瓦斯抽放設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、目錄第一章 工作面概況1第一節(jié) 采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件1第二節(jié) 煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù)1第三節(jié) 采區(qū)和工作面巷道布置、采煤方法1第二章 瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算、抽放瓦斯必要性論證1第一節(jié) 煤層瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算1第二節(jié) 工作面可抽放量計(jì)算和抽放必要性可行性論證2第三章 煤層瓦斯抽放方法設(shè)計(jì)3第一節(jié) 抽放方法的比較和選擇3第二節(jié) 抽放鉆孔參數(shù)確定4第三節(jié) 繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖4第四章 工作面瓦斯抽放系統(tǒng)5第一節(jié) 工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置5第二節(jié) 抽放管路的計(jì)算和選擇5第五章 瓦斯泵選型6第一節(jié) 抽放系統(tǒng)管道阻力計(jì)算6第二節(jié) 瓦斯泵流量和壓力計(jì)算7第三節(jié) 瓦斯泵選型確定7第六章 工作面瓦斯抽放

2、安全技術(shù)措施8摘要：抽采瓦斯變廢為寶，預(yù)防瓦斯超限、確保礦井安全。當(dāng)?shù)V井、采煤工作面、采區(qū)等瓦斯?jié)舛容^低，無(wú)法用抽采的方法抽采瓦斯時(shí)，可以用通風(fēng)方法將瓦斯沖淡到煤礦安全規(guī)程規(guī)定的濃度以內(nèi)；當(dāng)開采解放層并且具有抽采瓦斯系統(tǒng)的礦井，應(yīng)抽采被解放層的卸壓瓦斯。抽采近距離解放層的瓦斯，可減少卸壓瓦斯涌入解放層工作面和采空區(qū)、保證解放層安全順利的回采；抽采遠(yuǎn)距離被解放層的瓦斯，可以擴(kuò)大解放范圍與程度，并于事后在被解放層內(nèi)進(jìn)行掘進(jìn)和回采時(shí)，瓦斯涌出量會(huì)明顯減少。對(duì)于無(wú)解放層可以抽采的礦井，預(yù)抽瓦斯可作為區(qū)域性或局部防突措施；開發(fā)利用瓦斯資源，保護(hù)大氣環(huán)境，變害為利。關(guān)鍵詞：瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算 、抽放方法、抽放系

3、統(tǒng)、泵選型、技術(shù)措施 第一章 工作面概況第一節(jié) 采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件本煤采區(qū)開采某煤層（2號(hào)），煤層厚度為5m；賦存穩(wěn)定，傾角為15頂板為砂質(zhì)泥巖，巖層不能致密，上覆1號(hào)煤層50m，煤厚2m。本區(qū)域本區(qū)有小斷層，對(duì)開采影響不大。工作面走向長(zhǎng)度1500m、傾向長(zhǎng)度120m，停采線至回風(fēng)上山距離150m，采區(qū)回風(fēng)上山長(zhǎng)度1800m。局部彎頭長(zhǎng)度100m，工作面日產(chǎn)量3000t。第二節(jié) 煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù)（1）煤層瓦斯參數(shù)1號(hào)煤層瓦斯含量為12m3/t.r，煤的密度為1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、揮發(fā)份15%；2號(hào)煤層瓦斯含量為11.5m3/t.r，煤的密度為1.32t/m3

4、，水分1.2%、灰分18%、揮發(fā)份17%。（2）抽放瓦斯參數(shù)2號(hào)煤層透氣性系數(shù)0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸壓長(zhǎng)鉆孔預(yù)測(cè)抽煤層瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽和量為0.01m3/minhm。第三節(jié) 采區(qū)和工作面巷道布置、采煤方法采用走向長(zhǎng)壁全部跨落頂板管理法，工作面后退式傾斜一次開采，巷道布置如圖1所示。 第二章 瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算、抽放瓦斯必要性論證第一節(jié) 煤層瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算根據(jù)已知條件：2號(hào)煤層瓦斯含量為11.5m3/t.r，煤的密度為1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、揮發(fā)份17%；1號(hào)煤層瓦斯含量為12m3/t.r，煤的密度為1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、揮發(fā)份15%。

5、可以得到原始瓦斯含量，公式如下：式中：Q原礦井原始瓦斯含量，m/t; Q可燃基可燃基瓦斯含量，m/t.r; Mad水分； Ad灰分?？傻茫?可采層瓦斯儲(chǔ)量： 式中：Q原22號(hào)煤原始瓦斯含量，m/t； L2號(hào)煤工作面走向長(zhǎng)度，m； H煤層厚度，m； D2號(hào)煤傾向長(zhǎng)度，m； 2號(hào)煤的密度，t/m?？傻茫?=9.292150051201.32 =1104（萬(wàn)t）第二節(jié) 工作面可抽放量計(jì)算和抽放必要性可行性論證(1)工作面可抽放量計(jì)算相對(duì)瓦斯涌出量q可由以下公式求得：式中：WC可燃基殘存量，m/t可燃基殘存量可根據(jù)表2-1查取表2-1q= (100-1.2-18)/100=6.7064可采抽瓦斯總含量

6、W可： W可=qLHD =6.7064150051201.32 =7967203.2（m）預(yù)抽純量Q純: Q純=W可/(2460330)= 16.766(m/min)抽放量Q: Q= Q純/0.4= 41.915(m/min)（2）瓦斯抽放的必要性可行性論證1.抽放瓦斯的必要性根據(jù)供風(fēng)量為1500m/min,工作面瓦斯?jié)舛劝?.6計(jì)算風(fēng)排瓦斯量Qp=QC=15000.6/100=9m3/min。而工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為16.766m3/min，如不可抽放瓦斯，則工作面的瓦斯?jié)舛葘⒊?，尚需抽放瓦斯量QCH4-Qp=16.766-9=7.766m3/min工作面瓦斯?jié)舛炔拍芫S持0.6 2.抽放的

7、可行性 本煤層瓦斯抽放的可行性是指在自然透氣條件下進(jìn)行預(yù)抽的可能性，衡量本煤層瓦斯預(yù)抽可行性指標(biāo)有三個(gè)：煤層透氣性系數(shù)（），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（）和百米鉆孔瓦斯極限抽放量衰減系數(shù)（Qj）。按、和Qj判斷本煤層瓦斯抽放可行性標(biāo)準(zhǔn)如表2-2示。表2-2 本煤層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表根據(jù)已知條件，2號(hào)煤層透氣性系數(shù)=0.0276（/MPa2d）,2號(hào)煤屬于較難抽采煤層，如不采取其他技術(shù)措施，基本不具備預(yù)抽本煤層瓦斯的可能性，因此，我們要選取合適的抽采方法來(lái)治理工作面的瓦斯超限。第三章 煤層瓦斯抽放方法設(shè)計(jì)第一節(jié) 抽放方法的比較和選擇（1）抽放方法的分類和選擇瓦斯抽放方法的規(guī)定：a.按抽出瓦斯來(lái)源分

8、：本煤層抽采、鄰近層抽采、采空區(qū)抽采。b.按被抽采煤層的卸壓狀況分：原始煤體未卸壓預(yù)抽瓦斯；煤層卸壓后抽瓦斯。c.按抽采瓦斯源的匯集工程方法分：抽采瓦斯鉆孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯鉆孔巷道綜合法。根據(jù)MT5018-96礦井瓦斯抽放工程設(shè)計(jì)規(guī)范第4.1.1條規(guī)定：選擇抽放瓦斯方法，應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯來(lái)源、巷道布置、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯利用要求等因素經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。并應(yīng)符合下列要求：a)盡可能利用開采巷道抽放瓦斯，必要時(shí)可設(shè)專用抽放瓦斯巷道；b)適應(yīng)煤層的賦存條件及開采技術(shù)條件；c)有利于提高瓦斯抽放率；d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和濃度盡可能滿足利用要求；e)盡量采用綜合抽放；f)抽

9、放瓦斯工程系統(tǒng)簡(jiǎn)單，有利于維護(hù)和安全生產(chǎn)，建設(shè)投資省，抽放成本低。根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范第7.1.2條規(guī)定：按礦井瓦斯來(lái)源實(shí)施開采煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放和圍巖瓦斯抽放；第7.1.3條規(guī)定：多瓦斯來(lái)源的礦井，應(yīng)采用綜合瓦斯抽放方法。瓦斯抽放系統(tǒng)選擇還應(yīng)注意以下問題：（a）分期建設(shè)、分期投產(chǎn)的礦井，抽放瓦斯工程可一次設(shè)計(jì)，分期建設(shè)、分期投抽。（b）抽放瓦斯站的建設(shè)方式，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。一般情況下，宜采用集中建站方式。當(dāng)有下列情況之一時(shí)，可采用分散建站方式：分區(qū)開拓或分期建設(shè)的大型礦井，集中建站技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理。礦井抽放瓦斯量較大且瓦斯利用點(diǎn)分散。一套抽

10、放瓦斯系統(tǒng)難以滿足要求。根據(jù)本煤層的特點(diǎn)，我們選取抽采瓦斯鉆孔法，而鉆孔抽采瓦斯的方法又有穿層鉆孔抽采瓦斯、順層鉆孔抽采和邊采邊抽。(2)瓦斯抽放方法的比較和選擇根據(jù)鉆孔抽采瓦斯的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，我們最終選擇順層鉆孔抽采，因?yàn)轫槍鱼@孔抽采的適用條件是：?jiǎn)我幻簩?；煤層透氣性較小但應(yīng)有抽放可能；煤層賦存條件穩(wěn)定，地質(zhì)變化??；鉆孔要提前打好，有較長(zhǎng)的預(yù)抽時(shí)間；突出危險(xiǎn)煤層（密集鉆孔），而我們要設(shè)計(jì)的煤層就是煤層透氣性較小但應(yīng)有抽放可能，煤層賦存條件穩(wěn)定，地質(zhì)變化小。第二節(jié) 抽放鉆孔參數(shù)確定(1)鉆孔直徑鉆孔直徑大，暴露煤壁面積就大，瓦斯涌出量相應(yīng)也大，但二者增長(zhǎng)并非線性關(guān)系，在煤層條件不同的情況下

11、，瓦斯涌出量并不隨孔徑的增大而成比例增大。據(jù)測(cè)定結(jié)果，孔徑由73mm提高到300mm，鉆孔的暴露面積增至4倍，而鉆孔抽放量?jī)H增至2.7倍，而日本赤平煤礦孔徑由65mm增至120mm，抽放瓦斯量增加到3.5倍。孔徑應(yīng)根據(jù)鉆機(jī)性能，施工速度與技術(shù)水平、抽放瓦斯量、抽放半徑等因素確定，目前一般采用抽放瓦斯鉆孔直徑為60110mm。根據(jù)本煤層的特性，選取鉆孔直徑為90mm。（2）鉆孔長(zhǎng)度據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，單一鉆孔的瓦斯抽放量與其孔長(zhǎng)基本上成正比關(guān)系，因此在鉆機(jī)性能與施工技術(shù)水平允許的條件下，盡可能采用長(zhǎng)鉆孔以增加抽放量和效益。本煤層的傾向長(zhǎng)度為120m，為了達(dá)到好的抽放效果，我們把鉆孔從進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷順煤層

12、打入，進(jìn)風(fēng)巷打入的鉆孔的長(zhǎng)度為60m，回風(fēng)巷打入的鉆孔的長(zhǎng)度為70m。(3)鉆孔間距與抽放時(shí)間2號(hào)煤層透氣性系數(shù)0.0276（m2/MPa2.d)，根據(jù)表3-1，我們選取鉆孔間距為3m。表3-1 鉆孔間距選用參考值表煤層透氣性系數(shù)(m2/(MPa2d)鉆孔間距(m)備 注10-3-先采取卸壓增透措施后，才能抽放10-310-22510-210-15810-1108121010根據(jù)課程設(shè)計(jì)給的條件，我們可知抽放時(shí)間為一年。(4)抽放負(fù)壓與封孔長(zhǎng)度鉆孔抽放負(fù)壓一般選用13.326.6kPa(即100200mmHg)，但最低不宜小于6.7kPa（50mmHg）。一些礦井提高抽放負(fù)壓，抽放瓦斯量增大，

13、但是也有的礦井抽放負(fù)壓增加，抽放量變化不大。封孔長(zhǎng)度既應(yīng)保證不吸入空氣又應(yīng)使封孔長(zhǎng)度盡量縮短，一般情況下巖孔應(yīng)不小于25m，煤孔應(yīng)不小于410m。第三節(jié) 繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖第四章 工作面瓦斯抽放系統(tǒng)第一節(jié) 工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范，對(duì)瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1條：抽放管路系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)井下巷道的布置、抽放地點(diǎn)的分布、瓦斯利用的要求以及礦井的發(fā)展規(guī)劃等因素確定，避免或減少主干管路系統(tǒng)的頻繁改動(dòng)，確保管道運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便，并應(yīng)符合下列要求：抽放管路通過的巷道曲線段少、距離短，管路安裝應(yīng)平直，轉(zhuǎn)彎時(shí)角度不應(yīng)大于50；抽放管路系統(tǒng)宜

14、沿回風(fēng)巷道或礦車不經(jīng)常通過的巷道布置；若設(shè)于主要運(yùn)輸巷內(nèi)，在人行道側(cè)其架設(shè)高度不應(yīng)小于1.8m，并固定在巷道壁上，與巷道壁的距離應(yīng)滿足檢修要求；抽放瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m；當(dāng)抽放設(shè)備或管路發(fā)生故障時(shí)，管路內(nèi)的瓦斯不得流入采掘工作面及機(jī)電硐室內(nèi)；盡可能避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁；管徑要統(tǒng)一，變徑時(shí)必須設(shè)過渡節(jié)。第5.4.2條：抽放瓦斯管路的管徑應(yīng)按最大流量分段計(jì)算，并與抽放設(shè)備能力相適應(yīng)，抽放管路按安全流速為515m/s和最大通過流量來(lái)計(jì)算管徑，抽放系統(tǒng)管材的備用量可取10。第5.4.3條：當(dāng)采用專用鉆孔敷設(shè)抽放管路時(shí)，專用鉆孔直徑應(yīng)比管道外形尺寸大100mm；當(dāng)沿豎井敷設(shè)

15、抽放管路時(shí)，應(yīng)將管道固定在罐道梁上或?qū)Ｓ霉芗苌?。?.4.4條：抽放管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負(fù)壓瓦斯管路阻力公式計(jì)算；局部阻力可用估算法計(jì)算，一般取摩擦阻力的1020。第5.4.5條：地面管路布置：不得將抽放管路和自來(lái)水管、暖氣管、下水道管、動(dòng)力電纜、照明電纜及通訊電纜等敷設(shè)在同一條地溝內(nèi)；主干管應(yīng)與城市及礦區(qū)的發(fā)展規(guī)劃和建筑布置相結(jié)合；抽放管道與地上、下建(構(gòu))筑物及設(shè)施的間距，應(yīng)符合工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；瓦斯管道不得從地下穿過房屋或其它建(構(gòu))筑物，一般情況下也不得穿過其它管網(wǎng)，當(dāng)必須穿過其它管網(wǎng)時(shí)，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定采取措施。第二節(jié) 抽放管路的計(jì)算和選擇、瓦

16、斯抽放管徑選擇選擇瓦斯管徑，可按下式計(jì)算： 式中 D瓦斯管內(nèi)徑，m；Q管內(nèi)瓦斯流量，m3/min；V瓦斯在管路中的經(jīng)濟(jì)流速，m/s，一般取V1015m/s，在此取10m/s。可得： (2)、選擇根據(jù)計(jì)算主管選擇直徑為325無(wú)縫鋼管, 壁厚可選擇9mm或10mm.第五章 瓦斯泵選型第一節(jié) 抽放系統(tǒng)管道阻力計(jì)算（1）、摩擦阻力計(jì)算計(jì)算直管摩擦阻力，可按下式計(jì)算： 式中 H阻力損失，Pa；L直管長(zhǎng)度，m；混合瓦斯對(duì)空氣的密度比. =1-0.446c/100=0.8216c管路內(nèi)瓦斯?jié)舛?% c=40Q瓦斯流量，m3/h；D管道內(nèi)徑，cm；k0系數(shù)，見表5-1；表5-1 不同管徑的系數(shù)K0值通稱管徑(

17、mm)152025224050K0值0.460.470.480.490.500.52通稱管徑(mm)7080100125150150K0值0.550.570.620.670.700.71則（2）、局阻力計(jì)算按經(jīng)驗(yàn)值，取沿段管道總摩擦阻力的15%作為局部阻力HrHr=Hz15%=1.424KPa（3）、抽放管道總阻力Hc=Hz+Hr+HfHc瓦斯抽放管道總阻力Hz管路摩擦阻力Hf抽放瓦斯管口處負(fù)壓 取10 kPaHc =9.495+1.424+10=20.92 kPa（4）、斯壓送及管路總阻力地面瓦斯壓送及管路總阻力取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值5kpa第二節(jié) 瓦斯泵流量和壓力計(jì)算瓦斯泵流量計(jì)算抽放瓦斯泵流量必須滿

18、足抽放系統(tǒng)服務(wù)年限之內(nèi)最大抽放量的需要。 式中 抽放瓦斯泵的額定流量，m3/min；礦井瓦斯最大抽放總量（純量），m3/min；X礦井抽放瓦斯?jié)舛龋?；瓦斯抽放泵的機(jī)械效率，一般取0.8；K備用系數(shù)，K=1.2。（2）瓦斯泵壓力計(jì)算瓦斯抽放泵的壓力是克服瓦斯從井下抽放孔口起，經(jīng)抽放管路到抽放泵，再到釋放點(diǎn)所產(chǎn)生的全部阻力損失。Hp= (Hc+Hv)kBHp瓦斯泵的壓力kB備用系數(shù)，一般取1.2Hp =(20.92+5) 1.2=31.104kPa第三節(jié) 瓦斯泵選型確定瓦斯泵類型：目前國(guó)內(nèi)使用的瓦斯泵類型主要有：a離心式鼓風(fēng)機(jī)；b.回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)(包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)、葉式鼓風(fēng)機(jī)、滑板式壓氣機(jī)等)；c.水

19、環(huán)真空壓縮機(jī)；d.往復(fù)式壓氣機(jī)(只用于地面正壓輸送瓦斯)。根據(jù)比較選用水環(huán)式真空壓縮機(jī)1、真空度高,且可正壓輸出;2、工作水不斷帶走氣體壓送時(shí)產(chǎn)生的熱量,泵題不會(huì)升溫發(fā);,當(dāng)抽出瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸界限時(shí),也沒有爆炸危險(xiǎn);3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,平穩(wěn),供氣均勻;4、將負(fù)壓抽出和正壓輸出合二為一,一般不需另設(shè)正壓輸出設(shè)備5、單機(jī)瓦斯抽出量由1.8450 m3/min,適用范圍廣,煤層透氣性低,管路阻力大,需要高負(fù)壓抽放的礦井;6、適用于負(fù)壓抽出瓦斯;7、適用于瓦斯?jié)舛冉?jīng)常變化的礦井,特別適用于濃度變化較大的鄰近層抽放礦井最后選定SK85 其吸入負(fù)壓氣量在54.5-85m3/min.電機(jī)功率為130K

20、W將來(lái)技術(shù)進(jìn)步抽放率提高，還可以繼續(xù)使用。第六章 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施（1）應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定出如下安全措施：a.抽放鉆場(chǎng)、鉆孔施工防治瓦斯措施。b.管路防腐蝕、防漏氣、防砸壞、電氣防爆、防靜電、防帶電、防底鼓措施。c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防凍措施。（2）井下移動(dòng)抽放瓦斯泵站，應(yīng)遵從以下要求：井下移動(dòng)抽放瓦斯泵站應(yīng)安裝在抽放瓦斯地點(diǎn)附近的新鮮風(fēng)流中。抽出的瓦斯必須引排到地面、總回風(fēng)道或分區(qū)回風(fēng)道；已建永久抽放系統(tǒng)的礦井，移動(dòng)泵站抽出的瓦斯可直接送至礦井抽放系統(tǒng)的管道內(nèi)，但必須使礦井抽放系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛确厦旱V安全規(guī)程第一百四十八條規(guī)定。移動(dòng)泵站抽出的瓦斯排至

21、回風(fēng)道時(shí)，在抽放管路出口處必須采取安全措施，設(shè)置櫥欄、懸掛警戒牌。柵欄設(shè)置的位置，上風(fēng)側(cè)為管路出口外推5m，上下風(fēng)側(cè)柵欄間距不小于35m。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。移動(dòng)抽放泵站排到巷道內(nèi)的瓦斯，其濃度必須在30m以內(nèi)被混合到煤礦安全規(guī)程允許的限度以內(nèi)。柵欄處必須設(shè)警戒牌和瓦斯監(jiān)測(cè)裝置，巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迗?bào)警時(shí)，應(yīng)斷電、停止抽放瓦斯、進(jìn)行處理。監(jiān)測(cè)傳感器的位置設(shè)在柵欄外1m以內(nèi)。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。井下移動(dòng)瓦斯抽放泵站必須實(shí)行“三?！惫╇姡磳Ｓ米儔浩?、專用開關(guān)、專用線路。（3）地面抽放瓦斯站安全措施抽放瓦斯站安全措施，應(yīng)遵從以下要求：在一個(gè)抽放站內(nèi)，抽放瓦斯泵及附屬設(shè)備只有一套工作時(shí)，應(yīng)備用一套；兩套或兩套以上工作時(shí)，其備用量可按工作數(shù)量的60%計(jì)。鉆機(jī)備用量按工作臺(tái)數(shù)的60%計(jì)；抽放站位置應(yīng)設(shè)在不