青海门源人头沟煤矿瓦斯抽采方案

青海门源人头沟第一煤矿有限公司人头沟煤矿瓦斯抽采系统方案设计青海煤矿设计研究院2023年04月16日参与设计人员名单序号专业姓名职称签名1通风赵宏博高级工程师2采矿赵西锦高级工程师3通风温树民工程师4安全计小鹏高级工程师5安全李全政工程师6机电卞广清高级工程师7机电闫博高级工程师8机电周忠祥助理工程师8机电姚京栋助理工程师9土建沈志宏助理工程师10测量王润生高级工程师11经济李超群经济师注册造价师12经济李立平经济师注册造价师参与审定人员名单姓名职务/职称赵西锦总工程师/高级工程师单玉昆院长/高级工程师孙留和高级工程师目录前言………………….1第一章设计依据………2第二章矿井概述………3第一节矿井基本概况…………………3第二节煤层赋存及瓦斯情况…………4第三节采区布置与采煤方法…………6第四节矿井通风与瓦斯………………6第三章抽放瓦斯设计参数……………8第一节煤层瓦斯基本参数……………8第二节矿井瓦斯储量…………………10第三节矿井应抽瓦斯量………………11第四节矿井抽放规模…………………12第四章抽放方法设计…………………13第一节瓦斯来源分析…………………13第二节抽放方法选择…………………13第三节抽放工艺及参数………………15第四节抽放钻孔施工设备选型………21第五章抽放管路系统的选型计算……22第一节抽放管路系记录算……………22第二节抽放瓦斯管路的附属装置……24第三节瓦斯抽放管路敷设的基本规定…………………25第六章瓦斯抽放泵选型计算……………27第一节瓦斯泵流量计算…………………27第二节瓦斯泵抽放负压计算……………27第三节瓦斯抽放泵选型…………………28第七章抽放泵站工程……………………32第一节抽放泵站位置及抽放站房屋……32第二节泵站地面设备……………………33第三节泵站管理安装……………………35第四节泵站供电…………36第五节泵站瓦斯监测及抽放参数测定…………………37第八章投资概算及人员组织……………38第一节投资概算…………38第二节机构组织和人员配备……………40第九章重要安全措施……………………41前言为切实贯彻贯彻“以风定产、监测监控、先抽后采”的瓦斯治理十二字方针，加强瓦斯治理技术管理，保证煤矿安全工程的投入，防止瓦斯事故，根据《中华人民共和国安全生产法》、《煤矿安全规程》、《煤矿瓦斯抽放规范》等有关安全生产的法律、法规的规定，为提高煤矿本质的安全度和安全管理水平，减少风险，防止事故的发生，保护煤矿职工的安全和健康，为了达成安全管理的标准和有关法规标准对高瓦斯矿井瓦斯抽放的规定，对其地面固定抽放系统进行初步设计。青海省门源人头沟第一煤矿位于门源县西南10Km处，从属于门源县青石嘴镇管辖，其地理坐标为：东经101˚32′09〞～101˚32′37"，北纬37˚21′20〞～37˚21′36〞在所圈定的井田范围内，井田走向长450m，倾斜宽600m，面积为0.27Km²。本设计是依据国家有关安全生产的法律、法规、青海煤矿设计院设计的《青海门源人头沟一矿煤矿安全专篇说明》，根据建设单位提供的相关资料，并结合现场勘测取得的资料编制而成。本方案由于受设计时间限制，其深度与相关的安全技术标准、规程、规范的规定相比，还需要进一步完善。建议在建设和安装施工过程中完本次设计由设计组集体完毕。受设计人员经验和水平的限制，本次设计如有许多不妥之处，敬请批评指正。

第一章设计依据（一）设计依据1.《中华人民共和国安全生产法》；2.《中华人民共和国矿山安全法》；3.《煤矿安全监察条例》；4.《国务院关于进一步加强公司安全生产工作的告知》国发〔2023〕23号；5.《国务院关于坚持科学发展安全发展促进安全生产形势连续稳定好转的意见》国发〔2023〕40号；6.《国家能源局关于印发煤矿公司瓦斯防治能力评估管理办法和基本标准的告知》（国能煤炭〔2023〕414号）；7.《关于进一步健全煤矿瓦斯综合治理工作体系建设工作机制的告知》煤安监司办〔2023〕11号；8.《2023年煤矿安全工作要点》煤安监办〔2023〕3号9.《国家煤矿安监局关于进一步贯彻贯彻国办发〔2023〕26号文献精神进一步加强煤矿瓦斯防治监管监察的告知》煤安监技装〔2023〕22号；10.《国家煤矿安监局关于开展防治煤与瓦斯突出专项监察的告知》煤安监技装〔2023〕16号；11.《国家安全监管总局国家煤矿安监局关于进一步加强煤与瓦斯突出防治工作的告知》安监总煤装〔2023〕154号；12.《矿井瓦斯抽放管理规范》（煤安字[1997]第189号）；13.《矿井瓦斯抽放规范》（AQ1027—2023）；14.《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（GB50471-2023）；15.《\o""防治煤与瓦斯突出规定》（2023）；16.《煤矿安全规程》（2023）；17.《煤矿瓦斯抽放基本指标》（AQ1026—2023）；18.《门源县人头沟第一煤矿技术改造初步设计》；29.《门源县人头沟第一煤矿生产矿井地质报告》；20.门源一煤矿采掘工程平面图（1:2023）（2023）；21.瓦斯抽采专项设计委托书；22.门源县人头沟第一煤矿提供的资料；附件一钻孔施工技术安全措施附件二抽放钻孔封孔附件三抽放瓦斯量监测方法附件四瓦斯抽放组织管理附件五钻机操作规程附件六抽放瓦斯观测工作业操作规程附件七抽放瓦斯泵司机作业操作规程附件八瓦斯抽放工职责附图1瓦斯抽放泵房位置示意图附图2瓦斯泵房布置图附图2－1瓦斯泵房平、立面图附图3放空管安装图附图3－1放空管拉线装置安装图附图3－2放空管遮雨帽制造图附图4瓦斯泵供水水池平、剖面图附图5供电系统示意图附图6瓦斯泵房配电照明平面布置图附图7抽放系统安装示意图

第二章矿井概况第一节井田概况一、位置与交通青海省门源县人头沟第一煤矿位于门源县城西南方向10km处，行政区划从属门源县青石嘴镇管辖。人头沟煤矿交通较方便，矿区有简易公路到达门源县城，距227国道（西）宁张（掖）公路15Km，由此通往各地。227国道公路畅通，距省会西宁148km。二、井田范围人头沟煤矿地理坐标为：东经101°32′09″~101°32′37″，北纬37°21′20″~37°21′36″，面积0.27km2，开采标高+3000～+2700m，拐点坐标如表1.1-1：表1.1-1人头沟煤矿拐点坐标表拐点编号XY14136650.003448890.0024136156.0034458890.0034136540.0034459570.0044136166.0034459464.00矿井面积：027km2开采标高：+3000～+2700m三、矿井资源储量人头沟煤矿保有资源储量53.65Mt，计生产能力为6Wt/a，服务年限为3.25a。四、地形地貌矿区为构造侵蚀中低山地形，山脉走向为东北向，与区域构造线方向一致，区内海拔+3100～+3028m，相对高差78m。五、气象该区属于青藏高原寒温湿润气候，年平均气温1℃。六、矿井概况本矿井为开拓方式为立井开拓。现有混合井和回风井两个井筒。混合井为立井，井深220m，净直径2.2m，净断面9.6m²，在井筒内装备2t罐笼（可乘人）和下井电缆，担负全矿井的提煤、提矸、运料、运送人员、排水和进风等任务，兼作矿井的安全出口。回风井为斜井，垂深70m，斜长165m,倾角25º，净断面积5.6m²，井筒内装备排水管、压风管、行人台阶及扶手，担负全矿井的回风任务，兼作矿井的安全出口。

矿井采用的采煤方法为走向长壁放顶煤采煤法，采煤工艺为爆破落煤、人工装煤、刮板机运煤、所有垮落法管理顶板及工作面支护采用悬移支架支护方式。

一、矿井瓦斯根据《青海省门源人头沟第一煤矿关于2023-Z028煤层自然倾向性鉴定报告》，鉴定结果为：矿井瓦斯绝对涌出量为1.4～1.57m³/min,瓦斯相对涌出量为17.28～22.56m³/t·d，属高瓦斯矿井。煤尘具有爆炸性。随着矿井开采深度的增长，瓦斯含量亦将增大，望矿井开采时加强对瓦斯的监测工作，以防瓦斯事故的发生，保证安全生产。二、煤尘及煤层自然倾向根据2023-Z028甘肃省煤炭科学研究所煤尘自然倾向性鉴定报告资料：水分Mad1.93%、灰分Aad15.33%、挥发分Vad31.05%、可燃基挥发分Vdaf37.55%、火焰长度>400，依据«煤层爆炸性鉴定规»<AQ1045-2023>«煤的工业分析方法»（GB474-2023）、«煤层煤样采用方法»（GB482-2023）以及«煤样的自备方法»（GB474-2023）鉴定认为该式样煤层具有爆炸性。第二节煤层赋存及瓦斯情况一、煤层赋存情况1、地层古生界志留～奥陶系地层为构成该区基底的变质岩系，盖层三叠系碎屑岩建造、中侏罗统陆相含煤建造、上侏罗统紫红色、灰色碎屑岩建造及第三系红色建造组成，上覆第四系为冰自层、洪积层、冲积层及现代沉积物。

出露的地层有：中生界上三迭系统（T3)，中下侏罗统（J1+2）、上侏罗绕享堂群（J3XN)，新生界第三系甘肃统（R）及第四系地层。

(1）中生界三迭系延长统（T3):

重要出露于轮铜沟煤矿北部公路两侧。岩性为灰色、灰黑色泥岩、粉秒岩砂岩互层，中间夹不可采的薄煤数层，厚度不祥。

(2）中下统侏罗系窑街组（J1+3y)

该组分布在瓜拉沟、煤窑沟及轮铜沟一带，与下伏三叠系地层呈假整合接触。该地层上部为灰色、灰白色细砂岩夹深灰色泥岩，有一层煤线；下部为暗灰色、深灰色粉砂岩与细砂岩互层，夹泥岩及数层炭质泥岩和煤。厚度为56.67m。

(3）上侏罗统享堂群（J3X)

岩性以紫红色为主的紫红、灰绿、深灰色等杂色中细粒碎屑岩，常含小砾石，胶结松软，细砂较坚硬，厚度180m左右。

（4）新生界第三系甘肃统（R):

在区内广泛分布，厚度大。以砖红色、紫红色为主，次为灰绿色之含砾粗砂岩、粗砂岩。其岩性与厚度变化大，且不稳定，与下伏地层呈不整合接触。（5）新生界第四系：分布于该矿区各处，十分广泛。2、构造本区属于北祁连山褶皱带东段南部，次级构造为瓜拉向斜西延部分。（1）褶曲：地层走向为102˚，倾向南西，倾角18º～23º，总体呈一个单斜构造。局部范围内岩（煤）层厚度沿走向、倾向均有变化。（2）断裂：银铜山断层（F1）位于矿区外的南部，呈北西西～南东东向展布，倾向南西，倾角很陡，变质岩系由南向北直接推覆于三叠系、侏罗系地层之上，为一个压扭性断裂。

除此之外，矿区内未见其他较大的断裂。

3、煤层和煤质

（1）煤层

侏罗系为本矿区的重要含煤地层，只含煤一层，结构简朴。煤层呈黑色、均一状结构、局部为细条带状，沥青光泽，大部分为块状结构，局部粉末状，属半亮、半暗型。有机显微煤岩组分以凝胶化组和华凝胶化组为主，为：71%，丝碳化组仅占26.2％。煤化限度较低，镜煤的最大反射率（Rºmax）为0.486。

（2）煤质

煤的容重为1.44t/m³，其变质阶段为特低硫、中～高磷、低～中灰之长焰煤，发热量22.97～26.38KJ/Kg，可作为民用煤和动力用煤。原煤水分3.10～4.08%，原煤灰分12.42～23.12%，挥发分37.05～39.29%，原煤硫分0.14～0.24%，原煤磷分0.063～0.286%，视密度1.32～1.46。

二、瓦斯赋存情况根据测定，瓦斯绝对涌出量为：1.4～1.57m³/min,瓦斯相对涌出量为：17.28～22.56m³/t·d，属高瓦斯矿井。煤尘爆炸指数大于10%，煤尘具有爆炸性。煤自燃趋势明显。第三节采区布置与采煤方法本矿井为开拓方式为立井开拓。现有混合井和回风井两个井筒。混合井为立井，井深220m，净直径2.2m，净断面9.6m²，在井筒内装备2t罐笼（可乘人）和下井电缆，担负全矿井的提煤、提矸、运料、运送人员、排水和进风等任务，兼作矿井的安全出口。回风井为斜井，垂深70m，斜长165m,倾角25º，净断面积5.6m²，井筒内装备排水管、压风管、行人台阶及扶手，担负全矿井的回风任务，兼作矿井的安全出口。

矿井采用的采煤方法为走向长壁放顶煤采煤法，采煤工艺为爆破落煤、人工装煤、刮板机运煤、所有垮落法管理顶板及工作面支护采用悬移支架支护方式。

第四节矿井通风与瓦斯一、通风方式及供风量1、矿井总需风量：23m3/s2、矿井负压：通风容易时期342.6Pa通风困难时期551.34Pa3、瓦斯等级：该矿井为高瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性危险，煤层易自燃。5、矿井通风及设备矿井通风采用中央分列抽出通风方式，混合井进风，回风井回风，矿井主通风机选用3太BKY-4型矿用防爆型轴流式通风机，电机功率为11KW，其中1台工作，1台备用，1台检修，矿井总进风量为9.3m³/s。局部通风机选用YBT11-2型矿用防爆轴流式通风机，电机功率为11KW。二、瓦斯涌出情况三、瓦斯抽放现状和必要性第三章抽放瓦斯设计参数第一节煤层瓦斯基本参数一、煤层瓦斯压力煤层呈均一状结构、局部为细条带状，沥青光泽，大部分为块状结构，局部粉末状，属半亮、半暗型。有机显微煤岩组分以凝胶化组和华凝胶化组为主，为：71%，丝碳化组仅占26.2％。煤化限度较低，镜煤的最大反射率（Rºmax）为0.486。

该矿没有进行过瓦斯基础参数测定。由于设计时间紧迫，我们借鉴甘肃省煤炭科学研究所在青海海北矿区鉴定测定结果，该层瓦斯含量较高，瓦斯绝对涌出量为：1.4～1.57m³/min,瓦斯相对涌出量17.28～22.56m³/t·d，属高瓦斯矿井。煤尘具有爆炸性。侏罗系为本矿区的重要含煤地层，只含煤一层，结构简朴。二、煤层瓦斯含量目前重要采用解析法测定煤层瓦斯含量，用解析法测定煤层瓦斯含量涉及三个阶段：第一阶段，拟定从钻取试样到把试样装入取样器这段时间内的瓦斯损失量Q1；第二阶段，采用野外解析仪测定取样器中的试样解析瓦斯量Q2；第三阶段，用粉碎法拟定试样的残存瓦斯量Q3。上述三个瓦斯量Q1、Q2、Q3相加即得该煤样的总瓦斯含量。用解析法测定煤样瓦斯含量的成功率为98%，精度较高，并且操作简朴，成本低。煤的容重为1.44t/m3，其变质阶段为特低硫、中～高磷、低～中灰之长焰煤，发热量22.97～26.38KJ/Kg,可作为民用煤和动力用煤。据测定，瓦斯绝对涌出量为：1.4～1.57m3/min,瓦斯相对涌出量为：17.28～22.56m3／t·d，属高瓦斯矿井。经计算煤尘爆炸指数大于10％，煤尘具有爆炸性。煤的燃点未测定，但由于煤的挥发分及含油均较高，故自燃趋势明显。三、煤层透气性系数煤层透气性系数采用单向流量法测定，借鉴甘肃省煤炭科学研究所在青海海北矿区其它煤矿测定结果，青海门源人头沟一矿煤层的透气性系数为0.2803m2／（at2.d），对照《煤矿瓦斯抽放规范》第19条，属于可以抽放煤层。四、钻孔瓦斯流量及衰减系数借鉴甘肃省煤炭科学研究所在青海海北矿区其它煤矿测定结果，门源人头沟一矿煤层的百米钻孔初始瓦斯流量为1.4～1.57m3/min。由于测定过程中煤层钻孔自然瓦斯涌出量在30min内迅速衰减，因此门源人头沟一矿煤层的钻孔瓦斯自然流量的衰减速度不久，自然流量衰减期在30min以内，钻孔初始瓦斯流量定为1.4～1.57m3/min。五、煤的坚固性系数借鉴甘肃省煤炭科学研究所在青海海北矿区其它煤矿测定结果，门源人头沟一矿煤层的坚固性系数f=0.16，煤层呈黑色、均一状结构、局部为细条带状，沥青光泽，大部分为块状结构，局部粉末状，属半亮、半暗型。有机显微煤岩组分以凝胶化组和华凝胶化组为主，为：71%，丝碳化组仅占26.2％。煤化限度较低，镜煤的最大反射率（Rºmax）为0.486。

六、煤层钻孔有效排放半径煤炭科学研究总院重庆分院在门源人头沟一矿实际测定瓦斯结果，门源人头沟一矿在瓦斯巷布孔，钻孔参数为场距30m，孔距2～5m，孔径94mm，孔数3～4个/场。钻孔控制巷帮外侧10m范围以内。本煤层抽放孔：在工作面运、回风巷布孔，钻孔参数为，孔距3～6m，孔径94mm，孔数1个/场，孔深75m。钻孔穿透整个工作面，不留空白带。第二节矿井瓦斯储量瓦斯储量涉及可采煤层、不可采煤层以及围岩中所赋存的瓦斯，其计算公式如下：Wc=K1·K2Σ(Ai·Xi)式中：Wc——采区瓦斯储量，万m3；K1——围岩瓦斯储量系数；K2——不可采邻近煤层瓦斯储量系数；Ai——第i可采煤层的煤炭地质储量，万t；Xi——第i可采煤层平均瓦斯含量，m3/t。据《甘肃省煤炭科学研究关于2023矿井瓦斯等级鉴定情况的报告》，鉴定结果为：本矿井瓦斯相对涌出量17.28/m3/d·t，绝对1.4~1.57m3/min，结论为矿井为高瓦斯矿井，瓦斯等级属高瓦斯矿井。随着矿井开采深度的增长，瓦斯含量亦将增大，望矿井开采时加强对瓦斯的监测工作，以防瓦斯事故的发生，保证安全生产。第三节矿井应抽瓦斯量瓦斯应抽量是指瓦斯储量中应被抽出的瓦斯量，其计算公式为：Wy=WC·ηK式中：Wy——矿井应抽瓦斯量，万m3；WC——矿井瓦斯储量，万m3；ηK——矿井瓦斯抽放率，%。门源人头沟一矿开采的煤层直接顶板为砂岩，伪顶为泥岩、炭质泥岩，底板为细砂岩，均未作岩石力学实验。推断煤岩附近的岩石强度也但是Ⅳ级。钻孔施工困难；透气性较低，按《煤矿瓦斯抽放规范》第19条划分，属于较难抽放煤层；钻孔瓦斯自然流量衰减期在30min以内，导致钻孔抽放有效期缩短；瓦斯涌出来源重要是开采落煤过程释放的瓦斯，因此门源人头沟一矿应以防治瓦斯和防止煤与瓦斯突出为重要目的，选择本煤层预抽方法较为适宜。依据《煤矿安全规程》（2023年版）第190条规定：“预抽煤层瓦斯后，必须对预抽瓦斯防治突出效果进行检查，其有效性指标应根据矿井实测资料拟定。如无实测数据，可依据下列指标之一拟定：（一）预计抽煤层瓦斯后，突出煤层的残存瓦斯量小于该煤层始突深度的原始瓦斯含量。（二）煤层瓦斯预抽率大于30%。参照其他矿井瓦斯预抽实际经验，结合门源人头沟一矿煤层钻孔瓦斯自然流量较大、预计自然流量衰减期小于30min的具体情况，取矿井煤层抽放ηK=30%。经计算，门源人头沟一矿煤层瓦斯可抽总量为206.8万m3。第四节矿井抽放规模根据门源人头沟一矿生产布局，该矿井属高瓦斯矿井。根据《矿井瓦斯抽放规范》第4.1.1条矿井或采掘工作面瓦斯涌出量较大，采用通风方式解决瓦斯问题不合理时，应建立瓦斯抽放系统。通过抽放瓦斯，使瓦斯压力减小，有助于煤层安全开采。故对本矿瓦斯进行预先抽放是必要的，抽放后既保证了井下安全生产，又把瓦斯作为清洁能源加以运用，变害为宝，方便了职工生活、减少了环境污染。根据现有采、掘工作面的生产接替安排，正常情况下回采工作面绝对瓦斯涌出量在3m3/min以下，矿井绝对瓦斯涌出量在10m3/min以下。本设计以﹢2800回采工作面本煤层预抽方法为主，其他工作面的抽放可根据生产情况决定。矿井瓦斯抽放泵站服务年限为5年，按矿井5年内瓦斯递增推算，设计矿井最大绝对瓦斯涌出量15m3/min、依据《煤矿安全规程》（2023版）第190条选取矿井抽放率30%，矿井的纯瓦斯抽放量为4.5m3/min。

第四章抽放方法设计第一节瓦斯来源分析青海门源人头沟一矿矿井开拓方式为立井开拓。现有混合井和回风井两个井筒。混合井为立井，井深220m，净直径2.2m，净断面9.6m²，在井筒内装备2t罐笼（可乘人）和下井电缆，担负全矿井的提煤、提矸、运料、运送人员、排水和进风等任务，兼作矿井的安全出口。回风井为斜井，垂深70m，斜长165m,倾角25º，净断面积5.6m²，井筒内装备排水管、压风管、行人台阶及扶手，担负全矿井的回风任务，兼作矿井的安全出口。

该层瓦斯含量高，据测定，瓦斯绝对涌出量为：1.4～1.57m³/min,瓦斯相对涌出量为：17.28～22.56m³/t·d，属高瓦斯矿井。

煤尘爆炸指数大于10%，煤尘具有爆炸性。

根据人头沟煤矿实际情况，在﹢2800采煤工作面回风巷布置钻场，钻孔参数为：场距50m，孔距2～5m，孔径94mm，孔数3～5个/场。第二节抽放方法选择一、选择抽放瓦斯方法的原则本设计对青海门源人头沟一矿抽放瓦斯方法的选择遵循以下原则：1、适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件；2、根据瓦斯对矿井安全的影响状况和瓦斯来源，采用品有针对性的综合抽放方法，提高抽放效果；3、在满足矿井瓦斯抽放需要的前提下，尽也许运用现有的生产巷道，以减少瓦斯抽放工程量；4、有助于钻场、钻孔的施工和抽放系统管路的安装。二、抽放瓦斯方法的选择瓦斯抽放方法的选择应兼顾合法性、合理性、经济性，根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、时间配合、瓦斯基础参数、瓦斯运用规定等因素经技术、经济比较拟定，并应符合下列规定：1、尽也许运用开采巷道抽放瓦斯，设专用布置钻场。2、适应煤层的赋存条件及开采技术条件。3、有助于提高瓦斯抽放率。4、抽放效果好，抽放的浓度尽也许满足运用规定。5、尽量采用综合瓦斯抽放方法。6、抽放瓦斯工程系统简朴，有助于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。抽放瓦斯方法：瓦斯抽放是防治瓦斯超限和瓦斯突出的最有效措施，抽放后的煤层瓦斯压力、瓦斯含量危险性减少。在进行抽放打钻时，为保证钻孔深度，采用压风机排粉和大功率钻机打钻。在回风巷沿煤层倾斜方向布置钻孔，钻孔孔径φ94mm，孔距5m，钻孔深度：下行孔30～60m。在未经预抽、或经预抽尚未达成最佳效果，涉及抽放钻孔数量不够和预抽时间局限性等因素致使采掘过程中瓦斯涌出量仍然很大的情况下，在采掘工作进行过程中同时进行抽放瓦斯工作的抽放方式。这种方式的实质是，运用采掘时的卸压效应抽放瓦斯。边采边抽是在开采层回采工作面前方布置钻孔，依靠工作面推动时的卸压效应抽放工作面前方煤体中的瓦斯。边掘边抽是在掘进巷道的两帮布置钻孔，运用巷道掘进的卸压效应，抽放巷道工作面前方和两帮煤体中的瓦斯。第三节抽放工艺及参数一、本煤层顺层钻孔抽放在煤层厚度、瓦斯含量、瓦斯压力和煤层透气性等自然条件一定的情况下，本煤层瓦斯抽放效果重要取决于钻孔的深度、直径、间距以及钻孔的布置方式。钻孔越深、孔径越大，则煤层瓦斯抽放控制范围越大，抽放量也越多；钻孔间距小、吨煤钻孔量增多，可缩短预抽时间，同时增大煤层瓦斯的抽出量，煤层钻孔交叉布置在一定限度上还增大了钻孔的有效抽放半径，提高了钻孔的抽放效率。由于青海门源人头沟一矿回风顺槽煤层硬度系数大、煤层薄，钻孔施工过程中碰到水容易发生垮孔、夹钻等现象，钻孔施工难度大。为了提高钻孔的成孔率，同时考虑作业环境便于钻孔施工，在采面布置下向顺层抽放钻孔，在下顺槽布置上向顺层抽放钻孔，对本煤层瓦斯进行抽放。在采面钻孔设计参数为：1、钻孔直径：Φ75mm～94mm；2、钻孔长度：风巷下向孔30～60m；3、钻孔间距：2～2.5m；4、钻孔与风巷走向夹角40°～45°。为了保证钻孔深度和成孔率，要采用以下措施：1、采用大功率液压钻机，增大钻进能力煤层打钻容易出现垮孔、夹钻、应力和瓦斯压力增大时还会发生喷孔、顶钻现象，使用高压水排除煤粉时上述情况会有所加剧。因此，要选用大功率的钻机，同时采用质量可靠的钻杆、钻头，在提高钻进能力的同时减少钻孔事故（断钻杆、掉钻头等）。2、采用压风排粉，减少垮孔、喷孔煤层打钻使用高压水排除煤粉会加剧垮孔、喷孔现象。为了保证孔深和成孔率，采用压风排粉是一个较好的方法。压风排粉和三棱钻杆排粉在其他矿井本煤层打钻中得到了很广泛的应用，也取得了非常好的效果。一般情况下，要保证打钻排粉顺利，所使用的风压应不小于0.4MPa。由于压风排粉会导致煤尘飞扬，所以必须采用孔口除尘器、降尘水幕等有效的孔口除尘措施，解决粉尘飞扬问题。二、工作面瓦斯钻孔抽放针对低透气性煤层预抽效果差和采面超前排放钻孔打钻过程中存在的瓦斯问题，运用矿山压力分布规律，在采面卸压带内布置一定数量、一定深度的钻孔，对采面前方卸压带和应力集中带煤层瓦斯进行抽放，始终在回采工作面前方形成一个“超前抽放带”，使生产出煤时处在在瓦斯很低的“超前抽放带”，可以显著减少落煤时的瓦斯涌出量，从而解决工作面瓦斯制约生产力的问题，同时也可解决采面超前排放钻孔打钻过程中的瓦斯超限问题。工作面瓦斯钻孔抽放方法如下：1、在工作面前方动压区影响范围内拟定工作面前方的可抽区域；在工作面煤壁施工孔径75mm～89mm、深度10～15m的钻孔，测定钻屑量S和钻屑解吸指标⊿h2沿每米钻孔的分布数值鉴定煤层卸压带和应力集中带的分布；根据工作面前方煤层可浅孔抽放区域的大小和应力集中带的分布，拟定钻孔深度。2、在工作面测定钻孔抽放半径，拟定钻孔布置方式。3、在工作面测定浅孔抽放时的钻孔流量衰减规律，拟定钻孔合理抽放时间。4、运用机械式挤压膨胀原理，设计专用封孔器。对浅孔抽放封孔装置的结构性能规定是“结构简朴、重量轻便、反复运用”，对封孔装置的操作性能规定是“操作简便、封孔严密、连接迅速”。基于这个设计思绪，运用高弹性橡胶在机械式挤压后膨胀的原理，制作专用封孔器。其操作过程是向前推、挤压膨胀、旋转手把锁定达成封孔作用，回收时反向旋转手把、打开机械闭锁、依靠高弹橡胶自身弹性收缩复原、拉出、备用。封孔器与采面抽放主干管路的连接使用直径25mm黑色橡胶软管，便于操作和存放。采面抽放主干管路采用直径150或200mm的吸水管（埋吸管），沿支架前、后立柱之间敷设，每间隔5~10m设立一个多通，用于连接封孔器的软管。采面抽放管路与风巷抽放管路连接后，并入抽放系统，进行抽放。浅孔抽放的时间安排在综采工作面检修班或执行安全措施班，提高时间运用率。三、掘进工作面钻孔抽放掘进工作面瓦斯抽放采用挂耳抽放方法，每个钻场间距40～60米，每个钻场布置钻孔3～6个，钻孔向外倾角15～25°。四、钻孔封孔工艺和方法本设计中的钻孔重要是煤层钻孔，其中：本煤层顺层抽放钻孔数量多、抽放时间长，适合采用永久性封孔材料和封孔工艺，故采用聚胺脂封孔材料。掘进工作面超前钻孔抽放，属于时间短、具有反复性的作业，应采用可反复使用的封孔器封孔，既可实现快速封孔，又可减少封孔材料费用。聚胺脂封孔方法：常见的聚胺脂封孔方式可分为卷缠药液法和压注药液法。卷缠药液法因材料简朴、便于操作、合用多种钻孔而被普遍应用；压注药液法合用与光洁的岩石钻孔，对封孔用品规定较高，使用较少。本设计选用卷缠药液法封孔，该方法孔内封抽放管（亦称封孔管）使用公称直径25mm（1英寸）或40mm（1.5英寸）的阻燃抗静电塑料管，管长为7～9m，通常分为三段：（1）在管前端留1～1.2m长钻有许多小孔作为积气管段，作用是沟通钻孔与抽放管路；（2）接着为卷缠药液的封孔段，长度在1～1.5m，作用是固定卷缠药液的毛巾布。在此段最前端固定一个由环形铁环和橡胶垫圈构成的挡盘，以防止药液膨胀后堵塞积气管上的小孔；（3）最后为管子的尾段，用于和巷道内的瓦斯管路连接。2、聚胺脂封孔的基本规定是：（1）封孔段的长度不少于1m，以保证药液膨胀后有足够的封孔长度；（2）封孔段距离钻孔孔口深度应不少于5m，即药卷封孔位置在巷道卸压圈以外；（3）药卷前的挡盘要大小适当，可以封住膨胀的药液不不往孔里边流动；（4）钻孔孔口要用少许药液和毛巾头封口、固定，尾管段留有足够长度便于连接。3、快速封孔器封孔方法：针对超前排放钻孔抽放快速封孔器封孔法具有操作简朴、封孔迅速、可长时间反复使用、平均单孔封孔费用低等优点，非常适合在短时抽放的钻孔中使用。但由于快速封孔器依靠封孔胶囊自身弹性封孔，一般适合在比较低的抽放负压（不超过60mmHg）下封孔，因此，多用于掘进工作面超前钻孔抽放和回采工作面卸压带浅孔抽放封孔。快速封孔器封孔工艺由导通管、封孔胶囊、阀门、尾管构成，与工作面抽放瓦斯分支管路连接后即可待用。操作时只需将封孔器紧紧插入打好的钻孔、打开阀门，即可进行抽放；停止抽放时，关闭阀门、拉出封孔器，盘好连接管，将封孔器放置在适当位置待用。第四节抽放钻孔施工设备选型本煤层顺层钻孔和掘进工作面超前钻孔，可以采用同类钻机。考虑青海门源人头沟一矿井下巷道断面偏小、运送大型设备有一定困难，软煤层打钻又需要大功率钻机等因素，为提高钻进能力和适应现场，本设计选用ZYW-500R型全液压钻机，额定钻进长度分别为40m和80m，重量比立式钻机轻。根据实际应用情况，该钻机在该煤层可钻进50～80m，可以满足青海门源人头沟一矿的打钻需要。

第五章抽放管路系统的选型计算第一节抽放管路系记录算一、瓦斯管路直径计算瓦斯管路直径的选择，要根据抽放系统服务范围和所输送混合瓦斯气体流量的大小进行计算。管路直径必须满足抽放系统服务年限内距离最远工作面的抽放需要，满足抽放高峰时期通过管路的最大气体流量的需要，同时要考虑巷道断面和作业空间对管径的限制。瓦斯抽放管管径按下式计算：………………（3－5）式中D-----瓦斯抽放管内径，m；Q-----抽放管内混合瓦斯流量，m3/min；V-----抽放管内瓦斯平均流速，经济流速V＝5-15m/s,取V=7m/s.二、瓦斯抽放管材和管径拟定考虑青海门源人头沟一矿井下巷道断面较小、运送条件比较困难等因素，为了便于安装并符合抽放安全需要，瓦斯管管材选用煤矿井下用聚氯乙烯抽放瓦斯管，回风斜井至专用回风下山的抽放管为Φ150PE抽放瓦斯管，回风斜井井口到泵站管路Φ150×8mm抽放瓦斯钢管，瓦斯抽放分支管路为Φ100PE抽放瓦斯管。采区、回风斜井及地面瓦斯抽放管为干管；工作面瓦斯抽放管为支管1；(将来)综采工作面瓦斯抽放管为支管2.根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按式（3－5）计算选择的瓦斯抽放管管径如表3－2示.瓦斯抽放管选用PE聚乙烯管.表3－2瓦斯抽放管管径计算选择结果抽放管类别纯瓦斯抽放量（m3/min）瓦斯浓度（%）混合瓦斯抽放量（m3/min）计算管内径（mm）选择管径（mm）主管10.583031.60150Φ150×400支管16.503021.67100Φ100×400支管25.083016.93100Φ100×400备注：边掘边抽瓦斯管留做工作面瓦斯抽放管.考虑将来有也许布置的工作面,故选支管1与支管2同径. 抽放管材均选择PE聚乙烯瓦斯抽放管,通过计算得出主管直径D=0.148m,支管1直径D=0.96m,支管2直径D=0.96m.故主管选择直径为Φ150mm的PE聚乙烯钢丝骨架瓦斯抽放管,壁厚可选择10mm.掘进及回采工作面支管可选择直径为Φ100mm的聚乙烯瓦斯抽放管,壁厚可选择8mm.三、管路阻力损失计算抽放管路阻力由摩擦阻力和局部阻力组成，根据《矿井抽放瓦斯工程设计规范》GB50471-2023第6.3条规定，摩擦阻力采用式5-1进行计算，局部阻力取摩擦阻力的10%～20%。(式5-1)式中：——阻力损失，Pa；——管路长度，m；——标准状态下的混合瓦斯流量，m3/h；——管路内径，mm；——标准状态下的混合瓦斯运动粘度，m2/s，取1.61×10-5m2/s；——混合瓦斯对空气的相对密度，%，取0.853；——管路内壁的当量绝对粗糙度（Δ＝0.17），mm；——管路中的气体温度为t时的绝对温度（=273+t），K；——标准状态下的绝对温度（=273+20），K；——标准大气压力（=101325），Pa；——管道内气体的绝对压力，Pa；青海门源人头沟一矿管路阻力采用矿井延伸至最深部井田边界的最大阻力进行计算，阻力计算路线及管径如图5-2所示。选择抽放系统的最长管线为回风顺槽风巷里段→风巷外段→回风上山→排放孔→瓦斯抽放泵站，计算管路阻力损失，计算如下：1、回风斜井280m管路摩擦阻力H1（式5-2）式中：H1—管路阻力损失，Pa；L—管路长度，m。L=960m；δ—混合瓦斯相对空气的密度，查表瓦斯浓度20%时δ=0.911；Q—混合瓦斯流量，m3/min。Q=6.0×60=600m3/h；K—管路系数，当管径d≥150mm时，K=0.71；d—管路内径，cm。d=15cm。则H1≈180.98Pa。2、回风斜井至回风斜井井底260m管路摩擦阻力H2式中：H2—管路阻力损失，Pa；L—管路长度，m。L=280m；Δ—混合瓦斯相对空气的密度，查表瓦斯浓度20%时δ=0.911；Q—混合瓦斯流量，m3/min。Q=10.0×60=360m3/h；K—管路系数，当管径d≥150mm时，K=0.71；d—管路内径，cm。d=15cm。则H2≈150.6Pa。3、局部阻力H3按经验值，管路局部阻力一般为总摩擦阻力的15~20%，本设计取15%。式中：H3=（H1+H2）×15%=（180+150.6）×15%≈51.10Pa则H3=51.10Pa。4、抽放管路系统沿程总阻力H总抽放管路系统沿程总阻力等于管路摩擦总阻力和局部阻力之和，本设计抽放系统沿程总阻力为：H总=H1+H2+H3=180+150.66+51.10=380.Pa≈0.38kPa

第二节抽放瓦斯管路的附属装置为了合理控制管路系统的负压调节，合理分派各个抽放地点的瓦斯抽放流量，控制各个分支系统的瓦斯浓度和抽放效果，本设计在抽放管路主系统、分支系统均设立了调节阀门、管路负压自动放水器、流量计、防回火装置、除污箱装置等。阀门泵站内主管路的正、负压管之间设立旁通阀门一个，用于调节瓦斯泵启动时的工作负压；每台瓦斯抽放泵的进气端口和出气端口个安设控制阀门一个，用于控制运转瓦斯泵和备用瓦斯泵的启动状态。孔板流量计在泵站进气管路上设立个孔板流量计，用于测定和计量瓦斯抽放流量。负压自动放水器回风顺槽风巷安设管道负压自动放水器1~2台，用于抽放瓦斯管路积水的自动排放，选用负压自动放水器的型号为CWG－FY型。除污箱除污箱设立安装在瓦斯排放孔下面，用于瓦斯抽放管路污垢及杂物的排放，选用除污箱装置的型号为CWX－MA型号。5、计量装置及抽放参数测定井下负压管路系统普遍采用孔板流量计进行计量。在使用孔板流量计时要注意孔板与瓦斯管道的同心度，不能装偏。在钻场内使用孔板流量计时，应保证孔板前后各1m段平直，不要有阀门和变径管。在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时，应保证孔板前后各5m段平直,不要有阀门和变径管。测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计，测定抽放管路中的抽放负压可采用水银计，抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。孔板流量计两侧的测压孔使用胶管分别与U形压差计(煤矿自备，长1000mm)连接。根据水银压差计测定的负压，压差和高浓度瓦斯检测仪监测的抽放管路内的瓦斯浓度就可以通过公式来计算瓦斯抽放量。

第三节瓦斯抽放管路敷设的基本规定瓦斯抽放管路敷设应符合以下基本规定：1、瓦斯抽放管路的抗压强度满足最大抽放负压的规定，即：不小于0.1MPa（负压），并具有较强的防腐性能PE抽放瓦斯管，。2、管路在井下巷道内敷设时应使用支座或吊挂，以防止巷道底板隆起导致管路漏气。管路距离巷道底板的高度不小于30cm，支座或吊挂点的距离可视每节管路长度而定，每节管路应不少于2处支座或吊挂，便于管路维修、拆除等工作。3、为防止瓦斯管路在自重作用下发生滑动，并因此引起接头处发生裂缝、漏气，应使用卡木或铁卡子将管路固定。固定卡子的距4、尽也许减少瓦斯管路的分岔、弯头、阀门，以减少瓦斯气体在管路中的流动阻力。5、在有矿车运送的巷道中，瓦斯管路应采用悬挂或支撑的方法，将管路固定在巷道帮上，高度应不小于1.8m，避开矿车碰撞并利于行人、运送和管路维修。6、在井下敷设瓦斯管路时，采用法兰连接，以便于安装、维修和管路拆除。法兰中间的密封橡胶垫圈厚度应不小于5mm。7、管路敷设中，要根据地形高低、回风与进风温度差别等情况，设立管路自动放水器（或人工放水器），及时排除管内积水。8、管路敷设中每间隔200m安装一个水封防爆箱。

第六章瓦斯抽放泵选型计算第一节瓦斯泵流量计算瓦斯泵流量必须满足抽放系统最大抽放量的需要。瓦斯泵的流量按下式计算：式中：Q泵——瓦斯泵的额定流量，m3/min；Q纯——最大抽放瓦斯纯流量，Q纯=2m3/min；C——瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，C=20%；η——瓦斯泵的机械效率，取60%；K——瓦斯泵的综合系数，取K=1.2。根据本设计规定，抽放系统的瓦斯抽放纯流量为3.6m3/min，根据计算，瓦斯泵的流量为28m3/min。第二节瓦斯泵抽放负压计算瓦斯泵抽放负压必须可以克服抽放系统总阻力损失并保证抽放钻孔有足够的负压。瓦斯泵抽放负压按下列公式计算：H泵=(H总+H孔)K备式中：H泵——瓦斯泵抽放负压，Pa；H总——管路总阻力损失，H总=391.74Pa；H孔——抽放钻孔所需负压，一般取H孔=20230Pa；K备——抽放负压备用系数，本煤层钻孔抽放取K备=1.2。通过计算，瓦斯泵抽放负压H泵≈24470Pa。第三节瓦斯抽放泵选型一、抽放泵的类型拟定1、抽放泵的选型原则（1）抽放泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽放量的规定；（2）在抽放期间，抽放泵的负压必须能克服管路系统的最大阻力；（3）抽放泵要具有良好的气密性。2、抽放泵的选型依据抽放泵的选型计算必须具有下列资料：（1）抽放管路所通过的巷道系统图，并标明巷道长度；（2）预计的矿井抽放瓦斯总量和各个分区的抽放瓦斯量（纯瓦斯）；（3）预计的矿井和各个分区的抽放浓度：矿井运用瓦斯时瓦斯浓度不低于30%，不运用瓦斯而采用干式抽放泵时，瓦斯浓度不低于25%；（4）瓦斯综合运用的特殊规定等。3、抽放泵类型拟定目前国内使用的抽放泵大体分为三类：①水环式真空泵，②离心式鼓风机，③回转式鼓风机。根据矿井实际本设计采用水环式真空泵作为瓦斯抽放泵。该方案的优点是：设备结构简朴，运营可靠，工作轮内充满水，起防爆、阻焰作用，安全性高。二、抽放泵的容量计算矿井瓦斯泵容量的计算，涉及两项内容：一是流量的计算，二是压力的计算。根据计算出来的流量和压力，可选择所需要的瓦斯泵。抽放泵的选型计算涉及泵的流量和压力计算。1、抽放泵流量计算（1）标准状态下的抽放泵流量计算根据《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027—2023）D3.1条和《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（GB50471-2023）D6.6.4条，在标准状态下计算抽放泵流量时，瓦斯泵流量可按下式计算：式中：——瓦斯泵的额定流量（标准状态下），m3/min；——矿井最大瓦斯抽放纯量，m3/min；——瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，%；——瓦斯泵的机械效率，一般取=0.8；——抽放能力富余系数，一般取K=1.2～1.8。根据人头沟煤矿+2800m回风顺槽瓦斯抽放规模，当瓦斯泵入口处瓦斯浓度为25%时，矿井瓦斯抽放最大纯流量为8.62m3/min，按1.5的富余系数，则地面泵站的瓦斯抽放泵的流量=12.93m3/min。（2）抽放泵工况流量计算根据《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（GB50471-2023）D6.6.5条，抽放泵的工况流量采用下式计算：式中：——工况状态下的抽放泵流量，m3/min；——瓦斯泵的额定流量（标准状态下），m3/min；——标准大气压力（=101325），Pa；——抽放泵入口绝对压力，Pa；=—H入；——抽放泵入口瓦斯的绝对温度（=273+t），K；——标准状态绝对温度（=273+20），K；t——抽放泵入口瓦斯的温度，℃。根据抽放泵的流量=12.93m3/min，取入口瓦斯温度t=25℃，阻力H入=28431.32Pa，则地面泵站的瓦斯抽放泵的流量=28.48m3/min。2、抽放泵压力计算（1）标准状态下抽放系统压力计算根据《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027—2023）D3.2条和《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（GB50471-2023）D6.6.2条，在计算标准状态下抽放系统压力时，可按下式计算：H＝(H入十H出)·K＝[(h入摩十h入局十h钻负)十(h出摩十h出局十h出正)]·K＝(h摩十h局十h钻负十h出正)·K式中：H——抽放系统压力，Pa；H入——井下负压段管路所有阻力损失，Pa；H出——井上正压段管路所有阻力损失，Pa；K2——富余系数，取K2＝1.2～1.8；h入摩——井下负压段管路摩擦阻力损失，Pa；h入局——井下负压段管路局部阻力损失，Pa；h钻负——井下抽放钻场或钻孔孔口必须导致的负压，Pa；h出摩——井上正压段管路摩擦阻力损失，Pa；h出局——井上正压段管路局部阻力损失，Pa；h出正——用户在瓦斯出口所需的正压，Pa；h摩——井上、下管路最大总摩擦阻力损失，Pa；h局——井上、下管路最大总局部阻力损失，Pa。抽放系统系统各部分的阻力如下：进气段：h入摩=12859.43Pa，h入局=2571.89Pa，h钻负=13000Pa；出气段因采用放空管释放气体，所以h出摩=200Pa，h出局=40Pa，h出正=0Pa。取K2=1.2，经计算，标准状态下抽放系统压力为H=19.41Kpa。（2）抽放泵工况压力计算根据《矿井抽放瓦斯工程设计规范》（GB50471-2023）D6.6.3条，在计算抽放泵工况压力时，可按下式计算：式中：——抽放泵工况压力，Pa；——抽放泵站的大气压力，Pa；——抽放系统压力，Pa；取抽放泵站的大气压力=100kPa，抽放系统压力为H=19.41Kpa，计算可得抽放泵的工况压力=21.59kPa。3、抽放泵型号拟定根据上述方式计算，青海省门源人头沟第一煤矿选用水环式真空泵，2BEA系列配用YB2-280M-4型矿用防爆电动机，电压380/660V，功率45kW。2BE系列水环式真空泵技术参数见表。表瓦斯泵技术参数表型号转速(rpm)功率(kW)最低吸入负压(hPa)吸入压力(hPa)抽气量(m3/min)供水量(m3/h)2BEA-253-0590452033352.0-3.0为满足备用量，本设计选用2台同型号瓦斯泵。正常情况下，一台运营、一台备用，在必要时可实现两台并联运营。第七章抽放泵站工程第一节抽放泵站位置及抽放站房屋一、抽放泵站位置根据矿井安全生产和瓦斯抽放的需要，结合青海省门源人头沟第一煤矿实际情况，为了便于抽放系统布置、尽也许减少初期工程投入，缩短施工工期，使瓦斯抽放系统尽快投入运营。本设计拟定在青海省门源人头沟第一煤矿回风斜井平台联行90m处建设地面瓦斯抽放泵站。地面固定瓦斯抽放泵站位置应符合下列规定：1、应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，避开滑坡、溶洞、断层破碎带、塌陷区及高压线等。2、宜设在回风井工业场地内，抽放泵站距井口和重要建筑物及居住区不得小于50m。3、泵站宜建在靠近公路和有水源的地方。4、泵站应考虑进出管敷设方便，有利瓦斯输送，并尽也许留有扩能的余地和充足考虑瓦斯运用的需要。二、瓦斯抽放泵站房屋本设计瓦斯抽放泵站房屋长度为：长16米×宽4米×高8米混砖结构。根据《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027—2023）第5.5.4条、《矿井瓦斯抽放工程设计规范》（GB50471-2023）D6.8.3第7.1.2条，地面固定瓦斯抽放泵站建筑应符合下列规定：1、泵站建筑用地应符合《煤炭工业工程项目建设用地指标》的有关规定。2、泵站建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级。3、泵站周边必须设立栅栏或围墙。第二节泵站地面设备一、地面抽放站土建设备1、配电房一座（含值班室）； 2、冷却水池一座；3、排大气烟囱。二、地面站设备1、抽放设备：（1）2台抽放泵30m3/min45kw（含电机及冷却水泵等附件）；（2）2台气水分离器及联接管道等。2、配电设备：根据《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027—2023）第5.5.7条、《矿井瓦斯抽放工程设计规范》（GB50471-2023）D6.8.3第7.1.4条，规定一矿抽放泵站重要动力设备配置安顿在抽放泵房配电室，配电室电源规定设计为双回路。电源均取自矿井地面变电所的高压配电系统不同母线段。在电源馈出端应装设漏电保护装置。动力设备由配电室配电，其控制设备采用防爆磁力起动器，在配电室和值班室均可操作控制。配电线路采用电缆，电缆沟敷设。配电，照明设备均采用防爆型。泵房土建设计时应根据供电系统制定具体的泵房动力系统平面图，达成瓦斯泵和水泵可以就地控制，通风机照明设施齐全，控制方便。设备如表：

表地面抽放泵站设备一缆表名称型号数量额定容量（KW）供电电压（V）备注瓦斯泵2BEA-253-0345400水泵2BE系列27.5380照明单管荧光防爆灯CBY—d—40220V24380/127隔爆型高压钠灯防爆灯dB4—N150220V6380/127投光灯HTG131220V4380/127屋顶通风机BDZ-ZNo4.5380V0.55KW60.55380V自动供水装置NCT10012.25380V地下水池1馈电开关1140V（660V）3高爆开关300A3100A1干变200KVA1电缆65KV/50²、35²1140V(660V)25²、10²、6²三、地面防雷设施由于人头沟煤矿所处的地区位于青海境内横卧在祁连山山体上，属于祁连山褶皱带，平均海拔高度+3000m,门源盆地是此褶皱带中凹陷区，盆地北界为高俊的冷龙岭，南为大通山，盆地两侧都是由北向的压扭性大断裂控制。在抽放站内外安装4支30m高的独立避雷针进行保护。为防止静电感应，抽放站内的建筑物和构筑物的重要金属物，电气设备外壳应与接地装置相连，其接地装置冲击接地电阻值不应大于10Ω。避雷设备如下：1、避雷针3座（或4座）；2、接地网；3、配套消防设备器材。四、瓦斯抽放系统管路1、管路设备如下：（1）地面泵站入口管道隔爆除污器；（2）地面泵站至回风斜井井口管路DN150×6000mm，壁厚8mm钢管及桥架；（3）回风斜井主管路DN150×4000mm聚乙烯钢丝骨架管；（4）回风斜井井底至钻场DN100×4000mm聚乙烯钢丝骨架管；（5）地面瓦斯抽放泵站至变电所双回路400V输电及电缆桥架，400V/502—2×600m。2、瓦斯抽放管路敷设的一般规定 由于煤矿井下的环境条件比较恶劣,巷道变形较大高低不平,坡度大小不一,空气潮湿管路易生锈,为此对煤矿井下瓦斯抽放管路的敷设有如下规定: (1).瓦斯抽放管路应采用防腐,防锈蚀措施; (2).在倾斜巷道中,应用卡子把瓦斯抽放管道固定在巷道支架上,以免下滑; (3).瓦斯抽放管路敷设规定平直,尽量避免急弯; (4).瓦斯抽放管路敷设时要考虑流水坡度,规定坡度尽量一致,避免由于高低起伏引起的局部积水.在低洼处需要安装放水器; (5).新敷设的管路要进行气密性实验.3、地面敷设的管道除了满足井下管路的有关规定外,还需要符合以下规定: (1).在冬季寒冷地区应采用防冻措施; (2).瓦斯抽放管路不宜沿车辆来往繁忙的重要交通干线敷设; (3).瓦斯抽放管路不允许与自来水管,暖气管,下水道管,动力电缆,照明电缆和电话线缆等敷设于一个地沟内; (4).在空旷的地带敷设瓦斯抽放管路时,应考虑未来的发展规划和建筑物的布置情况; (5).瓦斯抽放主管路距建筑物的距离大于5m,距动力电缆大于1m,距水管和排水沟大于5m,距铁路大于4m,距木电线杆大于2m; (6).瓦斯抽放管路与其他建筑物相交时,其垂直距离大于0.15m,与动力电缆,照明电缆和电话线大于0.5m,且距相交建筑物2m范围内,管路不准有接头.第三节泵站管路安装一、泵站管路安装在抽放泵站房间中央并列布置2台抽放泵30m3/min45kw（含电机及冷却水泵等附件），整体固定在混凝土基础上。抽放站一间安装2台馈电开关200A1140V(660V)、2台真空低磁力启动器，2台气水分离器及联接管道照明变压器和控制开关等电器设备，此外一间作为观测值班室，抽放泵站房间下面安装一个水池，与抽放泵站房间的水管管路构成闭式循环供水系统。抽放泵站房间中安设二个横向的起吊梁，便于设备的安装和检修。抽放泵之间采用并联方式，即可独立运营其中一台，也可根据抽放需要实现两台并联运营。泵站进、排气管路为直径Φ150的薄壁钢管，进气管安设有孔板流量计；泵站进气端设立除污箱装置，主进和主排气管之间设有一个旁通阀门，用于瓦斯泵启动时的负压调节；每台瓦斯泵的进气、排气管均安设有蝶形控制阀门，用于启动或隔断瓦斯泵与抽放管路系统的联系。二、泵站给排水泵站给水：瓦斯泵采用开式供水系统，正常情况下二台瓦斯泵一台运营，一台备用，必要时两台泵同时工作。运营时要对供水系统进行适当改造软化水质，配备自动供水装置和积水池构成闭式循环供水系统，可减少用水量，并便于使用软化水装置或软化水药物，也有助于施工，同时便与泵站水池的保暖。抽放泵站用水取自煤矿的供水管路，泵站内安设Φ50钢管作为供水总管。各瓦斯泵分别使用Φ25软管作为泵体供水，使用Φ20软管作为泵端轴密封环供水。泵站排水：由瓦斯泵气水分离器排出的水，经泵站内Φ50排水管流入地下积水池，沉淀后通过自动供水装置经Φ50供水管供应运转的瓦斯泵，形成循环供水。适当控制泵站供水量，减少或消除积水池富裕水量，实现节约用水。三、附属装置 为了掌握各抽放地点的瓦斯涌出量,瓦斯浓度的变化情况,便于调节管路系统内的负压和流量,在管路上应安装阀门,流量计和自动放水器等附件.除此之外,在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆,防回火装置及放空管等. （1）.阀门 瓦斯抽放管路和钻场连接管上均应安装阀门,重要用来调节和控制各抽放点的抽放量,抽放浓度和抽放负压等. (2)放水器 在抽放管路系统最低点安装人工或自动放水器,及时放空抽放管路中的积水,提高系统的抽放效率.在排气端低凹处安装正压放水器. 为减少瓦斯抽放成本,建议使用正压自动放水器(如图4-1,图4-2).和负压自动放水器.1–钢管;2–闸阀DN25.图4-1人工负压放水器(也可以作正压放水器用)图4-2负压自动放水器安装示意图卧式,(b)立式.1–瓦斯管路;2–放水器阀门;3–空器入口阀门;4–放水阀门;5–放水器;6-法兰盘.抽出的瓦斯排放至地面,还必须安装防爆,防回火装置,放空管,避雷线等.(3).计量装置及抽放参数测定 在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安装一套WYS型管道气体参数监测仪(公司产品),计量各支管的瓦斯流量.在抽放系统的主管道和各支管上安装一套WYS型管道气体参数监测仪,计量整个抽放系统的瓦斯抽放量.应用便携式孔板流量计测定单孔瓦斯流量. 也可以使用板流量计来测定管道中气体的流量.在使用孔板流量计时要注意孔板与瓦斯管道的同心度,不能装偏.在钻场内使用孔板流量计时,应保证孔板前后各1m段平直,不要有阀门和变径管.在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时,应保证孔板前后各5m段平直,不要有阀门和变径管. 测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计,测定抽放管路中的抽放负压可采用水银计,抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器. 孔板流量计两侧的测压孔使用胶管分别与U形压差计(煤矿自备,长800mm)连接.根据水银压差计测定的负压,压差和高浓度瓦斯检测仪监测的抽放管路内的瓦斯浓度就可以通过公式来计算瓦斯抽放量. 除孔板流量计外,也可以使用煤气表或瓦斯抽放管道监测系统作为流量测量装置.煤气表的量程应根据预计的单孔瓦斯流量拟定.一般地本煤层预抽钻孔使用J2.5型煤气表,其最大允许的瓦斯流量为66L/min,最小流量在1L/min以下.仪器的重要特点是:1).仪器自身自带涡街量传感器,自成一体,无需此外配备孔板,均速管道或皮托管,流量系数直接固化在软件中,用户无法改变,这可避免因输错系数而导致测定数据不准确的问题.2).使用方便.用户只需要软管与仪器连接好既可进行测量工作.3).阻力损失小,对气体流场影响小.4).稳定可靠,测量精度高.第四节泵站供电抽放泵站由矿变电所供电，根据瓦斯泵电机功率和泵站用电设备的配置情况，应重新核定变电所供电能力。在变电所供电能力符合供电需要时，增设两台低压总馈电开关，对抽放泵站独立双回路供电。泵站供电主电缆截面应不小于Φ95mm，电压380V。泵站内设立低压总馈电开关两台，用于泵站总供电控制；设立二级馈电开关二台，分别控制二台瓦斯泵的供电；真空磁力启动器二台，用于二台瓦斯泵的开、停操作；设立水泵控制开关（磁力启动器）一台，用于水泵开、停操作；设立泵站照明系统（含馈电开关、干式变压器、矿用防爆灯和电缆等）。第五节泵站瓦斯监测及抽放参数测定瓦斯抽放泵站属于重要机电抽放泵站房间，在泵站安设通讯电话一部，用于及时向矿调度室反映设备运营情况、瓦斯抽放参数变化情况。一、泵站瓦斯监测在抽放泵站抽放泵站房间内设立矿井安全监测的瓦斯监测点（传感器），对泵站空气中的瓦斯浓度进行不间断监测，报警浓度符合《煤矿安全规程》第168条规定“≥0.5%CH4”。在抽放泵站排放瓦斯管路的下风外，设立矿井安全监测的瓦斯监测点（传感器），对瓦斯管路下风外的空气中瓦斯浓度进行不间断监测，测定值符合《煤矿安全规程》第168条规定“报警浓度≥1.0%CH4，断电浓度≥1.0%CH4，复电浓度＜1.0%CH4”。在泵站抽放瓦斯的输入管路中，安设WGC型瓦斯抽放管道参二、抽放参数的人工测定瓦斯抽放泵站的设备运营参数、抽放参数要定期进行人工测定，以便掌握设备运营状况和抽放效果，并作为瓦斯抽放计量的基础数据。泵站设备的运营参数为：供电电压、电机工作电流、电机和瓦斯泵壳体温度、泵的排水温度等；抽放参数为：抽放瓦斯浓度、抽放系统负压、管道气体流量（孔板流量计压差）。

第八章投资概算及人员组织第一节投资概算一、设备器材投资概算所需设备器材及费用见下表。不涉及工程安装费用，青海门源人头沟一矿建设地面瓦斯抽放泵站，表1-7 设备器材费用概算设备器材名称生产设备厂家规格型号单位数量单价(万元)费用(万元)备注水环式真空泵山东水环泵ZBEZ62台222.645.2含电机馈电开关DW-250台21.603.20磁力启动器QJZ-315台21.8503.7馈电开关DW-200台11.151.15磁力启动器QJZ-200台11.601.60照明综保开关BZX-4(2.5)台10.650.65自动供水装置Zd23.123台10.840.84照明电缆米2000.0030.60动力电缆95m2×4米2000.0285.60通讯电缆米5000.00160.80防爆电话台10.0480.048矿用防爆灯个50.0280.09抽放管道参数仪套23.156.30蝶形空气阀门个80.161.28普通水阀门个80.0080.048薄壁钢管φ200×5米3000.02750.825钢管φ50米1000.0060.06橡胶软管φ25米1000.00250.025孔板流量计Φ200套20.661.32水池4m3座10.26026管道负压放水器FFS台40.321.28管道正压放水器CWG-ZY台20.160.32煤矿用瓦斯抽放钢丝骨架管Φ150×6米5000.023811.90煤矿用瓦斯抽放钢丝骨架管φ100×6米5000.0189.00三通Φ200个50.0020.02三通Φ150个100.00180.018甲烷浓度传感器0~4%台20.220.44甲烷浓度传感器0~100%台10.650.65管道温度传感器0~100台10.420.42自动补偿装置KJGL台12.762.76防回火装置KL12台20.861.80水封式防爆装置KFB200台21.282.60全液压坑道钻机KZDS-1200台126.3226.32三棱专用钻杆配套增长米1000.0686.80钻孔瓦斯涌出速度测量装置ZWS-1套11.261.26瓦斯钻孔封孔器KGK700套500.1869.30混凝土基座1000×1800个100.0860.86瓦斯钻孔液JAZ组1000.0380.38专项设计费次16.006.00其他费用批126.0026.00合计193.899

二、抽放泵站房屋工程费用概算抽放站房屋工程涉及泵站抽放泵站房屋、设备基础、水池、费用概算见表4，泵站房屋工程费用概算共计19.60万元。表4 抽放泵站房屋工程费用概算工程名称规格型号单位数量单价(万元)费用(万元)抽放泵站房屋15m2X3m260m20.26816.08泵站设备基础砼基础m320.581.16水池砼、砖结构4m3座10.360.36围墙及起吊横梁砖混及钢构122.00合计19.60第二节机构组织和人员配备一、组织机构：青海省门源人头沟煤矿专业防突和抽放机构尚未健全，技术人员比例较低。建议矿井成立专业的防突和瓦斯抽放队伍，成立技术管理科室或部门，配置瓦斯抽放和打钻装备，培训技术管理人员和技术工人，引进技术、提高水平，尽快适应矿井抽放系统的瓦斯综合治理需要。二、人员配备：瓦斯抽放泵站配备操作人员（瓦斯泵司机）应不少于6人，抽放管路巡回检查维护和观测人员（管路巡检工）应不少于8人，抽放钻孔施工及封孔人员（打钻工）应不少于10人（2台钻机），此外要对技术人员、管理人员和机电、机修人员适当配备,。特种作业人员应当按照国家有关规定，通过专门的安全作业培训，经考核合格持证上岗。第三节环节保护矿井瓦斯的重要成份为CH4和N2,不含硫化物和其他有毒物质,是一种洁净的优质能源.当其与水体接触时,不会产生新的污染.瓦斯是气体燃料,不含灰份,也没有硫化物,燃烧后不产生粉尘.与燃煤相比,可减少SO2排放量,飞灰,炉灰运送量,提高矿区大气的洁净度.因此,抽放瓦斯并加以运用,对保护环境是十分有利的.假如把抽出的瓦斯直接排入大气,则对大气环境产生温室效应.所以有条件时尽量对抽出的瓦斯加以运用.抽放工程对环境的影响重要是水环式真空泵和电机产生的噪声.真空泵采用循环供水,可减少对环境的影响.一、污染防治措施 噪声治理重要考虑声源控制,具体措施如下:值班室与瓦斯泵房隔开,内墙表面采用吸声设计,以保证值班室内噪声低于规定规定值,减少噪音对值班人员的危害.循环泵采用可曲挠橡胶接头防噪.二、抽放站绿化 绿化在防治污染,保护和改善环境方面起着特殊重要的作用.它具有较好的调温,调湿,吸灰,吸尘,改善小气候,净化空气,减弱噪声等功能.在泵站周边种植速生,高大,树冠丰满的树种,设立绿化带,减少噪音和净化空气.

第九章重要安全措施为了保证抽放系统安全工作，除了在抽放泵站站址选择、建筑设计、抽放泵站各大系统建设等均应按照设计规定执行安全措施，还应在抽放泵站、管路安装、钻孔施工中遵循下列安全措施。第一节安全技术措施1.在瓦斯抽放系统运营前,必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面细致的检查,涉及水电闭锁,风电闭锁,供水和排水系统等;2.瓦斯抽放泵运营前,应在负压侧低洼点安装负压放水器;3.管路在使用前用压风冲刷,安装过滤网;4.瓦斯抽放泵在运营过程中,抽放泵司机应认真观测运营情况,做好记录,发现异常即使解决,并向调度室报告;5.应保证有取得合格证的专门瓦斯抽放泵司机值班;6.加强抽放地点的管理;7.抽放地点设立专门的记录牌,记录瓦斯抽放数据;8.瓦斯抽放泵50m范围内,不得有明火,不得有易燃,易爆物品,并配置4支干粉式灭火器和不少于0.5m3的黄砂;9.加强瓦斯抽放泵管路检查的维修;10.加强瓦斯抽放泵室的检查和管理,必须配备:《抽放泵司机岗位责任》，《抽放泵司机操作规程》，《瓦斯抽放管理制度》，《抽放系统图》，设备运营记录等;11.非工作人员不得进入瓦斯抽放泵室;12.瓦斯抽放泵的操作程序为:启动:检查—供水—启动泵站—检查运营方向—检查水位—启动电机—打开阀门.停泵:关闭闸门—停电机—停水.第二节钻机操作规程1.在钻机搬运过程中,应当防止因碰撞而损坏机械部件和油管,在上下上提高时应编制相应的安全措施.散件运送时,保护好油管及螺纹接口,防止杂物进入;2.进入工作地点后,选好适当位置将机架放到最低点,然后将动力头部分起吊到机架上方,用螺栓固定在机架上,调整好放位角,用立柱锚固机架;3.接通电源.开机前,先检查整体安装是否符合规定,检查盘动电机,液压系统连接是否对的,如发现问题及时解决,启动系统进行试运营,检查有无漏油现象;4.按钻机说明书的操作程序进行钻孔施工;5.操作人员应穿戴整齐,站在钻机侧面,不能与给进方向成一直线;6.在钻孔过程中如碰到喷孔应立即停止钻进,待喷孔结束后再慢速给进;7.在回风区域或掘进工作面进行钻孔施工时,应定期检测瓦斯浓度,同时应在钻机5m以内的回风侧悬挂便携式瓦斯检测仪.施钻地点的瓦斯浓度应低于1%,否则不准送电开机;8.每班开机前均要全面具体检查设备各部件的完好情况,运营中轴承,油泵,电动机等温度不得超过60ºC,计划否则停机解决;9.钻头,钻杆的拆卸时,不要敲打,以免损坏接头部位的梯形口;10.加强钻机的维护检修,每班对运动部件进行注油,特别是对要六方轴进行润滑,并定期清洗或更换过滤器;11.每班工作完毕后,要检查设备,做好交接班工作,将开关锁闭后方能离开现场.第三节瓦斯抽放泵司机作业操作规程1.瓦斯抽放泵司机必须通过专门技术培训,并掌握瓦斯泵的结构,性能,可以进行一般维护保养及故障解决.经考试合格,持证上岗;2.瓦斯抽放泵司机负责开,停泵,及平常维护管理和运营参数的调整,记录工作,并定期向矿井调度室报告;3.检查泵站的进出风气门,循环气门,配风气门,放空气门和运用气门,保证其处在正常工作状态;4