某矿井综采面瓦斯抽放系统设计

1、瓦斯防治技术课程设计设计题目某矿井综采面瓦斯抽放系统设计班 级指导教师矿山安全技术课程设计是学生学习该课程理论学习结束后进行的一项 实践教学环节， 是课程体系的主要组成部分。 其目的是通过课程设计加深对 矿 山安全技术和其它课程所学专业理论知识的理解。综合应用理论解决实际问 题，培养学生计算、绘图和设计的能力为毕业设计奠定基础。一矿戊 9-10 32101工作面开采戊 9-10 煤层，煤层厚度为 4.8 5.2m 平均厚度 为5m赋存稳定，倾角为25。顶板为砂质泥岩，岩层不很致密，距戊9-1。8 10m顶部为戊8煤层，该煤层在本区域内厚度00.4m为不可采煤层。本区域 有小断层，对开采影响不大

2、。编制设计方案的依据(1) 矿井抽采瓦斯工程设计规范MT5018-96中华人民共和国煤炭工业 部；(2) 矿井瓦斯抽采管理规范 1997中华人民共和国煤炭工业部；(3) 煤矿安全规程 (2006) 国家煤炭安全监察局；( 4)采矿工程设计手册煤炭工业出版社；(5) 煤矿瓦斯抽放规范(AQ1027-2006中华人民共和国安全生产行 业标准；(6) 煤矿瓦斯抽采基本指标(AQ1027-2006中华人民共和国安全生产行业标准；目录第一章 综采工作面概况 3第一节 采区位置范围、地质条件和煤层综合柱状图 3第二节 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数 4第三节 采区和工作面巷道布置、采煤方法 4附：综采工作面巷

3、道布置范围 5第二章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证 5第一节 煤层瓦斯储量计算 7第二节 工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证 7第三章 煤层瓦斯抽放方法设计 8第一节 抽放方法的比较和选择 8第二节 抽放钻孔参数确定 9第三节 绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图- 9第四章 综采工作面瓦斯抽放系统 10第一节 工作面瓦斯抽放设施的配置和布置 10第二节 抽放管路的计算和选择 11第五章 瓦斯泵选型 12第一节 抽放系统管道阻力计算 12第二节 瓦斯泵流量和压力计算 13第三节 瓦斯泵选型确定 14第六章 工作面瓦斯抽放安全技术措施 14第一章综采工作面概况第一节采区位置范围、地质条件和煤

4、层综合柱状图地质条件5m赋8煤层，本区本采区开采戊9-10煤层，煤层厚度为4.8 5.2m平均厚度为 存稳定，倾角为25。顶板为砂质泥岩，岩层不很致密。顶部为戊 距戊9-io煤层810m该煤层在本区域内厚度 00.4m,为不可采煤层 域有小断层，对开采影响不大。综合柱状图柱状层厚1:100(m)累厚(m)1.2-3.02.6391.6上部为泥岩，砂质泥岩互叠层，下部为 灰色及深灰色细砂岩，底部夹有薄层的黑灰 色粉砂岩，靠近煤处变为黑灰色、黑色泥岩 中夹煤线，富含植物化石。1.04-18.914.43 - 6 4.5406410.52-3煤层，黑色，以暗煤为主，夹亮煤条 带，沥青光泽，煤较酥软。

5、上部煤层较好， 下部次之，灰分较高。该面煤厚11.04-18.9 m储量利用厚度平均14.4m,煤层结构复杂 ，含夹矸3-4层，均为泥岩，不稳定，累厚 0.5-1.6m右。炭质泥岩、泥岩互叠层，灰及灰黑色, 易碎。11.97422.47细粒砂岩、粉砂岩互叠层，灰色、黑 灰色，局部含炭屑。第二节 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数主要瓦斯参数本工作面位于标高 650 水平，为矿井开采第三水平，煤层瓦斯含量 为 11m3/t ，煤的密度为 1.45t/m 3 ，预测有突出危险，经预测工作面绝对瓦斯涌 出量 Qh4为 19mVmin。已知抽放瓦斯参数：经实测煤层透气性系数 入=0.0276 (m/MPfd)

6、,如用未卸压长钻孔 预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽出量为 0.01m3/min hm；如用卸压浅孔抽放瓦 斯，百米钻孔瓦斯抽放量为1.0m3/min hm,同时入值提高到27.6(m/MPfd); 如用卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.050.1m3/min hm；可根据以上测定的抽放参数选择抽放方法。(1) 卸压浅孔抽放时，抽放影响半径为 0.8m,钻孔所需要的抽放孔口负压 为i2KPa边采煤边抽放瓦斯。(2) 未卸压长钻孔抽放：钻孔抽放半径为 2.5m,钻孔孔口需负压为20KPa 掘进期间边掘进边抽放瓦斯。(3) 卸压长钻孔抽放，钻孔抽放影响半径为2.5m,钻孔孔口需要负压为

7、20KPa边采煤边抽放。第三节 采区和工作面巷道布置、采煤方法采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜分层开采，上分层采用 综合机械化采煤，采高为 2.8m 采用两班采煤，一班抽放瓦斯， 工作面日推进度 为3m下分层采高为2.2m。巷道布置如图1所示。附：综采工作面巷道布置范围第二章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证第一节 煤层瓦斯储量计算1. 按煤层全厚计算（即戊 9-10 煤层全厚）式中：W戊9-10煤层瓦斯储量,万m3k1 围岩瓦斯储量系数可取 1.11.3 ；k2-不可采邻近煤层瓦斯储量系数，可取1.21.4 ;Ai 第 i 可采煤层煤炭地质储量 , 万吨；Xi第i可采煤层平均

8、瓦斯含量，m3/t。由于储量的计算关系到生产和瓦斯抽放的准确性，因此，在选择Ki、K2的修正值时选取中间数值，即： K1 =1.2 ， K2 =1.3;采煤层煤炭地质储量，（万吨）A=1500X 200X 5X 1.45=217.5 万吨瓦斯总储量W1=1.2*1.3*（1500*200*5*1.45*11）=3732.3000 万 m32. 按采高计算：式中:W2-按采高计算煤层瓦斯储量，万 m3Xi 第 i 可采煤层平均瓦斯含量 ,m3/t 。；Ai -采面长度（m）x采面走向长（m）x采高（m）x煤的密度（t/m3）上分层采高2.8m，煤层瓦斯储量：W=1.2 X 1.3 X 1500X

9、 200X 2.8 X 1.45 X 11X 10-4=2090.088 万 m下分层采高2.2m，煤层瓦斯储量:W2= 1.2 X 1.3 X 200X 1500X 2.2 X 1.45 X 11 X 10-4 = 1642.212 万 mi3 .工作面瓦斯抽放率式中:d 工作面瓦斯抽放率（） q 纯工作面瓦斯可抽放量QCH工作面绝对瓦斯涌出量d=100*10.368/19=54.57%4工作面瓦斯可抽放量 W3式中W工作面瓦斯可抽放量 m3/minW2-按采高计算煤层瓦斯储量m3/min d 工作面瓦斯抽放率（）上分层瓦斯可抽放量W:W Wd = 2090.088 X 54.57 %= 1

10、140.56 万 m下分层瓦斯可抽放量 W:W= Wd= 1642.212 X 54.57 %= 776.05 万 m第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证1.抽放瓦斯的必要性根据供风量为1500m/min，工作面瓦斯浓度按 0.6 %计算风排瓦斯量Qp=X C=1500X 0.6/100=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为 19nVmin，如不 可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量二 CCHQp=19-9=10m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6 %2.抽放的可行性本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性，衡量本煤 层瓦斯预抽可行性指标有三

11、个：煤层透气性系数（入），钻孔瓦斯流量衰减系 数（a）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（ Q ）。按入、a和Q判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表 2-2示。表2-2本煤层预抽瓦斯难易程度分类表抽放広易程度钻扎瓦斯流竜轻减系数a （d1）门米铠扎乩期輟限抽景Q （曲）煤层透气矗数Z tn?MPa * 1）容易抽放1440010可以抽放0.003-0.0514400-288010-0.1较旌抽放0.0528800.1根据已知条件，煤层透气性系数入=0.0276 （tf /MP孑d） ,2号煤属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此， 我们要选取合适的抽采方法来治

12、理工作面的瓦斯超限。根据我局四矿、 八矿、十矿综采面采用卸压浅孔抽放瓦斯技术，实现了 安全。高产。高效，取得了良好的经济效益的情况，应当认为浅孔抽放瓦斯方 案是完全可行的，如八矿戊 9-1012170 综采面应用浅孔抽放技术 , 钻孔直径为 89mm钻孔间距为1.0m,钻孔深度为10m平均瓦斯抽放量为0.8m3/min，最高 日产量达到8.4万t，又如十矿戊9-10 21170综采面钻孔直径为89mm钻孔 间距为1.5m,钻孔深度为6m,平均瓦斯抽放量为2.13.2m3/min，最高日产量达 到 4.9 万吨。第三章 煤层瓦斯抽放方法设计第一节 抽放方法的比较和选择1. 本工作面采用本煤层瓦斯

13、抽放有三种方式可供选择（1）本煤层未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，边掘边抽；（2）本煤层卸压浅孔预抽瓦斯，边采煤，边抽放。（两班采煤，一班抽 放）；（3）本煤层未卸压长钻孔抽放，边采边抽。2经济技术比较（1）煤层透气性系数比较：未卸压顺层长孔抽放时 ，煤层透气性系数入 值为原始值，即 0.0276。卸压钻孔抽放入值可提高（1001000）倍，达到 27.6（m2/MPa2 d）（2）百米钻孔抽放量比较：未卸压顺层长孔抽放时为 0.01m3/min km, 卸压浅孔抽放时可达到13riT/min km ,卸压长钻孔抽放为 0.050.1m3/min km。（3） 抽放工艺比较：未卸压长孔抽放和卸压长孔

14、抽放，需要MK系列大 钻机（30KV）操作移动不便。封孔方法用水泥、沙浆或聚胺脂操作比较复杂。 而卸压浅孔抽放用QFZ-22轻便防突钻机，用CF-Z型等胶囊封孔器，操作极为 简便。4）采用卸压浅孔抽放瓦斯第二节抽放钻孔参数确定1 )主要参数的确定(1) 钻孔直径为89mm钻孔深度为9m钻孔距为2m钻孔抽放影响半 径=2X 0.8=1.6m。(2) 钻孔数NN=工作面长度-10 (m) /孔距+1N=( 200- 10 )/ 2+ 1= 96 个因为采高5米，所以布置四层钻孔钻孔总数96 X 4=384(3)钻孔总长度为MM=l占孔深度X N(m)M= 9X 384= 3456m(4) 工作面每

15、分钟可抽放量q纯q纯=比百米钻孔可抽放量(m3/min)3q纯=3456X 3/1000 = 10.368m /min第三节绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图绘制钻孔布置图根据选择的卸压抽放瓦斯方法，绘制钻孔布置施工图。(抽放钻孔布置平面图抽放钻孔布置剖面图第四章综采工作面瓦斯抽放系统第一节工作面瓦斯抽放设施的配置和布置根据巷道长度和巷道布置，绘制抽放瓦斯管道系统图。（1）系统图必须绘制阀门，流量计和放水器位置注明各巷道管道的管径和 长度，包括吸入段和排出段管道布置；管道长度应根据巷道长度来确定；根据巷道布置可知，风巷长度为1500m采区轨道上山长度为500m至泵站位置），采 区轨上山瓦斯泵站距离

16、为20m;采区回风上山长度为550m采区总回风巷长度瓦 斯管道终端为50m,瓦斯泵站至采区回风上山斜巷长度为 30m（2）抽放管道吸入段长度=风巷长度+采压轨道上山至泵站长度+采区轨道 上山（至泵站位置）长度。（3）抽放管道排出段长度=泵站至回风上山距离+采区回风上山长度+采 区回风巷长度（瓦斯管道终端）。-VA.ir32101综耗工作曲基迫布矍也曲禹（比例：1 : 1DOOO 1ItCOiiA-BSJdaffi （比馬1窃系丄僧曲2工惮面擁選H-工曹4 *它轨也丄山5- 幸区旦问上山6- 睪盧底帚上山7- AKA#0 XEM3RW9工申童件第二节抽放管路的计算和选择1管道内径计算式中：D内一

17、瓦斯管道内径mC管道混合瓦斯流量 m3/mi nV管道中混合瓦斯的经济流速，m/s, 般取610m/s，考虑到管道内瓦斯浓度为20%C混=q纯/C式中：C混一管道混合瓦斯流量m3/minq 纯工作面纯瓦斯可抽放量， m3/min；c管道内纯瓦斯浓度为20%根据以上公式可以计算：管道内管道混合瓦斯流量的大小：Q混=q 纯/C= 10.368 /20% = 51.84m? /min管道内径的大小；D内=0.1457 ( Q/V) 1 /2 = 0.1457 X( 51.84/8)1/2 = 0.371 m=371mm根据条件根据以上公式可以计算管道内径的大小； 根据流速流量， 选择合适内径 的管材

18、。内径选择 375mm2、管道材料及壁厚考虑运输安装方便，目前广泛采用玻璃钢管时 300500壁厚为16mm 则：根据以上计算可初步选定管道内为 375管材为玻璃钢 .第五章 瓦斯泵选型第一节 抽放系统管道阻力计算1 抽放阻力计算(1)直管阻力损失计算：H真=9.81 ( LA Q 混/ K0D5 内)式中：H直一瓦斯管道直管阻力损失，Pa；L瓦斯管道直管长度，m混合瓦斯对空气的相对密度，管道内纯瓦斯浓度为20%寸， =0.91 ;q混一管道混合瓦斯流量m/h，由指导书可知，单位必须换算成 m/h ； K)管路系数，取0.71 ；D内一一瓦斯管道内径mm由指导书四(六)1可知，单位必须换算成c

19、m, 才能代入公式。根据计算公式列表计算管道吸入段及排出段的阻力损失:管道段名称L(m)Q混(m3/n)D内(cm)K0H(Pa)吸入段(Pa)排出段(Pa)工作通风巷15000.91311037.50.712459.85轨道上山至泵站5000.91311037.50.71819.95轨道上山瓦斯泵站200.91311037.50.7132.80采区回风上山5500.91311037.50.71901.94泵站至回风上山300.91311037.50.7149.20采区回风巷500.91311037.50.7181.99合计4345.733312.591033.13直管阻力损失=吸入段阻力+排

20、出段阻力损失(2) 局部阻力损失计算(管路局部阻力损失按直管阻力损失15炖算)总局部阻力损失H局总=H直总X0.15 ( Pa)总局部阻力损失二 4345.73 X 0.15 = 651.86Pa(3) 抽放系统总阻力计算：抽放系统总阻力损失H总=H 直总 + H 局总 (Pa)抽放系统总阻力损失=4345.73 + 651.86 = 4997.59Pa第二节 瓦斯泵流量和压力计算1 、瓦斯泵流量计算Q 泵=q 纯.K/ C n式中:Q泵-瓦斯抽放泵额流，m3/min；Q纯-工作面抽放纯瓦斯含量，m3/mi n；C-瓦斯泵入口处纯瓦斯浓度，取 20% n - 瓦斯泵机械效率，取 80%； k-

21、瓦斯抽放综合系统，取 K=1.2。Q泵=q 纯 K/Cn=10.368*1.2/0.2/0.8=77.76m3/min2、瓦斯泵压力计算H泵=（H总+H孔）K备式中：H泵-瓦斯泵压力PaH总-瓦斯管路总阻力损失（排出段与吸入段阻力损失之和）；H孔-抽放钻孔所需的负压，对液孔抽放 H孔取12000PaK备-抽放备用系数K取1.2。H 泵=（4997.59 + 12000 ）X 1.2 = 20397.1 Pa第三节 瓦斯泵选型确定按教材P164表2-95选（注意表中1mbar=102Pa ZBE1系列水环式真空泵选型 的原则：选出的泵的压力计算出来的 H泵； 流量计算出来的Q泵。结合上述情况，选

22、择 SK-85 型水循环式真空泵，起工作流量为 85 m3/min， 泵的压力为650mmH，均大于设计要求，符合条件，满足使用要求。适用于此 工作面的瓦斯抽放系统。根据SK-85型水循环式真空泵的转速365r /min和功率130KV，选择合适 的电动机与之配合。第六章 工作面瓦斯抽放安全技术措施1、瓦斯管路在运输巷道内， 应架设一定的高度并固定在巷道壁上， 避免被车辆 撞坏漏气。2、瓦斯管路不得与带电物体接触， 在工作面巷道中应与电缆分开铺设， 若分开 有困难，二者间距不得小于 300mm且瓦斯管路必须在上方。3、施工单位在运输时， 应注意保护瓦斯抽放管路， 严禁人员随意破坏或车辆撞 坏，

23、一旦损坏应立即通知通风区，并向矿调度室汇报，由相关单位及时派人采 取措施处理。4、瓦斯管路吊挂牢固、整齐，并要对瓦斯管路加强日常检查、维修和更换。5、工作面瓦斯抽放过程中，上隅角编织袋墙要打严密，防止大量气体溢出。6、抽出的瓦斯排入回风巷时，在管路出口上风侧 5m以外，下风侧30m以外处 必须设置隔离栅栏，悬挂警标，禁止人员入内，两栅栏间禁止任何作业。7、在瓦斯抽放站内安装一瓦斯监测探头，报警浓度为 0.5%。8、在排瓦斯管路出口下风侧栅栏外设置一瓦斯监测探头， 报警断电点均为 1， 复电浓度为小于 1%，当瓦斯超限时，能自动切断抽放瓦斯泵电源，停止瓦斯抽 放工作。9、安设瓦斯抽放监测装置一套，对抽放管路内的瓦斯浓度，流量等参数进10、每班加强瓦斯抽放管路中CO浓度及温度检查，发现有自然发火征兆时，立 即向通风调度汇报，并停止抽放。11、要经常检查抽放管路系统中的防