礦井瓦斯防治設(shè)計

1、礦井瓦斯防治課程設(shè)計課程名稱： 瓦斯抽采設(shè)計 指導(dǎo)教師： 姓 名： 班 級： 通 風(fēng) 時 間： 重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2前 言 我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國家之一，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)，威脅著煤礦千千萬萬工人的生命安全，所以礦井瓦斯防治成了煤礦重中之重，只有把煤礦瓦斯處理好了，煤礦才有得效益可言。為了煤礦事業(yè)的安全發(fā)展，我們做了這個瓦斯防治課程設(shè)計，希望能為煤礦事業(yè)做出貢獻(xiàn)。本次礦井瓦斯防治課程設(shè)計主要根據(jù)煤礦安全規(guī)程（2011年版）、煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)（AQ1026-2006）、煤礦瓦斯抽放規(guī)范（AQ1027-2006）、煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定煤 礦瓦斯抽采基本指標(biāo)（AQ1026

2、-2006） 此次設(shè)計的主要內(nèi)容：松藻煤礦礦井概況、礦井瓦斯儲量及可抽量預(yù)測、礦井瓦斯抽采的必要性和可行性分析、瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計、瓦斯抽采系統(tǒng)與設(shè)備選型、安全技術(shù)措施。繪制抽采系統(tǒng)圖、鉆孔布置圖。 本次設(shè)計在陳老師指導(dǎo)下順利完成，由于編制時間有限以及編者水平有限，所以此次瓦斯防治設(shè)計存有錯誤，望老師、領(lǐng)導(dǎo)批評指正。目錄第一章 礦井概況1一、地形地貌1二、氣候1三、地層煤質(zhì)1四、松藻煤礦1第二章 礦井瓦斯儲量及可抽量預(yù)測3第三章 礦井瓦斯抽采的必要性和可行性5一、礦井瓦斯來源分析5二、礦井瓦斯抽采的必要性5三、瓦斯抽采的的可行性7第四章 瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計8一、抽采方式8二、瓦斯抽采方法8三、抽采

3、瓦斯方法選擇8四、施工方法9五、抽采參數(shù)的確定10第五章 瓦斯抽采系統(tǒng)與設(shè)備選型12一、瓦斯泵的選型12二、抽放管道的選擇13三、瓦斯管道阻力計算14四、抽放管道敷設(shè)15五、鉆機(jī)及封孔泵選型15六、檢測設(shè)備17第六章 安全技術(shù)措施18第一章 礦井概況1.礦井基本情況松藻煤礦1957年6月建井，井田南北長9.2km，東西寬2.5km，面積17.01km2，2005年礦井核定生產(chǎn)能力為1000kt/a。，2013年礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為煤與瓦斯突出礦井，礦井有K1、K2b、K3b三層煤可采，K1、K3b為強突出層，K2b為不突出層，作為保護(hù)層開采，煤層厚度分別為1.15、0.85、1.20m，傾角

4、45。煤層為不易自燃煤層，煤塵均有爆炸危險性。K1煤層瓦斯含量為18.65m3/min，K2b煤層瓦斯含量為9.63m3/t，K3b煤層瓦斯含量為29.16m3/t ，礦井利用穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。2.地形地貌松藻礦區(qū)位于渝東南邊緣與貴州高原的過渡地帶，山脈走向與構(gòu)造線方向基本一致，地勢由東向西逐漸降低，地形最高點山羊洞標(biāo)高122760m，最低點為西緣松坎河趙家坎附近，標(biāo)高約300m，相對高差約900m左右，屬中山到低山地形中切割區(qū)地形坡角1030，一般20。其中，松藻煤礦兩端被河流所切，整個煤礦為一侵蝕剝蝕類型的河間地塊，地貌單元兩側(cè)地形陡峻呈山高谷深的V型地貌，煤礦中部被沿地層傾向發(fā)育的馬

5、家溝和楊家溝切割，展現(xiàn)呈崗嶺狀梁狀中低山地貌。3.氣候本區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候溫濕多雨，陰雨天占全年的50%左右，冬季山上時有積雪 ，氣溫年平均在，降雨量年總量在957.71129.5mm間。 相對濕度年平均為7880 %絕對濕度年平均為17.418.1mg/m34.地層煤質(zhì)地區(qū)煤層屬中灰-高灰，富硫-高硫，低磷的無煙煤，煤炭地質(zhì)儲量12.5億t，工業(yè)儲量9.8億t。第二章 礦井瓦斯儲量及可抽量預(yù)測礦井瓦斯儲量為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受才動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層及圍巖瓦斯儲量之和。瓦斯儲量的大小標(biāo)志著瓦斯資源多少，同時亦是衡量有無開發(fā)利用價值的重要指標(biāo)，可按下式計算： Wk=W1+

6、W2+W3式中：Wk礦井瓦斯儲量，Mm3； W1可采煤層的瓦斯儲量，Mm3； W1=A1iX1i（Mm3） A1i礦井可采煤層i的地質(zhì)儲量，Mt； X1i礦井可采煤層i的瓦斯儲量，M3/t； W2受采動影響后能夠想開采空間排放瓦斯的各部可采煤層的總瓦斯儲量，W2=A2iX2i（Mm3） A2i-受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的地質(zhì)儲量，Mt； X2i受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的瓦斯含量,M3/t； W3受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量，Mm3，實測可按下式計算 W3=K（W1+W2） K圍巖瓦斯儲量系數(shù)，取K=0.1AL1 =17.011.151.381

7、06t=2.6107tAL2=17.010.851.38106t=2.0107tAL3=17.011.201.38106t=2.8107tW1=2.618.65+2.09.063+2.839.16107t=1.78109m3W3=0.11.78109=1.78108m3Wk=（1.78+0.178）109t=1.96109m3礦井可開發(fā)瓦斯量（或稱可抽放量）是指在既定的開采技術(shù)條件下，按目前的抽放技術(shù)水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映著礦井瓦斯資源的開發(fā)程度，與其抽放工藝和抽放能力密切相關(guān)，一般按下式計算:Wkc=kWk 式中：Wkc礦井可抽瓦斯量，Mm3； k礦井瓦斯抽放率，按我國目前的技術(shù)水

8、平，取30%；Wk-礦井瓦斯儲量，Mm3；Wkc=0.31.958109=3.29108m3因此，該礦的瓦斯儲量為1.96109m3，可抽瓦斯量為3.29108m3。第3章 礦井瓦斯抽采的必要性和可行性1.礦井瓦斯來源分析重慶松藻煤電公司松藻煤礦開采的K1、K3b為強突出層，K2b為不突出層，作為保護(hù)層開采。礦井瓦斯來源分析（1）臨近煤層卸壓瓦斯涌出，由于礦井煤層間距小，保護(hù)層開采后，本層和上、下鄰近層卸壓瓦斯會大量涌向保護(hù)層采煤工作面。工作面受到采動影響，瓦斯大量涌向工作面。 （2）煤巖壁瓦斯涌出，揭露煤層后，煤暴露的自由面大而且分布廣，從自由面向媒體深處瓦斯壓力呈上升趨勢，媒體中形成瓦斯壓

9、力梯度，從而瓦斯由媒體深處向煤壁方向。（3） 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出，由于掘進(jìn)巷道時破壞了煤層原始應(yīng)力平衡狀態(tài)和媒體瓦斯壓力平衡，在媒體中形成了較大的瓦斯壓力梯度。使瓦斯向煤壁大量涌出。（4） 采空區(qū)瓦斯涌出，受到采動影響的卸壓鄰近層(包括上下鄰近層，不可采層及圍巖）以及開采層本身丟煤（包括煤柱）涌出瓦斯。2.礦井瓦斯抽采的必要性 瓦斯抽采的目有：為了確保礦井安全生產(chǎn)，防止或減少瓦斯?jié)舛瘸?；為了開發(fā)利用瓦斯資源，變害為利。礦井瓦斯抽采的的意義：（1） 煤礦安全生產(chǎn)治本之策；（2） 增加能源有效供給有效措施；（3） 減少環(huán)境污染重要舉措；（4） 煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需要；（5） 一個新的經(jīng)濟(jì)增長點

10、。對于一個礦井或一個采區(qū)（工作間）是否必要抽采瓦斯，首先要從安全生產(chǎn)的角度考慮，即當(dāng)采用通風(fēng)方法解決瓦斯超限問題不可能或不合理時，就應(yīng)采取抽采措施；其次，應(yīng)從改善職工勞動條件和充分利用瓦斯資源等方面綜合考慮抽采的必要性，當(dāng)然，也包括經(jīng)濟(jì)上的合理性。（一）從安全生產(chǎn)角度衡量瓦斯抽采的必要性衡量一個瓦斯礦井是否有必要抽采，可以根據(jù)以下幾點：（1）對于生產(chǎn)礦井，由于礦井的通風(fēng)能力已經(jīng)確定，故礦井瓦斯涌出量超過通風(fēng)所能稀釋瓦斯量時，即應(yīng)考慮抽采瓦斯；對于新建礦井，當(dāng)采煤工作面瓦斯涌出量大于5m/min，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m/min，采用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理時，應(yīng)該抽采瓦斯；對于全礦井，一

11、般認(rèn)為，絕對瓦斯涌出量大于30m/min，或相對瓦斯涌出量大于15 25m/t時應(yīng)抽采瓦斯；開采保護(hù)層時應(yīng)考慮抽采保護(hù)層瓦斯；對于突出煤層，可以考慮用預(yù)抽瓦斯的方法防止突出。煤礦安全規(guī)程第145條規(guī)定，有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久抽采瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽采系統(tǒng)：（1）一個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m/min或一個掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的。（2）礦井絕對瓦斯量達(dá)到以下條件：大于或等于40m/min。年產(chǎn)量1.01.5Mt的礦井，大于30m/min。年產(chǎn)量0.61.0Mt的礦井，大于25m/min。年產(chǎn)量0.40.6Mt的礦井，大于20m/m

12、in。 年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m/min。（3） 開采有煤與瓦斯突出危險煤層的。綜合本礦井實際，松藻煤電公司松藻煤礦屬于煤與瓦斯突出礦井，K1、K3為強突出層，煤礦所屬煤層透氣性差，且煤層埋深增加，瓦斯賦存量大，煤與瓦斯突出危險性嚴(yán)重，根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，K1煤層瓦斯含量為18.65m/min，K2煤層瓦斯含量為9.63m/t，K3煤層瓦斯含量為29.16m/t。受工作面風(fēng)速影響已經(jīng)無法再增加風(fēng)量，為了確保礦井的安全生產(chǎn)。按照煤礦安全規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，礦井必須進(jìn)行瓦斯抽采，且必須建立地面永久抽采系統(tǒng)。（二）從資源和環(huán)保的角度衡量瓦斯抽采的必要性瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)的能源，與

13、人工制氣相比，利用瓦斯具有成本低，清潔安全，使用方便等顯著的優(yōu)勢，如果將抽采出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，有效改善能源結(jié)構(gòu)。另外，通過抽采和瓦斯利用，可減少瓦斯對大氣的污染（據(jù)相關(guān)資料分析研究表明，CH4對臭氧層的破壞比CO2大16倍），對保護(hù)人類生存環(huán)境具有至關(guān)重要的作用。因此，瓦斯抽采具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。3.瓦斯抽采的的可行性開采層瓦斯抽采的可行性，是指煤層在天然透氣性條件下進(jìn)行預(yù)抽的可能性。衡量其抽采難易程度的指標(biāo)有兩個，一是煤層的透氣性系數(shù),二是鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。見下表煤層透氣性系數(shù)及鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)煤層抽采瓦斯難易程度分級表類別鉆孔流量衰減系數(shù)/d煤層透氣性系數(shù)/

14、(mMpa）容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1較難抽采0.0515（cm)時分別取0.62、0.7、0.71； 管道內(nèi)混合瓦斯對空氣的相對密度，按下式計算： =0.716c+1.293(1-c) P管內(nèi)絕對瓦斯壓力，kPa,井下大氣壓取常年平均值97kPa; T管內(nèi)溫度，取平均值20，T=293（K) C管內(nèi)瓦斯?jié)舛取⒊椴上到y(tǒng)中阻力最大、線路最長的各段管路已知數(shù)據(jù)帶入式、，計算后逐段相加，即得系統(tǒng)最大摩擦阻力。經(jīng)計算，礦部泵站瓦斯抽采管路系統(tǒng)最多摩擦阻力為34.41kPa.(2) 瓦斯抽采管路摩擦阻力損失 瓦斯抽采管路局部阻力取直管段的15計算。則管路系統(tǒng)沿途阻力（即抽采管道總

15、阻力）為： Hg=1.15HTG,kPa 式中：Hg抽采管路沿途阻力，kPa。 經(jīng)計算，礦部泵站沿途阻力損失為： 礦部泵站系統(tǒng)：Hg2=1.1531.89=39.57（kPa)。 （3）瓦斯抽采泵站總阻力（總負(fù)壓）按下式計算 HZ=Hg+HK，kPa式中：HZ泵站負(fù)壓端總阻力，kPa； HK抽采鉆孔孔口負(fù)壓，kPa，取13kPa。計算得，礦部泵站抽采系統(tǒng)總阻力為52.57kPa，能夠滿足抽采瓦斯的需要。4.抽放管道敷設(shè)瓦斯抽采泵設(shè)在主平硐地面，礦部泵站安裝SKA-420型（160kw）水環(huán)式真空泵2臺，1臺運行。1臺運行，1臺備用。5鉆機(jī)及封孔泵選型 （1）鉆機(jī) 本礦瓦斯抽采采用以底板巖巷穿層

16、網(wǎng)格預(yù)抽為主的綜合抽采方法，鉆孔較長且多穿巖層布置。根據(jù)目前國內(nèi)各生產(chǎn)廠家的各種鉆機(jī)型號、性能、使用環(huán)境及價格等進(jìn)行調(diào)研后，穿層鉆孔和本層鉆孔全部采用重慶煤科分院生產(chǎn)的ZYG150型系列鉆機(jī)施工，該鉆機(jī)設(shè)計能力150m，配套鉆桿直徑42mm(ZYG150鉆機(jī)主要性能參數(shù)見表3-1），鉆頭采用YG6硬質(zhì)合金，穿層鉆孔終孔孔徑一般為65mm，全部采用水排粉，水壓在4Kg左右，本層鉆孔終孔孔徑為86mm，采用螺旋加壓風(fēng)排粉。該鉆機(jī)具有功率大、操作簡單、體積小、重量輕、解體性能好、搬運安裝方便、傳動效率高、不卡鉆、進(jìn)退自由等優(yōu)點。 表3-1 ZYG150型主要性能參數(shù)表項目單位性能參數(shù)額定功率KW15

17、額定電壓V380/660額定轉(zhuǎn)率r/min95額定輸出轉(zhuǎn)矩N.m650最大給進(jìn)力KN40正常給進(jìn)速度m/min01.5鉆桿直徑mm50mm/42min最大鉆進(jìn)深度m150開、終孔直徑mm115mm65mm 礦井配置鉆機(jī)ZYG150型鉆機(jī)20臺，其中使用17臺，3臺備用。 （2）封孔泵 采用機(jī)械封孔泵封孔，封孔長度容易達(dá)到設(shè)計要求，封孔效率高，鉆孔封孔效果好。瓦斯抽采鉆孔推薦采用TBW型礦用封孔泵進(jìn)行封孔。TBW型礦用封孔泵主要應(yīng)用于煤礦瓦斯抽采封孔，該泵自身具有攪拌、輸送高稠度漿料功能，封孔質(zhì)量可靠，封孔工藝簡單，使用方便，易于維護(hù)。表3-2 TBW型礦用封孔機(jī)參數(shù)表項目單位技術(shù)參數(shù)電機(jī)功率K

18、w2.25.5流量L/min1012最大封孔深度m10151520封孔時間（87mm穿層）min/5m54外形尺寸mm8003801201650420780重量kg1652106.檢測設(shè)備 為保證瓦斯抽采系統(tǒng)安全運行和達(dá)到較好抽采效果，對抽采實施檢測。 （1）抽采泵站必須安設(shè)瓦斯?jié)舛葯z測裝置及儀器，實現(xiàn)自動連續(xù)檢測。瓦斯?jié)舛瘸?，能夠自動報警，瓦斯泵站瓦斯超限時，還能自動切斷電源停機(jī)。 （2）對于對于水環(huán)式真空泵必須設(shè)置缺水保護(hù)裝置，在抽采泵冷卻水不足或斷水時，能報警并自動停機(jī)。 （3）抽采泵吸氣側(cè)應(yīng)安設(shè)防護(hù)網(wǎng)，防止雜物進(jìn)入泵內(nèi)而損壞設(shè)備。 （4）抽采瓦斯系統(tǒng)投入運行后，對瓦斯抽采參數(shù)（如抽采

19、負(fù)壓、抽采流量、瓦斯?jié)舛鹊龋?yīng)進(jìn)行連續(xù)性檢測，其具體功能和要求如下： 以分、時、班、天為單位，檢測并統(tǒng)計瓦斯抽采的混合量和蠢量； 應(yīng)根據(jù)瓦斯抽采參數(shù)的變化（如鉆孔抽采衰減趨勢，抽采負(fù)壓和流量的相互關(guān)系等），及時對抽采系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整貨采取有效技術(shù)措施，提高抽采效果； 及時發(fā)現(xiàn)瓦斯抽采系統(tǒng)及抽采泵站存在的故障和隱患。 （5）在瓦斯抽采系統(tǒng)的主管、支路和鉆場管路上安設(shè)孔板流量計，配合相應(yīng)的儀器、儀表，可以對其抽采負(fù)壓、瓦斯?jié)舛?、流量進(jìn)行定期檢測。 （6）在瓦斯抽采硐室頂部應(yīng)懸掛安設(shè)便攜式瓦斯監(jiān)測報警儀，對硐室瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測。 （7）抽采鉆場應(yīng)設(shè)置瓦斯傳感器，對其瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行連續(xù)檢測。有自燃發(fā)火的

20、煤層，還應(yīng)設(shè)置溫度傳感器和CO傳感器。 （8）瓦斯抽采泵站值班人員，應(yīng)對抽采泵的運行狀況（如電機(jī)溫度、各部軸承溫度、冷卻水進(jìn)出水溫等）以及抽采泵周圍進(jìn)行巡查監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)不安全隱患和異?，F(xiàn)象，及時向礦調(diào)度室匯報，并積極采取措施進(jìn)行處理和防范。第六章 安全技術(shù)措施1、抽放容易自燃和自燃煤層的采空區(qū)瓦斯時，必須經(jīng)常檢查一氧化碳濃度和氣體溫度參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，應(yīng)當(dāng)立即采取措施。2、井上下敷設(shè)的瓦斯管路，不得與帶電物體接觸并應(yīng)當(dāng)有防止砸壞管路的措施。3、采用干式抽放瓦斯設(shè)備時，抽放瓦斯?jié)舛炔坏玫陀?5%。4、利用瓦斯時，在利用瓦斯的系統(tǒng)中必須裝設(shè)有防回火、防回風(fēng)和防爆炸作用的安全裝置。5、

21、抽采的瓦斯?jié)舛鹊陀?0%時，不得作為燃?xì)庵苯尤紵挥糜趦?nèi)燃機(jī)發(fā)電或作其他用途時，瓦斯的利用、輸送必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并制定安全技術(shù)措施。6、瓦斯抽采泵站司機(jī)及維修人員，必須經(jīng)過培訓(xùn)合格取得合格證，做到持證上崗。7、抽采泵站的司機(jī)及值班人員要熟悉瓦斯抽采的有關(guān)規(guī)定，掌握各種安全監(jiān)控儀表和設(shè)備的用途及其操作程序。8、瓦斯抽采泵等設(shè)備和管路系統(tǒng)要進(jìn)行日常的檢查，并做好記錄。9、要配有專人對抽采管路上安設(shè)的瓦斯流量、濃度、負(fù)壓、溫度等檢測裝置和瓦斯斷電系統(tǒng)定期進(jìn)行巡回檢測，掌握不同時間的抽采狀況和監(jiān)測裝置的運行情況。10、要配有專人對管路進(jìn)行采水和管路維護(hù)、處理管路積水和漏氣等，以保證管路暢通無阻。

22、定期用草酸對泵體除垢。11、瓦斯抽采檢測儀表齊全，定期校正。12、瓦斯抽采系統(tǒng)運行前，必須對瓦斯抽采泵及管路系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，檢查的內(nèi)容主要有：瓦斯抽采泵電氣設(shè)備的完好、水電閉鎖、瓦斯電閉鎖、供水及排水系統(tǒng)、正負(fù)壓側(cè)管路的密封、管路內(nèi)的銹垢等，在確認(rèn)無問題后方可正常運行。13、瓦斯抽采泵運行過程中，嚴(yán)格按照抽采泵的操作規(guī)程操作，嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場交接班制度。14、瓦斯抽采泵運行過程中，抽采泵司機(jī)必須認(rèn)真觀察抽采泵的運行情況，做好運行狀況記錄。要加強瓦斯抽采參數(shù)（抽采量、瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度、?fù)壓、溫度、氧氣）測定。人工測定時，泵站內(nèi)每小時測定1次，抽采管路內(nèi)每班至少測定1次。 15、抽采地點必須建

23、立專用的瓦斯檢查記錄牌，實行巡回檢查，每班檢查次數(shù)不少于2次，間隔時間要均衡。16、抽采泵司機(jī)要攜帶便攜式瓦斯監(jiān)測報警儀，隨時檢查抽采泵站處瓦斯?jié)舛?，達(dá)到0.5%，必須斷電停泵。17、抽采泵站周圍20m范圍內(nèi)電氣設(shè)備防爆性能良好，不得有易燃、易爆物品，杜絕一切引爆火源，并要設(shè)置2只干粉滅火器和不少于0.2m3的黃沙，并設(shè)置兩把防火锨等消防材料、設(shè)備。18、抽采泵及開關(guān)附近20m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%不得開泵；在抽采泵上方距頂板300mm處安裝一個甲烷傳感器，其斷電濃度為TCH40.5%，復(fù)電濃度為TCH40.5%，斷電范圍為抽采泵及開關(guān)電源。19、抽采管路不得與帶電體接觸。必須保護(hù)好瓦斯抽采管路，嚴(yán)禁砸撞管路，一旦撞壞，必須立即通知泵站司機(jī)停泵，并匯報調(diào)度室通知有關(guān)人員進(jìn)行處理。20、加強瓦斯抽采泵正、負(fù)壓側(cè)管路的檢查和維護(hù)，每天安排專人對所有管路及采水處進(jìn)行巡回檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，確保抽采