瓦斯防治技术-课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 瓦斯防治技术 课程设计 班 级 专 业 安 全 工 程 课程名称 瓦斯防治技术 指导教师 学 号 姓 名 二一三年十二月目录TOC o 1-3 t h z u 1前言1.1课程设计的性质与目的瓦斯防治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瓦斯防治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。1.2课程设计的任务 根据课程设

2、计大纲的要求，完成某综采工作面本煤层抽放设计，编写出设计说明书并绘出抽放钻孔布置平面图和剖面图；工作面瓦斯抽放系统图。2工作面概况2.1采区位置范围、地质条件本采区开采煤层厚度为4.85.2m，平均厚度为5m；赋存稳定，倾角为25顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距开采层 810m，顶部位上邻近层，该煤层在本区域内厚度00.4m为不可采煤层。本采区内有小断层，对开采影响不大。工作面走向长度1500m、倾向长度200m，采区回风上山长度1000m。2.2煤层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13m3/t，煤的密度为1.45t/m3，有突出危险，经预测工作面绝对瓦

3、斯涌出量QCH4为19m3/min。2.3采区和工作面巷道布置、采煤方法2.3.1通风方式及风量 采区采用抽出式内，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1600m3/min。 2.3.2采煤方法及巷道布置： 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：工作面巷道布置范围3瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证3.1煤层瓦斯储量计算3.1.1煤层瓦斯储量计算1.按煤层全厚计算（即煤层全厚） 式中：W1煤层瓦斯储量,万m3；k1围岩瓦斯储量系数

4、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K1 、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=150020051.45=217.5万吨瓦斯总储量W1=1.21.3(150020051.4513)=4410.9万m32.按采高计算： 式中:W2按采高计算煤层瓦斯储量，万m3；Xi第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。；Ai采面长度（m)采面走向长（m)采高（m)煤的密度（t/m3）上分层采高

5、2.8m，煤层瓦斯储量：W2 =1.21.315002002.81.4513=2470.1040万m3下分层采高2.2m，煤层瓦斯储量：W21.21.320015002.21.45131940.7960万m3 3.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QCH4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W3工作面瓦斯可抽放量m3/minW2按采高计算煤层瓦斯储量m3/mind工作面瓦斯抽放率（）上分层瓦斯可抽放量W3：W3W2d2470.10454.571347.94万m3下分层瓦斯可抽放量W3： W3W2d194

6、0.79654.571059.09万m33.2抽放必要性可行性论证3.2.1 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。1 规定根据煤矿安全规程第145条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第4.1.14.1.3条规定：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5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/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40m3/min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.6

7、1.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。本设计中煤层具有突出危险性，故必须进行抽放，对于一个突出煤层工作面而言，开采前需要通过采前瓦斯抽采消除煤层的突出危险性。开采期间需要通过采中瓦斯抽采保证工作面瓦斯浓度不超限。开采结束后通过对采空区进行采后瓦斯抽采提高矿井瓦斯抽采率。为了实现上述瓦斯抽采的目标，就需要在采掘活动的各个时期、各个地点进行瓦斯的综合抽采，因此为保证工作面及矿井的安全开采，对高瓦斯及突出煤层进行综合瓦斯抽采是非常必要的。2矿井瓦斯涌出量预测对于

8、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，采用分源预测法预测工作面瓦斯涌出量，论证是否需要抽放；薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量可由式(A.1)计算。 式中：q1开采层相对瓦斯涌出量，mt；K1围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.11.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2；全部充填法管理顶板K1取1.1；砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小；K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率90%的倒数来计算； K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层

9、瓦斯涌出影响系数，如无实测值可按参照AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法附录D选取，本设计取1；采用长壁后退式回采时，K3按式（D.1）计算。K3=（L-2h）/L（D.1）式中： L工作面长度，m；h掘进巷道预排等值宽度，m；m开采层厚度，5m；M工作面采高，取5m；W0煤层原始瓦斯含量，m3t； Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3t，如无实测值可参照AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法附录C选取，本设计取4m3t。根据供风量为1600m3/min，工作面瓦斯浓度按0.6计算风排瓦斯量Qp=QC=16000.6%=9.6m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为19m3/min

10、，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QCH4-Qp=19-9.6=9.4m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.63.2.2 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 抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（）(d-1)煤层透气性系数（）(m2/MPa2.d)容易抽放10可以抽放0.0030.050.110较难抽放0.050.1本设计中煤层透气性系数0.9（m2/MPa2.d)，属于可以抽

11、放；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理工作面的瓦斯超限。3.3 工作面可抽瓦斯量3.3.1瓦斯抽放率根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准煤矿瓦斯抽采基本指标AQ 1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.3条规定：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

12、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AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标第4.2条进行选取。1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（1

13、0）计算矿井月平均瓦斯抽采率。 （10）式中 矿井月平均瓦斯抽采率，%；矿井月平均瓦斯抽采量，m3/min；矿井月平均风排瓦斯量，m3/min2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（11）计算工作面月平均瓦斯抽采率。 （11）式中 工作面月平均瓦斯抽采率，%；回采期间，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min；工作面月平均风排瓦斯量，m3/min=1006.28m3/min/（6.28m3/min+6 m3/min）=51.14%4煤层瓦斯抽放方法设计4.1抽放方法的比较和选择4.1.1一般规定根据

14、GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第5.1.1条规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：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。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩

15、瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：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。4.1.2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

16、各方法的抽放率详见AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范附录B。1本煤层瓦斯抽放方法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。2邻近层瓦斯抽放方法。通常采用从开采层回风巷(或回风副巷)向邻近层打垂直

17、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。3采空区瓦斯抽放方法。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。4其它情况煤与瓦斯突出矿井开采保护层时，必须同时抽放被

18、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。表 瓦斯抽放类型、方法、适用条件抽放分类抽放方式适用条件工作面抽放率 %开采层抽放未卸压抽放岩巷揭煤和煤巷掘进预抽由岩巷向煤层大穿层钻孔；煤巷工作面打超前钻孔高突出危险煤层、高瓦斯煤层10301030采区大面积预抽由开采层机巷、风巷或煤门等打上向、下向顺层钻孔由预抽时间的高瓦斯煤层、突出危险煤层1030由岩巷、石门、邻近层煤巷等向开采层打穿层钻孔属“勉强抽放煤层”1

19、0，个别超过50地面钻孔高瓦斯“容易抽放”煤层，埋深较浅10密封开采层巷道高瓦斯“容易抽放”厚煤层10卸压抽放边掘边抽由煤巷两侧或岩巷向煤层周围打防护钻孔高瓦斯煤层、突出煤层10边采边抽由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区打钻高瓦斯煤层1020由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层打穿层或顺层钻孔高瓦斯煤层1020水力割缝、松动爆破水力压裂（预抽）由开采层机巷、风巷等打顺层钻孔；由岩巷或地面打钻孔高瓦斯“难以抽放”煤层203030邻近层抽放卸压抽放开采层工作面推过后抽放上、下邻近层瓦斯由开采层机巷、风巷、中巷等向邻近层打钻邻近层瓦斯涌出量大、影响开采层安全时3060由开采层机巷、风巷、

20、中巷等向采空区方向打斜交钻孔3060由煤门打沿邻近层钻孔3060在邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大、钻孔的通过能力满足不了抽放要求时3060从地面打钻孔地面打钻优于井下时1540采空区抽放开采层工作面推过后抽放采空区瓦斯密封采空区插管抽放无自燃危险或采用防火措施时15现采采空区设密闭墙或采空区打钻抽放15综合抽放多种抽放方式相组合采用单一的抽放方式效果较差时，应采用该种抽放方式4080围岩瓦斯抽放由岩巷两侧或正前方向溶洞或裂隙带打钻、密闭岩石巷道抽放、封堵岩巷喷瓦斯区并插管抽放围岩有瓦斯喷出危险，瓦斯涌出量大或有溶洞，裂隙带储存高压瓦斯时4.2抽放钻孔参数确定4.2.1主要参数的确定（1

21、）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=20.8=1.6m。（2）钻孔数NN=工作面长度-10（m）/孔距+1N200102196个因为采高5米，所以布置四层钻孔钻孔总数964=384（3）钻孔总长度为M：M=钻孔深度N(m)M93843456m（4）工作面每分钟可抽放量q纯q纯=M百米钻孔可抽放量(m3/min)q纯34560.00310.368m3 min4.3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5综采工作面瓦斯抽放系统5.1工作面瓦斯抽放设施的配置和布置 根据巷道

22、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）。 5.2抽放管路的

23、计算和选择 5.2.1管道内径计算 式中：D内瓦斯管道内径mQ管道混合瓦斯流量m3/min V管道中混合瓦斯的经济流速，m/s，一般取610m/s，考虑到管道内瓦斯浓度为20%。 Q混= q纯/C 式中：Q混管道混合瓦斯流量m3/min q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C10.3682051.84m3 min管道内径的大小；D内0.1457QV12 0.145751.84812 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。 内径选择375m

24、m5.2.2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.6瓦斯泵选型6.1抽放系统管道阻力计算 6.1.1抽放阻力计算 （1）直管阻力损失计算：H真9.81LQ2混K0D5内 式中：H直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%时，=0.91； Q混管道混合瓦斯流量m3/h，由指导书可知，单位必须换算成m3/h ；K0管路系数，取0.71； D内瓦斯管道内径mm由指导书四（六）1可知，单位必须换算成cm，才能代入公式。根据计算公式列表计算管

25、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4345.73 3312.59 1033.13 直管阻力损失=吸入段阻力+排出段阻力损失6.1

26、.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%计算）总局部阻力损失H局总H直总0.15Pa总局部阻力损失4345.730.15651.86Pa6.1.3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4345.73651.864997.59Pa6.2瓦斯泵流量和压力计算 6.2.1瓦斯泵流量计算 Q泵q纯KC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/min； C-瓦斯泵入口处纯瓦斯浓度，取20%； -瓦斯泵机械效率，取80%； k-瓦斯抽放综合系统，取K=1.2。 Q泵q纯KC10.368*1.2/0.2/0.8=

27、77.76m3/min6.2.2瓦斯泵压力计算 H泵=（H总+H孔）K备 式中：H泵-瓦斯泵压力Pa H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12000Pa； K备-抽放备用系数K取1.2。H泵4997.59120001.220397.1 Pa6.2.3瓦斯泵选型确定 按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650mmHg，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

28、-85型水循环式真空泵的转速365rmin和功率130KW，选择合适的电动机与之配合。7工作面瓦斯抽放安全技术措施7.1应根据实际情况制定出如下安全措施：a.抽放钻场、钻孔施工防治瓦斯措施。b.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。c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防冻措施。7.2井下移动抽放瓦斯泵站，应遵从以下要求：井下移动抽放瓦斯泵站应安装在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；已建永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可直接送至矿井抽放系统的管道内，但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合煤矿安全规程第一

29、百四十八条规定。移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安全措施，设置橱栏、悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30m以内被混合到煤矿安全规程允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止抽放瓦斯、进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。井下移动瓦斯抽放泵站必须实行“三专”供电，即专用变压器、专用开关、专用线路。7.3地面抽放瓦斯站安全措施抽放瓦斯站安全措施，应遵从以下要求：在一个抽放站内，抽放瓦斯泵及附属设备只有一套工作时，应备用