煤瓦斯抽放毕业设计专题

1、7 瓦斯抽放设计7.1 引言 “安全第一、预防为主”是我国各行各业都要遵循的安全生产方针。采煤作业作为高危险行业，在安全生产方面尤为重视。但是随着煤矿开采技术的快速发展，一方面煤矿机械化水平不断提高，煤矿生产越来越高效化、集约化；另一方面随着煤矿开采深度的不断加深，采煤作业的不断提速，使得矿井瓦斯涌出量一直处于上升状态，对煤矿的安全生产造成重大威胁。近年来我国煤矿安全生产状况有明显改善，百万吨死亡率从2002年的4.94降至2011年的0.564，但是与发达国家的百万吨死亡率相比仍相差甚远，煤炭行业在我国仍然是一个高风险的行业，煤矿事故发生率居高不下。而在这些事故中，瓦斯事故死亡人数所占比例最

2、大；据统计我国煤矿一次死亡10人以上的特大事故中有70%以上是由于瓦斯（煤尘）爆炸事故；2002年20011年，工矿类相关行业死亡10人/次以上特重大事故中，煤矿死亡人数就占72.8%89.3%；而在煤矿企业所发生的一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的77%。这些血淋淋的事实无不说明了瓦斯事故是制约煤矿安全生产的“头号大敌” 1。 为了减少或解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，就要利用机械设备和专用管道造成负压，将煤层中赋存或释放的瓦斯抽采出来，送到地面或其它安全地点，也就是瓦斯抽采。瓦斯抽采对煤矿瓦斯治理有以下几方面的作用：首先，瓦斯抽采可以减少开采时的瓦斯涌出量，从而减少瓦斯隐患和

3、各种瓦斯事故，是保证安全生产的一项预防性措施。其次，瓦斯抽采可以减少通风负担，能够解决通风不易解决的瓦斯难题，降低通风费用。尤其针对瓦斯涌出量很大的矿井或采区，瓦斯抽采在技术上和经济上都是必须的。最后，煤层中的瓦斯同样是一种地下资源，将瓦斯抽采出来送到地面作为燃料和原料加以使用，可以起到保护环境和提高经济效益的作用。因此，瓦斯抽采已成为我国煤矿瓦斯灾害治理的主要技术手段。 王坪煤矿设计生产能力1.8Mt/a，服务年限为26a，根据瓦斯涌出预测，王坪煤矿的矿井相对瓦斯涌出量为11.52 m3/t,该矿井属于高瓦斯矿井。并且该矿井通过通风方式无法消除瓦斯隐患，安全难以得到保证，所以本次对王坪煤矿进

4、行的瓦斯抽采设计，具有防止该煤矿发生瓦斯事故，提高生产效率，实现该煤矿本质安全化的重要作用。7.2 矿井瓦斯储量及可抽量预测7.2.1 煤层瓦斯参数 根据矿井地质报告，瓦斯含量与煤层埋藏深度有关，随着煤层埋藏深度加深，瓦斯含量亦随之增加。在各地质单元内，瓦斯含量高低受构造的控制，一般距大断层近，瓦斯含量相对较低，离大断层远，瓦斯含量则相对较高。表2-2-1 二1煤层残余瓦斯含量原始瓦斯含量m3/t残存瓦斯含量m3/t.r残存瓦斯含量平均值m3/t.rm3/t115.155.895.524.577.2.2 矿井瓦斯储量 矿井瓦斯储量包括可采煤层、不可采煤层以及围岩中所赋存的瓦斯，其计算公式如下：

5、 W(K1K2)AiXi） （2-1）式中 W矿井瓦斯储量，Mm3； K1围岩瓦斯储量系数； K2不可采邻近层瓦斯储量系数； Ai第i个煤层地质储量，Mt； Xi第i个煤层平均瓦斯含量，m3/t。 梁北矿井二1煤层为主采煤层，其它不可采煤层的瓦斯不会涌入开采空间，因而在计算矿井瓦斯储量时不考虑不可采煤层的瓦斯储量。 根据经验取K1=1.1；取K2=1.02。可以看出，王坪矿井瓦斯储量为995.16Mm3，表明矿井瓦斯资源非常丰富。7.2.3 瓦斯可抽量瓦斯可抽量是指在瓦斯储量中能被抽出的最大瓦斯量，其计算公式如下： WkWK （2-2） KK1K2K3 （2-3） K1K4(W0Wc)/ W0

6、 （2-4）式中 K 可抽系数；K1瓦斯涌出程度系数；K2负压抽采时抽采作用系数，K21.2；K3矿井瓦斯抽采率，%；K4煤层瓦斯排放率，%；W0煤层原始瓦斯含量，m3/t；Wc运到地面煤的残余瓦斯含量，m3/t；Wk可抽瓦斯量，Mm3。设计矿井瓦斯抽采率为45%，K4取95%，K1为0.64，经计算，矿井瓦斯可抽量为343.93Mm3，这为瓦斯抽采提供了充足的资源条件。7.2.4 矿井瓦斯涌出量预测 根据矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006，国家安全生产监督管理总局），本设计中瓦斯涌出预测采用分源预测法。7.2.5 分源预测法 分源预测法是根据时间和地点的不同，分成数个瓦斯源涌出，

7、分别对这些瓦斯涌出源进行预测的基础上得出矿井瓦斯涌出量的预测方法。 一、回采工作面瓦斯涌出量计算 回采工作面的瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出量两部分组成，其相对瓦斯涌出量按下式确定： Q采Q1Q2 （3-1）式中 Q1开采层相对瓦斯涌出量，m3/td； Q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3/td；开采层相对瓦斯涌出量按下式确定： （3-2）式中 K1围岩瓦斯涌出系数，取1.2； K2工作面丢煤系数，用回采率的倒数来计算； K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数； LhLK23-= （3-3） L回采工作面长度； h巷道煤体瓦斯排放带宽度,取10m； m开采层厚度； M工作面采高； W

8、0煤层原始瓦斯含量； Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量； 因为单一煤层，Q2=0表3-1-1 本煤层瓦斯涌出预测表名称回采率煤层厚度（m）采高（m）工作面长度(m)原始瓦斯含量(m3/t)残存瓦斯含量（m3/t）相对瓦斯涌出量(m3/t)404采区93%6.06.020011.523.747.78通过表311,考虑1.3不均衡涌出系数，采区回采工作面相对瓦斯涌出量为11.75m3/t。二、掘进工作面瓦斯涌出量计算掘进工作面的瓦斯涌出量由落煤瓦斯涌出量和煤壁瓦斯涌出量两部分组成，其绝对瓦斯涌出量按下式确定：Q掘Q3Q4 （3-5）式中Q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；Q3掘进巷道煤壁瓦斯

9、涌出量，m3/min；Q4掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min； （3-6）式中：D巷道断面内暴露煤面的周边长度，m。对于厚煤层，D=2h+b，h及b分别为巷道的高度及宽度； v巷道平均掘进速度，m/min； L巷道长度，m； Qo煤壁瓦斯涌出强度，m3/(m2min)，按下式计算： Q00.0260.0004(Vr)20.16W0 （3-7）式中Vr煤的挥发份，%。 Q4Sv(W0WC) （3-8）式中S煤巷掘进断面积，m2； v掘进速度，m/min； 煤的密度，t/m3；W0煤层原始瓦斯含量，m3/t；WC煤层残存瓦斯含量，m3/t。考虑1.3瓦斯涌出不均衡系数掘进工作面瓦斯涌出量见表31

10、4。表313 掘进工作面参数表名称D(m)v(m/月)L(m)Q0m3/(m2min)S(m2)(t/m3)W0(m3/t)WC(m3/t)404采区11.45015000.069615.81.3711.523.74表314 掘进工作面瓦斯涌出预测表名称Q3(m3/min)Q4(m3/min)不均衡系数Q掘(m3/min)404采区1.60.211.32.34三、采区瓦斯涌出量采区内瓦斯涌出量除了回采和掘进涌出外，还包括采区内已采区段老空区瓦斯涌出。其计算公式为： （3-9）式中：Q采区采区瓦斯涌出量，m3/t； Ao 采区平均日产量，t； Q回i第i回采工作面瓦斯涌出量，m3/t； Ai 第

11、i回采工作面平均日产量，t/d； k采采区内采空区瓦斯涌出系数； Q掘i第i掘进面工作面瓦斯涌出量，m3/min。表315 采区瓦斯涌出量表名称Q回i(m3/t)Ai(t/d)Q掘I(m3/min)k采A0(t/d)Q采区(m3/t)11采区11.5250003.811.1500015.09采区瓦斯涌出不均衡系数取1.1，则采区相对瓦斯涌出量为15.09m3/t，绝对瓦斯涌出量为52.4m3/min；7.2.6 瓦斯抽采规模404采区各工作面瓦斯涌出量见表3-2-1。表3-2-1 采区瓦斯涌出量表回采面相对瓦斯涌出量(m3/t)回采面产量(t/d)回采面绝对瓦斯涌出量(m3/min)掘进面瓦斯

12、涌出量(m3/min采区产量(t/d)采区相对瓦斯涌出量(m3/t)采区绝对瓦斯涌出量(m3/min)11.75500040.802.34500015.0952.40 一、 按瓦斯储量计算瓦斯抽采量1、掘进面瓦斯抽采量预计 404采区配置2个煤巷掘进工作面，因矿井考虑了底板抽放巷，顺槽工作面掘进前采用底板抽放巷进行条带预抽，设计掘进工作面每个条带预抽面瓦斯抽采量为3.5m3/min。2、回采工作面抽采量预计 回采工作面的瓦斯抽采量,抽采率按45%，经计算32采区回采工作面的瓦斯抽采量为18.4m3/min。3、 边采边抽工作面抽采量预计 由于边采边抽工作面已经预抽较长时间，且随着回采的不断推进

13、，钻孔数量在不断减少，抽采量下降较快，因此边采边抽工作面抽采量按预抽工作面抽采量为三分之一计算，则采区边采边抽工作面瓦斯抽采量取6m3/min。4、采空区瓦斯抽采量预计 根据瓦斯涌出预测，采空区瓦斯抽采规模设计为15m3/min。5、采区瓦斯抽采量预计 按矿井生产安排，设计1个预抽工作面，1个连采连抽工作面，2个掘进面条带抽放，1个采空区抽放。则32采区总抽采量为:Q=18.4+6+2.342+15=46.4m3/min 二、按煤矿瓦斯抽采指标计算瓦斯抽采量 根据煤矿瓦斯抽采指标（AQ10262006），矿井瓦斯绝对涌出量40m3/minQ80 m3/min，矿井瓦斯抽采率应40%，每个采区瓦

14、斯抽采率应40%。则404采区瓦斯抽采量应大于等于20.08m3/min。 三、抽采规模确定 为了既保证矿井安全生产，又能使抽采量保持长期稳定，落实“应抽尽抽”的瓦斯治理方针，32采区设计瓦斯抽采规模为50m3/min，其中预抽35m3/min，采空区抽放15m3/min。7.3 矿井抽采瓦斯必要性和可行性分析7.3.1 矿井抽采瓦斯的必要性 根据原煤炭工业部1997年颁布的矿井瓦斯抽采管理规范第9条规定，凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽采系统，开展瓦斯抽采工作： （1）符合煤矿安全规程第150条的(即一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/

15、min，采用通风方法解决不合理的)。 （2）矿井绝对瓦斯涌出量大于15m3/min，年产量等于或小于40万t； 矿井绝对瓦斯涌出量大于20m3/min，年产量等于或小于60万t： 矿井绝对瓦斯涌出量大于25m3/min，年产量等于或小于100万t； 矿井绝对瓦斯涌出量大于30m3/min，年产量等于或小于150万t; 矿井绝对瓦期涌出量大于40m3/min。 （3）开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。 根据王坪煤矿的实际情况，煤矿瓦斯必要性进行分析。王坪煤矿现年产量约为180万t，矿井瓦斯相对涌出量为11.52m3/t，但现在开采浅部煤层，下一步随着煤炭产量的增加和采掘的延深，绝对瓦斯涌出量就会增加

16、。因此从瓦斯涌出的现状和下一步增产进行分析，矿井建立瓦斯抽采系统采取瓦斯抽采措施是必要的。7.3.2 瓦斯抽采的可行性 瓦斯抽采的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽采效果来评价。开采层瓦斯抽采（未卸压）的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。最常用的用来衡量煤层瓦斯抽采难易程度的指标有两个：煤层透气性系数（）、钻孔瓦斯流量衰减系数（），分为三类，即容易抽采、可以抽采、较难抽采，矿井瓦斯抽采管理规范规定的煤层瓦斯抽采难易程度分类见表3-2-1。瓦斯抽采的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽采效果来评价，而抽采方式则应根据煤层的开采程序和巷道布置来选择。表3-2-1 煤层瓦斯抽

17、采难易程度表抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2.d)容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1较难抽采0.050.1 其瓦斯基本参数测定结果如下： 钻孔瓦斯流量衰减系数：0.18(d-1)； 煤层透气性系数：0.082 m2/MPa2d； 煤层对瓦斯的吸附性：吸附常数a=57.14m3/t，b=0.20Mpa-1； 煤的孔隙率：3.33； 此煤层为低透气性煤层，属于较难抽采煤层。所以在抽采方法上结合开采煤层预抽和采空区抽采达到抽采目的。由于煤层属于较难抽采煤层，因此在采取煤层预抽时，为了提高预抽效果，可以延长预抽时间，增大钻孔密度，进行瓦斯抽采。7.

18、4 抽采方法设计7.4.1 选择抽放瓦斯系统的一般原则 （一）系统分类 目前，我国抽放瓦斯系统一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）选择原则 选择抽放瓦斯系统，主要根据煤层赋存、地形条件、总体规划状况，矿井瓦斯涌出特点和采煤方法等因素综合分析确定。抽放瓦斯系统的选择基本原则为： (1)若煤层赋存较浅（800m），煤层较厚，或煤层层数较多，层间距较近，且首采层以为中、下部煤层，地面又较平坦，可采用地面钻孔抽放系统。 (2)若煤层透气性较低，地面地形条件复杂，不适宜采用地面钻孔抽放，则应设立矿井集中抽放系统。 (3)不具备建立全矿井抽放瓦斯系统的矿井，个别区域瓦

19、斯涌出量达到场35m3/min，或采用加大风量稀释瓦斯不经济时（如采掘工作面、岩石裂隙带、溶洞等），可采用局部抽放措施。 (4)在选择管路系统时，应根据抽放层位或钻场的分布、地面地形或井下巷道布置、利用瓦斯的要求，以及发展规划等状况，全盘考虑，避免和减少以后在主干系统上频繁改动。瓦斯管路系统的选择是地面或矿井瓦斯抽放工作中的一项重要环节，选择是否合理，不仅直接影响着抽放费用和日常的检查、修理和维护等工作，而且影响着整个矿井的安全生产。7.5 抽采瓦斯方法选择7.5.1 瓦斯抽采方法概述 瓦斯抽采方法根据瓦斯来源可划分为开采煤层的预抽、邻近层抽采和采空区抽采三种；根据抽采的原理可划分为未卸压抽采

20、和卸压抽采两类；根据瓦斯抽采工艺可划分为钻孔抽采、巷道抽采和巷道与钻孔综合法三类。表4.3对各类瓦斯抽采的使用条件及可抽采率进行汇总。抽采分类抽采方法适用条件可抽采率，%开采煤层瓦斯抽采未卸压抽采岩巷揭煤及煤巷掘进抽采由岩巷向煤层打穿层钻孔突出危险煤层3060煤巷工作面打超前钻孔高瓦斯煤层2060采区大面积预抽采由开采层机巷、风巷或煤门等上向、下向顺层钻孔有预抽时间的高瓦斯煤层、突出危险煤层2060由石门、岩巷、邻近层煤巷等打穿层钻孔属“勉强抽采”煤层20，个别超过50地面钻孔高瓦斯“容易抽采”煤层，埋藏较浅2030密封开采巷道高瓦斯“容易抽采煤层”2030卸压抽采边掘进边抽采由煤巷两侧或岩巷

21、向煤层周围打防护钻孔高瓦斯煤层2030边采进边抽采由开采曾机巷、风巷等向工作面前方卸压区打钻孔高瓦斯煤层2030水力割缝、松动爆破、水力压裂（预抽）由开采层机巷、风巷等打顺层钻孔，由岩巷或地面打孔高瓦斯“难以抽采”煤层203030邻近层抽采瓦斯卸压抽采开采层工作面推过后抽采上下邻近层瓦斯由开采层机巷、风巷、中巷或岩巷向邻近层打钻邻近层瓦斯涌出量大、影响开采煤层安全时4080由开采层机巷、风巷、中巷等向采空区方向打斜交钻孔4080由煤门打沿邻近层钻孔4080在邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大、钻孔的通过能力满足不了抽采要求时4080从地面打孔地面打钻优于井下时3070采空区抽采密封采空区插

22、管抽采无自燃危险或采取防火墙措施时5060现采采空区设密闭墙插管或向采空区打钻孔抽采、预埋管抽采2060围岩瓦斯抽采由岩巷两侧或正前方溶洞或裂隙带打钻、密闭岩巷进行抽采、封堵岩巷喷瓦斯区并插管抽采围岩有瓦斯喷出危险，瓦斯涌出量大或者有溶洞、裂隙带储存高瓦斯7.5.2 选择抽采瓦斯方法的原则 (一) 抽放方法选择原则 矿井瓦斯抽放的类型和方法，可按下列因素考虑确定： （1）为提高瓦斯抽放率，宜选用多种抽放方法相结合的综合抽放方法。 （2）当井下采掘工作所遇到的瓦斯主要来自开采层本身，只有抽放开采层本身的瓦斯才能解决问题时，应采用开采层晚上瓦斯抽放。 （3）煤层群条件下首采层开采时，来自邻近层的瓦

23、斯占有很大比例威胁工作面安全生产，应采用邻近层瓦斯抽放。 （4）工作面后方采空区瓦斯涌出量大，危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大，向邻近的回采工作面涌出瓦斯量多以及增大采区和矿井总排瓦斯量，应采取采空区瓦斯抽放。 （5）对于瓦斯含量大的煤层，在煤巷掘进时，难以用加大风量稀释瓦斯，可在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法加以解决。 （6）对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不很大而回采时有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采边抽或采用水力割缝、松动爆破和水力压裂煤体注酸等措施人为卸压后抽放瓦斯的方法。 （7）若煤层赋存较浅（一般600m以内），煤层

24、较厚，或煤层层数较多，煤层瓦斯含量较高，地面施工钻孔条件较好，可采用地面钻孔抽放。 （8）若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂缝带储存有高压瓦斯并喷出时，应采取围岩瓦斯抽放措施。7.5.3 抽采瓦斯方法的确定 王坪煤矿从煤层瓦斯赋存规律阶段报告、预测的瓦斯涌出量构成以及实测来看，其瓦斯来源主要为本煤层的瓦斯涌出。 矿井抽采瓦斯的目的是为了降低煤层瓦斯含量，为煤炭开采提供安全生产环境。根据矿井生产的实际情况，现开采的煤层为矿井浅部煤层，目前矿井开采的各煤层没有发生过煤与瓦斯突出动力现象，同时结合矿井一水平瓦斯涌出预测量计算和瓦斯来源分析，矿井瓦斯抽采方法采用掘进工作面采用边掘边抽；回采工作面采用顺层

25、钻孔预抽的抽采方法，工作面回采期间顺层预抽钻孔作为边采边抽钻孔使用；采空区采用埋管抽采与走向顶板钻孔相结合的抽采方法。 一、边掘边抽 在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两帮各施工一个钻场。钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽采钻孔布置的要求、选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定。相邻两组钻场之间的间距为60m。 在每一钻场内，沿走向布置4个边掘边抽钻孔，即左、右钻场各2个,每个孔深50m左右。钻孔倾角原则上须保证钻孔在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角。图51 掘进巷道边掘边抽钻孔布置方式示意图 二、本煤层预抽 在回风顺槽沿工作面倾斜方向布置顺层钻孔，预抽工作面煤体内的瓦斯。为提高瓦斯

26、抽采效果，回风巷中顺层钻孔采用钻孔沿工作面平行布置，运顺中钻孔与工作面呈一定夹角布置。钻孔的高程为80m，如图5-2所示。图52 开采层瓦斯抽采顺层钻孔布置方式示意图 三、采空区瓦斯抽采 采空区的瓦斯涌出是回采工作面瓦斯来源的重要组成部分，一般它占总涌出的2080%，控制和管理好这部分瓦斯涌出，对保证工作面的安全生产具有重要的意义，常用的方法有埋管抽采、上向钻孔抽采、顶板抽放巷抽采和地面钻孔抽采等。 王坪在工作面开采时，邻近层煤层和不可采煤层、围岩、煤柱和工作面的丢煤都会向采空区涌出瓦斯，采空区瓦斯涌出占总涌出的30.55%。采用埋管抽采法具有工程量小，工期较短，工艺简单，费用低，效果好等优点

27、。并且它要在掌握采空区瓦斯涌出与风流运动规律的基础上使用，因此能在采空区环境恶劣的条件下运用。由于以上优点，本次对一王坪的采空区采用埋管抽采瓦斯的方法。 如图5-3，在回风巷敷设第一趟埋管，埋管长约20m，在回风巷上帮每隔15m施工一个 1m1.5m的硐室，做T型抽放管置入硐室，T型抽放管每隔0.1m沿管壁钻四个直径为10mm 的钻孔。当埋管被埋进15m时，开始敷设第二趟埋管。为防止采空区瓦斯沿第二趟埋管涌出，第二趟埋管与瓦斯抽采支管连接前用法兰盘封闭。当第二趟埋管被埋进约5m时，把第二趟埋管接入瓦斯抽采支管，同时撤去第一趟埋管并封闭接口，防止采空区瓦斯涌出。与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽采的

28、特点是抽采量较大，但埋管抽采负压一般控制在35kPa。为保证抽采安全，在采空区瓦斯抽采过程中，应经常检测CO和温度等参数，当发现有自然发火征兆时，应控制抽采负压或暂停抽采。图53 全封闭采空区插管抽采示意图 四、封孔工艺 提高封孔质量是提高瓦斯抽采率的重要方面。本设计采用封孔泵注射水泥浆封抽采钻孔，这种封孔方式成本低，试用范围广，利用本矿已有的的KFB型矿用封孔泵输送和制备水泥浆能实现封孔质量高和方便、快捷的目标；水泥浆采用425号水泥与水搅拌制成，水灰比为1:1.04（重量比），煤孔封孔长度为8m。 其做法如下：将抽放管的一端与注浆管摆放在一起，其重叠处约30cm左右；准备编织袋（将水泥倒入

29、封孔泵的搅拌器内后，将纺织袋加以回收利用），将袋子开口端向孔口处缠绕抽放管与注浆管；用麻绳或麻线等，将抽放管、注浆管及编织袋捆紧送入孔内；按泵的操作规程，开动泵拌水泥浆，均匀后并开始注浆，水泥浆先将编织袋胀大，并封住钻孔，继续注浆直到注完为止，注浆时，孔口可能会漏一些浆，但不会影响整个封孔质量；注完后即可直接将注浆胶管拔出。所有要封的钻孔封完后，要将封孔泵进行清洗干净。 在封孔水泥浆凝固后，用DN50mm矿用胶管将每个钻孔与钻场汇流瓦斯管相连接，连接处需用8号铁丝将胶管扎紧。然后将汇流管与安设的抽采支管路相连接，在连接处需安设阀门以便控制抽采负压。7.6 抽采参数的确定7.6.1 抽采负压根据

30、国内其它矿井的瓦斯抽采经验，采煤工作面预抽的孔口负压为15kPa以上，采空区瓦斯抽采的孔口负压为57kPa。7.6.2 抽采时间 从保证回采工作面的安全需要，结合矿井采掘计划安排，设计煤综采面预抽率为35%，预抽时间为0.51.5年，预抽时间随着煤层瓦斯含量增加而增加。首采面处于浅部煤层，煤层瓦斯含量低，由于首采面采掘关系接替较紧张，首采面在掘进时在掘进工作面后方向煤层打预抽钻孔，预抽时间暂定为3个月，在首采面试采时需加强对瓦斯的监测，当通风难以解决瓦斯时，就增加预孔密度，相应延长瓦斯预抽时间。7.6.3 抽采参数监测 对抽采管路、钻孔的抽采负压、瓦斯浓度、抽采量进行监测，并通过分站进入矿井环

31、境监测(调度)系统。7.6.4 抽采安排 由于煤层瓦斯赋存规律为瓦斯含量随着煤层的埋深增加而增加，王坪煤矿所开采的煤层透气性差，属于较难抽采煤层，现开采阶段处于煤层浅部，开采时瓦斯涌出量较小，在进行瓦斯抽采时暂时以采空区抽采为主，本煤层抽采为辅，随着煤层埋深的增加，瓦斯含量相应增加，矿井瓦斯抽采应逐步转变为以本煤层抽采为主，采空区抽采为辅。 煤层透气性低，煤层瓦斯含量大，随着煤层向深部开采，煤层的透气性还会降低，因此在开采条件允许时可考虑选用煤层瓦斯含量低的煤层作解放层，然后再开采煤层的开采方案。开采解放层后会对煤层起到卸压作用，从而增大煤层的透气性，提高煤层的抽采率。但在采用开采解放层方案前

32、必须请有资质的单位做好相关的方案设计论证，保证煤层的安全开采。7.6.5 抽采工艺 将已竣工的抽采钻孔接入抽采管路进行抽采；在抽采过程中需对钻孔的抽采参数进行监测，并根据监测对钻孔抽采状态进行调整。7.6.6 抽采钻孔施工 1.打钻 掘进面顺层长钻孔采用MK-6钻机施工，采面顺层抽采钻孔采用ZY-1250钻机施工。抽采钻孔施工均应选择煤壁完整、无裂隙处开孔，并按设计参数进行施工，作好钻孔竣工参数记录。 2.钻孔封孔 根据国内瓦斯抽采经验，采用聚氨酯封孔。钻孔封孔管采用抗静电的矿用聚乙烯瓦斯抽采塑料管，导管规格为管径503.7mm，封孔长度为6m。7.7 抽采施工钻机选型7.7.1 钻机选型 根

33、据王坪煤矿的抽采瓦斯方法、煤层赋存特点及国内外打钻设备的现状，打钻设备选用:ZY1250全液压钻机6台。机 型 ZY-1250钻孔深度 m200终孔直径 mm65/75钻杆直径 mm50钻孔倾角-2090额定输出转速（r/min）96/210额定输出转矩 Nm1250/650给进能力 kN60起拔能力 kN45功率 kW22整机质量 kg2000主机外形尺寸 m(长宽高)2.20.951.057.7.2 钻孔封孔设备 本设计采用BFZ水泥浆封孔泵封孔，此封孔泵有三个优点：首先，封孔泵的封孔能力特别强，对水平钻孔的最大封孔深度可达到20米，对垂直向上钻孔的最大封孔长度可达15米。作业能力比普通了

34、封孔设备提高了20%，能够高效率的实现大难度的封孔工作。其实，该封孔泵具有边封孔边搅拌输送高稠度浆料的能力，效果佳、效率高。最后，封孔泵采用高稠度水泥浆作介质，对任何钻孔都能确保封孔的严密性，封孔质量能得到有效保障。封孔管采用50mm具有煤安标志的矿井许用塑料管。将每个钻孔与钻场汇流瓦斯管相连接，连接处需用8号铁丝将胶管扎紧。然后将汇流管与安设的抽采支管路相连接，在连接处需安设阀门以便控制抽采负压。7.8 瓦斯抽采系统计算及设备选型7.8.1 抽采管路系统的选择原则 (一)瓦斯管路系统布置的原则 为了进行瓦斯抽放,必须在井上下敷设完整的抽放管路系统,以便把矿井瓦斯抽出井输送至地面利用。在布置抽

35、放管路系统时,应遵守以下原则: （1）布置瓦斯管路,应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、地面瓦斯泵站的位置、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素统筹考虑,尽量避免减少以后在主干管路系统进行频繁改动。 （2）瓦斯管路应敷设在曲线段最少、距离最短的巷道。 （3）瓦斯管路要敷设在矿车不经常通过得巷道中，避免撞坏漏气，故一般放在回风系统的巷道中为宜。若设在运输巷道中，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子。 （4）所布置的抽放设备或管路一旦发生故障，管路内瓦斯不至于流入采、掘工作面和井下硐室。 （5）管路布置应考虑到运输、安装、维修和日常检查的方便。 （二）瓦斯管路系

36、统的组成 瓦斯管路系统由以下几部分组成： 支管：抽排和输送一个回采工作面或掘进区的瓦斯管路； 分管：抽排一个采区或区段的瓦斯管路； 主管：抽排和输送一个矿井或几个采区的瓦斯管路7.8.2抽放管路敷设 煤矿井下条件复杂，如巷道变形、坡度变化和矿内空气湿度大、易腐蚀管路等、都不利于管路的敷设、安装和维护。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： （1）为了防止瓦斯管锈蚀，安装前应对管内外涂抹防腐剂。防腐剂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垫，以防底板隆起折损管路。垫木高度不应小于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

37、，为了防止管子下滑，应采用管卡将管子固定在巷道支架上，管卡间距根据巷道倾角而定，一般不小于30时，为1520m。 （4）管路敷设应尽量将管道敷设平直，坡度一致，尽量减少弯头、气门等附属管件，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，且管路高度应不小于1.8m，以便行人和运输。 （6）根据巷道高低、进、回风巷温度有明显差别等情况，敷设管路时应创造排除管中积水的条件。 （7）井下敷设管路，一般采用法兰盘或快速接头接合、法兰盘中间应夹有胶皮垫，且垫的厚度最好不小于5。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捡漏仪检测。 瓦斯抽采

38、管路系统布置如下： 根据王坪煤矿提供的矿井开拓方式布置图，考虑到矿井实际的采掘部署、通风设计、瓦斯泵站服务范围等综合因素，本次设计的瓦斯抽采泵站服务于整个矿井。 地面抽采站管道井采区轨道上山顺槽巷道。 不同的抽采方法要求的抽采负压不同，采用一套抽采系统进行多种抽采方法不尽合理，因矿井目前开采浅部煤层时，煤层瓦斯含量相对较小，为减少初期投资，本设计采用一次设计，分步实施的方案。7.8.3 抽采管路管径计算及管材选择 1.瓦斯管径计算 根据抽采管路服务的范围和所负担抽采量的大小，其管径按下式计算： D=0.1457(Q混/V)1/2 （6-1）式中 D 瓦斯管内径，m；V 管路中混合瓦斯的经济流速

39、，m/s，一般取V=515m/s；Q混管内混合瓦斯流量，m3/min。 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。 预抽瓦斯流量按35m3/min计算，计算结果见表6-1-1。表6-1-1 预抽系统管径计算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（m）备 注主管3530116.7120.454大巷主管支管1103528.6120.225顺槽巷道支管路表6-1-2 采空区抽采系统管径计算表管路名称纯瓦斯流 量（m3/min）瓦斯浓度（%）混合瓦斯流量（m3/m

40、in）气体流速（m/s）管 道内 径（m）备 注主管1510150120.515大巷主管支管51050120.297顺槽巷道支管路 2.抽采管材的选择和管径确定 瓦斯抽放管道选用螺旋焊缝钢管，管路型号见表6-1-3。表613 抽采管路型号表预抽系统采空区抽采系统井下抽采主管D5299mmD5299mm顺槽巷道抽采支管D2777mmD3158mm7.8.4 抽采管路阻力计算 1.直管阻力损失计算 直管阻力损失按下式计算：H=9.81 （6-2）式中：H 阻力损失，Pa；L 直管长度，m；Q 瓦斯流量，m3/h；D 管道内径，cm；K0 系数，查表； 混合瓦斯对空气的相对密度，查表。 抽采管路阻力

41、损失计算应选择抽采系统服务范围内一条最长的抽采管路进行计算，根据井田开采范围和抽采站服务范围，到四采区抽采管路最长，其主管长度约为3200m，支管长度为1600m。局部阻力损失按管路摩擦阻力损失的15%计算。计算结果见表614，表6-1-5。表6-1-4 预抽系统管路直管阻力计算表管路名称（mm）Q(m3/h)0 (m2/s)D(mm)C()(kg/m3)L(m)H(Pa)负压段主管0.01570021.5910-5511301.1235005642负压段支管0.01517161.6110-5263351.0915004448正压段管路0.01570021.5910-5511301.12100

42、148表6-1-5 采空区抽采系统管路直管阻力计算表管路名称 （mm）Q(m3/h)0 (m2/s)D(mm)C()(kg/m3)L(m)H(Pa)负压段主管0.01590001.5310-5511101.2335008829负压段支管0.01530001.5310-5299101.2315006526正压段管路0.01590001.5310-5511101.231002517.8.5 管路敷设及附属装置 地面管路采用埋地（或架空）敷设，连接方式为焊接连接。井下大巷管路采用吊挂敷设，主、干管连接方式为法兰连接，支管连接方式为法兰连接或快速管接头连接。 为了便于管路系统负压的调节，掌握各抽采地点

43、瓦斯抽出量、瓦斯浓度的变化情况以及保证管网系统的正常抽采，设计时在各主、干、支管路上已考虑分别安设阀门、流量计和放水器。 在瓦斯泵房和地面管路上还安设有防爆、防回火装置及放空管等。7.8.6 瓦斯管路的敷设及质量验收 瓦斯管路敷设时，必须满足下列要求： （1）地面埋地敷设管路采用焊接连接，瓦斯泵房内管路采用法兰连接。井下管路采用法兰连接，支管采用法兰连接或快速接头连接。 （2）除煤矿用瓦斯抽采塑料管外，其余瓦斯管路在安设前要进行防腐处理，地面埋地敷设管路采用沥青防腐，瓦斯泵房及井下抽采管路采用涂刷防锈漆防腐。井下抽采管路需外涂红色以示区别其它管路。 （3）主斜井中的瓦斯管路沿巷道一侧敷设，采用

44、U型管卡将管路固定在托架上，托架间距为36m。主斜井管路安装时就设置可靠的防滑装置，防滑装置间距为50m。井下大巷中的瓦斯管路采用托架支护，用铁圈卡子将管路固定在托架上，托架间距为36m，其高度不小于1.8m。其它顺槽巷道中的抽采管路应悬挂在巷道帮上，其高度不小于1.2m，支架间距为36m。瓦斯抽放管件外缘距巷道壁不宜小于0.1m。瓦斯抽放管路不得与电缆（包括通信、信号电缆）敷设在同一侧。 （4）地面瓦斯管路敷设时必须在表土冻结深度以下，采用架空安装方式应进行可靠的保温防冻处理。 （5）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

45、于2m；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，管路不准有接头和布置管件。 （6）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； （7）瓦斯管路系统安设完毕后，应对管路系统的气密性进行检查，气密性试验应制定试验方案和安全措施。气密性试验可采用压缩空气试压，其压力为0.2MPa，压力应逐步缓慢进行升压，直至试验压力。稳压24h，以压力降小于133Pa为合格。7.9 抽采设备选型计算7.9.1 瓦斯泵流量计算 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

46、泵流量按下式计算： Q泵K （6-5）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； 瓦斯泵的机械效率，取80%；K 瓦斯抽采综合系数，K=1.2。 瓦斯抽采设计总规模为50m3/min，预抽系统设计抽采规模为35m3/min，采空区抽采系统设计抽采规模为15m3/min。预抽系统瓦斯抽采综合系数取1.2，采空区抽采系统浓度变化较大，瓦斯抽采综合系数取1.8。每套抽采系统采用2台泵，一台运行，一台备用，瓦斯泵流量计算结果见表6-2-1。表6-2-1 瓦斯泵流量计算表名称抽采规模( m3/min )抽采量/台( m3/min )瓦斯浓度(%)泵流量/台( m3/min )预抽系统353530175采空区抽采系统151510337.57.9.2 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 =(HrHc)K （6-4） Hrhrm+hrj+hk （6-5）