矿井瓦斯防治设计

1、矿井瓦斯防治课程设计课程名称： 瓦斯抽采设计 指导教师： 姓 名： 班 级： 通 风 时 间： 重庆工程职业技术学院前 言 我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，严重威胁着煤矿的安全生产，威胁着煤矿千千万万工人的生命安全，所以矿井瓦斯防治成了煤矿重中之重，只有把煤矿瓦斯处理好了，煤矿才有得效益可言。为了煤矿事业的安全发展，我们做了这个瓦斯防治课程设计，希望能为煤矿事业做出贡献。本次矿井瓦斯防治课程设计主要根据煤矿安全规程（2011年版）、煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006）、煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定煤 矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-

2、2006） 此次设计的主要内容：松藻煤矿矿井概况、矿井瓦斯储量及可抽量预测、矿井瓦斯抽采的必要性和可行性分析、瓦斯抽采系统设计、瓦斯抽采系统与设备选型、安全技术措施。绘制抽采系统图、钻孔布置图。 本次设计在陈老师指导下顺利完成，由于编制时间有限以及编者水平有限，所以此次瓦斯防治设计存有错误，望老师、领导批评指正。目录第一章 矿井概况1一、地形地貌1二、气候1三、地层煤质1四、松藻煤矿1第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测3第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性5一、矿井瓦斯来源分析5二、矿井瓦斯抽采的必要性5三、瓦斯抽采的的可行性7第四章 瓦斯抽采系统设计8一、抽采方式8二、瓦斯抽采方法8三、抽采瓦

3、斯方法选择8四、施工方法9五、抽采参数的确定10第五章 瓦斯抽采系统与设备选型12一、瓦斯泵的选型12二、抽放管道的选择13三、瓦斯管道阻力计算14四、抽放管道敷设15五、钻机及封孔泵选型15六、检测设备17第六章 安全技术措施18第一章 矿井概况1.矿井基本情况松藻煤矿1957年6月建井，井田南北长9.2km，东西宽2.5km，面积17.01km2，2005年矿井核定生产能力为1000kt/a。，2013年矿井瓦斯等级鉴定结果为煤与瓦斯突出矿井，矿井有K1、K2b、K3b三层煤可采，K1、K3b为强突出层，K2b为不突出层，作为保护层开采，煤层厚度分别为1.15、0.85、1.20m，倾角4

4、5。煤层为不易自燃煤层，煤尘均有爆炸危险性。K1煤层瓦斯含量为18.65m3/min，K2b煤层瓦斯含量为9.63m3/t，K3b煤层瓦斯含量为29.16m3/t ，矿井利用穿层钻孔进行瓦斯抽采。2.地形地貌松藻矿区位于渝东南边缘与贵州高原的过渡地带，山脉走向与构造线方向基本一致，地势由东向西逐渐降低，地形最高点山羊洞标高122760m，最低点为西缘松坎河赵家坎附近，标高约300m，相对高差约900m左右，属中山到低山地形中切割区地形坡角1030，一般20。其中，松藻煤矿两端被河流所切，整个煤矿为一侵蚀剥蚀类型的河间地块，地貌单元两侧地形陡峻呈山高谷深的V型地貌，煤矿中部被沿地层倾向发育的马家

5、沟和杨家沟切割，展现呈岗岭状梁状中低山地貌。3.气候本区属亚热带湿润气候温湿多雨，阴雨天占全年的50%左右，冬季山上时有积雪 ，气温年平均在，降雨量年总量在957.71129.5mm间。 相对湿度年平均为7880 %绝对湿度年平均为17.418.1mg/m34.地层煤质地区煤层属中灰-高灰，富硫-高硫，低磷的无烟煤，煤炭地质储量12.5亿t，工业储量9.8亿t。第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测矿井瓦斯储量为矿井可采煤层的瓦斯储量、受才动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少，同时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标，可按下式计算： Wk=W1+W

6、2+W3式中：Wk矿井瓦斯储量，Mm3； W1可采煤层的瓦斯储量，Mm3； W1=A1iX1i（Mm3） A1i矿井可采煤层i的地质储量，Mt； X1i矿井可采煤层i的瓦斯储量，M3/t； W2受采动影响后能够想开采空间排放瓦斯的各部可采煤层的总瓦斯储量，W2=A2iX2i（Mm3） A2i-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； X2i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,M3/t； W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，实测可按下式计算 W3=K（W1+W2） K围岩瓦斯储量系数，取K=0.1AL1 =17.011.151.3810

7、6t=2.6107tAL2=17.010.851.38106t=2.0107tAL3=17.011.201.38106t=2.8107tW1=2.618.65+2.09.063+2.839.16107t=1.78109m3W3=0.11.78109=1.78108m3Wk=（1.78+0.178）109t=1.96109m3矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采技术条件下，按目前的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与其抽放工艺和抽放能力密切相关，一般按下式计算:Wkc=kWk 式中：Wkc矿井可抽瓦斯量，Mm3； k矿井瓦斯抽放率，按我国目前的技术水平

8、，取30%；Wk-矿井瓦斯储量，Mm3；Wkc=0.31.958109=3.29108m3因此，该矿的瓦斯储量为1.96109m3，可抽瓦斯量为3.29108m3。第3章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性1.矿井瓦斯来源分析重庆松藻煤电公司松藻煤矿开采的K1、K3b为强突出层，K2b为不突出层，作为保护层开采。矿井瓦斯来源分析（1）临近煤层卸压瓦斯涌出，由于矿井煤层间距小，保护层开采后，本层和上、下邻近层卸压瓦斯会大量涌向保护层采煤工作面。工作面受到采动影响，瓦斯大量涌向工作面。 （2）煤岩壁瓦斯涌出，揭露煤层后，煤暴露的自由面大而且分布广，从自由面向媒体深处瓦斯压力呈上升趋势，媒体中形成瓦斯压力

9、梯度，从而瓦斯由媒体深处向煤壁方向。（3） 掘进工作面瓦斯涌出，由于掘进巷道时破坏了煤层原始应力平衡状态和媒体瓦斯压力平衡，在媒体中形成了较大的瓦斯压力梯度。使瓦斯向煤壁大量涌出。（4） 采空区瓦斯涌出，受到采动影响的卸压邻近层(包括上下邻近层，不可采层及围岩）以及开采层本身丢煤（包括煤柱）涌出瓦斯。2.矿井瓦斯抽采的必要性 瓦斯抽采的目有：为了确保矿井安全生产，防止或减少瓦斯浓度超限；为了开发利用瓦斯资源，变害为利。矿井瓦斯抽采的的意义：（1） 煤矿安全生产治本之策；（2） 增加能源有效供给有效措施；（3） 减少环境污染重要举措；（4） 煤炭工业的可持续发展需要；（5） 一个新的经济增长点。

10、对于一个矿井或一个采区（工作间）是否必要抽采瓦斯，首先要从安全生产的角度考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能或不合理时，就应采取抽采措施；其次，应从改善职工劳动条件和充分利用瓦斯资源等方面综合考虑抽采的必要性，当然，也包括经济上的合理性。（一）从安全生产角度衡量瓦斯抽采的必要性衡量一个瓦斯矿井是否有必要抽采，可以根据以下几点：（1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，故矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽采瓦斯；对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量大于5m/min，掘进工作面瓦斯涌出量大于3m/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽采瓦斯；对于全矿井，一般

11、认为，绝对瓦斯涌出量大于30m/min，或相对瓦斯涌出量大于15 25m/t时应抽采瓦斯；开采保护层时应考虑抽采保护层瓦斯；对于突出煤层，可以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。煤矿安全规程第145条规定，有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采系统：（1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。（2）矿井绝对瓦斯量达到以下条件：大于或等于40m/min。年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m/min。年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m/min。年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m/mi

12、n。 年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m/min。（3） 开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。综合本矿井实际，松藻煤电公司松藻煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，K1、K3为强突出层，煤矿所属煤层透气性差，且煤层埋深增加，瓦斯赋存量大，煤与瓦斯突出危险性严重，根据矿井瓦斯涌出量预测结果，K1煤层瓦斯含量为18.65m/min，K2煤层瓦斯含量为9.63m/t，K3煤层瓦斯含量为29.16m/t。受工作面风速影响已经无法再增加风量，为了确保矿井的安全生产。按照煤矿安全规程的相关规定，矿井必须进行瓦斯抽采，且必须建立地面永久抽采系统。（二）从资源和环保的角度衡量瓦斯抽采的必要性瓦斯是一种优质的能源，与人

13、工制气相比，利用瓦斯具有成本低，清洁安全，使用方便等显著的优势，如果将抽采出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，有效改善能源结构。另外，通过抽采和瓦斯利用，可减少瓦斯对大气的污染（据相关资料分析研究表明，CH4对臭氧层的破坏比CO2大16倍），对保护人类生存环境具有至关重要的作用。因此，瓦斯抽采具有显著的经济效益和社会效益。3.瓦斯抽采的的可行性开采层瓦斯抽采的可行性，是指煤层在天然透气性条件下进行预抽的可能性。衡量其抽采难易程度的指标有两个，一是煤层的透气性系数,二是钻孔瓦斯流量衰减系数。见下表煤层透气性系数及钻孔瓦斯流量衰减系数煤层抽采瓦斯难易程度分级表类别钻孔流量衰减系数/d煤层透气性系数/(

14、mMpa）容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1较难抽采0.0515（cm)时分别取0.62、0.7、0.71； 管道内混合瓦斯对空气的相对密度，按下式计算： =0.716c+1.293(1-c) P管内绝对瓦斯压力，kPa,井下大气压取常年平均值97kPa; T管内温度，取平均值20，T=293（K) C管内瓦斯浓度。将抽采系统中阻力最大、线路最长的各段管路已知数据带入式、，计算后逐段相加，即得系统最大摩擦阻力。经计算，矿部泵站瓦斯抽采管路系统最多摩擦阻力为34.41kPa.(2) 瓦斯抽采管路摩擦阻力损失 瓦斯抽采管路局部阻力取直管段的15计算。则管路系统沿途阻力（即抽采管道总阻

15、力）为： Hg=1.15HTG,kPa 式中：Hg抽采管路沿途阻力，kPa。 经计算，矿部泵站沿途阻力损失为： 矿部泵站系统：Hg2=1.1531.89=39.57（kPa)。 （3）瓦斯抽采泵站总阻力（总负压）按下式计算 HZ=Hg+HK，kPa式中：HZ泵站负压端总阻力，kPa； HK抽采钻孔孔口负压，kPa，取13kPa。计算得，矿部泵站抽采系统总阻力为52.57kPa，能够满足抽采瓦斯的需要。4.抽放管道敷设瓦斯抽采泵设在主平硐地面，矿部泵站安装SKA-420型（160kw）水环式真空泵2台，1台运行。1台运行，1台备用。5钻机及封孔泵选型 （1）钻机 本矿瓦斯抽采采用以底板岩巷穿层网

16、格预抽为主的综合抽采方法，钻孔较长且多穿岩层布置。根据目前国内各生产厂家的各种钻机型号、性能、使用环境及价格等进行调研后，穿层钻孔和本层钻孔全部采用重庆煤科分院生产的ZYG150型系列钻机施工，该钻机设计能力150m，配套钻杆直径42mm(ZYG150钻机主要性能参数见表3-1），钻头采用YG6硬质合金，穿层钻孔终孔孔径一般为65mm，全部采用水排粉，水压在4Kg左右，本层钻孔终孔孔径为86mm，采用螺旋加压风排粉。该钻机具有功率大、操作简单、体积小、重量轻、解体性能好、搬运安装方便、传动效率高、不卡钻、进退自由等优点。 表3-1 ZYG150型主要性能参数表项目单位性能参数额定功率KW15额

17、定电压V380/660额定转率r/min95额定输出转矩N.m650最大给进力KN40正常给进速度m/min01.5钻杆直径mm50mm/42min最大钻进深度m150开、终孔直径mm115mm65mm 矿井配置钻机ZYG150型钻机20台，其中使用17台，3台备用。 （2）封孔泵 采用机械封孔泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，钻孔封孔效果好。瓦斯抽采钻孔推荐采用TBW型矿用封孔泵进行封孔。TBW型矿用封孔泵主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔，该泵自身具有搅拌、输送高稠度浆料功能，封孔质量可靠，封孔工艺简单，使用方便，易于维护。表3-2 TBW型矿用封孔机参数表项目单位技术参数电机功率Kw

18、2.25.5流量L/min1012最大封孔深度m10151520封孔时间（87mm穿层）min/5m54外形尺寸mm8003801201650420780重量kg1652106.检测设备 为保证瓦斯抽采系统安全运行和达到较好抽采效果，对抽采实施检测。 （1）抽采泵站必须安设瓦斯浓度检测装置及仪器，实现自动连续检测。瓦斯浓度超限，能够自动报警，瓦斯泵站瓦斯超限时，还能自动切断电源停机。 （2）对于对于水环式真空泵必须设置缺水保护装置，在抽采泵冷却水不足或断水时，能报警并自动停机。 （3）抽采泵吸气侧应安设防护网，防止杂物进入泵内而损坏设备。 （4）抽采瓦斯系统投入运行后，对瓦斯抽采参数（如抽采负

19、压、抽采流量、瓦斯浓度等）应进行连续性检测，其具体功能和要求如下： 以分、时、班、天为单位，检测并统计瓦斯抽采的混合量和蠢量； 应根据瓦斯抽采参数的变化（如钻孔抽采衰减趋势，抽采负压和流量的相互关系等），及时对抽采系统进行相应调整货采取有效技术措施，提高抽采效果； 及时发现瓦斯抽采系统及抽采泵站存在的故障和隐患。 （5）在瓦斯抽采系统的主管、支路和钻场管路上安设孔板流量计，配合相应的仪器、仪表，可以对其抽采负压、瓦斯浓度、流量进行定期检测。 （6）在瓦斯抽采硐室顶部应悬挂安设便携式瓦斯监测报警仪，对硐室瓦斯浓度进行检测。 （7）抽采钻场应设置瓦斯传感器，对其瓦斯浓度进行连续检测。有自燃发火的煤

20、层，还应设置温度传感器和CO传感器。 （8）瓦斯抽采泵站值班人员，应对抽采泵的运行状况（如电机温度、各部轴承温度、冷却水进出水温等）以及抽采泵周围进行巡查监视，发现不安全隐患和异常现象，及时向矿调度室汇报，并积极采取措施进行处理和防范。第六章 安全技术措施1、抽放容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时，必须经常检查一氧化碳浓度和气体温度参数的变化，发现有自然发火征兆时，应当立即采取措施。2、井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并应当有防止砸坏管路的措施。3、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25%。4、利用瓦斯时，在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防回风和防爆炸作用的安全装置。5、抽

21、采的瓦斯浓度低于30%时，不得作为燃气直接燃烧；用于内燃机发电或作其他用途时，瓦斯的利用、输送必须按有关标准的规定，并制定安全技术措施。6、瓦斯抽采泵站司机及维修人员，必须经过培训合格取得合格证，做到持证上岗。7、抽采泵站的司机及值班人员要熟悉瓦斯抽采的有关规定，掌握各种安全监控仪表和设备的用途及其操作程序。8、瓦斯抽采泵等设备和管路系统要进行日常的检查，并做好记录。9、要配有专人对抽采管路上安设的瓦斯流量、浓度、负压、温度等检测装置和瓦斯断电系统定期进行巡回检测，掌握不同时间的抽采状况和监测装置的运行情况。10、要配有专人对管路进行采水和管路维护、处理管路积水和漏气等，以保证管路畅通无阻。定

22、期用草酸对泵体除垢。11、瓦斯抽采检测仪表齐全，定期校正。12、瓦斯抽采系统运行前，必须对瓦斯抽采泵及管路系统进行全面检查，检查的内容主要有：瓦斯抽采泵电气设备的完好、水电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统、正负压侧管路的密封、管路内的锈垢等，在确认无问题后方可正常运行。13、瓦斯抽采泵运行过程中，严格按照抽采泵的操作规程操作，严格执行现场交接班制度。14、瓦斯抽采泵运行过程中，抽采泵司机必须认真观察抽采泵的运行情况，做好运行状况记录。要加强瓦斯抽采参数（抽采量、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、负压、温度、氧气）测定。人工测定时，泵站内每小时测定1次，抽采管路内每班至少测定1次。 15、抽采地点必须建立

23、专用的瓦斯检查记录牌，实行巡回检查，每班检查次数不少于2次，间隔时间要均衡。16、抽采泵司机要携带便携式瓦斯监测报警仪，随时检查抽采泵站处瓦斯浓度，达到0.5%，必须断电停泵。17、抽采泵站周围20m范围内电气设备防爆性能良好，不得有易燃、易爆物品，杜绝一切引爆火源，并要设置2只干粉灭火器和不少于0.2m3的黄沙，并设置两把防火锨等消防材料、设备。18、抽采泵及开关附近20m范围内瓦斯浓度达到0.5%不得开泵；在抽采泵上方距顶板300mm处安装一个甲烷传感器，其断电浓度为TCH40.5%，复电浓度为TCH40.5%，断电范围为抽采泵及开关电源。19、抽采管路不得与带电体接触。必须保护好瓦斯抽采管路，严禁砸撞管路，一旦撞坏，必须立即通知泵站司机停泵，并汇报调度室通知有关人员进行处理。20、加强瓦斯抽采泵正、负压侧管路的检查和维护，每天安排专人对所有管路及采水处进行巡回检查，发现问题及时处理，确保抽采