瓦斯抽采系统设计指导书

1、矿井瓦斯抽放系统方向 本科毕业设计指导书河南理工大学安全工程专业2009年 2月 15日目录第一篇 设计大纲 . 1第二篇 毕业设计资料收集 . 2第三篇 毕业设计说明书具体指导 . 2第一章 矿井概况 . 3 1.1 井田概况 . 3 1.2 井田地质特征 . 3 1.3 矿井开拓、开采概况 . 3 1.4 矿井通风系统概况 . 4第二章 矿井瓦斯赋存情况 . 4 2.1 煤层瓦斯基本参数 . 4 2.2 矿井瓦斯储量 . 8 2.3 矿井可抽瓦斯量及可抽期 . 8第三章 瓦斯抽放的必要性和可行性论证 . 11 3.1 瓦斯抽放的必要性 . 11 3.2 瓦斯抽放的可行性 . 12 第四章

2、抽放方法 . 13 4.1 规定 . 13 4.2 矿井瓦斯来源分析 . 14 4.3 抽放方法选择 . 14 4.4 钻孔及钻场布置 . 15 4.5 封孔方法 . 16 第五章 瓦斯抽放管路系统及设备选型 . 17 5.1 抽放管路选型及阻力计算 . 17 5.2 瓦斯抽放泵选型 . 20 5.3 辅助设备 . 23 第六章 经济概算 . 24 6.1 编制依据 . 24 6.2 费用概算范围 . 24第七章 安全技术措施 . 24 7.1 抽放系统及井下移动抽放瓦斯泵站安全措施 . 24 7.2 地面抽放瓦斯站安全措施 . 25 第八章 瓦斯的综合利用与配套设施 . 26 8.1 抽放瓦

3、斯的综合利用及评价 . 26 8.2 配套设施 . 26 8.3 监测监控系统 . 27 8.4 地面建筑及环保 . 27 第九章 抽放瓦斯管理 . 27 9.1 瓦斯抽放管理及规章制度 . 27 9.2 瓦斯抽放人员配备 . 28 9.3 瓦斯抽放技术资料 . 28 第四篇 建议设计参考文献 . 29第一篇 设计大纲一、 设计内容矿井瓦斯抽放系统设计是安全工程专业本科毕业设计的方向之一, 根据 煤 矿安全规程 、 GB50215-2005煤炭工业矿井设计规范 、 AQ1027-2006煤矿瓦 斯抽放规范 、 MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范 、 煤矿瓦斯抽放管理规 范及 AQ102

4、6-2006煤矿瓦斯抽采基本指标等法规的要求,矿井瓦斯抽放系 统设计应完成以下几个章节的内容:第一章 矿井概况:要求交待清楚所设计矿井的井田概况、井田地质特征、 矿井开拓方式、 采区接替顺序及采煤方法等基本内容, 在地质特征部分应着重对 矿井瓦斯赋存规律进行说明,并对本矿及邻近矿井的瓦斯等级应进行说明。 第二章 矿井瓦斯赋存:要求全面收集瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性系 数、 钻孔流量衰减系数及抽放钻孔影响半径等重要的瓦斯抽放基本参数; 根据瓦 斯含量和煤层赋存条件,计算矿井瓦斯储量和可抽瓦斯量。第三章 瓦斯抽放的必要性和可行性论证:根据 AQ1027-2006煤矿瓦斯抽 放规范的要求,对矿井

5、进行瓦斯抽放的必要性及可行性论证;另外,要求对矿 井开采的前、中、后期作瓦斯涌出量预测。第四章 抽放方法:包括抽放方法选择及抽放钻孔布置方式设计,并绘制抽 放钻孔布置平面图和剖面图。第五章 瓦斯抽放管路系统及设备选型:进行抽放管路选择计算,确定抽放 管路及附属设施, 计算管道阻力, 绘制矿井瓦斯抽放系统图; 进行瓦斯抽放泵选 型,确定瓦斯泵型号、瓦斯泵房位置,并绘制地面泵房平面图;第六章 经济概算:要求概算出所设计的矿井抽放系统硬件设备(包括抽放 泵、抽放管路及辅助设备的总造价。第七章 安全技术措施:按指导老师要求,对所设计的瓦斯抽放系统,提出 12项有针对性的安全技术措施。二、 设计要求所提

6、交的毕业设计除了应满足校、 院两级的基本要求外, 对于瓦斯抽放系统 设计方向的毕业论文还要符合以下要求:独立完成一个矿井 (或大型矿井的一个采区 的瓦斯抽放系统设计, 抽放 系统原则上应为地面抽放系统, 对本指导书第三篇第八章以后的内容不做硬性要 求,供学有余力的学生选择;设计完成后,应提供如下图纸:矿井前、中、后期瓦斯涌出量预测图(1:2000 1张;矿井瓦斯抽放系统平面图(1:2000 1张;采煤工作面抽放钻孔布置平面图及剖面图(1:500 1张;掘进工作面抽放钻孔布置平面图及剖面图 1张(1:200 ;地面泵房设备布置平面图 1张(1:200 ;第二篇 毕业设计资料收集矿井概况煤层瓦斯压

7、力、 瓦斯含量、 透气性系数、 百米钻孔流量及衰减系数等瓦斯 基本参数的测定资料, 矿井瓦斯等级鉴定资料, 收集正常生产时期 1个月的通风 旬报、瓦斯日报、突出预测指标值、效检指标值及瓦斯抽放报表;地质资料:摘录地质报告内地层、地质构造、含煤地层、地勘时期瓦斯含 量测定资料 (包括含量值、 煤的工业分析及瓦斯气体成分 及水文地质等方面资 料;开拓开采方面资料:矿井初步设计说明书 (着重收集矿井开采的前中后期 开拓方案,采面、掘进面的布置方式及巷道断面大小 ,收集如下图纸:采掘工 程平面图、通风系统图、瓦斯抽放系统图、井上下对照图(以上图纸最好为电子 版 ;瓦斯抽放系统设计说明书;矿井其它与瓦斯

8、抽放设计相关的资料第三篇 毕业设计说明书具体指导对于瓦斯抽放系统设计,可分为新建、改 (扩 建及生产矿井的瓦斯抽放工程 设计。 根据矿井瓦斯抽放系统的设计要求, 本方向的设计设计应完成如下几个章 节的基本内容。对于本科毕业设计来,应完成毕业设计大纲中规定的具体内容,对于学有余力的同学可以参照本篇内容进行全部章节的设计。第一章 矿井概况1.1 井田概况井田所处的地理位置、 交通、 地形地貌、 气候、 降水、 河流、 最高洪水位、 地震烈度、井田开采史、邻近矿井分布、现开采区域位置及开采情况。矿井水源、电源及通信。井田范围内及邻近矿井采空区积水、 自燃、 火区等情况、 滑坡及地表塌陷 情况。1.2

9、 井田地质特征地质构造井田内地层及构造。断层、 褶曲、 陷落柱、 剥蚀带发育情况及其分布规律; 煤系地层走向、 倾斜、 倾角及其变化规律;岩浆侵入情况及对煤层的影响。含煤地层及煤层煤层层数、厚度及可采煤层煤种、倾角、节理、层理发育情况。煤层顶底板 岩性特征、 物理力学性质、 结构及变化规律; 煤层结构、 煤层露头 (含隐伏露头 及风化带情况。煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性煤层瓦斯含量、 煤层瓦斯压力, 煤层瓦斯赋存规律、 矿井瓦斯等级鉴定情况; 各可采煤层煤尘爆炸性鉴定资料、 煤层自燃倾向性鉴定资料和自然发火期统计资 料;矿井煤(岩与瓦斯(二氧化碳突出危险性;邻近矿井瓦斯、煤尘、煤的 自燃、煤与瓦

10、斯突出等鉴定情况。井田水文地质区域及井田水文地质条件; 井田主要含水层类型; 地表水情况, 矿井水患类 型及威胁程度分析;井田内及周边矿井采(古空区范围及积水情况等。1.3 矿井开拓、开采概况矿井批准开采煤层、井田范围及井田面积,矿井煤层、资源储量,批准的生产能力,目前设计开采煤层。井田开拓与开采、矿井主要生产系统及设备、回采与掘进工艺。1.4 矿井通风系统概况对矿井通风方式、 各用风地点的风量、 瓦斯浓度、 瓦斯涌出量进行简要交待。 本章指导及要求: 对于 1.1井田概况及 1.2井田地质特征可以参照设计矿井的精查地质报告 对照设计内容进行写作;对于煤层瓦斯含量、 矿井瓦斯等级、 瓦斯赋存规

11、律、 煤与瓦斯突出等鉴定 应作为重点内容, 做好资料收集工作, 在地质报告及其附表中一般都有地勘期间 瓦斯含量的测试数据, 应做好收集工作, 对于一个矿井来说, 如果要能清楚矿井 瓦斯的赋存规律, 没有大量的瓦斯含量测点是不行的, 所以应收集尽可能多的瓦 斯含量测试数据。对于 1.3 矿井开拓、 开采概况, 新建矿井应结合矿井初步设计, 交待清楚 矿井开拓方式、采区划分、采区接替顺序、首采工作面采煤方法、掘进方式及通 风方式等基本内容;改 (扩 建矿井应结合目前情况交待清楚改 (扩 建方案;生产 矿井可结合矿井现状交代清楚以上基本内容;第二章 矿井瓦斯赋存情况2.1 煤层瓦斯基本参数对于瓦斯抽

12、放来说, 煤层瓦斯基本参数包括:瓦斯风化带深度、 煤层瓦斯压 力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层 透气性系数、抽放钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等。因此, 对于新建矿井, 瓦斯基本参数可以参考邻近矿井或条件类似的生产矿 井,但在揭露煤层后必须重新确定,瓦斯抽放设计做相应调整;对于改(扩建 矿井及生产矿井,瓦斯基本参数应以本矿资料为依据。煤层瓦斯含量是单位质量煤中所含的瓦斯体积 (换算为标准状态 ,单位是 m 3/t或 mL/g。 煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤 (去掉煤中水分和灰分 的瓦斯体 积表示,单位是 m 3/t.r。取得煤层的瓦斯含量可以

13、通过如下几种途径:地勘解吸法该方法是煤田地质勘探和煤层瓦斯地面开发时最常用的煤层瓦斯含量测定 方法。测定步骤如下:采样:用普通岩芯管采取煤芯 (煤样 , 当煤芯 (煤样 提升至地表之后选取 300400g 立即装入密封罐中,在采样过程中,注意记录开始提芯、煤芯提至地 表和装罐前在空气中暴露的时间。瓦斯解吸速率测定:采用瓦斯解吸仪现场解吸瓦斯, 并记录瓦斯解吸量和 时间的关系。损失瓦斯含量计算:通过大量地勘钻孔采样试验测定, 煤样在最初暴露的一段时间内, 累计解吸 瓦斯量与煤样解吸时间的平根成正比,即:t K V +=0 (1式中:V 煤层自开始暴漏起至 t t +0时总的瓦斯解吸量, mL ;

14、0t 煤样在解吸测定前暴漏时间, min , 210t 21t t +=; 1t 提钻时间, min ;2t 解吸测定前在地面暴漏时间, min ;t 煤样瓦斯解吸测定时间, min ;K 瓦斯解吸速率, 5. 0min /mL ;由上式可知,在解吸量测定前,煤样在暴漏时间为 0t 时的瓦斯解吸量为:01K V =由此,可知在时间 t 时解吸量为:V t t K V V V -+=-=012;将不同解吸时间下测得数据按下式换算成标准状态下的体积 V oi : 图 1 瓦斯损失量推算图273(10013. 1 81. 9(2. 273500w i s w i t V p h p V +-= (2

15、 式中 V 0i -换算成标准状态下的解吸瓦斯体积, ml ;V i 不同时间解吸瓦斯测定值, ml ;P o 大气压力, Pa ;h w 量管内水柱高度, mm ;Ps h w 下饱和水蒸汽压力, Pa ;t w 量管内水温, 。不同时间 t 下测得的 V oi 值所对应的解吸时间为t 0+t ; 将测点 t t0+, V oi 绘在图 1中, 将直线延长与纵坐标轴相交,截距即为瓦斯损失量。残存瓦斯量:将解吸测定后的煤样送实验室测定煤样中的残存瓦斯量、水分、灰分和煤样重量。求算煤样的瓦斯含量:X=(V0+V1+V2/G0 (3式中 V o -换算成标准状态下的煤样在井下测得的瓦斯解吸总量,

16、ml ;V 1- 换算成标准状态下的煤样取样过程损失瓦斯量, ml ;V 2- 换算成标准状态下的煤样残存瓦斯量, ml ;G 0- 煤样可燃质重量, g ;X- 煤样瓦斯含量, ml /g.r 。井下解吸法该方法是在地勘解吸法原理基础上改进、 发展形成的。 测定时, 先打煤层钻 孔采集煤屑(本煤层或穿层钻孔采集煤芯(邻近层 ,然后测定采集的煤样在 空气介质中的瓦斯解吸规律, 并据此推算钻屑或煤芯在采集过程中试样的漏失瓦 斯量, 最后根据漏失瓦斯量、 解吸瓦斯量、 残存瓦斯量和煤样重量计算煤层原始 瓦斯含量。间接法该方法的理论基础是单分子层吸附模型的朗格缪尔方程, 它确定煤层瓦斯含 量的方式与

17、步骤为:实测煤层瓦斯压力; 实验测定煤样无水干燥条件下的瓦斯吸附常数; 用朗格缪尔方程计算无水干燥基煤的瓦斯含量, 并通过水分、 灰 分、温度、压力等校正得到原煤瓦斯含量。计算公式如下:kKP e Aad M bP abP X t t n ad s 10100Mad 10031. 0111 (+-+=- (4 式中 X 纯煤(煤中可燃质的瓦斯含量, m 3/tr ;P 煤层瓦斯压力, MPa ;a 吸附常数,试验温度下煤的极限吸附量, m 3/t;b 吸附常数, MPa -1;t s 试验室作吸附试验的温度,;t 井下煤体温度,;M ad 煤中水分含量, %;Aad 煤中灰分含量, %;n 系

18、数, Pn 07. 0993. 002. 0+=; K 煤的孔隙容积, m 3/m3;k 甲烷的压缩系数。煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志, 是煤层对于瓦斯流动的阻 力,通常用透气性系数表示。透气性系数越大,瓦斯在煤层中流动越容易,透气 性系数 在我国普遍用地单位 m 2/MPa2d 。其物理意义是 1m 长的煤体,当压力 平方差是 1MPa 2时, 通过 1m 2的煤层断面, 每日流过的瓦斯立方米数。 1m 2/MPa2d 相当于 0.025毫达西。煤层透气性系数测定以中国矿大法周世宁院士提出的径向不稳定流动法较 为简便,应用也最多。钻孔自然初始瓦斯涌出强度 0q 和钻孔自然瓦斯流

19、量衰减系数是表征钻孔 自然瓦斯涌出特征的参数。 0q 和值要通过测定不同时间的钻孔自然瓦斯涌出 量并按下式回归分析求得的, 具体测定方法为:选择新鲜暴露煤壁, 沿煤层打一 个孔径 5089mm ,长 3040m 的钻孔,封孔后定期测量钻孔自然瓦斯流量 t q , 根据不同自排时间下的钻孔自然瓦斯流量测定数组(t i , i q , 按公式回归t t e q q -=0分析求出 0q 和。2.2 矿井瓦斯储量32l W W W W += (5式中 W 矿井瓦斯储量, Mm 3;2W 可采煤层的瓦斯储量, Mm 3;=ni 11i li l X A W (6A li 矿井可采煤层 i 的地质储量,

20、 MtX 1i 矿井可采煤层 i 的瓦斯含量, m 3/t;2W 受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量, Mm 3;=n1i 2i 2i 2X A W (7A 2i 受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量, Mt ; X 2i 受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量, m 3/t; W 3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量, Mm 3,实测或 按下式计算:W K(WW 213+= (8K 围岩瓦斯储量系数,一般取 K =0.050.20。2.3 矿井可抽瓦斯量及可抽期矿井可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中在当前技术水平下能被抽出来的最大 瓦斯量

21、。其概算法是:可抽瓦斯量 =瓦斯储量抽放率 (9由于瓦斯储量可由式 (5计算,因此,要得到一个矿井的可抽瓦斯量,关键 是要确定瓦斯抽放率。瓦斯抽出率:预抽煤层瓦斯的矿井:矿井抽出率应不小于 20%, 回采工作面抽出率应 不小于 25%;邻近层卸压瓦斯抽放的矿井:矿井抽出率应不小于 35%, 回采工作面抽 出率应不小于 45%;采用综合抽放方法的矿井:矿井抽出率应不小于 30%;煤与瓦斯突出矿井:预抽煤层瓦斯后, 突出煤层的瓦斯含量应小于该煤 层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到 0.74 MPa以下。对于设计来说,瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求,也可以参照 AQ1026-20

22、06煤矿瓦斯抽采基本指标第 4.2条进行选取。矿井(或采区瓦斯抽放率的测定与计算:在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置,测定矿井每天的瓦斯抽采 量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采(含移动抽采的 瓦斯量。每月底按式(10计算矿井月平均瓦斯抽采率。 kfkc kc Q Q Q +=100k (10 式中 k 矿井月平均瓦斯抽采率, %;kc Q 矿井月平均瓦斯抽采量, m 3/min;kf Q 矿井月平均风排瓦斯量, m 3/min工作面瓦斯抽放率的测定与计算:工作面回采期间, 在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置, 每周测定工 作面瓦斯抽采量(含移动抽采 。每月底按式(

23、11计算工作面月平均瓦斯抽采 率。mfmc Q Q Q +=mc m 100 (11 式中 m 工作面月平均瓦斯抽采率, %;mc Q 回采期间,工作面月平均瓦斯抽采量, m 3/min;mf Q 工作面月平均风排瓦斯量, m 3/min本章指导及要求:要求全面收集瓦斯含量、 瓦斯压力、 煤层透气性系数、 钻孔流量衰减系数 及抽放钻孔影响半径等瓦斯抽放基本参数; 收集这些参数是应注意收集参数测试 的位置:包括煤层编号、标高、巷道名称。这些参数的准确收集是论文写作的基 础, 特别是煤层瓦斯含量一定除了要收集地勘瓦斯含量, 还要收集生产时期测试 的瓦斯含量。应根据收集的煤层瓦斯含量做出矿井瓦斯含量

24、分布等值线图, 当然也可以 根据瓦斯压力的分布规律采用间接法计算煤层瓦斯含量的方法。 做出矿井煤层瓦 斯含量分布等值线图后根据煤层厚度、 井田面积计算出全矿井的瓦斯储量; 对于 生产矿井和改 (扩 建矿井计算瓦斯储量时可假定矿井煤层全部未开采来计算储 量。计算可抽瓦斯量时关键要确定瓦斯抽放率, 对于生产矿井的瓦斯抽放率可 以根据实测数据计算出矿井、 工作面及邻近层的瓦斯抽放率; 对于新建矿井, 应 根据抽放方法合理确定抽放率。根据可抽瓦斯量和可抽期, 概算出矿井瓦斯抽放泵的纯瓦斯抽放量, 作为 设备选型的基础数据。可抽期可取矿井设计服务年限。本章设计完成应绘出所设计矿井的瓦斯含量等值线图(1:

25、2000 。第三章 瓦斯抽放的必要性和可行性论证3.1 瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、 回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦 斯必要性分析。根据煤矿安全规程第 145条及 AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第有下列情况之一的矿井, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦 斯系统: 1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m 3/min或 1个掘进工作面瓦斯涌出量 大于 3m 3/min,用通风方法解决瓦斯问题不合理的。矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的:大于或等于 40m 3/min;年产量 1.01.5Mt 的矿井,大于 30m 3/min;年产量 0.61.0Mt 的矿井

26、,大于 25m 3/min;年产量 0.40.6Mt 的矿井,大于 20m 3/min;年产量小于或等于 0.4Mt 的矿井,大于 15m 3/min。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。当一个矿井、 采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出 量时,就要抽放瓦斯,即:K6vSC . 0q q f = (12 式中 q 矿井(采区或工作面的瓦斯涌出量, m 3/min;q f 通风所能承担的最大瓦斯涌出量, m 3/min;v 通风巷道(或工作面允许的最大风速, m/s;S 通风巷道(或工作面断面积, m 2;C 煤矿安全规程允许的风流中的瓦斯浓度, %;K 瓦斯涌出不均衡系数,取值为

27、1.21.7。对于改 (扩 建矿井及生产矿井, 矿井瓦斯涌出量可以实测; 对于新建矿井, 矿井瓦斯涌出量要进行预测,预测依据 AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方 法 。3.2 瓦斯抽放的可行性开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性, 一般 来说, 其衡量指标有两个:一为煤层的透气性系数; 二为钻孔瓦斯流量衰减系 数,按和判定开采层瓦斯抽放可行性的标准,如表 1所示。表 1 煤层瓦斯抽放难易程度分类表 本章指导及要求:对于瓦斯抽放必要性,可以根据煤矿安全规程及 AQ1027-2006煤矿 瓦斯抽放规范 进行确定。 但为了保证设计的工作量, 要求对所有类型的矿井都 要

28、进行瓦斯涌出量预测,即:假如一个矿井是瓦斯突出矿井,按照条件,不管瓦 斯涌出量是不是超出风排瓦斯量的最大限值都必须建立瓦斯抽放系统, 但仍然要 对矿井进行瓦斯涌出量预测。 预测的目的是为了了解随着矿井开采的推进瓦斯涌 出的变化情况。依据 AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法,对于新建矿井,应预测 出矿井开采前、中、后期的采面、掘进头、采区及全矿井的瓦斯涌出量;对于生 产矿井和改 (扩 建矿井, 应结合矿井未来的开拓开采部署, 以现在为起点预测前、 中、后期的采面、掘进头、采区及全矿井的瓦斯涌出量。瓦斯涌出量预测的结果,也是进行瓦斯抽放量设计时选取抽放量的一个重要指标。如:对一个采煤工作

29、面,预测出了它的瓦斯涌出量,根据采面设计资 料知道了采面进风断面、 进风风速有规定, 则其风排瓦斯最大值就确定了, 那样 瓦斯抽放系统必须要把预测涌出量和最大风排瓦斯量之间差值的那部分瓦斯抽 放出去。对于抽放必要性论证,只要求收集参数,论证未卸压时本煤层瓦斯抽放 可行性。第四章 抽放方法4.1 规定a 尽可能利用开采巷道抽放瓦斯,必要时可设专用抽放瓦斯巷道;b 适应煤层的赋存条件及开采技术条件;c 有利于提高瓦斯抽放率;d 抽放效果好,抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求;e 尽量采用综合抽放;f 抽放瓦斯工程系统简单,有利于维护和安全生产,建设投资省,抽放成本 低。瓦斯抽放系统选择还应注意以

30、下问题:分期建设、分期投产的矿井,抽放瓦斯工程可一次设计,分期建设、分期 投抽。抽放瓦斯站的建设方式, 应经技术经济比较确定。 一般情况下, 宜采用集 中建站方式。当有下列情况之一时,可采用分散建站方式: 分区开拓或分期建设的大型矿井,集中建站技术经济不合理。 矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。 一套抽放瓦斯系统难以满足要求。4.2 矿井瓦斯来源分析矿井瓦斯来源是确定抽放方法的主要依据, 因此, 应尽量详细地做好以下测 量工作: 必须测定出掘进、 采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量 的比例; 必须准确地判断出采区工作面的瓦斯主要来自本煤层还是邻近层。 一般 把回采工作面老顶初次冒

31、落前的平均瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量, 而 将老顶初次冒落后的平均瓦斯涌出增加量认为是邻近层的瓦斯涌出量。4.3 抽放方法选择根据上面建立的抽放瓦斯的必要性指标和可行性指标, 依据规程、 规范的规 定论述采用矿井集中抽放瓦斯系统或地面钻孔抽放瓦斯系统, 还是采用井下移动 式抽放瓦斯系统。 瓦斯抽放方法及各方法的抽放率详见 AQ1027-2006煤矿瓦斯 抽放规范附录 B 。未卸压煤层进行预抽,煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类。 煤层透气性较好, 容易抽放的煤层, 宜采用本层预抽方法, 可采用顺层 或穿层布孔方式。 煤层透气性较差, 采用分层开采的厚煤层, 可利用先采分层的卸压作用 抽

32、放未采分层的瓦斯。 单一低透气性高瓦斯煤层,可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水 力压裂、 松动爆破、 深孔控制预裂爆破等方法强化抽放。 煤与瓦斯突出危险严重 煤层,应选择穿层网格布孔方式。 煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层, 可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方 法。 通常采用从开采层回风巷 (或回风副巷 向邻近层打垂直或斜交穿层钻 孔抽放瓦斯的方法。 当邻近层瓦斯涌出量大时,可采用顶 (底 板瓦斯巷道 (高抽巷 抽放。 当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时, 可在工作面回风侧沿开采层顶板布 置迎面水平长钻孔 (高位钻孔 抽放上邻近层瓦斯。 老采空区应选用全封闭式抽放方法。 现采空区可根据煤层赋存条件和

33、巷道布置情况,采用顶 (底 板钻孔法, 有煤柱及无煤柱垂直及斜交钻孔法,插 (埋 管法等抽放方法,并应采取措施,提 高抽放瓦斯浓度。 开采容易自燃或自燃煤层的采空区,必须经常检测抽放管路中 C0浓度 和气体温度等有关参数的变化。 发现有自然发火征兆时, 必须采取防止煤自燃的 措施。 煤与瓦斯突出矿井开采保护层时,必须同时抽放被保护煤层的瓦斯。 埋藏浅、 瓦斯含量高的厚煤层或煤层群, 有条件时, 可采用地面钻孔预 抽开采层瓦斯、抽放卸压邻近层瓦斯或抽放采空区瓦斯的方法。 对矿井瓦斯涌出来源多、 分布范围广、 煤层赋存条件复杂的矿井, 应采 用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。4.4 钻孔及钻场布

34、置根据 AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第 7.4条,钻场钻孔布置应按照以 下要求: 钻场的布置应免受采动影响,避开地质构造带,便于维护,利于封孔, 保证抽放效果; 尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场; 对开采层未卸压抽放, 除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外, 应尽量 增大钻孔的见煤长度; 邻近层卸压抽放, 应将钻孔打在采煤工作面顶板冒落后所形成的裂隙带 内,并避开冒落带; 强化抽放布孔方式除考虑应取得好的抽放效果外, 还应考虑措施施工方便; 边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎, 避免采动首先破坏孔口或 钻场; 钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理; 穿层钻孔终孔位置,应在穿

35、过煤层顶 (底 板 0.5m 处。 当采用顺层孔抽放时,钻孔量见表 2; 当采用穿层钻孔抽放时, 钻孔见煤点的间距可参照下列数据:容易抽放 煤层 15-20m ;可以抽放煤层 10-15m ;较难抽放煤层 8-l0m 。表 2 吨煤钻孔量表 单位:m/t 本层瓦斯抽放钻孔参数:包括采面和掘进面。邻近层瓦斯抽放钻孔参数。采空区瓦斯抽放布置原则和参数。4.5 封孔方法钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。 封孔方法的选择应根据抽放方法及孔口所处煤 (岩 层位、岩性、构造等因素 综合确定,因地制宜地选用新方法、新工艺,并应符合下列要求:a 岩壁钻孔;宜采用封孔器封孔。b

36、煤壁钻孔,宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优 先选用膨胀水泥、 聚氨脂等新型材料。 在钻孔所处围岩条件较好的情况下, 可选 用水泥砂浆或其它封孔材料。封孔长度应根据钻孔孔口段煤 (岩 性质、裂隙发育程度及孔口负压等因素确 定,并应符合下列要求:孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时,封孔长度可取 2m3m; 孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压很高时,封孔长度可取 4m6m; 在煤壁开孔的钻孔,封孔长度可取 5m8m;采用聚氨酯外的其他材料封孔时,封孔段长度与封孔深度相等;采用聚氨酯封孔时,封孔参数见表 3。表 3 聚氨酯封孔参数 当采用地面钻孔抽放瓦斯时,抽放结束后应全孔封

37、孔。本章指导及要求:根据煤层赋存条件、 瓦斯来源、 巷道布置、 瓦斯基础参数等因素经技术经 济比较确定瓦斯抽放方法。应做出瓦斯来源分析, 对于新建矿井可以根据瓦斯涌出量预测数值; 对于 生产矿井可以实测,也可以根据预测值。确定抽放方法后,对采面、掘进面、采空区进行抽放钻孔布置方式设计, 钻孔数量的确定及抽放方式应满足抽放率的要求绘制出采面、掘进面、采空区抽放钻孔布置平面图和剖面图。第五章 瓦斯抽放管路系统及设备选型5.1 抽放管路选型及阻力计算 抽放管路通过的巷道曲线段少、 距离短, 管路安装应平直, 转弯时角度不应大于 50; 抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置; 若设于主要

38、 运输巷内,在人行道侧其架设高度不应小于 1.8m ,并固定在巷道壁上, 与巷道壁的距离应满足检修要求; 抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小 于 0.1m ; 当抽放设备或管路发生故障时, 管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机 电硐室内; 尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁; 管径要统一,变径时必须设过渡节。 不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆 及通讯电缆等敷设在同一条地沟内; 主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合; 抽放管道与地上、下建 (构 筑物及设施的间距,应符合工业企业总平 面设计规范的有关规定; 瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建 (构 筑物,一

39、般情况下也不得穿 过其它管网,当必须穿过其它管网时,应按有关规定采取措施。瓦斯抽放管径选择选择瓦斯管径,可按下式计算:VQ0.1457D = (13 式中 D 瓦斯管内径, m ;Q 管内瓦斯流量, m 3/min;V 瓦斯在管路中的经济流速, m/s,一般取 V =1015m/s。 管路摩擦阻力计算计算直管摩擦阻力,可按下式计算:502z D k Q 9.8L H =(14 式中 H 阻力损失, Pa ;L 直管长度, m ; Q 瓦斯流量, m 3/h; D 管道内径, cm ; k 0系数,见表 4;D 混合瓦斯对空气的相对密度,见表 5。表 4 不同管径的系数 K 0值 管道局部阻力计

40、算局部阻力可用估算法计算,一般取摩擦阻力的 10%20%。管路系统长,网 络复杂或主管管径较小者,可按上限取值,反之则按下限取值。表 5 在 0及 105 Pa气压时的 值 5.2 瓦斯抽放泵选型根据以上规定,瓦斯泵选型原则为:瓦斯泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽出量的需求;瓦斯泵的负压能克服管路系统的最大阻力;具有良好的真空度;抽放设备配备电机必须防爆。瓦斯泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放系统服务年限之内最大抽放量的需要。 = x KQ001Q (15 式中 Q 抽放瓦斯泵的额定流量, m 3/min;ZQ 矿井瓦斯最大抽放总量(纯量 , m 3/min;x 矿井抽放瓦斯浓度,

41、%;瓦斯抽放泵的机械效率,一般取 0.8;K 备用系数, K=1.2。瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起, 经抽放管路到抽放泵, 再 到释放点所产生的全部阻力损失。Kh h h (hK h h (h h h (h KH H H +=+=+=出正 钻负 局 摩 出正 出局 出摩 钻负 入局 入摩 出 入 ( (16 式中 H 瓦斯抽放压力, Pa ;入 H 井下负压段管路全部阻力损失, Pa ;出 H 井上正压段管路全部阻力损失, Pa ; K 压力备用系数,取 K=1.2;入摩 h 井下负压段管路摩擦阻力损失, Pa ; 入局 h 井下负压段管路局部阻力损失, Pa ;钻

42、负 h 井下抽放钻场或钻孔孔口必须造成的负压, Pa ;根据经验,对于非卸压煤层可取 钻负 h 13kPa ;对于卸压煤层可取 钻负 h 6.7kPa ;对 于采空区瓦斯抽放,孔口负压不可太高,以免引起采空区煤的自 燃;出摩 h 井上正压段管路摩擦阻力损失, Pa ; 出局 h 井上正压段管路局部阻力损失, Pa ; 出正 h 用户在瓦斯出口所需的正压, , Pa ; 摩 h 井上、下管路最大总摩擦阻力损失, Pa ; 局 h 井上、下管路最大总局部阻力损失, Pa 。 瓦斯抽放泵真空度计算/101325H 100i 泵 = (17式中 i 瓦斯抽放泵的真空度, %;泵H 瓦斯抽放泵提供的最大

43、负压, Pa ,其值可通过式(17进行计算。目前国内使用的瓦斯泵类型主要有:离心式鼓风机;回转式鼓风机 (包括罗茨鼓风机、叶式鼓风机、滑板式压气机等 ; 水环真空压缩机;往复式压气机 (只用于地面正压输送瓦斯 。表 6 各类瓦斯泵的特点及适用条件 5.3 辅助设备抽放管路附属装置及设施安装应符合以下要求: 主管、分管、支管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置; 抽放钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处及沿管路适当距离 (间距一般 为 200m 300m ,最大不超过 500m 应设置放水器; 在抽放管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置; 抽放管路分岔处应设置控制阀门,阀门规格应与安装地点的管径相匹

44、 配; 地面主管上的阀门应设置在地表下用不燃性材料砌成, 不透水的观察井 内,其间距为 500m 1000m 。 抽放管路应保持一定的坡度,一般不小于 1%。 在倾斜巷道中,管路应设防滑卡,其间距可根据巷道坡度确定,对 28 以下的斜巷,间距一般取 15m-20m 。 抽放管路应有良好的气密性及采取防腐蚀、 防砸坏、 防带电及防冻等措 施。 通往井下的抽放管路应采取防雷措施。 抽放瓦斯管路必须进行防腐处理,外部涂红色以示区别。本章指导及要求:对于各个抽放泵, 从抽放钻孔开始, 概算出抽放支管、 干管的瓦斯抽放量, 给出抽放量分配表;计算抽放系统各个管路的直径, 并对管路进行选型, 给出抽放管路

45、选型表。 按要求,计算出各个抽放泵的抽放阻力,根据抽放量、抽放阻力、真空度 对抽放泵选型。瓦斯抽放泵一般应为地面固定式,井下移动式一般不建议选取。 对于辅助设备,选择合适的型号,并说明系统中安装位置。作出全矿井的抽放系统布置平面图(1:2000 。作出抽放泵站设备布置图(1:200 。第六章 经济概算6.1 编制依据1、采用煤炭建设地面建筑、井巷工程综合预算定额指标及其有关规定 计算。2、安装工程采用煤炭工业机电安装工程概算指标 。3、 设备及主要材料价格:设备采用最新价格、 煤炭工业常用设备价格汇编 及工程建设全国机电设备汇编 ,材料选用矿井所在地当地实际价格。6.2 费用概算范围要求概算出所设计的矿井抽放系统硬件设备 (包括抽放泵、 抽放管路及辅助 设备及钻孔施工的总造价。本章指导及要求:对抽放系统硬件设备查阅概算方法进行简单概算, 给出概 算步骤。第七章 安全技术措施7.1 抽放系统及井下移动抽放瓦斯泵站安全措施应根据实际情况制定出如下安全措施:1 抽放钻场、钻孔施工防治瓦斯措施。2 管路防腐蚀、防漏气、 防砸坏、 电气防爆、防静电、防带电、 防底鼓措施。3 立井 (立眼 、斜井 (斜巷 管路防滑措施。4 地面管路防冻措施。井下移动抽放瓦斯泵站,应遵从