矿井瓦斯抽采系统计算及设备选型

矿井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、管路敷设及安装的要求1、抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短。地面埋设的无缝钢管瓦斯管道必须进行防腐处理；采用矿用聚乙烯塑料管作抽采管的必须要与其它管道有明显的区别标志。2、抽采管路设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽采瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m。3、主管、干管、支管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置。4、抽采钻场、门框架、低洼、温度突变处及沿管路适当距离（间距一般为200m～300m，最大不超过500m），应设置放水器。5、在抽采管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。6、抽采管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与安装地点的管径相匹配。7、主管上的阀门应设置在井下主要分区点，确保每点进行撤安管路时，不影响其它区域的正常抽采，并便于人员操作。8、抽采管路应根据巷道保持一定的坡度，一般不小于3‰的流水坡度。9、凡遇跨越巷道时，抽采管路安装设置门框架，门框架设置要求以不影响行车，行人为准。10、管路要托挂或垫起，吊挂要平直，拐弯处设弯头，不拐急弯。管子的接头接口要拧紧，用法兰盘连接的管子必须加垫圈，做到不漏气、不漏水。11、在倾斜和水平巷道中安设管路时，必须先安管子托架，管托架间距不大于10m，要接好一节运一节，并把接好的管子用卡子或8～10号铁丝卡在或绑在预先打好的管子托架上。12、在有电缆的巷道内铺设管路时，应铺设在电缆的另一侧，严禁瓦斯管路与电缆同侧吊挂。13、新安装或更换的管路要进行漏气和漏水实验，凡漏气和漏水的不能使用。拆除或更换瓦斯管路时，必须把计划拆除的管路与在使用的管路用闸阀或闸门隔开，瓦斯管路内的瓦斯排除后方可动工拆除。14、地面敷设管路及附属设施除符合井下管路的有关要求外，尚需符合下列要求：⑴冬季寒冷时应采取防冻措施；⑵瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设；⑶瓦斯管路不充许与自来水管、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；⑷在空旷的地带敷设瓦斯管路时，应考虑未来的发展规划和建筑物的布置情况；⑸瓦斯主管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1.5m，距铁路大于4m，距木电线杆大于2m；⑹瓦斯管路与其它建筑物相交时，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，且距相交构筑物2m范围内，管路不准有接头。二、地面管路安装抽采管（地面部分）防腐技术要求：1、抽采管防腐技术要求：先在地面进行除锈，清扫干净后刷两遍防锈漆，一遍红色面漆，并在地面晒干48h后，才能进行安装，安装完毕后，再补刷一次红油漆。2、需埋设地下的抽采管防腐技术要求：先在进行除锈，清扫干净后，刷二遍沥清，2~3h后再用沙布包裹，然后再刷一遍沥清。并在地面晒干48h才能安装，安装完毕后，再进行补刷一次沥清后进行埋设。3、地面部分（井口至抽采泵站）抽采管采用DN250无缝钢管。采用混凝土筑柱墩方式沿进瓦斯抽采泵房简易公路上侧安装，且每个柱墩预埋Ф40mm的圆钢作为基础。每个柱墩的斜面在一个平面上且中心线必须在一条直线上，柱墩基础掏槽见硬底。砖墩的规格（长×宽×高）为700×600×600mm。三、井下管路安装本矿井安排对一采区的采煤工作面、采空区管路安装如下：1、井下沿主平硐、+850m运输大巷、集中人行上山、+950m运输大巷、一采区人行上山敷设DN250PE主管，采用锚圈吊装抽采管。2、沿一采区回风石门、人行上山联络石门敷设DN150、DN125PE干管采用锚圈吊装抽采管。3、一采区中工作面运输巷、回风巷抽采支管使用DN100、DN125PE支管，采用8号铁丝吊挂抽采管，铁丝吊挂的间距为5.0m，铁丝捆在金属支架上吊挂PE管，并且牢固。三、管径计算及管材的确定瓦斯抽采管路是决定抽采投资和抽采效果的重要因素。瓦斯抽采管路直径的选择根据抽采管路服务的范围和所负担抽采量的大小，以管路中的最大混合瓦斯流量为依据，并且安全、经济流速宜控制在5m/s～15m/s之间，其管径按下式计算：D=145.7×(Q÷V)1/2式中：D—瓦斯管内径，mm；Q—瓦斯管内最大混合瓦斯流量，m3/min；V—管内气体合理平均流动速度，m/s；按照大管径流速取大值、小管径流速取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速。设计矿井瓦斯抽采总量5m3/min，由于考虑到后期深部水平延伸时，可能会增加瓦斯抽采总量、抽放管路加长等因素。设计管路流速取允许流速10～15m/s的中间值，以后若瓦斯抽采总量增加、抽放管路加长，还可通过提高管路流速来满足系统扩能。因此，本矿井管路、设备选择暂按矿井瓦斯抽采总量5m3/min、管路流速10m/s为依据进行计算。抽采瓦斯管径计算结果见表6-1-1。表6-1-1地面永久抽采瓦斯系统抽采管径计算结果表管路名称纯瓦斯流量m3/min瓦斯浓度%混合瓦斯流量m3/min气体流速m/s管道内径mm备注主管53016.6710188.12地面及井下主管（布置于地面、主平硐、运输大巷）干70采空区干管（布置于回风石门）干管22306.6710118.99机巷本层抽采干管（布置于人行联络石门）支管11.530510103.03采空区支管（布置于各工作面回风巷）支管21303.331084.08机巷本层抽采支管（布置于各工作面运输巷）四、管材选择经计算得主管D≥188.12mm，干管（1）D≥145.70m，干管（2）D≥118.99m，支管（1）D≥103.03m，支管（2）D≥84.08m。根据计算的出的管道内径，确定抽采管井下选用具有煤安标志的、抗静电、阻燃、抗腐蚀的PE管。其抽采管道型号为：主管DN250（布置于主平硐、运输大巷、集中上山）、干管（1）DN150（布置于回风石门）、干管（2）DN125（布置于人行联络石门），支管（1）DN125（布置于工作面回风巷，用于采空区抽采）、支管（2）DN100（布置于工作面运输巷，用于机巷顺层抽采）。地面主管选用DN250抗酸性腐蚀的无缝钢管。瓦斯抽采孔内埋管选用具有煤安标志的抗静电、阻燃的DN40胶管，每根长10m。五、管路阻力计算管路阻力计算应选择抽采系统服务年限内一条阻力最大的管路进行计算。根据该矿井开拓布置，采到矿井三采区的边界采面作为计算矿井瓦斯管路最大阻力，预计最长抽采路线负压端管路长5000m（其中地面段预计600m），局部阻力以管道总摩擦阻力的15%计，钻场负压取25000Pa。⑴管道摩擦总阻力计算管道摩擦阻力采用下式计算，其管道摩擦阻力计算结果见表5-3-1。H=9.8L(Q/C)2△/K0D5式中：H—管路阻力，Pa；L—管路长度，m；Q—瓦斯流量，m3/h；C—瓦斯抽采浓度；△—混合瓦斯对空气的相对密度取0.866；K0—系数，取值见表6-4-3；D—管材内径，cm；表6-1-2抽采管路直管阻力计算表管路名称△Q(m3/h)C(％)Q混（Q/C）(m3/h)D(cm)K0L(m)H(Pa)主管0.866300301000250.7239004707干管10.86618030600150.713501983支管10.866903030012.50.689003313干管20.8661203040012.50.682001309支管20.8666030200100.639004850合计最大500010866表6-1-3管路系数K0值表管径(mm)3240507080100125150＞150D0.50.510.530.560.580.630.680.710.72从表6-1-3中可以得出，矿井抽采管道的摩擦阻力为：H摩=4707+1309+4850=10866Pa。⑵局部阻力损失计算管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则抽采管路系统的局部阻力损失为：H局=H摩×0.15=10866×0.15=1630Pa⑶总阻力损失计算H总=H摩+H局=10866+1630=12496Pa第二节抽采设备选型计算一、瓦斯流量计算瓦斯泵流量应能满足抽采瓦斯系统服务年限内最大抽采量的需要。瓦斯泵流量按下式计算：Q泵=·K式中：Q泵—瓦斯抽采泵的额定流量，m3/min；Q—最大抽采瓦斯纯量，m3/min；C—瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，为30%；η—瓦斯泵的机械效率，取80%；K—瓦斯抽采综合系数，取K=1.2。=25m3/min二、瓦斯泵压力计算瓦斯泵压力必须能克服抽采管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压，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—抽采管路总阻力损失，H总=12496Pa；H孔—抽采钻孔所需负压，取H孔=25000Pa；H正—瓦斯泵出口正压，取H正=4000Pa；K—抽采备用系数，取K=1.2。H泵=(12496+25000+4000)×1.2=49795Pa三、真空度计算YZ=H泵÷101.3×100%式中：YZ—真空度，%H泵—矿井抽采负压，kPaYZ=(49.795÷101.3)×100%=49.16%四、瓦斯抽采泵的确定根据以上计算出的所需瓦斯抽放泵应满足的各个参数，并对照抽放泵的“气量曲线、轴功率曲线”，本次设计确定选2台2BE1-303-0型水环式真空泵（一台运转、一台检修备用）。该系列泵为单级单作用结构形式，具有结构简单，维修方便，运行可靠，高效节能，高抗腐蚀的优点。其所选泵的性能参数见表6