán)式抽放泵三臺，電機功率90KW，最大抽氣速率58m3/min，主抽放管路為φ200mm，對二1四、抽放方式選擇根據(jù)高突綜采工作面瓦斯綜合治理經(jīng)驗，二1－21061采煤工作面瓦斯治理的基本思路是：分源抽放、綜合配套、最佳組合的瓦斯治理模式。根據(jù)該工作面瓦斯來源及煤層賦存穩(wěn)定、地質(zhì)變化小等特點，采取本煤層、上隅角及采空區(qū)等分源抽放形式，采用“采前預抽”保證抽放時間。根據(jù)白廟礦現(xiàn)有鉆孔施工水平和現(xiàn)場實際經(jīng)驗，采用鉆孔抽放和巷道抽放相結(jié)合的方法，即施工本煤層鉆孔進行抽放、上隅角抽放。（一）掘進期間抽放方式掘進期間抽放措施采用順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域措施，鉆孔孔深為60m，終孔控制到巷道上幫輪廓外20，下幫10m（二）采前預抽方式深孔預抽：沿采面預風（機）巷下（上）幫布置一排鉆孔，沿工作面傾向，距底1.5m，在走向上間距為3m，孔深60m掘進期間和采前預抽利用井下移動抽放泵站進行抽放煤層瓦斯。（三）回采期間抽放方式上隅角抽放采煤工作面上隅角靠采空區(qū)一側(cè)砌筑墻垛，風巷抽放管路穿過墻垛進入采空區(qū)（利用地面永久瓦斯抽放泵站用于采面上隅角瓦斯抽放）。五、抽放能力評估（一）按百米鉆孔抽放率計算預抽量二1煤層透氣性系數(shù)為2.803m2/MPa2d，屬于低透氣性可以抽放煤層，百米鉆孔抽放量平均按0.02m3/min·hm計算。本煤層鉆孔在超前二風機巷共布置366個鉆孔，間距3.0m，單孔深度60m，總長度21960，封孔長9mQ純=[（21960×80%）-（366×9）]/100×0.02×30%＝0.855m保證平均抽放時間一年計算，則可抽放瓦斯純流量396446.4m本煤層總抽放純流量：Q純=396446.4根據(jù)工程排隊，計算本煤層抽放情況，見附表。抽放參數(shù)表（二）抽放率計算抽放率計算，系統(tǒng)最大抽放量的抽放率為d=100Qc/Qc+QY式中，d—工作面抽放率；Qc—工作面最大抽放瓦斯量，m3/min，Qc=2.85QY—抽放期間工作面涌出瓦斯量，m3/min，QY=5.33-2.85=2.48m經(jīng)計算可得，d=53.5%根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》第二十七、二十八條規(guī)定：“對于瓦斯涌出量主要來自于突出煤層的采煤工作面，只有當瓦斯預抽防突效果和煤的可解吸瓦斯量指標都滿足達標要求時，方可判定該工作面瓦斯預抽效果達標。對瓦斯涌出量主要來自于鄰近層或圍巖的采煤工作面，計算的瓦斯抽采率（采煤工作面瓦斯絕對涌出量大于或等于5m3/min，工作面瓦斯抽采率必須大于或等于20%）規(guī)定時，其瓦斯抽采效果判定為達標?！保C上所述，以上方法計算工作面預抽率大于20%，（三）抽放管徑計算1、本煤層抽放混合流量計算本煤層抽放百米鉆孔抽放量按0.02m3A．預抽巷布置雙排孔，共計336個鉆孔，總長度21960萬m，封孔長度9m，則抽放純流量Q純=（21960×80%-9×336）×0.02/100＝2.85m抽放瓦斯?jié)舛劝?%計算Q混=2.85÷8%=35.6m則：應選擇井下抽放系統(tǒng)B．風巷、機巷抽放管徑的選擇：本煤層抽放混合流量均為35.6m則：d=0.1457·式中：d—管道內(nèi)徑,m；Qc—混合流量，m3/min，V—管內(nèi)瓦斯流速，取經(jīng)濟流速V=15m/s。經(jīng)過計算，d=0.224m=224（2）綜采面采空區(qū)抽放混合流量計算A.由采空區(qū)瓦斯涌出量預測值1.6m3Q采空=16m3可選擇井下抽放系統(tǒng)B.采空區(qū)抽放管徑的選擇：d=0.1457·經(jīng)過計算，d=0.150m=150mm，取內(nèi)徑150mm的煤礦用金屬骨架聚乙烯管作為風巷抽放支管。（3）抽放能力評估根據(jù)以上分析，地面2BEF-42型抽放泵兩臺。最大抽氣速率156m3/min和井下2BEA-303型真空水循環(huán)式抽放泵三臺，最大抽氣速率58m六、瓦斯抽放管路的附屬裝置1、放水器：抽放管在出氣端及吸氣端管路的最低處分別設(shè)置放水器，及時對管內(nèi)積水進行排放，另外對巷道低洼處也可設(shè)放水器。2、計量裝置：在低抽和風巷抽放管路加設(shè)閥門，并裝設(shè)瓦斯管道參數(shù)自動監(jiān)測計量裝置，以便進行定量確定抽放效果。3、在抽放泵出氣端裝設(shè)防回火、防回氣和防爆炸使用的安全裝七、安全措施1、瓦斯管路在運輸巷道內(nèi)，應架設(shè)一定的高度并固定在巷道壁上，避免破壞漏氣。2、瓦斯管路不得與帶電物體接觸，在工作面巷道中應與電纜分開鋪設(shè)，若分開有困難，二者間距不得小于300mm，且瓦斯管路必須在上方。3、施工單位在運輸時，應注意保護瓦斯抽放管路，嚴禁人員隨意破壞或車輛撞壞，一旦損壞應立即通知防突隊，并向礦調(diào)度室匯報，由相關(guān)單位及時派人采取措施處理。4、瓦斯管路吊掛牢固、整齊，并要對瓦斯管路加強日常檢查、維修和更換。5、工作面瓦斯抽放過程中，上隅角編織袋墻要打嚴密，防止大量氣體溢出。6、抽出的瓦斯排入回風巷時，在管路出口上風側(cè)5m以外，下風側(cè)30m以外處必須設(shè)置隔離柵欄，懸掛警標，禁止人員入內(nèi)，兩柵欄間禁止任何作業(yè)。7、在瓦斯抽放站內(nèi)安裝一瓦斯監(jiān)測探頭，報警濃度為0.5%。8、在排瓦斯管路出口下風側(cè)柵欄外設(shè)置一瓦斯監(jiān)測探頭，報警斷電點均為1％，復電濃度為小于1%，當瓦斯超限時，能自動切斷抽放瓦斯泵電源，停止瓦斯抽放工作。9、安設(shè)瓦斯抽放監(jiān)測裝置一套，對抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，流量等參?shù)進行監(jiān)測監(jiān)控。10、每班加強瓦斯抽放管路中CO濃度及溫度檢查，發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，立即向通風調(diào)度匯報，并停止抽放。11、要經(jīng)常檢查抽放管路系統(tǒng)中的防回火、防回氣、防爆炸等安全措施，使其保持良好狀態(tài)。12、對測量氣體濃度、溫度的測定孔，平常不用時要用塞子堵嚴，防止漏氣。13、瓦斯泵房內(nèi)的電氣設(shè)備和照明都要采用防爆型。14、抽放硐房內(nèi)要有專人值班，每小時檢查記錄一次有關(guān)參數(shù)，并向礦調(diào)度室匯報瓦斯?jié)舛?、CO濃度及抽放負壓等參數(shù)。15、在抽放過程中，隨著工作面的推進，要及時移動上隅角抽放管路，確保抽氣端埋管深度符合要求。16、要加強對上隅角周圍巷道的支護工作，防止巷道落碴砸壞抽放管路，影響抽放工作。17、抽放硐室內(nèi)應配備一部直通礦調(diào)度室的專用電話和做記錄用的桌椅。18、硐室內(nèi)的消防器材應不低于《規(guī)程》的規(guī)定值。19、硐室值班人員要加強責任心，密切關(guān)注泵的運轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報處理，并現(xiàn)場交接班。第三節(jié)水害防治專項設(shè)計一、工作面水害分析（一）頂板水二1煤層上覆一砂巖裂隙含水層，該含水層由二1煤層頂板以上山西組和下石盒子組中的砂巖組成，以構(gòu)造裂隙和風化裂隙為主，裂隙發(fā)育不均一，一般隨深度增加而減弱，貯水條件和補給條件均差，為一含水不均一的弱含水層。據(jù)勘探資料，單位涌水量＜0.001l/s.m，滲透系數(shù)0.0007m/d。根據(jù)礦井多年掘進及回采情況，局部會出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，水量約2～3m3／h，對掘進及回采影響不大。（二）底板水1、太原組上段灰?guī)r由L8～L11四層組成，是開采二1煤層的直接充水水源，平均總厚10.79m。對礦坑充水有影響的實際上是L8，它距二1煤層底板的平均距離為12.14m。該含水層段厚度薄，貯水能力差，動力補給弱，巖溶發(fā)育不均一。據(jù)勘探抽水試驗資料，單位涌水量0.000732～0.0166l/s.m，滲透系數(shù)0.000446～0.213m/d。水質(zhì)類型為HCO3-Na及HCO3-Ca·Na型，本層出水量10～2、石炭系上統(tǒng)太原組下部灰?guī)r巖溶含水層段含燧石灰?guī)r四層(L1～L4)，層位穩(wěn)定，總厚度7.23～24.19m，平均厚19m。L4距二1煤層底板33.01～62.44m，平均46.39m，屬底板間接充水含水層。區(qū)內(nèi)L2有時與L1合為一層。巖溶較發(fā)育。據(jù)鉆孔抽水試驗，該含水層段的單位涌水量為0.00042～2.07l/s.m，滲透系數(shù)為0.0201～19.49m3、寒武系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r巖溶含水層以崮山組白云質(zhì)灰?guī)r為主，層厚115.35m，此含水層屬強含水層。在構(gòu)造適當部位可頂托或側(cè)向補給上部含水層，是二1煤開采的間接充水含水層，也是區(qū)內(nèi)唯一永久性供水水源。4、在上述各含水層間，賦存有良好的相對隔水層，在正常情況下，可起到隔水作用：（1）太原組上段頂部隔水層L9至二1煤層底板之間為一深灰色的砂質(zhì)泥巖、泥巖段，區(qū)內(nèi)沉積不穩(wěn)定，厚度變化大，為1.03～28.62m，平均厚12.14m，井田內(nèi)厚度為16.44m。巖石的抗張強度為20Kg/cm2。顯然該隔水層在厚度變薄地段難以阻擋太原組上段灰?guī)r水突入巷道及采面。（2）太原組中段砂泥巖段隔水層L4灰?guī)r頂面至L5灰?guī)r底面為泥巖、砂巖泥巖、粉砂巖，其中夾少量細砂巖，個別地點有薄層灰?guī)r，俗稱砂泥巖段，厚度14.58～32.84m，平均22.56m。同一鉆孔中太原組上、下段灰?guī)r的水位、水量、水質(zhì)均顯著不同，說明為一良好隔水層段。本區(qū)太原組上段灰?guī)r富水性微弱，從灰?guī)r突水的角度看，可將二1煤底板至L4之間視為相對隔水層，其間距33.01～62.44m，一般大于40m。該隔水層段的存在，在正常塊段內(nèi)可阻止下伏的太原組下段灰?guī)r含水層水向礦坑充水。（3）太原組底部鋁土泥巖隔水層寒武系頂部與太原組下段灰?guī)r之間的鋁土質(zhì)粘土巖，從巖性來說隔水性能良好。由于沉積時地形不平，厚度變化大，為2.17～29.38m，平均7.37m。本層情況較為復雜，一方面，寒武系頂部古巖溶已被充填，使界面以下10m內(nèi)的巖溶裂隙不夠發(fā)育，相對隔水段還可下延，具有一定的隔水緩沖作用，使太原組下段灰?guī)r含水層與寒武系上部灰?guī)r含水層的富水性有很大的差異；另一方面，小斷層的存在和巖石破碎而削弱該隔水層的隔水作用，使寒武系上段灰?guī)r水通過不同的渠道轉(zhuǎn)給太原組下段灰?guī)r。表現(xiàn)在鉆孔內(nèi)不同的層位的水位，水質(zhì)相似。二疊系的二1煤層頂板各砂巖含水層間的泥巖、砂質(zhì)泥巖段也是良好隔水層。（三）老空水二1-21061風巷上部為二1-21041采空區(qū)，根據(jù)21041采面回采情況，編制21061風巷在掘進期間探放水設(shè)計，對老空積水進行探放（四）根據(jù)分析，對工作面掘進及回采造成危險的水害主要是二1-21041老空積水、及下段灰?guī)r水和寒武系灰?guī)r水。二、防治水措施（一）掘進期間的防治水措施1、工作面出現(xiàn)掛紅、掛汗、空氣變冷，發(fā)現(xiàn)霧氣、水叫、頂板淋水加大，頂板來壓，底板鼓起或產(chǎn)生裂隙，發(fā)現(xiàn)淋水，水色發(fā)渾有臭味等異狀時，必須停止作業(yè)，采取措施，報告礦調(diào)度所。如情況危急，必須撤出所有受威脅地點的人員。2、嚴格執(zhí)行超前循環(huán)探測措施。直流電法儀有效探測距離60米，無異常時可正常掘進，保持超前距不少于20米，兩幫控制距離不少于20米，探測一輪時，地測科向有關(guān)單位下發(fā)探測結(jié)果。3、掘進工作面物探異常時必須進行鉆探驗證，鉆探驗證孔一次不能穿過異常區(qū)時必須循環(huán)驗證，要留足超前距，以探明異常的具體情況。嚴禁不探明情況私自組織進尺。4、掘進工作面實行水害動態(tài)牌板管理，每次探測后及時更新牌板內(nèi)容。5、鉆探承壓水富水異常區(qū)時，必須停止掘進工作，根據(jù)預計的水壓大小安設(shè)測壓控水裝置，確保鉆孔水可測可控。鉆孔設(shè)計與施工必須編制專項措施。6、巷道掘進過程中平巷段設(shè)水溝，低洼處施工水倉，安設(shè)IS100-80-125型水泵，并經(jīng)常檢查維護，確保排水系統(tǒng)完善可靠。7、驗證水文地質(zhì)異常區(qū)前，必須于巷道正前低洼地點安裝排水設(shè)備（排水能力不小于100m3/h）8、二1-21061風巷掘進根據(jù)二1-21041機巷標高情況，編制專項探放水設(shè)計對各低洼點積水情況進行探測，防止掘進造成威脅。9、避水災路線：風巷：21061風巷副暗斜井副石門副井—平地。機巷：21061機巷副暗斜井副石門副井—平地。低抽：21061低抽副暗斜井副石門副井—平地。（二）回采期間防治水安全措施采空區(qū)積水可在二1-21061風巷進時探放，對回采有影響的主要為底板承壓水。1、帶壓開采可行性分析（1）含水層水位情況及工作面承壓情況該工作面標高-155.3--220.6米，根據(jù)礦井水文觀測孔觀6孔2012年2月1日觀測資料（礦井寒灰水位在+100米），該工作面承受的寒灰水水壓3.2Mpa，根據(jù)21022底板加固鉆孔施工資料，該面承受的下段灰?guī)r水壓2.9Mpa。（2）下段灰?guī)r水突水危險性預測①根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》公式T=P/M其中：T—煤層底板突水系數(shù)，MPa/m；M—隔水層厚度，m；P—隔水層底板承受水壓，MPa；根據(jù)附近面（21022采面）底板注漿加固鉆孔施工資料，該面承受下段灰?guī)r水壓值為2.9Mpa,工作面煤層與下段灰?guī)r的最小間距為63米。通過計算，L1-4灰突水系數(shù)最大值為0.046Mpa/m,小于《煤礦防治水規(guī)定》中突水系數(shù)危險值（0.06MPa/m）。②如果考慮工作面采動對煤層底板的破壞，則計算突水系數(shù)用如下表達式：T=P/（M-Cp）式中：T—煤層底板突水系數(shù)，MPa/m；M—隔水層厚度，（垂直煤層底板的法線距離）m；Cp--采動對煤層底板的破壞深度，m；P—隔水層底板承受水壓，MPa；式中隔水層厚度和隔水層底板承受水壓均為已知，采動對煤層底板的破壞深度采用如下經(jīng)驗公式計算：h=0.707+0.1079L①式中：h—底板破壞深度，m；L—開采工作面斜長，m.利用式①計算得底板破壞深度12.5m，考慮采動破壞計算該面L1-4灰突水系數(shù)最大為0.0574Mpa/m，小于《煤礦防治水規(guī)定》中突水系數(shù)危險值（0.06MPa/m）。（3）寒灰水突水危險性預測①根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》公式T=P/M其中：T—煤層底板突水系數(shù)，MPa/m；M—隔水層厚度，m；P—隔水層底板承受水壓，MPa；根據(jù)觀測孔資料，該面承受寒灰水壓值為3.2Mpa,根據(jù)鉆孔資料煤層與寒灰?guī)r的最小間距為75米。通過計算，寒灰突水系數(shù)最大值為0.043Mpa/m,小于《煤礦防治水規(guī)定》中突水系數(shù)危險值（0.06MPa/m）。②如果考慮工作面采動對煤層底板的破壞，則計算突水系數(shù)用如下表達式：T=P/（M-Cp）式中：T—煤層底板突水系數(shù)，MPa/m；M—隔水層厚度，（垂直煤層底板的法線距離）m；Cp--采動對煤層底板的破壞深度，m；P—隔水層底板承受水壓，MPa；采動對煤層底板的破壞深度采用如下經(jīng)驗公式計算：h=0.707+0.1079L①式中：h—底板破壞深度，m；L—開采工作面斜長，m.利用式①計算得底板破壞深度12.5m，考慮采動破壞計算得到各孔附近區(qū)域寒灰突水系數(shù)最大為0.0512Mpa/m，小于《煤礦防治水規(guī)定》中突水系數(shù)危險值（0.06MPa/m）。根據(jù)計算，考慮采動破壞影響，下段灰?guī)r突水系數(shù)（0.0574Mpa/m）在臨界值附近，寒灰突水系數(shù)（0.0512Mpa/m）小于臨界值，采動期間有發(fā)生突水的可能性2、回采安全措施（1）堅持“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則。在工作面貫通后及時利用直流電法儀、音頻電透進行物探，對物探出的異常區(qū)編制專門的設(shè)計進行底板注漿加固改造，加固完成后再進行物探檢驗、鉆探檢查。（2）加大礦井放水量，加快礦井水位下降速度。（3）在機巷施工兩個環(huán)形水倉，水倉容量不少于200m3，并隨采面推采及時向外延掘，保證兩個，在里環(huán)形水倉外口安設(shè)IS100-80-125型排水泵2臺，在外環(huán)形水倉外口安設(shè)IS100-80-125型排水泵1臺，鋪設(shè)φ108mm（4）在機巷下幫鋪水溝槽，水溝槽頂面低于巷道底板0.2米以上，采面有水時，將老搪排清凈，找出出水點，利用水簸簱及管子把水引入機巷水溝內(nèi)，經(jīng)水溝流入水倉內(nèi)。(5)采面在回采過程中，地測科做好水文地質(zhì)超前預報工作，以便及時采取措施。(6)工作面在初采初放老塘垮落時，應注意采面滴水、淋水變化情況，當涌水量增大時當班安檢員、班組長（或跟班隊干）必須及時向礦調(diào)度室匯報，組織好排水工作。(7)水泵設(shè)專人管、護，要有專人維護排水管路，及時排水，加強對水泵的檢修工作，保持順利排水。(8)要及時對機巷水倉及-240米水倉進行清挖，采煤隊每班對排水設(shè)施進行一次檢查，保證排水設(shè)施完好可靠，在環(huán)型水倉入水口處設(shè)擋桿，