回采工作面移動瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及對策及安全技術(shù)措施

20202工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì)方案及平安技術(shù)措施華晉明珠礦二O一三年五月二十四審批簽字欄：總工程師：年月日采煤副總：年月日通風(fēng)副總：年月日機(jī)電副總：年月日調(diào)度室：年月日安監(jiān)處：年月日生產(chǎn)科：年月日機(jī)電科：年月日通風(fēng)區(qū)：年月日地測科：年月日綜采隊(duì)：年月日編制:年月日20202工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì)方案及平安技術(shù)措施會審會審人員意見會審結(jié)論前言一、設(shè)計(jì)的主要依據(jù)1、"采礦工程設(shè)計(jì)手冊"2003版煤炭工業(yè)2、"煤礦瓦斯抽放規(guī)"AQ1027--20063、"煤礦平安規(guī)程"〔2011〕煤礦平安監(jiān)察局4、理工大學(xué)編制的"華晉明珠煤業(yè)XX公司礦井瓦斯涌出量預(yù)測〔2*煤層〕"〔2011.5〕5、陽煤設(shè)計(jì)研究院編制的"固定瓦斯抽放初步設(shè)計(jì)"〔2011.11〕二、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)1〕抽放純量：3.0m3/min左右；2〕抽放瓦斯?jié)舛龋簩?shí)驗(yàn)性，根據(jù)以往和其它礦抽放資料顯示，采面隅角埋管抽放時最高濃度5%，平均1.5%。煤層預(yù)抽濃度有待實(shí)驗(yàn)結(jié)論。3〕孔口負(fù)壓：(待抽放系統(tǒng)運(yùn)行儀器檢測〕4〕抽放管路的最遠(yuǎn)距離預(yù)計(jì)：1600m。三、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想1、在符合規(guī)要求、滿足使用的前提下，盡可能降低本錢，節(jié)省工程投資；2、設(shè)備、管材選型留有余地，能充分滿足礦井平安生產(chǎn)的需要〔采掘〕；3、采用的工藝技術(shù)具有簡單、易操作、先進(jìn)性，且符合實(shí)際。4、參考其他同類礦井經(jīng)歷，選取相關(guān)設(shè)備。第一章礦井及工作面概況1、開拓方式礦井立井-單水平開拓方式,開采2號煤層。2、礦井巷道布置情況礦井設(shè)計(jì)單水平開采2號煤層，水平標(biāo)高+838m。全井田劃分為3個采區(qū)〔分別為一采區(qū)、二采區(qū)、三采區(qū)〕。分東、西兩翼布置，布置三條大巷，其中一條做為專用回風(fēng)巷，兩條進(jìn)風(fēng)巷〔東軌、東皮巷〕。采煤工作面采用U型通風(fēng)方式。3、采煤方法與頂板管理采煤方法為走向傾斜長壁仰斜綜采一次采全高。采用全部垮落法管理頂板。4、工作面概況20202工作面兩順槽采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁聯(lián)合支護(hù)，斷面14.0m2。工作面兩順槽超前支護(hù)采用單體液壓支柱加“π〞型梁進(jìn)展維護(hù)，柱距為800mm。超前距離不小于70m,距采面10m圍為“一梁三柱〞，其余為“一梁二柱〞。工作面切眼采用ZY4800/20/40型掩護(hù)式液壓支架100架；上下端頭選擇ZZ6000/22/45型支撐掩護(hù)式液壓支架各10架。割煤使用MG300/700-WD型雙滾筒無鏈電牽引采煤機(jī)。裝煤由螺旋滾筒裝入SGZ764/500型可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)，順槽采用SZZ764/132型橋式機(jī)、PCM110型破碎機(jī)、DSJ-1000/2×250型膠帶輸送機(jī)及SZZ764/200型平鋪機(jī)運(yùn)煤。工作面煤層厚度3.20～4.01m，平均3.60m，煤層傾角1°～18°，平均9°。工作面整體呈單斜構(gòu)造，煤層總體走向?yàn)楸睎|，傾向北西，傾角一般在8～16°，根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料，20202回采工作面未發(fā)現(xiàn)斷層、陷落柱等其他地質(zhì)構(gòu)造；工作面外存在F2逆斷層，落差約45m。2012年礦井瓦斯等級鑒定情況為：礦井相對瓦斯涌出量為4.80m3/t，絕對瓦斯涌出量為8.67m3/min；二氧化碳相對涌出量為1.88m3/t，二氧化碳絕對涌出量為3.40m3/min，瓦斯涌出形式為普通涌出，礦井為瓦斯礦井。參照20201工作面回采時期最大瓦斯絕對涌出量3.61m3/min，該工作面絕對瓦斯涌出量預(yù)計(jì)大于20201工作面絕對瓦斯涌出量。煤層自燃等級為Ⅲ級，屬不自燃煤層。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。第二章瓦斯抽放方法的選擇采面回風(fēng)隅角埋管抽放、鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯是瓦斯抽放的主要方法，在其他礦井都有十分成熟的技術(shù)和經(jīng)歷。采面上隅角埋管抽放能夠防止回風(fēng)隅角瓦斯積聚、降低采面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?。鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯能夠降低煤層瓦斯含量，減少采掘作業(yè)時向采掘工間涌出的瓦斯量。采面回風(fēng)隅角瓦斯抽放屬于半封閉式瓦斯抽放，如果加強(qiáng)管理，一定會取得較為理想的效果。根據(jù)本工作面目前情況，本工作面主要采用上隅角埋管抽放，解決工作面上隅角瓦斯問題。第三章回風(fēng)隅角插管抽放法回風(fēng)隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一個負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域瓦斯形成紊流狀態(tài)與空氣充分混合，由抽放管路抽走，這可以防止因工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢〔或微風(fēng)〕引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用較長的軟管與主抽放管路相連接〔管徑與主管相匹配〕，將軟管的一端插入上隅角，為保證軟管吸入口能處于上隅角的上部〔上部瓦斯?jié)舛容^高〕可將抽放軟管與木棒綁在一起〔防止軟管口下耷〕，用鐵絲吊掛在切頂處。隨著工作面的推進(jìn)，逐節(jié)回收主抽放管路，移動軟管的連接，直至回采完畢。抽放軟管伸入上隅角的長度及位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際抽放效果不斷調(diào)整，得到合理的參數(shù)。為確保抽放效果到達(dá)預(yù)期目標(biāo)，在主抽放管路末端可設(shè)置一個分流器，分支出幾個支管，插入隅角的不同位置進(jìn)展抽放。但是，該抽放方法的采用必須是在有嚴(yán)密的組織、平安、施工措施，確保施工平安的前提下進(jìn)展。第四章抽放濃度及抽放量一、抽放濃度根據(jù)目前礦井的具體情況，我礦為瓦斯礦井，抽放濃度采取上隅角插管抽放時預(yù)計(jì)不會超過5%。二、瓦斯涌出量計(jì)算設(shè)計(jì)根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量和平均絕對瓦斯涌出量，預(yù)計(jì)瓦斯抽放絕對量2-3m3/min，即能滿足要求。第五章抽放系統(tǒng)及設(shè)備選型第一節(jié)抽放管路系統(tǒng)布置在選擇瓦斯抽放管路系統(tǒng)時，抽放管路應(yīng)盡量選擇鋪設(shè)在巷道曲線段少和距離短的線路中，盡可能避開運(yùn)輸繁忙巷道，首選回風(fēng)巷鋪設(shè)，還要考慮運(yùn)輸、安裝、維修、供電供水方便。抽放泵站布置在井下時，應(yīng)靠近抽放地點(diǎn)，安裝在進(jìn)風(fēng)硐室中。井下抽放泵站布置在井下靠近抽放地點(diǎn)的進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，這樣可以大大減少管路長度，可以根據(jù)抽放地點(diǎn)的改變移動抽放泵，可以節(jié)省管路投資，前提條件是抽放管路排出的瓦斯必須排放到采區(qū)專用回風(fēng)巷或總回風(fēng)巷，經(jīng)稀釋使瓦斯?jié)舛炔怀?。根?jù)我礦現(xiàn)場實(shí)際情況，目前將瓦斯抽放泵站設(shè)在東翼采區(qū)變電所〔未安裝使用〕，其位置符合規(guī)程和相關(guān)要求。20202采煤工作面抽放管路布置為：上隅角支管→回風(fēng)順槽→東翼回風(fēng)巷→瓦斯抽放泵站→東翼回風(fēng)巷。第二節(jié)瓦斯抽放管路的聯(lián)接與敷設(shè)一、管路敷設(shè)煤礦井下的環(huán)境條件較惡劣，且巷道上下不平，坡度大小不一，巷道受壓變形，空氣濕潤易銹蝕等，為此對煤礦井下抽放瓦斯管路的敷設(shè)有如下要求：1、瓦斯管路應(yīng)采取防腐、防銹蝕措施；2、傾斜巷道的瓦斯管路，應(yīng)用卡子將管道固定在巷道支護(hù)上，以免下滑；3、管路敷設(shè)要求平直，盡量防止急彎；4、管路敷設(shè)時，要考慮流水坡度，要求坡度盡量一致，防止上下起伏；瓦斯管道吊掛式安裝圖〔U型鋼巷道掛在巷道卡蘭上下的位置〕5、新敷設(shè)的管路要進(jìn)展氣密性檢驗(yàn)；二、管路安裝瓦斯抽放管路在20202膠帶順槽采用吊掛敷設(shè)，東翼回風(fēng)巷采用支座敷設(shè)在巷道底板；瓦斯管路安設(shè)要求盡可能直，并靠幫、靠頂。有合理的流水坡度，吊絲，支座齊全結(jié)實(shí)，在低洼的地點(diǎn)設(shè)置放水裝置，插管、孔壁不漏，經(jīng)常有專人檢查維護(hù)。ａ、檢查吊絲、支座是否齊全、結(jié)實(shí)，發(fā)現(xiàn)缺吊絲、少支座或不結(jié)實(shí)時，應(yīng)及時補(bǔ)齊或緊固，防止管線塌落。ｂ、檢查管路是否移動、漏氣和水堵〔積水〕，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)移動、漏氣和水堵要立即處理。ｃ、檢查安設(shè)瓦斯管線的巷道是否平安，發(fā)現(xiàn)問題不能正常進(jìn)展檢查時。必須即時報(bào)告有關(guān)部門處理。2、瓦斯管材必須采用定型管材。3、管道安裝：〔1〕管道必須根據(jù)現(xiàn)場條件采用各種可靠裝置固定，既要保證巷道不因管道敷設(shè)影響平安生產(chǎn)，又要保證巷道在使用中不危及管道的平安使用?！?〕管道安裝平直，變徑地點(diǎn)采用過渡接頭?！?〕主干管離地高度要求0.5米?！?〕管道與巷幫壁的距離應(yīng)大于0.3米?！?〕嚴(yán)禁與帶電物體接觸。4、管路安裝完畢后必須用高壓水或壓風(fēng)進(jìn)展排渣沖洗并進(jìn)展漏氣試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力應(yīng)到達(dá)抽放設(shè)備能力的2倍。嚴(yán)禁采用負(fù)壓漏氣試驗(yàn)。第三節(jié)抽放管路的附屬裝置在抽放主管上安裝孔板流量計(jì)、觀測嘴，用來觀測瓦斯?jié)舛?、壓力、流量。同時需要安設(shè)瓦斯?jié)舛葌鞲衅?個、流量傳感器1個、溫度傳感器1個、壓力傳感器1個、一氧化碳傳感器1個及閥門開關(guān)傳感器。此外，在瓦斯泵房管路上還安設(shè)有防爆、防回火裝置等。第四節(jié)瓦斯泵選擇一、瓦斯泵流量計(jì)算瓦斯泵流量應(yīng)能滿足抽放瓦斯系統(tǒng)效勞年限最大抽放量的需要。瓦斯泵流量按下式計(jì)算：Q泵=Q·K/〔C·η〕式中Q泵——瓦斯抽放泵的額定流量，m3/min；Q——最大抽放瓦斯純量，m3/min；取3m3/minC——瓦斯泵入口處的瓦斯?jié)舛龋?0%；η——瓦斯泵的機(jī)械效力，取80%；K——瓦斯抽放綜合系數(shù)，取K=1.2Q泵=Q·K/C·η=3×1.2/〔0.1×0.8〕=45m3/min二、瓦斯泵壓力計(jì)算瓦斯抽放泵壓力，必須能克制抽放管網(wǎng)系統(tǒng)總阻力損失和保證抽放有足夠的負(fù)壓，以及泵的出口正壓的需求。按以下公式計(jì)算：H泵=〔H總+H孔+H正〕·K式中H泵——瓦斯泵的壓力，Pa；H總——抽放管路總阻力損失，Pa；H孔——抽放鉆孔所需負(fù)壓，一般取H孔=15000Pa；H正——瓦斯泵出口正壓，一般取H正=500Pa；K——抽放備用系數(shù)，取K=1.2H泵=〔H總+H孔+H正〕·K=〔8864+15000+500〕×1.2=24364Pa三、瓦斯泵選型通過以上計(jì)算,在進(jìn)展市場調(diào)查和對設(shè)備參數(shù)對照的結(jié)果,瓦斯泵決定選擇型水環(huán)式真空泵,其中一臺運(yùn)轉(zhuǎn),一臺備用。本設(shè)計(jì)選用2ZEC42型移動瓦斯抽放泵，最大抽放量為30m3/min，電機(jī)型號YBK2315/L1-4型，電機(jī)功率160Kw，電壓660/1140V。第五節(jié)瓦斯泵的附屬平安裝置瓦斯泵進(jìn)出口段的管路上均要設(shè)置防回火、防回氣、防爆炸的平安裝置，有銅網(wǎng)式和水封式兩種，以防止井下管路瓦斯爆炸燃燒涉及圍擴(kuò)大，其主要作用是熄滅燃燒火焰和釋放爆炸能量。由于我礦屬井下移動抽放泵站抽放，其瓦斯不利用，因此選用水封式防爆防回火裝置。見下列圖：第六章瓦斯抽放泵站由于我礦屬瓦斯礦井，僅是工作面上隅角需要抽放，因此選擇井下移動抽放泵站即可滿足要求。根據(jù)井下移動瓦斯抽放泵站相關(guān)要求，結(jié)合我礦實(shí)際，確定前期先將移動抽放瓦斯泵站安裝在東翼采區(qū)變電所〔目前該變電所因尚未安設(shè)任何機(jī)電設(shè)備，已形成獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)〕，采用雙回路供電。后期待20205工作面皮帶順槽聯(lián)絡(luò)巷旁移動瓦斯抽放泵站硐室建成后，移至該硐室。一、抽放規(guī)要求：井下移動抽放泵站布置在井下靠近抽放地點(diǎn)的進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，這樣可以大大減少管路長度，可以根據(jù)抽放地點(diǎn)的改變移動抽放泵，可以節(jié)省管路投資，前提條件是抽放管路排出的瓦斯必須排放到采區(qū)專用回風(fēng)巷或總回風(fēng)巷，經(jīng)稀釋使瓦斯?jié)舛炔怀蕖?、泵房有良好的通風(fēng)照明設(shè)備并設(shè)有直通礦井調(diào)度室的。2、泵房的建筑面積應(yīng)根據(jù)設(shè)備尺寸決定，設(shè)備之間的距離符合"采礦工程設(shè)計(jì)手冊"的規(guī)定。3、泵房電氣設(shè)備、照明和其他電氣、檢測儀表均采用礦用防爆型。4、泵房附近管路設(shè)置放水器及防爆、防回火、防回氣裝置，并設(shè)置壓力、流量、濃度測定裝置以及采樣孔、閥門等附屬裝置。5、在瓦斯抽放泵輸入管路中安設(shè)溫度傳感器、瓦斯流量傳感器、管道壓差傳感器、高瓦斯?jié)舛葌鞲衅?。二、泵站具體要求和設(shè)施1、泵站給排水給水采用地面凈化水系統(tǒng)或建立井下凈化水系統(tǒng)，供水量要大于真空泵說明書要求。對泵供水有兩個作用，一個是使泵產(chǎn)生真空，另一個是冷卻軸承溫度。水環(huán)泵正常工作時必須供水，供水水流應(yīng)穩(wěn)定、持久。供水水質(zhì)應(yīng)為不含顆粒的清潔水〔PH值6～8〕，假設(shè)水質(zhì)不純〔含有顆粒物〕，應(yīng)考慮在水流入口端加過濾裝置。2、抽放泵站供電泵站供電參照掘進(jìn)工作面局扇的供電管理，要求“三專〞，即專用變壓器、專用線路、專用開關(guān)?！皟砷]鎖〞即“水電閉鎖〞，當(dāng)瓦斯泵供水壓力不夠或無水時，能自動切斷瓦斯泵的電源?！巴咚闺婇]鎖〞即當(dāng)該峒室瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)0.5%時，能自動切斷瓦斯泵站的一切電源。根據(jù)目前礦井的供電情況，采用1140V的電壓對抽放泵站供電。根據(jù)煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)GB-5012-94，瓦斯抽放站的電力負(fù)荷為一級負(fù)荷，即必須保證有兩個電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)不致同時受到破壞。瓦斯抽放站1140`V雙電源引自變電所兩段不同母線段，在瓦斯泵站必須有隔爆型照明燈具，而且必須滿足照明的條件。3、抽放泵站通訊泵站安裝直通礦調(diào)度防爆一臺。4、抽放實(shí)時監(jiān)測抽放實(shí)時監(jiān)測包括抽放管道實(shí)時監(jiān)測和抽放泵站實(shí)時監(jiān)測。抽放管道實(shí)時監(jiān)測應(yīng)具備以下功能：1、以分鐘、小時、班、天為單位，統(tǒng)計(jì)瓦斯抽放混合量和純量；2、分析瓦斯動態(tài)抽放量變化趨勢，評價監(jiān)測點(diǎn)抽放措施的有效性。3、當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)瓦斯?jié)舛韧蝗幌陆禃r，及時發(fā)出管道漏風(fēng)警報(bào)。抽放泵站實(shí)時監(jiān)測應(yīng)具備以下功能： 1、以分鐘、小時、班、天為單位，統(tǒng)計(jì)各支線進(jìn)氣管道和總抽放管道瓦斯抽放混合量和純量；2、對泵站設(shè)備工作狀態(tài)監(jiān)測進(jìn)展管理；3、對抽放泵站機(jī)房的平安管理；為保證瓦斯抽放系統(tǒng)的平安運(yùn)行和礦井的平安生產(chǎn)，瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計(jì)時必須具備完善的平安監(jiān)測系統(tǒng)，對泵站運(yùn)行的環(huán)境瓦斯?jié)舛?、供水、抽放瓦斯?jié)舛?、抽放量、排放口瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)進(jìn)展監(jiān)測。5、通風(fēng)井下固定抽放瓦斯泵站采用全負(fù)壓通風(fēng)，用調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量，供風(fēng)量不小于150m3/min。第七章抽放系統(tǒng)的安裝第一節(jié)根本要求瓦斯抽放系統(tǒng)的安設(shè)、使用等必須嚴(yán)格遵守"煤礦平安規(guī)程"和"礦井瓦斯抽放管理規(guī)"的有關(guān)規(guī)定。抽放系統(tǒng)安裝所用的材料均必須為煤礦井下許用產(chǎn)品，并具有煤礦平安標(biāo)志。抽放泵的安裝要保持軸心一致，根底要到達(dá)規(guī)定的強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)期。具體安裝要求必須嚴(yán)格按設(shè)備安裝說明書嚴(yán)格進(jìn)展。泵房須有足夠的照明、消防等設(shè)施，嚴(yán)禁堆放易燃物品，并嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入泵房。泵房門必須向外開。第二節(jié)抽、排放管路及附屬設(shè)施安裝抽排放主管路建議采用無縫鋼管，也可采用輕質(zhì)塑料管〔取得MA標(biāo)志的專用抽放管〕，法蘭盤連接，安裝時東回大巷采用角鋼支座支撐，20202皮帶順槽采用靠一幫鋪設(shè)并吊掛，不得影響行人。管路全程嚴(yán)禁與帶電物體接觸。抽放系統(tǒng)所有金屬件均需做防腐處理，管路安裝后還要做密封性能試驗(yàn)〔使用水試壓，壓力達(dá)0.2MPa,1h壓降不超過10%〕，并進(jìn)展吹掃處理以免管路漏氣和管路有雜物；建議井下抽放管路涂刷紅色油漆以示警。第八章抽放的組織管理第一節(jié)組織管理1、建立抽放瓦斯的專門機(jī)構(gòu)，配備專業(yè)施工隊(duì)伍，負(fù)責(zé)瓦斯抽放工作的的施工和日常管理工作。所有人員必須經(jīng)過培訓(xùn)合格后才能上崗。2、瓦斯泵房的設(shè)備和管路系統(tǒng)除日常維護(hù)外，應(yīng)建立定期檢查維修制度。3、在抽放主管路上要配備專人定期檢查瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、壓差等，以便掌握不同地點(diǎn)的抽放狀況。此外，還應(yīng)配有專人進(jìn)展放水和管路維修，處理管路積水和漏氣，以保證管路暢通。4、對抽放方法和有關(guān)參數(shù)，需在抽放實(shí)踐中進(jìn)一步考察和驗(yàn)證，以便確定合理的綜合抽放方法，到達(dá)合理布置，提高抽放效果。5、抽放泵站的司機(jī)或值班人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，使其熟悉有關(guān)瓦斯抽放的規(guī)定，掌握各種平安、監(jiān)控儀表和設(shè)備的用途及其操作程序。第二節(jié)組織機(jī)構(gòu)為了加強(qiáng)礦井瓦斯抽放管理，礦井配備抽放管理人員、抽放工程技術(shù)人員及相關(guān)業(yè)務(wù)人員。其主要職責(zé)有：1、管理人員。專門負(fù)責(zé)瓦斯抽放的人員、事務(wù)管理。2、技術(shù)人員。負(fù)責(zé)抽放方面的技術(shù)方案、措施的制定和落實(shí)到位，提高抽放效果，改良抽放工藝。3、管線工程施工、維修人員。負(fù)責(zé)瓦斯管線及抽放系統(tǒng)各種設(shè)施的安設(shè)、維修、調(diào)整、更換等。4、檢測人員。負(fù)責(zé)對礦井抽放系統(tǒng)、管線、主要設(shè)備、設(shè)施的日常檢查和抽放系統(tǒng)的測試、調(diào)整、試驗(yàn)，數(shù)據(jù)、資料的記錄、整理、計(jì)算等平安技