白皎煤礦抽放設計(修改)

川煤集團芙蓉公司白皎煤礦二0一O年四月前言煤炭開采是一項極其復雜的系統(tǒng)工程，屬高風險行業(yè)，尤其是井工開采，受地質(zhì)、環(huán)境、災害和人為等因素的影響，主要存在頂板、瓦斯、火災、水災、粉塵等客觀的、自然危險有害因素和提升、運輸、供電等管理的人為危險有害因素。其中瓦斯災害更是造成重大事故的一個主要的危險致因。有效地治理瓦斯災害（特別是防止煤與瓦斯突出）是煤礦安全生產(chǎn)的重中之重。我礦多年開采突出煤層及治理瓦斯的實踐證明，瓦斯抽采是礦井防治煤與瓦斯突出和治理工作面瓦斯超限的根本性措施。我礦屬煤與瓦斯突出礦井，1979年進行了瓦斯抽采工作，1982年建立永久抽采系統(tǒng)，2004年利用國債資金對抽采系統(tǒng)進行了技改，現(xiàn)有三臺2BEC－42型真空泵，裝機功率為160KW×3，轉(zhuǎn)速為390r/min，設計抽采負壓為80KPa,現(xiàn)實際抽采負壓為50--57Kpa，設計抽采能力為130m3/min，現(xiàn)實際抽采量為50－85m3/min(純量為17.5--30m3/min，混合瓦斯?jié)舛纫话阍?0－55%。我礦瓦斯絕對涌出量2008年鑒定為71.61m3/min，瓦斯災害的異常嚴重也使得我礦采掘接替長期處于十分緊張的局面，特別是隨著礦井重大隱患改造的深入，原煤產(chǎn)量將大幅上升，待抽區(qū)域不斷增多，現(xiàn)有抽采泵的能力已不能滿足抽采需要；白皎礦井現(xiàn)有DN250mm抽采主管路，抽采線路長（約9000m），管道阻力大，管路使用時間較長，造成銹蝕嚴重，需對抽采管路增大內(nèi)徑，降低管路負壓損失。故急需對現(xiàn)有管網(wǎng)和抽采泵進行改造，以滿足礦井抽采治災的需要。

第一章礦井基本情況簡介第一節(jié)位置與交通白皎煤礦位于珙縣巡場鎮(zhèn)南5km，其地理坐標為：東經(jīng)104°39′52″～104°45′52″，北緯28°22′30″～28°28′45″。白皎煤礦隸屬于四川芙蓉集團實業(yè)有限公司(即芙蓉礦務局)，礦井由重慶煤礦設計院設計，1965年4月開工建設，1970年7月簡易投產(chǎn)，設計能力為120萬噸/年，2005年核定生產(chǎn)能力為75萬噸/年。礦井呈南北、北西走向分布，東以洛普河（長寧河上游）為自然邊界與珙縣二號井田相隔，西以X號勘探線與芙蓉井田毗鄰，上至小煤礦開采下限，下至原技術(shù)邊界（即0號勘探線以西至-50m標高，0號勘探線以東至-200m標高），行政區(qū)劃屬珙縣管轄。白皎煤礦交通十分便利，宜珙鐵路通過井田北緣，有專線從武家?guī)r站到井口。宜珙鐵路往北經(jīng)內(nèi)宜鐵路于內(nèi)江與成渝線相連。公路交通四通八達，巡場鎮(zhèn)是礦區(qū)的交通中心，往北可直達宜賓市，向南經(jīng)珙縣、往西經(jīng)高縣可達云南，東經(jīng)興文縣、瀘州市可達貴州。第二節(jié)礦井自然條件一、地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造1、地形地貌礦井及附近山勢與構(gòu)造方向基本一致，沿南東至北西向延伸，呈南高北低的中低山地形，山岳海拔高度多在1000m以內(nèi)，相對高差一般為300～500m。礦井除東端有洛普河外，無大的水體存在。2、地質(zhì)構(gòu)造礦井所在區(qū)域為四川盆地與云貴高原的接壤地帶，山系走向與構(gòu)造線方向基本一致，大體呈東西向，地勢南高北低。井田位于珙長復式背斜之次級褶曲—雙河背斜南翼西端，井田內(nèi)除出現(xiàn)局部小型波狀起伏外，基本上是一緩傾斜的單斜構(gòu)造，傾向一般200～230°，傾角7～26°，由西向東逐漸增大。從勘探至生產(chǎn)期間，在儲量計算范圍內(nèi)，共揭露大小斷層780條，總長度89073m。井田能利用的45個鉆孔中，有12個鉆孔見有斷層，占27％。在勘探、基建及生產(chǎn)中，共發(fā)現(xiàn)落差大于0.7m的斷層197條。其中正斷層142條，占73％；逆斷層54條，占27％。落差大于30米的12條；30～5m的76條；5m以下的109條。對煤層有破壞作用的126條?？碧綍r在現(xiàn)生產(chǎn)采區(qū)(東采區(qū)、西一采區(qū))僅發(fā)現(xiàn)3條斷層，而在開采過程中已揭露斷層121條。所揭露的斷層落差雖小，但對薄～中厚煤層的開采影響極大，不但對工作面布置造成困難，亦造成大量的無效進尺。二、煤層及煤層賦存情況白皎礦井井田煤層屬二疊系宣威組，煤系地層含煤5-14層，其中可采及局部可采煤層共三層，煤層平均可采厚度為4.79m。二(B2)、四(B4)煤層為主采層；三煤層(B3)局部可采(主要集中在井田西翼)，煤層間距一般為2-8m，系近距離煤層群，煤層傾角7～17°。礦井東西走向長8.5km，南北寬2.5～4.4km。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜，每平方公里斷層多達34.3條，生產(chǎn)揭露落差大于2m的斷層已達千余條，構(gòu)造致使原巖水平應力達到垂直應力的2.8倍。三、礦井災害情況1、礦井瓦斯白皎煤礦瓦斯災害非常嚴重，煤層瓦斯含量為：18.86m3/t，已測煤層瓦斯壓力最大3.2MPa。井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜，每平方公里就有斷層多達27.2條，生產(chǎn)揭露落差大于2m的斷層多達千余條，構(gòu)造致使原巖水平應力達到垂直應力的2.8倍。在已測煤層瓦斯壓力為1.57—3.2MPa的情況下，礦井瓦斯災害異常嚴重，投產(chǎn)至今已發(fā)生突出230次，其中特大型突出7次，大型突出10次，次大型突出50次，平均每次突出煤量164.35t，突出瓦斯量12000.45m3。其中最大一次突出煤量為2777t、瓦斯量497573m32007年礦井煤與瓦斯突出情況表2008年礦井煤與瓦斯突出情況表2009年礦井煤與瓦斯突出情況表2010年礦井煤與瓦斯突出情況表2008年度瓦斯等級鑒定結(jié)果為：礦井絕對瓦斯涌出量：71.61m3/min，礦井相對瓦斯涌出量：51.11m3/t；礦井絕對二氧化碳涌出量：12.81m3/min，礦井相對二氧化碳涌出量：9.14m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井。2、煤塵四川省煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站對礦井現(xiàn)開采水平的B4、B2煤層取樣鑒定，鑒定結(jié)果均為：無煤塵爆炸危險。礦井未發(fā)生過煤塵爆炸事故。但礦井空氣浮塵（煤塵及巖塵）都含有SiO2，作業(yè)人員在有粉塵環(huán)境下作業(yè)，造成矽肺病和煤肺病。據(jù)統(tǒng)計，礦井投產(chǎn)至今因矽肺病死亡人數(shù)為154人。3、煤層自然發(fā)火：四川煤炭產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站對礦井現(xiàn)開采水平B4、B2煤層,鑒定結(jié)果B4(二煤層)煤層自然發(fā)火傾向為不易自燃，B2（四煤層）煤層自然發(fā)火傾向為容易自燃。投產(chǎn)至今，共發(fā)生自然發(fā)火117次，百萬噸發(fā)火率5.9次。4、頂?shù)装宸€(wěn)定性煤層的頂、底板巖性多為砂質(zhì)泥巖、泥巖、粘土巖、粉砂巖、細砂巖及泥質(zhì)灰?guī)r等。頂板穩(wěn)定性屬中等穩(wěn)定，底板穩(wěn)定性屬不穩(wěn)定，其中：B2煤層：直接頂以深灰色砂巖與泥巖互層和泥質(zhì)灰?guī)r為主，厚1.7—2.2m，節(jié)理裂隙間距為0.1—0.5m，局部有一層厚0.1—0.4m炭質(zhì)泥巖的偽頂。老頂為深灰色的細砂巖。底板為灰色粘土巖，厚0.3—1.4m，具有遇水腫脹，失水收縮的特點。B4煤層：頂板以深灰色砂質(zhì)泥巖為主，局部地方相變?yōu)榧毶皫r，底板為灰色粘土巖或粉砂巖，內(nèi)含腎狀隱晶質(zhì)菱鐵礦結(jié)核。B3煤層：直接頂為深灰色細砂巖及砂質(zhì)泥巖，厚1.0—1.5m，常有厚0.01—0.18的炭質(zhì)泥巖的偽頂。底板為灰白色粘土巖，厚0.5—1.2m，含大量植物化石碎片，夾淺黃色粗晶菱鐵礦結(jié)核。粘土巖質(zhì)軟可塑，有遇水膨脹，失水收縮的特點，老底系灰色細砂巖、中粒砂巖。第三節(jié)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)一、開拓布署與開拓方式礦井采用中央平硐（主、副平硐）加暗斜井的開拓方式。主平硐井口坐標為X=3143320、Y=35471708、Z=+452m；副平硐井口坐標為X=3143325、Y=35471664、Z=+452m；主平硐用作進風和運輸，副平硐用于進風和行人。礦井現(xiàn)有東、南、西三個回風井用作回風，其中東三風井井口坐標為X=3143127、Y=35474280、Z=+718m；南風井井口坐標為X=3142845、Y=35471348、Z=+518m；西三風井井口坐標為X=3144593、Y=35469706、Z=+510m。主、副平硐垂直煤層走向接近煤層底板，在距K1煤層底板30—50m處沿走向分東，西兩翼布置主要運輸大巷。由于一水平（上山）開采的影響，東三至西二采區(qū)間的主要運輸大巷變形嚴重，已不能作運輸之用，故此段重新布置有東、西改造運輸巷，在每個采區(qū)中部從運輸大巷開口布置采區(qū)石門；回風井一般布置于B4煤層底板巖石中，在距B4煤層底板15—20m處沿煤層起向布置回風大巷，通過回風下山與盤（采）回風石門聯(lián)通。二、水平劃分及采區(qū)布置井田范圍內(nèi)劃分為四個開采水平，其中+450m標高以上為一水平，現(xiàn)已開采完畢；+450m—+300m標高為二水平，為現(xiàn)在的生產(chǎn)水平，+300m—+150m標高為三水平，正準備開拓設計；+150m—50m標高為四水平，現(xiàn)還未進行勘探。礦井各水平以主平硐為界，沿煤層走向分東、西兩翼，采用雙翼采區(qū)前進式開采，采用煤層群聯(lián)合布置巷道?，F(xiàn)在的生產(chǎn)水平二水平從東到西分別為23、21、20、22、24五個采區(qū)，采區(qū)走向長800—1200m，傾斜長600—1000m?，F(xiàn)生產(chǎn)的采區(qū)為20區(qū)、21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)、24區(qū)，其中20區(qū)為殘采區(qū)，計劃在2011年將全部開采結(jié)束，23區(qū)為開拓區(qū)。三、采煤方法及開采順序礦井各煤層均采用走向長壁采煤法。按層位的開采順序是先采B4煤層，再依次從上往下采B3、B2煤層，按區(qū)段的回采順序是現(xiàn)回采的采區(qū)的區(qū)段均由上向下布置和開采，采煤工作面的采煤方法為綜合機械化采煤。綜采工作面實行“三八”作業(yè)制，兩個班生產(chǎn)，一個班檢修，每班割煤2.5刀，日進尺3.6m。綜采工作面使用雙滾筒采煤機割煤，截深0.6m，端頭斜切進刀，雙向割煤，工作面支護使用掩護式液壓支架，端頭使用單體液壓支柱配工字鋼進行“四對八梁”“一梁三柱”支護，全部垮落法處理采空區(qū)頂板，工作面最大控頂距4.5m，最小控頂距3.9m，相鄰支架中心距1.5m，移架步距0.6m。工作面運輸煤炭使用SGB—630/220型可彎曲刮板輸送機，運輸機巷使用SGW—40T可彎曲刮板輸送機或橋式轉(zhuǎn)載機配膠帶輸送機；工作面煤炭運輸路線為：采煤工作面→機巷→溜煤眼→采區(qū)皮帶運輸下山→采區(qū)煤倉；工作面材料、設備運輸路線為：地面→主平硐→運輸大巷→軌道運輸下山→斜石門→工作面風巷→工作面。第四節(jié)礦井通風礦井采用分區(qū)抽出式通風，三個進風井（主、副平硐、二水平改造皮帶明斜井），三個回風井（東三風井、西三風井、南風井），總進風斷面積31m2，總回風斷面積36.2m2，總回風量一般為11000m礦井具有完整、獨立的通風系統(tǒng)，實現(xiàn)了分水平、分采區(qū)通風，在通風系統(tǒng)中沒有不符合《安全規(guī)程》規(guī)定的串聯(lián)通風，擴散通風，老塘通風等。各采區(qū)具有獨立健全的主干進回風系統(tǒng)，各采掘工作面通風系統(tǒng)獨立，合理和穩(wěn)定。第五節(jié)礦井瓦斯抽采情況礦井建有永久性瓦斯抽采系統(tǒng)。1991年以白皎煤礦作為試驗地，開展了“八五”國家防突科技攻關，即“嚴重突出礦井綜合防突和瓦斯治理技術(shù)的研究”，至1995年底，形成了底板網(wǎng)絡抽采瓦斯系統(tǒng)，實現(xiàn)了“底板網(wǎng)絡與順層預抽、卸壓抽、頂板孔殘抽”綜合立體抽采體系，緊接著研究并應用“順煤層超前長鉆孔預抽”、“下鄰近層俯偽斜鉆孔抽采”等治理瓦斯技術(shù)。目前，我礦的各采區(qū)及地面抽采主管路采用DN250mm鋼管，即老東大巷、西改造大巷、21區(qū)總風、22區(qū)總風、24區(qū)總風、南風井、抽采站、瓦斯罐。各采區(qū)底板道則采用DN250mm和DN150mm的SUP管和PE管混用。采掘工作面機、風巷和抽采末端200m內(nèi)采用DN150mm的PE管作抽采管。近三年我礦抽采情況見表1.1。表1.1近三年我礦抽采情況統(tǒng)計表年份鉆孔進尺（m）抽采混合量（萬m3）抽采率（%）2007118661.443162352008142471.24558.934.52009183669.44302.740.93第二章抽采系統(tǒng)改造設計第一節(jié)抽采系統(tǒng)改造的必要性我礦至1982年建立永久抽采系統(tǒng)以來，我礦在近年發(fā)生煤與瓦斯突出的次數(shù)呈逐步下降的趨勢，見表2.1。表2.1近6年我礦煤與瓦斯突出次數(shù)統(tǒng)計表年份200520062007200820092010突出次數(shù)721111但隨著采區(qū)的推進，采掘工作面向深部推移，瓦斯涌出量的增加，抽采距離越來越遠，部分抽采管道受巷道變形影響和銹蝕嚴重，已無發(fā)滿足正常抽采要求，根據(jù)礦井實際情況，需要重新鋪設抽采管路，以增加抽采管道直徑，加大抽采量?，F(xiàn)我礦投抽的采區(qū)為21區(qū)、23區(qū)、22區(qū)和24區(qū)，其中22區(qū)和24區(qū)（簡稱西區(qū)）共用一趟DN250mm抽采主管，23區(qū)和21區(qū)共用一趟DN250mm抽采主管。抽放站負壓57KPa，23區(qū)抽采距離最遠的末端負壓為18KPa（237底板道），西區(qū)抽采距離最遠的末端負壓為18KPa（245底板道），管路抽采負壓損失較大，見表2.2。表2.2礦井抽采負壓及瓦斯?jié)舛葥p失情況表地點抽放站環(huán)形車場23區(qū)上車場24區(qū)上車場負壓（KPa）57382135瓦斯?jié)舛?%)32333435我礦現(xiàn)抽出的瓦斯主要是民用和瓦斯發(fā)電，因此，抽采量是否充足直接影響到幾千戶居民的生活用氣，為確保正常供氣，必須同時運轉(zhuǎn)2臺抽采泵，即便如此，實際最大抽采能力為50-85m3/min，僅能滿足基本需要。另外，抽采泵銹蝕老化嚴重，泵體內(nèi)水垢較多，抽放站配電系統(tǒng)故障率高，停泵現(xiàn)象時有出現(xiàn)，停泵后重啟動綜上所述，我礦必須盡快對抽采管路和抽采泵進行改造。第二節(jié)抽采系統(tǒng)改造的可行性根據(jù)原四川省地質(zhì)局二○二地質(zhì)隊1963年12月提交的《四川省珙縣白皎上井田地質(zhì)勘探最終儲量報告》，川省礦產(chǎn)儲量委員會1964年12月29日以第83號決議書審批及1966年3月提交的《四川省芙蓉山礦區(qū)白皎井田深部補充勘探資料》，省儲委1967年4月27日以第118號決義書審批，全礦井累計探明能利用儲量18835.5萬噸，截止2009年底礦井保有儲量10631萬噸，可采儲量7416.9萬噸，按年產(chǎn)120萬噸計算，我礦的服務年限為62年。2008年瓦斯等級鑒定結(jié)果為：礦井絕對瓦斯涌出量：71.61m3/min，礦井相對瓦斯涌出量：51.11m3/t；礦井絕對二氧化碳涌出量：12.81m3/min，礦井相對二氧化碳涌出量：9.14m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井，礦煤層瓦斯含量為18.86m3礦井瓦斯儲量為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受采動影響后能夠向采空區(qū)排放的圍巖瓦斯儲量之和?？砂聪率接嬎悖篧=Wl十W2式中：W－礦井瓦斯儲量，萬m3；Wl－可采煤層的瓦斯儲量，萬m3；W2—受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量，萬m3；Wl＝Ali×X1i＝7416.9×＝139882.734萬m3式中：Ali－礦井可采煤層的地質(zhì)儲量，萬t；所有煤炭的瓦斯含量？X1i—礦井可采煤層的噸煤瓦斯含量，m3／t；W2＝KW1＝0.20×139882.734＝27976.5468萬m3式中：K—圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取0.05～0.20。根據(jù)我礦實際情況，取K為0.20。礦井總的瓦斯儲量為：W=Wl十W2W＝139882.734+27976.5468＝167859.2808萬m3由此可見，我礦可抽瓦斯儲量十分豐富，隨著三水平等深水平煤層和保護層的開采，礦井瓦斯涌出量將逐漸增大，目前抽采系統(tǒng)的抽采能力已經(jīng)不能滿足我礦的發(fā)展需要，故必須對我礦抽采系統(tǒng)進行改造。第三節(jié)抽采系統(tǒng)改造方案一、抽采基本參數(shù)1、實測最大瓦斯壓力，3.20MPa2、煤層透氣性系數(shù)為：為0.00～0.02m2/MPa.d，瓦斯抽采難易程度為較難抽采煤層，具體分類數(shù)據(jù)見表表2.3煤層瓦斯抽采難易程度表類別鉆孔流量衰減系數(shù)(d-1)煤層透氣性系數(shù)(m2/Mpa2.d)容易抽采0.003＞10可以抽采0.003～0.0510～0.l較難抽采＞0.05＜0.1二、抽采管路改造隨著新水平的延深，抽采管路加長，抽采阻力增加，對抽采主管路也需擴大管路內(nèi)徑，以降低抽采阻力。根據(jù)我礦生產(chǎn)接替計劃，到2013年我礦年產(chǎn)量預計將達到180（150）萬噸/年，2008年我礦相對瓦斯涌出量為51.11m3/t，預計到2013年的絕對瓦斯涌出量：QCH4=T×X/（365×24×60）=1200000×51.11/525600=116.69式中QCH4----預計2013年絕對瓦斯涌出量，m3/min；T----預計2013年產(chǎn)量，t；X----2008年瓦斯等級鑒定相對瓦斯涌出量，m3/t；表2.4礦井瓦斯抽采率應達到的指標礦井絕對瓦斯涌出量Q(m3/min)礦井抽采率（%）5＜Q≤10≥2010＜Q≤20≥3020＜Q≤40≥3540＜Q≤80≥4080＜Q≤160≥45160＜Q≤300≥50300＜Q≤500≥55500＜Q≥60根據(jù)《煤礦瓦斯抽采標準》規(guī)定，如表2.4所示，我礦2013年的抽采率將達到45%。即抽出瓦斯純量將達到52.51m3/min，預計屆時我礦抽采瓦斯?jié)舛葘⑦_到35%，抽采混合量達到（250）150.0m3/min。（1）抽采主管路管徑選擇D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×(250.0/15(10))1/2=0.4607(m)(0.7285)≈500(mm)(0.600)式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取150.0m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3/s根據(jù)計算，對照標準,主管道直徑選擇DN500mm即可滿足設計要求，考慮三水平煤層瓦斯含量增加及其它不可預計的因素，因此對抽放主管道的選擇在理論計算的基礎上預留了20%的富裕系數(shù)，選擇DN600mmm的抽放管。（2）底板道抽放管路管徑選擇①底板道抽放主管路管徑選擇（以23區(qū)底板道類推）目前，我礦235、237底板道抽放管路為DN250mm，235底板道設計鉆場80個，現(xiàn)已投抽鉆場19個，抽放濃度60%，混合量為14m3/min；237底板道設計鉆場80個，現(xiàn)已投抽21個，抽放濃度31%，混合量為12m3/min。以235底板道為例，235底板道單個鉆場的抽放混合量為0.74m3/min，若整條底板道鉆場全部投抽，則235底板道抽放混合量為0.74×80=59.2m3/min。按公式D=0.1457×(Q/V)1/2計算可得所需底板道抽放管路管徑。D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（59.2/15(10)）1/2=0.289(350)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取59.2m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15(10)m3因此，現(xiàn)有底板道抽放管路已不能滿足生產(chǎn)需要，需要進行改造，底板道抽放主管路管徑選擇為DN300（350）mm即可。②三水平底板道抽放主管路管徑選擇根據(jù)三水平工作面布置情況，預計工作面長度在1200m～1400m，即相應的底板道長度也在1200m～1400m，按鉆場間隔15m/個計算，預計將布置83個鉆場左右。由于三水平煤層瓦斯含量增加，預計單個鉆場抽放混合量為0.9m3/min左右，則整個底板道抽放混合量為74.7m3/min左右。D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（74.7/15(10)）1/2=0.3251(398)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取74.7m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3因此三水平底板道抽放管路管徑應選為DN400mm。（3）采區(qū)抽放管路管徑選擇①23區(qū)抽放主管路管徑選擇a.最小管路管徑需求以23采區(qū)為例，要保證一個工作面正常開采，至少需要1.5條底板道同時進行預抽。即整個采區(qū)抽放混合量為：1.5×59.2=88.8（m3/min）(以235底板道抽放混合量為基準)。D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（88.8/15(10)）1/2=0.3545(434)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取88.8m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3b.最大管路管徑需求以23采區(qū)為例，要保證一個工作面正常開采，至少需要1.5條底板道同時進行預抽，同時另一個工作面作準備也需要預抽。即整個采區(qū)抽放混合量為：1.5×59.2×2=177.6（m3/min）(以235底板道抽放混合量為基準)。D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（177.6/15(10)）1/2=0.5013(614)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取177.6m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3綜上所述，23采區(qū)抽放主管路管徑選擇為DN500(630)mm。②三水平采區(qū)抽放主管路管徑選擇a.最小管路管徑需求保證一個工作面正常開采，至少需要1.5條底板道同時進行預抽。即整個采區(qū)抽放混合量為：1.5×74.7=112（m3/min）。D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（112/15）1/2=0.3892（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取112m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3b.最大管路管徑需求保證一個工作面正常開采，至少需要1.5條底板道同時進行預抽，同時另一個工作面作準備也需要預抽。即整個采區(qū)抽放混合量為：1.5×74.7×2=224（m3/min）。D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（224/15(10)）1/2=0.5630(689)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取224m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3綜上所述，三水平采區(qū)抽放主管路管徑選擇為DN550(700)mm。（4）工作面抽放管路管徑選擇①23區(qū)工作面抽放主管路管徑選擇以2372工作面為例，工作面走向長度1000m，傾向長度180m。工作面開采前，需要在機、風巷向B2煤層施工俯偽斜鉆孔（按網(wǎng)格10m×10m布置）和本煤層施工順層鉆孔（按間距3m/孔布置）來預抽煤層瓦斯。其中俯偽斜鉆孔預計鉆孔孔數(shù)1800個（風巷800個，機巷1000個），本煤層順層鉆孔666個（機、風巷各333個），預計單孔混合量為0.015m3/min。機巷瓦斯混合流量：1000×0.015+333×0.015=20（m3/min）風巷瓦斯混合流量：800×0.015+333×0.015=17（m3/min）D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（20/15(10)）1/2=0.1682(206)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取機、風巷瓦斯流量最大值，為20m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3因此，23采區(qū)工作面抽放管路管徑選擇為DN200(250)mm。②三水平工作面抽放主管路管徑選擇預計三水平工作面走向長度為1200m～1400m，傾向長度180m。工作面開采前，需要在機、風巷向B2煤層施工俯偽斜鉆孔（按網(wǎng)格10m×10m布置）和本煤層施工順層鉆孔（按間距3m/孔布置）來預抽煤層瓦斯。其中俯偽斜鉆孔預計鉆孔孔數(shù)2340個（風巷1000個，機巷1340個），本煤層順層鉆孔866個（機、風巷各433個），預計單孔混合量為0.018m3/min。機巷瓦斯混合流量：1340×0.018+433×0.018=31.91（m3/min）風巷瓦斯混合流量：1000×0.018+433×0.018=25.8（m3/min）D=0.1457×(Q/V)1/2=0.1457×（31.91/15(10)）1/2=0.2125(260)（m）式中D----抽采管內(nèi)徑，m；Q----抽采管混合瓦斯氣體，取機、風巷瓦斯流量最大值，為31.91m3/min； V----混合氣體經(jīng)濟流速，管道經(jīng)濟流速10～15m3/s，取15m3因此，三水平采區(qū)工作面抽放管路管徑選擇為DN250(300)mm（5）抽放管路材質(zhì)選擇目前普遍使用的管材有鋼管、玻璃鋼管、PE管、SUP管、PVE管、PVC管，但目前材質(zhì)的玻璃鋼管是國內(nèi)在瓦斯抽采上將淘汰的產(chǎn)品，而鋼管又比較笨重，安裝回撤困難，不耐腐蝕，PE管、SUP管、PVE管、PVC管材具有重量輕、耐腐蝕、撤安方便的優(yōu)點。經(jīng)過近年來PE管、SUP管、PVE管、PVC管的試用，相比之下SUP管更適合我礦實際情況。故選擇SUP管與鋼管搭配使用，作為礦井抽采的主管路。因此，我礦抽采主管路選用DN600mm（24吋）的SUP管，二水平采區(qū)主管路選用DN500mm（20吋）的SUP管，底板道選用DN300mm（12吋）的SUP管，工作面選用DN200mm（8吋）的SUP管；三水平采區(qū)主管路選用DN550mm（22吋）的SUP管，底板道選用DN400mm（16吋）的SUP管，工作面選用DN250mm（10吋）的SUP管。三、管路安裝原則1、抽采管路通過的巷道曲線段應少、距離短，管路安裝應平直，轉(zhuǎn)彎時角度不應大于500。2、抽采管路設于主要運輸巷內(nèi)，在人行道側(cè)其架設高度不應小于2.0m，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0.1m3、主管、干管及其與鉆場連接處應裝設瓦斯計量裝置。4、抽采鉆場、門框架的進氣端、低洼、溫度突變處及沿管路適當距離(間距一般為200m～300m，最大不超過500m)，應設置放水箱。6、在抽采管路的適當部位應設置除渣裝置和測壓裝置。7、抽采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。8、地面主管上的閥門應設置在地表下用不燃性材料砌成，不透水的觀察井內(nèi)，其間距為500m～1000m。9、抽采管路應根據(jù)巷道保持一定的坡度，一般不小于3‰的流水坡度。10、凡遇跨越巷道時，抽采管路安裝設置門框架；門框架設置要求以不影響行車，行人為準。l1、管路要托掛或墊起，吊掛要平直，拐彎處設彎頭，不拐急彎。管子的接頭接口要擰緊，用法蘭盤連接的管子必須加墊圈，做到不漏氣、不漏水，嚴密可靠。12、在傾斜和水平巷道中安設管路時，必須先安管子托，管托間距不大于10m，要接好一節(jié)運一節(jié)，并把接好的管子用卡子或8～10號鐵絲卡在或綁在預先打好的管子托架上。13、在有電纜的巷道內(nèi)鋪設管路時，應鋪設在電纜的另一側(cè)，嚴禁瓦斯管路與電纜同側(cè)吊掛。14、新安裝或更換的管路要進行漏氣和漏水實驗，凡漏氣和漏水的不能使用。拆除或更換瓦斯管路時；必須把計劃拆除的管路與在使用的管路用閘閥或閘門隔開，瓦斯管路內(nèi)的瓦斯排除后方可動工拆除。15、在傾斜巷道中，管路應設防滑卡，其間距可根據(jù)巷道坡度確定，對28o以下的斜巷，間距一般取15m～20m。四、抽采泵改造1、抽采泵流量計算Q=100×Qx×K/（Z×∫）=100×52.51×1.2/（35×0.8）=225式中Q----抽采泵額定流量，m3/minQx---礦井瓦斯最大抽采總量（純量），m3/min；Z----抽采泵入口處瓦斯?jié)舛龋?;∫----抽采泵機械效率，一般取∫=0.8；K----瓦斯抽采的綜合系數(shù)（備用系數(shù)），取K=1.2。2、管路阻力hr計算hr=h摩＋h局式中hr----抽采管路最大總阻力損失，Pa；h摩----抽采管路最大總摩擦阻力損失，Pa；h局----抽采管路最大總局部阻力損失，Pah摩=9.8×Q2×Δ×L/(K0×D5)式中h摩----某段管路的摩擦阻力，Pa；Δ---混合瓦斯對空氣的相對密度；Q----某段管路的混合瓦斯流量，m3/h；L----管路長度，m；D----管路內(nèi)徑，cm；K0----系數(shù)，取K0=0.71。式中混合瓦斯對空氣的相對密度Δ為Δ=（ρ1×n1＋ρ2×n2）/ρ2式中ρ1----瓦斯密度，取0.716kg/m3；n1----混合瓦斯中瓦斯?jié)舛?；?----空氣密度，取1.293kg/m3；n1----混合瓦斯中空氣濃度；Δ=（0.716×0.35＋1.293×0.65）/1.293=0.8435管路系統(tǒng)K0值表管徑（mm）327080100125150＞150K00.490.550.570.620.670.700.71根據(jù)公式可以算各段抽采管路的阻力，在計算阻力時取預計瓦斯流量最大時計算瓦斯抽采管路的阻力，對我礦抽采距離最遠，阻力最大的23采區(qū)末端抽采阻力計算見表。白皎礦抽采泵站抽采管路最大阻力計算結(jié)果表m3/min）則井下管路最大總摩擦阻力損失，h摩=Pa；預計抽采系統(tǒng)中涌水較大，局部阻力按管路計算阻力的20%計算，則井下管路最大總局部阻力損失，h局=h摩×0.2=Pa。hr=44255＋8851=53106根據(jù)計算可得23區(qū)抽采管最大阻力為53kPa。根據(jù)我礦實際情況，底板穿層抽采管末端負壓≮20Kpa，順層末端負壓≮15Kpa。3、抽采泵負壓計算h泵=hr＋h孔=53＋20=73式中h泵----抽采泵總負壓，kPa；hr----抽采管路最大總阻力損失，kPa；h孔----抽采管末端負壓，kPa根據(jù)我礦多年來經(jīng)驗，礦井抽采負壓僅能達到抽采泵負壓65%左右，所以抽采泵負壓為：73/65%=112kPa我礦抽采泵改造后抽采負壓必須達到112kPa以上。4、抽采泵的選擇對眾多抽采泵生產(chǎn)廠家進行比較，宜選用高效節(jié)能的2BE系列水環(huán)式真空泵。2BE泵是加強型設計，適合較惡劣的工作環(huán)境。適應性強：當應用于有腐蝕的場合時，過流部件可以采用噴涂等防腐措施，輕載啟動，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，維護方便，運行可靠，故選擇2BE系列水環(huán)式真空泵。根據(jù)白皎礦抽采計劃瓦斯混合量為150m3/min，查2BE系列水環(huán)式真空泵性能曲線，選2BE3-600-400型水環(huán)式真空泵（最大抽氣量為320m3/min），即可滿足要求。配套電機功率472KW，同時更新與之相配套的電控系統(tǒng)。五、