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文檔簡介
山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦北栗風井瓦斯抽采工程初步設計—王莊煤礦回采工作面設計風量為2700m3/min。掘進工作面設計供風量為600m3/min,回風順槽按稀釋瓦斯?jié)舛?.8%計算。采掘工作面通風能解決的瓦斯量為:q采=2700×0.8/(1.3×100)=16.6m3/minq掘=600×0.8/(1.5×100)=3.2m3/min經(jīng)過計算:回采工作面回風巷通風能解決的瓦斯量為16.6m3/min,掘進工作面通風能解決的瓦斯量為3.2m3/min。從通風能力上分析,62采區(qū)回采工作面、掘進工作面不需要進行瓦斯抽采,91采區(qū)回采工作面、掘進工作面瓦斯抽采是必要的。三、從資源利用和環(huán)保的角度來看瓦斯抽采的必要性煤層瓦斯即甲烷,是煤層形成過程中的一種伴生產物,煤層開采或掘進過程中涌出的瓦斯不僅對礦井安全生產產生威脅,而且破壞地球大氣的臭氧層,污染大氣環(huán)境。根據(jù)氣候變遷跨國委員會研究報告,瓦斯溫室效應是C02的21倍,瓦斯是一種僅次于氟利昂占第二位的主要溫室氣體。同時,瓦斯又是一種優(yōu)質的能源,將抽出的瓦斯加以利用,可以變害為寶,不僅改善能源結構,而且減少了對環(huán)境的污染,目前國家大力提倡節(jié)能減排,節(jié)約能源,因此建立地面瓦斯抽采系統(tǒng),進行瓦斯利用,響應國家政策,可以取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。因此,從資源和環(huán)保的角度來看有必要進行瓦斯抽采。第三節(jié)建立地面瓦斯抽采系統(tǒng)的必要性根據(jù)2011年10月16日由國家安全生產安全監(jiān)督管理總局、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局以安監(jiān)總煤裝〔2011〕163號印發(fā)的《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》(自2012年3月1日施行)第十四條規(guī)定:煤與瓦斯突出礦井和高瓦斯礦井必須建立地面固定抽采瓦斯系統(tǒng),其他應當抽采瓦斯的礦井可以建立井下臨時抽采瓦斯系統(tǒng);同時具有煤層瓦斯預抽和采空區(qū)瓦斯抽采方式的礦井,根據(jù)需要分別建立高、低負壓抽采瓦斯系統(tǒng)。綜上所述,山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦62采區(qū)、91采區(qū)同采時,91采區(qū)有必要建立地面永久瓦斯抽采系統(tǒng),并采用高、低負壓兩套抽采系統(tǒng)進行礦井瓦斯綜合抽采。第四節(jié)瓦斯抽采的可行性一、開采層抽采瓦斯的可行性開采層瓦斯抽采的可行性是指在原始透氣性條件下進行預抽的可能性,一般來說,其衡量指標有兩個:一為煤層的透氣性系數(shù)λ;二為鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α,按照λ和a判定開采層瓦斯抽采可行性的標準如表4-1所示:表4-1預抽瓦斯難易程度分類表抽采難易程度鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(d-1)煤層透氣性系數(shù)λ(m2/MPa2·d)容易抽采<0.003>10可以抽采0.003~0.0510~0.1較難抽采>0.05<0.1山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心對本礦3號煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔初始瓦斯涌出量和自然瓦斯涌出量衰減系數(shù)進行實測,相關基礎參數(shù)測定結果如下表所示。表4-2王莊煤礦3號煤層透氣性系數(shù)與瓦斯流量衰減系數(shù)測定結果煤層編號百米鉆孔初始涌出量(m3/min.hm)百米鉆孔流量衰減系數(shù)(d-1)煤層透氣性系數(shù)(m2/MPa2.d)30.0890.01690.106~0.734綜合分析認為,根據(jù)煤層透氣性系數(shù)和鉆孔流量衰減系數(shù)可知,王莊煤礦3號煤層屬于可以抽采類型,具備進行開采層瓦斯抽采的條件。二、高抽巷抽采裂隙帶瓦斯可行性由于開采煤層的卸壓作用,鄰近層瓦斯的涌出程度主要與鄰近層的位置、層間距、開采層采厚等有關。表4-3列出了鄰近層不同位置、層間距與其瓦斯涌出系數(shù)的關系。從表4-3可知:(1)上鄰近層層間距小于20m,下鄰近層層間距小于10m的范圍內,鄰近層的瓦斯涌出量可占該煤層瓦斯含量的80%以上,是卸壓瓦斯涌出最充分的區(qū)段,但由于該范圍內的上鄰近層正處于冒落帶(拱)內,下鄰近層也正處于巖體膨脹松動帶內,與采空區(qū)大面積聯(lián)通,所以該地段鄰近層大量卸壓瓦斯向采空區(qū)涌出。表4-3鄰近層卸壓瓦斯涌出系數(shù)鄰近層位置層間距(m)瓦斯涌出系數(shù)上鄰近層20>0.8400.6700.35>1200下鄰近層10>0.8200.45400.1~0.2>600(2)層間距為20~40m的上鄰近層,層間距為10~20m的下鄰近層,其瓦斯涌出系數(shù)仍然可達0.6及0.45以上,而該地段正處于巖石移動的裂隙帶內,采用鉆孔或巷道抽采該地帶的瓦斯,效果最好。3號煤層距上鄰近層1號、2號煤層的間距分別為40.45m、30m,均處于它的開采影響范圍內,在3號煤層91采區(qū)工作面開采期間,各鄰近層的瓦斯將大量涌入工作面和采空區(qū)。因此在3號煤層91上方布置高抽巷抽采裂隙帶的卸壓瓦斯是可行的。三、采空區(qū)瓦斯抽采可行性由于采空區(qū)暴露面積及空間范圍大,采空區(qū)瓦斯分布的范圍也大,而且直接受工作面通風風流的影響。采空區(qū)的瓦斯受氣壓影響較大,容易造成工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸?。采空區(qū)瓦斯?jié)舛容^低,但只要抽采混合量能達到一定數(shù)值時,抽采量也是很大的,所以采空區(qū)抽采對保障高產高安全生產是有積極意義的,特別是防止上隅角瓦斯積聚超限更是非常必要的。采空區(qū)埋管抽采在技術上也是可行的,由于埋管抽(排)采空區(qū)的瓦斯,一般濃度較低(<20%),同時負壓也比較低,所以需要單設一趟抽采瓦斯管路進行抽采,以免影響永久抽采瓦斯系統(tǒng)的正常安全運行。采空區(qū)抽采是可行的。第五章礦井91采區(qū)瓦斯抽采方法及抽采量第一節(jié)瓦斯抽采量預計一、預抽煤層瓦斯量計算1、工作面預抽量計算的基本參數(shù)確定(1)預抽時間的確定根據(jù)該礦3號煤層瓦斯自然涌出量的測定結果表明:百米鉆孔初始瓦斯涌出量分別為0.089m3/min·100m,3號煤層百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.0169d-1,91采區(qū)布置一個預抽工作面進行預抽,工作面長度為300m的,工作面走向長度為3000m。百米鉆孔在不同時間t內可抽采的瓦斯總量(Qt)和鉆孔抽采有效系數(shù)(K)按下式計算:Qt=1440q0·(1-e-at)/α(5-1)K=Qt/Qj=(1-e-at)(5-2)式中:Qt—百米鉆孔在t時間內可抽瓦斯總量,m3;t一抽采時間,d;K一鉆孔抽采有效系數(shù),%;QJ—鉆孔極限瓦斯涌出量,QJ=1440q0/α,m3。計算結果如表5-1所示:表5-1不同抽采時間內百米鉆孔抽采瓦斯量及鉆孔抽采有效系數(shù)預抽時間(月)681012抽采瓦斯總量Qt(m3)7221.297452.057535.777556.14鉆孔抽采有效系數(shù)K(%)95.2298.2699.3799.77根據(jù)表5-1計算結果,3號煤層回采時,本煤層預抽10個月抽采量可以達7535.77m3,鉆孔有效抽采系數(shù)為99.37%,考慮到回采工作面推進的速度以及91采區(qū)的采掘接替,3號煤層91采區(qū)抽采時間定為10個月,布置一個預抽工作面。(2)鉆孔間距的確定回采工作面采用平行鉆孔進行預抽時且預抽時間為10個月的情況下,鉆孔抽采影響范圍計算如下:η=l·(160-8)·Qt/(L·M·D·γ·X)(5-3)式中:η-鉆孔抽采影響范圍內的瓦斯抽采率,%;Qt-百米鉆孔在t時間內可抽瓦斯總量,m3;L-鉆孔長度,m,L=160m,封孔長度8m,有效抽采鉆孔長度152m;M-煤層平均厚度,m;D-鉆孔抽采影響范圍(直徑),m;γ-煤的視密度,t/m3;X-煤層瓦斯含量,m3/t。按照涌出量預測,王莊煤礦+540m水平延深3號煤層91采區(qū)煤層厚度按平均值6.74m計算。表5-23號煤層91采區(qū)不同鉆孔抽采影響范圍內的瓦斯抽采率η(%)L(m)M(m)γ(t/m3)X(m3/t)D(m)52.101606.741.397.26234.731606.741.397.26329.771606.741.397.263.526.051606.741.397.26423.161606.741.397.264.5對照上表η的取值,本著既要減少鉆孔工程量又要保證抽采效果的原則,應根據(jù)具體的鉆孔預抽時間來確定鉆孔間距。由表5-2可以得出,3號煤層上下順槽都布置鉆孔,鉆孔間距為4.5m,本煤層預抽時間為10個月時,能夠滿足要求。工作面走向長度為3000m,那么工作面預抽鉆孔個數(shù)為:3000÷4.5×2=1332個。(3)預抽瓦斯量的確定根據(jù)10個月時間單個百米鉆孔瓦斯抽采總量為7535.77m3,可計算出91采區(qū)單孔每分鐘抽采量:Q=1.52×7535.77÷300÷1440=0.026m3/min預抽工作面:W91采區(qū)預抽量=0.026×1332=34.63m3/min(4)邊采邊抽工作面抽采量預計根據(jù)采掘接續(xù)情況設計考慮3號煤層91采區(qū)布置一個回采面抽采和一個備用工作面抽采,由于邊采邊抽工作面已經(jīng)預抽較長時間,且隨著回采的不斷推進,鉆孔數(shù)量也在不斷減少,抽采量下降較快。所以,根據(jù)本礦井下實際情況和其他條件類似礦井的經(jīng)驗,回采工作面抽采量按預抽工作面抽采量的50%計算,則91采區(qū)邊采邊抽量預計為17.31m3/min。(5)掘進工作面抽采量預計根據(jù)《山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦91采區(qū)區(qū)域瓦斯涌出量預測報告》(煤科集團沈陽研究院有限公司)中對91采區(qū)掘進工作面瓦斯涌出量預測結果可知:王莊煤礦91采區(qū)單個掘進工作面瓦斯涌出量最大為7.29m3/min,掘進面總涌出量為20.38m3/min,掘進工作面僅通過通風來解決比較困難,應采取邊掘邊抽的措施,在掘進工作面兩側煤壁及前方煤體施工抽采鉆孔,掘進時保留兩側煤壁鉆孔進行卸壓抽采。設計在掘進工作面每個鉆場布置4個抽采鉆孔,鉆孔深度150m,起作用的鉆場為2個,共8個鉆孔,相鄰鉆場間距為40m。91采區(qū)為3個掘進工作面,預計抽采量為掘進工作面瓦斯涌出量的50%計算,抽采量總量為20.38×50%=10.19m3/min。二、高抽巷抽裂隙帶瓦斯抽采量王莊煤礦開采3號煤層時工作面回采引起圍巖及鄰近層裂隙發(fā)育,透氣性增加,使得鄰近層解吸瓦斯會通過此裂隙向3號煤層回采工作面涌出,設計采用高抽巷進行瓦斯抽采來進行鄰近層瓦斯抽采,同時高抽巷能夠抽采部分回采工作面后方采空區(qū)的瓦斯。根據(jù)本礦井下實際情況和其他條件類似礦井的經(jīng)驗,高抽巷抽采裂隙帶抽采量總量按照4m3/min計算。三、采空區(qū)瓦斯抽采量近年來,我國采空區(qū)瓦斯抽采發(fā)展較快,采空區(qū)抽采瓦斯量所占抽采瓦斯總量的比重愈來愈大。采空區(qū)抽采瓦斯量的多與少,主要取決于采空區(qū)內瓦斯資源的多少和礦井的抽采瓦斯能力。根據(jù)王莊煤礦瓦斯涌出特點及采煤工藝,采空區(qū)瓦斯涌出主要來源于回采工作面丟煤、圍巖及鄰近煤層瓦斯涌出,雖然采取了本煤層預抽,但由于產量大,落煤期間瓦斯涌出速度很大,所以應針對現(xiàn)采采空區(qū)采取了瓦斯抽采措施,同時加強對已采采空區(qū)進行抽采的方法。根據(jù)《山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司王莊煤礦91采區(qū)區(qū)域瓦斯涌出量預測報告》(煤科集團沈陽研究院有限公司),王莊煤礦3號煤層91采區(qū)回采工作面有一個現(xiàn)采采空區(qū),根據(jù)調整后的涌出結果,采空區(qū)絕對瓦斯涌出量量包括鄰近層、巷道圍巖以及巷道丟煤三部分,三部分總瓦斯涌出量為19.62m3/min,由于采用高抽巷抽采也能抽走部分采空區(qū)瓦斯,根據(jù)本礦井下實際情況和其他條件類似礦井的經(jīng)驗,采空區(qū)半封閉抽采的抽采率按40%計算,現(xiàn)采空區(qū)抽采量總共為19.62×40%=7.85m3/min。王莊煤礦91采區(qū)包含一個已采采空區(qū),已采采空區(qū)瓦斯涌出量為37.12m3/min。為防止已采采空區(qū)瓦斯涌出,需采用全封閉采空區(qū)方法抽采已采采空區(qū)瓦斯。根據(jù)其他條件類似礦井的經(jīng)驗,已采采空區(qū)瓦斯抽采率取45%,則91采區(qū)單個已采采空區(qū)瓦斯抽采量為:37.12×45%=16.7m3/min。四、礦井瓦斯抽采量(1)準備回采工作面順層平行鉆孔預抽瓦斯量:34.63m3/min;(2)回采工作面邊采邊抽瓦斯抽采量:17.31m3/min;(3)掘進工作面邊掘邊抽瓦斯量:10.19m3/min;(4)高抽巷頂板裂隙帶瓦斯抽采量:4.0m3/min;(5)現(xiàn)采采空區(qū)瓦斯抽采量:7.85m3/min;(6)已采采空區(qū)瓦斯抽采量:16.7m3/min;表5-3采區(qū)不同區(qū)域抽采方法抽采方法采區(qū)抽采量m3/min高低負壓準備回采工作面順層平行鉆孔預抽91采區(qū)34.63高負壓回采工作面邊采邊抽抽采91采區(qū)17.31高負壓掘進工作面邊掘邊抽91采區(qū)10.19高負壓高抽巷頂板裂隙帶瓦斯抽采91采區(qū)4.0低負壓1現(xiàn)采采空區(qū)瓦斯抽采91采區(qū)7.85低負壓1已采采空區(qū)瓦斯抽采91采區(qū)16.7低負壓2合計90.68經(jīng)過計算,礦井3號煤層91采區(qū)抽采最困難時期瓦斯抽采量為90.68m3/min。五、抽采規(guī)模確定綜合以上分析計算,在91采區(qū)達到產量3.0Mt/a的條件下,91采區(qū)最大抽采規(guī)模為90.68m3/min。第三節(jié)91采區(qū)瓦斯抽采方法的核定一、礦井瓦斯抽采方法的選擇原則礦井抽采瓦斯是減少礦井和采區(qū)瓦斯涌出量的有效途徑。我國煤礦的瓦斯抽采方法按瓦斯來源大致可以分為以下五類:(1)開采層瓦斯抽采方法;(2)鄰近層瓦斯抽采方法;(3)采空區(qū)瓦斯抽采方法;(4)圍巖瓦斯抽采方法;(5)綜合抽采瓦斯方法。其中綜合抽采瓦斯方法是前四類方法中兩種或兩種以上方法的配合使用。選擇抽采瓦斯的方法時應遵循如下的原則:1)選擇的抽采瓦斯方法應適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質條件和開采技術條件;2)要針對瓦斯來源選取抽采方法,按照應抽盡抽的要求盡可能采用綜合抽采瓦斯方法,以提高礦井抽采瓦斯效果;3)選擇的抽采瓦斯方法應有利于減少井巷工程量,實現(xiàn)抽采巷道與開采巷道的結合;4)選擇的抽采瓦斯方法應有利于抽采巷道的布置與維護;5)選擇的瓦斯抽采方法應有利于提高瓦斯抽采效果,降低抽采成本;6)選擇的瓦斯抽采方法應有利于鉆場、鉆孔的施工、抽采系統(tǒng)管網(wǎng)敷設,有利于增加抽采鉆孔的瓦斯抽采時間。二、礦井91采區(qū)瓦斯抽采方法的確定按照王莊煤礦的采掘計劃,91采區(qū)開采的時候,布置1個長度300m的回采工作面、3個綜掘工作面。山西潞安環(huán)保能源股份開發(fā)股份有限公司王莊煤礦3號煤層91采區(qū)礦井瓦斯抽采方法如表5-4。表5-4瓦斯抽采方法抽采煤層種類抽采方法理由3號開采層瓦斯抽采回風順槽布置順層鉆孔進行本煤層預抽解決回采之前開采層瓦斯回采工作面邊采邊抽解決回采過程中開采層瓦斯涌出掘進工作面順層長鉆孔解決掘進過程中瓦斯涌出頂板裂隙帶瓦斯抽采高抽巷抽采鄰近層和采空區(qū)瓦斯大量涌入裂隙帶采空區(qū)瓦斯抽采已采采空區(qū)封閉抽采解決工作面回采過程中已采區(qū)域向回采空間涌出現(xiàn)采采空區(qū)半封閉抽采解決回采工作面及回風隅角瓦斯積聚三、瓦斯抽采方法具體參數(shù)設計根據(jù)抽采方法的選擇原則,結合王莊煤礦各煤層的賦存、瓦斯來源等特點,考慮到工作面所需的抽采量,提出王莊煤礦較合理的抽采方法。1、回采工作面順層平行鉆孔預抽及卸壓抽采鉆孔參數(shù):抽采鉆孔布置:鉆孔技術參數(shù),見表5-5,抽采鉆孔布置,見圖5-1。圖5-1平行工作面鉆孔布置圖表5-591采區(qū)鉆孔技術參數(shù)表鉆孔類別開孔高度(m)鉆孔與巷道夾角(°)鉆孔傾角(°)孔深(m)鉆孔直徑(mm)鉆孔間距(m)回風順槽平行鉆孔1.090同煤層傾角160944.5進風順槽平行鉆孔1.090同煤層傾角160944.5進風順槽與回風順槽相鄰鉆孔間間隔是2.25m,進風順槽一側相鄰鉆孔間距為4.5m,回風順槽一側相鄰鉆孔間距為4.5m,雙側布孔重疊段長度為10m。2、掘進工作面預抽方法3號煤層91采區(qū)掘進工作面瓦斯抽采采取邊掘邊抽方法,即在掘進巷道巷幫設置鉆場,在鉆場內施工鉆孔預抽本煤層瓦斯。①設計原則:掘進工作面瓦斯抽采鉆孔控制掘進巷道兩幫15m范圍。②鉆場鉆孔布置原則:鉆場的布置應免受采動影響,避開地質構造帶,便于維護,利于封孔,保證抽采效果;盡量利用現(xiàn)有的開拓、準備和回采巷道布置鉆場。③鉆場鉆孔布置:鉆場規(guī)格尺寸為寬3.5m,長4m,高2.5m,鉆場掘成后,在開口處架設一架抬棚進行支護,鉆場間距為40m,每個鉆場布置4個鉆孔,參數(shù)見表5-9,鉆孔布置見圖5-2。圖5-2掘進工作面邊掘邊抽鉆孔布置示意圖④在煤層掘進巷道迎頭及鉆場內向巷道前方施工扇形長鉆孔,鉆孔深度150m,同側鉆場間距為80m,與鄰近鉆場間距為40m,進行邊掘邊抽。鉆孔沿巷道掘進方向的控制距離應該大于80m,避免出現(xiàn)抽采不到的區(qū)域。然后掘進巷道至預定位置后,再施工下一循環(huán)的鉆孔,具體鉆孔參數(shù)及連接方式見表5-6、圖5-3。鉆孔數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場抽采效果可進行合理調整。表5-6邊掘邊抽鉆孔參數(shù)表鉆孔類別鉆孔與巷道中心線夾角(°)鉆孔仰角(°)鉆孔長度(m)鉆孔直徑(mm)邊掘邊抽β13°β25°β37°β49°同煤層傾角15094注:以上技術參數(shù)只供試驗參考,須根據(jù)效果考察來確定最適合的參數(shù)。鉆場鉆孔布置原則:(1)鉆場的布置應免受采動影響,避開地質構造帶,便于維護,利于封孔,保證抽采效果。(2)盡量利用現(xiàn)有的開拓、準備和回采巷道布置鉆場。圖5-3鉆孔連接圖如果掘進工作面瓦斯特別大或者有異常涌出時,可在掘進頭施工扇形鉆孔進行預抽。設計采用扇形鉆布置孔。其布置方式見圖5-4。圖5-4掘進工作面預抽示意圖3、高抽巷抽頂板裂隙帶瓦斯抽采方法本次設計采用在煤層上方裂隙帶中布置高抽巷抽采鄰近層以及采空區(qū)瓦斯。高抽巷的具體設計參數(shù)如下:1、高抽巷層位確定(1)裂隙帶高度在進行高抽巷層位選擇時,應將其選擇在瓦斯涌出密集區(qū),且滿足工作面回采后不會很快被破壞,因此高抽巷的適宜層位應選擇在裂隙帶中下部、冒落帶上部,其計算公式為:(5-4)(5-5)式中:Hz為高抽巷層位高度,m;Hm為冒落帶高度,m;△Hm為防止高抽巷破壞安全高度,取1-1.5倍采高,m;Hl為裂隙帶高度。冒落帶理論高度Hm采用公式(5-6)計算:(5-6)式中:h為采高,m;k為冒落巖石的平均碎脹系數(shù),取1.25;α為煤層的平均傾角,°。裂隙帶理論高度采用式(5-7)計算:(5-7)式中,a、b、c為待定常數(shù),需依據(jù)煤礦設計規(guī)范確定,如表5-7。表5-7a、b、c為待定常數(shù)取值表巖性abc堅硬巖石1.22.08.9中硬巖石1.63.65.6軟弱巖石3.15.04.0極軟弱巖石5.08.03.0根據(jù)煤層柱狀圖可知,91采區(qū)頂板巖性為中硬巖性。91采區(qū)工作面頂板巖性為中硬巖性。工作面采煤方法為大采高綜合機械化采煤方法及綜采放頂煤采煤法,因此其采高為6.74m,其頂板巖石為細粒砂巖和泥巖,碎脹系數(shù)為1.25,煤層平均傾角為10°,上覆巖層為中硬巖層為主。經(jīng)過計算得出冒落帶高度為14m-22.3m,裂隙帶頂部理論高度為32.5m-43.6m。從柱狀圖來看,距頂板30.25m距離為泥巖,可以滿足生產需要。(2)高抽巷水平距離高抽巷距回風巷的水平投影應大于H/tgα以保證高抽巷處于充分卸壓后的裂隙帶范圍內,同時還需要考慮工作面通風動力影響。高抽巷層位位置如圖5-5所示。圖5-591采區(qū)工作面高抽巷示意圖因此,高抽巷與風巷平距的確定,可根據(jù)以下公式計算:(5-8)(5-9)(5-10)(5-11)式中:S--走向高抽巷距回風巷水平投影距離,m;x--工作面采長,m;△L--走向高抽巷距充分卸壓邊界水平距離,m;L--距回風巷不卸壓投影長度,m;L’--保證高抽巷不被破壞的距回風巷水平投影長度,m;H--走向高抽巷距開采層底板垂高,m;α為頂板巖石泄壓角,72°;Γ--頂板巖石冒落角度,°;h--冒為破壞冒落高度,m;91采區(qū)工作面長度為300m,根據(jù)上部確定的裂隙帶高度27.3m-49.9m,經(jīng)過計算,可以得出高抽巷與風巷水平投影距離為82.7m-91m。同時考慮施工,建議將平距定為80m。根據(jù)上述計算,初步確定高抽巷的合理層位為:垂直高度為高抽巷距煤層頂板27.3m-49.9m,高抽巷中心線與風巷中心線水平投影距離為82.7m-91m。高抽巷層位為巷道上方35m處。2、密閉墻構筑巷道閉墻處及前后10m噴漿,噴漿厚度不少于200mm,噴漿前墻體周圍雜物要清理干凈,周圍鐵絲網(wǎng)要剪掉,活渣清理掉,見硬頂硬幫,然后噴漿,噴漿后開始建墻。在高抽巷爬坡巷第一個拐彎處建三道閉墻,全部使用24磚墻,外道距爬坡巷拐角處3m,下一道在爬坡巷拐角處,兩道墻中間用黃土充填;最后一道距爬坡巷拐角處3m,兩墻中間用鋼筋混凝土充填。墻建好后,對磚墻及墻前10m復噴,杜絕漏風。磚墻為磚、灰、沙結構,下部見實底,兩墻中間的充填部分也必須見實底,閉墻必須按永久設施構筑。墻體平整(1m內凹凸不大于10mm),無裂縫(雷管、腳線不能插入)、重縫和空縫,墻體嚴密不漏風(手觸無感覺、耳聽無聲音)。高抽巷抽采裂隙帶布置示意圖如圖5-6。圖5-6高抽巷抽采裂隙帶布置示意圖根據(jù)王莊煤礦高抽巷的實際效果,如果高抽巷抽采裂隙帶瓦斯無法滿足設計的4.0m3/min的抽采量,王莊煤礦可以設計高位鉆孔對煤層上方裂隙帶進行加強抽采,以滿足相應的抽采量。4、采空區(qū)抽采瓦斯方法采空區(qū)瓦斯抽采方法多種多樣,按采空區(qū)狀態(tài)劃分,可分為半封閉采空區(qū)瓦斯抽采和全封閉采空區(qū)瓦斯抽采。(1)半封閉采空區(qū)瓦斯抽采半封閉采空區(qū)是指回采工作面回采過程中始終存在并且隨著采面的推進范圍逐漸增加的采空區(qū)。由于這種采空區(qū)是和工作面通風網(wǎng)絡相連通的,在通風壓差的作用下來源于各方面的瓦斯涌入采空區(qū)后又流進工作面并經(jīng)由回風流排出,當采空區(qū)積存和涌出瓦斯較大時有可能使工作面上隅角或回風流瓦斯處于超限狀態(tài),特別是當頂板冒落時引起采空區(qū)瓦斯突然大量涌出對生產構成很大的威脅。本設計采用埋管抽采半封閉采空區(qū)瓦斯。埋管抽采半封閉采空區(qū)瓦斯的具體方法是,在91采區(qū)3號煤層回采工作面回風巷內預先敷設一條瓦斯抽采管路,每隔20m串接一個三通管件,作為抽采采空區(qū)瓦斯管路的連接口,安裝管路時要用法蘭盤封嚴,防止漏氣,隨著工作面的推進,管路上的連接口逐步向采空區(qū)內靠近,在進入采空區(qū)之前,要卸掉法蘭盤,作為抽采采空區(qū)瓦斯的管路吸氣口,隨著工作面推進,管路吸氣口逐步埋入采空區(qū),抽采采空區(qū)瓦斯。為提高采空區(qū)瓦斯抽采效果,可在回風巷每隔20m間距預埋一立管,預埋立管采用“L”型布置,下段用水泥澆灌,頂部密封,上端2m段布置花眼,立管下部焊接三通利用鋼絲骨架膠管引出與瓦斯抽采管路吸氣口連接好后,隨工作面推進埋入采空區(qū)后進行抽采,如圖5-7所示。圖5-7埋管抽采采空區(qū)瓦斯方法示意圖為了防止預埋瓦斯抽采管吸氣口被砸壞和減少采空區(qū)漏風,以提高抽采效果,在采空區(qū)回風巷必須進行充填,將抽采管路保護起來,在立管處需打木垛保護。在抽采過程中應實時監(jiān)測CO的濃度升級,必要時關閉抽采管路。該種方法施工簡單,但是隨著回采后頂板冒落,抽采管路由于埋進采空區(qū)內無法回收,增加了抽采管路成本。(2)已采采空區(qū)全密閉抽采瓦斯全封閉采空區(qū)是指工作面(采區(qū)、礦井)已采完封閉的采空區(qū),也稱老采空區(qū)。老采空區(qū)雖與礦井通風網(wǎng)絡隔絕,但采空區(qū)中往往積存大量的高濃度瓦斯,它仍有可能通過巷道密閉或隔離煤柱的裂隙往外泄出,從而增加礦井通風的負擔和不安全因素。全封閉采空區(qū)瓦斯抽采有以下幾種不同的方式:報廢礦井抽采瓦斯、開采已久的老采空區(qū)瓦斯抽采、采完不久的采空區(qū)瓦斯抽采和地面鉆孔抽采等。隨著生產時間的延長,已采采空區(qū)內存大量高濃度瓦斯,尤其是該礦回采率相對較低,造成丟煤較多,為了解決已采采空區(qū)內的瓦斯涌出,設計采用密閉巷道法抽采采空區(qū)瓦斯。該方法是在工作面順槽內打密閉,將抽采管路插入采空區(qū)直接抽采采空區(qū)瓦斯。詳見圖5-8所示。1)密閉墻插管布置參數(shù)采空區(qū)閉墻插管瓦斯抽采,是解決采空區(qū)瓦斯向外涌出的一項行之有效的措施,但要求閉墻密閉性好,以保證瓦斯抽采的濃度。密閉墻兩端用料石或普通建筑用磚砌成,里外圍墻,厚度不小于0.3m。密閉墻總厚度為2.5m,為保證密閉性,將巷道四周墻壁挖出深約0.4m的槽溝,將料石鑲嵌進去,中間留有不小于1m的空間用土夯實,將瓦斯管放在閉墻的上部。瓦斯管外口安設閥門,未抽采前將閥門關閉,以免向外泄漏瓦斯。2)插管與主管的連接與管理由于采空區(qū)密封性較差,瓦斯?jié)舛炔粫撸⑶也▌雍艽?,為確保整個抽采系統(tǒng)的瓦斯不低于安全濃度以下,所以插管與主管連接處必須設閥門,節(jié)流孔板和濃度檢測口,以便于及時檢測抽出的瓦斯?jié)舛?、流量。圖5-8全封閉采空區(qū)瓦斯抽采方案5、封孔方式、材料及封孔工藝鉆孔采用“兩堵一注”封孔方式,利用一次性囊袋注漿裝置進行封孔。如圖5-9。該裝置通過2個囊袋封堵1段鉆孔,2個囊袋之間有1段塑料管,塑料管上開設有鉆孔注漿口,先向囊袋注漿,通過囊袋膨漲后封堵封孔段鉆孔,然后囊袋內的漿液通過鉆孔注漿口向2個囊袋之間的鉆孔注漿,并形成注漿壓力使?jié){液向鉆孔壁滲透。封孔長度不小于8m。封孔管為直徑Φ75mm的PVC管(阻燃、抗靜電),再用鎧裝膠管連接到支管上,再連接到主管上,最后到達地面泵站。1-復合囊袋;2-塑料出漿管;3-鉆孔注漿閥;4-囊袋注漿閥;5-注漿管;6-塑料堵頭件;7-封孔抽采管;8-漿液滲透區(qū);圖5-9囊袋式注漿封孔法原理圖6、鉆機選型及主要檢測儀器儀表配置(1)鉆機煤礦瓦斯鉆機應符合下列要求:①電動機及附屬電器設備必須是防爆的;②鉆機要體積小、輕便或解體方便,以利搬遷;③鉆機應能打水平、上向和下向任意角度的鉆孔。根據(jù)鉆孔數(shù)量和鉆孔施工參數(shù),配備8臺ZY-2300型鉆機,其中4臺工作,4臺檢修、備用。鉆機主要參數(shù)見表5-8。表5-8鉆機主要參數(shù)表輸出轉矩(N·m)2300/1000鉆孔深度(m)300正常推進速度(m/min)0~1.5輸出轉速(r/min)70/160給進力(kN)110鉆孔傾角(°)-90~+90起拔力(kN)80電動機功率(kw)37給進行程(mm)850電動機轉速(r/min)1480鉆桿直徑(mm)63主機重量(kg)1435配套鉆桿選用Φ63mm,每節(jié)長度1~2m的鉆探鉆桿,鉆頭選用三翼鉆頭。打鉆施工供水采用由地面供水池向采區(qū)直接敷設管路,利用靜壓水頭直接供水,供水管路的敷設要與抽采管路敷設同步進行。(2)主要檢測儀器、儀表配置井下抽采瓦斯主要檢測儀器、儀表包括孔板流量計、U型水柱計(汞柱計)、瓦斯?jié)舛葯z定器和高負壓取樣器等。第四節(jié)抽采瓦斯效果評價一、抽采指標規(guī)定根據(jù)國家安全生產監(jiān)督管理總局2006年11月2日頒布的中華人民共和國安全生產行業(yè)標準(AQ1026-2006)《煤礦瓦斯抽采基本指標》的規(guī)定:1、突出煤層工作面采掘作業(yè)前必須將控制范圍內煤層的瓦斯含量降到煤層始突深度的瓦斯含量以下或將瓦斯壓力降到煤層始突深度的煤層瓦斯壓力以下。若沒能考察出煤層始突深度的煤層瓦斯含量或壓力,則必須將煤層瓦斯含量降到8m3/t以下,或將煤層瓦斯壓力降到0.74MPa(表壓)以下??刂品秶缦拢篴)石門(井筒)揭煤工作面控制范圍應根據(jù)煤層的實際突出危險程度確定,但必須控制到巷道輪廓線外8m以上(煤層傾角>80°時,底部或下幫5m)。鉆孔必須穿透煤層的頂(底)板0.5m以上。若不能穿透煤層全厚,必須控制到工作面前方15m以上。b)煤巷掘進工作面控制范圍為:巷道輪廓線外8m以上(煤層傾角>80°時,底部或下幫5m)及工作面前方10m以上。c)采煤工作面控制范圍為:工作面前方20m以上。2、瓦斯涌出量主要來自于鄰近層或圍巖的采煤工作面瓦斯抽采率應滿足表5-9規(guī)定,瓦斯涌出量主要來自于開采層的采煤工作面前方20m以上范圍內煤的可解吸瓦斯量應滿足表5-10規(guī)定。3、礦井瓦斯抽采率應滿足表5-11規(guī)定。表5-9回采工作面抽采率指標表表5-10可解吸瓦斯量指標表表5-11礦井瓦斯抽采率指標表4、預抽煤層瓦斯時噸煤鉆孔量《煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范》(GB50471-2008)5.4.1節(jié)要求,噸煤鉆孔工程量應根據(jù)抽采方式、鉆孔抽采半徑、預抽期、煤層厚度等綜合確定。順層鉆孔預抽時,噸煤鉆孔工程量可取0.04~0.1m/t。王莊煤礦3號煤層回采工作面瓦斯主要來源于本煤層,因此王莊煤礦應滿足表5-9、5-10、5-11及第4條瓦斯抽采效果評價的指標。1)采煤工作面回采前煤的可解吸量回采工作面回采前的可解吸量等于煤的原始瓦斯含量減去煤的殘存瓦斯含量再減去噸煤預抽的抽采量。W可=W0-W殘-W預……………(5-12)式中:W可—煤的可解吸瓦斯含量,m3/t;W殘—煤的殘存瓦斯含量,m3/t;W0—煤層瓦斯含量,m3/t;W預—噸煤瓦斯抽采量,m3/t。噸煤瓦斯抽采量可由下式計算:W預=(Q抽)/A式中:Q抽—工作面預抽瓦斯總量,m3,Q抽=q單×n×t×1440;q單—單孔平均瓦斯抽采量;n—工作面抽采鉆孔個數(shù),個;t—預抽瓦斯時間,取300d;A—工作面開采煤層的地質儲量,t,A=l×m×s×γ;l—工作面長度,91采區(qū)300m;m—開采層厚度,91采區(qū)6.74m;s—工作面推進長度,3000m;γ—煤的視密度,1.39t/m3;王莊煤礦3號煤層91采區(qū)回采工作面產量為8182t/d,如下表5-12計算結果所示,預抽后3號煤層91采區(qū)工作面的可解吸瓦斯含量符合表5-10要求。根據(jù)煤科集團沈陽研究院有限公司對91采區(qū)井下實測結果,推算出91采區(qū)的平均瓦斯含量為9.25m3/min。殘存瓦斯含量為3.13m3/t。表5-123號煤層91采區(qū)煤工作面回采前煤的可解吸量計算表預抽煤層開采層鉆孔個數(shù)工作面預抽瓦斯總量(m3)工作面煤炭儲量(t)預抽瓦斯含量(m3/t)瓦斯含量(m3/t)殘存瓦斯含量(m3/t)可解吸瓦斯量(m3/t)3號13321496016084317401.779.253.134.352)瓦斯抽采率(1)礦井瓦斯抽采率礦井瓦斯抽采率是指礦井瓦斯抽采量占礦井瓦斯總涌出量的百分比,計算公式:(5-13)式中ηk—礦井瓦斯抽采率,%;qkc—礦井瓦斯抽采量,m3/min;qkf—礦井風排瓦斯量,m3/min。礦井第四階段開采時包括62采區(qū)、91采區(qū)兩部分。62采區(qū)主要抽采現(xiàn)采空區(qū)和老采空區(qū)兩部分,62采區(qū)利用現(xiàn)有+540地面固定瓦斯抽采泵站抽采。根據(jù)本礦62采區(qū)目前的抽采情況可知,62采區(qū)采空區(qū)抽采總量為6.8m3/min。通過第一章第四節(jié)的核算,原有抽采系統(tǒng)抽采能力能夠滿足62采區(qū)按照4.1Mt/a生產時的抽采需要。根據(jù)上述各個抽采方法中抽采量的計算,91采區(qū)抽采最困難時期瓦斯抽采量為90.68m3/min,91采區(qū)由本次設計的瓦斯抽采泵站進行抽采。由此可知,礦井第四階段生產時,礦井最困難時期的瓦斯抽采總量為97.48m3/min,礦井的總瓦斯涌出量為143.6m3/min,礦井瓦斯抽采率為67.88%。(2)回采工作面瓦斯抽采率回采面瓦斯抽采率是指回采面瓦斯抽采量占回采面瓦斯總涌出量的百分比,計算公式:(5-14)式中ηm—工作面瓦斯抽采率,%;qmc—工作面瓦斯抽采量,m3/min;qmf—工作面風排瓦斯量,m3/min?;夭晒ぷ髅嫱咚钩椴闪浚╭mc)為回采工作面預抽瓦斯量、邊采邊抽瓦斯量、高抽巷抽采裂隙帶瓦斯抽采量與工作面現(xiàn)采空區(qū)瓦斯抽采量之和?;夭晒ぷ髅婊夭汕白鳛轭A抽工作面時,已進行了采前預抽,經(jīng)過采前預抽回采工作面開采層瓦斯含量降低,回采時回采工作面絕對瓦斯涌出量降低,降低的瓦斯含量即為噸煤瓦斯抽采量,降低的瓦斯涌出量即為預抽瓦斯量(預抽瓦斯量計算,見式5-15)。 (5-15)式中q預—工作面預抽瓦斯量,m3/min;W預—工作面噸煤瓦斯抽采量;A0—工作面平均日產量,t。由式(5-15)計算得:3號煤層91采區(qū)工作面瓦斯涌出量為60.63m3/min;工作面預抽總量為37.12m3/min。通過計算得工作面瓦斯抽采率為:37.12÷60.63=0.6122,則工作面抽采率為61.22%。根據(jù)上述計算,礦井第四階段62采區(qū)、91采區(qū)同采時,礦井及工作面瓦斯抽采率均符合《煤礦瓦斯抽采基本指標》(AQ1026-2006)標準的要求。3)預抽煤層瓦斯時噸煤鉆孔量王莊煤礦3號煤層回采工作面抽采鉆孔總長度約為213120m,回采工作面煤炭儲量約為8731740t,回采工作面噸煤鉆孔量約為0.024m/t;通過計算,回采工作面噸煤鉆孔量符合《煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范》(GB50471-2008)5.4.1節(jié)要求。第五節(jié)北栗風井瓦斯抽采系統(tǒng)的選擇及服務年限根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局【2008】313號文件中“提綱”的要求,瓦斯抽采系統(tǒng)選擇時應注意以下問題:(1)分期建設、分期投產的礦井,抽采瓦斯工程可一次設計,分期建設、分期投抽。(2)抽采瓦斯站的建設方式,應經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定。一般情況下,宜采用集中建站方式。當有下列情況之一時,可采用分散建站方式:分區(qū)開拓或分期建設的大型礦井,集中建站技術經(jīng)濟不合理;礦井抽采瓦斯量較大且瓦斯利用點分散;一套抽采瓦斯系統(tǒng)難以滿足要求。礦井在采取采空區(qū)抽采措施后,瓦斯抽采量會穩(wěn)定在2m3/min以上;抽采系統(tǒng)服務年限大于5年。王莊煤礦的抽采條件符合《煤礦瓦斯抽采規(guī)范》(AQ1027-2006)4.2節(jié)建立地面抽采系統(tǒng)的條件,應建立地面瓦斯抽采系統(tǒng)。由于本礦井抽采方法主要采用本煤層預抽、裂隙帶高抽巷抽采與采空區(qū)抽采方法,所以,應建立兩套高、低負壓抽采系統(tǒng)來滿足全礦井的抽采瓦斯的需要。符合GB50471-2008《煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范》第3.2.2條規(guī)定。北栗風井瓦斯抽采系統(tǒng)服務年限與91采區(qū)生產年限相同,如果因為91采區(qū)生產能力提升,需要對本設計的泵站的抽采能力進行重新核定,以確定能否滿足91采區(qū)生產能力提升以后的抽采要求,能否符合相應的抽采標準。第六章瓦斯抽采管路系統(tǒng)布置及選型第一節(jié)抽采管路系統(tǒng)選擇原則抽采管路系統(tǒng)應根據(jù)井下巷道的布置、抽采地點的分布、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,確保管道運輸、安裝和維護方便,并應遵循如下原則:(1)抽采管路通過的巷道曲線段少、距離短,管路安裝應平直,轉彎時角度不應大于50°。(2)盡量避開運輸繁忙巷道,首選回風巷內鋪設;若敷設在主要運輸巷道內,在人行道側其架設高度不小于1.8m,并固定在巷道壁上,與巷道壁的距離應滿足檢修要求;抽采瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m。(3)管路發(fā)生故障,管道內的瓦斯不得流入采掘工作面、機房或機電硐室內。(4)抽采管道與地上、下建(構)筑物及設施的間距,應符合《工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》的有關規(guī)定。(5)抽采瓦斯管路的管徑應按最大流量分段計算,并與抽采設備能力相適應,抽采管路按全流速為5~12m/s和最大通過流量來計算管徑,抽采系統(tǒng)管材的備用量可取1.2。(6)當采用專用鉆孔敷設抽采管路時,專用鉆孔直徑應比管道外形尺寸大100mm;當沿豎井敷設抽采管路時,應將管道固定在罐道梁上或專用管架上。(7)抽采管路系統(tǒng)中必須安裝調節(jié)、控制、測定、自動噴粉抑爆、水封式阻火泄爆裝置。第二節(jié)瓦斯管路敷設路線泵房布置在北栗回風立井工業(yè)廣場附近,距離北栗回風立井直線距離126m。管路敷設為240m左右,抽采管路由回風立井進入3號煤層井底車場及石門大巷,然后進入回風大巷,再由回風大巷進入抽采工作面順槽。由于中期開采3號煤層91采區(qū)時瓦斯涌出量最大,抽采量最大,并且管路敷設最遠,所以管路選型均按中期計算。按照管路敷設原則,在保證安全前提下兼顧成本控制。王莊煤礦瓦斯抽采泵站建在回風立井工業(yè)廣場內。采用綜合抽采措施,考慮各抽采方法及抽采量等因素,王莊煤礦開采初期瓦斯抽采管網(wǎng)敷設路線為:1、高負壓抽采管路敷設:2、低負壓抽采管路敷設1:3、低負壓抽采管路敷設2:第三節(jié)抽采瓦斯管路管徑選型一、抽采瓦斯管徑計算瓦斯抽采管徑選擇是否合理,對抽采瓦斯系統(tǒng)的建設投資及抽采系統(tǒng)效果有很大影響。直徑太大,投資費用增加;直徑過細,管路阻力損失大。一般采用下式計算,并參照抽采泵的實際能力使之留有備用量,同時尚需考慮運輸和安裝方便。D=0.1457(Q/V)1/2………………(6-1)式中D—抽采瓦斯管內徑,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。依據(jù)礦井、工作面的瓦斯抽采量預計結果,高、低負壓瓦斯抽采量,見表6-1。表6-1高、低負壓管路瓦斯抽采量計算表高負壓系統(tǒng)(m3/min)回采工作面預抽(備用)工作面掘進工作面邊采邊抽采(m3/min)個數(shù)預抽工作面抽采量(m3/min)個數(shù)邊掘邊抽量(m3/min)個數(shù)62.1317.31134.63110.193低負壓系統(tǒng)(m3/min)現(xiàn)采空區(qū)抽采量(m3/min)個數(shù)已采采空區(qū)抽采量(m3/min)個數(shù)高抽巷抽采個數(shù)28.557.85116.714.01據(jù)礦井工作面的瓦斯抽采量預計結果,按上式計算并留有一定余量,瓦斯抽采管徑選擇見表6-2、6-3、6-4。為說明方便,將高負壓瓦斯抽采系統(tǒng)中用于地面管路及回風立井內管路分別為主管高,石門、回風大巷管路為干管高,順槽內預抽管路稱為支管高1。運輸順槽掘進工作面邊掘邊抽管路稱為支管高2、回風順槽掘進工作面邊掘邊抽管路稱為支管高3、進風大巷掘進工作面邊掘邊抽管路稱為支管高4。將低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)中用于地面管路及回風立井內管路分別為主管低,石門、回風大巷管路為干管低,現(xiàn)采空區(qū)瓦斯抽采管路稱為支管低1,老采空區(qū)瓦斯抽采管路稱為支管低2,高抽巷瓦斯抽采管路稱為支管低3。表6-2高負壓抽采瓦斯管路管徑核定結果類別抽采純量(m3/min)瓦斯?jié)舛龋ǎィ﹤溆孟禂?shù)混合瓦斯量(m3/min)流速(m/s)計算管徑(mm)安裝管徑(mm)壁厚(mm)備注主管高62.13291.8385.639953.73101613無縫鋼管干管高62.13301.8372.7810889.58101613螺旋焊縫鋼管支管高117.32291.271.6710390.054268螺旋焊縫鋼管支管高23.65281.215.6410182.234268螺旋焊縫鋼管支管高33.65301.214.6010176.054268螺旋焊縫鋼管支管高42.9311.211.2310154.374268螺旋焊縫鋼管表6-3低負壓抽采瓦斯管路1管徑核定結果類別抽采純量(m3/min)瓦斯?jié)舛龋ǎィ﹤溆孟禂?shù)混合瓦斯量(m3/min)流速(m/s)計算管徑(mm)安裝管徑(mm)壁厚(mm)備注主管低11.8551.8426.6010951.63101613無縫鋼管干管低11.8551.8426.6010951.63101613螺旋焊縫鋼管支管低17.85101.294.2012408.224268螺旋焊縫鋼管支管低3481.260.0010356.894268螺旋焊縫鋼管表6-4低負壓抽采瓦斯管路2管徑核定結果類別抽采純量(m3/min)瓦斯?jié)舛龋ǎィ﹤溆孟禂?shù)混合瓦斯量(m3/min)流速(m/s)計算管徑(mm)安裝管徑(mm)壁厚(mm)備注主管低16.781.8375.7512815.30101613無縫鋼管干管低16.781.8375.7512815.30101613螺旋焊縫鋼管支管低216.7171.298.2412416.874268螺旋焊縫鋼管上述瓦斯抽采管路中除主管和干管設計采用無縫鋼管外,其余管路均設計采用螺旋焊縫鋼管。通過以上瓦斯抽采管路管徑選擇計算可以看處,本次設計高低負壓瓦斯抽采主管管徑為∮1016×13mm,高低負壓瓦斯抽采干管管徑為∮1016×13mm,高低負壓瓦斯抽采支管管徑為∮426×8mm。井下各瓦斯抽采管路連接均采用螺栓緊固法蘭盤連接方式,中間夾橡膠墊圈,王莊煤礦91采區(qū)瓦斯抽采量,主管路、干管路敷設3趟,支管路可回收重復利用。第四節(jié)管路布置及敷設一、管路布置及敷設1、抽采管路應具有良好的氣密性、足夠的機械強度,并應采取防凍、防腐蝕、防漏氣、放砸壞、防靜電和雷電等措施。2、選用金屬管材時,在安裝前應涂抹防腐蝕劑。防腐蝕材料可采用經(jīng)過熱處理的瀝青、油漆和丹紅等。3、在沿巷道底板敷設管路時,應采用高度0.3m以上的支撐墩,并應保證每節(jié)管子下面有兩個支撐墩。4、在敷設傾斜管路時,應采用管卡將管子固定在巷道支架上。在巷道傾角小于或等于30°時,管卡間距宜采用10m~15m。當沿立井敷設管路時,應將管道固定在罐道梁上或專用管架上。5、管路宜平直敷設,并宜減少彎頭等附屬管件,同時宜避免急轉彎;管路應保持一定的坡度,其坡度應根據(jù)巷道的坡度確定,不宜小于1‰。6、當管路敷設在運輸巷道內時,應將管路牢固的懸掛或架在專用支架上,在人行道側管路架設高度不應小于1.8m,管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m。7、敷設的管路應能排除管路中的積水。8、井下敷設管路,宜采用法蘭采或快速接頭連接。法蘭盤中間應夾有橡膠墊,且墊的厚度不宜小于5mm。9、新敷設的管路應按規(guī)定進行漏氣檢驗。10、當采用專用管道井敷設管路時,專用管道井的直徑應大于管道外形尺寸200mm。11、管路不得與動力電纜敷設在巷道的同一側。12、地面管路布置及敷設應符合下列規(guī)定:(1)宜避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁。(2)不得將管路和其他管線敷設在同一條地溝內。(3)主、干管應與城市及礦區(qū)的發(fā)展規(guī)劃和建筑布置相結合。(4)管道與地上、地下建(構)筑物及設施的間距,應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》GB50187的有關規(guī)定。(5)管道不得從地下穿過房屋或其他建(構)筑物,一般情況下也不得穿過其他管網(wǎng),當必須穿過其他管網(wǎng)時,應按有關規(guī)定采取措施。13、地面和井下金屬管路外表均要先涂刷二層樟丹,地面管路再涂刷一層油性調和漆;埋入土壤的管路再涂一層熱瀝青,外纏玻璃絲布和聚氯乙烯;井下管路再涂二層煤焦瀝青漆。二、井下管路安裝井下瓦斯抽采管路包括回風立井管路、石門管路、回風大巷管路和工作面順槽管路。風井管路沿井筒敷設,采用托掛安裝方式;回風大巷管路采用沿巷道底板敷設;工作面管路采用巷道側幫吊掛安裝方式。1)回風立井中管路安裝時每隔12m做一個承重托梁,每隔3m-6m做一個固定托梁,安裝管道。2)石門和回風大巷中管路安裝可懸吊可支撐,支撐方式可以選擇用混凝土支撐墩墊起也可用支架支撐。3) 工作面瓦斯抽采管路安裝工作面瓦斯抽采管路安裝采用側幫吊掛方式。用鋼絲繩將瓦斯抽采管路吊掛在側幫錨桿上。當管路敷設在工作面運輸順槽內時,應將管路牢固地懸掛或架在專用支架上,在人行道側架設高度應大于或等于1.8m,管件的外壁距巷道壁不宜小于0.1m。4) 鉆孔連接裝置鉆孔與管路相連的部分稱連接裝置,連接裝置所用的膠管多選用輸氣膠管和吸水膠管;鉆孔與分支管路的連接處應設置流量測定裝置、負壓測定管、氣體取樣管和放水器等。三、地面管路安裝要求地面瓦斯抽采泵站建在北栗風井工業(yè)廣場西北部,距離西北部35kv變電站約59m,距離熱泵機房約52m,距離回風立井井口中心約126m,距離進風立井井口中心約70m,泵房西側距離馬路約15m。地面管路安裝采用直埋敷設,埋深距地面凍土層以下(當?shù)刈畲髢鐾辽疃?00mm)。地面敷設管路除符合井下管路的有關要求外,尚需符合下列要求:1)冬季寒冷地區(qū)應采取防凍措施;2)瓦斯管路不宜沿車輛來往頻繁的主要交通干線敷設;3)瓦斯管路不允許與自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜和電話電纜等同敷設于一個地溝內;4)在空曠地帶敷設瓦斯管路時,應考慮到未來的發(fā)展規(guī)劃和建筑物的布置情況;5)管道與地上、地下建(構)筑物及設施的間距,應符合現(xiàn)行國家標準《工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》GB50187的有關規(guī)定。6)管道不得從地下穿過房屋或其他建(構)筑物,一般情況下也不得穿過其他管網(wǎng),當必須穿過其他管網(wǎng)時,應按有關規(guī)定采取措施。第五節(jié)抽采附屬裝置及設施一、附屬裝置及設施安裝要求1、主管、干管、鉆場及其他必要地點應裝設瓦斯量測定裝置。2、鉆場、管路拐彎、低洼、溫度突變處應設置放水器,主管、干管及支管段都要安設放水器,宜每隔200m~300m設置一個放水器,最大不應超過500m。3、在管路的適當部位應設置除渣裝置和測壓裝置。4、管路分岔處應設置控制閥門,閥門規(guī)格應與安裝地點的管徑相匹配。5、干式瓦斯抽采泵吸氣側管路中,應裝設具有防回火、防回氣和爆炸作用的安全裝置。二、附屬裝置及設施1、閥門:在瓦斯抽采管路(主、支管)上和鉆孔的連接處,均需安設閥門,主要用于調節(jié)與控制各個獨立抽采地點的抽采負壓、瓦斯?jié)舛取⒊椴闪康?,同時修理和更換瓦斯管時可關閉閥門切斷回路。設計選用的閥門為截止閥。2、在主、支管以及鉆孔連接裝置上均應設置測壓嘴,以便經(jīng)常觀測抽采管內的壓力。測壓孔高度設計為80mm,選用內徑6mm的紫銅管,在安裝管路之前預先焊上,平時用密封罩罩住或用細膠管套緊捆死,以防漏氣。測壓嘴還可作為取氣樣孔,取出氣體進行氣體成分分析。3、計量裝置瓦斯流量是瓦斯抽采工作中的一個重要參數(shù),較準確的測定瓦斯流量才能真實地反映瓦斯抽采效果。目前瓦斯計量方法的種類很多,應用條件也各不相同。(1)自動計量裝置設計選用V錐流量計作為自動計量裝置。V錐體能重新分布V錐流量計環(huán)形喉部兩端的速度剖面。如圖下圖所示,V錐流量計的主要組成部分是在一個帶壓管道(封閉管道的精密測量管)內的中心軸線上同軸安裝的平截頭圓錐體形的差壓發(fā)生器(即產生差壓的V錐體)和在其下游的另一個平截頭圓錐體(即負責壓力恢復的下游V錐體)。圖6-1V錐流量計節(jié)流裝置示意圖通過在上游管壁上開取壓口測得產生差壓V錐體上游的壓力P1;下游圓錐體尾部的壓力(P2)是通過一個內孔通道系統(tǒng)而獲得的;這樣通過2個取壓口可以獲得2個平截頭圓錐體界面兩端的壓力差(差壓)。這種取壓方式可以確保在封閉管道的中心處測得V錐體下游的壓力P2(目前有某些結構緊湊型儀表是通過管壁取壓來測量P2)。這種利用中心孔來采集下游壓力具有比傳統(tǒng)的差壓式流量計優(yōu)越的一系列優(yōu)點:①流動調整功能強;②較大的量程比(如果管道中的壓力足夠,量程比約為10∶1);③靜態(tài)混合功能;④可測濕氣體(有一定優(yōu)勢)。⑤可測量低流速,最低流速可達到1m/s;⑥對直管段要求低,要求上游0~3D,下游0~1D即可;⑦設備具有自清潔功能,不易堵塞。V錐流量計的安裝方法:①管道法蘭安裝的方法。V錐流量計的兩端各有一個法蘭,與管道上的法蘭進行連接,是通常工業(yè)比較常用的連接方式,特別適用于各個管道口徑的連接,此種安裝方式可與差壓變送器進行分體安裝,通常使用于測量蒸汽的流量和高溫介質的流量。②法蘭夾裝式安裝方法為。V錐流量計兩端各配有法蘭,當連接的管道無法蘭連接時,可選用焊接的方式進行連接,再把V錐流量計安裝在法蘭之間。③管道焊接式安裝方法。V錐流量計與安裝管道沒有法蘭連接的情況下,采用直接焊接的方式,直接把流量計與管道焊接在一起,此種方法安裝成本較低,減少了4片法蘭的成本,適用于大口徑流量計的安裝場所,屬于一次性安裝方式。焊接式的V錐流量傳感器由于其耐磨性非常好,且流體對V型錐體有吹掃,使其有自清潔功能,所以可以把V錐流量傳感器作為管道的一部分永久焊于管道中。V錐流量計正是這個邊壁收縮的結構,使其具有一系列其它差壓儀表無法相比的優(yōu)點。(2)手動測量計量裝置考慮到手動測量的需要,應安設手動測量計量裝置。本次設計在自動計量裝置V錐流量計上加設人工測孔,進行人工測量。利用孔板流量計時,安裝與使用要求如下:
①安裝孔板時,孔板的孔口必須與管道同心,其端面與管道軸線垂直,偏心度小于1~2%;
②孔板前(按氣流方向,下同)0.5D(管徑)和孔板后半部D處預先焊接兩個測壓嘴,直徑6mm,材料為紫銅管;
③安裝孔板的管道內壁,在孔板前邊D的范圍內,不應有凸凹不平、焊縫和墊片等;
④孔板流量計的前端,管道直線段的長度不小于20D,后端的長度不小于10D;
⑤要經(jīng)常清洗孔板前后的積水和污物,孔板銹蝕要及時更換;
⑥瓦斯抽采量有較大變化時,應根據(jù)流量大小更換相應的孔板;
⑦孔板使用1年后,要對孔板進行校正,以減小計量誤差。4、鉆孔連接方式回采工作面預抽鉆孔與抽采管路的連接是利用膠管連接,膠管的一端連接到鉆孔封孔管上,另一端與瓦斯抽采管路連接,構成抽采系統(tǒng)。采空區(qū)抽采的插(埋)管與支管用標準法蘭(或管接頭)直接對接,但必須安裝閥門、孔板流量計和濃度、壓差檢測口,以觀測和調整抽采參數(shù)。5、放水、排渣裝置放水裝置的種類很多,根據(jù)王莊煤礦瓦斯抽采實際情況,抽采管路內涌水量小,設計的放水裝置主要選用自動放水器,局部地點根據(jù)需要可采用人工放水器,每隔200~500米應設置放水器以及排渣器。6、為防止停泵后管路內積水、瓦斯倒流,在管路的正壓端與負壓端應設置止回閥。7、泵站的進、出氣端設置放空管,用來排放井下抽出的瓦斯,放空管與泵站的進、出氣端用連通管連通,實現(xiàn)一管兩用,來排放井下抽采管路自然排出瓦斯和泵站抽出的瓦斯。安設放空管應注意以下幾點:(1)放空管直徑不得小于瓦斯泵出、入口的主管直徑,設計選用?1016mm的鋼管。(2)為防止雨水或其它雜物進入放空管,其上端管口應設放防護罩;(3)為便于操作,放空管閥門距地表1m~1.5m;(4)放空管周圍不允許有易燃物;(5)放空管的高度需超過泵房屋脊3m以上,與泵房墻壁距離為0.5~1m為宜,最遠不得超過5m。8、在泵房內抽采管路上(進、入口)配置控制閥門、測壓嘴、V錐流量計,對瓦斯抽采系統(tǒng)進行計量和測定計量裝置等。9、瓦斯泵站采用40m高避雷線塔,并用避雷線連接。其他參照國標99D501圖集。避雷針接地電阻不大于10Ω,避雷針接地裝置與泵房接地裝置要求分開,且接地極之間間距要大于5m。10、泵房室外水池一內安設潛水泵向室外水池二供水,室外水池二給水環(huán)式真空泵供應工作用水并冷卻水環(huán)式真空泵的軸溫,潛水泵設計選用兩臺,一臺工作,一臺備用檢修;11、由于王莊煤礦水質較硬,管路中需安裝軟化水裝置,可選用JK200-400型自動軟水器。軟水器安裝在水泵間內。12、泵房內除配置U型管水柱計、U型管汞柱計、瓦斯檢定器、氣壓計等檢測儀表外,還應配備瓦斯抽采泵站監(jiān)測系統(tǒng),設立檢測分站,對瓦斯抽采真空泵的供水、抽采泵的軸溫進行監(jiān)控,同時對瓦斯抽采濃度、負壓和流量等進行監(jiān)測,瓦斯抽采泵站監(jiān)測系統(tǒng)的設計安裝由提供礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)廠家提供。13、泵房內設置防爆照明燈和按鈕。14、泵房內配置砂箱、滅火器和其他滅火工具。15、易自燃、自燃煤層的井下采空區(qū)低濃度瓦斯抽采,應在靠近抽采地點的管道上安設抑爆裝置。抑爆裝置宜采用自動噴粉抑爆裝置。自動噴粉抑爆裝置的安設地點距最近的抽采瓦斯管口的距離(沿管道軸向)應小于100m。自動噴粉抑爆裝置應至少安設一組,每組抑爆裝置需安設兩個噴粉罐,兩個噴粉罐之間的距離為50m。抑爆裝置的火焰?zhèn)鞲衅鲬苍O在自動噴粉抑爆裝置與抽采管進氣口之間,距離抑爆裝置的距離(沿管道軸向)應大于50m。第七章抽采設備能力核定第一節(jié)抽采設備布置及選型一、選型原則1、瓦斯泵的流量必須滿足礦井抽采期間預計最大瓦斯抽出量的需求;2、瓦斯泵的負壓能克服管路系統(tǒng)的最大阻力;3、具有良好的真空度;4、抽采設備配備電機必須防爆。二、抽采泵流量計算瓦斯抽采泵流量必須滿足抽采系統(tǒng)服務年限之內最大抽采量的需要,標準狀態(tài)下瓦斯抽采泵流量可按下式計算:(7-1)式中:—標準狀態(tài)下抽采泵的計算流量(m3/min);Q—10~15年內最大的設計瓦斯抽采量(m3/min);—抽采泵入口處預計的瓦斯?jié)舛龋?);—泵的機械效率,可取0.8;—抽采能力富余系數(shù),可取2。高負壓系統(tǒng):表7-1高負壓系統(tǒng)抽采泵流量計算表礦井抽采瓦斯總量(純量)(m3/min)礦井抽采瓦斯?jié)舛龋ǎィ﹤溆孟禂?shù)K瓦斯抽采泵的抽采效率η抽采瓦斯泵的額定流量(m3/min)62.132920.8535.60低負壓系統(tǒng):表7-2低負壓系統(tǒng)1抽采泵流量計算表礦井抽采瓦斯總量(純量)(m3/min)礦井抽采瓦斯?jié)舛龋ǎィ﹤溆孟禂?shù)K瓦斯抽采泵的抽采效率η抽采瓦斯泵的額定流量(m3/min)11.85520.8592.5表7-3低負壓系統(tǒng)2抽采泵流量計算表礦井抽采瓦斯總量(純量)(m3/min)礦井抽采瓦斯?jié)舛龋ǎィ﹤溆孟禂?shù)K瓦斯抽采泵的抽采效率η抽采瓦斯泵的額定流量(m3/min)16.7820.8521.88三、瓦斯抽采泵壓力計算瓦斯抽采泵的壓力是克服瓦斯從井下抽采孔口起,經(jīng)抽采管路到抽采泵,再到釋放點所產生的全部阻力損失,計算管網(wǎng)阻力應在抽采管網(wǎng)系統(tǒng)敷設線路確定后,按其最長的線路和抽采最困難時期的管網(wǎng)系統(tǒng)進行計算。標準狀態(tài)下抽采系統(tǒng)壓力可按下列公式計算:……………(7-2)……………(7-3)……………(7-4)式中——抽采系統(tǒng)壓力(Pa);——抽采設備入口側(負壓段)10~15年內管路最大阻力損失(Pa);——抽采設備出口側(正壓段)管路阻力損失(Pa);——抽采系統(tǒng)壓力富余系數(shù);——入口側(負壓段)管路最大摩擦阻力(Pa);——入口側(負壓段)管路局部阻力(Pa);——井下抽采鉆孔的設計孔口負壓或抽采管路入口負壓(Pa),回采工作長鉆孔區(qū)域高負壓系統(tǒng)抽取15000Pa,低負壓系統(tǒng)取6500Pa;——出口側(正壓段)管路最大摩擦阻力(Pa);——出口側(正壓段)管路局部阻力(Pa);——出口側(正壓段)的出口正壓(Pa);出口進入瓦斯儲氣罐或瓦斯發(fā)電,取5000Pa。根據(jù)王莊煤礦91采區(qū)巷道布置情況,抽采最困難時期高、低負壓抽采系統(tǒng)主管路長均為1080m,干管路長均為828m左右,運順順槽、回風順槽支管路長為3000m左右,進風大巷支管長度為1000m。摩擦阻力按下式計算…(7-5)T=273+t………………(7-6)T0=273+20…………………(7-7)式中H——阻力損失(Pa);L——管路長度(m);Q0——標準狀態(tài)下的混合瓦斯流量(m3/h);d——管路內徑(mm);v0——標準狀態(tài)下的混合瓦斯運動黏度(m2/s);ρ——管路內混合瓦斯密度(kg/m3);Δ——管路內壁的當量絕對粗糙度(mm);P0——標準大氣壓力(101325Pa);P——管路內氣體的絕對壓力(Pa);T——管路中的氣體溫度為t時的絕對溫度(K);T0——標準狀態(tài)下的絕對溫度(K);t——管路中的氣體溫度(℃)。管路局部阻力可按管路摩擦阻力的10~20%計算,取15%。表7-4高負壓抽采系統(tǒng)管路阻力選擇計算表管路L(m)Q0(m3/h)d(mm)ρ(kg/m3)v0(m2/s)Δ(mm)絕壓P(Pa)阻力P(Pa)主管高108023137.89900.8881.593E-050.298850515.84干管高82822366.89900.8751.604E-050.298655366.35支管高130004300.24100.8661.611E-050.2985864919.16支管高23000938.44100.8661.611E-050.298772289.51支管高330008764100.8661.611E-050.298880255.25支管高41000673.84100.8661.611E-050.29890252.94合計6399.06表7-5低負壓抽采系統(tǒng)1管路阻力選擇計算表管路L(m)Q0(m3/h)d(mm)ρ(kg/m3)v0(m2/s)Δ(mm)絕壓P(Pa)阻力P(Pa)主管低1080255969900.8881.59E-050.298850625.22干管低828255969900.8751.60E-050.298655473.55支管低1300056524100.8661.61E-050.2985868299.62支管低320036004100.8661.61E-050.298772233.50合計9631.89表7-6低負壓抽采系統(tǒng)2管路阻力選擇計算表管路L(m)Q0(m3/h)d(mm)ρ(kg/m3)v0(m2/s)Δ(mm)絕壓P(Pa)阻力P(Pa)主管低1080225459900.8881.59E-050.298850490.91干管低828225459900.8751.60E-050.298655371.82支管低22005894.44100.8661.61E-050.298586599.80合計1462.53標準狀態(tài)下抽采系統(tǒng)壓力可按下列公式計算:(7-8)(7-9)(7-10)式中:—抽采系統(tǒng)壓力,Pa;—抽采設備入口側(負壓段)管路最大阻力損失,Pa;—抽采設備出口側(正壓段)管路阻力損失,Pa;—抽采系統(tǒng)壓力富余系數(shù),可取K=1.2~1.8,本設計中取1.2;—入口側(負壓段)管路最大摩擦阻力;—入口側(負壓段)管路局部阻力;—井下抽采鉆孔的設計孔口負壓,Pa,高負壓抽采取13000Pa,低負壓抽采取5000Pa;—出口側(正壓段)管路最大摩擦阻力,高負壓為300Pa,低負壓為200Pa;—出口側(正壓段)管路局部阻力,高負壓為50Pa,低負壓為30Pa;—出口側(正壓段)的出口正壓,Pa,取3500Pa;(2)高負壓抽采系統(tǒng)負壓段阻力計算:表7-7高負壓抽采系統(tǒng)負壓段阻力計算表管路名稱摩擦阻力(Pa)局部阻力系數(shù)局部阻力(Pa)總阻力(Pa)管口負壓13000.00負壓段支管5516.860.15827.536344.39負壓段主干管882.190.15132.331014.52負壓段管路總阻力20358.91高負壓抽采系統(tǒng)正壓段阻力計算:表7-8高負壓抽采系統(tǒng)正壓段阻力計算表管路名稱摩擦阻力(Pa)局部阻力系數(shù)局部阻力(Pa)總阻力(Pa)管口正壓5000正壓段主管0.157.557.5正壓段管路總阻力5057.5高負壓抽采系統(tǒng)總壓力計算:表7-9高負壓抽采系統(tǒng)總壓力計算表負壓段管路最大阻力損失出口側管路阻力損失壓力富裕系數(shù)抽采系統(tǒng)壓力20358.915057.51.225416.41低負壓抽采系統(tǒng)1總阻力:表7-10低負壓抽采系統(tǒng)1負壓段阻力計算表管路名稱摩擦阻力(Pa)局部阻力系數(shù)局部阻力(Pa)總阻力(Pa)管口負壓5000負壓段支管8533.120.151279.979813.09負壓段主干管1098.770.15164.821263.59負壓段管路總阻力16076.67低負壓抽采系統(tǒng)1正壓段阻力計算:表7-11低負壓抽采系統(tǒng)1正壓段阻力計算表管路名稱摩擦阻力(Pa)局部阻力系數(shù)局部阻力(Pa)總阻力(Pa)管口正壓3500正壓段主管300.154.534.5正壓段管路總阻力3534.5低負壓抽采系統(tǒng)1總壓力計算:表7-12低負壓抽采系統(tǒng)1總壓力計算表負壓段管路最大阻力損失出口側管路阻力損失壓力富裕系數(shù)抽采系統(tǒng)壓力16076.673534.51.223533.40低負壓抽采系統(tǒng)2總阻力:表7-13低負壓抽采系統(tǒng)2負壓段阻力計算表管路名稱摩擦阻力(Pa)局部阻力系數(shù)局部阻力(Pa)總阻力(Pa)管口負壓5000負壓段支管599.80.1589.97689.77負壓段主干管862.740.15129.41992.15負壓段管路總阻力6681.92低負壓抽采系統(tǒng)2正壓段阻力計算:表7-14低負壓抽采系統(tǒng)2正壓段阻力計算表管路名稱摩擦阻力(Pa)局部阻力系數(shù)局部阻力(Pa)總阻力(Pa)管口正壓3500正壓段主管300.154.534.5正壓段管路總阻力3534.5低負壓抽采系統(tǒng)2總壓力計算:表7-15低負壓抽采系統(tǒng)2總壓力計算表負壓段管路最大阻力損失出口側管路阻力損失壓力富裕系數(shù)抽采系統(tǒng)壓力6681.923534.51.212259.70四、瓦斯泵的真空度計算(I)1、抽采泵真空度計算I=100H/Pd式中I—抽采泵真空度(%);H—抽采系統(tǒng)壓力(Pa);Pd—抽采泵站的大氣壓力(Pa),取92220Pa。高負壓系統(tǒng):表7-16高負壓抽采系統(tǒng)抽采泵真空度計算表抽采系統(tǒng)壓力H(Pa)大氣壓力Pd(Pa)抽采泵真空度I(%)25416.419222027.56低負壓系統(tǒng):表7-17低負壓抽采系統(tǒng)1抽采泵真空度計算表抽采系統(tǒng)壓力H(Pa)大氣壓力Pd(Pa)抽采泵真空度I(%)23533.49222025.52表7-18低負壓抽采系統(tǒng)2抽采泵真空度計算表抽采系統(tǒng)壓力H(Pa)大氣壓力Pd(Pa)抽采泵真空度I(%)12259.79222013.302、抽采泵工況壓力計算抽采泵工況壓力可按下式計算:(7-11)式中:—抽采泵工況壓力(Pa);—抽采泵站的大氣壓力(Pa),取92220Pa。表7-19高負壓抽采系統(tǒng)抽采泵工況壓力計算表抽采系統(tǒng)壓力H(Pa)大氣壓力Pd(Pa)抽采泵工況壓力Pg(Pa)25416.419222066803.59高負壓系統(tǒng)抽采泵工況壓力取67kPa。(2)低負壓系統(tǒng)抽采泵工況壓力:表7-20低負壓抽采系統(tǒng)1抽采泵真空度計算表抽采系統(tǒng)壓力H(Pa)大氣壓力Pd(Pa)抽采泵工況壓力Pg(Pa)23533.49222068686.6低負壓抽采系統(tǒng)1抽采泵工況壓力取69kPa。表7-21低負壓抽采系統(tǒng)2抽采泵工況壓力計算表抽采系統(tǒng)壓力H(Pa)大氣壓力Pd(Pa)抽采泵工況壓力Pg(Pa)12259.79222079960.3低負壓抽采系統(tǒng)2抽采泵工況壓力取80kPa。五、抽采泵選型根據(jù)抽采泵的選型原則和前面計算的瓦斯泵所需抽采流量(Qg)、泵壓力(Hr)和真空度(i),考慮到井下瓦斯抽采管網(wǎng)較長,阻力損失較大,故選擇水環(huán)式真空泵為宜。目前,我國的真空泵曲線都是按工況狀態(tài)的流量繪制的,所以還要把標準狀態(tài)下的的抽采泵流量換算成工況狀態(tài)下的流量。用下式換算:Qg=QbP0T/(PT0)………………(7-12)式中Qg——工況下抽采泵流量,m3/min;Qb——標況下抽采泵計算流量,m3/min;P——抽采泵入口絕對壓力,kPa;T——抽采泵入口絕對溫度,K;T=t+273t——抽采泵入口瓦斯溫度,℃;P0——標準絕對壓力,101.325KPa;T0——標準絕對溫度,(20+273)K。經(jīng)過計算:由上述公式計算,見表7-22、7-23、7-24。表7-22高負壓系統(tǒng)抽采泵工況狀態(tài)下的瓦斯抽采量計算表標態(tài)抽采量(m3/min)標態(tài)絕對壓力(kPa)標態(tài)絕對溫度(T0)工況絕對壓力(kPa)工況絕對溫度(T)工況攝氏溫度(℃)工況抽采量(m3/min)535.60101.3252936729825823.82表7-23低負壓抽采系統(tǒng)1抽采泵工況狀態(tài)下的瓦斯抽采量計算表標態(tài)抽采量(m3/min)標態(tài)絕對壓力(kPa)標態(tài)絕對溫度(K)工況絕對壓力(kPa)工況絕對溫度(K)工況攝氏溫度(℃)工況抽采量(m3/min)592.5101.3252936929825884.92
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