抽采畢業(yè)設(shè)計-地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計

⑼地面系統(tǒng)六礦地面生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括一、二水平煤樓、洗煤廠、一、二水平煤倉、鐵路牽引線、儲煤場，根據(jù)目前井下回采煤層，地面生產(chǎn)系統(tǒng)分為戊組煤和丁組煤運輸系統(tǒng)，戊組煤主要是通過主井提升，丁組煤主要是通過明斜井皮帶運輸。礦井提升、運輸、壓風、防塵、防滅火、排水、供電等系統(tǒng)完善可靠，能力符合規(guī)定。2.6礦井生產(chǎn)和開拓能力礦井于1957年動工建設(shè)，1970年7月1日正式投產(chǎn)。1980年至1990年進行了一次較大規(guī)模的技術(shù)改造，年生產(chǎn)能力提高到120萬t。1988年，為進一步提高生產(chǎn)能力，由原平頂山礦務(wù)局設(shè)計院設(shè)計，對二水平生產(chǎn)系統(tǒng)進行了擴建改造，生產(chǎn)能力達到210萬t。1993年又經(jīng)技術(shù)改造后，年生產(chǎn)能力增加到260萬t，2006年，核定年生產(chǎn)能力320萬t，實際生產(chǎn)原煤329萬t。礦井采用豎井主副井提升及明暗斜井運輸，石門開拓方式。集中運輸大巷布置在四21（戊10）煤層底板巖層中，上距煤層垂深大于25m，不影響上部煤層正常回采。結(jié)合通風斷面要求，采用雙巷開拓，除五、四（丁、戊）二采區(qū)上山通過-260運輸石門卸入五、四（丁、戊）采區(qū)煤倉外，其余各采區(qū)皆由東、西翼皮帶運輸大巷向井底集中，通過井底上倉皮帶卸入井底煤倉，運輸大巷通過輔助運輸石門與軌道暗斜井和井底車場溝通。礦井開拓方式為分水平上下山盤區(qū)式開拓，采煤方法根據(jù)各煤層厚度采用單一走向長壁式或傾斜分層走向長壁式開采。采煤工藝，初期以水采為主、60年代開始以炮采為主，八十年代中后期之后以綜采為主。采用全巖陷落法管理，通風方式采用抽出式。礦井分兩個水平同時開采，其中，一水平五（?。┟憾蔚囊徊蓞^(qū)、四采區(qū)和四（戊）煤段的一采區(qū)、二采區(qū)已結(jié)束；二水平五（?。┟憾蔚囊弧⒍蓞^(qū)和四（戊）煤段的二采區(qū)正在回采。2.7礦井通風六礦通風方法為抽出式，通風方式為分區(qū)與中央并列混合式通風，共有一水平主、副井、明斜井、二水平北山副井等四個進風井和戊二風井、北山風井兩個回風井。其中戊二風井裝有BDK-8-NO28軸流式對旋風機兩臺，一臺工作，一臺備用，配套電機功率1000kw，葉片角度32.5°，總風量5508m3/min，負壓2440pa，擔負戊二上山采區(qū)，采用“兩進兩回”式通風格局。北山風井裝有ANN3600/2800軸流式風機兩臺，一臺工作，一臺備用，配套電機功率2800kw，葉片角度40°，總風量17114m3/min，負壓2910pa，擔負二水平丁一、丁二采區(qū)、二水平戊二下山采區(qū)，其中丁一、丁二采區(qū)為“兩進一回”式通風格局，戊二下山采區(qū)為“兩進兩回”式通風格局。礦井主要通風機按雙機同能力配備，實現(xiàn)雙回路供電。礦井總進風量20623m3/min，總排風量為21826m3/min，有效風量為18040m3/min，有效風量率為87.48%，風機實測風量為22622m3/min，礦井等積孔為8.49m2。采區(qū)進、回風巷貫穿整個采區(qū)，各采區(qū)均設(shè)置有瓦斯專用回風巷。2.8礦井瓦斯基本參數(shù)2.8.1煤層瓦斯賦存狀況及規(guī)律六礦位于平頂山礦區(qū)的中西部，井田位于李口向斜的南西翼，為一向北偏西傾斜的單斜構(gòu)造，構(gòu)造地質(zhì)條件較簡單，地表除龍山一帶有二疊系上統(tǒng)石千峰組平頂山砂巖有出露外，大部分被第四系覆蓋。井田淺部瓦斯含量與涌出量低，隨著開采深度的增加，瓦斯含量與涌出量顯著增大，礦井煤層瓦斯賦存主要受采深和地質(zhì)條件影響，由于煤層被巨厚地層覆蓋，沉積巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等，具有較好的煤層瓦斯生、儲條件。對丁組煤層均按垂深每增加50米測定瓦斯壓力、瓦斯含量，如表2-3。根據(jù)對不同標高的煤層瓦斯基本參數(shù)測定結(jié)果，丁5-6煤層瓦斯含量與標高的關(guān)系圖如2-2所示。

表2-SEQ表1-\*ARABIC3各主采煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)表Tab.2-3basicparametertableofcoalseamgas煤層測定地點標高（m）埋深瓦斯壓力（Mpa）瓦斯含量（m3/t）丁5-6丁5-6-21090機巷-5367862.17.93丁5-6丁5-6-21130機巷-5918310.84.63丁5-6丁5-6-22220機巷-6198097.32丁5-6丁5-6-22180切眼-5017803.83丁5-6丁5-6-22180機巷-5357352.26丁5-6丁5-6-22170輔助下山-5807703.52丁5-6丁二軌道下山絞車房回風道-6478170.63.78丁5-6三水平丁二軌道上山-6718900.4丁5-6三水平丁二西?；?6908950.3圖2-SEQ圖1-\*ARABIC2丁5-6煤層瓦斯含量與標高的關(guān)系Fig.2-2relationshipoflevationofcoalseamandgascontent2.8.2瓦斯抽采難易程度的指標根據(jù)《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》（煤安字[1997]第189號）第19條、《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006）第7.2.1條的有關(guān)規(guī)定，衡量未卸壓的原始煤層瓦斯抽采難易程度指標有：煤層透氣性系數(shù)（λ），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）。按λ、α判定本煤層瓦斯抽采難易程度標準如表2-4所示。

表2-SEQ表1-\*ARABIC4本煤層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表Tab.2-4Coalgasdrainageclassificationofdifficulty抽放難易程度鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α（d-1）煤層透氣系數(shù)λ（m2/MPa2·d）容易抽放<0.003>10可以抽放0.003～0.0510～0.1較難抽放>0.05<0.1目前，六礦基本測定丁5-6透氣性系數(shù)為0.09366m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.055d-1，屬于較難抽放煤層。3瓦斯涌出量預(yù)測和抽采系統(tǒng)的選擇本章將詳盡的介紹分源預(yù)測法預(yù)測的應(yīng)用，以及根據(jù)平煤六礦的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算煤礦的瓦斯涌出量。本章是瓦斯抽放設(shè)計中最重要的部分，所得瓦斯涌出量是管路選型和抽采泵選擇的重要依據(jù)。3.1瓦斯涌出量分源預(yù)測法根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》（2009）第十四條，新建礦井或生產(chǎn)礦井新水平，都必須進行瓦斯涌出量預(yù)測，以確定新礦井、新水平、新采區(qū)投產(chǎn)后瓦斯涌出量大小，作為礦井和采區(qū)通風設(shè)計、瓦斯抽采及瓦斯管理的依據(jù)。礦井瓦斯涌出量預(yù)測是根據(jù)某些已知數(shù)據(jù)，按照一定的方法與規(guī)律，預(yù)先估算出礦井瓦斯涌出量大小的工作。根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》（AQ1018-2006）第4.3條，礦井瓦斯涌出量預(yù)測應(yīng)包括以下資料：（1）礦井采掘設(shè)計說明書①開拓、開采系統(tǒng)圖，采掘接替計劃；②采煤方法、通風方式；③掘進巷道參數(shù)、煤巷平均掘進速度；④礦井、采區(qū)、回采工作面及掘進工作面產(chǎn)量；（2）礦井地質(zhì)報告①地層剖面圖、柱狀圖等；②各煤層和煤夾層的厚度、煤層間距離及頂、底板巖性；（3）煤層瓦斯含量測定成果、風化帶深度及瓦斯含量等值線圖（4）鄰近礦井和該礦已采水平、采區(qū)（盤區(qū)）以及采掘工作面瓦斯涌出測定結(jié)果（5）煤的工業(yè)分析指標（水分、灰分、揮發(fā)分和密度）以及煤質(zhì)牌號鑒于平煤六礦的采掘部署、瓦斯參數(shù)、煤層參數(shù)等具體情況，礦井瓦斯涌出量預(yù)測采用分源預(yù)測法。3.2預(yù)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）煤層基礎(chǔ)參數(shù)根據(jù)六礦地質(zhì)報告丁5-6煤層平均厚度取3.53m，采區(qū)最深處的標高-654，由圖2-2可得出瓦斯含量為7.38m3/t，煤層具體參數(shù)詳見表3-1

表3-SEQ表3-\*ARABIC1各主采煤層的參數(shù)Tab.3-1Parametersofthemainminingcoalseam煤層平均厚度(m)瓦斯含量(m3/t)水分Mad（%）灰分Aad（%）揮發(fā)分Vdaf（%）丁5-63.537.381.4325.9534.51（2）礦井生產(chǎn)部署設(shè)定平煤六礦設(shè)計生產(chǎn)能力為400Mt/a，采用立井上、下山開拓方式，一水平標高定在-100m，二水平標高-450m。戊8煤層作為保護層開采，保護戊9-10和丁5-6煤層。在丁5-6煤層，布置1個采區(qū)。采區(qū)內(nèi)布置1個工作面，一個備采面，兩個掘進頭。。采煤方法采用傾斜長壁采煤法，綜采一次采全高，后退式開采，全部垮落法管理頂板。丁5-6煤層采掘工作面具體參數(shù)見表3-2、表3-3。表3-SEQ表3-\*ARABIC2回采工作面參數(shù)表Tab.3-2Theparameterlistoftheminingface回采工作面瓦斯含量(m3/t)切眼長(m)采長(m)回采率（%）采高（m）日產(chǎn)量(t/d)瓦斯排放寬度(m)丁5-6-211107.3890180854340010丁5-6-22190（備）7.3890180854010表3-SEQ表3-\*ARABIC3掘進工作面參數(shù)表Tab.3-3TheparameterlistofHeadingFace掘進工作面瓦斯含量(m3/t)巷長(m)掘進速度(m/月)煤厚（m）掘進斷面（m2）丁5-6-22220運輸巷7.3818001003.5316丁5-6-22220軌道巷7.3818001003.53163.3回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測回采工作面瓦斯涌出來源主要包括開采層和鄰近層。回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測用相對瓦斯涌出量表示，以24h為一個預(yù)測圓班，由開采層（包括圍巖）、鄰近層瓦斯涌出量兩部分組成，采用式（3-1）計算（3-1）式中——回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；——開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；——鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t。

（1）開采煤層（包括圍巖）瓦斯涌出量按式（3-2）計算（3-2）式中——開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，m3/t；——圍巖瓦斯涌出系數(shù)，對于垮落法頂板管理的工作面，取=1.3；——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率的倒數(shù)，工作面回采率按85%，則=1.18；——順槽掘進預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；——開采層厚度，m；——工作面采高，m；——煤層原始瓦斯含量，m3/t；——煤層殘存瓦斯含量，m3/t。采用長壁后退式回采時，系數(shù)按下式（3-3）確定：（3-3）式中——回采工作面長度，m；——巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m，取h=10m。根據(jù)表3-4中值為殘存可燃基瓦斯含量，。所以需要按公式（3-4）換算成原煤的殘存瓦斯含量：（3-4）式中——原煤殘余瓦斯含量，m3/t；——原煤中灰分含量，%；——原煤中水分含量，%。表3-SEQ表3-\*ARABIC4殘存可燃基瓦斯含量Tab.3-4Remnantsofcombustiblecontent煤的揮發(fā)分（%）6～88～1212～1818～2626～3535～4242～50殘存可燃基瓦斯含量（m3/t.r）9～66～44～33～2222（2）鄰近層瓦斯涌出量鄰近層瓦斯涌出量采用下式（3-5）計算：（3-5）式中——鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，如無實測值可參照開采層選?。弧趇個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，如無實測值可參照開采層選取；——第i個鄰近層煤層厚度，m；——工作面采高，m；——第i個鄰近層瓦斯排放率，%；（3）采煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果由表3-4得知丁5-6煤的殘存瓦斯含量為1.45m3/t，戊8煤的殘存瓦斯含量為1.43m3/t,戊9-10煤的殘存瓦斯含量為1.49m3/t。戊8煤層距丁5-6煤層平均71.38m，戊9-10煤層距戊8煤層平均13.38m。依據(jù)AQ1018-2006鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線，戊8煤層開采時，取丁5-6鄰近層瓦斯排放率20%，戊9-10煤層開采時，丁5-6煤層的排放率取10%，固開采時丁組時可忽略因戊組煤層采動帶來的瓦斯影響。經(jīng)計算各煤層采煤工作面瓦斯涌出量如表3-5所示。表3-SEQ表3-\*ARABIC5采煤工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果Tab.3-5TheResultsofCoalFace’sGasEmissionPrediction開采工作面煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)殘存瓦斯量(m3/t)日產(chǎn)量(t/d)開采層(m3/t)丁5-6-211103.537.381.4534007.22丁5-6-22190（備）3.537.381.4507.22考慮到回采工作面瓦斯涌出量程不均衡性，其不均衡系數(shù)在1.2~1.5,若不均衡系數(shù)取1.5，丁5-6煤層1個采煤工作面最大絕對瓦斯涌出量為25.57m3/min。3.4掘進工作面瓦斯涌出量預(yù)測掘進工作面瓦斯涌出來源主要有兩類：掘進巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進巷道落煤瓦斯涌出量。掘進工作面瓦斯涌出量預(yù)測用絕對瓦斯涌出量表示，用下式（3-6）計算：（3-6）式中——掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；——掘進工作面巷道煤壁絕對瓦斯涌出量，m3/min；——掘進工作面落煤絕對瓦斯涌出量，m3/min。（1）掘進巷道煤壁瓦斯涌出量掘進巷道煤壁瓦斯涌出量由式（3-7）計算：（3-7）式中——掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；——巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長度，m；對于薄及中厚煤層，，為開采層厚度；對于厚煤層，，及分別為巷道的高度及寬度；——巷道平均掘進速度，m/min；——巷道長度，m；——煤壁瓦斯涌出強度，m3/m2.min，可參考下式（3-8）計算：（3-8）式中——煤中揮發(fā)分含量，%；——煤層原始瓦斯含量，m3/t；（2）掘進巷道落煤瓦斯涌出量掘進巷道落煤瓦斯涌出量由下式（3-9）計算：（3-9）式中——掘進巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；——掘進巷道斷面積，m2；——巷道平均掘進速度，m/min；——煤的視相對密度，t/m3；——煤層原始瓦斯含量，m3/t；——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t；有以上得出丁5-6煤層掘進工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果如表3-6所示。表3-SEQ表3-\*ARABIC6掘進工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果Tab.3-6TheResultsofHeadinggasemissionpredictions掘進工作面煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)巷長(m)煤的視密度（t/m3）掘進速度(m/月)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁落煤合計丁5-6-22220皮帶順槽3.537.3818001.461003.510.313.82丁5-6-22220軌道順槽3.537.3818001.461003.510.313.82由于掘進工作面瓦斯涌出量程不均衡性，其不均衡系數(shù)在1.2~1.5，若不均衡系數(shù)取1.5，丁5-6煤層1個掘進面最大絕對瓦斯涌出量為5.73m3/min。3.5生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量指采區(qū)內(nèi)所有回采工作面、掘進工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量之和，由下式（3-10）計算：（3-10）式中——生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；——生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取值為1.2；——第i個回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；——第i個回采工作面的日產(chǎn)量，t；——第i個掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。丁5-6采區(qū)瓦斯涌出量結(jié)果如表3-7所示。表3-SEQ表3-\*ARABIC7采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果Tab.3-7TheResultsofMiningareaGasEmissionPrediction開采采區(qū)開采方式平均產(chǎn)量(t/d)回采(m3/t)掘進(m3/min)合計(m3/t)丁5-6采區(qū)綜采340010.8311.4631.823.6礦井瓦斯涌出量礦井瓦斯涌出量為全部生產(chǎn)采區(qū)和采空區(qū)瓦斯涌出量之和，由下式（3-11）計算：（3-11）式中——礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；——第i個生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；——第i個生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t/d；——已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)；對于單一煤層=1.15~1.25，對于近距離煤層群，=1.25~1.45。取=1.3，計算出正常情況下礦井相對瓦斯涌出量為27.21m3/t，絕對瓦斯涌出量為215.41m3/min。3.7建立地面固定抽采系統(tǒng)的必要性3.7.1規(guī)定要求根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2011）第一百四十五條、《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026-2006）第3條、《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計規(guī)范》（GB50471-2008）第3.1條、《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》（安監(jiān)總煤裝[2011]163號）第七條的有關(guān)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)或井下臨時抽采瓦斯系統(tǒng)：（1）1個采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風方法解決瓦斯問題不合理的。（2）礦井絕對瓦斯涌出量達到以下條件的：①大于或等于40m3/min；②年產(chǎn)量1.0~1.5Mt的礦井，大于30m3/min；③年產(chǎn)量0.6~1.0Mt的礦井，大于25m3/min；④年產(chǎn)量0.4~0.6Mt的礦井，大于20m3/min；⑤年產(chǎn)量小于或等于0.4Mt的礦井，大于15m3/min。開采有煤與瓦斯突出危險煤層的。根據(jù)六礦生產(chǎn)能力4Mt/a，丁5-6煤層回采工作面最大絕對瓦斯涌出量已達到25.57m3/min，遠大于5m3/min，并且丁5-6煤層已發(fā)生多次煤與瓦斯突出，因此六煤必須建立地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)對丁5-6煤層進行抽采。3.7.2通風處理瓦斯量核定當一個礦井、采區(qū)或工作面的絕對瓦斯涌出量大于通風所能允許的瓦斯涌出量時，就要抽放瓦斯，回采工作面風排瓦斯量按式（3-12）計算。 （3-12）式中——通風所能承擔的最大瓦斯涌出量，m3/min；——工作面允許的最大風速，取4m/s；——工作面斷面積，取12m2；——《煤礦安全規(guī)程》允許的風流中的瓦斯?jié)舛?，?%；——瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取值為1.2~1.7，這里取1.5。計算得回采工作面的風排瓦斯量是11.52m3/min，根據(jù)瓦斯涌出量預(yù)測，回采工作面的絕對瓦斯涌出量可達25.57m3/min。由于預(yù)測瓦斯涌出量大于通風所能稀釋瓦斯量，故通風不能滿足工作面所需風量的要求，難以保證工作面瓦斯不超限。因此，從通風能力看必須建立抽放瓦斯系統(tǒng)對丁5-6進行瓦斯抽放。4瓦斯抽采設(shè)計參數(shù)瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)包括：煤層瓦斯含量、瓦斯儲量、可抽瓦斯量、抽放率等，本章將詳細介紹這些參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)計算出瓦斯抽放規(guī)模及抽放量。4.1煤層瓦斯儲量礦井瓦斯儲量是指在煤田開發(fā)過程中能夠向礦井排放瓦斯的煤層及圍巖所儲存的瓦斯量，應(yīng)為礦井可采煤層的瓦斯儲量、受采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。礦井瓦斯儲量計算公式（4-1）如下：（4-1）式中——礦井瓦斯儲量，Mm3；——可采煤層的瓦斯儲量總和，Mm3；——受采動影響后能夠向開采空間排放的各不可采煤層的瓦斯儲量，Mm3；——受采動影響后能夠向開采空間排放的圍巖瓦斯儲量，Mm3。其中（4-2）式中——礦井每一個可采煤層的煤炭儲量，Mt；——礦井每一個可采煤層的瓦斯含量，m3/t。（4-3）式中——受采動影響后能夠向開采空間排放瓦斯的不可采煤層的地質(zhì)儲量，Mt；——受采動影響后能夠向開采空間排放的不可采煤層的瓦斯儲量，m3/t。（4-4）式中——圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取=0.1?？紤]本設(shè)計的對象是六礦主采煤層為丁5-6煤層，固丁組煤層的瓦斯儲量的計算結(jié)果如表4-1所示。表4-SEQ表4-\*ARABIC1煤層和圍巖瓦斯總儲量Fig.4-1Totalreservesofcoalseamandsurroundingrockgas煤層儲量A（t）瓦斯含量X(m3/t)煤層瓦斯儲量W1（Mm3)圍巖瓦斯儲量W3（Mm3)丁5-62726.9萬7.38201.2520.124.2瓦斯抽采率根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達標暫行規(guī)定》（安監(jiān)總煤裝[2011]163號）第二十八條和第三十條規(guī)定，工作面瓦斯抽采率和礦井瓦斯抽采率按照表4-2和4-3取值。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2010）第一百九十條，采用預(yù)抽煤層瓦斯作為防突措施時，煤層瓦斯預(yù)抽率大于30%。表4-SEQ表4-\*ARABIC2采煤工作面瓦斯抽采率應(yīng)達到的指標Tab.4-2Standardofcoalface’sgasextractionrate工作面絕對瓦斯涌出量Q（m3/min）工作面瓦斯抽采率（%）5≤Q＜10≥2010≤Q＜20≥3020≤Q＜40≥4040≤Q＜70≥5070≤Q＜100≥60100≤Q≥70表4-SEQ表4-\*ARABIC3礦井瓦斯抽采率應(yīng)達到的指標Tab.4-3Standardofmine’sgasextractionrate礦井絕對瓦斯涌出量Q（m3/min）礦井瓦斯抽采率（%）Q＜20≥2520≤Q＜40≥3540≤Q＜80≥4080≤Q＜160≥45160≤Q＜300≥50300≤Q＜500≥55500≤Q≥60依據(jù)平煤六礦的實際情況，設(shè)計工作面抽采率為50%，掘進面抽采率為30%，采空區(qū)抽采率30%。4.3瓦斯可抽量(1)回采工作面本煤層預(yù)抽量預(yù)計在前面瓦斯參數(shù)測定中已知，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.055d-1，百米鉆孔初始瓦斯流量0.0816m3/min。從而，百米鉆孔在不同時間t內(nèi)可抽放瓦斯總量按下式（4-5）計算：（4-5）式中——百米在t時間內(nèi)可抽瓦斯總量，m3；——百米鉆孔初始瓦斯涌出量，m3/min；——鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，d-1；——抽放時間，d；具體計算結(jié)果如表4-4所示。表4-4不同抽放時間內(nèi)百米鉆孔排放瓦斯總量Tab.4-4Hundredsofmeterstotalboreholegasdrainageindifferentdrainagetime預(yù)抽時間(d)180270360抽放瓦斯總量（m3）16342.921743.8025866.72按預(yù)抽時間270天考慮，百米鉆孔在給定孔間距下所能達到的最大瓦斯抽放率由下式（4-6）計算：（4-6）式中η——預(yù)抽270天的瓦斯抽放率；L——鉆孔長度，m，L=95m；M——煤層平均厚度，m，M=3.4m；D——鉆孔抽放影響范圍（兩側(cè)影響寬度之和），m，取5m；γ——煤平均容重，t/，γ=1.36t/m3；X——煤層平均瓦斯含量，m3/t，X=22m3/t。經(jīng)計算，η=50%。按回采工作面平均走向長度1400m、單孔長度95m、鉆孔間距3m、預(yù)抽270天、瓦斯預(yù)抽率45%計算，工作面在預(yù)抽期內(nèi)平均抽放瓦斯量計算公式如（4-7）所示。（4-7）式中Q——預(yù)抽期間平均瓦斯抽放量，m3/min；L1——采煤工作面長度，m，；L2——預(yù)抽工作面平均走向長度，m，L2=1400m；M——煤層平均厚度，m，M=3.4m；γ——煤平均容重，t/，γ=1.36/m3；X——煤層平均瓦斯含量，m3/t，X=22m3/t；η——瓦斯抽放率，η=45%。代入各參數(shù)值，計算得Q=12.79m3/min。 (2)掘進工作面邊掘邊抽瓦斯量預(yù)計掘進工作面瓦斯抽放采用順層鉆孔條帶預(yù)抽煤層瓦斯的方式，根據(jù)我國煤巷掘進的實際情況，條帶預(yù)抽的抽放量可以達到掘進工作面瓦斯涌出量的20~50%，結(jié)合其他透氣性系數(shù)與衰減系數(shù)相當?shù)牡貐^(qū)掘進的經(jīng)驗，按瓦斯涌出量的30%預(yù)計抽放量，計算出丁5-6煤層掘進工作面的瓦斯抽放量共為1.72m3/min。(3)采空區(qū)瓦斯抽放量預(yù)計采空區(qū)預(yù)抽瓦斯量=工作面絕對瓦斯涌出量-本煤層預(yù)抽瓦斯量-風排量，經(jīng)計算得則采空區(qū)預(yù)抽瓦斯量為3.76m3/min。4.3可抽瓦斯量瓦斯可抽量是指在瓦斯儲量中在當前技術(shù)條件下能被抽出來的最大瓦斯量。其計算公式如（4-8）示。（4-8）式中——可抽瓦斯量，Mm3；——可抽系數(shù)。（4-9）式中——煤層瓦斯排放系數(shù)；——負壓抽采時抽采作用系數(shù)，=1.1~1.2；——礦井瓦斯抽采率，%。根據(jù)煤礦的實際情況，取W=221.37Mm3，=0.35，則丁組煤層的可抽瓦斯量為=77.48Mm3。4.4設(shè)計瓦斯抽采規(guī)模根據(jù)礦井生產(chǎn)能力和采掘接替安排，丁組煤層瓦斯抽采規(guī)模設(shè)計為1個回采工作面、1個備采面工作面和2個掘進工作面同時進行瓦斯抽采。丁組煤層瓦斯涌出量為75.13m3/min，煤層瓦斯抽采量為32.78m3/min。4.5設(shè)計瓦斯年抽采量礦井瓦斯年抽采量根據(jù)下式計算：（4-10）式中——瓦斯年抽采量，Mm3；——瓦斯抽采規(guī)模，m3/min。取=32.78m3/min，則煤礦平均瓦斯年抽采量為17.23Mm3。5瓦斯抽采5.1礦井瓦斯來源分析5.1.1礦井瓦斯涌出及構(gòu)成為了有效地治理瓦斯，每個礦井都要掌握影響瓦斯涌出的主要因素和各涌出來源在總量中所占的比重，這是礦井風量分配和日常瓦斯治理工作的基礎(chǔ)。按劃分目的的不同，對礦井瓦斯來源有3種劃分方式：1）按水平、翼、采取進行劃分，作為風量分配的依據(jù)之一；2）按掘進區(qū)、回采區(qū)和已采區(qū)來劃分，它是日常治理瓦斯工作的基礎(chǔ)；3）按開采區(qū)、鄰近區(qū)劃分，它是采煤工作面治理瓦斯工作的基礎(chǔ)。平煤六礦在開采期間瓦斯來源由以下三部分組成：回采工作面的瓦斯涌出量、掘進工作面的瓦斯涌出量和采空區(qū)(包括圍巖)的瓦斯涌出量。各瓦斯源涌出的瓦斯占礦井瓦斯的涌出比例與礦井的開采深度和礦井的生產(chǎn)接續(xù)布局、采掘強度等有關(guān)。瓦斯涌出量及其所占比例見表5-1所示。表5-SEQ表5-\*ARABIC1瓦斯涌出量分源表Tab.5-1Thesourceofgasemissionratetable丁5-6回采面丁5-6掘進面丁5-6采空區(qū)丁5-6采區(qū)瓦斯涌出量（m3/min）25.57×25.73×212.5375.13所占比列34%×27.6%×216.7%根據(jù)以上數(shù)據(jù)可看出回采面的瓦斯涌出量占了采區(qū)涌出量的絕大部分，是重點瓦斯治理區(qū)域，而掘進面和采空區(qū)也是需要治理的，這就為丁5-6煤層開采時的瓦斯抽采措施指明了方向。5.1.2回采工作面瓦斯涌出及構(gòu)成由于丁5-6煤層屬于被保護層，屬于后期開采，鄰近煤層的瓦斯涌出量對其影響比較小，可忽略不計，固回采工作面瓦斯來源主要是本煤層瓦斯。5.1.3采空區(qū)瓦斯涌出及構(gòu)成丁組煤層開采初期采空區(qū)瓦斯涌出量可能很小，但是隨著礦井生產(chǎn)時間的推移和礦井開采范圍的擴大，采空區(qū)瓦斯涌出量所占的比例勢必將逐漸增大，所以礦井在生產(chǎn)的中后期對于采空區(qū)瓦斯涌出的治理應(yīng)重點關(guān)注。5.2瓦斯抽采方法選擇5.2.1瓦斯抽采方法選擇依據(jù)抽采方法的選擇應(yīng)兼顧合法性、合理性、經(jīng)濟性，根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯來源、巷道布置、時間配合、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)、瓦斯利用要求等因素經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較確定，并應(yīng)符合下列要求：盡可能利用開采巷道抽采瓦斯，必要時可設(shè)專用布置鉆場、鉆孔的瓦斯抽采巷道；（1）適應(yīng)煤層的賦存條件及開采技術(shù)條件；（2）有利于提高瓦斯抽采率；（3）抽采效果好，抽采的濃度盡可能滿足利用要求；（4）盡量采用綜合瓦斯抽采方法；（5）抽采瓦斯工程系統(tǒng)簡單，有利于維護和安全生產(chǎn)，建設(shè)投資省，抽采成本低。開采層瓦斯抽采方法可按下列要求選擇：（1）容易抽采和可以抽采的煤層，宜采用本層預(yù)先抽采方法，可采用沿層或穿層布孔方式；（2）可以抽采及較難抽采的煤層，宜采用邊采邊抽方法；（3）單一較難抽采的高瓦斯煤層，可選用密集網(wǎng)格穿層鉆孔、交叉鉆孔、水力割縫、水力壓裂、松動爆破、深孔控制預(yù)裂爆破、高壓水射流擴孔等方法強化抽采。對煤與瓦斯突出嚴重的煤層，宜選擇穿層網(wǎng)格布孔方式；（4）煤巷掘進瓦斯涌出量較大的煤層，可采用邊掘邊抽或先抽后掘的抽采方法。5.2.2抽采方法選擇經(jīng)鑒定六礦丁5-6煤層屬突出煤層，同時根據(jù)六礦的實際煤層情況作為上保護層開采，先開采下部的戊組煤層，讓丁組煤層充分卸壓，并同時對丁5-6煤層進行本煤層瓦斯抽采，消除丁5-6煤層的突出危險性。丁5-6煤層瓦斯抽采主要采用順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，工作面上下順層鉆孔，采空區(qū)埋管抽放。5.3順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶在巷道掘進期間，兩幫每間隔30米施工一個鉆場，在巷道斷面和鉆場內(nèi)施工長鉆孔控制前方60m的煤體，為防止空白帶的出現(xiàn)，保持30米的超前距，丁組煤層都是緩傾斜煤層，按照防突規(guī)定，巷道兩側(cè)輪廓線外應(yīng)各控制至少15m。煤體的抽放半徑取2m，斷面上施工兩排交叉鉆孔，孔徑89mm，孔間距500mm，排間距1m，具體如圖5-1所示。

圖5-SEQ圖5-\*ARABIC1順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶示意圖Fig.5-1beddingboreholespumpingcoalseamgasSchematicAlleystrips

表5-SEQ表5-\*ARABIC2順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯鉆孔參數(shù)Tab.5-2Boreholedrillingalongpre-drawncoalLanestripcoalseamgasdrillingparameters孔號孔徑(mm)孔深(m)距中線距離(m)與腰線夾角(o)與中線夾角(o)1Φ8938.2517上仰0.57左偏19.072Φ8945.4817上仰1.24左偏16.613Φ8952.2717上仰0.57左偏14.974Φ8961.6117上仰1.24左偏13.135Φ8961.0914上仰0.57左偏10.856Φ8960.6711上仰1.24左偏8.537Φ8960.358上仰0.57左偏6.188Φ8960.15上仰1.24左偏3.819Φ8960.022上仰0.57左偏1.4310Φ89600上仰1.24011Φ8938.2517上仰0.57左偏19.0712Φ8945.4817上仰1.24左偏16.6113Φ8952.2717上仰0.57左偏14.9714Φ8961.6117上仰1.24左偏13.1315Φ8961.0914上仰0.57左偏10.8516Φ8960.6711上仰1.24左偏8.5317Φ8960.358上仰0.57左偏6.1818Φ8960.15上仰1.24左偏3.8119Φ8960.022上仰0.57左偏1.435.4回采工作面順層鉆孔抽采在丁5-6煤層回采工作面風巷和機巷沿煤層傾向并垂直于煤壁布置兩排瓦斯抽放鉆孔，孔徑89mm，由于工作面長度達到180，結(jié)合丁組煤的特性，由風巷向下打貫穿鉆孔不合適，抽采效果不理想，固選擇上下交叉鉆孔，上行孔孔深不少于100m、下行孔孔深不少于90m，鉆孔孔底交叉不少于10米，可消除采面空白帶。鉆孔布置如圖5-2所示圖5-SEQ圖5-\*ARABIC2順層鉆孔抽采示意圖Fig.5-2Beddingthesmokethedrillholelayoutplan5.5采空區(qū)埋管抽放上隅角插管瓦斯抽采是制造一個負壓區(qū)讓周圍瓦斯向負壓區(qū)流動，然后通過排放管路，抽采該區(qū)域的瓦斯，抽采管伸入上隅角長度及位置應(yīng)根據(jù)實際抽采效果不斷調(diào)整，為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m長的鎧裝軟管與主抽采管連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部(上部瓦斯?jié)舛容^高)，抽采軟管用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽采濃度，上隅角處應(yīng)采用擋風簾或其他擋風設(shè)施，提高抽采效果。負壓區(qū)在什么地方最合適，頂板巖性不同，頂板的冒落程度不同，對負壓區(qū)的選擇都將有較大影響，為了保證抽采點合適位置，使吸入口瓦斯?jié)舛容^高，在抽采管路負壓始端接一個帶4～8個分支的一段管路，分出幾個支管，支管出口接4時或6時膠皮軟管，軟管插入上隅角后呈發(fā)散排列，可提高抽采效果。隨著工作的推進，拆下前端一段主管路，移動抽采軟管，如此反復(fù)，如圖5-3所示。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC3上隅角瓦斯抽放示意圖Fig.5-3ReturnairlaneAngleburiedtubeextractionschemes5.6抽采鉆孔的密封5.6.1封孔深度根據(jù)《礦井瓦斯抽采規(guī)范》（AQ1027-2006）第7.5.4條和《礦井抽采瓦斯工程設(shè)計規(guī)范》（GB50471-2008）第5.5.3條的規(guī)定，在煤層中布置的鉆孔其密封深度不小于5m。5.6.2封孔材料根據(jù)《礦井瓦斯抽采工程設(shè)計規(guī)范》第5.5.2條的規(guī)定，平煤六礦順層鉆孔采用膨脹水泥或聚氨酯材料封孔；穿層鉆孔采用封孔器封孔。5.6.3封孔工藝（1）抽采管結(jié)構(gòu)抽采管結(jié)構(gòu)（見圖5-4。鉆孔抽采管為外徑42mm、壁厚2.5mm、長度6m的熱軋無縫鋼管，在管前端焊上鐵擋板，套上木塞和橡膠墊圈，距前端橡膠墊圈0.8m處，再套上橡膠墊圈和木塞，并用鐵絲纏緊固定，并在抽采管的0.8m間距內(nèi)固定一塊毛巾布（長度0.8m，寬度0.67m）。（2）封孔工序本封孔工藝為卷纏藥液法，其操作程序（見圖5-5）。先稱量出封一個鉆孔的甲、乙兩種藥液各0.5Kg，分別裝入兩個容器，再將藥液同時倒入混合桶中，立即用棒快速攪拌均勻，當藥液由黃褐色稍變?yōu)槿榘咨珪r，停止攪拌，將藥液均勻倒在毛巾布上，邊倒藥液邊向抽采管上纏繞毛巾布，并把卷纏好藥液的抽采管迅速插入鉆孔內(nèi)。大約5min后藥液開始發(fā)泡膨脹，20min停止發(fā)泡，逐漸硬化固結(jié)。為了避免抽采管因碰撞晃動而影響封孔質(zhì)量，孔口要用水泥沙漿將抽采管固定牢固，或用木楔楔緊。卷纏藥液法密封鉆孔（見圖5-6）。圖5-SEQ圖5-\*ARABIC4卷纏藥液法抽采管結(jié)構(gòu)Fig.5-4Windingliquormethoddrainagepipestructure1—鐵擋板；2—木塞；3—橡膠墊圈；4—毛巾布；5—鐵絲；6—抽采管圖5-SEQ圖5-\*ARABIC5卷纏藥液法封孔操作程序Fig.5-5Windingliquormethodofsealingoperationprocedurea—原液；b—混合；c—攪拌；d—涂布卷纏；e—插入鉆孔圖5-SEQ圖5-\*ARABIC6卷纏藥液法密封鉆孔Fig.5-7Windingliquidsealingdrilling1—鉆孔；2—聚氨酯密封段；3—水泥沙漿6抽采管路系統(tǒng)及選型計算管路選型的主要基礎(chǔ)資料是瓦斯抽采系統(tǒng)圖、瓦斯?jié)舛取⑼咚沽髁?、長度和器材設(shè)備手冊。本章將根據(jù)以上章節(jié)的計算結(jié)果和抽采系統(tǒng)圖，通過選型計算來確定抽采管路路線和型號，以及抽采管路的附屬裝置。6.1規(guī)定根據(jù)《AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范》，對瓦斯抽采管路有如下要求：第（5.4.1）條：抽采管路系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)符合下列要求：①抽采管路通過的巷道曲線段少、距離短，管路安裝應(yīng)平直，轉(zhuǎn)彎時角度不應(yīng)大于50°；②抽采管路系統(tǒng)宜沿回風巷道或礦車不經(jīng)常通過的巷道布置；若設(shè)于主要運輸巷內(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當抽采設(shè)備或管路發(fā)生故障時，管路內(nèi)的瓦斯不得流入采掘工作面及機電硐室內(nèi)；④盡可能避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁；⑤管徑要統(tǒng)一，變徑時必須設(shè)過渡節(jié)。第（5.4.2）條：抽采瓦斯管路的管徑應(yīng)按最大流量分段計算，并與抽采設(shè)備能力相適應(yīng)，抽采管路按安全流速為5~15m/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10％。第（5.4.3）條：當采用專用鉆孔敷設(shè)抽采管路時，專用鉆孔直徑應(yīng)比管道外形尺寸大100mm；當沿豎井敷設(shè)抽采管路時，應(yīng)將管道固定在罐道梁上或?qū)Ｓ霉芗苌?。第?.4.4）條：抽采管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負壓瓦斯管路阻力公式計算；局部阻力可用估算法計算，一般取摩擦阻力的10％~20％。第（5.4.5）條：地面管路布置：①不得將抽采管路和自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜及通訊電纜等敷設(shè)在同一條地溝內(nèi)；②主干管應(yīng)與城市及礦區(qū)的發(fā)展規(guī)劃和建筑布置相結(jié)合；③抽采管道與地上、下建（構(gòu)）筑物及設(shè)施的間距，應(yīng)符合《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定；④瓦斯管道不得從地下穿過房屋或其它建（構(gòu)）筑物，一般情況下也不得穿過其它管網(wǎng)，當必須穿過其它管網(wǎng)時，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定采取措施。6.2抽采管路選型計算6.2.1選型計算依據(jù)為最大限度地降低抽采系統(tǒng)運行成本，為今后提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定可靠的氣源，本礦井瓦斯抽采按照高低負壓雙系統(tǒng)設(shè)計：一套為高負壓抽采系統(tǒng)，主要抽采回采工作面和掘進工作面瓦斯，干管預(yù)計抽采濃度為30%；一套為負壓瓦斯抽采系統(tǒng)，主要抽取采空區(qū)瓦斯，預(yù)計抽采濃度為15%計算。根據(jù)《煤礦瓦斯抽采規(guī)范》(AQ1027-2006)和《礦井瓦斯抽采工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，瓦斯抽采管管徑按下式計算：（6-1）式中D——瓦斯抽采管內(nèi)徑，m；Q——抽采管內(nèi)混合瓦斯流量，m3/min；各類管路的流量應(yīng)按照其使用年限或服務(wù)區(qū)域內(nèi)的最大值考慮，并有1.2~1.8的富余能力；V——抽采管內(nèi)瓦斯平均流速，經(jīng)濟流速V＝5~12m/s。按照大管徑流速取大值、小管徑流速取小值，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)濟流速，混合瓦斯流量富裕系數(shù)取1.2。6.2.2管路選型計算本礦井主要瓦斯抽采管路系統(tǒng)的劃分：（1）丁5-6煤層高負壓抽采系統(tǒng)①回風大巷為本煤層主管Ⅰ；②丁5-6-21110回采工作面軌道順槽為支管路1；③丁5-6-21110回采工作面膠帶順槽為支管路2；④丁5-6-22190備采工作面軌道順槽為支管路3；⑤丁5-6-22190備采工作面膠帶順槽為支管路4；⑥丁5-6-22220軌道順槽掘進面為支管路5；⑦丁5-6-22220膠帶順槽掘進面為支管路6。（2）丁5-6煤層低負壓抽采系統(tǒng)①回風上山、總回風巷、井下固定泵站為主管Ⅰ；②21110回采面上隅角為支管路Ⅰ。根據(jù)各瓦斯抽采管內(nèi)預(yù)計的瓦斯流量，可參考表6-3選擇本煤層抽放管徑，式（6-1）計算選擇的瓦斯抽采管管徑如表6-1和表6-2所示（為了避免掘進后進行本煤層預(yù)抽時再次更換管路，固掘進面的管路直接選擇250mm）。

表6-SEQ表6-\*ARABIC1高負壓瓦斯抽采管徑計算結(jié)果表Tab.6-1Thecalculationresultsofthegasextractionpipediameterunderhighnegativepressure管路名稱純瓦斯流量(m3/min)瓦斯?jié)舛?%)混合瓦斯流量(m3/min)氣體流速(m/s)管道內(nèi)徑(m)應(yīng)選管徑(mm)備注干管Ⅰ29.0430116.16120.453Φ475回風大巷支管Ⅰ6.43521.94100.216Φ250回采面軌道順槽支管Ⅱ6.43521.94100.216Φ250回采面膠帶順槽支管Ⅲ6.43521.94100.216Φ250備采面軌道順槽支管Ⅳ6.43521.94100.216Φ250備采面膠帶順槽支管Ⅴ1.72355.980.125Φ250軌道順槽掘進面支管Ⅵ1.72355.980.125Φ250膠帶順槽掘進面?zhèn)渥ⅲ焊晒堍襁x用螺旋縫自動埋弧焊接鋼管；所有支管選用聚乙烯管。表6-SEQ表6-\*ARABIC2低負壓瓦斯抽采管管徑計算結(jié)果Tab.6-2Thecalculationresultsofthegasextractionpipediameterunderlownegativepressure抽采管類別純瓦斯流量（m3/min）瓦斯?jié)舛龋?）混合瓦斯量（m3/min）氣體流速(m/s)管道內(nèi)徑（m）應(yīng)選管徑（mm）備注干管Ⅰ3.761529.680.280Φ300回風上山至井下固定泵站支管Ⅰ3.761529.680.280Φ300工作面采空區(qū)備注：干管Ⅰ選用螺旋縫自動埋弧焊接鋼管；所有支管選用聚乙烯管。表6-SEQ表6-\*ARABIC3參考資料：標準抽采管路內(nèi)徑規(guī)格Tab.6-3Resources:standardextractionpipediameterspecifications序列12345678910內(nèi)徑（mm）25385075100125150175200225序列11121314151617181920內(nèi)徑（mm）2502753003253503754004254504756.2.3抽采管路阻力計算（1）管路摩擦阻力計算計算直管摩擦阻力，可按下式（6-2）計算：

（6-2）式中Hm——阻力損失，Pa；L——直管長度，m；Q——瓦斯流量，m3/h；D——管道內(nèi)徑，cm；γ——混合瓦斯對空氣的相對密度，見表6-4；K0——系數(shù)，見表6-5。表6-SEQ表6-\*ARABIC4在0℃及105Pa氣壓時的γ值Tab.6-4Thevalueofγintheconditionof0℃and105Pa瓦斯?jié)舛?0123456789010.9960.9910.9870.9820.9780.9730.9690.9640.960100.9550.9510.9470.9420.9380.9330.9290.9240.9200.915200.9110.9060.9020.8980.8930.8890.8840.8800.8750.871300.8660.8620.8570.8530.8480.8440.8400.8350.8310.826400.8220.8170.8130.8080.8040.7990.7950.7910.7860.782500.7770.7730.7680.7640.7590.7550.7500.7460.7420.737600.7330.7280.7240.7190.7150.7100.7060.7010.6970.693700.6880.6840.6790.6750.6700.6660.6610.6570.6520.648800.6440.6390.6350.6300.6260.6210.6170.6120.6080.603900.5990.5950.5900.5860.5810.5770.5720.5680.5630.5591000.554—————————表6-SEQ表6-\*ARABIC5不同管徑的系數(shù)K0值Table6-5ThecoefficientK0valueofdifferentdiameters通稱管徑(mm)152025224050K0值0.460.470.480.490.500.52通稱管徑(mm)7080100125150>150K0值0.550.570.620.670.700.71（2）管道局部阻力計算局部阻力可用估算法計算，一般取摩擦阻力的10%~20%。管路系統(tǒng)長，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜或主管管徑較小者，可按上限取值，反之則按下限取值。這里，局部阻力按摩擦阻力的15%計算，即按式（6-3）計算。（6-3）式中——瓦斯抽采管路局部阻力，Pa。為保證選用的瓦斯抽采泵能滿足抽采系統(tǒng)最困難時期所需抽采負壓，應(yīng)根據(jù)礦井生產(chǎn)時期，瓦斯抽采系統(tǒng)中管路最長、流量最大、阻力最高的抽采管線來計算礦井抽采系統(tǒng)總阻力。由于各個支路之間是并聯(lián)的關(guān)系，所以在每個系統(tǒng)中，選取阻力最大的的那條支路進行礦井總阻力計算。①礦井高負壓瓦斯抽采路線為：回采工作面膠帶順槽（1800m）→采區(qū)上部車場繞道（157m）→專用回風巷（1700m）→回風大巷（408m）→風井井筒（768m）→地面抽采泵站（150m）。支管取0.866，主管取0.844，取0.71，管路阻力計算見表6-6所示。②礦井低負壓瓦斯抽采路線為：回采工作面上隅角（1804m）→采區(qū)上部車場繞道（157m）→專用回風巷（1700m）→回風大巷（408m）→風井井筒（768m）→井下固定泵站（150m），主支管都取0.933，取0.71，管路阻力計算見表6-7所示。表6-SEQ表6-\*ARABIC6高負壓抽采系統(tǒng)管路阻力計算結(jié)果表Tab.6-6Thecalculationresultsofthepipelineresistanceunderhighnegativepressure序號管路名稱長度（m）流量（m3/min）管內(nèi)徑（mm）摩擦阻力（Pa）局部阻力（Pa）管路阻力（Pa）1干管Ⅰ3026116.16Φ475310646635722支管Ⅰ195721.94Φ250723510858320合計4983——10341155111892表6-SEQ表6-\*ARABIC7低負壓抽采系統(tǒng)管路阻力計算結(jié)果表Tab.6-7Thecalculationresultsofthepipelineresistanceunderlownegativepressure序號管路名稱長度（m）流量（m3/min）管內(nèi)徑（mm）摩擦阻力（Pa）局部阻力（Pa）管路阻力（Pa）1干管Ⅰ302629.6Φ300301545234672支管Ⅰ196129.6Φ30050587595817合計4987——8073121192846.3管路連接與敷設(shè)要求（1）管路連接要求=1\*GB3①抽采管路5m一根，加膠墊法蘭連接；=2\*GB3②管路連接必須可靠，氣密性好，不漏氣；=3\*GB3③在巷道轉(zhuǎn)彎處，可用與干管直徑匹配的橡膠軟管連接，或加工專用的彎管連接，角度不小于90°；=4\*GB3④管徑要統(tǒng)一，變徑時須設(shè)過渡節(jié)。（2）管路敷設(shè)要求①為了防止瓦斯管銹蝕，安裝前應(yīng)對管內(nèi)外涂抹防腐劑。防腐劑可用經(jīng)過熱處理的瀝青、油漆和紅丹等。②在巷道敷設(shè)管路必須用可縮木支墊，以防底板隆起折損管路。墊木高度不應(yīng)小于0.3m，并保證每節(jié)管子下面有兩個托木。③在敷設(shè)傾斜管路時，為了防止管子下滑，應(yīng)采用管卡將管子固定在巷道支架上，管卡間距根據(jù)巷道傾角α而定，一般α不小于30o時，為15～20m。④管路敷設(shè)應(yīng)盡量將管道敷設(shè)平直，坡度一致，盡量減少彎頭、氣門等附屬管件，避免急轉(zhuǎn)彎。⑤敷設(shè)運輸巷道的管路時，應(yīng)將其牢固地懸掛（或架）在專用支架上，且管路高度應(yīng)不小于1.8m，以便行人和運輸。⑥根據(jù)巷道高低、進、回風巷溫度有明顯差別等情況，敷設(shè)管路時應(yīng)創(chuàng)造排除管中積水的條件。⑦井下敷設(shè)管路，一般采用法蘭盤或快速接頭接合、法蘭盤中間應(yīng)夾有膠皮墊，且墊的厚度最好不小于5mm。⑧凡是新敷設(shè)的瓦斯管路都要進行漏氣檢驗。檢驗方法可采用負壓方法試驗或用SF6撿漏儀檢測。6.4鉆孔與抽采管路連接鉆孔抽采管通過連接膠管與抽采管路連接，連接方式（見圖6-1）。各連接部件的規(guī)格如下：（1）鉆孔抽采管2，為外徑56mm、壁厚2.5mm、長度6m的抗靜電阻燃膠管；（2）連接膠管4，為內(nèi)徑38mm的夾布吸水膠管，長度根據(jù)需要而定；（3）取樣裝置5，由聚乙烯管1、紫銅管2和細膠管3組成，其結(jié)構(gòu)（見圖6-2）；聚乙烯管外徑50mm、長度250mm；紫銅管內(nèi)徑4mm，高度30mm；細膠管內(nèi)徑4mm，長度100～150mm；（4）控制閥門6，為公稱直徑40mm的截止閥；（5）連接短節(jié)7，其結(jié)構(gòu)（見圖6-3）；圖6-SEQ圖6-\*ARABIC1鉆孔與抽采管路的連接Fig.6-1Drillingandextractionpipingconnection1—煤層；2—鉆孔抽采管；3—封孔材料；4—連接膠管5—取樣裝置；6—控制閥門；7—連接短節(jié)；8干管圖6-SEQ圖6-\*ARABIC2取樣裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.6-2Samplingdevicestructure圖6-SEQ圖6-\*ARABIC3連接短節(jié)結(jié)構(gòu)圖Fig.6-3Connectthestructureoftheshortsection6.5抽采管路附屬裝置為了掌握各抽采地點的瓦斯涌出量，瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r，便于調(diào)節(jié)管路系統(tǒng)內(nèi)的負壓和流量，在管路上應(yīng)安裝閥門、流量計和放水器等附件。（1）閥門瓦斯抽采管路和鉆場連接管上均應(yīng)安裝閥門，主要用來調(diào)節(jié)和控制各抽采點的抽采量,抽采濃度和抽采負壓等。（2）放水器在抽采管路系統(tǒng)最低點安裝人工或自動放水器，及時放空抽采管路中的積水，提高系統(tǒng)的抽采效率，在排氣端低凹處安裝正壓放水器。為減少瓦斯抽采成本，建議采用人工放水器（見圖6-4、圖6-5）。也可以使用負壓自動放水器。（3）除渣器在抽采源頭附近，如回采工作面、掘進工作面入口處應(yīng)安裝除渣器，以清除高負所帶入管道內(nèi)的粉塵雜物等殘渣。計量裝置及抽采參數(shù)測定井下負壓管路系統(tǒng)普遍采用孔板流量計進行計量。在使用孔板流量計時要注意孔板與瓦斯管道的同心度，不能裝偏。在鉆場內(nèi)使用孔板流量計時，應(yīng)保證孔板前后各1m段平直，不要有閥門和變徑管。在抽采瓦斯管末端安裝孔板流量計時，應(yīng)保證孔板前后各5m段平直,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，測定抽采管路中的抽采負壓可采用水銀計，抽采管路中的瓦斯?jié)舛瓤刹捎秘搲何鼩馔埠透邼舛韧咚箼z定器?？装辶髁坑媰蓚?cè)的測壓孔使用膠管分別與U形壓差計(煤礦自備，長1000mm)連接。根據(jù)水銀壓差計測定的負壓，壓差和高濃度瓦斯檢測儀監(jiān)測的抽采管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛染涂梢酝ㄟ^公式來計算瓦斯抽采量。圖6-SEQ圖6-\*ARABIC4人工負壓放水器Fig.6-4Artificialnegativepressurewater圖6-SEQ圖6-\*ARABIC5高負壓人工放水器安裝示意圖Fig.6-5HighnegativepressureartificialextractioninstalledSchematicdiagram（a）臥式，（b）立式1-瓦斯管路；2-放水器閥門；3-空器入口閥門；4-放水閥門；5-放水器；6-法蘭盤7抽采設(shè)備選型抽采設(shè)備主要是瓦斯抽采泵，還有就是抽采系統(tǒng)的附屬裝置。本章將詳細介紹抽采泵的選型、抽采系統(tǒng)的附屬裝置的選定，是本設(shè)計中重要的一部分。7.1抽采泵的選型一般情況下，要選擇抽采泵，首先要選型，然后是選擇流量和壓力。需結(jié)合礦井的具體條件，并結(jié)合各種類型抽采泵的特性、優(yōu)缺點及其適用條件來選擇適合礦井的瓦斯泵類型。7.1.1抽采泵的類型確定（1）抽采泵的選型原則①抽采泵的流量必須滿足礦井抽采期間預(yù)計最大瓦斯抽采量的要求；②在抽采期間，抽采泵的負壓必須能克服管路系統(tǒng)的最大阻力；③抽采泵要具有良好的氣密性。（2）抽采泵的選型依據(jù)抽采泵的選型計算必須具備下列資料：①抽采管路所經(jīng)過的巷道系統(tǒng)圖，并標明巷道長度；②預(yù)計的礦井抽采瓦斯總量和各個分區(qū)的抽采瓦斯量（純瓦斯）；③礦井利用瓦斯時瓦斯?jié)舛炔坏陀?0%，④瓦斯綜合利用的特殊要求等。（3）抽采泵類型確定目前國內(nèi)使用的抽采泵大致分為三類：①水環(huán)式真空泵，②離心式鼓風機，③回轉(zhuǎn)式鼓風機?？紤]到六礦丁組煤層透氣性較差、抽采量不穩(wěn)定的特點，考慮到低瓦斯?jié)舛葧r的安全性，采用水環(huán)式真空泵作為瓦斯抽采泵。該方案的優(yōu)點是：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，工作輪內(nèi)充滿水，起防爆、阻焰作用，安全性高。7.1.2抽采泵的容量計算礦井瓦斯泵容量的計算，包括兩項內(nèi)容：一是流量的計算，二是壓力的計算。根據(jù)計算出來的流量和壓力，可選擇所需要的瓦斯泵。抽采泵的選型計算包括泵的流量和壓力計算。（1）抽采泵流量計算標準狀態(tài)下的抽采泵流量計算：根據(jù)《煤礦瓦斯抽采規(guī)范》（AQ1027—2006）D3.1條和《礦井瓦斯抽采工程設(shè)計規(guī)范》D6.6.4條，在標準狀態(tài)下計算抽采泵流量時，瓦斯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；——礦井最大瓦斯抽采總量，m3/min；——瓦斯泵入口處的瓦斯?jié)舛龋?；——瓦斯泵的機械效率，一般取=0.8；——抽采能力富余系數(shù)，取K=1.2。1）高負壓抽采系統(tǒng)設(shè)計瓦斯抽采泵的計算丁5-6煤層高負壓管路純瓦斯抽采量為29.08m3/min，混合瓦斯?jié)舛?0%，則瓦斯抽采泵的流量=145.2m3/min。2）低負壓抽采系統(tǒng)設(shè)計瓦斯抽采泵的計算丁5-6煤層低負壓管路純瓦斯抽采量為3.76m3/min，混合瓦斯?jié)舛?5%，則瓦斯抽采泵的流量=37.6m3/min。（2）瓦斯泵壓力計算瓦斯抽采泵壓力，必須能克服抽采管路系統(tǒng)總阻力損失和保證鉆孔有足夠的負壓，以及能滿足泵出口正壓之需求。瓦斯抽采泵壓力按下式計算：（7-2）式中H——瓦斯抽放壓力，Pa；K——壓力備用系數(shù)，取K=1.2；——井上、下管路最大總摩擦阻力損失，Pa；——井上、下管路最大總局部阻力損失，Pa；——井下負壓段管路全部阻力損失，Pa；——井上正壓段管路全部阻力損失，Pa；——井下負壓段管路摩擦阻力損失，Pa；——井下負壓段管路局部阻力損失，Pa；——抽采鉆孔所需負壓，高負系統(tǒng)壓取15kPa，低負壓取3kPa；——井上正壓段管路摩擦阻力損失，Pa；——井上正壓段管路局部阻力損失，Pa；——瓦斯泵出口正壓，Pa，高負壓系統(tǒng)取5kPa，低負壓統(tǒng)取1kPa。1）高負壓抽采系統(tǒng)設(shè)計瓦斯抽采泵壓力計算結(jié)果為：H高=1.20×(15000+10341+1551+5000)=38270.4Pa2）低負壓抽采系統(tǒng)設(shè)計瓦斯抽采泵壓力計算結(jié)果為：H低=1.20×(3000+8073+1211+1000)=15940.8Pa（3）瓦斯抽放泵真空度計算（7-3）式中i—瓦斯抽放泵的真空度，%；H泵—瓦斯抽放泵提供的最大負壓，Pa。1）高負壓抽采系統(tǒng)設(shè)計瓦斯抽采泵壓力計算結(jié)果為：i高=100×38270.4/101325=37.772）低負壓抽采系統(tǒng)設(shè)計瓦斯抽采泵壓力計算結(jié)果為：i低=100×15940.8/101325=15.73（4）瓦斯抽放泵工況壓力計算（7-4）式中——抽采泵工況壓力，Pa；——抽采泵站的大氣壓力，Pa；——抽采系統(tǒng)壓力，Pa。綜合上述，礦井兩瓦斯抽采系統(tǒng)瓦斯抽采泵參數(shù)計算結(jié)果如表7-1。表7-SEQ表7-\*ARABIC1瓦斯泵參數(shù)計算結(jié)果Tab.7-1Thecalculationresultsofthegaspumpparameter瓦斯抽采系統(tǒng)抽放泵流量（m3/min)大氣壓力Pd(Pa)抽采系統(tǒng)壓力(Pa)i（%）工況壓力Pg（Pa）高負壓抽采系統(tǒng)145.210132538270.437.7763054.6低負壓抽采系統(tǒng)37.610132515940.815.7385384.6根據(jù)抽采設(shè)備的選型原則和前面計算的瓦斯抽采泵所需抽采流量（Q），泵壓力（H）和真空度(i)，考慮到抽采設(shè)備的工作特性以及抽采期間設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)，礦井預(yù)留較大的抽采能力。同時，結(jié)合《煤礦瓦斯抽采達標基本規(guī)定》中要求，要優(yōu)先選擇高負壓大流量水環(huán)式真空泵，瓦斯抽采泵和管網(wǎng)的能力要留有足夠的富余系數(shù)，抽放泵的裝機能力應(yīng)為需要抽采能力的2倍。7.1.3抽采泵型號確定目前國內(nèi)使用的瓦斯泵類型主要有：（1）離心式鼓風機；（2）回轉(zhuǎn)式鼓風機(包括羅茨鼓風機、葉式鼓風機、滑板式壓氣機等)；（3）水環(huán)真空壓縮機；（4）往復(fù)式壓氣機(只用于地面正壓輸送瓦斯)。各類瓦斯泵的特點及適用條件見表7-2。綜合以上條件，針對不同型號瓦斯抽放的比較，考慮到地面泵房的實際，高低負壓抽采系統(tǒng)都選用采用2BEC-52水環(huán)真空泵（詳細參數(shù)見表7-3）。高負壓抽放泵轉(zhuǎn)速為300r/min，低負壓抽采系統(tǒng)選擇轉(zhuǎn)速為260r/min。在地面抽放泵站配備三臺，其中兩臺進行抽采，一臺備用。

表7-SEQ表7-\*ARABIC2各類瓦斯泵的特點及適用條件Tab.7-2Featuresandapplicableconditionsinvarioustypesofgaspumps類型優(yōu)點缺點適用條件離心式鼓風機1運轉(zhuǎn)可靠,不易出故障；2運行平穩(wěn),供氣均勻,便于維修,保養(yǎng),使用壽命長;3流量大,最大可達1200m3/min。1工作效率低,兩臺并聯(lián)運轉(zhuǎn),性能較差;2相同的功率,流量,壓力與回轉(zhuǎn)式鼓風機相比,成本高1.5~2倍。1適用于瓦斯流量大(800~1200m3/min),負壓要求高(4000~50000Pa)的抽放瓦斯礦井;2可作為正壓鼓風輸往用戶,同時又可作為負壓抽出瓦斯?；剞D(zhuǎn)式鼓風機1流量不受阻力變化的明顯影響,接近一個常數(shù);2運行穩(wěn)定,供氣均勻,效率高,便于保養(yǎng);3相同功率,流量和壓力的瓦斯泵成本只是離心泵的70~80%1檢修工藝復(fù)雜,機械加工要求較高;2運轉(zhuǎn)中噪音大;3壓力高時,漏氣大,磨損較嚴重;4轉(zhuǎn)子表面易粘灰塵,需定期清洗1因壓力改變時流量不變,故適用于用戶要求流量穩(wěn)定的工藝過程;2適用于瓦斯流量大(1~600m3/min),負壓高(20000~90000Pa)的抽放瓦斯礦井;3空氣冷卻的鼓風機適用于缺水的地方水環(huán)式真空壓縮機1真空度高,且可正壓輸出;2工作水不斷帶走氣體壓送時產(chǎn)生的熱量,泵不會升溫發(fā);,當抽出瓦斯?jié)舛冗_到爆炸界限時,沒有爆炸危險;3結(jié)構(gòu)簡單,運轉(zhuǎn)可靠,平穩(wěn),供氣均勻;4將負壓抽出和正壓輸出合二為一,一般不需另設(shè)正壓輸出設(shè)備。需要提供工作水1單機瓦斯抽出量由1.8~450m3/min,適用范圍廣,煤層透氣性低,管路阻力大,需要高負壓抽放的礦井;2適用于負壓抽出瓦斯;3適用于瓦斯?jié)舛冉?jīng)常變化的礦井,特別適用于濃度變化較大的鄰近層抽放礦井往復(fù)式壓氣機1最大特點是加壓能力大,最大出口壓力可達800kPa;2流量只與轉(zhuǎn)數(shù)成正比,而與壓力無直接關(guān)系1機械體積大,重量大,占地多,造價高;2供氣不均勻,有沖擊震動和脈動;3有曲柄,聯(lián)桿裝置,不能直接與電動機連接,轉(zhuǎn)速低;4活塞與氣缸摩磨損快1適用于輸出流量不大(50m3/min以下),但需要高壓(400~600kPa),輸送瓦斯的礦井;2只用于正壓輸送瓦斯,不能作為負壓抽出瓦斯用

表7-32BEC52型水環(huán)真空泵性能參數(shù)Tab.7-32BEC67Waterringvacuumpumpperformanceparameters泵型最低吸入絕壓（hpa）吸氣量（m3/min）最大軸功率（Kw）電機功率（Kw）轉(zhuǎn)速(r/min)2BEC-52160178.3172200260205.0210250300233.3245280340256.7288315380280.0337400420311.74125004707.2抽采系統(tǒng)附屬裝置7.2.1防回火、防爆裝置六礦地面抽采站進氣端安裝有水封式防爆防火裝置（見圖7-1），采用的防爆、防回火裝置滿足安全要求，能夠起到防回火、防爆炸的功能。圖7-SEQ圖7-\*ARABIC1水封式防爆、防回火裝置Fig.7-1Water-sealedexplosion-proof,anti-temperingdevice1-入口瓦斯管；2-出口瓦斯管；3-水封罐；4-橡膠蓋(膠皮板)；5-注水管口；6-水位計；7-支承柱；8-放水管。7.2.2計量裝置地面瓦斯抽采泵站的瓦斯流量、瓦斯?jié)舛?、負壓、溫度等參?shù)測定需要安裝計量裝置進行計量，一般可采用孔板流量計進行計量，或者采用新型的WYS型管道氣體參數(shù)監(jiān)測儀進行測定。WYS型管道氣體參數(shù)監(jiān)測儀可用于煤