赣贵煤矿瓦斯抽放设计

织金县珠藏镇赣贵煤矿瓦斯抽放设计（生产能力15万t/a）

目录TOC\o"1-2"\u前言 第二章抽采瓦斯设计参数第二章抽采瓦斯设计参数第一节抽采瓦斯的必要性和可行性一、建立瓦斯抽采系统的必要性1、防治煤与瓦斯突出的需要1）高瓦斯矿井；2）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，且用通风方法解决瓦斯问题不合理的矿井；3）矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件时：（1）大于或等于40m3/min；（2）年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；（3）年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；（4）年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；（5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min；4）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井。5）根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测，矿井23煤层最低开采标高时瓦斯涌出量最大：其中：采煤工作面瓦斯涌出量为10.28m3/t、绝对瓦斯涌出量为3.08m3/min；2个煤巷掘进工作面绝对瓦斯涌出量为2×0.28=0.56m3/min；矿井相对瓦斯涌出量为18.76m32、采掘工作面瓦斯治理的需要《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定：当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。显然,该矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量已经超过采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是：在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式（2－1）成立时,抽放瓦斯才是必要的。…………………（2－1）式中：Q0采掘工作面设计风量,m3/s；Q采掘工作面瓦斯涌出量,m3/min；K瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5；C《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1.根据采掘工作面瓦斯涌出量预测结果，由式（2－1）计算得到的回采工作面(按机采一个工作面考虑)、掘进工作面(按2个掘进工作面考虑)瓦斯抽放必要性判断结果如表2.3-1所示。表2.3-1矿井瓦斯涌出量预测结果生产时期工作面瓦斯涌出量设计风量（m3/s）需要风量（m3/s）是否需要抽放m3/tm3/min生产采空区难判定涌出量需要回采10.2811.912需要1个掘进0.286.78需要由表2.3-1可以看出，对回采工作面和采空区而言，单纯靠通风方法不能解决工作面瓦斯超限问题。对掘进工作面而言,部分掘进工作面可能存在供风难的问题,也可能需要采取瓦斯抽放措施。二、瓦斯抽采的可行性瓦斯抽放指标是用来衡量煤层预抽瓦斯抽采难易程度的参数，常用的有煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。根据《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006），将未卸压的原始煤层的抽采难易程度划分为容易抽采、可以抽采、较难抽采三类，相应的取值范围见表2-1-1。表2-1-1煤层瓦斯抽采难易程度表类别煤层透气性系数m2/(MPa2·d)钻孔流量衰减系数（d-1）容易抽采＞10＜0.003可以抽采10～0.10.003～0.05较难抽采＜0.1＞0.05赣贵煤矿还未测定煤层透气性系数及钻孔流量衰减系数。矿井按突出矿井矿井设计，建立瓦斯抽采系统是必要的，而且从技术上讲也是可行的。第二节瓦斯来源分析矿井瓦斯分别来源于回采工作面、掘进工作面及采空区。1）回采工作面瓦斯涌出构成一是来自开采煤层瓦斯涌出，二是来自开采层影响范围之内邻近层煤层瓦斯涌出，包括上邻近层和下邻近层，对于缓倾斜和倾斜煤层影响范围一般上邻近层约100m，下邻近层约50m。该矿可采煤层为16、23煤层，由于16煤层已基本采空，因此开采23煤层时可不考虑邻近层瓦斯涌出。2）掘进工作面涌出瓦斯构成一是来自掘进巷道煤壁瓦斯涌出，二是来自掘进落煤的瓦斯涌出；3）盘区瓦斯涌出量是指盘区内所有回采工作面、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和；4）矿井瓦斯涌出量为全矿井内全部生产盘区和已采盘区（包括其它辅助巷道）瓦斯涌出量之和。2、回采工作面、盘区、矿井瓦斯来源及涌出构成矿井设计以一个盘区、一个回采工作面、两个掘进工作面达到设计生产能力，现采煤工作面布置在23煤层，主要为本煤层瓦斯涌出，由回采工作面、盘区、矿井瓦斯来源及涌出构成。第三节煤层瓦斯基本参数一、煤层瓦斯压力由于23号煤层未做突出危险性鉴定，无法取得精确的瓦斯压力值，本次设计采用经验公式计算煤层瓦斯压力：P=（2.03～10.13）H；基于安全考虑，瓦斯压力系数取最大值，该矿取P＝10.13H作为计算依据。二、煤层瓦斯含量瓦斯在煤体中存在的状态有二种：一种叫游离状态，一种叫吸附状态。在天然条件下，煤体中以吸附状态贮存的瓦斯约占80-90%，以游离状态贮存的占10-20%，总体来说，瓦斯绝大部份是以吸附状态存在的。矿井未作瓦斯参数测定，根据提供的煤质资料，对各开采煤层瓦斯含量进行预测。煤层煤质特征见表2-3-1。表2-3-1矿区主要煤层煤质特征一览表煤层编号煤样类别工业分析（平均值）水份灰份挥发份全硫发热量（MJ/kgQbd）备注16号原煤0.4911.976.111.7232.903无烟23号原煤0.7112.085.131.3634.202无烟由于16煤层已基本采空，因此本设计只对23煤层瓦斯含量进行预测。根椐《采矿设计手册》煤层瓦斯含量计算经验公式一：式中：Wx在P、t条件下的吸附瓦斯含量，m3/t；WY在P、t条件下的游离瓦斯含量，m3/t；Af煤层灰分，％；Wf煤层水分，％；煤层挥发分，％；P煤层瓦斯压力，Mpa，P＝（2.03～10.13）H/1000，该矿取P＝10.13H/1000。fn煤的孔隙率，%，取10；en温度系数，e为自然对数底，n=；a2.4+0.21；b1-0.004；KY－相对于煤层瓦斯压力下的瓦斯压缩系数，取1.0；γ煤的容重，t/m3；t温度，C°；经过以上公式，23煤层瓦斯含量预测结果见表2-3-2。表2-3-2可采煤层瓦斯含量预测值煤层Af(％)Wf(％)Vr(％)H(m)abP(MPa)en瓦斯含量(m3/t)2312.080.715.132003.4770.9792.0261.4922.88第四节瓦斯储量和可抽量一、瓦斯储量瓦斯储量是指煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层赋存的瓦斯总量。根据《煤矿瓦斯抽放规范》，其计算公式为：式中：W—矿井地质资源/储量，Mm3；W1—矿井可采煤层瓦斯储量，Mm3；式中：A1i—矿井i可采煤层的地质储量,Mt；W1i--矿井i可采煤层的瓦斯含量,m3/t；W2—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，Mm3；式中：A2i—受采动影响后能够向开采空间排放的i不可采煤层的地质储量，Mm3；W2i--受采动影响后能够向开采空间排放的i不可采煤层的瓦斯储量，m3/t；因为地质报告没有提供不可采煤层的地质储量,因此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按可采煤层瓦斯储量10%计算。W3--受采动影响后能够向开采空间排放的岩层瓦斯储量，Mm3；k—围岩瓦斯储量系数，一般取K=0.05～0.20,取K=0.15。矿井地质瓦斯储量计算结果见表2-4-1。表2-4-1矿井地质瓦斯储量计算表煤层瓦斯含量(m3/t)可采煤层地质储量(万吨)可采煤层瓦斯地质储量(Mm3)不可采煤层的瓦斯储量(Mm3)受采动影响后能够向开采空间排放岩层瓦斯储量(Mm3)矿井瓦斯地质储量(Mm3)2322.8887.219.95合计19.951.9952.19524.14二、矿井可抽瓦斯量可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平能被抽出来的最大瓦斯量，根据《煤矿瓦斯抽放规范》，其计算公式为：式中：Wkc—可抽瓦斯量，万m3；Wk—瓦斯储量，万m3；ηk—瓦斯抽采率，%。按照《煤矿瓦斯抽采基本指标》要求，并结合目前抽采瓦斯的实际水平及设计对矿井煤层瓦斯抽采所采用的方法（综合抽采），取ηk=50%；矿井可抽瓦斯量具体详见表2-4-2。表2-4-2矿井各煤层可抽地质储量统计煤层编号瓦斯含量（m³/t）抽放率（%）可采煤层地质储量（万吨）可抽瓦斯储量(Mm3)2322.885087.29.97小计5087.29.97三、煤层透气性系数矿井还未测定煤层的透气性系数，应及时送样测定，以确定合理的抽采参数。四、钻孔流量衰减系数矿井还未测定煤层钻孔流量衰减系数，应及时送样测定，以确定合理的抽采参数。第五节矿井瓦斯涌出量一、煤层瓦斯涌出量预测根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井相对瓦斯涌出量进行预测。四盘区可采煤层特征见下表。四盘区可采煤层特征表煤层编号煤层厚度(m)煤层平均厚度(m)煤层平均倾角(°)煤层平均间距(m)煤层结构煤层稳定性顶底板岩性顶板底板16号煤层1.03-2.091.66643简单较稳定泥质粉砂岩泥岩23号煤层1.15-1.781.466简单稳定泥质粉砂岩粉砂岩1、开采煤层时矿井相对瓦斯涌出量计算采用分源预测法对该煤矿矿井瓦斯涌出量进行预测。矿井瓦斯涌出量构成如下：2、开采煤层时1）采煤工作面瓦斯涌出计算式中：q采——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3／t；

q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3／t；

q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3／t。①开采层瓦斯涌出量：式中：q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3／t；K1——围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.1～1.3；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；本矿取值1.3。K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；K3——分区内准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响系数。采用长壁后退式回采时，K3按下式确定：K3＝（L-2h）/LL—工作面长度，m；h—巷道瓦斯排放带宽度，m；Wo—煤的原始瓦斯含量，m3/t；Wc—煤的残存瓦斯含量，m3/t，见下表煤层编号Wf(%)Af(%)Vr(%)Wc’（m3/t•r）Wc（m3/t）23号0.7112.085.1364.29分别按原始状态下煤层瓦斯含量和采达标后邻近层瓦斯相对涌出量计算开采层瓦斯涌出量结果见下表。开采层煤层瓦斯涌出量盘区编号煤层编号未抽采前开采层瓦斯相对涌出量q1抽采达标后开采层瓦斯相对涌出量Q1四盘区23号24.456.60②邻近层瓦斯涌出量：式中：q2——原始状态下邻近层相对瓦斯涌出量，m3／t；mi——第i个邻近层煤层厚度，m；M——工作面采高，m；ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，%,参照AQ1018－2006标准附录D选取；（AQ1018－2006标准附录D.3：邻近层受采动影响瓦斯排放率ηi）W0i——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3／t,参照开采层选取；Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3／t，参照开采层选取。邻近层受采动影响瓦斯排放率：当邻近层位于冒落带中时，=1；当采高小于4.5时，按AQ1018－2006标准附录D.3计算或按图D.1选取。=1-hi/hp(D.3)式中：hi——第i邻近层与开采层垂直距离，m；hp——受采动影响顶板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。开采层顶、底板的破坏影响范围hp按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中附录六的方法计算。上邻近层；缓倾斜煤层邻近层；倾斜、急倾斜煤层邻近层。当采高大于4.5时，按AQ1018－2006标准附录D.4计算。=100-0.47hi/M-84.04hi/L(D.4)式中：hi——第i邻近层与开采层垂直距离，m；hp——受采动影响顶板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。L——工作面长度。该矿主采煤层16号和23号煤层，煤层开采顺序为16号煤层、23号煤层，现矿16号煤层已开采完毕，16号煤层与23号煤层间距为43m。该矿16号煤层开采时，23号煤层瓦斯得到一定的释放；根据AQ1018—2006标准附录D，23号煤层瓦斯释放率可达到10%。分别按原始状态下煤层瓦斯含量和抽采达标后邻近层瓦斯相对涌出量计算邻近层瓦斯涌出量结果见下表。邻近层煤层瓦斯涌出量煤层编号未抽采前邻近层瓦斯相对涌出量q2各煤层抽放后及受采动影响瓦斯释放后邻近层瓦斯相对涌出量Q223号4.831.31回采工作面瓦斯涌出量见表2-5-1。表2-5-1回采工作面瓦斯涌出量煤层编号未抽采前相对瓦斯涌出量q采（m³/t）未抽采前绝对瓦斯涌出量（m³/min）抽采达标后相对瓦斯涌出量q采（m³/t）各煤层抽放后及受采动影响瓦斯释放后绝对瓦斯涌出量（m³/min）23号29.298.787.912.372）掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量预测用绝对瓦斯涌出量表达，采用式(2)计算。式中：q掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3／min；q3——掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3／min；q4——掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量，m3／min。①掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量式中：q3——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3／min；D——巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层，D=2mo，mo为开采层厚度；对于厚煤层，D=2h+b，h及b分别为巷道的高度及宽度；υ——巷道平均掘进速度，V=0.0033m/min；L——巷道长度，m；q0——煤壁瓦斯涌出强度，m3／(m2•min)，参考下式计算。式中：q0——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m3／(m2•min)：Vr——煤中挥发分含量，％；W0——煤层原始瓦斯含量，m3／t；②掘进巷道落煤的瓦斯涌出量式中：q4——掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，m3／min：S——掘进巷道断面积，m2；υ——巷道平均掘进速度，m／min；γ——煤的密度，t／m3；W0——煤层原始瓦斯含量，m3／t,参照表3-2进行；Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3／t。单个掘进工作面瓦斯涌出量计算见表2-5-2表2-5-2掘进工作面瓦斯涌出量盘区编号煤层编号未抽采前掘进工作面绝对瓦斯涌出量qj（m3/min）各煤层抽放后及受采动影响瓦斯释放后掘进工作面绝对瓦斯涌出量qj（m3/min）四盘区23号0.800.223）生产盘区瓦斯涌出量生产盘区瓦斯涌出量采用下式计算。式中：q区——生产盘区相对瓦斯涌出量，m3／t；K'——生产盘区内采空区瓦斯涌出系数，取1.25；q采i——第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，m3／t；Ai——第i个回采工作面的日产量，t；q掘i——第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3／min；Ao——生产盘区平均日产量，t。矿井开采时，生产盘区瓦斯涌出量计算见表2-5-3。表2-5-3抽采前、后盘区瓦斯涌出量预测结果表盘区编号煤层编号抽采前盘区相对瓦斯涌出量qkj(m³/t)抽采前盘区绝对瓦斯涌出量qkx(m³/min)抽采达标后盘区相对瓦斯涌出量qkj(m³/t)各煤层抽放后及受采动影响瓦斯释放后盘区绝对瓦斯涌出量qkx(m³/min)四盘区23号41.0812.9711.103.504）矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量采用下式计算。式中：q井——矿井相对瓦斯涌出量，m3／t；q区i——第i个生产盘区相对瓦斯涌出量，m3／t；Aoi——第i个生产盘区平均日产量，t；K"——已采采空区瓦斯涌出系数。根据上述方法和步骤，矿井瓦斯涌出量计算见表2-5-4。表2-5-4抽采前后矿井瓦斯涌出量预测结果表盘区编号煤层编号抽采前矿井相对瓦斯涌出量qkj(m³/t)抽采前矿井绝对瓦斯涌出量qkx(m³/min)抽采达标后矿井相对瓦斯涌出量qkj(m³/t)抽采达标后矿井绝对瓦斯涌出量qkx(m³/min)四盘区23号53.4016.8614.434.56经过以上预测，同时根据《中华人民共和国安全生产行业标准<矿井瓦斯涌出量预测方法>（AQ1018-2006）》D.5关于瓦斯涌出不均衡系数的规定，回采工作面或掘进工作面瓦斯涌出=不均衡系数取Kn=1.2-1.5，本设计取1.3；矿井或盘区瓦斯涌出不均衡系数取Kn=1.1-1.3，本设计取1.3。当该矿回采至最低准采标高时，瓦斯涌出量汇总表如下：序号预测地点抽采达标前相对瓦斯涌出量（m3/t）抽采达标前绝对瓦斯涌出量（m3/min）抽采达标后相对瓦斯涌出量（m3/t）各煤层抽放后及受采动影响瓦斯释放后绝对瓦斯涌出量（m3/min）1回采工作面38.0711.4210.283.082掘进工作面1.030.000.284采区53.4016.8614.434.565矿井69.4221.9118.765.923、矿井瓦斯涌出量预测结果根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井23煤层最低开采标高时瓦斯涌出量进行预测。其中：采煤工作面瓦斯涌出量为10.28m3/t、绝对瓦斯涌出量为3.08m3/min；2个煤巷掘进工作面绝对瓦斯涌出量为2×0.28=0.56m第六节抽放规模一、设计抽采需要达到的指标根据《矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018－2006）》标准，采用分源预测法对矿井23煤层最低开采标高时瓦斯涌出量进行预测。其中：采煤工作面瓦斯涌出量为10.28m3/t、绝对瓦斯涌出量为3.08m3/min；2个煤巷掘进工作面绝对瓦斯涌出量为2×0.28=0.56m3/min；矿井相对瓦斯涌出量为18.根据贵州省能源局文件《关于毕节市工业和能源委员会<关于请求审批2012年度矿井瓦斯等级鉴定报告的报告>的批复》（黔能源煤炭[2012]498号）：矿井绝对瓦斯涌出量为34.50m3/min；相对瓦斯涌出量为80.13m根据AQ1026-2006，矿井瓦斯抽采率应达到的指标见表2-6-1。表2-6-1矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井绝对瓦斯涌出量Q（m3/min）矿井瓦斯抽采率（%）Q＜20≥2520≤Q＜40≥3540≤Q＜80≥4080≤Q＜160≥45160≤Q＜300≥50300≤Q＜500≥55500≤Q≥60矿井绝对瓦斯涌出量为34.5m³/min，因此矿井抽采率应≥35%，根据矿井实际情况，矿井抽采率按40则抽放量为：矿井瓦斯抽放纯量按34.5×35%=12.1由于矿井16煤层已采空，因此必须进行采空区抽放。故设计高负压抽放量按总抽放量的60%计算，低负压抽放量按抽放量的40%计算，则：高负压抽放量为：12.1×60%=7.26m³低负压抽放量为：12.1×40%=5m³按7.3m³按5m³/min进行抽放量进行低负压选型第三章抽采方法设计第一节抽采瓦斯方法选择一、选择抽采瓦斯方法的原则选择矿井瓦斯抽采方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、抽采瓦斯目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则：1、选择的抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。2、矿井瓦斯抽采，也是解决突出煤层对采掘生产威胁的重要手段。3、应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果，大力减少主扇风排瓦斯量。4、抽采方法在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要。5、巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽采工程量。6、选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。7、选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。8、抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的设计，有利于增加钻孔的抽采时间。二、抽采瓦斯方法选择矿井抽采瓦斯的目的是为了降低煤层瓦斯含量，为煤炭开采提供防突出及通风安全生产环境，同时开发利用瓦斯资源。因此，根据矿井的瓦斯赋存状况、矿井开拓及抽采瓦斯的目的，结合抽采瓦斯方法选择的原则，确定矿井抽采瓦斯方法。根椐该矿煤层特点，采用专用抽采巷穿层预抽煤层瓦斯、顺层钻孔预抽回采区域瓦斯、掘进工作面先抽后掘以及采面上隅角、采空区瓦斯埋管抽放的综合抽采方式。三、抽采瓦斯方法1、穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯由于23煤层未作煤与瓦斯突出危险性鉴定，按突出设计和管理，由于首采工作面42301工作面已形成，因此除首采工作面外，设计在23煤层底板距23煤层20m处布置底板瓦斯专用抽放巷打穿层钻孔进入23煤层，预抽23煤层瓦斯消突。要求钻孔控制顺槽外侧的范围是：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m；本次设计钻孔控制整条煤层巷道，巷道两侧轮廓线外15m1）钻孔布置①钻孔直径：设计选用钻孔直径Φ75mm（该值为设计值，应根据该矿井实测的抽放半径而确定，在该矿井进行实测之后，根据实测的抽放半径进行调整此数据）。②孔长度：穿层钻孔长度12～100m。③钻孔角度2～75°。④每个钻场内钻孔数20～50个。2）钻场布置每间隔40m布置1个钻场。底板瓦斯抽采钻孔、钻场布置如下：钻孔布置图见图3-1-1。图3-1-1瓦斯抽采平面图2、本煤层顺层钻孔采前预抽由于首采工作面42301已形成，因此首采工作面不布置底板专用瓦斯抽放巷，首采工作面回采区域采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯的方法解决首采工作面的瓦斯问题，其余工作面也采用顺层钻孔预抽回采区域瓦斯的抽放方法。设计由区段运输巷掘进时在掘进头后路由运输巷向上顺煤层打平行抽放钻孔并封孔埋管进行抽放。由于矿井未能提供煤层透气性资料，钻孔间距暂取3m，矿井今后应根据实际抽放效果对钻孔密度进行调整，使抽放效果更佳。钻孔布置：1）钻孔直径：钻孔直径大，暴露煤壁面积大，瓦斯涌出量就大，但二者增长并非线性关系，一般选用Φ75～100mm，设计选用钻孔直径Φ75mm（该值为设计值，应根据该矿井实测的抽放半径而确定，在该矿井进行实测之后，根据实测的抽放半径进行调整此数据）。2）钻孔长度：按煤层回采工作面真倾斜长度66m考虑，钻孔长度为61m。3）钻孔控制范围：钻孔抽放直径控制在5m以内。4）超前距：采面瓦斯抽采超前于采面回采≮20m。5）孔口负压：设计取13kPa，可根据煤层透气性及瓦斯压力调整；6）封孔长度：用水泥砂浆或聚氨酯封孔，封孔长度不小于8m。钻孔布置图见图3-1-2图3-1-2顺层钻孔预抽回采区域瓦斯示意图3、掘进工作面先抽后掘经区域验证仍有突出危险性或在掘进过程中工作面涌出较大情况下采用先抽后掘方法。钻孔布置：钻孔布置：根据《防治煤与瓦斯突出规定》第四十九条规定：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮至少20m，下帮至少10m，其余巷道两侧轮廓线外至少各15m的控制距离进行布孔（煤层平均倾角5~10°），钻孔控制范围为巷道两帮轮廓线外各15m，相邻两个钻场之间的距离为40m，控制范围为巷道轮廓线外上帮15m，下帮15m，钻孔必须超前于掘进工作面20m。钻孔布置图见图3-1-3。图3-1-3掘进工作面先抽后掘抽放钻孔布置图4、回采工作面上隅角埋管抽采随开采层的开采，上隅角处会有瓦斯积聚，这时抽采回采工作面上隅角瓦斯对解决回采工作面回风巷超限瓦斯很有必要，这种方式会取得比较好的效果。是比较适合的。上隅角埋管抽采示意图3-1-4。上隅角瓦斯抽采的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合，由抽采管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或无风）引起的瓦斯超限，和减少风排瓦斯量。为操作方便，靠近采面上隅角段管路要采用7m长的抽采软管与主抽采管路相连接，将抽采软管的一端插入上隅角，为保证软管吸入口能处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高）可将抽采软管与木棒绑在一起（避免软管口下耷），用铁丝吊挂在支架上。为提高抽采浓度，上隅角处应采用挡风帘。随着工作面的推进，逐节回收主抽采管路，移动软管的连接，直至回采结束。抽采软管伸入上隅角的长度及位置应根据实际抽采效果不断调整，得到合理的参数。为确保抽采点的合适位置，在主抽采管路末端可设置一个分流器，分支出几个支管，插入上隅角的不同位置进行抽采。图3-1-4采煤工作面上隅角插管抽放示意图根据《矿井瓦斯抽采管理规范》及其它矿区采空区瓦斯抽采经验，采空区瓦斯抽采负压初步按5～8kPa设计，今后在生产中要有计划地测定抽采瓦斯参数随吸气口距回采工作面距离变化，确定通风量、抽采负压与抽采瓦斯浓度、抽采量等参数关系，并及时调整抽采参数。5、密闭采空区抽采对于已采完的老空区如果瓦斯涌出量大，向临近工作场所涌出瓦斯时，可以采用密闭抽采，见图3-1-5。为提高采空区瓦斯抽采浓度，取得较好的抽采效果，打密闭应注意以下几点：（1）密闭采用砖或水泥，密闭最好打两道，两道密闭间距1m，中间用黄土充填。（2）密闭位置应选择在顶、帮坚硬的地方，掏槽深度0.3m，见实帮、实底，尽量避免在压力集中区域。（3）密闭墙砌筑完毕后，料石要勾缝，砖要抹面，墙四周要抹有不小于100mm的裙边，面要抹平，并打光、压实，无裂缝。（4）抽采管要预埋在密闭墙的上部，伸入密闭不小于1m，提高瓦斯抽采浓度。（5）要保障密闭墙的密闭性能，派专人定期检查密闭墙的情况，若发现漏气现象，及时进行处理。图3-1-5密闭采空区抽放示意图第二节抽采参数确定一、抽采率确定确定矿井瓦斯抽采率为50%，设计高负压抽放浓度40%，低负压抽放浓度20%。二、抽放时间可根据矿井实际抽采量确定。由于矿井目前尚无煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等实测资料，设计参考邻近矿区的一般经验，预抽时间为3-6个月。三、抽放负压按邻近矿井及其他矿井的瓦斯抽放经验，采掘工作面面预抽瓦斯孔口负压为13KPa，采空区抽放负压为6KPa。第三节抽采钻孔布置及施工一、抽采钻孔参数确定1、钻孔直径设计为Φ75mm（该值为设计值，应根据该矿井实测的抽放半径而确定，在该矿井进行实测之后，根据实测的抽放半径进行调整此数据）。2、钻孔长度采面倾斜钻孔长度为采面斜长的90%左右；石门距煤层距离经探煤孔后确定。3、钻孔间距应实测有效抽采半径，实测前按前述设计图确定，实测后要根据实测数据进行调整。现暂定抽放孔底间距为3m，矿井根据施工构成中抽放效率及抽放时间结合考虑。二、抽采钻孔布置1、回采工作面抽采钻孔布置回采工作面瓦斯抽采钻孔采用布置方式：在工作面里段，矿井已从运输巷沿工作面倾斜方向布置向上钻孔，钻孔与工作面平行布置，钻孔间距为5m。2、采空区抽采钻孔布置采用上隅角和密闭采空区抽采。三、抽采钻孔施工1、打钻钻孔采用ZY-150型钻机施工。按设计参数进行施工，作好钻孔竣工参数记录。2、封孔方式、材料及工艺抽放钻孔封孔方式主要有水泥沙浆封孔、速凝膨胀水泥封孔、聚氨酯封孔等。穿层钻孔的封孔段长度不得小于5m，顺层钻孔的封孔段长度不得小于8m。1）水泥砂浆封孔水泥砂浆采用C40号以上的硅酸盐水泥、砂子与水混合搅拌而成，水泥与砂子的质量比为1：2.4～1:2.5。砂子颗粒直径为0.5～1.5mm。由于采用人工封孔时封孔长度只能达到3m，因此通常采用压气封孔，如图3-3-1所示，或利用泥浆泵封孔，如图3-3-2所示，封孔长度可达5m以上。1-注浆罐；2-压气管；3-水管；4-胶管；5-抽房管；6-水泥砂浆；7-钻孔；8-木塞（挡盘）图3-3-1压气封孔1-钻孔；2-抽放管；3-水泥砂浆；4-注浆罐；5-封孔口水泥；6-木塞图3-3-2用泥浆泵封孔2）聚氨酯封孔聚胺酯封孔长度可达5m以上。煤科总院抚顺分院研制的聚氨酯配方见表3-3-1。表3-3-1聚氨酯药液组分配比组别药液名称质量比%甲组Ⅲ型阻火聚醚13.71乙二胺聚醚3.05水1.22发泡灵0.91蓖麻油6.1三乙醇胺0.34三氯乙基磷酸酯12.19小计37.52乙组多亚甲基多苯基异氰酸酯62.48合计100注：聚氨酯膨胀倍数为20倍常用的聚氨酯封孔方式为卷缠药液法，采用这种封孔法时的抽放管结构如图3-3-3所示，操作过程如图3-3-4所示，封完的钻孔如图3-3-5所示。在卷缠好药液的抽放管插入钻孔后约5min，药液开始发泡膨胀，20min停止发泡，逐渐硬化固结。为避免抽放管因碰撞晃动而影响封孔质量，孔口处尚需用水泥砂浆将抽放管封固，或用木楔楔紧。聚氨酯封孔也有采用压注药液施工的。压注药液系统如图3-3-6所示。1-铁挡板；2-木塞；3-橡胶垫圈；4-毛巾布；5-铁丝；6-抽放管图3-3-3采用卷缠药液法封孔时的抽放管结构示意图a-原液；b-混合；c-搅拌；d-涂布卷缠；e-插入钻孔图3-3-4卷缠药液法封孔的操作程序1-钻孔；2-聚氨酯密封段；3-水泥砂浆图3-3-5卷缠药液法密封钻孔密封后的情况示意图1-气源箱；2-送气胶管；3-混液罐；4-输液管；5-聚氨酯；6-抽放管；7-钻孔图3-3-6采用卷缠药液法封孔时的抽放管结构示意图3、抽放钻孔孔口设施抽放钻孔被密封后，通过孔口连接装置与抽放管路相连接，即可进行抽放。孔口设施包括胶管、流量计、放水器和闸门等。密封于钻孔内的套管应用软管与抽放管路连接，以免岩层移动而损坏管路。当钻孔涌水较大时，每一个钻孔要安装放水器，如图3-3-7所示；涌水不大时，每一钻场只设一个公用放水器即可，如图3-3-8所示。连接胶管多采用输气胶管及吸水胶管。1-弯头；2-放水器；3-观测器；4-短管图3-3-7单孔安装放水器1-煤层；2-钻孔；3-封孔材料；4-胶管；5-流量计；6、9、10、11-阀门；7-汇总管；8-放水器图3-3-7钻场内多个钻孔安设一个放水器第四章瓦斯抽采系统计算及设备选型第一节抽采管路系统的选择及计算一、抽采管路系统的确定本设计在选择瓦斯抽采管路系统时，主要根据抽采泵站位置、开拓巷道布置、管路安装条件等进行确定。地面瓦斯抽采站设置在回风斜井北部（距井口98m）附近的坡地上，以避免瓦斯抽采站的搬迁。投产时期采掘工作面位于23煤层，其瓦斯抽采管路系统布置如下：1）高负压抽采系统42301工作面：地面泵站→回风斜井→回风大巷→回风下山→42301运输巷；42302回风巷掘进工作面：地面泵站→回风斜井→回风大巷→回风下山→回风联络巷→回风斜巷→42302回风巷；42302运输巷掘进工作面：地面泵站→回风斜井→回风大巷→回风下山→42302运输巷；2）低负压：地面泵站→回风斜井→回风大巷→回风下山→回风联络巷→四盘区回风下山→42301回风巷；二、抽采管路管径计算1、计算依据高负压瓦斯的抽采量：7.3m3/min，低负压瓦斯的抽采量：5m3/min。抽风率35%抽风率35%2、瓦斯管路计算方法计算公式为：D=0.1457K(Q/V)1/2式中：D——抽采瓦斯管内径，m；k——根据（GB50471-2008）中的要求，K为流量富裕系数（其取值范围为1.2～1.8），取k=1.2。Q——瓦斯管中混合瓦斯的流量，m3/min；V——瓦斯管中混合瓦斯的平均流速，一般V=5～12m/s，取V＝12m/s。抽采瓦斯管内径计算如下表4-1-1。表4-1-1抽放管径计算表管路名称纯瓦斯流量（m3/min）瓦斯浓度工况下混合瓦斯流量（m3/min）气体流速（m/s）管道内径（m）流量系数管路选择（mm）高负压地面主管7.30.421.90120.1971.2DN200采面支管0120.1321.2DN159掘进支管20.46.00120.1031.2DN159低负压主管50.230.00120.2301.2DN400支管50.230.00120.2301.2DN400高负压系统：矿井现有的抽放管主管型号DN200；采面抽放管支管型号DN159，掘进抽放管支管型号DN159，管材为专用PE瓦斯抽放管。低负压系统：低负压现有抽放管主管型号为DN400；管材为专用PE瓦斯抽放管。三、抽采管路阻力计算瓦斯抽放管路阻力由管路摩擦阻力和局部阻力两部分组成。1、管路摩擦阻力直管阻力损失按下式计算：式中：Hm--管路摩擦阻力，Pa；L--管路长度，m；Q0—标准状态下的混合瓦斯流量，m3/h；ρ--混合瓦斯对空气的密度比：瓦斯浓度为40％时，r=0.82；瓦斯浓度为20％时，r=0.93；d—管路内径，mm；V0—标准状态下的混合瓦斯运动粘度，m2/s；△--管路内壁的当量绝对粗糙度，0.17mm；P0—标准大气压力，101325Pa；P—管道内气体的绝对压力，85000Pa；T—管路中的气体温度为t时的绝对温度（T=273+t），K；T0—标准状态下的绝对温度（T0=273+20），K；抽放管路阻力损失计算应选择抽放系统服务年限内一条最长的抽放管路进行计算。2、管路局部阻力管路局部阻力损失按直管阻力损失的10%计算，经计算，矿井总阻力结果见表4-1-2。表4-1-2抽放管路阻力计算表管路名称长度L（m）流量Q（m3/h）管道内径（mm）混合瓦斯密度（kg/m2）运动粘度（10-5mH（Pa）局部阻力（Pa）总阻力（Pa）高负压地面主管9401423.502000.821.616691671836采面支管757780.001590.821.623652372602合计40354034438低负压地面主管124219504000.931.64045404合计40454044449四、管路敷设及附属设施1、瓦斯管路敷设1）为防止瓦斯管路锈蚀，安装前应对管内外涂抹防腐剂。防腐材料可用经过热处理的沥青、油漆和红丹等。2）在巷道敷设管路必须用可缩木支架，以防止底板隆起折损管路。垫木高度不小于0.3m，并保证每节管子下面有两个托木。3）在敷设倾斜管路时，为了防止管路下滑，应采用管卡将管子固定在巷道支架。管卡间距根据巷道倾角α而定，一般α≤30°时，为15～20m。4）管路敷设应尽量将管道设平直，坡度一致，尽量减少弯头、气门等属管件，避免急转弯。5）敷设运输巷道的管路时，应将其牢固地悬挂或架在专用支架上，且管路高度应≥1.8m，以便于行人和运输。6）根据巷道的高低，进、回风巷温度有明显区别等情况，敷设管路时应创造排除管中积水的条件，在易积水处设置放水器。7）井下敷设管路，一般采用法兰盘或快速接头结合，法兰盘中间应夹有胶皮垫，且胶皮垫的厚度最好不小于5mm。8）凡是新敷设的瓦斯管路都要进行漏气检验。检验方法可采用负压方法试验或用SF6检漏仪检测。2、管路防腐及地面管路防冻措施所有金属管路外表均要进行防锈处理。即在管路外表先涂二层樟丹，再刷一层油性调和漆。冬季寒冷地区应采取防冻措施，采用包裹防冻材料或在低洼地设置排水阀。3、附属装置管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、钻孔（场）连接装置，放水器、防爆阻火器等。1）瓦斯泵出入口阀门，每台瓦斯泵的入口和出口各一个，要求阻力小，最好使用闸板式阀门。2）入口负压测量装置——静压管。3）出口正压测量装置——静压管。4）测量测定装置——流量、压力、浓度测量计。5）瓦斯泵有独立的供电系统，由地面变电所引两回独立线路至瓦斯泵。五、瓦斯管的连接方式、主管趟数用弹簧软管将钻孔瓦斯抽采管与钻场汇流相连，汇流管与钻场瓦斯管连接后与巷道中的瓦斯抽采联接。如下图所示。1-煤层；2-钻孔；3-封孔材料；4-胶管；5-流量计；6、9、10、11-闸门；7-汇总管：8-放水器；12-分区瓦斯抽采支管瓦斯抽采钻孔连接示意图瓦斯抽采主管道为2趟，高低负压各一趟，均采用法兰盘螺栓紧固连接，中间夹像胶密封圈，为安装方便，抽采管路拐弯处也可采用弹簧软管代替铁管。第二节抽采设备选型计算一、瓦斯泵流量计算瓦斯泵压力，必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的压力，以及能满足泵出口正压之需求。瓦斯泵压力按下式计算：H泵=（H总＋H孔＋H正）·K式中：H泵——瓦斯泵的压力，Pa；H总——抽放管路总阻力损失，Pa；H孔——抽放口所需负压，高负压取H孔=13000Pa，低负压取6000Pa；H正——瓦斯泵出口正压，由于暂未考虑瓦斯利用，取H正=0Pa；K——抽放备用系数，取K=1.2。高负压系统：H泵=（4438＋13000）×1.2=20926Pa低负压系统：H泵=（4449＋6000）×1.2=12539Pa二、瓦斯泵需要的真空度ηzm=（H泵／P）×100％式中：H泵－瓦斯泵全负压，Pa；P－标准大气压力，101325pa高负压系统：ηzm=（26108/101325）×100％＝20.6%低负压系统：ηzm=（16046/101325）×100％＝12.3%三、瓦斯泵需要的绝对压力H泵绝=P′-H泵式中：H泵绝——瓦斯泵的压力，Pa；H泵——抽放管路总阻力损失；P′——当地压力。压力瓦斯泵房安设地点标高+1440m，查得压力为85000Pa；高负压：H泵绝=85000-26108=64074（Pa）低负压：H泵绝=85000-16046=72461（Pa）四、瓦斯泵需要的流量较正（1）瓦斯泵流量瓦斯泵流量按下式计算：Q泵=∑QK/（Cη）式中：Q泵—瓦斯泵的额定流量，m³/min；∑Q—瓦斯泵在抽放期间内，同期最大纯CH4抽放量，m³/min；K—综合备用系数，一般取1.3；η—泵的机械效率，取0.8；C—瓦斯泵入口处瓦斯浓度。根据上述公式计算瓦斯泵压力及流量，带入数据得，高负压瓦斯泵流量为28.4m³/min，低负压瓦斯泵流量为40.62m³计算结果详见瓦斯泵压力及流量计算表。瓦斯泵流量计算表抽放方式∑QKCηQ泵m³/min备用系数浓度机械效率m³/min高负压7.31.340%0.828.4低负压5.01.320%0.840.62（2）抽放瓦斯泵工况流量Q泵工=Q泵式中：Q泵工——工况状态下的瓦斯泵流量，m3/min；Q泵——标准状态下的瓦斯流量，m3/min；P0——标准大气压力（P0=101325），Pa；P——瓦斯泵入口绝对压力，Pa；（瓦斯泵房标高约+1530m，大气压为85kPa）T——瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度（T=273+t），K；T0——按瓦斯抽采行业标准规定的标准状态绝对温度（T0=273+20），K；t——瓦斯泵入口瓦斯的温度，℃。取瓦斯泵入口温度t=20℃根据上述公式计算，带入数据得，高负压瓦斯泵工况流量为39.8m³/min，低负压瓦斯泵流量为60.9m³五、抽采泵选型1、抽放泵工况点根据计算的瓦斯泵工况压力(Pg)和流量(Qg)，设计高负压利用矿井现有2BEC-420型水环式真空泵2套（其中1套备用），转速500r/min，高负压抽放泵在真空压64074Pa压力下，其抽气量为100.2m3/min，轴功率为52.1Kw。因此，矿井现有高负压抽放泵2BEC-42设计低负压利用矿井现有2BEA-303型水环式真空泵2套（其中1套备用），转速710r/min，低负压抽放泵在真空压72461Pa压力下，其抽气量为60.6m3/min，轴功率为82kW。因此，矿井现有低负压抽放泵2BEA-303型水环式真空泵能满足本次抽采设计的需要抽放泵运行性能曲线见图4-2-1；工况点参数见表4-2-1。图4-2-1(a)2BEC-420型瓦斯泵工况点运行参数图图4-2-1(b)2BEA-303型瓦斯泵工况点运行参数图表4-2-1瓦斯泵工况点运行参数瓦斯泵型号抽气量（m³/h）压力（Pa）轴功率（kW）转速（r/min）高负压2BEC-420100.26470452.1300低负压2BEA-30360.67246182710六、抽放泵电机功率选型计算电机功率为Ne＝N轴ke／ηeηtr式中：ke——电动机容量备用系数(ke=1.1～1.2)，取1.2；ηe——电动机效率，取0.98；高负压抽放泵电机功率：Ne＝1.2×52.1/0.98＝64(kW)低负压抽放泵电机功率：Ne＝1.2×82/0.98＝101(kW)高负压泵配套75kW防爆电机、低负压泵配套132kW防爆电机，矿井现有高、低负压瓦斯泵功率能满足本次设计要求。根据高、低负压抽放泵冷却水消耗量均为15.5m3/h，合计冷却水消耗量为31m3/h，选择IB80-65-125型防爆型水泵2台。流量50m3/h，扬程20m第五章瓦斯利用一、瓦斯利用原则1、节约投资，以就近利用为主；2、浓度在30％以上的瓦斯首先考虑民用，然后考虑发电；3、浓度在6％以上的瓦斯即可考虑用来发电；4、依托新技术，新工艺，提高瓦斯利用率；5、矿井瓦斯利用主要为该矿井。二、瓦斯利用方向瓦斯利用方向的确定应根据矿井的建设生产情况及瓦斯抽采情况来决定。结合矿井实际情况，该矿开采规模小，暂不考虑瓦斯利用。第六章抽采瓦斯地面工程第一节抽采站工业场地总平面布置一、抽采站工业场地位置选择根据现场踏勘，地面瓦斯泵站位于风井场地，场地标高+530m，不受滑坡、泥石流等地灾的影响。位于主要通风机房以北，位于井筒及风井场地保护煤柱范围内，不受采动塌陷的影响，并且瓦斯抽放泵房距回风斜井98m，距主斜井150m，距副斜井151m，抽放泵房周围50m范围内无居住区。二、自然环境状况本区属亚热带湿润季风气候，由于地势较高，故夏季凉爽，冬季受寒潮影响较小。气候特征是湿润温和，阴雨天多，冬无严寒，夏无酷暑，四季宜人。据织金气象站（该站位于东经105度46分，北纬26度41分，海拔标高1326.3m）观测资料：年平均气温为16℃，月平均最高气温为25.4℃，历年极端最高气温为33.5℃，历年极最低气温－6.9℃，历年年总降雨量为880.2－1881.7mm，降雨以五、六、七月为最多，十二、一、二月最少，每年三、四月为干旱季节，历年月最大降雨量为610.6mm，历年月最少为4.4mm，一日最大降雨量为171.8mm，年降雪日数最多16天，最少3天，平均8.6天，最大积雪深度为5cm，历年十二月至三月均见有凌冻，平均每年12.1天，最多29天，最少2天，最长连续可达243小时，在标高1400m以上高度见凌冻的时间更多，持续时间更长。又据普定县气象站（站址位于北纬26度19分；东经105度45分，观测场标高为1250m）观测资料；最高气温31.9℃，最低气温－5.3℃，年降水量在1273.7－1682.1mm之间，日最大降水量128.5mm，年降水日数在220天以上，一年中有枯季、雨季之分，枯季一般在当年12月至次年3月，其降水量占年降水量的15－20%。灾害性天气主要有春旱、夏旱、夏暴雨、秋绵雨、倒春寒、冰雹、凝冻等。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）“附录A：我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组”规定，区内抗震设防烈度为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g。三、总平面布置由于该矿井生产能力不大，抽采规模较小，抽采泵站地面设施较少，根据该矿的实际情况，抽放泵站内同时布置泵房，冷却水池等，配电房、值班室等，抽放泵站四周采用围墙与外界隔离。第二节抽采站建筑一、主要建筑物及构筑物结构形式1、抽放泵站建筑，净面积76.5m2瓦斯泵房：49.5m2，长9.9m，宽5.0m，檐高4.0m配电室：20.0m2，长5.0m，宽4.0m，檐高4.0m值班室：8.0m2，长4.0m，宽2.0m，檐高4.0m水池：24m3半地下式循环水池一座、40m2、抽放利用：矿井生产规模15万吨/年，抽采规模较小，暂不考虑瓦斯的利用。第三节设备安装及管网布置一、设备安装在瓦斯泵房内安装4台水环式真空泵，2台运转2台备用（实行高、低负压抽采）。真空泵及电动机均安装在混凝土基础上。二、泵房管网布置从井下出来的高、低负压抽采主管进入瓦斯泵房，与真空泵相连接。从真空泵出口端出来的管路由泵房出来后，与放空管和排空管相连。在瓦斯泵房进、出管路之间设有回流管路，用于初期抽采时调节抽采流量。在抽采泵站进出端管路上分别设置放空管，并安设阀门进行控制，放空管高出泵房及和周围建筑物屋面6m以上，距泵房外墙1m以上。在进出端主管和分支管路上均安设有阀门进行控制，在靠近井下侧和用户侧的管路上安设有放水器、流量计和防爆器等附属装置（见泵站管路系统布置）。第四节给水、排水一、设计依据及设计范围1、设计依据1）现行给排水设计规范、规程和标准；2）建筑给水排水设计规范（GBJ15－88，1997年版）；3）建筑设计防火规范（GBJ16－87，2001年版）；4）室外给水设计规范（GBJ13-86，1997年版）；5）建设单位的设计委托及提供的有关资料2、设计范围矿井瓦斯抽采站场地内的给排水系统、消防给水系统及瓦斯泵循环冷却供水系统。二、给水设计1、给水水源本工程消防水源来自矿井消防防尘静压供水系统，场地管网接口水压要求大于0.4MPa。本工程瓦斯抽采泵采用循环冷却水，补充水水源来自矿井工业场地供水系统，场地管网接口水压要求大于0.3MPa。2、设计用水量前期用水量为350m3瓦斯抽放泵循环水量300m3瓦斯抽放泵循环补充水量25m3未预见水量20m3后期用水量为540m3瓦斯抽放泵循环水量480m3瓦斯抽放泵循环补充水量30m3未预见水量30m33、给水系统1）消防给水系统：根据安全设施设计布置，设计Φ108×4mm焊接焊管室外给水管与矿井工业场区供水系统连接，并在抽采泵站工业场地内沿道路布置环状消防管网。2）冷却循环水系统：在瓦斯抽采泵房附近，低于瓦斯泵出水口1m的地点，设24m3半地下式循环水池一座。瓦斯抽采泵排出的循环热水进入循环水池后，由循环水池冷却后，由小水泵将冷却水压入40m3高位水池距瓦斯泵的垂直高差5-10m，即可满足供水压力要求。3）管材：泵房室内、外给水管道均采用镀锌钢管，室外消防给水管道采用PV管。三、排水设计1、污水来源及水量水环式真空泵为循环用水，不向外排放。泵站产生的少量生活污水。2、排水系统生活污水经场区排水沟进入矿井工业场地排水沟，进入矿井工业场地污水处理池内。四、消防设计本工程室外消防系统采用临时高压制消防系统，消防水量为25L/S，火灾延续时间3小时，一次消防用水量为270m3。在抽采泵站场地内沿道路布置环状消防用管网，管径Φ108×4mm，并设置室外地下式消火栓3座，消火栓间距不超过30m。要求抽采泵站工业场地消防管网接口压力不得小于0.3MPa，矿井消防水池容积不得小于250m3第五节采暖、通风根据矿区的气候条件，冬天最低温度一般0℃左右，所以暂时不考虑采暖。同理，矿区夏天气温一般在30℃以下，因此只要在瓦斯泵房、配电室、值班室建筑房屋设置自然通风设施，以满足房间的通风安全要求即可。

第七章泵站供配电、照明、防雷及通讯第一节泵站供配电及照明一、泵站供配电根据煤炭工业小型矿井设计规范GB-50399-2006，瓦斯抽采站的电力负荷为一级负荷，即必须保证有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应能承担该站全部负荷供电。供电电源一回路来自珠藏镇35kv变电站10kv线路，截面70mm2，供电距离3km，二回路来自白岩乡35kv变电站的10kv线路，截面70mm2，供电距离4km，使矿井电源稳定、可靠。二、供电开关、线路选择及校验瓦斯抽放站至风井地面低压配电室距离约为180m，高、低负压抽放泵双电源取至该配电室不同母线段，高负压电机功率75kw，有功负荷52.1kw；低负压电机功率132kW，有功负荷821、电缆最大工作电流=＝256A式中：ΣP——抽放泵最大有功负荷，135kw；U——线路额定电压，0.38kv；cosΦ——功率因数，0.8；线路选择MY-0.66kv-3×95+1×50型电缆，其允许载流量为Ix=260A(查表)，则Ix=260A＞Ij＝256(A)线路安全载流量符合要求。2、校核电压损失当cosф=0.65时，MY-0.66kv-3×95+1×50型电缆单位负荷矩电压损失百分数为0.058％/Mw·km(查表)，供电距离0.38km。ΔU1%=0.18×213.3×0.058％=2.7%＜5%符合要求。线路符合要求。瓦斯抽放泵和供水水泵等配电设备采用380v电压由地面变电所直接供电；泵房内照明采用一台照明综合保护器，供电电压127v，操作及远距离控制电压≤36V。控制室安装KBZ-400真空开关三台，二台电源总开关，一台联络开关。在每段电源母线上安装二台QJR-250型软起动器，每台起动器控制一台瓦斯抽放泵电机。在电源母线上还安装一台BZX-2.5型干式变压器专供瓦斯泵房室内室外照明，照明灯具采用DGS60－60/127B型矿用隔爆型白炽灯照明。三、泵站照明照明电源由配备有短路、过负荷及漏电闭锁的矿用隔爆照明综合保护器供给，在瓦斯泵站、值班室、配电室均配备隔爆型照明灯具，而且满足照度不低于20Ix的要求。具体悬挂数量及位置由矿方自行调整。第二节防雷、接地瓦斯泵房为二类防雷建（构）筑物，在抽放泵站两侧设置双支避雷针，两支避雷针均布置在泵房两端（与瓦斯排空管同侧，两个排空管距泵房边缘垂距均为3.0m，相互间约10m），沿长度方向布置，两针间距为20m，两针间的中心线位于泵房边缘的墙体轴线上，其形式结构高度应满足保护范围要求，并用引下线连结接地极，接地电阻应小于10Ω。同时入站电缆采用地沟（电缆沟）敷设，并在供电线路始端装设低压避雷器保护，进出站管路在户外每隔25m作一次接地，入户处的接地电阻应小于25Ω。瓦斯抽放泵站按《建筑物防雷设计规范》（GB50057—94，2000年版）第3、2、2条之规定——建筑物内的钢筋、构架、较大金属物应接到防雷电感应的接地装置上，接地电阻应小于5Ω。泵房内设备应该设保护接地，接地电阻小于10Ω，设计避雷针高12m，排空管高7.8m，泵房高4.0m，可满足保护范围要求。避雷针应该单独设置接地地极，其接地电阻不得大于10Ω，接地电阻达不到要求时应增加接地极或采取降阻措施。双针避雷器保护范围计算如下：1、双针避雷器两针外侧的保护范围，在地面的保护半径为1.5h（h是避雷针的高度）。从针顶点向下作45°斜线，构成圆锥形的上半部，从距离针脚1.5h处向上再作斜线与前一斜线在h/2处相交，交点以下构成圆锥形的下半部。在某一高度hx的x-x平面上，保护半径可由下式确定：当hx＜h/2时，rx=1.5h-2hx=1.5×12-2×4=10m当hx≥h/2时，rx=（h-hx）P=（12-7.8）×1=4.2m式中：rx--在hx的高度上避雷针的保护半径，m；h避雷针高度，12m；hx被保护物的高度，泵房高取4.0m，排空管高取7.8m；P高度影响系数，当h≤30m时，取12、双针避雷针两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧半径为R0，O点为假想避雷针的顶点，其高度按下式计算：h0=h-=12-=9.1m式中：h0两针间保护范围上部边缘最低点高度，mD两针间的距离，20m两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按下式计算：bx=1.5（h0-hx）=1.5×（9.1-4）=7.65mbx=1.5（h0-hx）=1.5×（9.1-7.8）=1.95m式中：bx—保护范围的一侧最小宽度，m。经过以上计算，双支避雷针保护范围是：在hx=4m高度上的保护面最大长度=20+2×10=40m，中心点宽度为7.65×2=15.3m，在hx=7.8m高度上的保护面最大长度=20+2×4.2=28.4m，中心点宽度为1.95×2=3.9m，双支避雷针两针间保护范围上部边缘最低点高度为9.1m。由于瓦斯泵站（包括瓦斯泵房、配电室、控制室和水泵房）长度为13.9m，宽度为5.2m，泵房高度为4.0m，泵房在双支避雷针保护范围内，满足要求。两个排空管距泵房边缘垂距均为3.0m，相距10m，排空管高度为7.8m，排空管在双支避雷针保护范围内，满足要求。瓦斯抽放站内所有设备的金属外壳、金属走线架、水管等金属物必须可靠接地。为防止井下瓦斯抽放管路带电，瓦斯抽放管也需可靠接地。瓦斯抽放站的防雷电系统和装置必须由有专业资质的相关部门定期进行检测试验。第三节通讯在瓦斯抽采泵站值班室设置直通矿调度室的电话分机，其型号选用矿用本安型拨号电话机。

第八章瓦斯抽采监测及控制第一节抽采利用监测设计内容赣贵煤矿瓦斯抽采监测分地面和井下抽采监测两大部分。包括泵站抽采计量、设备运行状态及工况状态、利用系统参数、井下管道抽采计量的监测和控制。第二节抽采实时监测抽采实时监测包括抽采管道实时监测和抽采泵站实时监测。抽采管道实时监测应具备以下功能：1、以分钟、小时、班、天为单位，统计瓦斯抽采混合量和纯量；2、分析瓦斯动态抽采量变化趋势，评价监测点抽采措施的有效性。3、当监测点瓦斯浓度突然下降时，及时发出管道漏风警报。抽采泵站实时监测应具备以下功能： 1、以分钟、小时、班、天为单位，统计各支线进气管道和总抽采管道瓦斯抽采混合量和纯量；2、对泵站设备工作状态监测进行管理；3、对抽采泵站机房的安全管理；为保证瓦斯抽采系统的安全运行和矿井的安全生产，瓦斯抽采系统设计时必须具备完善的安全监测系统，对泵站运行的环境瓦斯浓度、供水、抽采瓦斯浓度、抽采量、排放口瓦斯浓度等参数进行监测。赣贵煤矿可以根据所配备的瓦斯抽采系统配置配套的瓦斯抽采监测系统，推荐采用KJ75N型煤矿安全生产监控系统，该系统分井上和井下两部分，井下两部分由1-32套监控站组成，毎一监控站可接入8个模拟量，8个开关量，8个控制输出。监控站具有独立工作能力，并有风电闭锁功能；井上部分由通讯接口及计算机、打印机及网络系统等组成地面中心站。通讯接口具有8个模拟量及8个开关量和8个继电器的状态等，具有报警指示及备用电源工作等实时显示功能。中心站可集中连接监测井下各种环境参数及设备的运行情况。该套监控系统对矿井抽采系统及其他设备运行安全的监测监控具有方便、快惵、高效、可靠等优点，该套监控系统与矿井抽采系统的连接详见系统安装和使用说明书，同时为了对矿井抽采系统实施有效的监测监测和管理，有必要配备足够数量的仪器仪表的传感器。第三节抽采管路的附属设施、泵房辅助设施一、管路的附属设施及其布设原则管路的附属设施包括控制阀门、计量装置、放水器、除渣装置、管路瓦斯参数测定孔。1、控制闸门1）管路控制闸门主管、支管每隔300m安装一个控制闸门；主管与支管的分支或管路的分叉处各安装一个控制闸门。2）瓦斯泵站控制闸门（1）瓦斯泵站进、排气主管，进、排气主管上的放空管各安装一个控制闸门；（2）瓦斯泵的吸气管、排气管处各安装一个控制闸门。2、计量装置在瓦斯泵站抽放进气主管侧放空管与进气闸门之间各安装一套FKL型计量装置。通过计量装置读取瓦斯泵的抽放混合气体总量。3、放水器在抽放进气主管放空管前端、排气主管放空管后端各安装一套Ⅰ型自动放水器；在井下抽放管路的低洼处、抽放钻场、管路拐弯、温度突变处及管路中每隔200-300m安装一个自动放水器。通过自动放水器自动将管道中的水放掉。4、管路瓦斯参数测定孔在瓦斯泵站抽放进气主管进气控制闸门前端、抽放排气主管控制闸门后端各安装一个管路瓦斯参数测定孔，利用AK-3A型管路瓦斯参数测定仪对管路中的甲烷浓度、流量、正压、负压等参数进行测定。在井下高、低负压主管、支管、钻场设置以上传感器进行参数测定。二、地面管路的防冻和防雷电、静电措施1、本区属亚热带湿润季风气候，由于地势较高，故夏季凉爽，冬季受寒潮影响较小。气候特征是湿润温和，阴雨天多，冬无严寒，夏无酷暑，四季宜人。年平均气温为16℃，因此该矿冬天气温较高，地面埋设管路无需考虑防冻。2、瓦斯抽放站及其地面管路、瓦斯储气罐均要按GB50057《建筑物防雷设计规范》的第二类建筑物防雷要求，设置避雷装置（避雷针、避雷带、接地系统等），防止雷击并防止雷电波侵入井下，设计如下：1）防直接雷（1）装设独立避雷针使被保护的建构筑物处于被保护范围内。（2）避雷针及其引下线的全部构件和接地装置，应与被保护的建构筑物及与其有联系的金属物（金属管道、电缆、导线）保持一定的距离，地上部分不小于5m，地下部分不小于3m。（3）避雷线至屋面或各种建筑物突出屋面的物体之间的距离不小于3m。（4）独立避雷针应有独立接地，其接地冲击电阻不大于10欧。2）防感应雷（1）为防止静电感应产生电火花，进出泵房的建构筑物内的金属物（设备、管道、结构钢筋、电缆金属外皮等）都应接到防感应雷的接地装置上。其接地电阻不大于5欧。（2）为防止静电感应产生电火花，长金属管道两端应接地。平行敷设的长金属管道（包括电缆金属外皮），每隔20-30m距离用金属线跨接一次。（3）防感应雷接地装置与防直接雷接地装置应分开，相互间距不小于3m，但与电气设备的接地装置共用（相连），接地电阻应满足最小要求。（4）防感应雷的接地装置一般在建筑物周围环形敷设。3）防雷电波侵入（1）引入泵站（室内）的管道应在入室前作良好的接地。（2）低压线路引入室内时，全线采用电缆直接埋地敷设，电缆两端金属外皮应接地，其接地装置可与防感应雷接地装置相连接。（3）允许从架空线上经一段不小于50-100m电缆引入室内，在电缆与架空线连接处，应装设阀型避雷器，且和杆上绝缘子铁脚、电缆金属外皮共同接地。其接地电阻不大于10欧。（4）金属管道架空引入建筑物时，在入口处必须与防感应雷接地装置相连接。管道在靠近建筑物100m内，每隔25m接地一次，其冲击接地电阻不大于20欧。三、瓦斯抽放站的辅助设施1、起重、冷却、采暖、通风、测量及计量1）设计沿每台瓦斯泵纵向中心线对应的房顶上安装一根起重梁，起重梁大小按起吊设备的最大重量及房屋的最大跨距确定。2）瓦斯抽放泵站的冷却水从+1530m3）区内气候属亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛，无霜期长，日照少，冬无严寒，夏无酷暑，气候宜人。多年平均气温在16℃，该矿冬天气温较高，可不考虑抽放泵房及值班室供热及采暖。4）抽放泵站各建筑物均采用自然通风方式。抽放泵房在屋顶檐下200mm处的前后墙上开四个排气窗，每个排气窗面积0.8m2，且门窗和排气窗合计的泄压面积符合相关要求。5）在抽放进气主管侧放空管与进气闸门之间各安装一套FKL型计量装置。通过计量装置读取瓦斯泵的抽放混合气体总量。6）在抽放进气主管侧计量装置前AK-3A型瓦斯抽放泵站参数监测仪，连续监测管路中的甲烷浓度、流量、正压、负压等参数。2、安全设施及安装布置方式1）防爆器在抽放进气、排气主管放空管前端各安装一个FBQ-1型防爆回火装置。一旦管内发生瓦斯爆炸或燃烧，由于爆炸波和火焰被水封所隔绝，同时使防爆盖胶板冲开或破裂，爆炸能量得到释放，可靠保护抽放泵站设备及用户的安全。2）防回火装置在抽放进气、排气主管放空管前端各安装一个FHQ-1型防回火装置。水封式防回火装置利用铜网的散热作用，隔绝或阻碍火焰的进一步传播。3）除渣装置在抽放进、排气主管闸门后端各安装一套FZQ-1型排渣装置。定期将管路中的渣物清除。4）放空管在抽放进气主管计量装置前端及抽放排气主管自动放水器前端各安装一组10m高的放空管（包括放空闸门），泵站放空管的高度应超过泵房房顶3m。当抽放泵站不工作时将进气主管上的放空管闸门打开管道气体进入大气。当用户停止用气时将排气主管上的放空管闸门打开泵站排出的气体经放空管直接进入大气。5）消防装置抽放泵站机房内设1m3消防沙箱一个，二氧化碳灭火器4个。6）抽放泵站避雷装置抽放泵站避雷装置按第七章第二节设置。3、防火间距及机房安全出口1）防火间距：抽放泵站设在矿井主要通风机房以北的坡地上，并且瓦斯抽放泵房距回风斜井98m，距主斜井150m，距副斜井151m，抽放泵房周围50m范围内无居住区，地面泵房和泵房周围20m范围内，禁止堆积易燃物和有明火。2）抽放泵站建筑必须采用不燃性，耐火等级为二级，并设置栅栏或围墙。3）机房必须设有两个直接通往机房外的安全出口。4、瓦斯泵房在进入大门的位置设置“严禁烟火”的禁示牌，在瓦斯泵内的配电房的房门上设置“有电危险”的禁示牌，在瓦斯泵外露的旋转部分用网罩可铁皮罩隔离。

第九章抽采瓦斯组织管理及安全措施该矿井瓦斯抽采工作制度为三班制。为了保证安全、正常地进行瓦斯抽采工作，提高瓦斯抽采效果，本设计按照《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽采管理规范》的有关规定，在安全和组织管理方面考虑了以下措施。第一节组织管理1、矿长负责瓦斯抽采的行政管理工作，矿总工程师负责瓦斯抽采的技术管理工作，安全矿长负责瓦斯抽采的日常检查管理工作；矿建立抽采瓦斯的专门机构（瓦斯队或通风瓦斯队），配备专业人员，负责瓦斯抽采工程的施工和日常管理工作。所有人员必须经过培训合格后才能上岗。2、瓦斯泵房的设备和管路系统除日常检查外，应建立定期检查维修制度。3、在各抽采区主管和分支管路上安设瓦斯流量、浓度、负压等检测装置，同时还配备专人定期进行巡回检测，以便掌握不同地点的抽采状况，同时，还应进行放水和管路维护，处理管路积水和漏气，以保证管路畅通无阻。4、对抽采方法及其有关煤层瓦斯参数、瓦斯抽采参数，需在抽采实践中进行考察和验证，以便确定合理的抽采方法。达到合理布置钻孔，提高抽采效果。5、抽采泵站的司机及维修人员必须经过专门培训，使其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。矿井抽采机构如图9-1-1。图9-1-1矿井抽采机构第二节安全措施一、瓦斯抽采系统安全规定1、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维修，检查内容：瓦斯抽采泵电气设备的完好、供水及排水系统、抽放管路的完好等，确认无问题方可正常运行。2、瓦斯抽采泵运行过程中，应确保有专职瓦斯抽采泵司机值班、操作，抽采泵司机必须是由经过培训并取得合格证的人员担任，并且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。3、瓦斯抽采泵运行过程中，抽采泵司机应认真观察抽采泵的运行情况，做好运行状况、抽采管内的瓦斯流量、瓦斯浓度、排水等情况的记录工作，发现异常情况及时停泵处理，并汇报调度室及相关人员。4、加强抽采地点的瓦斯管理，抽采钻孔埋管与抽采管之间的连接必须使用铁丝扎紧。5、抽防地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌，实行巡回检查，次数不少于3次。6、抽采泵站周围20m内，不得有明火，不得有易燃、易爆物品，并安装6支灭火器和不少于0.5m37、必须保护好瓦斯抽采管路，严禁砸撞管路，一旦撞坏，必须立即采取应急措施并向调度室汇报。8、加强抽采泵站管路和电气设备检查维修，每天安排专人对所有管路和电气设备进行巡回检查维修，发现问题及时处理。确保处于完好状态。9、瓦斯抽采泵房为要害场所，非工作人员未经允许不得入内。10、瓦斯抽采泵操作顺序。11、开泵：检查各种完好状态→供水→启动泵→检查运行方向→检查水位→打开相关阀门排放瓦斯。12、停泵：关闭进气阀门→停电机→停水→关闭排气阀门→打开排空阀门。二、抽采钻场、钻孔施工安全措施在钻孔施工中应防止瓦斯涌出事故及机械伤人事故，具体有：1、打钻人员随身携带瓦斯报警仪，在掘进面打钻时必须安设瓦斯电、风电“两闭锁”，一旦瓦斯超限或局扇停风，可自动切断钻机供电电源。打钻人员应及时撤离施工地点。2、在打钻过程中，如遇顶钻应立即停钻，查明原因，如发现喷孔应立即停电，撤出人员，并向调度室汇报。3、钻机配备的电动机及附属电气设备必须是防爆型的。4、钻场内使用的敲击工具必须用黄铜锤、黄铜棒等。5、钻机的操作人员必须经过专门培训后方可上机操作，并须严格遵循钻机的操作规程和安全注意事项。6、操作人员按规定穿作业衣服，不能使用手接触旋转部件；在旋转部件周围须有保护设施；操作者应严密注视着钻杆的位置和它的运动，防止钻杆被卡住；助手不要正对着站在钻杆的后面。7、钻机必须确保能正常运转，转动部件的防护装置必须完整无缺。8、开动钻机前，应提前做好准备工作，分工要明确，防止误操作导致事故发生。9、瓦斯抽采钻孔在施工完毕后，应及时封孔并按规定时间接入抽采系统，防止溢出使巷道瓦斯超限和发生瓦斯事故。三、管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施设计选用PE管作瓦斯抽放管，该抽放管必须为煤矿许用，具有“煤安”标志且有资质单位检验的抗冲击、防带电阻燃证明材料。具有良好的不燃性及耐砸性，同时在巷道破碎带、应力集中地带加强支护防止大块矸石掉落及垮顶砸坏管道。1、防腐：抽放瓦斯管路上方有淋水时，必须在抽放管路上方用不燃性材料架设水棚，将顶板淋水引离瓦斯管路，防止顶板淋水直接淋在瓦斯抽放管路上。2、防漏气：管道法兰盘连接处采用阻燃性耐油密封垫进行密封，连接要牢固可靠以防漏气；管路安装完毕后，必须进行气密性检查，以免漏气，影响抽放效果。3、防砸：在主要运输巷道中瓦斯管路架设必须远离运输设备或矿车1m以上，避免运行中的设备或矿车撞坏管路。4、防爆：有关瓦斯抽放的所有电气设备必须采用有“MA”防爆标志的产品，并且在高低负压抽放进气、排气主管放空管前端各安装一个FBQ-1型防爆回火装置。一旦管内发生瓦斯爆炸或燃烧，由于爆炸波和火焰被