22002采煤工作面瓦斯抽采施工设计
第一节 22002采煤工作面概况
一、采煤工作面位置
工作面位置：二采区回风下山西南。四邻关系：北东为二采区回风下山,东南为12006采空区,北西均为未采区，南端为dF2断层。井下标高： -466.50-555.50m。地表为湖龙村、柳亭村水田地。工作面地表东南是20号煤层采空区地面塌陷积水坑。地面标高：26.2-24.1m 。
二、煤层情况
施工区域内的岩体为单斜构造，走向北东，倾向北西。岩层倾角15～12/13°。煤厚3.24 ～2.00/2.25m。夹石0～4层，简单～复杂煤层结构。
炭质泥岩（f=2.52） 20号煤层（f=3.00）
炭质页岩（f=4.32）粉砂质泥岩（f=3.89）
细砂岩（f=5.88）泥岩（f=4.87）
三、地质构造
地质构造简单，南端近dF2断层。dF2为正断层，走向北东，倾向东南，倾角68°，落差0～8m。
四、采煤方法
22002工作面采用走向长壁后退式采煤方法，机械落煤，采用全部垮落法管理顶板。
第二节 22002采煤工作面通风系统
一、采煤工作面风量计算
1、按瓦斯涌出量计算：
Q=100qK=100×5×1.5=750 m3/min
Q—采煤工作面实际需要风量
100—单位瓦斯涌出量，回风流瓦斯浓度不超过1%的换算值；
Q—采煤工作面的平均绝对瓦斯涌出量，参照同一煤层119b02采煤工作面的绝对瓦斯涌出量的最大值，取5m3/min；
K—采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.5 。
2、按工作面温度计算：
Q=60VS=60×1.5×6.6=594m3/min
V—采煤工作面平均风速，取1.5m/s;
S—采煤工作面平均断面积，取6.6m2。
附表采煤工作面空气温度与风速对应表
3、按工作面同时作业人数计算：
Q=4N=4×40 =160 m3/min
Q—采煤工作面实际需要风量；
4—每人每分钟不低于4m3的配风量；
N—工作面同时作业最多人数，取40人。
4、按风速进行计算
按最低风速进行验算，采煤工作面最低风量：
Q煤≥60×0.25S煤=99m3/min
按最高风速进行验算，采煤工作面最高风量：
Q煤≤60×4S煤=1584 m3/min
5、根据上述计算结果，确定采煤工作面实际需要风量为750 m3/min。
二、通风路线
新风:副井→-480车场→-480入风石门→二采区轨道下山→→二采区轨道大巷→22002运输顺槽→22002工作面
乏风:22002工作面→22002回风顺槽→22002回风联巷→-510回风车场→-480回风石门→风井→地面。
附图1 22002采煤工作面通风系统图
第三节 22002采煤工作面瓦斯监测系统
一、22002采煤工作面甲烷传感器布置
1、22002采煤工作面共布置6台甲烷传感器，上隅角、采煤工作面、回风巷中部、采煤工作面回风巷、回风顺槽钻场、回风
顺槽卡轨车。
2、在工作面上隅角安设一台甲烷传感器, 报警值：≥1.0% CH4,断电值：≥1.5% CH4，复电值：<1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽的全部非本质安全型电气设备。
3、在采煤工作面安设一台甲烷传感器，安设在距离上出口10～15m（下帮）位置，报警值：≥1.0% CH4,断电值：≥1.5% CH4，复电值：<1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。
4、在采煤工作面回风巷中部600m处安设一台甲烷传感器，报警值：≥1.0% CH4,断电值：≥1.0% CH4，复电值：<1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。
5、在采煤工作面回风巷出口10-15 m处安设一台甲烷传感器，报警值：≥1.0% CH4,断电值：≥1.0% CH4，复电值：<1.0% CH4；断电范围：工作面及其回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。
6、在回风顺槽施工中的钻场安设一台甲烷传感器；报警值：≥1.0% CH4,断电值：≥1.0% CH4，复电值：<1.0% CH4；断电范围：22002回风顺槽钻场及回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。
7、在回风顺槽卡轨车处安设一台瓦斯传感器；报警值：≥1.0% CH4,断电值：≥1.0% CH4，复电值：<1.0% CH4；断电范围：卡轨车电源及回风顺槽内全部非本质安全型电气设备。
8、采煤机设置便携式甲烷检测报警仪，报警值：≥1.0% CH4。
二、监测监控分站
1、板石煤矿装备KJ19综合监控系统，监测分站安设位置选定在12006下顺三返送配点电。
三、监测监控系统安装、使用规定
1、安全监控设备之间必须专用阻燃电缆连接，严禁与调度电话电线和动力电缆等共用。
2、监控分站设置在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道中，安设时应垫支架，使其距巷道底板不小于300mm。
3、安全监控设备的供电电源必须取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。
4、监控分站设有备用电源，备用电源必须保证2小时供电要求。
5、甲烷传感器应垂直悬挂，距顶板不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm。
6、监测系统必须由通风区派专人进行维护，确保系统的灵敏可靠。
7、按《规程》规定每10天测试一次甲烷超限断电实验。
8、当工作面瓦斯超限时，自动切断工作面内全部非本安型电器设备电源，当各测点瓦斯浓度达到1%以下时，方可人工对连锁开关送电，严禁连锁开关自动恢复送电。
附图2 22002采煤工作面监控系统布置图
附图3 22002采煤工作面断电控制图
第四节 22002采煤工作面瓦斯抽采设计
一、采煤工作面瓦斯涌出量预测
22002工作面为单一中厚煤层开采。预计瓦斯涌出主要来源：一是本煤层瓦斯在落煤过程中涌出，约占30%；二是采空区及邻近层瓦斯通过顶底板裂隙涌出，约占60-70%。
20＃煤层透气性系数为0.27-1.52 m2/MPa2d，属于可以抽放煤层；20＃煤层钻孔自然瓦斯涌出量衰减系数在0.04-0.05d-1之间，20#煤层工作面瓦斯涌出量 2.94m3/t, 邻近层瓦斯涌出量3.659 m3/t , 22002采煤工作面瓦斯涌出量为6.599 m3/t；按每天产煤3400t计算，22002采煤工作面绝对瓦斯涌出量预测为17.40 m3/min。
22002工作面顶板系中～硬岩层组合，参照经验公式：预计冒落带高度约9.24米，裂隙带高度约9.24-29米。
根据《煤矿安全规程》第145条规定，采煤工作面绝对瓦斯量大于5 m3/min，用通风方式解决不合理的，必须建立地面或井下临时瓦斯抽放系统。22002工作面仅用风排无法解决瓦斯问题，必须进行初采期间短孔抽放、高位钻场抽放和尾巷埋管抽放的综合方法治理瓦斯。
二、根据通风能力确定瓦斯抽放的必要性
1、22002工作面可以供给的最大风量：
根据公式计算：
Q=SV×60=6.6×4×60=1584m3/min
式中：Q—工作面可以供给的风量，m3/min；
S采—采煤工作面的平均断面，取6.6 m2；
V —规程允许最高风速为4m/s。
2、22002工作面最大风排瓦斯量：
根据公式计算：
q=QC/k=1584×0.9%/1.2=11.88m3/min
式中：q—风排瓦斯量，m3/min；
k—瓦斯涌出不均衡系数，取1.2；
C—《规程》允许风流中的最大瓦斯浓度为1%，从安全角度考虑取0.9%。
3、22002工作面实际风排瓦斯量：
根据22002采煤工作面通风设计，工作面可以供给风量为750m3/min，实际风排瓦斯量：
根据公式计算：
q=QC/k=750×0.9%/1.2=5.6m3/min
式中：q——风排瓦斯量，m3/min；
k——瓦斯涌出不均衡系数，取1.2；
C——《规程》允许回风流中的最大瓦斯浓度为1%，从安全角度考虑取0.9%。
22002采煤工作面绝对瓦斯涌出量预测为17.40 m3/min ，风排瓦斯量为5.6m3/min，钻场抽放瓦斯量：17.4-5.6=11.8m3/min，所以22002工作面必须采取钻场抽放与风排相结合的治理方法，
才能保证工作面的正常生产。
三、22002采煤工作面瓦斯抽放方案
1、瓦斯抽放方法
根据22002工作面瓦斯涌出来源，在初采期间（前50m）分别在15 m 和30m位置施工防扇钻，进行近距离短孔抽放，防止初采期间，工作面瓦斯扇出；同时进行“高位钻孔抽放卸压带瓦斯”和“尾巷埋管抽采上隅角瓦斯”三种瓦斯治理方法。
2、高位钻孔抽放
1）钻场施工地点：
钻场布置在22002回风顺槽，距22002开切眼往外50米处开始布置第一个钻场，以后每隔24米布置一个钻场至7号钻场。从7号钻场以后不施工钻场。
（1）钻场间距根据公式计算：
L场=KL压
L场=1.5×20=24 ｍ
式中：L场—钻场间距，ｍ；
K—取1.5；
L压―采场来压步距，取20ｍ。
（2）钻场尺寸：
深×宽×高：4m×5m×2.5m。
2）高位钻孔布置方式：
（1）在钻场内向采空区方向呈扇形打8个高位钻孔，钻孔
要求打在工作面上部裂隙带内，封孔后抽放采空区瓦斯。
（2）钻孔开孔位置位于打钻侧煤壁顶板；钻孔间距1号孔距煤壁800mm,2号孔至8号孔，间距为400 mm。
（3）瓦斯抽放管路的连接用双股8号铁丝将3寸高压软管与钻孔口的无缝钢管扎劳，后将4寸吸水胶管与抽放管路的分管器合管。
3）高位钻孔角度：
22002工作面初采期，顶板不易冒落，1号和2号钻场1、2号钻孔终孔垂高控制在8米左右，钻孔长度、仰角、夹角参数见22002采面瓦斯抽放钻孔参数设计。
4）高位钻孔封孔方法：
钻孔采用聚氨脂封孔，聚氨脂是由两种药液混合而成，甲乙两种药液按4:6的比例倒入容器混合搅拌1min，当药液由原来的黄色变为乳白色，将混合液倒在麻布上抹平并缠在抽放管上送入钻孔，5min后开始发泡膨胀，在钻孔内借膨胀性将钻孔封闭；高位钻孔封孔长度要求不小于4m。
3、尾巷埋管瓦斯抽放
1）尾巷埋管布置方式：
（1）22002工作面上尾巷布置就趟6吋抽放管路连接至10寸PE管路， 6寸抽放管路上设6吋蝶阀，控制抽放量。
（2）6吋抽放管路柱上安设立管设在上隅角（蝶阀开启），抽放管路立管抽采上隅角瓦斯。
（3）立管规格为6吋0.8米×1米×1米（共计2.8米）钢管，顶部0.4米花孔，底部用三通接入6吋抽放管路。
（4）每次安装立管前，在顶板崩出1500mm、直径400mm窟窿，将立管插在窟窿内，用铁丝固定。
（5）安装、回撤尾巷立管时，使用蝶阀控制两趟抽放管路，必须保证抽放管路正常抽放。
四、瓦斯抽放系统与设备
1）管路流量计算
根据22002工作面的瓦斯涌出量预测：22002工作面瓦斯抽放量12m3/min，高位钻场抽放瓦斯量约为10m3/min，尾巷浮抽瓦斯量约为2m3/min，根据抽放量要求计算管路的直径。
（1）高位钻场抽放管路直径计算：
瓦斯抽放浓度按照30％左右计算，则通过管路内的混合流量为：Q =10÷30％=33.3m3/min。
根据公式：
D=0.1457×√Q/V=0.217m
式中：Q—管路的抽放流量，取33.3m3/min；
V—管路的经济流速，取15m/s。
通过计算确定工作面布设一趟?300mm（12吋）管路能够满足需要。
（2）尾巷浮抽管路直径计算：
瓦斯抽放浓度按照20％计算，则通过管路内的混合流量应该
为：Q =5.0÷20％=25m3/min。
根据公式：
D=0.1457×√Q/V =0.18m
式中：Q—管路的抽放流量，取25m3/min；
V—管路的经济流速，取15m/s。
通过计算确定工作面布设一趟?250mm（10吋）管路能够满足需要。
2）抽放管路材质及管径的选择
（1）22002采煤工作面高位钻场，上顺槽采用12吋PE管，规格为内径?300mm，管壁厚15mm。
（2）22002采煤工作面尾巷浮抽，全部采用10吋PE管，规格为内径?250mm。
3）高位钻场抽放管路阻力的计算
高位钻场抽放管路铺设一趟?300mm管路进行抽放，抽放流量按照33.3m3/min分别计算抽放管路的沿程阻力和局部阻力：（1）沿程阻力计算公式：
H1 =9.81×L(△Q2) / (K.D5)
H1=9.81×2613×(1-0.446×0.3)×19982/(0.71×255)＝12783.7Pa
式中： H1—沿程阻力，P a；
L—管路长度，取2613m；
△—混合气体瓦斯对空气的密度比，
△＝1—0.446c/100；
C—管内瓦斯浓度，%；
K—系数，取0.71；
Q—管内混合气体流量，m3/h；
D—抽放管路内径，cm。
（2）局部阻力计算：
局部阻力取沿程阻力15％即H2＝1917.5Pa
（3）抽放钻孔孔口负压：
抽放钻孔孔口负压H3取16000 Pa
（4）高位钻场管路总阻力计算公式：
H总=H1+H2+H3=30701.2 Pa=30.70 KPa
因此要求地面抽放泵站在22002工作面高位钻场抽放时负压必须大于30.70KPa，能够满足抽放的需要。
4）尾巷埋管抽放管路阻力的计算
尾巷埋管铺设一趟?200mm管路进行抽放，抽放流量按照25m3/min分别计算抽放管路的沿程阻力和局部阻力：（1）沿程阻力计算公式：
H1 =9.81×L(△Q2) / (K.D5)
H1=9.81×1400×(1-0.446×0.2)×15002/(0.71×205)＝12387.8Pa
式中： H1—沿程阻力，P a；
L—管路长度，取1400m；
△—混合气体瓦斯对空气的密度比，
△＝1—0.446c/100；
C—管内瓦斯浓度，%；
K—系数，取0.71；
Q—管内混合气体流量，m3/h；
D——抽放管路内径，cm。
（2）局部阻力计算：
局部阻力取沿程阻力15％即H2＝1858.17 Pa
（3）抽放钻孔孔口负压：
抽放钻孔孔口负压取H312000 Pa
（4）高位钻场管路总阻力计算公式：
H总=H1+H2+H3=26245.97 Pa=26.25 KPa
因此井下移动瓦斯抽放泵站在22002尾巷埋管负压必须大于26.25KPa，能够满足抽放的需要。
5）瓦斯泵流量计算
（1）高位钻场瓦斯抽放泵流量根据公式计算：
Q p=K.Q C/Cg
Q p=1.2×12/0.4×0.8=45m3/min。
式中Q p—瓦斯泵额定流量，m3/min；
Q C—泵服务年限最大瓦斯抽放量之和，取12m3/min；
C—瓦斯抽放浓度，取40％；
g—瓦斯泵的机械效率，取80％；
K—抽放量备用系数，取1.2。
（2）尾巷埋管瓦斯抽放泵流量根据公式计算：
Q p=K.Q C/Cg
Q p=1.2×5/0.4×0.8=18.75m3/min
式中Q p—瓦斯泵额定流量，m3/min；
Q C—泵服务年限最大瓦斯抽放量之和，取5m3/min；
C—瓦斯抽放浓度，取40％；
g—瓦斯泵的机械效率，取80％；
K—抽放量备用系数，取1.2。
6）、瓦斯泵选型
根据上述瓦斯泵流量和压力计算的结果: 22002高位钻场选用1台CBF380-2BG3型水环式真空移动泵，抽速150m3/min，极限负压101.3hpa，转速550r/min；22002工作面尾巷埋管选用1台CBF380-2BG3型水环式真空移动泵，抽速150m3/min，极限负压101.3kpa，转速550r/min 。
7）、抽放管路的布置与敷设
（1）22002高位钻场使用井下移动瓦斯抽放泵。
（1）22002高位钻场、尾巷浮抽使用井下移动瓦斯抽放泵，泵站设在-480移动瓦斯抽放泵站，泵站内安设两台CBF380-2BG3型水环式真空移动泵抽高位钻场和尾巷浮抽。
（2）高位钻场抽放管路敷设：
-480移动瓦斯抽放泵站（12吋PE管路）→12006联巷（12
吋PE管路）→22002回风顺槽（12吋PE管路）→22002回风顺槽高位钻场
（3）尾巷埋管管路敷设：
-480移动瓦斯抽放泵站（10吋PE管路）→12006联巷（10吋PE管路）→22002回风顺槽（10吋PE管路）→22002回风顺槽尾巷管（10吋PE管路）
尾巷浮抽瓦斯排放到-480瓦斯排放巷（瓦斯释放点）
8）计量检测装置
22002上顺槽（12吋PE管路）门口安装孔板流量计和U型压差计。
-480移动瓦斯抽放泵站（10吋PE管路）安装孔板流量计和U型压差计。
9）瓦斯抽放管路的附设装置
1）阀门
瓦斯抽放管路和钻场内每个钻孔的连接均安装阀门，调节钻孔流量、抽放负压；抽放管路干管上每隔25米安设三通岐子(直径与干管相同)并设好闸阀，便于管路进行放水。
2）气水分离器与简易放水器
1、敷设抽放管路必须在变坡点低凹处设置2组气水分离器，容积不小于0.3m3。
2、因22002工作面为俯采，走向倾向平均为7°，每100米设置一个简易放水器。
3）计量装置：
在每个钻孔合茬的管子上装?16㎜观测孔，瓦检员对每个钻孔进行人工计量检测。
4)沉水坑
自7号钻场直至停采线没有钻场，所以每隔24米设置2个沉水坑，在钻机前、后各设置1个。沉水坑设计：长1米×宽1米×深1.5米。
五、抽放系统管理措施及要求：
1 、瓦斯抽放管路必须靠帮吊挂平直、牢固，严密不漏气，离地高度不得低于0.3米。
2、瓦斯抽放管路与工作面顺槽的电缆及其它电器设备必须分开铺设，不得与带电物体接触
3、瓦斯抽放管路喷涂明显标志，注明管径，引起施工人员的注意，同时管路和瓦斯泵编号管理。
4、瓦斯抽放管路横穿巷道要设明显标志牌，管路高度距轨面不得低于1.8米。
5、瓦斯抽放管路每天派专人巡检一次，确保瓦斯抽放系统正常运转，巡检要做好记录，巡检中发现问题要及时处理并汇报调度。
6、瓦斯泵站司机发现压力表或流量表变化异常时，立即汇报调度并通知抽放队人员查明原因立即处理，并做好记录。
7、井下备足各种规格瓦斯抽放管材和配件，保证管路发生
损坏能够及时处理。
8、任何人发现井下因冒顶、跑车造成瓦斯抽放管路损坏，都必须立即向调度汇报，调度及时通知抽放队人员进行抢修，避免灾害事故扩大。
9、瓦斯抽放管路被破坏断开，必须及时关闭连接工作面侧抽放管路的所有阀门，防治甲烷气体渗漏。
10、瓦斯抽放管路被破坏断开，第一时间内，通知调度立刻安排机电部门人员，切断管路断开地点下风侧所有电器设备电源，并禁止人员通行，进行抢修；恢复供电前，瓦检员检查停电范围内的瓦斯浓度，浓度在《煤矿安全规程》允许范围内，通知调度，调度通知机电部门人员恢复该区域供电。
11、通风区必须在施工的每个钻场内安设一台甲烷传感器，当瓦斯浓度达到1.0％时，立即切断钻场内及工作面回风巷内所有非本质安全型电气设备电源，复电浓度小于1％。甲烷传感器必须每周用标准气样进行标校，保证其灵敏可靠。
12、在钻场内施工钻孔时，钻工必须携带便携式瓦斯检测报警仪，经常检查施工地点瓦斯浓度。当瓦斯浓度达到1％时，必须立即停止钻进，查明原因进行处理并汇报调度。
13、通风区必须在井下移动瓦斯抽放泵排气端下风侧设置一台甲烷传感器，报警值≥1%、断电值≥1%、复电值<1%，断电范围：11902井下移动瓦斯抽放泵站电源。
14、通风区必须在井下移动瓦斯抽放泵排气端上风侧5米处
设置全断面栅栏、警标；栅栏内严禁作业、行人；栅栏内严禁安设任何电器设备。
15、通风区监测人员进入栅栏内调校甲烷传感器，必须由瓦检员陪同，严禁单独进入栅栏内作业。
16、通风区必须每班安排移动抽排泵司机，当班填好记录，并严格执行现场交接班制度。
17、其它未及之处按《吉林省瓦斯抽放管理规定》、《煤矿安全规程》执行。
六、打钻施工安全技术措施
1、在钻场施工地点下风侧安设一台甲烷传感器，报警值：≥1%,断电值：≥1%，复电值：<1%；断电范围：22002上顺钻场、回风顺槽内所有非本质安全型电器设备。
2、施工地点的所有电器设备，严禁失爆。
3、打钻施工人员必须受过专业培训，并要求持证上岗。
4、钻机安装前仔细检查钻场内顶板、两帮支护情况，防止冒顶、片帮事故发生；并挖好水沟和沉淀水坑。
5、打钻施工前，供水、排水、供电系统必须到位，并保证水管不漏水，电气不失爆。
6、调运钻机等重物时，人员要站在牢固可靠的支护地点，利用起重机吊运，吊点要牢固可靠。
7、钻机要安放平稳，前后压顶子打牢，用铁丝将压顶子端头固定在顶板锚杆上，防止伤人。
8、每次启动钻机前，必须检查钻机前后10米范围内的顶板情况及钻机固定情况，发现问题及时处理后方可施工。
9、打钻时，必须二人同时作业，一人监护钻机运转、一人操作钻机打钻。
10、打钻施工过程中，任何人员不得触碰机械转动部位，防止机械设备伤人。
11、钻进过程中，要随时监护钻机工作状态，发现问题及时停钻。
12、打钻时，要根据煤岩情况及时调整钻机速度，防止损坏钻机及钻具。
13、钻孔施工结束立即安设花管，每班检查2次钻场内瓦斯浓度，发现瓦斯浓度超过《规程》规定，立即采取措施进行处理。
14、打完钻孔，及时封孔，防止钻孔内瓦斯泄漏；抽放时严格检查抽放管路，发现管路有漏气、积水现象要及时处理。
15、每个钻孔抽放管必须设有观测孔，瓦检员小班至少检查三次抽放管内瓦斯浓度情况，做好记录并及时汇报。
16、打钻收工时，要将打钻情况对下班施工人员交代清楚，将打钻米数向调度汇报清楚，并做好记录。
17、其他严格执行《煤矿安全规程》中的有关规定。
附图1：22002工作面通风系统图
附图2：22002工作面监控系统布置图
附图3：22002工作面断电控制图
附图4：22002工作面瓦斯抽放系统图
附图5：22002巷道平、剖面图
附图6：22002工作面煤层综合柱状图
附图7：钻孔封孔设计图
附图8：22002工作面尾巷埋管抽放设计剖面图附图9：22002工作面尾巷埋管抽放设计平面图附表1：22002工作面抽放工程量表