矿井瓦斯防治课件第六章煤层瓦斯抽放

矿井瓦斯防治课件第六章煤层瓦斯抽放第1页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页①当工作面用通风方法无法将瓦斯冲淡到规定的浓度时，应考虑抽放瓦斯。②开采解放层并具有抽放瓦斯系统的矿井，应抽放被解放层的卸压瓦斯。抽放近距离解放层的瓦斯，可减少卸压瓦斯涌入解放层工作面和采空区，保证解放层安全顺利地回采；抽放远距离被解放层的瓦斯，可以扩大解放范围与程度。③无解放层可采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用。④开发利用瓦斯资源，变害为利。抽放瓦斯的目的包括：第2页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2．新建抽放瓦斯矿井应同时具备的条件①一个回采工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min；②矿井的瓦斯涌出量大于15m3/min；③矿井抽放瓦斯总流量应稳定在4m3/min以上。抽放瓦斯系统的服务年限一般应在10年以上。当抽放量稳定，瓦斯浓度在30％以上，应该考虑利用瓦斯。目前已有低浓度的瓦斯发电机组研制成功，为低浓度的瓦斯利用提供了条件。第3页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

申报抽放和利用瓦斯的矿井应提出抽放和利用瓦斯可行性研究报告。当采区或工作面未抽放瓦斯时的瓦斯涌出量I(m3/min)大于通风所允许排出的瓦斯涌出量Ip(m3/min)时；应考虑抽放瓦斯。该报告的主要内容包括：矿井地质、开拓与开采方式、通风与瓦斯状况、矿井瓦斯来源、瓦斯储量、可抽瓦斯量、稳定抽放量、抽放目的、抽放瓦斯方案、利用瓦斯方式与服务年限、规模与技术经济合理性的综合评价等。4．抽放和利用瓦斯可行性研究报告的主要内容第4页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页§6—2抽放瓦斯设计的基础资料与参数1．矿井概况矿井煤炭储量及勘探程度、煤层赋存条件、矿井生产能力、巷道布置、开采方法、通风状况，矿井瓦斯涌出量、瓦斯来源分析、特殊瓦斯涌出情况、瓦斯危害安全生产严重程度等。2.瓦斯基础参数瓦斯基础参数包括；煤层瓦斯含量、瓦斯储量、可抽瓦斯量、抽放率、煤层透气系数、百米钻孔瓦斯流量衰减系数等。第5页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页1)瓦斯储量的计算矿井瓦斯储量系指矿田开采过程中能够向矿井排放的煤(岩)所储存的瓦斯量：

W＝W1+W2+W3+W4(6-1)式中W——矿井瓦斯储量，m3；W1——可采煤层的瓦斯储量，m3；W2——局部可采煤层的瓦斯储量，m3；W3——采动影响范围内不可采邻近煤层的瓦斯储量，m3；W4——采动影响范围内的围岩瓦斯储量，m3。各煤、岩层的瓦斯储量为：

Wi＝AiXi式中Ai——含瓦斯煤层i或围岩i的地质储量，t；Xi——煤层或围岩i的瓦斯含量，m3/t。第6页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)可抽瓦斯量概算可抽瓦斯量是指瓦斯储量中可能被抽放出来的瓦斯量，可按以下公式概算：

Wk＝Wdk/100(6-2)式中Wk——矿井可抽瓦斯量，m3；

W——矿井瓦斯储量，m3；

dk——矿井抽放率，％。第7页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3)抽放率

(1)矿井(或采区)抽放率矿井(或采区)抽放率是指矿井(或采区)的抽出瓦斯量占其风排瓦斯量与抽放瓦斯量之和的百分比，即：

dk＝100Qkc/(Qky+Qkc)(6-3)式中dk——矿井抽放率，％，

Qky——矿井风排瓦斯量，m3/min；

Qkc——矿井抽放瓦斯量，m3/min。第8页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页(2)工作面本开采层的抽放率开采层的抽放率是指从开采层抽出的瓦斯量占开采层涌出及其抽出瓦斯量的百分比，即：

dB＝100QBc/(QBc+QBy)(6-4)式中dB——开采层(本层)的抽放率，％；

QBC——从开采层抽出的瓦斯量，m3/min，

QBy——开采层涌出的瓦斯量，m3/min。第9页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页(3)工作面邻近层的抽放率邻近层的抽放率是指从邻近层抽出的瓦斯量占邻近层涌出及其抽出量之百分比，即

dL＝100QLc/(QLc+QLy)(6-5)式中dL——邻近层的抽放率，％；QLy——从邻近层涌出的瓦斯量，m3/min；QLc——从邻近层抽出的瓦斯量，m3/min。(4)工作面总抽放率工作面总抽放率是指从工作面开采层与邻近层抽出的瓦斯量占其涌出及其抽出量的百分比，即

dG＝100(QLc+QBc)/(QLc+QLy+QBc+QBy)第10页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4)钻孔瓦斯流量衰减系数不受采动影响条件下，煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特性系数称钻孔瓦斯流量衰减系数。用于评价煤层预抽瓦斯难易程度，其计算公式如下：

qt＝q0e-βtβ＝(lnq0－lnqt)/t式中qt——百米钻孔经t日排放时的瓦斯流量，m3/(min.100m)；q0——百米钻孔成孔初始时的瓦斯流量，m3/(min.100m)；t——钻孔涌出瓦斯经历时间，d；β——钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1。选择具有代表性的地区，打钻孔测定q0，经过t日(10日以上)，再测定qt，代入公式即得β值。第11页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页5)煤层透气系数及人工增透方法为了增加低透煤层的透气系数，国内外进行了不少探索。这些探索可以归纳为三类：一类是设法从煤层取出一部分物质，形成空洞，造成裂隙与孔隙的再分布、张开并形成新的裂缝，例如注入酸液以溶蚀煤内的碳酸盐，注入煤的溶剂或使煤局部液化，水力割缝等；第二类，注入高压水或压气，将煤压裂，然后注入支撑剂将裂隙支撑起来；第三类，对煤体进行爆破或水力破裂，当存在自由面时，因煤体内裂隙容积扩展较大，增透效果显著。水力破裂是用高压水把煤体压裂，但不注入支撑剂，在破裂区内另打孔进行抽放，这时抽放量可增大50～60％。第12页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

根据煤层可抽放瓦斯的难易程度可以划分为容易抽放，勉强抽放和难以抽放三种类型，。容易抽放与勉强可以抽放煤层，一般在未卸压条件下即可抽放瓦斯；难以抽放煤层一般应采取密集钻孔或专门的或采动卸压措施，才能进行抽放。3．煤层可抽放性分类第13页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页§6—3抽放瓦斯方法及工艺参数1.抽放类型、方法和适用条件

1)抽放类型按空间对象分，有开采层、邻近层、采空区和围岩抽放；按是否卸压来分，有未卸压和卸压抽放；按时间来分，有采(掘)前预抽、边掘边抽、边采边抽和采后抽放。

2)抽放方法抽放瓦斯方法是指汇集瓦斯工程的施工方法，它可以分为钻孔法，巷道法和综合法。第14页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3)各种抽放方法的适用条件第15页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第16页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页1)未卸压煤层抽放瓦斯工程的布置2.抽放瓦斯工程的布置第17页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第18页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第19页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第20页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第21页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第22页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第23页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)卸压煤层抽放瓦斯工程的布置第24页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第25页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第26页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第27页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第28页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页高抽巷抽放布置第29页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3.未卸压煤层抽放钻孔参数1)钻孔直径孔径大，钻孔暴露煤面积亦大，则钻孔瓦斯涌出量也较大。据阳泉一矿3号煤层测定结果表明，孔径由73mm提高到300mm，钻孔的暴露面积增至4倍，而钻孔抽放量仅增至2.7倍。日本赤平煤矿孔径由65mm增至120mm，抽放瓦斯量增加到3.5倍。孔径应根据钻机性能，施工速度与技术水平，抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定，目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为60～ll0mm。第30页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)钻孔长度单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系，在钻机性能与施工技术水平允许的条件下，尽可能采用长钻孔以增加抽放量和效益。3)钻孔间距与抽放时间钻孔有效排放半径是指在规定的排放时间内，在该半径范围内的瓦斯压力或瓦斯含量降到安全容许值。钻孔间距应略小于或等于钻孔有效排放半径的2倍。钻孔的有效排放半径是排放瓦斯时间T，最大容许瓦斯压力Py和煤层透气系数λ的函数。第31页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第32页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

图6-1(a)表明，在不同排放时间T时，钻孔周围瓦斯压力随半径的增加而增加。随着远离钻孔，其瓦斯压力越来越接近原始压力值；随着排放时间的增加，排放半径也逐渐扩大，但是，排放半径增大的速度越来越小；到某一临界时间Tj时，排放半径巳接近极限值，此后，再延长抽放时间是无意义的。第33页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第34页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页从图6-1(b)看出，煤层透气系数越低，其排放半径越小，透气性特别低的煤层如不采取增加透气性措施不宜采用钻孔抽放，因为其有效排放半径太小。综上可知，只有确定了排放时间，最大容许瓦斯压力和煤层透气系数(或钻孔瓦斯流量衰减系数)之后，才能确定钻孔的有效排放半径。第35页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

钻孔排放时间可由采、掘、开(拓)的接替关系给出的时间来确定，但最大值为Tj，当排放时间达到Tj时，钻孔的瓦斯流量巳趋于枯竭，Tj可按下式确定：Ｔj＝3/β式中Tj——排放时间的临界值(这时钻孔累计排放的瓦斯量巳达其极限排放量的95％)，d；

β——钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1。最大容许瓦斯压力由排放瓦斯的目的来确定：如果为了防止瓦斯突出，此值可取丧失突出危险的瓦斯压力安全值；如果为了防止风流中瓦斯浓度超限，可按不超限的煤层残余瓦斯含量时的瓦斯压力来确定。第36页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

表6-5列出孔间距选用参考值，实际设计过程中按煤层的透气性系数选择相应的钻孔间距，抽放时间较短而煤层透气系数较低时取小值，否则取较大值。也可以按煤层百米钻孔瓦斯流量衰减系数确定对应的透气性系数，然后据表6-5再确定钻孔间距。第37页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4)抽放负压与封孔长度钻孔抽放负压一般选用13.3～26.6kPa(即100～200（mmHg)，但最低不宜小于6.7kPa(50mmHg)。一些矿井提高抽放负压，抽放瓦斯量增大，例如鹤壁矿务局抽放负压由3.3kPa提高到10.0kPa，抽放量增加25％；日本赤平煤矿抽放负压由20kPa提高到47～67kPa，抽放量增大2倍多。但是也有的矿井抽放负压增加，抽放量变化不大。封孔长度既应保证不吸入空气又应使封孔长度尽量缩短，一般情况下岩孔应不小于2～5m，煤孔应不小于4～10m．第38页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4．卸压抽放钻孔参数1)邻近层采动裂缝连通性分带及开采层排放层间瓦斯范围煤层群中一个煤层开采以后，受其采动影响，围岩发生程度不同的破坏和变形，其中的邻近煤层产生相应的卸压，透气系数成几倍到几百倍增长，卸压瓦斯向开采层采空区运移，涌出量决定于流向采空区沿程的阻力和两端的瓦斯压力差。层间距越大，层间瓦斯流动阻力也越大，因此，随着距开采层层间距的增大，邻近层瓦斯涌出率逐渐减小。第39页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

根据邻近层受采动影响的拉伸相对变形值与采动裂缝连通特征可把邻近层分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个带。缓倾斜上邻近层的第Ⅲ带，实际上不产生导通层间瓦斯流动的裂缝；上邻近层的第Ⅱ带，层间的采动裂缝形不成统一的导通瓦斯的裂缝系统，如果利用钻孔抽放这一带瓦斯，可以获得一定量的卸压瓦斯，这些瓦斯如果不抽放是不向开采层涌出的，抽放第Ⅲ带内的卸压瓦斯可显著减少邻近层的瓦斯涌出量，但距开采层的层间距＜8～10倍采高时，因处于冒落带，会把空气吸入抽放系统。第40页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第41页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)邻近层的瓦斯抽放率当开采层与邻近层有裂缝相通时，其瓦斯抽放率总是小于瓦斯涌出率，总会有一部分瓦斯未被钻孔捕捉而漏入采空区，邻近层抽放的任务就在于提高瓦斯抽放率，使其接近于瓦斯涌出率。我国一些矿井的抽放率如图6-2所示。设计时可参考图6-2与表6-2确定各类抽放方法的抽放率。第42页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3)钻孔定位原则①钻孔开口位置岩性应完好，避免开口在地质破坏或采动裂隙区内，而且在抽放服务期内应不遭破坏。②钻孔孔身在其服务期内应处于未卸压区内，使之处于完整状态，以防抽放中途因破断吸入空气而提前报废。第43页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页③钻孔孔底必须进入邻近层的卸压裂隙区并穿过抽放层全厚进入顶(底)板1m以上，当卸压边界不甚明确时，应多向卸压区偏3m左右，以确保多沟通卸压瓦斯源和提高抽放量。孔底落点层位过低，可能会因吸入空气而降低瓦斯浓度；孔底落点层位过高，可能会未进入卸压区或未进入卸压裂隙区而得不到大量卸压瓦斯。④开切眼附近的钻孔应适当加密，以抽放工作面初次卸压时的瓦斯，防止工作面初期来压时期突然的大量瓦斯涌出。第44页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4)钻孔的倾角与长度上邻近层抽放钻孔的倾角与长度主要取决于开采层距抽放瓦斯煤层的垂距，根据上述钻孔定位原则，可按表6-9的公式计算。第45页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页5)钻孔间距的确定钻孔间距取决于地质、透气性、瓦斯含量、抽放率、抽放量、钻孔施工技术、经济和安全诸因素。最简单的作法是，孔间距可按层间距的1.0～1.5倍来选取，但在地质破坏带，孔间距应缩小20～50％。也可参考表6-10。第46页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

经验证明，由下式计算的钻孔间距也合理：式中ls—上邻近层抽放瓦斯钻孔间距，m；lx—下邻近层抽放瓦斯钻孔间距，m；qk—每个钻孔的平均总抽放量，m3，由实际考察确定(参考表6-11)；ηs—上邻近层瓦斯抽放率；ηx—下邻近层瓦斯抽放率。均可实测或参考图6-2曲线确定；Wx—邻近层单位面积卸压瓦斯可排放量m3/m2：

Wx＝mxρ(x0－xc)式中mx—抽放卸压瓦斯邻近层的总厚度，m；ρ—邻近层煤的密度，t/m3；x0—邻近层原始瓦斯含量，m3/t；xc—邻近层残余瓦斯含量。第47页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页6)钻孔直径钻孔直径一般采用75～100mm，但实践表明不宜小于75mm。直径大，通过瓦斯量的能力大，用于钻孔流量大的条件下，但是其施工较困难，钻进速度较慢。7)钻孔抽放负压为了提高邻近层抽放瓦斯的效果，可以适当缩短钻孔的间距，但是必须保持一定的钻孔负压。孔口负压应保持在6.7—13.3kPa(50～100mmHg)以上。第48页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

开采厚及特厚煤层、或者邻近层处于冒落带和大裂隙带(含瓦斯邻近层距开采层距离小于10倍采高)时，其中的大量瓦斯会直接进入采空区，进而涌入采煤工作面，抽放这部分瓦斯对保证工作面瓦斯浓度不超限有重要意义。另外抽放老采空区的瓦斯不仅可降低矿井总瓦斯量，提高矿井的安全性，而且还可以廉价开发这类瓦斯资源，收到明显的效益。国内不少矿井日益重视采空区瓦斯抽放，例如抚顺矿务局，1980年从采空区抽出瓦斯近3500万m3，采空区抽放量占总抽放量的1/3。5.采空区抽放第49页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页1)利用开采层巷道向冒落拱顶部打钻抽放

(1)从有护巷煤柱或矸石垛的开采层巷道打钻抽放。第50页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页(2)无煤柱开采从回风巷打钻抽放钻孔布置如图6-4所示。钻孔的终孔位置同上，钻场间距40～60m，每个钻场打2～4个钻孔。第51页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)利用开采层顶板专用巷道打钻抽放如果涌向采空区的瓦斯主要来源于开采层顶板4.5～10倍采高范围内邻近层或岩层时，最好采用顶板掘专用岩巷进行打钻抽放采空区瓦斯。倾斜的或水平的专用巷道可从运输巷或回风巷开口掘送，见图6-5，无煤柱护巷开采时，钻孔应迎着工作面推进方向打(图6-5a)；留有护巷煤柱时，可采用钻场两侧布孔方式(图6—5b)。钻场间距约100m。每个钻场打钻孔的数目，对于单侧布孔为6～7孔，双侧布孔为10～14孔。孔径76～120mm。封孔长度3～4m。当布孔高度距开采层4.5～5.5倍采高时，混合瓦斯中的甲烷浓度为25～30％，当布孔高度大于7倍采高时，混合瓦斯中的甲烷浓度为55～60％。第52页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第53页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3)老采空区抽放当从保留的巷道打钻抽放老采空区瓦斯时，其抽放方式和钻孔可根据采区尺寸和通风方式确定。采用全陷法管理顶板时，沿走向钻孔间距为300～400m，局部充填时，则为150～200m。在采用无煤柱开采，即回采工作面之间的采空区不留煤柱，并用全陷法管理顶板时，沿倾斜的钻孔间距不应超过500m(图6-6a)，当采煤工作面之间留有煤柱(图6-6b)，并用局部充填管理顶板时，沿倾斜的钻孔间距不应超过工作面长度。钻孔处瓦斯管中的负压应不低于4kPa(30mmHg)；当抽放冒落拱中瓦斯时，负压以2.5～3.5kPa为宜。第54页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第55页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第56页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页§6—4抽放瓦斯设备、器材及安全装置1．钻孔设备与安全措施

1)钻机煤矿抽放瓦斯钻机要求电动机及其附属设备必须是防爆型的，并在下井前经严格的防爆性能检查，合格后方准下井。钻机与钻具应根据岩石的硬度、矿井动力电源特性、巷道规格、布孔要求、钻孔直径与长度以及便于操作、运输安装、安全和经济等因素来选择。我国国产部分钻机规格见表6-14。第57页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第58页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)钻孔施工中的安全措施打钻工艺中的安全措施包括：防止瓦斯燃烧、爆炸和熏人窒息事故，防止煤和瓦斯突出造成事故，防止机械电气伤人事故等。为了防止打钻时瓦斯超限，打钻处必须有良好通风，对于瓦斯涌出量大的钻场，钻孔必须装有防止瓦斯大量泄出的防喷装置，实行“边钻边抽”。第59页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

采用水力排出钻屑时，钻孔直径应比钻杆直径大50％以上，在突出煤层中打钻，孔口必须加固，封孔套管长度应大于2m，套管口应装密封安全装置，以保证钻孔喷孔或突出时人员和设备的安全。钻孔施工中配备专职瓦斯检查员或设有瓦斯警报器、瓦斯断电仪。配备隔绝式自救器。打钻现场支架应加固，必要时迎面应设置防护设施。

3)钻场尺寸钻场尺寸应能满足钻机安装与安全操作的需要。钻场沿钻孔方向的长度一般为5～7m，宽度为2～4m，高度不低于2m。第60页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2．封孔方法与设施封孔应满足密封性好、操作方便、速度快、材料便宜等要求。对岩石致密、服务期不长的钻孔可用机械式封孔器(施工方便，封孔器可重复使用)，对于煤岩强度不高、封孔深度较长的钻孔宜用充填材料封孔。封孔长度，岩石孔一般不少于2～5m，煤孔一般不少于4～10m。第61页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页1)机械式封孔器封孔使用时将封孔器送入钻孔内、旋转手柄带动螺母在螺杆上滑行，压缩胶圈使之产生径向膨胀将钻孔封闭。它适用于穿层钻孔岩石段封孔，若用于煤层开口的钻孔时，由于煤孔不圆及孔壁破碎而封孔效果往往不好。第62页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)充填材料封孔充填材料封孔用于钻孔形状规则或不规则的岩孔和煤孔中。充填材料有水泥、膨胀水泥、黄泥粘土、聚氨脂等。封孔时先插入抽放管。然后用充填材料填满抽放管与钻孔之间的环形空间。由于膨胀水泥和聚氨脂有膨胀性，所以封孔质量较好。据松藻矿务局试验结果，聚氨脂封孔的钻孔，瓦斯抽出率可提高20％左右，所以应用越来越广泛。膨胀水泥的配比是：76％硅酸盐水泥，12％矾土水泥，12％石膏粉。第63页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

聚氨脂是一种高分子合成树脂。具有密封性好、硬化快、质量轻、膨胀性强的发泡型聚氨脂，由甲、乙两组药液混合而成。封孔方法，按前述比例把甲、乙药液倒入容器内混合搅拌1min，当药液由原来的黄色变为乳白色时，将混合液倒在一块麻布土抹平并缠在抽放管上送入钻孔，经5min开始发泡膨胀，逐渐硬化成聚氨脂泡沫塑料，它在自由空间内约膨胀20倍，在钻孔内可借此膨胀性能将钻孔密封。也可用气压法将混合液注入孔内。第64页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第65页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第66页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3.抽放管与瓦斯管路的连接第67页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4.瓦斯泵我国煤矿常用的瓦斯泵有三种类型：水环式真空泵、回转式罗茨鼓风机和离心式鼓风机，水环式真空泵的工作原理如下：第68页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页5.抽放瓦斯管路中的安全装置抽放瓦斯管路中的安全装置，主要作用是确保瓦斯管路的安全、可靠、有效地运行，便于控制、防止和消灭管路中的瓦斯爆炸与燃烧事故的发生和扩大。主要有放水装置，防爆、防回火装置；控制流量装置，放空和避雷装置等。此外，还有挠性快速管接头，对保证管路的气密性起较大作用。

1)放水器抽放瓦斯管路工作时，不断有水积存在管路中的低洼处，为减少阻力保证管路安全有效的工作，应及时放出积水。在管路中最长不超过500m应在低洼处安设一只放水器。放水器有两大类：人工放水器与自动放水器。第69页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页(1)人工放水器人工放水器如图所示，这种放水器结构简单，工作可靠，但需安排专人放水，可用于井下主、支管路内。人工放水器不仅费工费时，而且常因不能及时放水而影响抽放系统的正常工作。第70页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页(2)自动放水器第71页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)防爆阻火器

《规程》第148条规定，干式抽放瓦斯泵吸气侧管路系统中，必须装设有防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置，并定期检查、保持性能良好。防爆阻火器具有良好的“三防”性能，它在瓦斯压力为0.17MPa下发生瓦斯爆炸时不传爆。这种防爆阻火器的防爆阻火器芯为一条光滑平带和一条斜条波纹的不锈钢带重叠缠绕而成。这两条钢带象螺旋一样，一层叠一层，卷成厚厚的一盘，中间形成众多的小三角形间隙，因为这些间隙(0.7mm)小于甲烷最大不传爆间隙(1.14mm)和甲烷最大熄火直径(2.5mm)，所以能有效地防止甲烷爆炸的传播和阻止甲烷火焰的蔓延。当其在抽放管路中遭污染时，可将其拆下，用压气吹净后再用。第72页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第73页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3)挠性管接头挠性管接头克服了法兰盘连接的缺点，具有连接速度快，密封性能好、轻便和可弯曲的特点，适于煤矿抽放瓦斯使用。挠性管接头，作正压工作时，压力达0.8MPa；允许的偏转角度为14°，可以承受一定的轴向力，作负压工作时，压力为75kPa，管内瓦斯流速为10m/s时千米漏气率为0.5％。负压挠性管接头由两个半圆形管卡、两个管端接、连接芯和嵌于连接芯沟槽中的两个“O”型密封圈组成。喇叭形管端接被管卡及螺栓紧固，可以承受一定轴向力，连接芯与“O”型圈可以保证良好的密封。每副管接头的总重9.03kg。第74页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第75页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4)抽放瓦斯用抗静电塑料管抽放瓦斯用抗静电塑料管比钢管轻，耐腐蚀、成本较低，所以使用量也逐渐增多。

5)抽放瓦斯参数监测仪瓦斯抽放站多参数监测仪可以连续监测瓦斯抽放管路中的甲烷浓度、流量、正压、负压、泵房内泄漏瓦斯浓度、泵机的轴温等参数，由微机完成测量、显示、打印等功能。当任一参数超限时，可发出声光报警信号，并按给定程序停止或启动泵机。第76页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页6)放空管瓦斯泵进、出口侧应设立放空管，当瓦斯泵因故停抽或瓦斯浓度低于规定时，抽放管路中的瓦斯可经放空管排到大气中去；当用户端因瓦斯过剩或输送发生故障时，也可以由放空管排放。放空管出口至少高出地面10m，而且至少高出20m范围内建筑物3m以上。放空管距泵房墙壁一般以0.5～1.0m为宜，最远不得超过10m，其出口应加防护帽。放空管必须接地。放空管周围有高压线或其它易点燃瓦斯因素时，应制订专门的安全措施。放空管安设位置见图6—16。第77页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第78页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页第79页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页7)避雷器在瓦斯泵房和瓦斯罐附近的较高大建筑物周围或中心地带应设置避雷器。安设地点可参看图6—16。其主要作用是，防止阴雨天气由于雷电引起的电火花而破坏建筑物或点燃放空管瓦斯，防止火灾等事故。8）阀门为了便于控制抽放参数和维修管路，在抽放管路中应安设一定数量的阀门，在主管路内每500～1000m应安设一个阀门，在管路的分岔和汇流地点也应安设阀门。第80页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

主要依据是抽放瓦斯系统图(标明服务范围、各点的纯瓦斯流量、瓦斯浓度、长度等)。

1.管路选择抽放管路分为主管(全矿井)、分管(一个采区)和支管(一个采，掘工作面)。1)管径计算：式中d—瓦斯管内径，m；Q—瓦斯管内流量，等于纯瓦斯流量乘以瓦斯浓度(按50%考虑)，m3/min；v—瓦斯管内流速，m/s，取5～15m/s；巳知流量并初定适当流速后，按上式计算一个管径，再由表6-25确定标准的管径。§6—5抽放瓦斯管路与设备的选型第81页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页抽放管路中瓦斯流量的确定：管路中的抽放瓦斯流量是指服务期间所要通过的最大流量。分管的瓦斯流量为各支管的瓦斯流量之和；主管的瓦斯流量为各分管的瓦斯流量之和。2.工作面支管抽放邻近层卸压瓦斯的流量为开采解放层时该层可能涌出的瓦斯量(邻近层卸压范围的总瓦斯量减去残余瓦斯量)乘以相应层间距时的抽放率，再除以解放层的推进时间。3.工作面支管预抽本层瓦斯的流量为开采本层期间可能涌出的瓦斯量(总含量减去残余含量再乘以煤层体积、密度)乘以本层预抽的抽放率，得到总抽放量，再除以抽放时间。第82页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)管壁厚度计算当采用钢板卷焊管和强度要求较高的远距离输瓦斯干管，可用下式计算壁厚：

式中δ——输瓦斯管管壁厚度，cm；p——管路最大工作压力，对抽放瓦斯管路，须进行漏气检验，一般采用0.5～1.0MPa水压试验检漏，计算壁厚时，应能承受检漏水压，MPa；dw——瓦斯管外径，cm；[σ]——容许压力，取屈服极限强度的60％，对于铸铁管取20MPa，焊接钢管取60MPa；无缝钢管取80MPa。第83页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2．瓦斯泵选型

1)一段管路阻力计算每段管路阻力可用下式计算：

式中Hi—一某段管路i的阻力，Pa；△—混合瓦斯对空气的密度比，△＝1－0.446c/100；c—管路内甲烷浓度(取50%)，％；Qi—某段管路i的混合瓦斯流量，m3/h；K—系数，根据管径由表6-28查得；d—管路内径，cm；Li—管路i的等值总长度，包括局部阻力的等值长度即Li=li+∑lj,li—管路i的直线长度，m；lj—某局部阻力j的等值长度，一只阀门相当于200d；一只T形件相当于100d；一只弯头相当于10d，m。第84页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页2)抽放瓦斯管路总阻力计算管路总阻力等于泵服务年限内，管路系统最大阻力之和，即：

H0＝∑Hi＝H1+H2+H3+H4式中H0——抽放管路总阻力，Pa；

H1——主管路总阻力，Pa；

H2——分管路总阻力，Pa；

H3——支管路总阻力，Pa；

H4——抽放钻孔孔口或抽放巷密闭抽放瓦斯管口处的负压(一般取4000Pa)，Pa。第85页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页3)地面瓦斯压送及管路总阻力计算地面输气系统应保证安全、供气压力可靠以及足够的流量和一定的浓度。具体要求是不漏气、足够的强度(抗震、抗压、抗拉)，供气可靠(主干线为双线或环线供气)、防冻(埋设在冻土深度以下)和防腐(管路涂沥青或焦油沥青)、安全(不穿过房屋与建筑物，并与之留有一定的安全间距，见表6-29)便于维修与检查等。第86页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页

当矿井瓦斯抽放站距用户距离不超过5km，瓦斯混合流量不超过50m3/min时，输气压力一般不超过10kPa，此时可以直接压送到用户。在这种条件下，输送瓦斯的压送压力由瓦斯泵承担。压送瓦斯管路的总阻力按最远用户至泵出口之间的阻力进行计算：

Hy＝∑Hi＝∑H5+H6式中Hy——压送瓦斯管路的总阻力(正压)，Pa；H5——压送瓦斯管路某段的阻力，按式(6-16)计算，Pa：H6——用户在瓦斯管出口所必需的正压，民用灶取500～1000Pa。第87页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页4)瓦斯泵压力计算瓦斯泵压力等于抽放管路的总负压与压送管路的总正压之和，并考虑备用系数：

Hp＝(Hc+Hy)KB式中Hp——瓦斯泵的压力，Pa；

KB——备用系数，一般取KB=1.2。第88页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页5)瓦斯泵流量计算瓦斯泵的流量为该泵在服务年限内所负担的最大抽放量。因此，泵流量与矿井抽放瓦斯泵的布置方式有关，例如，几个井同时利用一台泵时。那么这台泵的流量等于这几个井瓦斯流量同期最大值之和。泵流量按下式确定：

Qp＝∑QCH4.KQ/(C.η)式中Qp—瓦斯泵的额定流量，m3/min；∑QCH4—泵服务年限内，同期最大抽放量之和(纯CH4)，m3/min；C—泵入口处的甲烷浓度，％，C≮30％CH4；η—泵的机械效率，取η＝80％；KQ—抽放量备用系数，取KQ＝1.2。第89页，共99页，2023年，2月20日，星期一上一页下一页6)瓦斯泵选型根据瓦斯泵压力Hp，与流量Qp选择合适的瓦斯泵及其配套的电动机。

《规程》规定，抽放瓦斯泵及其附属设备，都应有一套备用。地面泵房内电气设备、照明和其它电气仪表都应采用矿用防爆型。第