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文档简介

⑴煤层赋存条件(煤层和岩层的性质、厚度、倾角、层间距等⑶矿井瓦斯地质图(或瓦斯等值线图二.设计内⑶瓦斯基础参数计算或:如瓦斯含量、瓦斯涌出量、瓦斯储量、瓦斯可抽量及抽放年限⑺瓦斯利用:可利用量、利用方案、概算(属瓦斯利用专篇内容⑼设计文件:包括设计说明书、设备清册、概算、图纸第二节建立瓦斯抽放系统的条件和指1>5m3/min1>3m3/min斯涌出量>15m3/min12m3/min10一.回采工作面瓦斯涌出量参考指绝对瓦斯涌出量指标(q0ViSminC600.46ViS

绝0q——回采面绝对瓦斯涌出量指标,m3/minq——通风所能稀释的瓦斯涌出量,m3/min;C——回最大瓦斯浓度,取1%;绝0KW1.3;Smin——回采面最小过风断面,m2;

相对瓦斯涌出量指标(q0相q相q0

144060CVA

相式 q——回采面相对瓦斯涌出量指标,m3/相0q——通风所能稀释的瓦斯涌出量,m3/min0AV,m/s;1

q相>q0相≈2660 q0相随V的取值而成正比关系。按式(1-4)作曲线如图1-2876876124321图1-1工作

矿一个回采面的产量为1000t/d,采场最小过风断面为Smin=5.0m2。当根据回采面适宜风速V=2.0m/s配风时,在图1-2中查得q =6.65m3/t,即当q >6.65m3/t时就应考虑抽放;若按风速V′=3.5m/s配风, q0

'3.56.6511.64m3/211.64m3/tSmin5.0m2V=2.0m/s500t/dq0=13.3m3/t(15m3/t)。二。邻近层瓦斯涌出量参考指标邻q

ViSminC60

0.46ViSmin

0 邻式中q——邻近层向开采层瓦斯涌出量指标,m3/min邻0q——回采面通风所能稀释的瓦斯涌出量,m3/min0C——回最大瓦斯浓度,取1%;KW——瓦斯涌出不均衡系数,取1.3;Smin——开采层采面最小过风断面,m2q 将式1-8绘成曲线如图1-3。根据Smin值、q本值即可在图中查出相应的指标值q0邻1.5m3/min,Smin3.0m2V=2.0m/s1-3可查得邻近层向开采层允许涌入的瓦斯量为1.26m3/min1.26m3/min,邻S=5.0m2500t/d,V=2.0m/s采层瓦斯涌出量>1.5m3/min,即应考虑对邻近层抽放瓦斯。邻近层向开采层涌出量占工作面回风总瓦斯量的百分比指标p

q0邻1

q0.46ViS

)

87qq54321

q

q邻q邻>q0邻=0.92Smin-q(取V=2.0Smin(m0

1234567q图1- 邻近层向开采瓦斯涌出量指标

图1- 邻近层瓦斯涌出量百分比指标(V=2m/s时po是否实行邻近层抽放,还应考虑是否有一定的邻近层抽放量。若邻近层的瓦斯抽放量<0.6m3/min,一般三.矿井抽放瓦斯参考斯问题,或矿井有稳定的抽放量(2m3/min)满足利用要求,就应建立抽放系统。四.本煤层瓦斯抽放参考指标通风可以解决的瓦斯含量指标,由下式求得,当瓦斯含量大于WOB时,需进行瓦斯抽放1400

WC———残存瓦斯量,m3/t;见表1-1;Q———工作面配风量,m3/min;A———工作面日产量,t/d;1表1- 残存瓦斯含量残存量残存量焦贫气五.抽放瓦斯难易程度参考指表 抽放瓦斯难易程度分(d-第三节煤层瓦斯基础参数测一.瓦斯风煤中的瓦斯成分随着煤层埋藏深度的不同而变化。由浅到深大致可分为四个带:-氮气带,氮1-3。1-31主要是,少量5m3/t·d200~3002少量、沼此带以 增高此带以 减少60~150300~40035m3/t·d20~5010041-带别%%%m/t%NAr、kr、Xe、H前在顿巴斯煤田进行的研究表明,在其他条件相同时,瓦斯风化带深度和瓦斯涌出量梯度与煤的变质程度有关(-变质程度愈高,其透气性愈差。表1- 煤的变质程度与瓦斯风化带深度关系⑶剥蚀过程,它使含煤地层无瓦斯化的范围减少或局部⑷覆盖层(或一些地区的冻土层)110mH1/52m3/t二.瓦斯压力计算及测 式 P0P0=0.196Mpa;PMMpa/m,由式(1-12)计算;HPP1

H10 H10式中P1——实测瓦斯压力100mMPP1M

0.7840.1960.00199MPa/H1

500-460mP=P0+PM(H-H0)=0.196+0.00199×(560-205)=0.902经计算,-460m0.902Mpa 式 钻孔测压施工要 表1-步技术要使用材料及砂岩、坚硬岩石砂页岩、页岩孔口要完整,并煤层孔口不宜过大,一般在㎜4~68~120.5>5>50.515图1-5封孔测定瓦斯压 测量

堵孔材

测压

5---挡

压力三.煤层瓦斯含量计(一)该类方法需在作出吸附常数,在井下实测瓦斯压力,然后进行计算。由于测出的a、b值是WhWx

1WfAfWX1bp10.31W

Wy10.2fn

Wh——煤层瓦斯含量55——吸附常数,MPa-10.5~5MPa-1;Wf——煤中的水分,%;Afƒn1-10;煤质与孔隙率关 表1-煤的牌挥发%灰%水%容孔隙%无烟瘦黏结焦肥气长焰nn解:WhWx

1Wf

10.2f1bp

10.31W

10.228.0890.1361.47

0.214

1 0..36

dd瓦斯含量罐体积测得数据(测两次1- P1=1.62Mpa,P2=0.85Mpa, Q=965cm31- P V

d

2

1.620.851.620.85

0.851.537m3/(m3MPa05

0.1747134

420.85

0.310.851.699m3/(m3MPa0α=(1.537+1.699)/2=1.618m3m3·Mpa0.5

0.31WX

Wf

Wy

fn

b(Vr)0146en(10.31Wf

9.8KYx式 W— xWf、Af、Vren1-12;e——自然对数底;n——α——2.4+0.21Vr或查表;b——1-0.004Vr或查表;ƒn——煤的孔隙率,%,查表1-10; 1/en温度11-13αb123456789 P01234567[例]某矿井煤层Wf=3.1%Af=1.9%、Vr=14.1%、P=1.47MPat=20℃、γ=1.4t/m3解:

Wf b(Vr)0146en(10.31Wf 1-13,(Vr)0146W

0.525

0.94e

nnWy

fn9.8KY

61.479.81.051.4

0.6m3/Wh=Wx+Wy=11.5+0.6=12.1WX

10.2P

n 10.2(0.0016t20.19t230.2Vr)P[10.01(ArWf)]fWX

10.2P

n Wy= 式中WxP、t,m3/t;Wy————在P、t条件下的游离瓦斯量,m3/t;Af————煤中灰分,%;Wf————煤中水分ƒn————B0=P/(0.098×0.97921。10.2(0.0003835t2AWh 10.2fyP110.2(C

Wh10.215.53(C10.00218t)P10.2f

y式 ƒy——煤单位重量的孔隙容积,m3/t1-15;A、B、C、C11-16。 Vr %ABC四.瓦斯储量计 式 W——矿井瓦斯储量,11nnW1Wi

22nW2i

Wi33W3= 式中KK=0.05~0.20如果要计算某区域(水平、采区、工作面等)A1i、A2i、W1i、W2i变为(一 回采、掘进及采空区瓦斯涌出开采单一煤层时的回采瓦斯涌出量计算(不考虑邻近层的瓦斯涌出量qf

f式中qm3tf1.0,1.2Kp———瓦斯系数,即计算的瓦斯涌出量对煤层瓦斯含量的比例,由图1-9查hWm3h图1-9瓦斯放出计算系数值曲有邻近层的回采瓦斯涌出量计算之一qƒ=Kw·qc+qh+qs+ ƒ式中q——采煤时瓦斯涌出量,m3/t;Kwƒc chq——开采层由于回采率不高而产生的附加瓦斯涌出量,m3/t,h qq,m3/t,36 h式中W——邻近层的瓦斯含量hcW——邻近层的残存瓦斯含量,m3/t7-1cQh

100

式中b0.6~0.8;q bms(WW

sshcL0 sshcq bmx(WW

xxhcL0 xxhc式中:L0h——阶段煤柱总长度,米msmxmbs、bxbs、bx1Ncos

Lcossin(α——煤层倾角,度;γ——卸压角,度。γ

sin()层间相对厚度与卸压角γ值(度邻近层向开采层瓦斯涌出程间距(米00层(保护层,8678911 qƒ=Kw·qc+qh+qs+qx取Kw=1.2C1-1,W=8m3/t(无烟煤C q=W-W=14.83-8=6.83m3/tK qs

100

100

14.831.83m3/76q7

90

0.771(18.13-8)9.2m3/q8

90

3.230.5(20.46-8)23.7m3/q9

90

0.630.45(18.21-8)3.4m3/

90

qƒ=Kw·qc+q7-6+q8-6+q9-6+q11-=47.83647.83m3/tƒ式中:q——开采层的瓦斯涌出量ƒ

qƒ=qbb39bn40nmmqbKwKdKz m0

nqmibKn

mism0 100CL

Kz

Ks0.8(运到地表的煤中还残存一部分瓦斯,这部分残余量约占20%bbib(WiWciiWi

iiW——i43L2Hi

式中:HiI,m;(˚1-19开采层沿倾斜的卸000¦¦¦¦¦¦¦3图1- 沿倾斜卸压角示意

q

m

ƒƒhhcc1122γ——回采的自然分层煤的容重1γ10.1;0.2;[例]某矿单一煤层长壁式工作面,煤厚8m,分层采高2m,全部冒落管理顶板,预计瓦斯含量20m3/t,21 n=20W=8m3/t;W=12m3/t;未采的自然分层中剩余的瓦斯量W=10m3/t;煤柱煤量占采区煤量比M=20%;采空区残煤占采区煤量比Z=5%;煤的容γ=γ=1.4t/m21 q(10.2)(208)(161.4)0.2(2012)0.05(2010)59.7m3/ 259.7m3/t

m

(1-qmnmVqv /vqLsV(WhWc

(1-(1-j式中 q——掘进工作面瓦斯涌出量jmmLn——煤面个数,单巷掘进时n=2;Lvv q0.026[0.0004(Vr)20.16] hhγ——煤的容重cc

0 n=2W=8.18m3/t、W=3.5m3/t、S=8m2、γ=1.4t/m0 解 qmnmVqv /v800/24.970.003470.161800/5.32m3/hvq0.026[0.0004(Vr)20.16]hv0.026[0.0004(38.67)20.16]0.161m3/

qLsV(WhWc80.003471.4(8.180.18m3/mm

5.50m3/min

q4mvct05bmv(WW

q8mvct05m(WW)[v(bb)vb

1式 t——巷道掘进时间,d;b 12Cm/d0.5;12jj单 qj4mvc011双 q8mvcT0

2Cqj①-qj②qj②-qj③

t2t3

(k式中:qkcq,m3/t;cjj(二)AA

a式中qafjkΣq——采区采煤工作面瓦斯涌出量总和,m3/dΣq——采区掘进工作面瓦斯涌出量总和,m3/dq,m3/d;fjk(三)

h式 q——瓦斯涌出量h qk

QnCn

Q——进风时的回风量,m3/minqq1A1q2A2qn

AA nq(HH0)aq——Hm3/t;·a——瓦斯梯度数,m3/tm·

H0 qq=2m3

n i1

N21

k式中q——矿井瓦斯涌出量,m3/ kqm3tqkj(N2

0

m3/t六.煤层透气性系煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志,煤层透气性系数的测算方法有径向稳定流动测算法M1M2测定瓦斯压力,待压力平衡后,在中间打一个排cccM1、M2瓦斯流量012变化,不适于透气性较小的煤层。CQln0 m(P2P2

式 ——透气性系数,m2/MPa2d1M1Mcmc——排放孔半径m0Q0.101325MPa(1atmm3d0mmpypy0.101325MPaCC1.634103实例。抚顺龙凤矿-460m10c0.055m,1p14.660.101325MPa,

4.270.101325MPa,m

2292m3/d,

0.101325Mpa。将yyCQln

1.6341032292ln c 0.05514.98m2/MPa2 m(P2P2 6.0(0.4721720.1013252 同理算出

18.7m2MPa2d取均值

22 00

YaFb

式中Y——流量准数,无因次,其计算公式(1-65)F0——时间准数,无因次,其计算公式(1-67)a、b1-20Y (p2

式中q——在排放时间为t(即比流量,m3m2d(1-1——钻孔半径m2MPa2dp0——煤层原始绝对瓦斯压力(表压力值,p1p1 t式中Q——在时间tm3tL4tp1

F0

11

式中tq ——煤层瓦斯含量系数,

p其中Wm3m3phh1-20表1- 透气性系数的计算及参公[]计算公b参10-1-A p2 4tp1B ar1YF01-B4----根据测定所得参数,计算出A、B值0]计算公式进行试算(时间t1dF0=1~101d以上时,F=102~103公式作第一次试算。0把求出的F0BF0F0P04.053MPa,L3.5m,t41d。求解 AB

1Lqp

3.1416 3.210F=103~10502.1A111B1113.9887检 F0B0F103~105范围内,公式应用正确。故3.9887102m2MPa2d。0 择有代表性、未受采动影响的煤层区域,向煤层打直径75mm的钻孔,测出其初始瓦斯流量q0,经过时t(10d以上)q

00t

(1-式中——q0——m3min100mq——经过tm3min100mlnq0、lnqq0qtd八.瓦斯抽放率和可抽量计(一)1-21表1- 瓦斯抽放率计算公矿井(采区)100Qk k——矿井(采区)Q——矿井(采区)Mm3akQ——矿井(采区)Mm3z100qg d——单一煤层工作面(本煤层)瓦斯抽放率3qgmq——工作面回风顺槽 中瓦斯量,m3/f工作面(有邻近层)100qn nn——工作面(有邻近层)瓦斯抽放率qm3nq——工作面回风顺槽 中瓦斯量,m3/(二)

N 100

Wc

式中Nm3CbhWm3hcWm3tc

100C

N

bmc

W

100Cm N

bmc(WW

100Cm 式中bp150.815~300.9;mcmbm0.91-22。表1- 瓦斯可抽量修正煤层倾角20402040——————————————————————————————第四节抽放瓦斯系一 选择抽放瓦斯系统的一般原(一)目前,我国抽放瓦斯系般分为地面钻孔抽放系统、矿井集中抽放系统和井下临时抽放系统三类(二)(<800m二.井下临时抽放系YD(一)(二)投资少,可有效地解决井下个别地点瓦斯涌出量较大的表1— YD系列移动式瓦斯抽放 表1— YWB系列智能式瓦斯抽放移动 5 外形尺寸(1—24。三.矿井集中抽放系(一)(二)矿井集中抽放瓦斯系统,是解决井下中瓦斯浓度高的有效措施。它是在地面设置抽放泵房,由抽放泵房到井下,敷设主管、干管、分管(或支管)至钻场钻孔,并设置相应附属设施所组成的管98四.地面钻孔抽放系统(略)第五节抽放瓦斯方法及钻场布一.抽放方法分1-33。1-33%高突出煤层煤层、突出煤10,放水力割缝、松动无自燃或采用防围岩有瓦斯喷出二.抽放方法选(一)(600m(二)开采层瓦斯抽放分未卸压抽放法,采(掘)钻孔煤层的面积大煤层突 性较大时,可打穿层钻孔开采层采(掘)在有面得情况下,使煤体膨胀、变形,以提高煤层的透气性在煤体 面得情况下,改善煤中裂隙得分布情况,使煤体中产生透气性良好得贯通裂隙高压水射流扩孔:采用高压水射流,扩大预抽钻孔的直径,增加煤层面积,增大钻孔卸压松动:在钻孔见煤层段装入,使之扩大孔径和使煤体部分膨胀变形增大透气性1-34。1-34抽放方法及布孔方图示在底板开掘专进行密集网格钻抽放46600pa2~42~4m放时间长、抽放与生产干扰煤层打穿层钻一定时间后继钻石扰,难以保证足够的预抽时并要求生产不十分紧张作面打超前钻一定时间后继钻煤孔口负压:约68m一定时间对煤体进行预抽可在一定程度上解决掘进及回抽干扰大,多,打钻及封孔施工,在生产不紧预先掘出回采巷道加以密闭,然后进行预抽孔口负压:约62煤巷面积大,抽放效由煤门或联络眼钻场向煤层打顺层钻于特厚煤层可实现卸压抽孔底间距:20段13000后可降为5300~段≮67~由煤巷两侧每隔一定距离掘进方向打钻孔45~65m;距离确定,5870~⑴由或回风顺槽向煤层起到预抽及采2131.钻孔;2.回风巷;3.1孔口负压:6700利用回采动压增加煤的透气⑵由石门或底板岩巷向开采实现预抽和卸1~2m层后可降为4000~上分层采空区的抽放,时间的分层开采特厚煤层(煤厚10~20m)⑶由煤门或联络眼钻场向开部尚未开采的分层打顺层钻10~15m,每个钻场20~3010700~16000pa;卸压上分层采空区的抽放,效果好。但打钻及封孔施工,钻孔:沿层扇形钻孔,孔长60~80m2.水射流压力:784011760kpa(软煤层取低值,硬煤层则取上限);3力压裂,松动等人为卸压是单一低透气性高瓦斯煤层钻;2.水压:4900~17640kpa;流量:0.4~0.7m/min;319600kpa松动破筒数:2~3个;4.筒长:2.5m且比较平稳,可以认为是本煤层涌出的瓦斯(Q1当工作面推进一段距离(L冒落,瓦斯大量泄出而使其达到最高值(Q2),则邻近层的瓦斯量近似 231-351-35急倾斜瓦斯抽放钻孔或插管应布置在采空区回风侧(压能低)位置,以便利用通风压力及采空区内漏风对瓦斯起运移作用,以便提高瓦斯抽放浓度和效果.插管式钻孔蕊管周围应封闭严密,尽量减少外部空气漏入,有条件地点(如老空区插管抽放),可设置均压密闭等.mntg()

bnm

式中:α---煤层倾角,(º),沿煤层倾斜方向打钻孔时取正值,沿煤层仰斜方向打钻孔时取负值,倾斜长壁工nn=4~11;m---采高,m;¢bm,12mb=0;12mb0.5φº)1-38φ冒落角φ,5~10mLm)式中:L

m sin()nn=4~11;m---采高,m;βα¢开采急倾斜煤层时,可从水平或回平的岩石平巷直接向采空区打钻抽生产中,若开采层距岩石平巷较远,也可从下部煤层的巷道向采空区打钻,抽放钻孔穿过采空区的地点,距水平的垂高一般按阶段高度的7/10考虑.从水平打钻时:tgβ=------------ 从回平打钻时H0---阶段高度,

tgβ=------------ Mα(四)略二 抽放钻场布下向式钻孔瓦斯流量较大,可以加速排放瓦斯,但下向孔中易积水,打钻施工 布 1-42提高矿井瓦斯抽放率主要措施一览类 勉强抽放~勉强抽放~人为卸压抽:①水力割缝②水力③水力冲孔④煤体化学处理(注酸巷道加强预抽(开采解放密集钻孔预抽(时间1年以上加强预抽(6个月以上2.采解放采空区抽:(同单一煤层采空区抽 间巷抽;工作面长度>150m(缓倾斜煤层),工作面回风,顺槽应缓倾斜近距离煤层群①巷道抽②“网格”布孔抽(即密钻孔抽封孔长度:岩石>2m,煤层抽放煤层>6.7Kpa,(>50㎜Hg);吨煤钻孔工程量应瓦斯管路中设置自 器抽;工作面长度>150m(缓倾斜煤层),工作面回风,顺槽应同时布穿层钻孔开孔点应按钻孔抽放半径沿工作 和倾斜方向均匀分封孔长度:岩石>3m,煤层孔口负压宜>13Kpa,(>100㎜吨煤钻孔工程量应瓦斯管路中设置自 器有效抽放距离30%回采工作面回中的瓦斯可以维持在允许限度之内钻场间距M=K(L1- 式中:K 钻孔间距参层间距K(二)表1- 本煤层抽放钻孔角度计图公符号注 HL底垂直煤层钻 LHlsin(——煤层倾角——钻孔角度可在井巷平面图上量取H——钻孔终孔高度向孔取正,钻场在顶板上孔取正下向孔取负。公式中符号1号相l——钻孔长度,mB lL'斜交煤层钻 'lcosH' sinBl' sin——垂直煤层钻孔与斜交煤层钻孔的水平投影的夹角l——垂直煤层钻孔的长度,m;B——孔底分布距离,m,由钻孔抽'Hl'——斜交煤层钻孔长度——垂直煤 钻孔与斜交煤1-48邻近层钻孔角度计算图公参数及符号邻近图公参数及符号邻近钻 开采 1.缓倾斜煤层钻孔角度计tg Nctgtg() aN——层间距离——煤层倾角b1-a——工作面 b——煤柱宽,再加10~15m备用' tg(180')从开采水平的上部回风巷打tg()N注:N为层间距,M为开M

3M

80抽放效果一般很差IIII2134图1-33邻近层钻孔合适位1----弯曲带2----钻 3----裂隙带 冒落 第六节瓦斯管路布置及选一.瓦斯管路的布置及敷若设在巷道中,应将管路架设一定高度并加以固定,防止机车或矿车一旦掉道不至于撞坏管管路布置应考虑到、安装、维修和日常检查的方便(二)安全装置:包括防、防回火装置、放水器和放空管等。(三)和。为此,在敷设瓦斯管路时,为保证敷设质量,应采取必要的措施。,在巷道敷设管路必须用可缩木支垫,以防底板隆起折损管路。垫木高度不应小于0.3m ,角α而定,一般α30º15~20m。 5(一)1d0.1457(Q1V

Q——瓦斯管内流量d——V——瓦斯管内流速,5~15m/s1-51。(二)当采用卷焊管或强度要求较高的远距离输瓦斯干管,可按下式计算壁厚δ=------ 式中 P——管路最大工作压力,MPaDw——瓦斯管外径,㎝[α]——容许压力,取屈服极限强度的60%,缺少此值时,可参考以下数值:对于铸铁管取20Mpa;焊接 取60Mpa;无缝取80Mpa。(三)h9.81L0 Kd0

式中 hf——某段管路的摩擦阻力,Pa;LΔQd——管路内径,cm(1-84)式中混合瓦斯对空气的相对密度Δ按下式计算1n121-54K

11h=ξ·— 121-55ξ1/5dm;1/20d,m;1/100d,m;1751/5×175×1000=35m 01234567890360m,150度3800m,管径380㎜,瓦斯量3600m3/h,瓦斯浓度45%;局部阻力用估算法计算,擦阻力15%考虑。h支=9.81728.48Pa0.71×1551-51流速123456789㎜112234567899 ρ1——瓦斯密度,取0.715kg/m3;n1——混合瓦斯中瓦斯浓度;ρ21.293kg/m3;n2——混合瓦斯中空气浓度

h分=9.8h主=9.80.71×38一.瓦斯泵选

h总=(h支+h分+h主=15306.42第七节瓦斯泵及附属装置选1-57 瓦斯泵布置方式及适用条受地面地形限制,地表管路敷设22瓦斯泵在地面易于管理和了巷道费,地面瓦斯泵则无此项费用。风道中,新密裴沟矿和鹤壁六矿即利用SZ-1冲井利用井下安装的SZ-2(二) 式 K1.2;Pa;hf的确定决定于以下因素:8-7-58。 我国部分抽放瓦斯矿井钻场负钻场(钻孔口)负压〈式

cΣQ,m3/mincηZ=Hc

HcHiHlHzf

Hi、HlHzf符号与(1-85)式和(1-86)(四)⑷抽放设备必须配备防爆电气设备及防爆电⑵回转式鼓风机(包括罗茨鼓风机、叶氏鼓风机、滑板式压气机等表1-59各种类型瓦斯泵的优缺点及适用条备1.8~450m/min,800kPa;快适用于输出流量不大(50m/min以5m3/min,3516000Pa,钻孔口负压要求达到

Q 50.35

21.4m3/H

ηz 100% 二、瓦斯抽放泵房设备(一)泵房内要有良好的通风照明设施并设有直通矿井调度的机械室、电气室和室都要有单独房间,避免相互干扰(二)泵房应设不受洪涝且工程地质条件可靠地带,避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等50m泵房及泵房周围20m范围内有明火(三)三、瓦斯管路附属装置的选(一表1-62瓦斯泵房内管路、阀门附属

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