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文檔簡介

高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠瓦斯抽采設(shè)計(jì)說明書.11m3/min,根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》(AQ1026-2021)第4.4條的規(guī)定,礦井絕對絕對瓦斯涌出量小于20m3/min的礦井,礦井瓦斯抽采率必須大于或等于25%。本設(shè)計(jì)礦井瓦斯預(yù)抽率取30%。4.2礦井抽采瓦斯規(guī)模根據(jù)礦井瓦斯涌出現(xiàn)狀、礦井可抽瓦斯量、礦井服務(wù)年限、抽采瓦斯目的及抽采瓦斯不均衡系數(shù)等綜合因素來確定礦井瓦斯抽采規(guī)模。高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠在劃定的礦區(qū)范圍內(nèi),擴(kuò)大區(qū)劃并增采2號煤層后保有資源儲量7714kt。按煤層瓦斯含量為18m3/t,計(jì)算得礦井總的瓦斯儲量為13130.61萬m3。按礦井服務(wù)年限29年、瓦斯抽采率30%和瓦斯抽采不均衡系數(shù)0.9計(jì)算,則礦井年可抽瓦斯量為144857.7×0.3/28/0.9=156.32(萬m3)。則礦井瓦斯抽采規(guī)模為1563200÷330÷24÷60=3.29m3高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠的生產(chǎn)能力15萬t/年和煤層瓦斯含量18m3/t,礦井瓦斯抽采應(yīng)使煤層瓦斯含量達(dá)到8m3/t以下,則礦井年可抽瓦斯量為15×(18-8)×1.2=180(萬m3)。則礦井瓦斯抽采規(guī)模為1800000÷330÷24÷60=3.79(m3/min)。根據(jù)該礦的煤層地質(zhì)條件現(xiàn)狀和礦井瓦斯涌出現(xiàn)狀、瓦斯抽采目的及礦井的生產(chǎn)能力等因素,為確保抽采系統(tǒng)能在礦井服務(wù)年限內(nèi)穩(wěn)定的發(fā)揮作用,并保證抽采能力有一定的富余量,確定本礦井瓦斯抽采規(guī)模為8m3/min。第五章抽采方法與工藝設(shè)計(jì)5.1瓦斯來源分析高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠礦井為按突出礦井管理的在建調(diào)整規(guī)模續(xù)建的高瓦斯礦井。根據(jù)2021年度瓦斯等級鑒定結(jié)果,礦井鑒定月無回采區(qū),掘進(jìn)區(qū)平均瓦斯涌出量占14%,已采區(qū)平均瓦斯涌出量占86%。瓦斯主要來源于已采區(qū),其次是采掘工作面本身。5.2抽采基本參數(shù)確定1、抽采鉆孔孔徑:參照筠連礦區(qū)其它礦井的瓦斯抽采經(jīng)驗(yàn),確定該礦瓦斯抽采鉆孔孔徑為Φ65mm。2、抽采半徑:根據(jù)礦井煤層瓦斯賦存的特點(diǎn)及其它礦井瓦斯抽采成功經(jīng)驗(yàn),初步確定采掘工作面預(yù)抽煤體瓦斯鉆孔抽采半徑為1.5~3m。在礦井實(shí)施抽采過程中,應(yīng)根據(jù)煤層瓦斯地質(zhì)變化情況、抽采時(shí)間等因素,合理調(diào)節(jié)鉆孔抽采半徑,達(dá)到有效治災(zāi)的目的,并總結(jié)出適合本礦的瓦斯抽采半徑。3、抽采負(fù)壓按其它礦井瓦斯抽采經(jīng)驗(yàn),掘進(jìn)鉆孔抽采負(fù)壓為15~20kPa,采空區(qū)抽采管口負(fù)壓為5~10kPa左右,采面預(yù)抽鉆孔負(fù)壓為13~18kPa左右。4、抽采濃度的確定根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定和礦井的具體情況以及所選用的抽采瓦斯方法,設(shè)計(jì)礦井的瓦斯抽采濃度為30%。5.3瓦斯抽采方法選擇永豐煤廠為按煤與瓦斯突出礦井設(shè)計(jì)和管理的高瓦斯礦井,礦井開采2、3、81+2、83煤層,其中8#煤層在筠連礦區(qū)為突出煤層。按照《煤與瓦斯突出規(guī)定》,在突出煤層進(jìn)行采掘前,必須對突出煤層較大范圍采取區(qū)域防突措施。區(qū)域防突措施包括開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩類。永豐煤廠2#煤層下距3#煤層3.8m,81#煤層頂與3#煤層底平均間距18.75m。在礦井?dāng)U建工程初步設(shè)計(jì)中,先開采2#、3#煤層作為8#煤層的解放層,再開采8#煤層,并距在83煤層底板20m~25m的巖層中布置瓦斯抽采巷。根據(jù)永豐煤廠的煤層賦存情況、礦井?dāng)U建工程初步設(shè)計(jì)的開拓布置規(guī)劃以及生產(chǎn)能力,確定礦井瓦斯抽采方法時(shí),遵循:1、開采2#、3#煤層時(shí)主要采用本煤層預(yù)抽煤層瓦斯來降低煤層瓦斯含量和降低回風(fēng)瓦斯?jié)舛龋?、揭露8#煤層前,在83煤層的底板抽采巷中施工穿層鉆孔網(wǎng)格密集預(yù)抽8#煤層大面積瓦斯;3、石門揭煤時(shí)采用穿層鉆孔網(wǎng)格預(yù)抽被揭煤層瓦斯;4、揭露8#煤層并進(jìn)入煤層后應(yīng)首先進(jìn)行工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測,經(jīng)預(yù)測后仍為突出危險(xiǎn)工作面時(shí)還必須輔以本煤層順層鉆孔預(yù)抽,嚴(yán)格執(zhí)行“四位一體”防突措施,對抽采效果進(jìn)行檢驗(yàn),只有經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)防突指標(biāo)達(dá)到要求后才能留足安全屏障進(jìn)行掘進(jìn)和回采,否則必須繼續(xù)實(shí)施抽采防突措施;5、采煤面回采時(shí)若存在上隅角瓦斯超限的情況時(shí)還必須在回風(fēng)巷施工頂板裂隙鉆孔抽放采空區(qū)裂隙瓦斯。根據(jù)礦井?dāng)U建工程初步設(shè)計(jì)的開拓布置,礦井首采工作面布置在一采區(qū)3區(qū)段(區(qū)段標(biāo)高+400~+441m),投產(chǎn)時(shí)開采2#煤層,工作面編號為1132。2#煤層平均厚度為0.71m,工作面采高為0.9m左右,工作面走向長306m,傾斜寬80m,煤層平均傾角為23°,采用全部垮落法處理采空區(qū)。由于礦井瓦斯抽采系統(tǒng)必須先于礦井揭露8#煤前先期建成運(yùn)行,因此礦井瓦斯抽采系統(tǒng)建設(shè)初期的瓦斯抽采方法確定為:在1132采煤工作面的煤層掘進(jìn)磧頭施工順煤層走向鉆孔預(yù)抽磧頭瓦斯;在1132采煤工作面煤層運(yùn)輸巷施工順煤層傾向鉆孔預(yù)抽采煤工作面煤體瓦斯;回采時(shí)若出現(xiàn)上隅角瓦斯超限或回風(fēng)瓦斯超限,在采煤工作面回風(fēng)巷中布置頂板裂隙鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯。礦井應(yīng)根據(jù)采掘布置方式及采掘接替的安排,對采、掘施工的每一個(gè)區(qū)域和工作面都必須進(jìn)行專門的抽采設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中的各種抽采方法可供礦井技術(shù)人員在日后的抽采工作中參考,具體的鉆孔參數(shù)為本次抽采工程的施工方案。技術(shù)人員可根據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)情況和瓦斯?fàn)顩r,對抽采鉆孔布置方式及相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和修正。但施工時(shí)必須做到一工程一設(shè)計(jì),以提高瓦斯抽采效果,確保礦井安全生產(chǎn)。5.4底板穿層鉆孔抽采方法為了有效消除采掘工作面生產(chǎn)過程中煤與瓦斯突出及瓦斯超限,必須在揭露突出煤層和進(jìn)行采掘前,在突出煤層的底板巖石抽采巷道中向采掘煤體區(qū)域施工穿層鉆孔網(wǎng)格預(yù)抽大面積煤體瓦斯。1、底板巖石巷鉆孔布置原則(如圖5—1)1)底板道距離煤層法向距離10~30m,但最小不得小于10m。2)有充足的時(shí)間施工抽采瓦斯的底板巖石抽采巷。3)工作面底板巖石巷內(nèi)抽采鉆孔的參數(shù)應(yīng)根據(jù)各個(gè)工作面的范圍大小、抽采時(shí)間長短、抽采半徑、底板瓦斯抽采巷的布置位置等具體情況確定。4)底板巖石巷內(nèi)鉆場之間的距離在10~15m左右。掘進(jìn)條帶內(nèi)布置鉆孔比非掘進(jìn)條帶要密集些,確保在掘進(jìn)施工前,能有效的抽采控制掘進(jìn)條帶煤體瓦斯至規(guī)范的要求。5)抽采鉆孔終孔點(diǎn)必須達(dá)到開采突出煤層頂板巖石內(nèi)不小于0.5m。6)合理布置采煤工作面長度,確保底板抽采鉆孔能有效、經(jīng)濟(jì)、合理地控制采掘區(qū)域瓦斯抽采。7)底板穿層抽采鉆孔的抽采半徑應(yīng)根據(jù)煤層的透氣強(qiáng)弱來確定,根據(jù)已抽采礦井的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),可選擇抽采半徑為3~7.5m。8)非掘進(jìn)條帶區(qū)域的鉆孔終孔間距按10~15m布置鉆孔,掘進(jìn)條帶內(nèi)鉆孔終孔點(diǎn)間距按5~8m布置鉆孔。掘進(jìn)條帶有效控制范圍:傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20m,下幫至少10m;其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15m。圖5—1a底板鉆孔布置平面示意圖圖5—1b底板穿層鉆孔剖面示意圖3、83#煤層巖石底板抽采巷穿層抽采鉆孔布置永豐煤廠投產(chǎn)時(shí)先開采2#、3#煤層,然后再開采8#煤層。2#煤層下距3#煤層3.8m,81#煤層頂與3#煤層底平均間距18.75m。因此開采8#煤層前,必須利用83煤層巖石底板抽采巷按照上述原則布置穿層鉆孔對采面煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽,降低至規(guī)定要求后才可揭露8#煤層布置采掘工作面進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)。5.5石門揭煤預(yù)抽方法1、鉆孔布置原則石門揭煤前必須預(yù)抽被揭煤層瓦斯。預(yù)抽煤體瓦斯鉆孔按以下原則設(shè)計(jì)(圖5—2)。1、鉆孔的最小控制范圍是:石門揭煤處巷道輪廓線外12m以上的煤體(急傾斜煤層底部或下幫6m)及工作面前方15m以上,且必須打穿煤層并進(jìn)入頂(底)板巖石0.5m以上。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)保證控制范圍的外邊緣到巷道輪廓線(包括預(yù)計(jì)前方揭煤段巷道的輪廓線)的最小距離不小于5m2、鉆孔孔徑要求Φ65~Φ90mm,鉆孔終孔間距以鉆孔有效影響半徑為依據(jù),一般可為2~3m。3、施工抽采鉆孔時(shí),凈巖柱(石門巷道最凸出邊緣距最近煤層的法向距離)尺寸必須保證在5m上,遇巖柱巖性破碎或遇斷層等構(gòu)造時(shí)其凈巖柱尺寸應(yīng)增大,且當(dāng)鉆孔不能一次穿透煤層全厚時(shí),應(yīng)當(dāng)保持煤孔最小超前距15m。4、施工抽采孔前必須進(jìn)行針對性的施工設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)應(yīng)包括鉆孔布置平面圖、剖面圖、開孔位置圖、鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表、施工要求等??⒐ず髴?yīng)驗(yàn)收并認(rèn)真繪制鉆孔竣工圖,如果與設(shè)計(jì)參數(shù)有較大誤差時(shí),應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔。圖5—2a頂板石門抽采鉆孔布置示意圖圖5—2b底板石門抽采鉆孔布置示意圖礦井今后石門揭露煤層時(shí),必須按以上原則和石門的實(shí)際方位及與石門距離煤層的準(zhǔn)確的法向距離等參數(shù),進(jìn)行針對性的預(yù)抽鉆孔施工設(shè)計(jì),包括鉆孔布置平面圖、剖面圖、開孔位置圖、鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表、施工要求等。5.6掘進(jìn)工作面順層鉆孔預(yù)抽方法1、鉆孔布置原則本礦井掘進(jìn)2#、3#煤層時(shí)、經(jīng)過保護(hù)層開采和底板穿層鉆孔預(yù)抽作為區(qū)域防突措施后的掘進(jìn)8#煤層時(shí),均可選擇在掘進(jìn)磧頭直接施工順層鉆孔預(yù)抽磧頭煤體瓦斯時(shí),用以防止采煤工作面煤與瓦斯突出和防止瓦斯超限。鉆孔終孔控制范圍:煤層巷道上幫輪廓線外至少20m,下幫至少10m,終孔間距3~6米。當(dāng)煤厚在2m以下時(shí)布置單排鉆孔、當(dāng)煤厚在2m以上時(shí)布置雙排鉆孔。在抽采工作開展后可進(jìn)行實(shí)際測量,并計(jì)算調(diào)整相關(guān)參數(shù),以保證瓦斯抽采治災(zāi)效果。2、1132采煤工作面運(yùn)巷和風(fēng)巷掘進(jìn)磧頭順煤層傾向鉆孔布置根據(jù)礦井?dāng)U建工程初步設(shè)計(jì)的開拓布置,礦井首采工作面布置在一采區(qū)3區(qū)段(區(qū)段標(biāo)高+400~+441m),投產(chǎn)時(shí)開采2#煤層,工作面編號為1132。因此礦井在布置1132采煤工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷時(shí),應(yīng)在掘進(jìn)磧頭布置順煤層鉆孔預(yù)抽掘進(jìn)條帶瓦斯。2#煤層平均厚度為0.71m,煤層平均傾角為23°。因此設(shè)計(jì)在1132采煤工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷掘進(jìn)磧頭布置順煤層超前鉆孔預(yù)抽磧頭煤體瓦斯,設(shè)計(jì)長度為65m,鉆孔方位沿巷道掘進(jìn)方向布置,控制巷道上幫輪廓線以外20m,巷道下幫輪廓線以外10m,終孔間距3米,布置9個(gè)單排鉆孔,鉆孔布置見圖5-3,鉆孔工程量439米(表5-1)。鉆孔編號鉆孔方位(度)鉆孔傾角(度)鉆孔深度(米)備注1#-28843鉆孔方位角度為與掘進(jìn)方向軸線的夾角,左為-,右為+。傾角向上為+,向下為-。2#-216553#-154634#-103615#-42606#00.5607#5-1608#11-2.5579#23-627小計(jì)486表5-11132采煤工作面運(yùn)巷和風(fēng)巷掘進(jìn)磧頭順煤層傾向鉆孔參數(shù)表圖5-31132采煤工作面運(yùn)巷和風(fēng)巷掘進(jìn)磧頭順煤層傾向鉆孔布置圖5.7回采工作面瓦斯預(yù)抽方法5.7.1鉆孔布置原則開采層回采工作面瓦斯預(yù)抽主要為傾向順層鉆孔抽采和走向順層鉆孔抽采兩種布置方式。走向順層鉆孔方位與煤層走向一致,略有向上傾角,主要布置在煤層聯(lián)絡(luò)上山或采面中間上山中,一般情況下單翼布孔,若中間巷較小,鉆孔控制范圍不足時(shí),也可雙翼布孔。傾向順層鉆孔方位迎向工作面,與工作面呈10°夾角,沿煤層傾斜方向布置,傾角與煤層傾角一致。當(dāng)布置傾向鉆孔抽采采面的煤體瓦斯時(shí),采面的傾斜長度不宜超過100m,以確保抽采鉆孔的抽采效果和鉆孔覆蓋率的要求。鉆孔間距應(yīng)按鉆孔抽采半徑合理確定,一般為3米,當(dāng)煤厚在2m以下時(shí)可布置單排鉆孔、當(dāng)煤厚在2m以上時(shí)應(yīng)布置雙排鉆孔;鉆孔終孔點(diǎn)與采面周圈巷道間距不得小于15米,鉆孔應(yīng)盡量增大見煤長度。5.7.2礦井1132采煤工作面順煤層走向鉆孔布置根據(jù)礦井?dāng)U建工程初步設(shè)計(jì)的開拓布置,礦井首采工作面布置在一采區(qū)3區(qū)段(區(qū)段標(biāo)高+400~+441m),投產(chǎn)時(shí)開采2#煤層,工作面編號為1132。2#煤層平均厚度為0.71m,工作面采高為0.9m左右,工作面走向長306m,傾斜寬80m,煤層平均傾角為23°,采用DZ10-25/80型單體液壓支柱配以DJB-1200型金屬絞接頂梁支護(hù)頂板,最大控頂距為4.8m,最小控頂距3.6m,采用全部垮落法處理采空區(qū)。根據(jù)1132采煤工作面的煤層賦存情況,設(shè)計(jì)在該采煤工作面運(yùn)輸巷中布置順煤層傾向鉆孔預(yù)抽采煤工作面的煤體瓦斯。鉆孔具體布置為在采煤工作面運(yùn)輸巷中沿煤層傾向布置單排鉆孔,鉆孔方位方位迎向工作面,與工作面呈10°夾角,鉆孔傾角同煤層傾角,鉆孔間距3米,單個(gè)鉆孔長度60~80m。設(shè)計(jì)鉆孔個(gè)數(shù)為100個(gè),實(shí)際施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場情況對鉆孔參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。鉆孔參數(shù)詳見表5-2及高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠地面固定瓦斯抽采鉆孔及管道圖。鉆孔地點(diǎn)鉆孔編號鉆孔長度(米)鉆孔方位角(度)鉆孔傾角(度)備注1132采面運(yùn)輸巷1?!?20#60~801360.5根據(jù)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)整合計(jì)8000表5-21132采煤工作面順煤層鉆孔參數(shù)表5.8采空區(qū)高位頂板裂隙鉆孔抽采方法在礦井采煤時(shí),除本煤層有大量瓦斯涌出外,鄰近層、圍巖、煤柱和工作面的丟煤都會向采空區(qū)涌出大量瓦斯。采空區(qū)瓦斯不僅在開采過程中向工作面涌出,而且在工作面采完密閉后也仍有瓦斯涌出。與本煤層預(yù)抽瓦斯相比,采空區(qū)抽采的特點(diǎn)是抽采量較大,但抽采濃度相對較低,其抽采量的大小取決于采空區(qū)瓦斯涌出量的大小和煤層自然發(fā)火的危險(xiǎn)程度。煤層開采后,煤層頂、底板圍巖的變化情況如圖5-4所示,在采用全部垮落法管理頂板的情況下,在采空區(qū)頂板巖層內(nèi)將由下至上形成受采動影響的三個(gè)地帶:冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶;在其底板則形成卸壓帶。卸壓層冒落層開采層圖5-4采空區(qū)圍巖變化情況當(dāng)回采工作面回風(fēng)隅角瓦斯超過2%或回風(fēng)中出現(xiàn)瓦斯超限時(shí),采用加大風(fēng)量等其它方法無法解決時(shí),可采用高位頂板裂隙鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯。由于永豐煤廠采用全部垮落法管理頂板,煤層總厚度0.23~1.56m,煤層平均傾角23°。因此工作面采空區(qū)高位頂板裂隙鉆孔開孔位置布置在回風(fēng)巷下幫上部,方位向后指向采空區(qū)上隅角,終孔位置經(jīng)試驗(yàn)并調(diào)整后伸入裂隙帶瓦斯區(qū)。實(shí)際施工時(shí)可在采煤工作面回風(fēng)巷每退后工作面40m左右處向采煤工作面上隅角施工一組2~3個(gè)頂板裂隙鉆孔,控制上隅角采空區(qū)側(cè)不小于10m的頂板上部裂隙帶,其鉆孔傾角根據(jù)頂板上部裂隙帶高度確定。永豐煤廠81+2煤層有自燃發(fā)火傾向,2、3、83號煤層不易自燃。開采有自然發(fā)火危險(xiǎn)煤層時(shí),在采空區(qū)瓦斯抽采過程中,應(yīng)經(jīng)常檢測CO和溫度等參數(shù),當(dāng)發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時(shí),應(yīng)控制抽采或暫停抽采。根據(jù)《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》第22條規(guī)定:“在有自然發(fā)火危險(xiǎn)煤層的采空區(qū)抽采瓦斯時(shí),必須經(jīng)常檢測CO濃度和氣體溫度等有關(guān)參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時(shí),要采取措施”。為此,采空區(qū)瓦斯抽采應(yīng)注意以下方面。=1\*GB2⑴采空區(qū)瓦斯抽采管路上必須安設(shè)調(diào)壓閥,以便合理調(diào)整抽采負(fù)壓和抽采流量。=2\*GB2⑵在工作面最小控頂距采空區(qū)頂板冒實(shí)處到上隅角,砌筑密閉墻或擋風(fēng)墻,以減少采面向采空區(qū)的漏風(fēng),墻體可采用磚、料石或用編織袋裝煤砌筑的方式,面上抺灰漿增加其密封性。=3\*GB2⑶必須定期對管內(nèi)氣體及回采面上隅角,回風(fēng)巷的氣體取樣分析,隨時(shí)掌握采空區(qū)內(nèi)氣體成份、溫度的變化,以便合理地調(diào)整抽采瓦斯量和抽采負(fù)壓。=4\*GB2⑷建立必要的防、滅火措施。=5\*GB2⑸礦井可根據(jù)自身的實(shí)際情況確定采空區(qū)瓦斯抽采的采空區(qū)溫度、一氧化碳濃度臨界值以及最大抽采負(fù)壓值,同時(shí)要逐步采用自動監(jiān)控裝置,以保證抽采工作的安全。3、1132工作面采空區(qū)瓦斯抽采1132工作面煤層平均厚度為0.71m,采高為0.9m左右,工作面走向長306m,傾斜寬80m,煤層平均傾角為23°,采用DZ10-25/80型單體液壓支柱配以DJB-1200型金屬絞接頂梁支護(hù)頂板,最大控頂距為4.8m,最小控頂距3.6m,采用全部垮落法處理采空區(qū)。所以設(shè)計(jì)在開采過程中當(dāng)采空區(qū)的瓦斯較大威脅采煤工作面的安全時(shí),可采用采空區(qū)高位頂板裂隙鉆孔進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽放:在采煤工作面回風(fēng)巷退后工作面40m左右處向采煤工作面上隅角施工2~3個(gè)頂板裂隙鉆孔,控制上隅角采空區(qū)側(cè)不小于10m的頂板上部裂隙帶,其鉆孔傾角根據(jù)頂板上部裂隙帶高度確定。具體實(shí)施時(shí)可參見下表參數(shù)。表5-31132采面采空區(qū)高位頂板裂隙鉆孔參數(shù)表鉆孔編號鉆孔方位角鉆孔傾角(度)鉆孔深度(m)備注1?;仫L(fēng)巷向上隅角偏+2度18~2563~66視現(xiàn)場情況調(diào)整2#回風(fēng)巷向上隅角偏+4度17~2463~66視現(xiàn)場情況調(diào)整3?;仫L(fēng)巷向上隅角偏+6度16~2363~66視現(xiàn)場情況調(diào)整小計(jì)1805.9施鉆設(shè)備選擇及鉆孔施工5.9.1施鉆設(shè)備的選擇本設(shè)計(jì)提供兩種施鉆設(shè)備供選擇,即國產(chǎn)ZK75型鉆機(jī)和ZY-650型鉆機(jī)。ZK75型鉆機(jī)為采用整體箱式結(jié)構(gòu),具有體積小、重量輕、移動安裝方便、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)。主要用于井下鉆探深度為75m的各種角度的瓦斯抽排放孔、煤層放水孔、注漿滅火孔、地質(zhì)孔等多用途的工程鉆孔施工,也可用于地面鉆探地質(zhì)勘探孔及其他用途的各種工程孔。其主要技術(shù)參數(shù)如表5—4。表5—4ZK75型鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表型號ZK75型適應(yīng)煤巖硬度系數(shù):f<8卡盤形式:常閉式液壓卡盤鉆進(jìn)深度(m)75鉆孔直徑(mm)開孔φ90終孔φ65鉆桿直徑(mm)φ42鉆孔傾角0~360°輸出轉(zhuǎn)速(r/min)110、182、327輸出扭矩(N·m)360、220、110六方軸行程(mm)400六方軸通徑(mm)φ45液壓卡盤最大工作壓力(Mpa)8外形尺寸(mm)1100×650×1150整機(jī)質(zhì)量(kg)500表5—5ZY-150型鉆機(jī)性能參數(shù)表型號ZY-650型適應(yīng)煤巖硬度系數(shù):f<8卡盤形式:常閉式液壓卡盤最大鉆進(jìn)深度(m)150鉆孔直徑(mm)開孔φ87~φ115終孔φ65~φ75鉆桿直徑(mm)φ42~φ50鉆孔傾角(°)-90~+90額定輸出轉(zhuǎn)速(r/min)≥95額定輸出扭矩(N.m)≥620推進(jìn)力(kN)50起拔力(kN)30推進(jìn)速度(m/min)0~1.5推進(jìn)行程(mm)850錨固力(kN)2×80ZY-650型鉆機(jī),其最長鉆孔深度可達(dá)150m。該型號鉆機(jī)目前在西南地區(qū)各煤礦使用比較普遍,主要用于煤礦井下施工瓦斯抽采孔、煤層注水孔、地質(zhì)勘探孔及各種工程鉆孔,能滿足任何方位和任何傾角位置鉆孔。具有操作簡單、工作穩(wěn)定可靠、體積小、適應(yīng)性好、壽命長、移動方便、鉆桿剛度大、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。其主要技術(shù)參數(shù)如表5—5。考慮到該礦井采煤工作面傾向鉆孔深度以及今后施工地質(zhì)鉆孔等其它方面的需要,確定該礦選用ZY-650型鉆機(jī)。5.9.2鉆機(jī)臺數(shù)根據(jù)該礦的生產(chǎn)能力以及工作面的幾何參數(shù),每年需開采采煤工作面2~3個(gè),考慮配備2臺ZY-650型鉆機(jī),1臺施工,1臺備用。5.9.3鉆孔施工技術(shù)安全措施為確保施鉆工作安全順利進(jìn)行,制定如下技術(shù)安全措施:1、一般要求:(1)認(rèn)真組織貫切學(xué)習(xí)《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)內(nèi)容、安全技術(shù)措施、施鉆工操作規(guī)程以及《鉆機(jī)使用說明書》,人人都必須考試合格后,方可上崗。(2)提高班前會質(zhì)量,班班要執(zhí)行手上交接,上不清、下不接,當(dāng)班隱患當(dāng)班必須處理,遺留問題必須向下一班交待清楚,跟班人員把好三大關(guān):生產(chǎn)、安全、質(zhì)量三方面。=3\*GB2⑶施工隊(duì)注意掌握煤層及頂?shù)装鍘r性的變化情況,及時(shí)反饋信息,地質(zhì)部門收集各種地質(zhì)資料,為施工服務(wù)。=4\*GB2⑷在巷道的下幫掏水溝,水溝流水要暢通,確保巷道無積水。=5\*GB2⑸施工隊(duì)必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的鉆孔方位、傾角、開孔位置、孔徑施工鉆孔,技術(shù)部門負(fù)責(zé)鉆孔施工質(zhì)量驗(yàn)收,每孔必檢,對鉆孔方位、傾角、長度及見煤、噴孔等參數(shù)必須準(zhǔn)確收集并作好記錄。=6\*GB2⑹在鄰近區(qū)域放炮需撤人時(shí),施鉆人員必須按要求撤離現(xiàn)場,并將鉆機(jī)電源停掉。2、施鉆的管理和規(guī)定:⑴鉆孔施工前,必須做好施工前的一切準(zhǔn)備工作。鉆機(jī)運(yùn)輸必須嚴(yán)格按運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)規(guī)定執(zhí)行。鉆機(jī)移設(shè)工作中須注意如下安全:a、鉆機(jī)移設(shè)前必須切斷電源,嚴(yán)禁鉆機(jī)帶電搬運(yùn)。b、拆、卸、安裝鉆機(jī)大型部件時(shí),身體站立的位置必須能避免失手的傷害。⑵進(jìn)入現(xiàn)場施工前,必須嚴(yán)格檢查現(xiàn)場巷道內(nèi)的瓦斯情況,只有在瓦斯?jié)舛刃∮冢保ヒ韵拢娇蛇M(jìn)行作業(yè),嚴(yán)禁瓦斯超限作業(yè)。⑶進(jìn)入現(xiàn)場施工前,班組長必須對工作地點(diǎn)的安全情況進(jìn)行一次全面檢查,確認(rèn)無危險(xiǎn)后,方準(zhǔn)其余人員進(jìn)入作業(yè)地點(diǎn),每個(gè)作業(yè)人員必須經(jīng)常認(rèn)真檢查作業(yè)地點(diǎn)的頂板、幫壁、支架等情況.當(dāng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí),必須立即采取措施,進(jìn)行處理,嚴(yán)格敲幫問頂制度。⑷施工前,必須將鉆機(jī)固定牢固,嚴(yán)禁用鉆桿抵鉆機(jī),嚴(yán)格按設(shè)計(jì)參數(shù)放線布孔。⑸作業(yè)人員必須攜帶便攜式瓦斯檢測報(bào)警儀(2臺)和自救器。施工作業(yè)過程中,將(2臺)便攜式瓦斯檢查儀分別懸掛在作業(yè)地點(diǎn)的進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè),瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%,必須立即停止作業(yè),當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時(shí),必須撤出人員,切斷電源,向調(diào)度室匯報(bào)。待查明超限原因進(jìn)行處理,且施鉆地點(diǎn)瓦斯?jié)舛冉档剑保ヒ韵聲r(shí),才準(zhǔn)送電開鉆。⑹開鉆前,首先檢查鉆機(jī)固定情況,然后開閘門供水,當(dāng)水從鉆孔外返出了后方準(zhǔn)開鉆,進(jìn)鉆前開空車試車5分鐘,嚴(yán)禁不試車就強(qiáng)行鉆進(jìn)。⑺操作人員衣帽、毛巾、燈線必須拴綁好,站立在電機(jī)另一側(cè),不能和給進(jìn)手把呈一直線,鉆進(jìn)過程中不得翻越鉆機(jī),如需翻越則必須停止鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),且與操作臺人員聯(lián)系好后方能翻越。⑻鉆進(jìn)時(shí)要掌握壓力,均勻給進(jìn),根據(jù)鉆孔內(nèi)煤巖軟硬程度加壓,不能隨意加長壓力把。⑼上下鉆具必須用管鉗卡緊背牢方能進(jìn)行工作,操作人員不得與孔口呈直線,也不得擋住操作臺人員視線,操作人員精力要集中,行動一致,預(yù)防鉆具沖出傷人。⑽鉆孔內(nèi)排出的鉆屑,當(dāng)班必須采取有效辦法處理,以防止堵塞水溝、軌道。⑾鉆進(jìn)中出現(xiàn)頂鉆、噴孔現(xiàn)象時(shí),必須立即停止鉆進(jìn),關(guān)閉供水,讓其孔內(nèi)瓦斯卸壓自排,此時(shí)觀察瓦斯便攜儀,當(dāng)排出的瓦斯使工作地點(diǎn)附近巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸^1%時(shí),必須立即停止作業(yè),當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^1.5%時(shí),必須切斷電源,人員撤離現(xiàn)場。當(dāng)工作地點(diǎn)附近巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛冉档?%以下,方可恢復(fù)鉆進(jìn),并要掌握速度慢進(jìn)。若再次出現(xiàn)頂鉆、噴孔,則再次按上述措施執(zhí)行。鉆進(jìn)中出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象,且在卡鉆初期沒有噴孔現(xiàn)象時(shí),鉆桿要旋轉(zhuǎn)起往外退,讓出水將鉆屑排完后再進(jìn),如果卡鉆伴隨頂鉆、噴孔,則首先采取上面的措施后再按卡鉆處理方法處理(一般都不得撥出鉆桿),并立即向調(diào)度室匯報(bào)。⑿一個(gè)班工作完畢后應(yīng)關(guān)閉電機(jī)、并把起動器手把打到零位。⒀鉆孔施工完畢后,先用黃泥堵孔,防止瓦斯壓出。并且在24小時(shí)內(nèi)必須完成封孔作業(yè)。3、特殊措施:⑴在施鉆地點(diǎn)安設(shè)一臺直通礦調(diào)度室的。⑵調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng),使采面回風(fēng)不直接流經(jīng)打鉆地點(diǎn)。開鉆以前完成該區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整。⑶采面放炮時(shí),撤出施鉆人員至安全地點(diǎn),放炮期間,所有人員均不得進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)。⑷放炮后,待施鉆現(xiàn)場瓦斯不超限,整個(gè)區(qū)域無安全異常,則可保持正常施鉆。⑸若施鉆現(xiàn)場發(fā)生安全異常,則必須立即按安全路線撤離現(xiàn)場。5.10封孔工藝及設(shè)備選擇抽采鉆孔封孔方式主要有水泥注漿泵封孔、聚胺脂封孔等。當(dāng)封孔段在煤層中時(shí),封孔長度應(yīng)大于8m;當(dāng)封孔段在巖層中時(shí),封孔長度應(yīng)大于5m。5.10.1水泥注漿泵封孔采用水泥注漿泵封孔,封孔長度容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求,封孔效率高,鉆孔封孔效果好,但操作較為復(fù)雜。一般選用BFZ型礦用注漿封孔泵,其主要應(yīng)用于煤礦瓦斯抽采封孔、煤層注水封孔、注漿封孔及其它各種類型鉆孔的封孔。該泵自身具有攪拌功能,封孔質(zhì)量可靠,封孔工藝簡單,使用方便,易于維護(hù)。其額定壓力1.2(2.4)MPa,流量為0.008~0.01m3/min。BFZ型礦用注漿封孔泵主要由礦用隔爆型電磁起動器(1)、防爆電動機(jī)(2)、聯(lián)軸器(3)、變速系統(tǒng)(4)、攪拌器(5)、操作離合器(6)、離合器操作手柄(7)、清洗螺堵(8)機(jī)座(9)及送漿泵(10)組成(圖5—5所示)。(1)封孔材料及配比封孔材料選用425#硅酸鹽水泥作為主要原材料,石膏為膨脹劑,其作用是避免凝固后收縮鉆孔出現(xiàn)裂縫。其配合重量比一般為:水:水泥:石膏=100:60:12。(2)封孔管及連接圖5—5BFZ型封孔泵結(jié)構(gòu)圖封孔管采用抗靜電的瓦斯抽采管。煤層鉆孔孔內(nèi)抽采管長度一般9m,封孔長度為8m,抽采導(dǎo)管及封孔管選用DN25mm的具有煤安標(biāo)志的“雙抗”礦用瓦斯抽采鐵管,抽采管在孔內(nèi)端鉆10~20個(gè)直徑10mm的小孔,并將孔內(nèi)終端側(cè)封閉。封孔前先將抽采管和封孔注漿管固定在鉆孔內(nèi),固定方法采用木塞,套管露出孔口100~150mm。套管固定方法詳見圖5-6。圖5-6鉆孔封孔剖面示意圖(3)工藝過程一般在打鉆將要結(jié)束時(shí)就可開始準(zhǔn)備水泥砂漿。水泥砂漿一般應(yīng)加入適量的膨脹劑,以避免凝固后收縮出現(xiàn)裂縫。當(dāng)鉆孔傾角較小時(shí)可適當(dāng)增大漿液的濃度。封孔泵與所封鉆孔的連接如圖5—7所示。圖5—7封孔泵與鉆孔的連接圖井下封孔操作方法為:a)檢查封孔泵是否完好,封孔所需用的工具,配件等是否帶全;b)檢查抽采鉆孔所需的抽采管是否齊全,長度是否達(dá)到要求(DN25mm,每根長度9m);c)根據(jù)井下順層抽采鉆孔的封孔深度,計(jì)算所需要的水泥量,封5m的孔一般是用一包水泥;d)如圖5—8所示,直接將井下裝水泥的袋子纏繞在抽采管上,送入鉆孔內(nèi)封住孔口,其做法如下:——將抽采管的一端與注漿管擺放在一起,其重疊處約30cm左右;——準(zhǔn)備編織袋(將水泥倒入封孔泵的攪拌器內(nèi)后,就可空出);——將袋子開口端向孔口處,如(4)所示將抽采管與注漿管纏繞;——用麻繩或麻線等,將抽采管、注漿管及編織袋捆緊;——如(6)所示送入孔內(nèi);圖5—8井下注漿封孔方法示意圖5.10.2聚氨脂封孔聚氨脂封孔就是由異氰酸酯和聚醚并添加幾種助劑反應(yīng)。聚氨脂封孔采用卷纏藥液與壓注藥液2種工藝方法?,F(xiàn)主要應(yīng)用的是卷纏藥液法,封孔深度一般為5~8m(見圖5-9)。聚氨脂封孔操作簡單,省時(shí)省力,氣密性好,抽采效果好,但封孔長度有限,成本略高于水泥漿封孔。圖5—9聚氨脂封孔示意圖5.10.3封孔工藝及設(shè)備的確定綜合以上兩種封孔方法的特點(diǎn),由于該礦井鉆孔以順煤層鉆孔為主,根據(jù)鉆孔孔口段煤(巖)性質(zhì)、裂隙發(fā)育程度及孔口負(fù)壓等情況,結(jié)合其它礦井(芙蓉礦區(qū))的封孔經(jīng)驗(yàn),鉆孔封孔方法確定采用水泥注漿泵封孔,封孔設(shè)備為礦用注漿封孔泵,考慮1臺使用,1臺備用,則該礦應(yīng)配備2臺礦用注漿封孔泵。第六章瓦斯抽采系統(tǒng)確定及設(shè)備選擇6.1瓦斯抽采設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)礦井可能瓦斯涌出量、礦井可抽瓦斯量、礦井服務(wù)年限、抽采瓦斯目的及抽采瓦斯不均衡系數(shù)等綜合因素確定的礦井瓦斯抽采規(guī)模為8m3/min。為了確保礦井技改工程安全順利地進(jìn)行,必須及時(shí)建立礦井瓦斯抽采系統(tǒng)先抽后掘和先抽后采,防止煤與瓦斯突出事故和瓦斯超限。礦井瓦斯抽采系統(tǒng)建設(shè)初期的瓦斯抽采方法:在1132采煤工作面的煤層掘進(jìn)磧頭施工順煤層走向鉆孔預(yù)抽磧頭瓦斯;在1132采煤工作面煤層運(yùn)輸巷施工順煤層傾向鉆孔預(yù)抽采煤工作面煤體瓦斯;回采時(shí)若出現(xiàn)上隅角瓦斯超限或回風(fēng)瓦斯超限,在采煤工作面回風(fēng)巷中布置頂板裂隙鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯。估計(jì)瓦斯抽采系統(tǒng)建設(shè)初期可抽采純瓦斯量之和為4m3/min左右。6.2瓦斯抽采系統(tǒng)的確定礦井瓦斯抽采方式分井下移動瓦斯抽采系統(tǒng)和地面固定集中瓦斯抽采系統(tǒng)兩種。井下移動瓦斯抽采系統(tǒng)是將抽采泵布置在井下靠近抽采地點(diǎn)的進(jìn)風(fēng)流中,這樣可以減少抽采管路的長度,節(jié)省管路投資,并隨時(shí)根據(jù)抽采地點(diǎn)的需要改變抽采泵的位置,其前提條件是抽排瓦斯釋放到采區(qū)回風(fēng)巷或總回風(fēng)巷后,在較小范圍內(nèi)經(jīng)稀釋后風(fēng)流瓦斯?jié)舛炔怀?。?dāng)?shù)V井瓦斯涌出量大,井下移動抽采方式不能有效解決瓦斯超限等問題時(shí),則應(yīng)建立礦井地面集中抽采系統(tǒng)。地面固定集中瓦斯抽采系統(tǒng)是在地面設(shè)置瓦斯抽采泵房,由抽采泵房到井下,敷設(shè)主管、分管(或支管)至抽采鉆孔,并設(shè)置相應(yīng)安全防護(hù)設(shè)施,將采、掘工作面、采空區(qū)等地的瓦斯抽排至地面。其特點(diǎn)是能較有效地抽出部分或大部分煤層解吸瓦斯,從而減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān),是解決井下風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸薜挠行Т胧?。根?jù)《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50471-2021)規(guī)定,凡符合下列條件之一時(shí),應(yīng)建立地面固定集中瓦斯抽采系統(tǒng):1、開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的礦井。2、瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽采量大于或等于2m3/min的礦井。高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠為煤與瓦斯突出礦井,因此必須建立地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場勘察,該礦井地面固定集中瓦斯抽采泵站可設(shè)在距礦井回風(fēng)井約200m的山坡上。6.3瓦斯抽采管路系統(tǒng)的確定瓦斯抽采管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則:1、抽采管路通過的巷道曲線段少、距離短。2、抽采管路設(shè)于主要運(yùn)輸巷內(nèi)時(shí),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;抽采瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m。3、主管、干管及其與鉆場連接處應(yīng)裝設(shè)瓦斯計(jì)量裝置。4、抽采鉆場、門框架、低洼、溫度突變處及沿管路適當(dāng)距離(間距一般為200m~300m,最大不超過500m),應(yīng)設(shè)置放水器。6、在抽采管路的適當(dāng)部位應(yīng)設(shè)置除渣裝置和測壓裝置。7、抽采管路分岔處應(yīng)設(shè)置控制閥門,閥門規(guī)格應(yīng)與安裝地點(diǎn)的管徑相匹配。8、地面主管上的閥門應(yīng)設(shè)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(yīng)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(shí),抽采管路安裝設(shè)置門框架;門框架設(shè)置要求以不影響行車,行人為準(zhǔn)。l1、管路要托掛或墊起,吊掛要平直,拐彎處設(shè)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。12、在傾斜和水平巷道中安設(shè)管路時(shí),必須先安管子托,管托間距不大于10m,要接好一節(jié)運(yùn)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(yù)先打好的管子托架上。13、在有電纜的巷道內(nèi)鋪設(shè)管路時(shí),應(yīng)鋪設(shè)在電纜的另一側(cè),嚴(yán)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(jìn)行漏氣和漏水實(shí)驗(yàn),凡漏氣和漏水的不能使用。拆除或更換瓦斯管路時(shí);必須把計(jì)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。根據(jù)該礦井的開拓布置情況,礦井抽采管路系統(tǒng)初期管路如下:地面瓦斯抽采站(無縫鋼管200m)→礦井回風(fēng)井口(主管100m)→總回風(fēng)斜巷、一級回風(fēng)暗斜井(主管800m)→1132采面運(yùn)輸巷(支管400m)。初期抽采管道合計(jì)1500m:其中瓦斯抽采主管1100m、瓦斯抽采分管0m、瓦斯抽采支管400m。6.4瓦斯抽采管材的確定6.瓦斯抽采管路是決定抽采投資和抽采效果的重要因素。瓦斯抽采管路直徑的選擇根據(jù)抽采管路服務(wù)的范圍和所擔(dān)負(fù)抽采量的大小,以管路中的最大混合瓦斯流量為依據(jù),并且流速控制在10~15m/s之間,其管徑按下式計(jì)算:D=0.1457×(Q÷V)1/2式中:D——瓦斯管內(nèi)徑,m;Q——瓦斯管內(nèi)最大混合瓦斯流量,m3/min;V——管內(nèi)氣體合理平均流動速度,取5m/s~15m/s;按照大管徑流速取大值、小管徑取小值,管路系統(tǒng)較長者流速取小值、管路系統(tǒng)較短者流速取大值的原則選取經(jīng)濟(jì)流速,抽采瓦斯管徑計(jì)算結(jié)果見表6-1。表6—1抽采瓦斯管徑計(jì)算結(jié)果表管路名稱管內(nèi)純瓦斯流量(m3/min)管內(nèi)混合瓦斯?jié)舛龋?)管內(nèi)混合瓦斯流量(m3/min)管路內(nèi)瓦斯流動速度(m/s)管路內(nèi)徑(m)備注主管830%26.67140.201井下及地面主管分管530%16.67130.165井下分管支管330%10.00120.133井下支管6.經(jīng)計(jì)算得主管D=0.201m,分管D=1165m,支管D=0.133m。為確保瓦斯抽采系統(tǒng)的長久有效服務(wù),地面抽采主管道及泵房連接管選用規(guī)格為DN250mm的符合抽采要求的鋼管。井下抽采主管選用規(guī)格為DN250mm的、具有煤安標(biāo)志的礦用“雙抗”(抗靜電、阻燃)瓦斯抽采管。井下抽采分管、采面預(yù)抽支管、采空區(qū)抽采支管和掘進(jìn)抽采支管選用規(guī)格為DN200mm及以下的、具有煤安標(biāo)志的礦用“雙抗”(抗靜電、阻燃)瓦斯抽采管。6.抽采管路阻力計(jì)算應(yīng)選擇抽采系統(tǒng)服務(wù)年限內(nèi)一條阻力最大的抽采管路進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠的礦井開拓布置,預(yù)計(jì)礦井進(jìn)行資源整合并技改后,抽采泵房到礦區(qū)邊界的采面瓦斯管路阻力最大,預(yù)計(jì)抽采泵最長抽采路線負(fù)壓端管路長4500m,正壓端管路長100m來計(jì)算阻力。局部阻力以管道總摩擦阻力的15%計(jì),抽采負(fù)壓平均取13500Pa,則管道的總阻力計(jì)算結(jié)果見表6-2。實(shí)踐證明,對于抽采礦井瓦斯采用低管路阻力方程計(jì)算式比較簡單和接近實(shí)際,其公式如下:H=9.81Q2ΔL/KD5式中:H瓦斯管沿程阻力,Pa;Q瓦斯管內(nèi)氣體流量,m3/h;L瓦斯管長度,m;Δ混合瓦斯?jié)舛葘諝獾拿芏缺?,?.866;D瓦斯管內(nèi)徑,cm;K管路系數(shù),可查表6-3。根據(jù)公式可以算各段抽采管路的阻力,詳見表6-2。在計(jì)算阻力時(shí)取預(yù)計(jì)瓦斯流量最大時(shí)計(jì)算瓦斯抽采管路的阻力。由表6-2可以得知該礦井抽采管道總阻力為19128Pa。表6-2抽采管路阻力計(jì)算結(jié)果表管路名稱管徑D(cm)長度L(m)Q純(m3/min)CQ混(m3/h)ΔKH摩(pa)H局(pa)H管總(pa)主管253000830%16000.8660.729279139210671分管201000530%10000.8660.7236875534240支管15500330%6000.8660.7227974203216總計(jì)最大15763236518128表6-3管路系數(shù)K值表管徑(mm)3240507080100125150>150K0.50.510.530.560.580.630.680.710.726.5瓦斯抽采泵的選擇6.5.1抽采系統(tǒng)壓力計(jì)算1、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下抽采系統(tǒng)壓力可按下式計(jì)算:H系統(tǒng)=(H入+H出)·K=(H管總+H孔口+H正)·K式中H系統(tǒng)—抽采系統(tǒng)壓力(Pa);H入—抽采設(shè)備入口側(cè)(負(fù)壓段)10~15年內(nèi)管路最大阻力損失(Pa);H出—抽采設(shè)備出口側(cè)(正壓段)管路阻力損失(Pa),取Hc=4000Pa;H管總--抽采管路總阻力損失,Pa;H孔口--抽采鉆孔所需負(fù)壓,取H孔口=13500Pa;K--抽采系統(tǒng)壓力富余系數(shù),取K=1.2。根據(jù)前面的管路阻力損失計(jì)算得知,礦井抽采管路系統(tǒng)的最大阻力損失H管總為18128Pa,則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下抽采系統(tǒng)壓力:H=(18128+13500+4000)×1.2=42754(Pa)2、抽采泵的工況壓力按下式計(jì)算:P泵工況=P大氣壓-H系統(tǒng)式中P泵工況—抽采泵工況壓力(Pa);P大氣壓—抽采泵站的大氣壓力(Pa);H系統(tǒng)—抽采系統(tǒng)壓力(Pa);根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料,地面抽采站的大氣壓力為95825Pa,則抽采泵的工況壓力為95825-42754=53071(Pa)。3、抽采泵入口絕壓按下式計(jì)算:P泵絕壓=P大氣壓-H入H入=H管總+H孔口式中P泵絕壓—抽采泵入口絕對壓力(Pa);H管總—抽采設(shè)備入口側(cè)(負(fù)壓段)10~15年內(nèi)管路最大阻力損失(Pa);H孔口--抽采鉆孔所需負(fù)壓,取H孔口=13500Pa;因此,抽采泵入口絕壓為95825-18128-13500=64197(Pa)6.5.1瓦斯抽采泵流量計(jì)算瓦斯抽采泵流量應(yīng)能滿足抽采瓦斯系統(tǒng)服務(wù)年限內(nèi)最大抽采量的需要。1、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯抽采泵流量按下式計(jì)算:Qb=·K式中Qb—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯抽采泵的計(jì)算流量,m3/min;Q—10~15年內(nèi)最大的設(shè)計(jì)瓦斯抽采純量,m3/min;C--瓦斯泵入口處的瓦斯?jié)舛龋?0%;η--瓦斯抽采泵的機(jī)械效率,取80%;K—抽采能力富余系數(shù),可取K=1.2~1.8。設(shè)計(jì)本礦井最大抽采瓦斯純量為8m3/min,則在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下抽采泵的計(jì)算流量為:Qb=8×1.2÷0.30÷0.8=40m3/min2、瓦斯抽采泵的工況流量按下式計(jì)算:式中:Qg——工況狀態(tài)下的瓦斯泵流量(m3/min);Qb——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯流量(m3/min);P0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力(P0=101325),Pa;P——瓦斯泵入口絕對壓力,Pa;則在瓦斯抽采泵入口絕對壓力為64197Pa時(shí),其入口處的瓦斯流量為:(m3/min)亦即3788m3/h。6.5.3瓦斯抽采泵的選型根據(jù)上述瓦斯抽采泵所需的工作壓力和流量的計(jì)算結(jié)果,查有關(guān)廠家的水環(huán)真空泵性能曲線圖(圖6—1),確定抽采泵的型號。根據(jù)瓦斯抽采泵工作時(shí)其入口絕壓64197Pa,入口最大流量3788m3/h的要求,因此選用二臺2BEA-353型系列水環(huán)式真空泵。前期由于抽采量較小,可配用兩臺轉(zhuǎn)速為372r/min、電機(jī)功率為的75KW電機(jī),一臺工作,一臺備用,較為經(jīng)濟(jì)合理。后期配用兩臺轉(zhuǎn)速為530r/min、電機(jī)功率為的132KW電機(jī)。該系列泵為單級單作用結(jié)構(gòu)形式,具有結(jié)構(gòu)簡單,維修方便,運(yùn)行可靠,高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。2BEA-353型水環(huán)式真空泵主要技術(shù)參數(shù)見表6-4。從氣量曲線可以看出,配用轉(zhuǎn)速為372r/min的75KW電機(jī)的真空泵工作在入口處絕對壓力為64KPa的工況點(diǎn)時(shí),抽氣量可達(dá)3200m3/h左右,完全能滿足礦井前期抽采5.0m3/min瓦斯純量的要求。表6--4水環(huán)式真空泵主要技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品型號最低吸入絕壓min-hPa抽氣速率(m3)最大軸功率(kw)電機(jī)功率(kw)轉(zhuǎn)速r/min泵自重kg吸入絕壓60hPa吸入絕壓100hPa吸入絕壓200hPa吸入絕壓400hPa干空氣飽和空氣干空氣飽和空氣干空氣飽和空氣干空氣飽和空氣2BEA-3533326.537.439.346.44953.558.854.964.575372202135.850.645.354.953.858.657.258.4779042043.661.552.863.96166.563.7658611046446.565.655.767.66368.766.467.792.511049046.665.856.368.26570.967.66994.513250049.569.960.172.868.574.771.57310513253056.78068.482.8778480.281128160590圖6--12BEA-353型水環(huán)式真空泵性能曲線第七章地面固定瓦斯抽采泵站7.1瓦斯抽采泵站位置選擇瓦斯抽采泵站位置應(yīng)符合下列要求:a)設(shè)在不受洪澇威脅且工程地質(zhì)條件可靠地帶,應(yīng)避開滑坡、溶洞、斷層破碎帶及塌陷區(qū)等。b)宜設(shè)在回風(fēng)井口附近,站房距井口和主要建筑物及居住區(qū)不得小于50m。c)站房及站房周圍20m范圍內(nèi)禁止有明火。d)站房應(yīng)建在靠近公路有水源的地方。e)站房應(yīng)考慮進(jìn)出管敷設(shè)方便;有利瓦斯輸送,并盡可能留有擴(kuò)能的余地。根據(jù)上述原則及礦井開拓布署、采掘接替、以及地面場地布局等情況,瓦斯抽采泵站設(shè)置在礦井風(fēng)井口外50米的一山坡上,其50m范圍內(nèi)無其它任何建筑物,并根據(jù)瓦斯抽采站的相關(guān)要求進(jìn)行規(guī)范建設(shè)。7.2瓦斯抽采泵站建設(shè)的原則地面固定式瓦斯抽采泵房建設(shè)應(yīng)符合下列要求:(l)地面瓦斯抽采泵房必須用不燃性材料建筑,并必須有防雷電裝置。其距井口和主要建筑物居住區(qū)不得小于50m。(2)在泵房周圍20m設(shè)立圍墻或柵欄,嚴(yán)禁明火,不得有易燃、易爆物品,并安裝四只干粉滅火器和不少于0.5m3的黃砂。泵站周圍設(shè)置消火栓。(3)抽采瓦斯泵及其附屬設(shè)備,至少應(yīng)有1套備用。(4)地面瓦斯抽采泵房內(nèi)電氣設(shè)備、照明和其他電氣儀表都應(yīng)采用礦用防爆型,否則必須采取安全措施。(5)抽采泵房必須裝有直通礦井調(diào)度室的和檢測管道瓦斯?jié)舛?、流量、壓力等參?shù)的儀表或自動監(jiān)測系統(tǒng)。(6)抽采瓦斯泵吸氣側(cè)、排氣側(cè)管路系統(tǒng)中,均必須裝設(shè)有防爆炸、防回火作用的安全裝置,且吸氣側(cè)管路中必須安設(shè)干式的防爆防回火器。7.3地面固定瓦斯抽采泵站建筑建設(shè)地面固定瓦斯抽采泵站建筑由瓦斯泵房、配電室、值班室、衛(wèi)生間、循環(huán)水池、圍墻和站房綠化等組成。地面固定瓦斯抽采泵站建筑由瓦斯泵房、配電室、值班室、衛(wèi)生間、循環(huán)水池、圍墻和站房綠化等組成。該礦井地面瓦斯抽采泵房總長13.3m,寬7.0m,高4.5m,其中值班室3.3×3.5×3.0m,配電室3.3×3.5×3.0m(圖7-1)。瓦斯泵機(jī)房是具有爆炸危險(xiǎn)的甲類廠房,泵房頂部設(shè)置透氣窗,設(shè)計(jì)門窗作為泄壓面積,泄壓與廠房體積比應(yīng)在0.05~0.22之間,所有門窗按向外開啟方式安裝。放置配電和控制開關(guān)的配電室的窗戶應(yīng)開至墻立面頂部,以防止環(huán)境瓦斯在室內(nèi)的積聚。在地面固定瓦斯抽采泵站內(nèi),設(shè)30m3半地下式鋼筋混凝土低位水池一座,并在站外山坡上設(shè)35~40m3半地下式鋼筋混凝土高位水池一座。地面固定瓦斯抽采泵站應(yīng)設(shè)置半開放式圍墻。在抽采泵站周圍種植速生、高大、樹冠豐滿的樹種,設(shè)置綠化帶,降低噪音和凈化空氣。7.4瓦斯抽采泵的安裝瓦斯抽采站主要設(shè)備有進(jìn)氣管道、水環(huán)式真空泵(包括電機(jī)、減速裝置)、氣水分離器、排氣管道、閥門、防爆防回火裝置、排空管、真空泵進(jìn)水管道、真空泵出水管道、高、低位水池、循環(huán)水泵等(圖7-1)。瓦斯抽采泵安裝在瓦斯抽采泵房中心位置,安裝程序?yàn)椋?、確定泵體安裝位置相關(guān)尺寸;2、澆灌混凝土基座;3、預(yù)埋真空泵固定螺桿;4、吊裝和固定真空泵;5、安裝汽水分離器;6、安裝抽采管道、循環(huán)水管和各種閘門;7、修筑循環(huán)水溝,8、安裝抽采泵供電電纜和開關(guān)。7.5附屬安全裝置地面固定瓦斯抽采泵站的進(jìn)出氣管道上必須設(shè)置防爆防回火裝置、瓦斯放空管和防雷接地裝置等安全設(shè)施。圖7-1瓦斯抽采泵房平、立面圖圖7-2瓦斯抽采泵房設(shè)備布置圖7.5.1防爆炸、防回火裝置和放空管安裝在泵房外適當(dāng)位置抽采泵的進(jìn)氣側(cè)管路上設(shè)置FBQ系列干式防回火防爆器(圖7—3),在泵房外適當(dāng)位置抽采泵的出氣側(cè)管路上設(shè)置FBQ系列水封式防爆器(圖7—4)和放空管(圖7-5)。放空管的管徑必須不小于抽采泵的出口管徑,放空管的高度應(yīng)高于泵房房頂3m。FBQ系列防回火防爆器主要用于瓦斯抽采管道發(fā)生意外爆炸事故時(shí),防止爆炸產(chǎn)生的沖出波破壞抽采系統(tǒng),并阻斷爆炸產(chǎn)生的火焰沿抽采管路傳導(dǎo),防止事故擴(kuò)大的專用設(shè)備。主要由進(jìn)氣管、水位計(jì)、注水管、放水管、水封桶、出氣管、爆破膜組成。1-防爆膠板2-防爆筒3-銅絲網(wǎng)管4-銅網(wǎng)變徑5-進(jìn)氣管6-排渣口7-排渣閥門8-地腳9-出氣管圖7—3FBQ系列干式防回火防爆器原理結(jié)構(gòu)圖圖7—4FBQ系列水封式防爆器為防止井下瓦斯抽采管路帶電,瓦斯抽采管路在井口處設(shè)置不少于2處的良好的集中接地裝置。瓦斯抽采泵站的防雷設(shè)施必須由具有專業(yè)資質(zhì)的設(shè)計(jì)部門或單位進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工及安裝,并委托當(dāng)?shù)胤览讬z測中心進(jìn)行測試合格。圖7-5瓦斯抽采泵站放空管裝配圖7.5.2地面抽采泵站防雷接地按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-94,2021年版)第2.0.2條的規(guī)定,地面固定瓦斯抽采房站屬第一類防雷建筑物,因此應(yīng)設(shè)計(jì)防直接雷和防雷電感應(yīng)的措施。在瓦斯抽采站房頂或附近設(shè)置兩支避雷針,用以防止直接雷雷擊瓦斯放空管及瓦斯抽采泵站設(shè)施。1、放空管的管口至少應(yīng)高出地面10m以上,而且至少高出20m范圍內(nèi)建筑物3m以上。2、放空管設(shè)置在抽采泵房附近,距瓦斯抽采泵房側(cè)面的垂直距離為2米,放空管及泵房須處在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)。在瓦斯抽采泵房房頂四周設(shè)置避雷帶用以防感應(yīng)雷損壞抽采設(shè)施儀器等。在瓦斯抽采站分別設(shè)防雷接地和防感應(yīng)雷接地,接地電阻均<10Ω。在瓦斯抽采泵房內(nèi)設(shè)置工作接地,接地電阻<4Ω,所有設(shè)備的金屬外殼都應(yīng)接地,金屬構(gòu)架、水管等金屬物均必須接地。瓦斯抽采泵供電必須采用四芯電纜,其中一芯接地。7.6瓦斯抽采泵站給排水=1\*GB2⑴給水瓦斯抽采泵的供水采用地面清潔水(PH值6—8),供水壓力80~147kPa,供水量大于80L/min。在兩臺抽采泵間設(shè)置一排水溝,排水溝按寬0.4m,深0.3m進(jìn)行修建,與低位水池相通。低位水池附近安裝循環(huán)水泵2臺(1用1備),水泵型號為IS50-32-200,H=12.5m,Q=96.3m3/h,N=7.5KW,r=1450r/min,必須配用礦用防爆型電機(jī)。瓦斯抽采泵排出的循環(huán)熱水進(jìn)入低位水池后,由循環(huán)水泵提升至高位水池(高位水池應(yīng)至少高于抽采泵安裝水平8米以上,體積45~50m3),冷卻后的水靜壓供給瓦斯抽采泵的冷卻用水。補(bǔ)充水由井口生活用水管道引入高、低位水池中,以補(bǔ)充冷卻循環(huán)水。水池中的水量不足6小時(shí)使用量時(shí)必須及時(shí)補(bǔ)充水源。=2\*GB2⑵排水水環(huán)式真空泵排出的水可作為循環(huán)用水,不向外排放。7.7瓦斯抽采泵站供電根據(jù)《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50471-2021)的規(guī)定,地面固定瓦斯抽采泵站應(yīng)由兩個(gè)電源供電,并應(yīng)有雙回路供電線路。供電變壓器的容量應(yīng)確保瓦斯抽采泵正常啟動和運(yùn)行。地面固定瓦斯抽采泵站雙電源用電纜分別取至地面工業(yè)廣場10kV礦井配電所安設(shè)的兩臺S11-200/10/0.4KV礦用變壓器低壓側(cè)。泵站內(nèi)配電室兩臺饋電開關(guān)選用KBZ9-200型,兩臺饋電開關(guān)相互閉鎖而不致同時(shí)合閘送電。抽采泵磁力啟動器選用兩臺QBZ-200。泵站環(huán)境瓦斯?jié)舛瘸藁蛘叱椴杀脭嗨畷r(shí),泵站監(jiān)控裝置自動控制磁力啟動器切斷抽采泵電源。該礦地面瓦斯抽采站供電系統(tǒng)接線見圖7-6。地面瓦斯抽采泵站內(nèi)電氣設(shè)備、照明、其他電氣和檢測儀表均必須采用礦用防爆型。7.7.1瓦斯抽采泵站電氣負(fù)荷計(jì)算表7-1瓦斯抽采泵站用電設(shè)備情況表用電設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量/臺額定功率/KW額定電壓/V額定電流/A備注瓦斯抽采泵2BEA-3532132380一運(yùn)一備循環(huán)水泵IS50-32-20027.5380間斷工作其它及照明從上表中計(jì)算瓦斯抽采泵站電氣設(shè)備計(jì)算負(fù)荷及電流為:140(KW)266(A)式中:P總――抽采泵站總功率P抽――抽采泵額定功率P循――循環(huán)水泵額定功率P其――泵站其它負(fù)荷功率I總――抽采泵站總負(fù)荷計(jì)算電流7.7.2瓦斯抽采泵站供配電設(shè)備選擇1.泵站供電電纜根據(jù)要求選擇礦用阻燃塑料電纜,其載流量如下表。表7-2橡套及塑料電纜長時(shí)允許負(fù)荷電流主芯線截面/mm24610162535507095120150185長時(shí)允許電流/A橡套電纜銅芯36466485113138173215塑料電纜銅芯3059527094119149184226260301345地面瓦斯抽采泵供電必須采用四芯電纜,其中一芯接地。根據(jù)抽采泵站的計(jì)算電流I總=266(A),選用主芯線截面為150mm2的四芯礦用塑料電纜對泵站供電,電纜型號為MVV-3×150+1×75。2.控制開關(guān)地面抽采泵站配電控制開關(guān)選擇如下表。表7-3控制開關(guān)一覽表開關(guān)名稱型號規(guī)格用途工作電流負(fù)荷電纜饋電開關(guān)KBZ9-200一回路MVV-3×150+1×75饋電開關(guān)KBZ9-200二回路MVV-3×150+1×75磁力啟動器QBZ-2001#抽采泵MVV-3×150+1×75磁力啟動器QBZ-2002#抽采泵MVV-3×150+1×75磁力啟動器QBZ-301#循環(huán)水泵MVV-3×25+1×10磁力啟動器QBZ-302#循環(huán)水泵MVV-3×25+1×10照明信號綜合保護(hù)裝置ZXL-2.5泵房內(nèi)照明及監(jiān)控電源MVV-3×25+1×10圖7—6瓦斯抽采泵站供電系統(tǒng)示意圖7.8抽采系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測7.8.1監(jiān)測監(jiān)控原則為保證瓦斯抽采系統(tǒng)的安全運(yùn)行和礦井的安全生產(chǎn),必須監(jiān)測抽采管道中抽采氣體的瓦斯?jié)舛取⒘髁?、?fù)壓、溫度等參數(shù)。目前全國生產(chǎn)瓦斯抽采參數(shù)監(jiān)控裝置的廠家較多,但設(shè)計(jì)選用的瓦斯抽采多參數(shù)監(jiān)測監(jiān)控裝置必須達(dá)到以下技術(shù)要求:1、能對抽采泵站抽采管道中抽采氣體的瓦斯?jié)舛?、工況氣體流量、負(fù)壓、溫度和一氧化碳等參數(shù),抽采泵站中的抽采泵軸溫、抽采泵開停狀態(tài)、抽采泵供水狀態(tài)、控制器狀態(tài)、環(huán)境瓦斯?jié)舛鹊冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控。同時(shí)計(jì)算標(biāo)況混合流量、瓦斯純流量,并對標(biāo)況混合流量、瓦斯純流量進(jìn)行時(shí)、日、月、年累計(jì)并在顯示柜上顯示。2、對供水系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)施缺水?dāng)嚯姳Wo(hù),對抽采泵房站內(nèi)電器設(shè)備與室內(nèi)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行瓦電閉鎖,當(dāng)泵房內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%時(shí),實(shí)施報(bào)警、斷電。斷電范圍為泵站內(nèi)除本質(zhì)安全型電器設(shè)備外的一切電源。3、具有遠(yuǎn)程控制顯示功能,能直觀顯示抽采參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)備狀況。4、瓦斯抽采參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)中的管道瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞑捎眉t外線傳感器、流量傳感器采用渦街流量傳感器,確保主要參數(shù)測量精度。5、抽采瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)并入礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)。7.8.2地面固定瓦斯抽采泵站參數(shù)監(jiān)控地面抽采泵站監(jiān)控主要是對抽采主管路內(nèi)的瓦斯、負(fù)壓、流量及溫度、泵站內(nèi)的環(huán)境瓦斯、抽采泵的開停狀態(tài)、抽采泵的軸溫、冷卻水的缺水保護(hù)、水泵的開停狀態(tài)、水池水位、水池水溫等進(jìn)行監(jiān)測,并在顯示柜上對監(jiān)測到的參數(shù)進(jìn)行顯示,同時(shí)通過計(jì)算并顯示出瞬時(shí)標(biāo)況混合流量、瞬時(shí)純量、標(biāo)況混合累計(jì)量、標(biāo)況純瓦斯累計(jì)量等;對泵站內(nèi)的一些設(shè)備,比如抽采泵,設(shè)置斷電保護(hù)并通過通訊線與中心站連接,將檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼尽?、監(jiān)測點(diǎn)的選擇安裝地面固定瓦斯抽采需要測量管路中的負(fù)壓、溫度、瓦斯?jié)舛群凸r流量,使用的傳感器分別是負(fù)壓傳感器、管道型溫度傳感器、管道瓦斯傳感器和渦街流量計(jì),渦街流量計(jì)要先接入流量傳感器主機(jī)。位于地面上的監(jiān)測點(diǎn)需要在上方安裝一個(gè)雨棚,并力求美觀。渦街流量計(jì)需要安裝在直管段上,其前方(管道內(nèi)氣體流來的方向)的直管段長度盡量滿足15D,至少要求10D,后方的直管段長度盡量滿足10D,至少要求5D,其中D是指該點(diǎn)的管道內(nèi)徑。因?yàn)闇u街流量計(jì)測量時(shí),在管道內(nèi)氣體流速處于5m/s-60m/s時(shí)精度比較好,所以對于管道內(nèi)氣體流速不夠高時(shí),往往需要在安裝渦街計(jì)的地方對管路作等流變徑處理,使管徑變小,提高管內(nèi)氣體流速,這時(shí)需要在管路上增加變徑整流器。渦街流量計(jì)分兩種,插入式和卡裝式,分別使用不同的變徑整流器。3、泵站內(nèi)各傳感器的安裝環(huán)境瓦斯傳感器安裝在每臺抽采泵的上方,其高度比抽采泵以及管道的最高點(diǎn)至少高10cm。抽采泵軸溫傳感器其溫度頭子可以插到抽采泵的注油孔電機(jī)開停傳感器卡在電機(jī)的電源線上,信號電纜只需要接航空插頭的1(紅)、3(白)兩芯,其中1(紅)是接18V電源正極。缺水保護(hù)器要求施工人員在進(jìn)水管上增加一個(gè)3通,3通上留給缺水保護(hù)器的管徑為4分,缺水保護(hù)器擰在3通上,其信號電纜只需要接兩芯,打開缺水保護(hù)器的前蓋,將兩芯信號線分別接在1、3號接線柱上(1、3號接線柱在缺水的情況下是常開觸點(diǎn))。4、抽采泵斷電控制當(dāng)抽采泵缺水或環(huán)境瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí),需要設(shè)置斷電保護(hù)斷開抽采泵的電源。斷電分遠(yuǎn)程斷電和近程斷電。遠(yuǎn)程斷電需要接遠(yuǎn)程斷電器。(1)近程斷電如果是采用近程斷電,需要將近程斷電信號輸入到分站電源箱內(nèi),然后將電源箱輸出的觸點(diǎn)信號接入欲控制設(shè)備的受控接觸器線圈。電源箱內(nèi)有兩路近程斷電輸出可以相應(yīng)的控制兩臺抽采泵,而近程斷電輸出為一組常閉觸點(diǎn)串接在抽采泵開關(guān)的常閉觸點(diǎn),即觸點(diǎn)斷電后開關(guān)停止工作。(2)遠(yuǎn)程斷電如果是采用遠(yuǎn)程斷電,需要將遠(yuǎn)程斷電信號輸入到遠(yuǎn)程斷電器內(nèi),然后將遠(yuǎn)程斷電器輸出的觸點(diǎn)信號接入欲控制設(shè)備的受控接觸器線圈。7.9瓦斯抽采泵站照明、通訊及其它在瓦斯抽采泵站和值班室內(nèi)的照明燈具均選用隔爆型燈具,ZXL-2.5。在抽采站值班室內(nèi)內(nèi)設(shè)置一臺直通礦調(diào)度室的防爆型分機(jī)。根據(jù)礦區(qū)的氣候條件,冬天最低溫度不是很低,暫不考慮泵房及值班室采暖設(shè)計(jì)。各建筑物均采用自然通風(fēng),但門窗及排氣口合計(jì)的泄壓面積要符合要求。泵房頂部設(shè)置天窗以利于通風(fēng)。第八章瓦斯抽采系統(tǒng)管路安裝8.1鉆孔與管路聯(lián)結(jié)安裝用φ32mm高壓膠管將抽采鉆孔導(dǎo)管與鉆場匯流管相聯(lián)結(jié),并用8號鐵絲將兩端扎緊,做到密閉不漏氣,高壓膠管不能拐120°以下的急彎;匯流管與鉆場瓦斯管連接,然后鉆場瓦斯管與巷道中的分區(qū)瓦斯抽采支管連接(圖8—1)。井下瓦斯抽采管道均采用具有煤安標(biāo)志的礦用“雙抗”(抗靜電、阻燃)瓦斯抽采管,快速接頭或法蘭盤連接;地面埋設(shè)的抽采主管、泵房聯(lián)接管采用無縫鋼管、法蘭連接。圖8—1瓦斯抽采鉆孔連接示意圖8.2管路敷設(shè)及安裝8.2.1管路敷設(shè)及安裝的要求1、抽采管路通過的巷道曲線段少、距離短。采用無縫鋼管瓦斯管道必須進(jìn)行防腐處理,外部涂紅色以示區(qū)別;采用礦用抽采瓦斯抽采管必須要與其它管道有明顯的區(qū)別標(biāo)志。2、抽采管路設(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;抽采瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m。3、主管、干管及其與鉆場連接處應(yīng)裝設(shè)瓦斯計(jì)量裝置。4、抽采鉆場、門框架、低洼、溫度突變處及沿管路適當(dāng)距離(間距一般為200m~300m,最大不超過500m),應(yīng)設(shè)置放水器。5、在抽采管路的適當(dāng)部位應(yīng)設(shè)置除渣裝置和測壓裝置。6、抽采管路分岔處應(yīng)設(shè)置控制閥門,閥門規(guī)格應(yīng)與安裝地點(diǎn)的管徑相匹配。7、主管上的閥門應(yīng)設(shè)置在井下主要分區(qū)點(diǎn),確保每點(diǎn)進(jìn)行撤安管路時(shí),不影響其它區(qū)域的正常抽采,并便于人員操作。8、抽采管路應(yīng)根據(jù)巷道保持一定的坡度,一般不小于3‰的流水坡度。9、凡遇跨越巷道時(shí),抽采管路安裝設(shè)置門框架;門框架設(shè)置要求以不影響行車,行人為準(zhǔn)。10、管路要托掛或墊起,吊掛要平直,拐彎處設(shè)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。11、在傾斜和水平巷道中安設(shè)管路時(shí),必須先安管子托,管托間距不大于10m,要接好一節(jié)運(yùn)一節(jié),并把接好的管子用卡子卡在預(yù)先固定好的管子托架上。12、在有電纜的巷道內(nèi)鋪設(shè)管路時(shí),應(yīng)鋪設(shè)在電纜的另一側(cè),嚴(yán)禁瓦斯管路與電纜同側(cè)吊掛。13、新安裝或更換的管路要進(jìn)行漏氣和漏水實(shí)驗(yàn),凡漏氣和漏水的不能使用。拆除或更換瓦斯管路時(shí),必須把計(jì)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。14、地面敷設(shè)管路及附屬設(shè)施除符合井下管路的有關(guān)要求外,尚需符合下列要求:=1\*GB2⑴冬季寒冷地區(qū)應(yīng)采取防凍措施;=2\*GB2⑵瓦斯管路不宜沿車輛來往繁忙的主要交通干線敷設(shè);=3\*GB2⑶瓦斯管路不充許與自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜和線纜等敷設(shè)于一個(gè)地溝內(nèi);=4\*GB2⑷在空曠的地帶敷設(shè)瓦斯管路時(shí),應(yīng)考慮未來的發(fā)展規(guī)劃和建筑物的布置情況;=5\*GB2⑸瓦斯主管距建筑物的距離大于5m,距動力電纜大于1m,距水管和排水溝大于1.5m,距鐵路大于4m,距木電線桿大于2m;=6\*GB2⑹瓦斯管路與其它建筑物相交時(shí),其垂直距離大于0.15m,與動力電纜、照明電纜和線大于0.5m,且距相交構(gòu)筑物2m范圍內(nèi),管路不準(zhǔn)有接頭。8.2.2管路安裝地面瓦斯管路安裝主要采用沿地面砌墩架空敷設(shè)方式,架空高度0.5m,每隔5~6m設(shè)置一個(gè)支撐架(支撐墩),必要時(shí)在支撐墩上設(shè)半圓形管卡固定管路,以防管路滑落(如圖8—2)。井下抽采瓦斯主管路安裝采用管架吊掛和管墩架空敷設(shè)方式(如圖8—3)。根據(jù)此原則,該礦井瓦斯抽采系統(tǒng)建設(shè)初期的抽采管路布置詳見附圖2:高縣蕉村鎮(zhèn)永豐煤廠固定瓦斯抽采系統(tǒng)抽采鉆孔及管道布置圖。圖8—2地面管路安裝示意圖圖8—3井下管路安裝示意圖8.3瓦斯管路的附屬裝置為了便于管路系統(tǒng)負(fù)壓的調(diào)節(jié),掌握各抽采地點(diǎn)瓦斯抽出量、瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r以及保證管網(wǎng)系統(tǒng)的正常抽采,設(shè)計(jì)各主、分管路上分別安設(shè)閥門、流量計(jì)和放水器。1、閥門在每個(gè)抽采區(qū)域前端安設(shè)一個(gè)閘閥,在瓦斯抽采管路和鉆場連接管上均應(yīng)安設(shè)閥門,在每個(gè)抽采鉆孔外安設(shè)一個(gè)球閥。其主要目的是用來調(diào)節(jié)和控制各抽采區(qū)域、抽采點(diǎn)及抽采鉆孔的抽采量、抽采濃度、抽采負(fù)壓等。2、放水器在該抽采管路系統(tǒng)最低點(diǎn)安設(shè)自動放水器(設(shè)1~2個(gè)),及時(shí)放空抽采管路中的水,提高系統(tǒng)抽采效率。在排氣端低凹處還應(yīng)設(shè)正壓放水器。推薦選用CF型全自動負(fù)壓放水器,該放水器主要用于各類負(fù)壓氣體管路的自動放水,可滿足不同的使用要求和各類安裝條件,它不僅適用范圍廣、放水可靠,而且安裝方便、使用靈活。主要技術(shù)指標(biāo)CF型全自動放水器的主要技術(shù)指標(biāo)為:①適用負(fù)壓范圍:-80~-1KPa;②最大放水能力:2.16t/d;③最小安裝尺寸:485×350×415;④集水口接頭:1"管螺紋;⑤負(fù)平衡管接頭:1/2"管螺紋;⑥總重量:22kg。安裝使用方法放水器應(yīng)安裝在容易積水的地方,或是管路的最低處。在需安裝放水器的管段一般應(yīng)串接一個(gè)三通,以形成集水口。具體的安裝過程和要求是:在自動放水器中,自動放水器要求抽采管道距地板的高度至少有0.42m,安裝方法見圖8—4。放水器應(yīng)安設(shè)在管道的下方,用一根1英寸鐵管或能承受一定負(fù)壓的膠管作進(jìn)水管,將放水器的進(jìn)水管與管道的集水口連接好,再用1根能承受一定負(fù)壓的DN20mm鋼管或膠管作放水器的負(fù)壓平衡管,將瓦斯抽采管與放水器負(fù)壓平衡接口相連,即可進(jìn)行自動放水了。安裝的進(jìn)水管應(yīng)自抽采管路到放水器保持逐漸降低的趨勢或水平狀態(tài),不得有低于放水器進(jìn)水口的部位(即不能向下彎曲),否則,容易淤積泥砂,甚至不能正常放水。為了檢修的方便,可在進(jìn)水管串接一個(gè)球閥。在放水器正常工作期間,該閥應(yīng)一直處于開通狀態(tài),而且要求保持通暢。另外,也可選擇人工放水器。人工負(fù)壓放水器及正壓放水器結(jié)構(gòu)如圖8-5、8-6所示。3、計(jì)量裝置安裝及抽采參數(shù)測定瓦斯流量是瓦斯抽采工作中的一個(gè)重要參數(shù),只有準(zhǔn)確測定瓦斯流量.才能如實(shí)地反映煤層瓦斯抽采效果,并從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),找出規(guī)律,進(jìn)而達(dá)到科學(xué)管理之目的。瓦斯流量測定方法的種類很多,應(yīng)用條件也有所不同。目前,應(yīng)用較多的為如下2種:孔板流量計(jì);皮托管測定法。⑴孔板流量計(jì)在井下與主管道匯合的各抽采支管處各安設(shè)一個(gè)孔板流量計(jì),計(jì)量各支管的瓦斯抽采量。在抽采系統(tǒng)的主管道上安設(shè)一個(gè)孔板流量計(jì),計(jì)量整個(gè)抽采系統(tǒng)的瓦斯抽采量。瓦斯抽采計(jì)量采用的孔板流量計(jì),參見圖8-7??装辶髁坑?jì)由抽采瓦斯管路中加的一個(gè)中心開孔的節(jié)流板、孔板兩側(cè)的垂直管段和取壓管等組成。當(dāng)氣體流經(jīng)管路內(nèi)的孔板時(shí),流束將形成局部收縮,在全壓不變的條件下,收縮使流速增加、靜壓下降,在節(jié)流板前后便會產(chǎn)生靜壓差。在同一管路截面條件下,氣體的流量越大,產(chǎn)生的壓差也越大,因而可以通過測量壓差來確定氣體流量?;旌蠚怏w流量由下式計(jì)算:Qh=k0b△h1/2式中k0—孔板流量計(jì)系數(shù),由實(shí)驗(yàn)室確定;b—瓦斯?jié)舛刃U禂?shù),由有關(guān)手冊查??;△h—孔板兩側(cè)的靜壓差,mmH2O,由現(xiàn)場實(shí)際測定獲取。抽采的純瓦斯流量,采用下式計(jì)算:Qw=C·Qh式中C—抽采瓦斯管路中的實(shí)際瓦斯?jié)舛龋???装辶髁坑?jì)在安裝時(shí)要注意孔板與瓦斯管的同心度,不能裝偏。在鉆場內(nèi)安裝流量計(jì)時(shí),應(yīng)保證孔板前后各1m段應(yīng)平直,不要有閥門和變徑管。在抽采巷瓦斯管末端安裝流量計(jì)應(yīng)保證孔板前后各5m段應(yīng)平直,不要有閥門和變徑管。測定孔板兩端的壓差可采用傾斜水柱計(jì),測定抽采管路中的抽采負(fù)壓可采用水銀計(jì),抽采管路中的瓦斯?jié)舛瓤刹捎秘?fù)壓吸氣筒和高濃度瓦斯檢定器。圖8—4自動放水器安裝示意圖圖8—5人工負(fù)壓放水器1—鋼管;2—閘閥DN15;3—榫子頭;4—閘閥DN25;5—鋼管DN15。圖8—6人工正壓放水器1—鋼管;2—閘閥DN25;3—榫子頭;4—鋼板。圖8—7孔板流量計(jì)安裝結(jié)構(gòu)圖孔板流量計(jì)兩側(cè)的測壓孔使用橡膠管分別與U型壓差計(jì)(礦井自備、長800mm)連接,見圖8—8。使用水銀壓差計(jì)測量抽采負(fù)壓,水柱壓差計(jì)測量孔板兩側(cè)的壓差,高濃度瓦斯檢測儀監(jiān)測抽采管道內(nèi)瓦斯?jié)舛?,通過流量計(jì)算公式計(jì)算瓦斯抽采量。也可以使用煤氣表作為流量測量裝置,煤氣表的量程應(yīng)根據(jù)預(yù)計(jì)的單孔瓦斯流量確定,一般的本煤層預(yù)抽鉆孔使用J2.5型煤氣表,即可滿足使用要求,其最大允許的瓦斯流量為66L/min,最小流量一般在1L/min以下。在每個(gè)要求測定單孔流量的鉆孔口安裝一個(gè)固定的單孔流量測定裝置,每次測定前,攜帶煤氣表、負(fù)壓表、高濃度瓦斯檢測儀、記時(shí)表(可用手表)等,即可對其抽采瓦斯流量進(jìn)行測定。測定裝置見圖8—9。圖8—8流量計(jì)安裝示意圖膠管2-孔板流量計(jì)3-水柱壓差計(jì)4-水銀壓差計(jì)5-三通6-測壓孔圖8—9單孔流量測定示意圖在封孔套管的尾部車管螺紋,外接一個(gè)測邊管徑為1/2"的三通。三通的外側(cè)通過一個(gè)直接頭連接一閘閥,再通過一個(gè)直接頭連接另一個(gè)相同的三通。最后連接的是倒刺管和膠管,并與抽采管相通。為能測定濃度和負(fù)壓,還要在最后端的倒刺管上焊接一段小鐵管(稱觀測管),平時(shí)用木塞或膠管堵住,也可插上一段膠管堵塞。兩個(gè)三通的側(cè)邊管都裝上一個(gè)1/2”的倒刺(分別稱為前、后流量管),管口用一個(gè)打開方便的木塞或膠塞堵住。測定步驟:每次測定一個(gè)鉆孔的流量時(shí),必須在同一時(shí)間內(nèi)測定其濃度、負(fù)壓和混合流量,三個(gè)參數(shù)測定的間隔時(shí)間應(yīng)盡可能地短,以確保測定的三個(gè)參數(shù)是同一抽采狀態(tài)下的數(shù)值。此外,在測定過程中應(yīng)盡可能減少由檢測口向管內(nèi)的漏氣量,以便減少測定時(shí)與正常抽采狀態(tài)的差別,降低測定的誤差,同時(shí),減少測定流量時(shí)需要的時(shí)間。①對一個(gè)鉆孔的測定步驟為:拔掉觀測管的塞子,迅速接上瓦檢儀,15~20秒后抽取氣樣,測定孔內(nèi)瓦斯?jié)舛?。若?fù)壓較高,瓦檢儀的皮球不能脹起時(shí),還應(yīng)在瓦檢儀與觀測管之間串一個(gè)抽氣筒(如一氧化碳抽氣筒等)。濃度數(shù)據(jù)對流量測定結(jié)果的影響最大,因此,濃度測定一定要盡可能準(zhǔn)確。由于抽采時(shí)孔內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài),則拔掉觀測管塞子時(shí)漏進(jìn)的空氣將首先被吸入鉆孔內(nèi)。因此,在剛接上瓦檢儀后流經(jīng)檢測管的氣體濃度不能代表正常的數(shù)值,而應(yīng)等待15~20秒,漏進(jìn)的空氣被抽入主管道后再吸氣檢查瓦斯?jié)舛取"跍y完濃度后,拔掉瓦檢儀,迅速插上負(fù)壓表。待負(fù)壓讀數(shù)完畢后,拔掉負(fù)壓表,重新堵住觀測管。③將煤氣表的進(jìn)、出氣口都事先連上適當(dāng)長度和直徑的膠管彎死(使其不通氣),將鉆孔上的前流量管塞子取下,迅速把煤氣表的進(jìn)氣端膠管插上(此時(shí)切莫讓膠管漏氣)。然后取下后流量管的塞子,迅速將煤氣表的出氣端膠管插上。讓煤氣表的膠管恢復(fù)通氣,關(guān)掉閘閥,使鉆孔內(nèi)的氣體完全由煤氣表通過。此后,至少間隔2分鐘后可開始讀數(shù)測定流量。讀數(shù)時(shí),先在某一時(shí)刻記下開始的時(shí)間和煤氣表的數(shù)值,經(jīng)過2分鐘或5分鐘后,再次讀出煤氣表的數(shù)值。前后兩次數(shù)值相減并除以測定的時(shí)間(2或5分鐘)即得該鉆孔的混合流量。如果負(fù)壓較高,還應(yīng)根據(jù)負(fù)壓算出氣體的絕對壓力,利用理想氣體狀態(tài)方程折算出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的瓦斯流量。④打開閘閥,將煤氣表任一端的膠管彎折,先后從鉆孔測定裝置上拔掉兩端的膠管。注意,每拔掉一段膠管都應(yīng)立即堵上塞子,以免漏氣影響濃度。=2\*GB2⑵皮托管測流量方法標(biāo)準(zhǔn)皮托管用兩根不同內(nèi)徑管子同心套接而成,內(nèi)管通直端尾接頭是全壓管,外管通側(cè)接頭是靜壓管,S

型皮托管用二支同徑管焊接而成,面對氣流為全壓端,背對氣流為靜壓端,并在接頭處標(biāo)有系數(shù)號及靜壓接頭標(biāo)記號,使用時(shí)不能接錯(cuò)。側(cè)面指向桿與測頭方向一致,使用時(shí)可確定方向,保證測頭對準(zhǔn)來流方向。使用方法:A要正確選擇測量點(diǎn)斷面,確保測點(diǎn)在氣流流動平穩(wěn)的直管段。為此,測量斷面離來流方向的彎頭、變徑異形管等局部構(gòu)件要大于

4

倍管道直徑。離下游方向的局部彎頭、變徑結(jié)構(gòu)應(yīng)大于

2

倍管道直徑。B測量時(shí)應(yīng)當(dāng)將全壓孔對準(zhǔn)氣流方向,以指向桿指示。測量點(diǎn)插入孔應(yīng)避免漏風(fēng),可防止該斷面上氣流干擾。用皮托管只能測得管道斷面上某一點(diǎn)的流速,由于斷面流量分布不均勻,因此該斷面上應(yīng)多測幾點(diǎn),以求取平均值。C使用前測試一下暢通性。小靜壓孔經(jīng)常檢查,勿使雜質(zhì)堵塞小孔使用后及時(shí)清潔內(nèi)外管,以保證長期良好狀態(tài)。D標(biāo)準(zhǔn)皮托管檢定周期為五年。皮托管測出的壓差為該點(diǎn)氣流的動壓,測定方法如圖7—10所示。測定時(shí)應(yīng)注意:①測點(diǎn)前后應(yīng)各有5m以上的直線段管道。②管內(nèi)不得有積水。②皮托管插入管道內(nèi)時(shí),必須迎著氣流方向,力求與氣流方向平行。④需同時(shí)測定測點(diǎn)處的大氣壓力、瓦斯?jié)舛?、壓力等參?shù)。計(jì)算管道內(nèi)混合瓦斯平均流速,管道內(nèi)測定斷面上任一測點(diǎn)的混合瓦斯流速:式中:——管道內(nèi)測定斷面上任一測點(diǎn)的混合瓦斯流速,m/s;Cp——皮托管校正系數(shù);b——瓦斯?jié)舛刃U禂?shù);圖8-10皮托管測定管道氣流動壓圖1——全壓管;2——靜壓管;3——瓦斯管道;4——傾斜壓差計(jì)HV——管道內(nèi)的氣流動壓值;——溫度校正系數(shù);——壓力校正系數(shù);采用中心點(diǎn)法測算管道內(nèi)平均混合瓦斯流速,中心點(diǎn)法是先測算瓦斯管中心點(diǎn)上的氣體流速.即管內(nèi)的最大流速.再按下式計(jì)算管內(nèi)的平均流速?!艿纼?nèi)平均流速,m/s;——管道中心流速,m/s;Y——與雷諾數(shù)有關(guān)的系數(shù),查表8-1。表8--1管道中心最大雷諾數(shù)Re與Y值關(guān)系Re≤450010000202104000080000202100400000Y0.500.790.810.830.850.870.89管道中心最大雷諾數(shù)Re的求法:式中——為混合瓦斯運(yùn)動粘度,,m2/sρ——混合瓦斯密度,kg/m3;μ——混合瓦斯的動力黏度,Pa·s;——管道中心流速,m/s;d——管道直徑,m。計(jì)算管內(nèi)的混合瓦斯量:確定測定斷面的平均流速()后.用下式計(jì)算混合瓦斯量:式中——管內(nèi)混合瓦斯流量,m3/min;A——瓦斯管道斷面積,m2;——管道內(nèi)混合瓦斯平均流速,m/s。計(jì)算純瓦斯量:式中——純瓦斯流量,m3/min;——管內(nèi)混合瓦斯流量,m3/min;x——瓦斯?jié)舛龋?。第九章環(huán)境保護(hù)9.1抽采瓦斯工程對環(huán)境的影響礦井瓦斯的主要成份為CH4和其它烷烴,是一種潔凈的優(yōu)質(zhì)能源。當(dāng)其與水體接觸后不會產(chǎn)生新的污染。瓦斯是氣體燃料,不含灰份,也沒有硫化物,燃燒后不產(chǎn)生粉塵。與燃煤相比,可減少SO2排放量、飛灰、爐灰和運(yùn)輸量,提高礦區(qū)大氣的潔凈度。所以,抽采瓦斯并加以利用,對保護(hù)環(huán)境是十分有利的。但抽出的瓦斯排入大氣,對大氣環(huán)境產(chǎn)生溫室效應(yīng),因此,建議有條件

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