矿井瓦斯防治理论与技术课设

瓦斯防治技术课程设计专 业 安全工程 姓 名 * 学 号 0234131* 课程名称 瓦斯防治技术 指导教师 黄战峰 田好敏 万祥云 市政与环境工程学院2017 年 01 月目 录1 设计目的 .12 技术条件和主要参数： .12.1 地质条件 .12.2 主要瓦斯参数 .12.3 通风方式及风量 .12.4 采煤方法及巷道布置 .12.5 已知抽放瓦斯参数 .23 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证 .33.1 煤层瓦斯储量计算 .33.1.1 煤层瓦斯储量计算 .33.2 抽放必要性可行性论证 .43.2.1 瓦斯抽放的必要性 .43.2.2 瓦斯抽放的可行性 .73.3 工作面可抽瓦斯量 .73.3.1 瓦斯抽放率 .74 煤层瓦斯抽放方法设计 .94.1 抽放方法的比较和选择 .94.1.1 一般规定 .94.1.2 抽放方法选择 .104.2 抽放钻孔参数确定 .134.2.1 主要参数的确定 .134.3 绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图 .145 综采工作面瓦斯抽放系统 .155.1 工作面瓦斯抽放设施的配置和布置 .155.2 抽放管路的计算和选择 .155.2.1 管道内径计算 .155.2.2 管道材料及壁厚 .166 瓦斯泵选型 .176.1 抽放系统管道阻力计算 .176.1.1 抽放阻力计算 .176.1.2 局部阻力损失计算 .186.1.3 抽放系统总阻力计算 .186.2 瓦斯泵流量和压力计算 .186.2.1 瓦斯泵流量计算 .186.2.2 瓦斯泵压力计算 .196.2.3 瓦斯泵选型确定 .197 工作面瓦斯抽放安全技术措施 .197.1 应根据实际情况制定出如下安全措施 .197.2 井下移动抽放瓦斯泵站应遵从以下要求 .207.3 地面抽放瓦斯站安全措施 .20参考文献 .22附 图 .2311 设计目的通过课程设计加深对瓦斯防治技术和其它课程所学专业理论知识的理解。综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计的能力为毕业设计奠定基础。 2 技术条件和主要参数：2.1 地质条件 本采区开采煤层厚度为4.85.2m，平均厚度为5m；赋存稳定，倾角为25顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距开采层 810m，顶部位上邻近层，该煤层在本区域内厚度00.4m为不可采煤层。本采区内有小断层，对开采影响不大。2.2 主要瓦斯参数 本工作面位于标高-650水平，为矿井开采第三水平，煤层瓦斯含量为 10，煤的密度为1.45t/m 3，有突出危险，经预测工作面绝对瓦斯涌出量Q CH4tm3为17m3/min。2.3 通风方式及风量 采区采用抽出式内，回风由采区主要扇风机排出地面，经计算工作面供风量为1500m3/min。2.4 采煤方法及巷道布置 采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜分层开采，上分层采用综合机械化采煤，采高为 2.8m 采用两班采煤，一班抽放瓦斯，工作面日推2进度为 3m，下分层采高为 2.2m。巷道布置如图 1 所示。图1 巷道布置平面图2.5 已知抽放瓦斯参数 经实测煤层透气性系数1.2（m 2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.01m 3/minhm；如用卸压浅孔抽放瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为1.0m 3/minhm，同时值提高到120（m 2/MPa2.d)；如用卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.050.1m 3/minhm；学生可根据以上测定的抽放参数选择抽放方法。（1）卸压浅孔抽放时，抽放影响半径为1.0m，钻孔所需要的抽放孔口负压为12KPa，边采煤边抽放瓦斯。 （2）未卸压长钻孔抽放：钻孔抽放半径为2m，钻孔孔口需负压为20KPa，掘进期间边掘进边抽放瓦斯。 （3）卸压长钻孔抽放，钻孔抽放影响半径为2.5m，钻孔孔口需要负压为20KPa，边采煤边抽放。733 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证3.1 煤层瓦斯储量计算3.1.1 煤层瓦斯储量计算1.按煤层全厚计算（即煤层全厚）（ i21kwXA式中：W1煤层瓦斯储量,万m3；k1围岩瓦斯储量系数可取1.11.3；k2不可采邻近煤层瓦斯储量系数,可取1.21.4；Ai第i可采煤层煤炭地质储量,万吨；Xi第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。由于储量的计算关系到生产和瓦斯抽放的准确性，因此，在选择K1 、K2修正值时选取中间数值，即：K1 =1.2，K2 =1.3;采煤层煤炭地质储量，（万吨）A=150020051.45=217.5万吨瓦斯总储量W1=1.21.3(150020051.4510)=3393万m32.按采高计算：）（ i21kwXA式中:W2按采高计算煤层瓦斯储量，万m3；Xi第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。；Ai采面长度（m)采面走向长（m)采高（m)煤的密度（t/m3）上分层采高2.8m，煤层瓦斯储量：W2 =1.21.315002002.81.451010-4=1900.08万m34下分层采高2.2m，煤层瓦斯储量：W21.21.320015002.21.451010-41492.92万m3 3.工作面瓦斯抽放率 4q10dCHQ纯式中:d工作面瓦斯抽放率（）q纯工作面瓦斯可抽放量QCH4工作面绝对瓦斯涌出量 d=100*10.368/17=60.99%4工作面瓦斯可抽放量W3式中W3工作面瓦斯可抽放量m3/minW2按采高计算煤层瓦斯储量m3/mind工作面瓦斯抽放率（）上分层瓦斯可抽放量W3：W3W2d1900.0860.991158.86万m 3下分层瓦斯可抽放量W3： W3W2d1492.9260.99910.53万m 33.2 抽放必要性可行性论证3.2.1 瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。1 规定根据煤矿安全规程第145条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第4.1.14.1.3条规定：5有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m 3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m 3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m 3/min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m 3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m 3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m 3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m 3/min。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。本设计中煤层具有突出危险性，故必须进行抽放，对于一个突出煤层工作面而言，开采前需要通过采前瓦斯抽采消除煤层的突出危险性。开采期间需要通过采中瓦斯抽采保证工作面瓦斯浓度不超限。开采结束后通过对采空区进行采后瓦斯抽采提高矿井瓦斯抽采率。为了实现上述瓦斯抽采的目标，就需要在采掘活动的各个时期、各个地点进行瓦斯的综合抽采，因此为保证工作面及矿井的安全开采，对高瓦斯及突出煤层进行综合瓦斯抽采是非常必要的。2矿井瓦斯涌出量预测对于改（扩）建矿井及生产矿井，矿井瓦斯涌出量可以实测；对于新建矿井，矿井瓦斯涌出量要进行预测，预测依据AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法，采用分源预测法预测工作面瓦斯涌出量，论证是否需要抽放；薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量可由式(A.1)计算。6式中：q1开采层相对瓦斯涌出量，mt；K1围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.11.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2；全部充填法管理顶板K1取1.1；砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小；K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率90%的倒数来计算；K3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，如无实测值可按参照AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法附录D选取，本设计取1；采用长壁后退式回采时，K3按式（D.1）计算。K3=（L-2h）/L（D.1）式中： L工作面长度，m；h掘进巷道预排等值宽度，m；m开采层厚度，5m；M工作面采高，取5m；W0煤层原始瓦斯含量，m3t，参照附录C选取；Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3t，如无实测值可参照AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法附录C选取，本设计取4m3t。根据供风量为1500m3/min，工作面瓦斯浓度按0.6计算风排瓦斯量Qp=QC=15000.6/100=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为17m3/min，如不可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量QCH4-Qp=17-9=8m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.673.2.2 瓦斯抽放的可行性开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性，一般来说，其衡量指标有两个：一为煤层的透气性系数；二为钻孔瓦斯流量衰减系数，按和判定开采层瓦斯抽放可行性的标准，如表1所示。表1 煤层瓦斯抽放难易程度分类表抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（）(d-1)煤层透气性系数（）(m2/MPa2.d)容易抽放 10可以抽放 0.0030.05 0.110较难抽放 0.05 0.1本设计中1号煤层透气性系数1.2（m2/MPa2.d)，属于可以抽放；2号煤属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。3.3 工作面可抽瓦斯量3.3.1 瓦斯抽放率根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范第4.0.3条规定：设计瓦斯抽采率，可根据煤层瓦斯抽采难易程度、瓦斯涌出情况、采用的瓦斯抽采方法等因素综合确定，也可按邻近生产矿井或条件类似矿井数值选取；并应符合国家现行标准煤矿瓦斯抽采基本指标AQ 1027的有关规定，同时应满足采、掘工作面的通风要求。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.3条规定：瓦斯抽出率：8kfcQ10kmfcQm10预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；邻近层卸压瓦斯抽放的矿井：矿井抽出率应不小于35%，回采工作面抽出率应不小于45%；采用综合抽放方法的矿井：矿井抽出率应不小于30%；煤与瓦斯突出矿井：预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。对于设计来说，瓦斯抽放率的确定应符合以上标准的要求，也可以参照AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标第4.2条进行选取。1 矿井（或采区）瓦斯抽放率的测定与计算：在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置，测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采（含移动抽采）的瓦斯量。每