瓦斯抽放系统设计

集贤煤矿中一采区左四
片瓦斯抽放措施
2007-12-08
编制人：肖占胜
3604 工作面瓦斯抽放系统设计
第一部分矿井概况
集贤煤矿是全国煤炭工业现代化矿井之一，是双鸭山矿业集团主
力生产矿井。

集贤煤矿位于双鸭山市东部，合江煤田西部，东西走向
9km, 南北倾向４ .５km 。

面积 40.5km 。

1974 年 10 月 1 日简易生产，
后经过两次改造年设计能力为120 万吨。

现核定年生产能力为180 万吨。

矿井开拓方式为立井分水平开拓，立井贯穿各煤层底板，岩石运
输大巷，采区集中石门开拓，上下山同时开采。

矿井分两个水平开采，一水平标高 -150 米，二水平标高为-450 米。

目前，集贤煤矿开采处
于一水平向二水平过渡时期，一水平（-150 水平）有生产采区 4 个，准备采区 4 个，主要是一水平下山遗留的开采比较困难的块段；二水
平于 2003 年开始延伸开拓，2005 年 4 月完成 -370 中一采区九层煤的
开采。

二水平有一个生产采区、一个准备采区。

集贤煤矿现有采煤工
作面 4 个，掘进工作面22 个，硐室 17 个，其他供风点 4 个。

矿井的通风方式为两翼对角抽出式通风，由东风井和北风井回风，
从斜井和付井入风。

目前，矿井总入风量为10841m 3
/min ，总排风量
为11692m 3
/min 。

现有主备风扇 4 台，两台运行，两台备用。

北风井主备扇型号为 BDK-6- № 22，配备 YBF450-SI-6 型电动机，
电动机功率为250×2KW，主扇叶片角度一级320、 270，等级孔 2.2m2，
3
工作风量为6327m/min ，负压 230mmHO 转速 990r/min.服务于二段下延采区和西二采区。

东风井主备扇型号BDK-6- № 21，配备 YBF450-M2-6 型电动机，电
动机功率220× 2KW，等级孔 1.7m 2，工作风量5365m3/min ，负压240mmHO。

转速 990r/min.服务于南三采区和东翼采区。

井田内可采
煤层有 3、 5、 16、 17 层，共四组煤。

煤种属于气煤，煤层不易自燃，
属于低瓦斯矿井。

第二部分抽放的可行性和必要性
2008 年矿井瓦斯鉴定结果，瓦斯绝对涌出量为 15.7m3/min ，相对涌
出量为 5.23m 3
/T ，矿井为低瓦斯矿井。

由于集贤矿中一下采区开采
深度延深，瓦斯含量逐步升高，2006-2008 年开采以来，通过对中一采区上山区一片和下山区零片、一片、二片、三片工作面进行回采的
实践，根据中一采区回采工作面初采、采面延伸瓦斯涌出的统计，回
采工作面瓦斯绝对涌出量达到 5.8～ 9.12m 3
/min ，其相对涌出量达到
4.4～ 6.9m3/T ，接近于高沼气工作面。

按照《煤矿安全规程》必须进
行采煤工作面瓦斯抽放。

第三部分中一采区左四片工作面概况中一采区左四片工作面即3604 工作面，位于中一采区下山区，左部为采空区，右部为未开采区，工作面为九层煤。

采面走向长度1020米，倾斜长200 米，埋藏深度为680 米～ 580 米，煤层倾角 5 度，煤层平均厚度为 1.6 米，其上接伪顶为 0.7 米厚的粉沙岩，自由顶为 3.1米厚的细纱岩，老顶为 10.5 米厚的粉沙岩。

回采工作面掘进时揭露 1.2米以下断层 5 条，煤层不易自然，该工作面瓦斯绝对涌出量达到 5.8～
9.12m3/min ，瓦斯相对涌出量（
3
4.4～6.9）m/T，回采工作面为重点瓦
斯工作面。

3604 采煤工作面采用U 型上行风通风方法。

供风量600～ 700
m3/min 。

根据中一下山区几个工作面回采规律，随着工作面的回采，
瓦斯涌出量呈逐步增长趋势，特别是工作面推进到近1/2 走向长度时，
瓦斯涌出强度增加较明显，有时回风瓦斯浓度达到（0.8-1 ） %左右，
工作面上偶角瓦斯时有超限。

严重影响工作面正常回采。

由于集贤煤矿开采煤层的透气性很低，煤层中的瓦斯主要以吸附
状态存在，游离瓦斯较少，采用本煤层瓦斯抽放方法抽取煤层中的瓦
斯较困难，该方法只能做为回采工作面抽放瓦斯的辅助方法。

通过前期瓦斯抽放的实践，以及回采煤层赋存地质条件，可以知
道：集贤煤矿 3604 采煤工作面（左四片）的瓦斯来源——回采工作面
瓦斯的涌出、回采遗煤瓦斯的解析、围岩瓦斯的逸出及邻近采空区瓦斯
的涌入。

除一小部分被工作面风流带出外，其余大部分瓦斯聚集于采空
区内，工作面回采时，采空区的瓦斯被漏风风流带出，造成上
偶角和回风流瓦斯超限。

因此，根据前几个工作面回采治理瓦斯经验，
应采取以仰角钻孔采空区抽放瓦斯方法为主，以本煤层瓦斯抽放和抽放邻
近采空区瓦斯为辅，建立综合治理瓦斯的抽放措施。

根据 3604 工作面的条件，设计在回风巷（下料道）一侧开拓钻场，
钻场间距 45-50 米，第一个钻场距切眼 40 米，设计 8 个仰角钻孔，孔深 40 米；其余各钻场设计 8 个仰角钻孔，孔深 90 米，孔径 94 毫米。

设计施工参数见附图。

同时，每个钻场设计施工本煤层瓦斯抽放钻孔5 个，孔径94 毫米，设计施工参数见附图。

各钻场开拓规格为长 4.5 米、宽 3 米、高 2.2 米，钻场的顶板采用锚杆支护。

封口措施——钻场的钻孔施工完成后，应用∮128 毫米的钻头扩
孔，仰角钻孔扩孔深
5 米，使用 4 英寸套管，长度 3 米，封口有效长
度为 1.5米，必须封在岩石内。

本煤层钻孔必须扩孔7 米，使用 4 英寸的套管，长度 6 米，封口的有效长度不小于 5 米。

封口材料使用麻袋、聚氨酯胶。

钻孔参数的设计
仰角瓦斯抽放钻孔可用计算参数和施工参数来表述。

我们建立仰
角钻孔的数学几何模型如下图：
1）计算参数
Ｘ—钻孔在风巷方向投影的长度；米
Ｈ—钻孔终孔点距煤层顶界的高度：米
Ｙ—钻孔终孔点距回风巷水平投影长度：米
2） L —钻孔深度；米
α—钻孔水平投影线与风巷的夹角；度
β—钻孔与顶板的夹角；度
Ｌ1—钻孔封口长度；米
仰角钻孔设计的计算及施工参数表
参数
LαβＸＨＹＬ1孔号
190m9°6°88.49.4143m
290m15°6°86.49.423.33m
390m21°6°83.59.432.23m
490m24°6°81.79.436.63m
590m30°8°77.712.5453m
690m35°8°73.312.551.63m
790m40°8°68.912.557.83m
890m45°8°63.712.563.73m
关于 3604 初采采用下行风及皮带道沿空留巷瓦斯治理措施
根据集贤煤矿3604 工作面初采时，新面采取下行通风。

而且，3604 新面的皮带道根据采煤设计要求，采取沿空留巷工艺。

为解决留巷及下偶角瓦斯超限，特制定以下瓦斯抽放安全技术措施。

1、为解决下偶角及留巷瓦斯超限，应在留巷发碹柱体内埋管，
埋管能够有效连通采空区和留巷，以便于抽放空区瓦斯。

2、埋管技术要求：埋管使用直径275 毫米的瓦斯抽放管，所埋
管的长度应略长于所发碹墙体宽度，空区一侧管口处与
墙体平齐，应有防堵塞措施，留巷一侧埋管需长出15-20
厘米，且带有法兰盘。

3、埋管使用的铁管，应采用抗静电材料包裹，防止撞击产生火
花，发生瓦斯爆炸事故。

4、根据实际需要，应在左四片皮带道铺设一条瓦斯抽放管路，
管路直径275 毫米，铺设的管路应吊挂在下山靠近左帮
的顶板上。

5、吸气管路与两台瓦斯抽放泵站连接，泵站型号为ZDW-85/160
型。

6、管路的铺设必须执行瓦斯抽放管路规定的安全技术措施。

管
路的铺设见瓦斯抽放系统图。

第五章瓦斯抽放管路设计
一、抽放管路内直径的选择
根据上一工作面瓦斯绝对涌出量为9.12m3/min，配风量为600～700 m3/min，抽放瓦斯浓度平均为20%，设计管路流量为Q=30 m3/min，理想及安全流速为V=15 m3/min 。

由公式： D=0.1415 （ Q/V）1/2
=0.1415(28/15)1/2
=0.1933m
=193.3mm
可选直径为200mm的瓦斯抽放管。

二、根据井下、井上方便运输和便于安装的要求选择每节长度为 5 米的抽放管。

三、管路阻力计算
1、管路阻力
△H=Q2ρ L/KD5
=（ 30× 60）2× 0.716 ×1204/0.71 × 205
=1204.8mmH2O
=12KPa
Q——抽放管内瓦斯流量，m3/min ；
ρ——管内混合气体密度，kg/m 3；
L——抽放瓦斯管长度，m；
K——系数，取K=0.71 ；
D——瓦斯抽放管内直径，cm。

2、管路的局部阻力
△h=△ H20%=12× 20%=2.4KPa
3 、管路的总阻力
△R=△ H+△h=12KPa+2.4KPa=14.4KPa
4、抽方泵的负压为；85KPa-14.4KPa=70.6KPa>13KPa
所以满足孔口抽放负压要求。

管路的铺设
下料道吸气管路的铺设：钻场（左四片下料道）——中一下山采区回
风道——泵站，管路长度1240 米；
皮带道吸气管路铺设: 左四片皮带道——中一下山区回风道——泵站
排气管路的铺设：泵站——中一下山采区回风道，管路长度50米；见瓦斯抽放系统图。

第六部分瓦斯抽方泵站
1、泵站地点：设在中一下山采区轨道下山
2、泵站供电：电源引自中一采区变电所，由两台不同变压器分别为
两组四台真空泵提供 660 伏低压电源供电，见供电系统图。

3、泵站内配置四台真空泵，型号为SKA303 真空泵 1 台，吸气量为
60 m3/min ，电机功率为 110KW；型号为 SKA353真空泵 3 台，吸气
量为 85 m3/min ，电机功率为 160KW；负压范围 -0.1 ～ MPa，孔板系数为 3.1789. 四台真空泵分两组，两台运行，两台备用。

4、泵站供水：建一个50立方米的蓄水池，用水泵为真空泵供水，
真空泵排水流回蓄水池，实现水的循环利用。

井底供水系统可提供
蓄水池水的补给和备用水源。

见供水系统图。

5、泵站内在下风处设置瓦斯监测仪并实现瓦斯电闭锁。

6、泵站应建立联网电话，保证抽方泵站与矿调度、区调度及时、有
效进行联系。

瓦斯抽放泵站安全技术措施
1.泵站司机要经过学习和培训合格后，持证上岗，并按《操作规程》
作业。

2.抽放泵要做到三知四会，严格执行现场交接班。

3.抽方泵工作时，严禁擅自离开，如有异常情况，应立即停泵检查，
停泵后，应及时上报区调度。

4.抽方泵站瓦斯抽放参数要按要求每小时记录一次，写好台帐，写清参数。

5.要维护和保养好机器设备、测量仪器、仪表，并按规定定期校验。

6.建立健全抽方泵站司机工作责任制、现场交接班制、认真填写巡管
记录、泵站运行与维修记录。

泵站要配备防火防爆设施和工具。

二、抽放管路铺设安全技术措施
1、瓦斯抽放管路沿着巷道左上方顶板铺设，使用φ6的圆钢把管路
吊挂在锚杆上，吊挂的高度不小于 1.8 米。

每隔4-5米设一个吊
挂点，吊挂要平直；吸排气管路低处要设置放水和排渣装置。

2、泵站内吸气管路上要有流量计、温度计、负压表、过滤器；排气
管路上要有正压表、瓦斯浓度取样孔。

抽放管路应进行编号、喷
涂警告语言、并标明吸气或排气管路。

3、钻场应设置编号牌、钻孔应设置编号牌、抽放钻场悬挂参数牌板。

钻场分支集气管应安装多参数检定管和自动放水气。

4、抽放管路不能和电缆同侧；
5、抽放管路要垫起或者吊挂，距离地面不得小于30 厘米；
6、抽放管路应无损坏、漏气、积水；
7、抽放管路低处应设放水装置并排专人定期巡查管路；
8、移动泵站抽出的瓦斯排至总回风道时，抽房管出口处应设置栅栏，悬挂警告牌，安设瓦斯传感器。

要求栅栏设置的位置：上风侧为管路
出口处外推 5 米，上下栅栏间距不小于30 米，两栅栏间禁止人员通行和任何作业。

钻场钻孔作业安全技术措施
1、抽放段所有参加钻孔施工人员必须经过培合格持证上岗。

所有上
岗人员必须严格执行《煤矿安全规程》、《煤矿安全技术操作规
程》，杜绝“三违”现象的发生。

2、所有上岗人员必须严格执行岗位责任制，现场交接班制。

3、所有上岗人员作业前必须学习本措施，学习后，作业人员签字后方
可上岗作业。

4、运输钻机及其附件时，必须由代班段长跟班指挥运输作业。

使用平
板车运输机器设备等物件，必须固定牢靠，做到不超宽不超高。

5、绞车必须由经过专门培训，考试合格，持证上岗的绞车司机操作。

其他人员不得操作绞车。

6、使用绞车运输钻机等设备、物件时，严禁晃灯敲管子、喊话、敲
矿车等方式传递信号。

7、严格执行上山绞车道“行车不行人，行人不行车”制度。

8、在上山绞车道进行运输时，严禁蹬车、放飞车、超规定拉放车。

9、拉放车时，必须使用防脱钩保险鸭嘴，钩头及大绳必须安全牢靠，
钩头要有鸡心环，三环链。

10、打钻作业前，代班段长必须认真检查作业现场的安全情况，严格
执行敲帮问顶制，排除隐患，方可作业。

11、打钻时，必须由一名代班段长跟班作业，作业现场应悬挂便携式
瓦斯检测仪，瓦斯浓度达到 1.5% 时，立刻停止作业关闭电源，撤出所有人员到安全地点，通报区调度，等待处理。

12、作业时，操作钻孔机械设备应有带班段长跟班作业指挥，作业用
电设备必须符合煤矿电器防爆要求，执行《煤矿安全规程》。

13、施工前，由专职电气人员接电源开关。

在接电以前必须检查开关
等电器设备是否完好可靠，有无失爆等情况，如有必须处理好后
方可接电，接电时严禁带电作业。

14、打钻前，首先将钻机固定平稳，钻机的四个支柱必须牢靠并用铁
线或安全拉链锁在顶板上，防止支柱滑倒伤人或砸坏机器设备，
检查安全后方可施工。

15、进行钻机作业时，操作人员应不少于 3 人，严禁单人作业。

操作
人员衣扣要整齐、系严，严禁卧躺。

开钻时除操作人员外其他人不准
靠近钻机。

钻机前严禁站人。

16、施工钻孔时必须严格按照技术人员给定的钻孔参数施工作业。

17、进行钻机作业时，要精力集中，钻进速度要保持平稳，匀速推进，
给进压力不能过大，避免超负荷运转。

以免损坏钻进，造成高压
油管破裂，发生伤人事故。

18、作业时，先使用∮128 毫米钻头钻进 5 米深进行扩孔，然后用∮
94 毫米钻头施工钻孔至技术要求的深度，并保持大水量冲孔 5 分
钟，冲净钻孔内的岩渣后方可撤出钻杆。

19、封孔时准备好封孔用的 3 米长的四寸管、马力散和麻袋。

20、首先以 1：1 比例迅速均匀的拌好马力散，然后快速地浇涂在缠好
麻袋的四寸套管上，边浇涂马力散边卷绕麻袋，要求马力散浇涂
均匀，卷绕麻袋后四寸套管的直径刚好能进入钻孔为好，封孔有
效长度不小于 1.5 米，封孔有效长度必须在岩石段。

21、封孔过程作业人员要配合协调，动作迅速，从搅拌马力散到插入孔
内，必须在 5 分钟内完成。

封孔后按要求封闭管口，防止瓦斯泄
漏。

22、为尽量防止钻孔弯曲，应按要求安装导向套管。

23、钻机操作人员施工钻孔时，应按钻机操作规程作业，液压系统的
安全阀必须由技术人员或维修工进行调整，其它人员不准任意调
整。

24、作业时要及时校对钻孔施工参数是否正确，当出现偏差要及时纠
正。

25、钻机钻进过程中，如发现钻杆有跑偏现象（例如钻头下垂）应立
即停止钻进，撤出钻杆重新开孔打钻，避免由于钻杆受力不在同
一轴线上而损坏钻机和钻杆
26、在整个施工过程，必须保证钻机正常供水，如出现停水时，必须
停止施工，查明停水原因并立即处理，待恢复供水后方可继续施
工。

27、在施工钻孔期间发现异常现象要停止钻机钻进，及时汇报。

待维
修人员维修好后，方可继续施工。

28、钻机操作应由熟练钻工或代班段长操作，钻机不得在无人看管的
情况下运转。

29、在钻机正常运行时，不得任意拨动各种连动手柄，如需要变速、
变向时，必须停钻后进行。

30、人工取下钻杆和装卸水辫时，钻机的控制开关必须处在停止位置。

31、钻进时，发现钻头糊钻、憋泵、转速显著下降时，应立即停钻，
不得随意加大压力强行钻进。

32、严禁用钻头扫出孔内丢失的钻具。

33、钻进过程中，操作人员要精力集中，注意观察钻进情况，严格控
制钻进速度，随时注意电动机的负荷情况，不得超载，当发生火
花、冒烟或转速降低和发热等情况时，立即断开电路进行检查调
整。

34、钻机的油管要理顺整齐，液压油要充足，不变质，没有杂物。

钻
杆要摆放整齐，严禁碰伤螺纹。

轴承要保养注油，变速箱应有足
够的润滑油。

35、钻孔的施工进度要求施工负责人当场做好记录，并按要求及时汇
报给区调度。

36、在整个施工期间，所有施工人员必须听从代班段长统一指挥，严
禁违规作业。

37、作业时，要保持钻场文明卫生，钻杆、工具要摆放合理整齐。

38、钻孔开孔时，要由代班副段长亲自负责，要严格按技术人员给定
技术参数对钻，并由代班副段长亲自负责，做好记录并向区调度汇报对钻参数情况。

39、钻孔终孔时，要由代班副段长或由区值班人员现场监督钻杆撤出
情况，做好钻孔进尺记录后，及时汇报给区调度。