神角矿井下移动抽采系统研究

本科论文摘要瓦斯抽放是预防和控制瓦斯灾害的基本方法之一。有效的气体排放系统是确保排放效果的前提。因此为矿井设计一个完整有效的井下移动抽采系统是非常必要的。本文基于对神角矿业的概况，设计研究了一套完整的井下移动抽采系统，结合神角矿业的实际情况及生产运行规律建立了一套完整的井下移动抽采系统，对有效解决该煤矿的瓦斯抽采，对保障该煤矿的安全生产具有重要意义。通过对神角煤业2号煤层的瓦斯实际含量检测得出的结果，该煤矿属于低瓦斯煤矿，开采2号煤层时回采工作面瓦斯涌出以开采层为主，邻近层为辅。神角矿业瓦斯的赋存规律是由地质，地理等因素综合作用的结果。本次设计只考虑回采工作面上隅角瓦斯抽采，结合神角煤业煤层赋予瓦斯来源等特点，采用采空区插管的抽采方法，负压区域主要形成在工作面的顶空采空区，从而使该区域中积聚的高浓度气体从管道中排出，从而减少了该区域中气体向上角的扩散并防止了上隅角气体积累超过限制。通过对神角煤业矿井瓦斯抽采系统分析，计算该矿井的瓦斯涌出量并采取有效的瓦斯抽采方法，为神角煤业提供了可行性的方案，也对类似矿井瓦斯抽采设计提供了参考依据。关键词：瓦斯抽采；涌出量；安全AbstractGasdrainageisoneofthefundamentalwaystopreventandcontrolgasdisasters.Anefficientgasdrainagesystemisaprerequisiteforensuringthedrainageeffect.Atpresent,allminesinChinahavegasextractionsystems,soitisnecessarytodesignacompleteandeffectiveundergroundmobileextractionsystemformines.BasedontheoverviewofShenMining,thispaperdesignedandresearchedacompletesetofundergroundmobileextractionsystem,combinedwiththeactualsituationofShenMiningandtheproductionandoperationrules,establishedacompletesetofundergroundmobileextractionsystemtoeffectivelysolvethecoalmineThegasextractionisofgreatsignificancetoensurethesafeproductionofthecoalmine.ThroughthedetectionoftheactualgascontentofNo.2coalseaminShenCoalIndustry,thecoalmineisalow-gascoalmine.WhentheNo.2coalseamismined,thegasinthecoalminingfaceisdominatedbythemininglayerandtheadjacentlayersaresupplemented.TheoccurrenceruleofgasinShenMiningIndustryistheresultofthecombinedactionofgeologyandgeography.Thisdesignonlyconsidersthecornergasdrainageintheworkingface,combinedwiththecharacteristicsofthegassourceendowedbythecoalseamofShenCoalIndustry,thedrainagemethodofthegoatintubationismainlyusedinthecorneroftheworkingface.Anegativepressurezoneallowsthehigh-concentrationgasaccumulatedinthisareatobedischargedfromthedrainagepipeline,reducingthediffusionofgasinthisareatotheuppercornerandpreventingtheaccumulationofgasintheuppercorner.ByanalyzingthegasextractionsystemofShenCoalMine,calculatingthegasemissionofthemineandadoptingeffectivegasextractionmethods,itprovidedafeasibleschemeforShenjiaoCoalIndustry,andalsodesignedgasextractionforsimilarminesProvideareferencebasis.Keywords：gasdrainage；gushingamount；safety目录第1章矿井概况 11.1矿井概况 11.2位置与交通 11.3自然地理 11.3.1地形、地貌及河流 11.3.2气象、地震 11.4矿井地质 21.4.1井田基本构造形态 31.5煤层赋存及煤质 31.5.1含煤性 31.5.2可采煤层 41.5.3煤质 41.6瓦斯、煤尘和煤的自燃 51.6.1矿井瓦斯情况 51.6.2煤尘爆炸性及煤的自燃倾向性 61.7矿井开拓与开采 61.7.1开拓与开采方式 61.7.2采煤方法 6第2章瓦斯涌出量预测 72.1煤层瓦斯基础参数 72.2瓦斯涌出量预测 72.2.1影响煤矿瓦斯排放的主要因素 72.2.2瓦斯涌出量预测方法 82.2.3预测条件 82.2.4回采工作面瓦斯涌出量预测 92.3工作面瓦斯来源分析 11第4章抽采管径阻力计算 184.1抽出管路布置及选型 184.1.1瓦斯抽采管路系统的选择原则 184.1.2瓦斯抽采管径选择 184.1.3瓦斯管的连接方式 194.1.4管路敷设及附属装置 194.2抽采设备布置及选型 214.2.1选型原则 214.2.2抽采泵流量计算 214.2.3瓦斯抽采泵压力计算 214.2.4瓦斯泵真空计算 23第5章瓦斯抽采泵选型 245.1瓦斯泵选型 245.2瓦斯抽采泵站主要附属设施 255.3抽采管路、设备的安装要求 265.4瓦斯抽采泵站 26第6章结论 28参考文献 29本科论文第1章矿井概况1.1矿井概况山西乡宁焦煤集团神角煤业有限公司（以下简称神角煤业）位于乡宁县城东北约30km处的台头镇北神角村东约1km处，行政区划隶属于乡宁县台头镇管辖。地理坐标为：东经111°04′00″-111°05′40″，北纬36°07′13″-36°08′51″。该煤业采煤工作面瓦斯涌出的预测结果为3.3m3/min，是一种低瓦斯矿，不符合“煤矿瓦斯抽放设计标准”规定建立瓦斯抽放系统的条件。但是，由于采煤工作面采用“U”型通风系统，工作面的上角容易出现瓦斯超限的问题。为了解决局部瓦斯问题，进行了瓦斯防治工作，以确保工作面的安全开采。决定采取瓦斯抽采措施，建立抽采系统。1.2位置与交通该企业位于乡宁县东北方向。该矿有一条通往东南的柏油路，直接通往宁县台头乡。从临台头镇东部到临汾市，原煤通过大同至运城二级公路，大同至运城公路，南通铺铁路临汾站和襄汾站运往全国。交通条件良好，交通便利。1.3自然地理1.3.1地形、地貌及河流企业中的矿井在山西省吕梁县南侧，地势很不平坦，地形及其复杂，谷大部分为“V”形。最高点高程为+1592.00m，最低点高程为+1220.50m，相对高度差为371.50m。属于强烈侵蚀的中低山区。该地区的地表水属于黄河流域。该地区没有河流，只有季节性流水在沟壑中流动。总体来说，台头沟和河底沟四季干枯。1.3.2地震根据有关资料，近一百年来，该地区没有发生过大破坏性的地震。根据国家《建筑物抗震设计规范》，该地区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。图1-1神角煤业交通位置图1.4矿井地质根据《山西省乡宁县台头乡深交煤矿地质报告》中所述的地质钻探数据，该矿田地层具有以下特征：表1-1矿井特征奥陶系中统峰峰组（02f）本井田内无探岩溶孔，据台头镇附近1101号孔揭露，地层厚120.00m，以层状白云质灰岩及灰色白云岩为主下统山西组从K7砂岩的底部到K8砂岩的底部，是井田主要的含煤地层之一，地层厚度为21.28-30.65m，一般为25.66m。含煤4-5层，其中2号煤层位于山西组中段。是整个地区稳定的煤层。1号和3号煤层是部分可开采，属于不稳定煤层。1号煤层是不可开采煤层三叠系刘家沟组井田北部出露刘家沟组地层，—般厚度为119.00m，岩性以灰红色、紫红色砂岩为主，夹紫红色粉砂岩和泥岩第四系新统以黄土为主，零星出露于山坡、山梁之上；全新统以洪积、冲击砂砾层为主，分布于谷底，不整合覆盖于下伏各时代地层之上。厚度0～23.73m，平均为5.52m1.4.1井田基本构造形态整个矿场的基本结构形式是趋于西北的单斜结构。根据钻探数据，巷道暴露数据和表层岩层的发生，煤层的倾角为8°-10°。在井场中未发现诸如俯冲的火成岩和塌陷柱等地质条件。综上所述，根据相关规定该地的结构属于简单型。1.5煤层赋存及煤质1.5.1含煤性（1）含煤性该矿可开采的部分为统山西组，山西组（P1s）包含4层煤（第一，第一，第一，第二和第三煤层），平均总厚度为5.41m，含煤系数为20.5％。太原组（C3t）包含5层煤（7、7层、8、9、10），平均总厚度为4.38m，含煤系数为6.59％。其中：2号，3号和10号煤层是全区稳定可采煤层，1号煤层是局部可采煤层。5层不可开采的煤层：1号煤层，1号煤层，7号煤层，7号煤层，8号煤层和9号煤层。1.5.2可采煤层表1-2可采煤层1号煤层上部距离K80.1-1.08m，平均0.55m，煤层总厚度0-2.26m，平均1.07m，部分煤层结构简单，相对稳定，屋顶细砂岩，粉砂岩，砂质泥岩和泥岩占主导地位。底板主要由泥岩，粉砂岩，砂质泥岩和细粒砂岩组成。1号煤层仅存在井田东部有部分赋存，基本上位于2号煤层的采空区2号煤层1号上煤层为0.71-9.96m，平均为3.99m，煤层厚度为2.15-3.83m。它包含1-3层夹矸。夹矸由碳质泥岩或泥岩组成。煤层的结构相对简单，为全区稳定可采煤层。顶板主要由泥岩和细砂岩组成，少量中砂岩和粉砂岩组成。底板主要由泥岩，粉砂岩和碳质泥岩组成，少量为细砂岩。3号煤层2号上煤层为1.18-2.25m，平均为1.67m，煤层总厚度为0.86-1.25m，平均为1.08m。它不包含夹矸。属全区稳定可采的煤层。顶板是粉砂岩，菱铁矿泥岩，泥岩和砂质泥岩夹层，底板是粉砂岩，细粒砂岩，泥岩和中型砂岩。10号煤层距3号上煤层为51.78-69.00m，平均为60.26m，煤层总厚度为2.39-3.42m，平均为2.88m，煤层为0-2层。顶板和底板都是泥岩、粉砂岩、砂岩泥岩和炭质泥岩。属于全区稳定可采煤层。底板是含铝泥岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和铝泥岩1.5.3煤质（1）煤的工业用途精煤回收率中等，是很好的动力用煤，部分煤炭经洗选后可作为炼焦配煤。表1-3可采煤层特征一览表地层煤层号煤层厚度煤层间距结构稳定性可采性顶板岩性—————底板岩性最小―最大————平均（m）最小―最大————平均P1S10-2.26————1.070.71-9.96—3.99简单1~2较稳定局部可采细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、细粒砂岩22.15-3.83————2.30较简单1~3稳定全区可采泥岩、细砂岩、中砂岩、粉砂岩泥岩、粉砂岩、炭质泥岩、细砂岩1.18-2.25————2.6730.86-1.25————1.08简单0稳定全区可采粉砂岩、菱铁质泥岩、泥岩、砂质泥粉砂岩、细粒砂岩、泥岩、中砂岩51.78-69.00——————60.26C3t102.39-3.42——————2.88简单0~2稳定全区可采泥岩、粉砂岩、含砂泥岩、炭质泥岩铝泥岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、铝质泥岩1.6瓦斯、煤尘和煤的自燃1.6.1矿井瓦斯情况2014年，矿井绝对瓦斯排放量为4.08m3/min，相对瓦斯排放量为2.11m3/t，煤矿工作面最大瓦斯绝对排放量为2.55m3/t。最小，且最大采掘面绝对气体排放量为0.23m3/min；识别级别为低瓦斯矿。2016年，矿井的绝对瓦斯排放量为3.07m3/min，相对瓦斯排放量为1.91m3/t；采煤工作面最大绝对气体排放量为1.55m3/min，掘进工作面最大绝对气体排放量为0.29m3/min。识别级别为低瓦斯矿。2018年，矿井的绝对瓦斯排放为3.52m3/min，相对瓦斯排放为1.84m3/t；采煤工作面最大绝对气体排放量为1.72m3/min，掘进工作面最大绝对气体排放量为0.20m3/min。识别级别为低瓦斯矿。1.6.2煤尘爆炸性及煤的自燃倾向性在开始开采前，对该矿的煤尘基本性能进行分析，火焰长度为15m，可用于抑制40%的煤尘爆炸，在分析结果中显示，该2号煤层有爆炸性危险。该煤矿二号煤层的吸氧量为0.6600cm3/g，自燃倾向等级为Ⅱ。它的第二号煤层是自发性煤层。1.7矿井开拓与开采1.7.1开拓与开采方式神角煤矿目前采用斜井开发方式，在矿山工业现场布置了主斜井，副斜井和回程竖井三个主轴。主斜井：主要分析对井下原煤进行提升，同时兼做进风井。辅助斜井：对矿井的其余设备、材料等进行提升，改斜井既可以做进风井也可以做出风井。回风井：负责整个矿业工作的回风任务及兼做安全出口。根据开拓方式，全井田初期共布置一个水平开采2号煤层，水平标高为+1010m。矿井服务年限为16.94a，其中2号煤层服务年限为8.20a。1.7.2采煤方法二号煤层采用综采一次采全高采煤法，顶板采用全部垮落法管理。该矿井共有三个工作面，分为一个综采工作面和两个掘进面，以确保矿山的生产能力和正常的生产顺序。采矿比例为1：2。根据采掘工程平面图，矿井在东采区南侧有四个工作面的采空区（2006-2007年），北侧有2102、2106、2108工作面采空区（2008-2012年）及2105工作面（开采接近尾声），在井田的西南角有1999-2005年的采空区，除此外全为实体煤[4]。

第2章瓦斯涌出量预测2.1煤层瓦斯基础参数本次设计所依据的煤层瓦斯基础参数数据取自“山西乡宁焦煤集团神角煤业有限公司2号煤层瓦斯涌出量预测”。表2-12号煤层井下实测瓦斯含量结果（山西省煤炭工业局综合测试中心）煤层测定地点坐标地面标高（m）底板标高（m）埋深（m）原煤瓦斯含量（m3/t）XY2号煤层2104回风顺槽200m处195081603900900156010255352.952104回风顺槽550m处195081603901250156510105553.022104皮带顺槽300m处195082753901080151510204952.542108回风顺槽口处195077003900700141010243862.132.2瓦斯涌出量预测设计中涉及的瓦斯涌出量预测内容取自“山西乡宁煤业集团神教煤业有限公司二号煤层气排放量预测”（山西煤业局综合检测中心，2011年11月）。2.2.1影响煤矿瓦斯排放的主要因素气体排放主要与以下两个因素有关：自然因素和采矿技术因素（1）煤层及围岩瓦斯含量煤层（包括可开采的和不可开采的煤层）和围岩中的瓦斯含量是决定气体排放的因素。气体含量越高，气体排放量越大。（2）采矿规模对于矿山，采矿规模越大，矿山的绝对气体排放量就越大，但就矿山的相对气体排放而言，情况就更加复杂。如果煤矿通过改善采煤工艺和增加工作面的单位产量来增加产量，则相对气体排放量将显着降低，原因如下：首先，气源的气体排放与煤层气无关。开采面和产量增加时增加没有明显的增加；第二，随着开采速度的加快，相邻层和开采的煤中的残留气体量将增加。如果煤矿仅通过扩大采矿规模来增加产量，则煤矿的相对瓦斯排放可能保持不变或增加。煤矿开采方法的回收率越低，气体排放量就越大，因为损失的煤炭中所含的大部分气体仍会进入巷道[1]。2.2.2瓦斯涌出量预测方法矿井瓦斯涌出量预测主要有两种类型：一种是基于数学统计的矿井统计方法；另一种是基于数学统计的矿井统计方法。另一种是以煤层气含量为基本参数的气源预测方法。统计预测方法是一种传统的预测方法。可以根据气体排放统计定律估算预测区域的气体排放量。源预测方法的原理是：根据瓦斯含量和矿井瓦斯涌出的源-汇关系，利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，结合煤层的产生条件和开采技术条件，确定瓦斯涌出量。计算可以达到预测矿区和矿井瓦斯排放量的目的[2]。矿井瓦斯涌出源汇关系，见图2-1。汇：矿井瓦斯涌出汇：矿井瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出源：已采采区采空区瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出源：生产采区采空区瓦斯涌出源：开采层瓦斯涌出源：邻近层瓦斯涌出源：煤壁瓦斯涌出源：落煤瓦斯涌出图2-1矿井瓦斯涌出源汇关系示意图2.2.3预测条件（1）第一矿区第二煤层，平均煤层厚度为2.30m，年产量为0.90Mt/a。（2）二号煤层采用一次采全采的方法，顶板采用全部塌方管理。采煤工作面长度为165m；开采面的开采率为95％。（3）瓦斯含量：根据开发布局和瓦斯轮廓图，第一矿区采煤工作面瓦斯含量为2.4m3/t。剩余量：取1.53m3/t2.2.4回采工作面瓦斯涌出量预测 q采=式中：q采－回采工作面瓦斯涌出量，m3/tq1－开采层瓦斯涌出量，m3/tq2－邻近层瓦斯涌出量，m3/t（1）工作面开采层瓦斯涌出量（包括围岩） q1=式中：q1—开采层瓦斯涌出量，m3/tk1—围岩瓦斯涌出系数。依据（AQ1018-2006）中附录A：全部陷落法管理顶板，取=1.30k2—考虑工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，一采区回采工作面回采率按照0.95计算，取k2=1.05k3— k3=(L-2式中：L—工作面长度；h—掘进巷道预排等值宽度，m；依据《矿井瓦斯涌出量预测方法》（AQ1018-2006）附录D中表D.1取值，h取14.2m；W0—Wc—煤的残存瓦斯含量。[开采层相对瓦斯涌出量计算，见表2-2。表2-2开采层相对瓦斯涌出量预测表

采区k1k2k3瓦斯含量（m3/t）残存量（m3/t）相对涌出量（m3/t）一1.301.050.832.41.530.99（2）邻近层瓦斯涌出量 q2=式中：q2—邻近层相对瓦斯涌出量，m3/tmi—第i个邻近层厚度，mM—工作面采高，m；Woi—第i层的原始瓦斯含量，m3/tWci—第i邻近层残存瓦斯含量，m3/tμi—第i邻近层瓦斯排放系数，取决于层间距离，可根据图2-2查取。根据《煤矿瓦斯抽采规范》（AQ1027-2006）附录A中A.3，上邻近层采动影响范围取60m，下邻近层采动影响范围取30m。图2-2邻近层的瓦斯排放率与层间距的关系曲线回采工作面邻近层的瓦斯涌出量，见表2-3。表2-32号煤层各邻近层瓦斯涌出量计算表煤层名称煤厚采厚瓦斯含量残存瓦斯含量距2号煤层的距离瓦斯排放率相对瓦斯涌出量备注mmm3/tm3/tm%m3/t1上0.552.401.537.43850.18上邻近层11.072.401.533.99860.3522.302.302.401.53开采层31.082.401.532.67800.33下邻近层合计0.86（3）回采工作面瓦斯涌出量回采工作面的瓦斯涌出量[3]，见表2-4。表2-4回采工作面瓦斯涌出量预测结果表采区瓦斯含量（m3/t）日产量（t/d）瓦斯涌出量开采层（m3/t）邻近层（m3/t）合计相对瓦斯涌出量（m3/t）绝对瓦斯涌出量（m3/min）一2.4025900.990.861.843.302.3工作面瓦斯来源分析根据回采工作面瓦斯涌出量预测结果，工作面的瓦斯涌出量构成结果，见表2-5。表2-5工作面瓦斯涌出量构成预测结果表采区瓦斯涌出区域工作面涌出量开采层邻近层一瓦斯涌出量（m3/min）3.301.771.53所占比例（%）1005446开采层瓦斯包括回采面落煤瓦斯涌出和采空区丢煤、围岩瓦斯涌出，根据式（2-2）可知：落煤瓦斯涌出量为，采空区丢煤、围岩瓦斯涌出量为。开采层瓦斯涌出量构成预测结果，见表2-6。表2-6开采层瓦斯涌出构成预测结果表采区瓦斯涌出区域开采层开采层落煤围岩、丢煤（现采空区）一瓦斯涌出量（m3/min）1.771.300.47所占比例（%）1007327第3章瓦斯抽采方法的选择3.1瓦斯抽采方法的选择依据瓦斯的抽采方式应与工作面的瓦斯充分联系，充分分析煤层的各种因素及开采的方式、布置方式等等，目前，主要的瓦斯抽采方法是：开采层的瓦斯抽采，相邻层的瓦斯抽采和采空区的瓦斯抽采。选择特定的气体排放方法时，应遵循以下原则：（1）所选的瓦斯抽放方法应适合煤层的发生，矿井巷道布置，开拓条件和开采技术条件；（2）根据气源和出水成分，应尽量采用综合抽气方法，以提高抽气效果（3）有利于减少竖井和巷道工程量，实现抽采巷道与采矿巷道的结合；（4）选择的瓦斯抽放方法，应有利于抽放巷道的布置和维护，提高瓦斯抽放效果，降低抽放费用；（5）选择的提取方法应有利于提取项目的建设，提取管线的铺设和提取时间的增加[6]。3.2瓦斯抽采方法的确定根据瓦斯抽采的必要性分析可知，神角煤业回采工作面设计风量可以满足回采风排瓦斯要求。其主要问题为受通风方式影响，回采工作面上隅角瓦斯控制难度较大。因此，本次设计只考虑回采工作面上隅角瓦斯抽采。目前，上隅角瓦斯的治理措施主要有高、低位裂隙钻孔、高抽巷、采空区埋管、插管等方法。见表3-1、表3-2。表3-1抽采方法技术对比表方案方案一：高抽巷抽采方案二：高位钻孔抽采方案三：采空区插管优点抽采量大，抽采量稳定；管理方便；管路敷设距离短。在工作面回风顺槽直接施工钻场进行打孔可根据抽采效果调整钻孔角度，确定合理的抽采参数，抽采效果好。管理方便。不受工作面接续影响。无需施工巷道，资金投入小。续表3-1抽采方法技术对比表缺点需施工岩石巷道，施工成本高，施工周期长。神角煤业未做过顶板裂隙带相关研究工作，顶板抽采巷道的位置确定只能根据经验判断，如位置选择不合理会造成抽采效果差，投资浪费。打孔成本高，施工周期长。神角煤业未做过顶板裂隙带相关研究工作，高位钻孔的终孔位置确定只能根据经验判断，如位置选择不合理会造成抽采效果差，投资浪费。钻孔布置在煤层中，钻孔有效长度短。需经常在上隅角附近插管，并根据抽采效果及瓦斯涌出情况调整抽采参数，管理不便。抽采管路需要进行回撤。表3-2抽采方法经济对比表方案名称资金概算（万元）合计（万元）建议方案一：高抽巷抽采埋管-880进行专项技术研究，根据成果确定巷道施工880钻孔施工-煤柱损失-方案二：高位钻孔抽采埋管-180进行专项技术研究，根据成果确定巷道施工45钻孔施工135煤柱损失-方案三：采空区插管抽采插管9090应用巷道施工-钻孔施工-煤柱损失-注：以上费用为各抽采方法主要工程、材料投入，未包括管路安装等费用。3.3采空区抽采瓦斯3.3.1插管抽采方法（日常抽采方法）由于当前采空区连接到工作面的通风网络，因此在通风压力差的作用下，当前采空区中的气体流入工作面并通过回流气流排出。这可能会导致工作面上的转角或回流气流超出极限，尤其是在屋顶跌落时，在采空区突然产生大量气体，对生产构成极大威胁。为了确保采矿过程中的安全生产并且上角处的气体不超过限制，此设计使用插管将采空区中的气体抽取出来。负压区域主要形成在工作面的角采空区中，从而使该区域中积聚的高浓度气体从排水管道中排出，从而减少了该区域中气体向上角的扩散并防止了上部角落气体累积超限，抽采示意图，见图3-1。图3-1采空区插管抽采瓦斯示意图3.3.2埋管、高位钻孔抽采方法（瓦斯涌出异常时使用）考虑顶板周期来压等情况出现瓦斯涌出异常增大的情况，插管抽采方法解决不了上隅角瓦斯问题时，改用埋管、高位钻孔抽采方法，确保工作面瓦斯安全、高效治理。埋管抽采方法、高位钻孔抽采方法见图3-2、3-3[7]。图3-2采空区埋管抽采瓦斯示意图图3-3采空区高位钻孔抽采瓦斯示意图3.3.3现采空区抽采防灭火措施使用目前的采空区抽采时，应注意采空区着火问题，必须加强防火预报和防火措施。在开采工作面期间，使用束管监控系统，通风监控系统和抽气监控系统来预测和预测着火的风险。矿山可以邀请有关资质单位进行特殊的灭火和灭火设计[8]。（1）束管监控根据指示气体的类型，浓度和变化，确定留在采空区中的煤的自燃状态，确定采空区的氧化区，自燃区和窒息区的范围，并大致确定采空区的范围。高温区域根据气体浓度梯度变化，以便采取措施。（2）防灭火措施利用矿井现有的防灭火措施，包括喷洒阻化剂、注黄泥浆等。3.4抽采瓦斯效果预计（1）抽采量预计根据2.3节工作面瓦斯来源分析，现采空区瓦斯涌出量为围岩、丢煤与邻近层采空区瓦斯之和，0.47+1.53=2m3/min。神角煤业采用采空区插管抽放的方法抽采回采工作面现采空区瓦斯，采空区插管抽放抽采率为60%左右，瓦斯抽采量为1.20m3/min。（2）瓦斯抽采量矿井设计年抽采瓦斯量计算式为： Qa=式中：Qa——矿井设计年抽采瓦斯量，Mm3/dQd——矿井设计每日抽采瓦斯量瓦斯排放量预测，通风量，所选瓦斯提取方法和提取率等确定）Mm3/d；N-矿山设计年的工作日数矿井实际年抽采瓦斯量为：Qa=1.20×1440×365/1000000=0.63Mm3/d（3）工作面瓦斯抽采率计算公式： μ=100qcq式中：μ—工作面瓦斯抽采率，%；qc—工作面瓦斯抽采量，m3/minqf—工作面风排瓦斯量，m3/min神角煤业回采工作面预测最大瓦斯涌出量为3.30m3/min左右，回采面瓦斯抽采量为1.20m3/min左右，回采面瓦斯抽采率约为36%左右。神角煤是一种低瓦斯矿，未满足《煤矿瓦斯抽采工程设计标准》规定的建立瓦斯抽采系统的条件。但是，采煤工作面采用“U”型通风系统，在采煤过程中，工作面的上角容易发生瓦斯超限。为了解决局部瓦斯问题，应做好瓦斯防治工作，确保工作面安全开采。神角煤业决定采取瓦斯抽采措施，建立抽采系统。（4）回采工作面配风量神角煤业回采工作面预测最大瓦斯涌出量为3.30m3/min，抽采瓦斯量为1.20m3/min，则回采工作面的风排瓦斯量为2.10m3/min。回采工作面最大需风量可按式3-3计算： Q0=式中：Qo—回采工作面风排瓦斯所需风量，m3/minQ—回采工作面风排瓦斯量，m3/min；K—瓦斯涌出不均衡系数，回采工作面取1.3；（5）回风巷瓦斯排放口配风量神角煤业井下移动瓦斯抽采泵站管路有1.20m3/min的瓦斯抽出，需在一采区回风巷瓦斯排放口排放；同时一采区回风巷的风排瓦斯量为2.10m3/min。根据煤矿安全规程的要求，为安全起见，瓦斯排放口至少需配风量为800m3/min。3.5建立抽采系统的类型神角煤业建立井下移动抽采系统解决一采区工作面（上隅角）瓦斯问题，服务范围为一采区工作面。抽采系统应布置在回风大巷与轨道大巷之间的联络巷内。3.6抽采检测仪表井下抽采瓦斯主要检测仪器、仪表包括孔板流量计、U型水柱计（汞柱计）、瓦斯浓度检定器和高负压取样器等[9]。

第4章抽采管径阻力计算4.1抽出管路布置及选型4.1.1瓦斯抽采管路系统的选择原则排水管道系统应根据地下巷道的布置，排水场地的分布和矿山的发展计划等因素来确定，以避免或减少主管道系统的频繁更换，以确保便利。管道运输，安装和维护原则上应遵循以下规定：（1）尽量避开繁忙的运输通道，最好避开回风通道；如果铺设在主运输车道上，人行道上的安装高度不小于1.8m，并固定在车道壁上，则距车道壁的距离应符合维护要求；排气管配件的外边缘应距车道壁不小于0.1m。（2）当管道发生故障时，管道中的气体不得流入开采面，机房或机电室。（3）抽水管道的地下建筑（构筑物）与设施之间的间距应符合《工业企业总体工业设计方案》的有关规定。（4）排气管道的直径应根据最大流量分节计算，并应与排气设备的容量相适应。抽气系统的管道余量可占10％。（5）抽水管道系统中必须安装调节，控制，测量和防回风装置[10]。4.1.2瓦斯抽采管径选择为了便于描述，从地下抽水孔或管道到抽水站的抽水管道称为负压管道，从抽水站到排污口的抽水管道称为正压管道。抽采管径一般采用下式计算： D=0.1457(Q/V)×1/2 4-1式中：D—抽采瓦斯管内径，m；Q—瓦斯管中混合瓦斯流量，m3/min；V—瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般V=5～12m/s。依据工作面的瓦斯抽采量预计结果，按上式计算并留有一定余量。神角煤业瓦斯抽采管路管径选择，见表4-1。表4-1抽采管径选择

类别抽采纯量（m3/min）瓦斯浓度（%）备用系数混合流量（m3/min）平均流速（m/s）计算管径（mm）选择管径（mm）壁厚（mm）材质续表4-1抽采管径选择负压顺槽支管路1.2031.33593504265焊缝钢管（1.0MPa）负压硐室主管路1.2031.33583714265焊缝钢管（1.0MPa）正压主管路1.2031.33583714265焊缝钢管（1.0MPa）4.1.3瓦斯管的连接方式此次设计，抽采主、支管路选用焊缝钢管，采用配套法兰连接。4.1.4管路敷设及附属装置（1）井下管路敷设要求对排水瓦斯有以下要求煤矿管道：①燃气管道配件应采取防腐和防腐措施；②倾斜巷道的煤气管道应予以夹紧，以将管道固定在巷道支架上，以免打滑。③管道铺设应平直，尽量避免急剧弯曲。④主运输通道的输气管道高度不小于1.8m；⑤铺设管道时，应考虑流动水的坡度，并应尽量保持坡度一致，以免高低波动，并在低洼处安装排水装置；⑥应对新铺设的管道进行气密性测试。（2）井下管路安装神角煤业抽采支管路采用井字架支撑敷设，每根管路支撑井字架，离地高度大于300mm。（3）附属装置①阀门：选择用于设计的阀是蝶形阀。②应在主管上安装压力表，以便经常观察抽气管内的压力。③测量装置安装和使用要求如下：（1）安装节流板时，节流板的节流孔必须与管道同心，其端面垂直于管道轴线，偏心度应小于1-2％；（2）将两个直径为6mm的压力测量喷嘴和一个铜管材料以0.5D（管径）的形式预先焊接在孔板的前面（根据空气流动的方向，下同），并在D处焊接。（3）使用孔板一年后，应校正孔板以减少测量误差[11]。抽采瓦斯管路计量装置安装详见图4-1。图4-1瓦斯抽采流量、负压、浓度等参数测定示意图④放水装置有多种类型的排水装置。根据神角煤业瓦斯抽采的实际情况，抽水管道中积聚的水主要是冷凝水。抽采瓦斯管路放水装置安装详见图4-2。图4-2放水器与抽采管路连接图4.2抽采设备布置及选型4.2.1选型原则（1）气泵的流量必须满足矿井排水过程中最大抽气量的要求；（2）气泵的负压可以克服管道系统的最大阻力；（3）具有良好的真空度；（4）装有电机的抽气设备必须防爆。4.2.2抽采泵流量计算瓦斯抽采泵流量必须满足抽采系统最大抽采量的需要。 Q泵=100×式中：Q泵=—瓦抽采泵的额定流量，m3Qz—矿井瓦斯抽采总量（纯量），m3/minX—矿井瓦斯抽采浓度，%；K—备用系数，取1.2~2；μ—瓦斯抽采泵的抽采效率。计算抽采泵所需的额定流量见表4-2。表4-2低负压系统抽采泵流量计算表设计抽采量（m3/min）抽采浓度（%）机械效率（%）备用系数抽采泵设计流量（m3/min）1.203.008021004.2.3瓦斯抽采泵压力计算 H泵=式中：H泵—瓦斯抽采压力，PaH总—抽采系统管网总阻力，PaH孔—采空区插管抽采时管口必须造成的负压，采空区瓦斯抽采取6700PaH正—瓦斯泵出口正压，取5000PaK—压力备用系数，可取1.2～1.8。按上式计算抽采瓦斯泵的总阻力：（1）摩擦阻力计算：表4-3摩擦阻力计算表管路名称ρ（kg/m3）Q（m3/h）ν0（m2/s）d（mm）C（%）L（m）进气端压力（Pa）气压（Pa）气体温度（℃）H（Pa）顺槽干管1.275731200.00001511416315008348575991257494硐室主管1.275731200.00001511416380759917588625105主管正压段1.275731200.0000151141635086215861572558（2）系统负压段阻力计算：表4-4系统负压段阻力计算表管路名称摩擦阻力（Pa）局部阻力系数局部阻力（Pa）总阻力Pa）管口负压6700负压段主管74940.1511248618负压段管路总阻力15318（3）系统正压段阻力计算：表4-5系统正压段阻力计算表管路名称摩擦阻力（Pa）局部阻力系数局部阻力（Pa）总阻力（Pa）管口正压5000正压段主管580.15967正压段管路总阻力5067（4）系统抽采系统总压力计算：表4-6系统抽采系统总压力计算表负压段管路最大阻力损失Hr（Pa）出口侧管路阻力损失Hc（Pa）压力富余系数抽采系统压力H（Pa）5067153181.4285384.2.4瓦斯泵真空计算（1）抽采泵真空度计算 I=100(H/Pd)式中I—抽采泵真空度（%）；H—抽采系统压力（Pa）；Pd—抽采泵站的大气压力（Pa表4-7抽采泵真空度计算表抽采系统压力H（Pa）大气压力Pd（Pa）抽采泵真空度I（%）285389018532（2）抽采泵工况压力计算抽采泵工况压力可按下式计算： pg=p式中：Pg—抽采泵工况压力（PaPd—抽采泵站的大气压力（Pa表4-8抽采泵工况压力计算表抽采系统压力H（Pa）大气压力Pd（Pa）抽采泵工况压力Pg（Pa）285389018561647

第5章瓦斯抽采泵选型5.1瓦斯泵选型根据泵的选择原理以及先前计算出的气泵所需的泵流量（Q泵），泵压力（H泵）和真空度（i），考虑到地下瓦斯抽采管网较长，阻力损失大型时，宜选择水环式真空泵[12]。根据上述计算结果，根据相关标准，确定泵的类型。由于目前中国的水环式真空泵的特性曲线表示的是不同吸入压力下的流量，因此必须将标准状态下的抽气流量转换为相应的绝对压力（工作压力）下的流量。用下式换算： Q标=式中：Q标——标准状态下的瓦斯抽采量，m3/minQ测——测得的瓦斯抽采量，m3／minP——测定时管道内气体绝对压力，kPa；T1——测定时管道内气体绝对温度，K T1=t+273t——测定时管道内气体摄氏温度，取25℃；P标——标准绝对压力，101.325KPaT标——标准绝对温度，（273）K由上述公式计算，见表5-1。表5-1抽采泵工况状态下的瓦斯抽采量计算表标态抽采量（m3/min）标态绝对压力（kPa）标态绝对温度（K）工况绝对压力（kPa）工况绝对温度（K）工况抽采量（m3/min）100101.32527362298178抽气泵可以选择ZWY210-250地下移动式抽气泵。当转速为340r/min，可以满足抽气的需要。排水室是根据安装两台气泵，一台工作，一台备用和维护而设计的。抽采泵性能规格，见表5-2表5-2井下移动瓦斯抽采泵性能规格表型号最大抽气量（m3/min）最大轴功率（kW）转速（r/min）供水量（m3/h）备注ZWY210-2501902003407.8~17.4ZWY210-250型井下移动瓦斯抽采泵选择配套隔爆电机功率250kW，电压等级1140V。供水采用2台BQW15-15-2.2型潜水泵，其中一台工作，一台备用及检修。BQW15-15-2.2型潜水泵性能规格，详见表5-11。表5-3BQW15-15-2.2型潜水泵性能规格表型号扬程（m）流量（m3/h）功率（kw）BQW15-15-2.215152.2图5-4ZWY210-250型井下移动瓦斯抽采泵站抽气速率、轴功率曲线5.2瓦斯抽采泵站主要附属设施除了辅助设备，例如管道系统的控制阀，压力测量喷嘴，孔板流量计和负压排水口外，抽气泵站还应配备以下辅助设施：（1）在抽气室内装有沙箱，灭火器和其他灭火工具。（2）在抽水管道正压端的低洼处应安装正压排水器，在抽水管道负压端的低洼处应安装负压排水器。（3）在泵站的抽气管道（入口和入口）上配置控制阀，压力测量喷嘴和孔板流量计，以测量和测量抽气系统。（4）泵站使用BQW15-15-2.2潜水泵向ZWY210-250地下煤矿移动式抽气站供应水环真空泵的工作水和冷却轴温度。该设计使用2台潜水泵，一台工作，一台进行备件和检修。（5）由于神角煤业的水质较硬，软水器的水处理能力为5立方米/小时。软水器安装在游泳池的辅助水管一侧。有关安装结构。（6）除U型管水柱仪，U型管汞柱仪，气体检测仪，气压计及其他检测仪器外，泵站还应配备气体泵站监测系统，并建立一个测试变电站。监控抽气真空泵的供水和抽气泵的轴温，还监控抽气的浓度，负压和流量。矿井环境监控系统的制造商提供了用于气泵站监控系统的设计和安装[13]。（7）抽气室内装有防爆灯和按钮。5.3抽采管路、设备的安装要求提取管道的辅助设备和设施的安装应满足以下要求：（1）主管应安装气体测量装置；（2）低洼处，温度骤变和沿管道的适当距离处安装排水管；（3）在倾斜巷道中，管道应设有防滑卡，其间距可根据巷道的坡度确定。对于低于28°的倾斜巷道，间距通常为15m-20m；（4）抽气管道应具有良好的气密性，并采取措施防止腐蚀，粉碎和起电；（5）必须对排放气体管道进行防腐处理，并在外部设置警示标志[14]。5.4瓦斯抽采泵站抽气室位于第一采矿区域中的回风通道和轨道通道之间的连接通道中。主要设备为两台ZWY210-250地下煤矿移动式抽气泵，水环式真空泵配备有电动机，减压器，气水分离器，管道，控制阀和循环管。压力自动饮水机，冷却循环水泵，计量检测装置等瓦斯抽采硐室主要设备详细布置图，见图5-4。图5-4瓦斯抽采硐室主要设备布置图第6章结论本文对山西乡宁焦煤集团神角煤业有限公司（以下简称神角煤业）井下移动抽采系统进行研究。首先通过对神角煤业的基本情况进行调研，明确该煤业的基本概况，包括矿井的地理位置、交通、位置、自然地理等信息。计算其瓦斯涌出量、抽采管径阻力等，确定该矿井的矿井抽采方法，抽采泵的选型，并得到以下结论（1）根据瓦斯来源分析，神角矿井采用采空区插管抽放的方法抽采回采工作面现采空区瓦斯，并建立井下移动抽采系统，解决一采区工作面瓦斯问题。（2）根据计算确认瓦斯管的连接方式抽采主、支管路选用焊缝钢管，采用配套法兰连接。（3）根据抽采泵选型原则及对瓦斯所需流量、泵压力和真空度的计算，本次设计采用水环式真空泵，抽采泵可选择ZWY210-250型井下移动抽采泵。

参考文献[1]国家煤矿安全生产监督管理局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社,2016.[2]中国煤炭行业标准.GB50471-2018.煤矿瓦斯抽采工程设计标准[S].2018.[3]国家煤矿安全监督管理总局.AQ1018-2006.矿井瓦斯涌出量预测方法[S].2006.[4]林柏泉，张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2016.[5]张荣立.采矿工程设计手册（上、中、下）[M].北京：煤炭工业出版社，2013.[6]于不凡，王佑安.煤矿瓦斯灾害防治与利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2005.[7]钱仲德.矿井通风与安全技术[M].北京：煤炭工业出版社，2017.[8]高文礼.煤矿矿井采矿设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2015.[9]李学诚.煤矿通风安全工程-图集[M].徐州：中国矿业大学出版社，2016.[10]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2012.[11]杜计平,孟宪瑞.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2019.[12]John.B.Bowles.Fuzzylogicprioritzationoffailureinasystemmode.effectsandcriticalityanalysis[J].RealiablityengineeringandsystemSafety,1998:101~107[13]AdamM.Finkel.Riskassessmentresearch:onlythebeginning[J].Riskanalysis,1999:38~41[14]B.N.singh.SafetyandhealthresearchintheUSA-theachievementsoftheUSBureauofmines[J].CoalInternational,1997(1)

毕业设计论文答辩的流程介绍毕业设计（论文）答辩是答辩委员会成员和学生面对面的交流，是评价毕业设计（论文）的重要形式之一，是对已完成的论文、设计的最后审核、检验，也是对学生学术水平和研究能力的综合考核。下面我们就为大家介绍一下毕业设计论文答辩的流程有哪些？（1）毕业设计（论文）答辩组织学生完成毕业设计（论文）报告书后，学院各系部要组织相关专业教师对学生进行答辩，检查学生是否达到了毕业设计（论文）的基本要求。为确保毕业设计（论文）答辩工作的有序进行，必须有计划地精心策划和组织好论文答辩的各个环节。①成立答辩委员会。在系部主任的领导下，成立各系部毕业设计（论文）答辯委员会，成员5~7人，包括系部主任、教研室主任、专业教授和部分指导教师。毕业设计（论文）答辩工作由各系部答辩委员会组织并主持。根据需要答辩委员会可决定组成若干答辩小组，答辩小组由3~5人组成，设组长1人，秘书1人。各答辩小组具体负责学生的毕业设计（论文）答辩工作。答辩委员会及答辯小组成员必须由讲师或讲师以上职称的人员（或相当职称的科技人员）担任。②布置答辩场地，营造良好氛围毕业（设计）论文答辩是实践教学的重要环节，也是师生之间交流的-种形式，因此答辩场地及其设施的布置既要严肃庄重、格式醒目。对答辩人员的座次、仪表、距离、答辩材料的准备等安排要准确、到位、合理、规范。③规范答辩程序，明确答辩内容答辩程序应当包括答辯前答辩组织的成立及人员分工、答辩的出题、答辩的提问、学生的解答内容的记录、成绩的评定、答辩工作总结等方面。规范化、制度化的答辩程序安排，对保证答辩工作的顺利、有序进行具有重要的保障作用。在答辩过程中，教师的活动内容主要包括，听取学生毕业设计论文的陈述，提出具有针对性的答辩问题；在学生的答辩回答后适当进行询问和交流；对学生答辩作简要的点评；最后经过讨论，给出答辩成绩。学生的活动内容主要包括，对自己的毕业设计（论文）进行介绍；对答辩老师提出的问题进行思考与回答；适当地与答辩老师进行沟通与探讨。④明确答辩要求，完善答辩材料无论是教师，还是学生，都应该明确把握好答辩的要求。答辩组织者要召开答辯动员会，明确