XX矿井瓦斯抽放设计论文.doc

茨门沟煤矿瓦斯抽放设计前 言一、任务来源贵州省盘县红果镇xx煤矿经改扩建后生产能力为15万t/a，目前矿井实际生产能力已达到20万t/a，随着矿井生产规模的扩大及开采深度的增加，矿井瓦斯涌出量增大，采煤工作面上隅角经常出现瓦斯超限现象，为解决局部瓦斯超限问题，确保安全生产，xx煤矿决定开展瓦斯抽放工作，委托煤炭科学研究总院抚顺分院进行瓦斯抽放设计，抚顺分院的设计人员认真研究和分析了xx煤矿的煤层赋存、瓦斯涌出及开拓开采情况后认为，xx煤矿具备建立抽放系统的条件，并在此基础上进行了瓦斯抽放设计。二、设计的主要依据1、矿井抽放瓦斯工程设计规范 （mt5018-96） 中华人民共和国煤炭工业部 1997年1月；2、矿井瓦斯抽放管理规范 中华人民共和国煤炭工业部 1997年4月；3、煤矿安全规程 煤矿安全监察局 2001年9月28日；4、贵州省盘县红果镇xx煤矿改扩建方案 贵州省煤矿设计研究院 2002年5月 5、xx煤矿提供的通风、生产和地质方面的资料。三、设计的指导思想1、在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；2、设备、管材选型留有余地，能充分满足矿井安全生产的需要；3、采用的工艺技术具有先进性，且符合实际。四、设计的主要内容设计的主要内容为：1、xx矿瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放量预计；2、瓦斯抽放方法及抽放工艺设计，抽放瓦斯钻场与钻孔参数设计；3、地面抽放泵站的泵房布置、供电、供水、通讯等设计；4、工程中所需设备、仪器、仪表及附属装置等选型及安装设计；5、抽放泵站及井下管路的检测、监控布置；6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；7、抽放所需主要设备及材料清单及工程投资概算； 8、安装及施工图纸的绘制。1 矿井概况1.1 井田概况1.1.1 交通位置xx煤矿位于贵州省盘县南红果镇松山村境内，隶属盘县煤炭工业管理局管辖。矿井现有简易公路与320国道相连，以井口为中心，距盘西支线红果车站10km，盘县新城10km，距云南富源县36km，交通运输十分便利。1. 1.2 地形、地貌及河流xx煤矿位于盘关向斜西翼南段。属构造剥蚀山地地貌，发育单面山，单面山脊之间组成单斜谷地，西北部由峨嵋山玄武组地层构成构造坡，东南部由三叠系地层构成剥蚀坡，在构造坡与剥蚀坡之间由龙潭组地层组成不对称的单斜谷地。单面山与单斜谷地走向与地层走向一致，呈近北延伸。井田内属中切割的中山地形，地面多被第四系坡积物覆盖。井田内总体地势北部高，南部低，井田内最高点位于井田东北部边界附近，标高1985m左右，最低点位于井田南部边界附近，标高1695m左右，相对高差290m。井田中部有岗寨河，杨梅河、南部有沙陀河，岗寨河河流流向自西南向东北，杨梅河老河河流流向自北向南，沙陀河流向自西向东。三条河流均为山区雨源性河流，流量变化幅度大。雨季暴涨，枯季流量较小，主要受大气降水的控制。1.1.2 气象及地震情况本区内气候温和湿润，属亚热带高原性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，季节性分区不明显，据盘县气象局资料，最高气温为30，最低气温5，年平均降雨量为1402.9mm，年平均湿度为81。盘县特区地震烈度为6度。1.1.3 水源及电源情况矿井生活用水取自附近泉井水，生产用水可取自松山河或井田泉井水。矿井采用双回路供电系统，一回从火铺供电工区6kv引入，一回从10kv农网t接引入，电源有保障。1.2 地质构造及煤层特征1.2.1 地层井田内出露的地层由老到新有上二迭统峨嵋山玄武组、宣威组、下三迭统永宁镇组及第四系。井田内的含煤地层为上二迭统宣威组，系陆相沉积，岩性由灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成，厚度170m230m，一般185m。1.2.2 地质构造xx煤矿井田位于盘关向斜的西翼南段，地层总体走向nne，倾向nee，倾角2270，南部倾角小，一般32左右，北部倾角大，一般55左右，井田内断层较发育，此部见f10-3、f10-4正断层，南部见f10-1正断层，仅在井田中部有一条f11-20断层，在界中部有一断层带影响各煤层，对开拓、开采带来不利影响。本井田构造复杂程度属中等。f10-1正断层：位于井田南部，为井田南部边界。井田内走向800m，断层走向近北东，倾向南东，倾角75，在中沙陀寨子附近断层是上下盘均为煤系地层，落差大于60m，断层破坏全煤系的完整性。f10-3正断层：位于井田北部，井田内走向300m，断层走向北东，倾向南东，倾角60左右。f10-4正断层：位于井田北部井田内走向240m,断层走向北东、倾向南东，倾角65左右。1.2.3 煤层及煤质宣威组含煤层2849层，一般38层，含煤总厚2443m，平均34m，平均含煤系数15，其中含可采煤层20层（1、3、31、4、5、8、12、14、151、153、162、163、18、181、201、202、22、23、24、25号），平均可采总厚度25m，主要的可采煤层6层（3、8、12、151、153、201），主要可采煤层赋存情况见表1-1：矿井开采煤层为低中中灰，低特硫煤，煤种为肥气煤，主要适用于炼焦、动力、气化和民用。1.2.4瓦斯、煤尘、煤的自燃依据矿井2003年瓦斯等级鉴定结果，xx矿瓦斯相对涌出量12.96m3/t，绝对瓦表1-1 煤层赋存情况表:煤层号煤层厚(m)最小-最大平均夹矸层数顶底板岩性煤层稳定性31.673.822.601顶板以粉砂岩为主，局部粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，底板岩性为泥岩或沙质泥岩。结构简单稳定可靠812.382.1无顶板以粉砂岩、细砂岩为主，底板岩性为泥岩或粉砂岩。结构简单稳定可靠120. 373.341. 3501顶板以砂质泥岩为主，泥质粉砂岩、粉砂岩次之，底板岩性为泥岩或粉砂质泥岩。结构简单稳定可靠15-10. 83.282.101顶板以泥质粉砂岩或粉砂质泥岩为主，底板岩性为泥岩或粉砂岩。结构简单稳定可靠15-30. 785.722.2502顶板以泥岩、粉砂质泥岩，底板岩性为泥岩或粉砂质泥岩。结构简单稳定可靠2010.853.82.3502顶板以泥质粉砂岩或粉砂质泥岩，底板岩性为粉砂质泥岩。结构简单稳定可靠斯涌出量2.43 m3/min，属高瓦斯矿井。由于2003年瓦斯鉴定时没有采煤面，涌出量较小。本设计主要依据2004年5月收集矿井的瓦斯资料。南采区的绝对瓦斯涌出量近10m3/min，相对瓦斯涌出量近20m3/t，瓦斯涌出量大大超过2003年，根据矿井等级鉴定结果，矿井的煤尘有爆炸危险性，煤层按有自燃发火考虑。因此必须提高安全意识，严格矿井瓦斯管理，搞好监测监控及瓦斯抽放工作。此外根据红果县煤炭局反映，17煤在掘进时有过动力现象发生（未经权威部门鉴定），该煤层有发生煤与瓦斯突出的可能性，今后红果矿如有煤与瓦斯突出现象发生，掘进和开采17煤层时须考虑进行预抽，防止煤与瓦斯突出。1. 3 矿井概况1.3. 1 矿井的煤层储量、设计生产能力及服务年限依地质报告，矿井内保有储量1258万t，井田边界煤柱及村庄永久煤柱损失364万t，采出及开采损失储量238万t，井田内保有储量1020万t，剩余可采储量656万t。矿井改扩建后设计能力15万t/a，矿井服务年限计算如下：服务年限=可采储量80/(年产量储量备用系数)=65680/(151.4)=25a。1.3.2 矿井开拓开采矿井采用斜井开拓方式，分南北两个区开采，斜井主要用于运煤、运材料、进风排水，敷设管线，回风井回风，采用绞车提升，运煤采用0.75t矿车。采煤方法采用走向长壁伪俯斜分段走向密集采煤法，在工作面回采的同时，布置另一个回采工作面顺槽掘进头，形成完整的生产系统。采用金属支柱和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板。采用钻眼爆破法落煤。1.3.3 矿井通风矿井通风方式采用分区抽出式，主斜井进风，回风斜井回风，风机采用zt52-4-no13型防爆轴流通风机两台，一台工作、一台备用，电机功率15kw。矿井南区目前总风量1500m3/min左右。矿井南采区巷道布置及通风系统见图1-1。1.4 抽放工作面概况2201采煤工作面位于南采区，开采20-1号煤层，平均采高2m左右，工作面采长84m，走向长度800m，采用爆破落煤，工作面采用单体液压支拄和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板，工作面采用u型通风，配风量740m3/min，回风巷瓦斯浓度平均0.8左右，回风巷瓦斯浓度有超限现象。采空区瓦斯涌出量较大，受漏风影响，上隅角瓦斯经常超限，瓦斯浓度一般4-6左右，严重威胁着矿井的安全生产。必需须采取瓦斯抽放措施。图1-1 xx矿巷道布置及通风系统示意图2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性2.1瓦斯抽放必要性瓦斯抽放旨在保障矿井安全生产，同时也是解决瓦斯的基本手段。众所周知，加强通风是处理瓦斯的最有效方法，而当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时就应当采取抽放瓦斯措施，对于局部区域的瓦斯超限（如上隅角等），采用通风方法可能无法解决瓦斯问题或采用通风方法不合理时，也必须采取瓦斯抽放措施。xx矿2201工作面采空区瓦斯涌出量大，上隅角浓度经常达到4以上，如果增加工作面配风量，采空区漏风也增加，采空区瓦斯涌出量增大，造成上隅角瓦斯浓度更难控制，因此单纯依靠增加风量并不能解决上隅角瓦斯超限问题，此外由于采空区瓦斯涌出量大，工作面回风巷时有超限，必须采取瓦斯抽放，才能解决工作面回风巷及上隅角瓦斯超限问题。此外，今后为预防17可能发生煤与瓦斯突出，须考虑进行煤层预抽。2.2 瓦斯抽放的可行性瓦斯抽放的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽放效果来评价。开采层瓦斯抽放（未卸压）的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。最常用的用来衡量煤层瓦斯抽放难易程度的指标是煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。xx矿没有进行过抽放可行性研究工作，但根据邻近的盘江局的抽放情况，煤层透气性尚可，本煤层预抽完全可行。邻近层和采空区（上隅角）瓦斯抽放是属于卸压瓦斯抽放，抽放效果一般较好，邻近层抽放一般浓度较高，而采空区抽放量一般较大，采空区抽放与煤层预抽及邻近层抽放相比抽放浓度较低。抽放实践已证明，在煤层群开采时，邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放效果一般都比较好，故xx矿进行邻近层或采空区瓦斯抽放技术上是可行的，同时瓦斯抽放能保证正常生产，所以经济上也是合理的。3 瓦斯抽放方法与工艺3.1工作面瓦斯来源分析采煤工作面瓦斯涌出包括三部分，即落煤、煤壁及采空区瓦斯涌出。采落煤及煤壁瓦斯涌出来自开采煤体，采空区瓦斯涌出则可包括以下几部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出等。对于2201采面来讲，由于开采层上下都有邻近层，受采动影响，上下邻近层卸压后涌入到开采层工作面的采空区内，和围岩瓦斯涌出及丢煤瓦斯涌出一起构成采空区瓦斯，由于采空区内存在着漏风，漏风流携带高浓度瓦斯从上隅角附近涌入到工作面，往往造成工作面上隅角瓦斯超限。初步估算，2201工作面采空区瓦斯涌出量占整个工作面瓦斯涌出量的50以上，是工作面瓦斯涌出的主要来源,采空区瓦斯涌出中有一部分来自邻近层。3.2 瓦斯抽放方法选择3.2.1 瓦斯抽放方法概述3.2.1.1 开采层瓦斯抽放开采层抽放包括预抽、边采边抽和强化抽放等方式，预抽主要采用钻孔预抽，是在工作面开采前预先抽放煤体中的瓦斯，属于未卸压煤层的瓦斯抽放，对于透气性及其它预抽条件较好的煤层，预抽会取得较好效果。边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽放本层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体由于卸压，透气性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向孔或交叉钻孔，抽放工作面前方煤体的卸压瓦斯。根据盘江局矿井的抽放情况，xx矿可以进行本煤层瓦斯预抽。3.2.1.2 邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯抽放就是通常所说的卸压层瓦斯抽放。在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近层煤层得到卸压，而产生膨胀变形，煤层透气性大幅度提高。此时煤层与岩层之间形成的空隙与裂缝，不仅可储存卸压瓦斯，而且也是良好的瓦斯流动通道，为防止邻近层瓦斯向开采层工作面涌出就应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。实践证明，邻近层瓦斯抽放不仅容易，而且效果好。矿的煤层赋存与开采条件，各邻近层较薄，进行邻近层瓦斯抽放在经济上是不合理的。3.2.1.3 采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放具有抽放量大、来源稳定等特点，2201工作面采空区上下邻近层瓦斯涌出量大，围岩及丢煤瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量较大，具备进行采空区瓦斯抽放的条件。3.2.2 瓦斯抽放方法确定抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽放瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：1、 抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；5、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。根据上述选择瓦斯抽放方法的原则，结合xx矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点，决定采取邻近层或采空区瓦斯抽放的方法。本煤层打钻孔预抽等抽放方法今后也要考虑，详表3-1。表3-1 可行的抽放方案抽放方法抽放工艺理 由备注采空区瓦斯抽放上隅角浅部插管上隅角瓦斯浓度较高工艺简单，可解决上隅角附近小范围瓦斯超限问题。打木垛深部插管采空区瓦斯涌出量大需打木垛，如上隅角浅部的抽效果不好，再考虑采用。采空区埋管采空区瓦斯涌出量大前两种方法无法解决问题时考虑采用。埋入管道难以回收，投资大。老塘（已采采空区）密闭抽放老塘瓦斯涌出量大防止老塘瓦斯向外涌出邻近层瓦斯抽放高位钻孔抽放邻近层瓦斯邻近层较多且瓦斯涌出量较大抽放效果一般较好，但需打岩石钻孔，施工及管理难度较大。本煤层预抽在掘进巷道打顺层钻孔本煤层瓦斯涌出量大或煤层有突出危险性。可边掘边抽或先抽后掘 根据xx矿的情况，与邻近层抽放相对，采空区瓦斯抽放投资小，操作简单，因可首先考虑采空区瓦斯抽放，在采空区抽放时，可先采用上隅角插管抽放，如效果不好再采取深部埋管或埋管抽放。如采空区抽放效果不理想，再进行邻近层瓦斯抽放试验。本煤层瓦斯预抽今后再考虑。3.3 抽放瓦斯工艺设计3.3.1上隅角插管抽放瓦斯上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合，由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或无风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m长的铠装软管与主抽放管路连接，将铠装软管插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅的上部（上部瓦斯浓度较高），抽放软管与木棒绑在一直（避免软管口下耷），用铁丝吊挂在支架上，为提高抽放浓度，上隅角处应采用挡风帘，提高抽放效果。随着工作的推进，拆下前端一段主管路，移动抽放软管，如此反复。抽放工艺如图3-1所示。软管可采用6寸或8寸管。抽放管伸入上隅角长度及位置应根据实际抽放效果，不断调整，得到合理的参数。上隅角插管瓦斯抽放是制造一个负压点，让周围瓦斯向负压点流动，然后通过排放管路，抽出工作面，负压点在什么地方最合适，顶板岩性不同，顶板的冒落程度不同，对负压点的选择都将有较大影响，为确保抽放点的合适位置（使吸入口瓦斯浓度较高），在抽放管路末端的的一段钢管带4-8个分支的扩散器，分支出几个支管，支管出口接1寸或2寸胶皮软管，软管插入上隅角后呈发散排列，可提高抽放效果，如图3-2所示。 对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面，如果采取上隅角浅部插管效果不好，无法解决瓦斯超限问题，可以考虑在回风巷打木垛，将铁管插入采空区较深的位置，随着工作面的推进，不断的向外拖拽插入的管路，插管长度可根据情况确定，一般5-10m左右，如果插管伸入采空区较深（20m以上），也可叫做采空区瓦斯抽放，见图3-3。图3-3 上隅角深部插管抽放示意图3.3.2 采空区埋管抽放对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面，也可以采取采空区埋管抽放的方式，随着工作面不断向前推进，沿回风巷将管路埋入采空区。采空区埋管抽放见图3-4。aa抽放管路回风巷进风巷 a-a剖面抽放管路立管1.5mmmm回风巷30m上隅角图3-4 采空区埋管抽放瓦斯示意图3.3.3 已采的老采空区瓦斯抽放对于已采完的采空区如果瓦斯涌出量大，向邻近工作场所涌出瓦斯，也需要进行密闭插管抽放，见图3-5。 图3-5 已采老采空区插管抽放瓦斯示意图3.3.4 高位钻孔抽放邻近层瓦斯1、抽放方法：采用顶板高位钻孔抽放邻近层及围岩的瓦斯。2、钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔60m处开掘一条垂直回风巷的上山，上山宽3m，高2m，坡度约为30度，掘5m后反平，再沿煤层顶板掘23m平巷作为钻场，也可考虑直接在煤层内掘钻场，不掘上山。3、钻孔布置：每个钻场内布置4个钻孔，呈扇形布置，详见图3-6，钻孔参数见表3-2。表3-2 钻孔技术参数表 孔号孔径（mm）方位（）倾角（）开孔位置钻孔间距（m）孔深（m）1750略大于煤层倾角钻窝上帮距顶梁0.5m0.98027510同上0.98037520同上0.9804#7525同上0.980注：以上技术参数只供试验参考，须根据效果考察来确定最适合的参数。图3-6 顶板高位钻孔抽放上邻近层瓦斯示意图封孔工艺：钻孔施工时，先采用直径78mm钻头开孔，开孔深度6m。开孔后再钻直径75mm的钻孔，孔长度80m。在孔内插入直径50mm的双抗塑料管作为抽放瓦斯管，封孔可采用两种方法：聚胺酯封孔或水泥封孔。顶板高位钻孔一般采用水泥封孔，在水泥封孔有困难时，采用聚胺酯封孔。为提高抽放瓦斯钻孔的抽放瓦斯量，防止钻孔垮孔、堵孔，影响抽放效果，顶板孔内可采用铁套管固孔，以提高钻孔的密封性，每施工完成一个钻孔后立即进行封孔。3.3.5 掘进工作面预抽3.3.5.1 掘进工作面先抽后掘今后xx矿如掘进工作面瓦斯涌出量大或有煤与瓦斯突出，则掘进面需进行先抽后掘或边掘边抽。抽放方法：在掘进工作面向迎头打顺层钻孔，在工作面掘进前进行预抽，降低或消除掘进工作面瓦斯突出的危险。抽放钻孔布置：抽放钻孔布置见图3-7，钻孔技术参数见表3-3。 图3-7 掘进工作面钻孔布置示意图注：上图仅供参考，钻孔开孔位置应避开破碎处，钻孔的个数可以根据瓦斯及断面情况布置4-8个左右，可根据抽放情况增减。表3-3 掘进面先抽后掘钻孔技术参数表钻孔类别钻孔与巷道中心线夹角（）钻孔与水平面夹角（）孔深（m）钻孔直径（mm）开孔间距（m）迎头钻孔510同煤层倾角15-30750.4注：钻孔深度可根据煤层情况确定，条件允许情况下，深度越大效果越好封孔工艺：钻孔采用聚氨酯封孔，聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的简称。对于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在发泡后，其内所形成的孔为封闭孔，即各孔之间互不连通，另外对发泡时间、发泡倍数、固化后的强度，可塑性等均有一定的要求。可选用煤科总院抚顺分院研制生产的聚氨酯封孔材料，在钻孔内4.45.5m深度封孔，钻孔密封段长度仅1m，既能保证密封严密，又可节省封孔材料。该聚氨酯封孔材料膨胀倍数20倍以上，聚氨酯发泡均匀、细小，孔隙又不联通，还有可塑性，适于动压区封孔；在抽放瓦斯负压6080kpa、正压2mpa下，钻孔密封严实不漏气。 聚氨酯封孔采用卷缠药液法,缠药方法及钻孔内封孔管结构如图3-7所示。抽放管为内径25mm的焊缝钢管，长为56m，在管前端焊上铁档板，套上木塞和橡胶垫圈，距前端橡胶垫圈1m处，再套上木塞和橡胶垫圈，并用铁线缠紧固定，在1m间距内的抽放管上固定一块毛巾布（1m0.7m）。卷缠药液法封孔操作程序为：先称出封一个孔的甲、乙组成药液，分别装入两个容器，再将药液同时倒入混合桶，立即用棒快速搅拌均匀，当药液由黄褐色变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在毛巾布上，边倒药液边向抽放管上卷缠毛巾布，并把卷缠好药液的封孔管迅速插入钻孔，大约5分钟后，药液开始发泡膨胀，20分钟后停止发泡，逐渐硬化固结。为了避免封孔管晃动影响封孔质量，孔口处用木塞楔紧。封一个钻孔的聚氨酯用量约为1kg左右。 钻孔与管路的连接聚氨酯封孔1小时后，便可与抽放管路连接（水泥砂浆封孔不但麻烦，还需经25小时后才可与抽放管路连接）。钻孔与管路连接处应设置流量计和阀门。钻孔封孔器与抽放管路的连接如图3-8所示。瓦斯预抽一定时间后，根据抽放量的大小决定停止抽放的时间，继续向前掘进，掘进到距原钻孔底5m左右的超前距时，停止掘进，重新打钻孔抽放瓦斯，如此反复循环。 3.3.5.2 掘进工作面边掘边抽除采取迎头打钻孔抽放外，也可以考察边掘边抽，其优点抽放时不影响掘进，且抽放效果较好，缺点是需掘钻场，增加工程量，见图3-9，钻场规格宽2m，长4m，高与掘进巷道相同。封孔工艺与先抽后掘的钻孔封孔方法相同。 图3-9 掘进工作面边掘边抽示意图表3-3 边掘边抽钻孔技术参数表钻孔类别钻孔与巷道夹角（）钻孔仰角（）孔深（m）钻孔直径（mm）掘进钻孔18215同煤层倾角3075以上两种方法中，掘进工作面先抽后掘影响掘进的进度，而边掘边抽虽不影响掘进速度，但需打钻场增加工程量，可以通过现场使用比较，选择效果较好的一种抽放方法。3.4 瓦斯抽放量预计xx煤矿属首次进行瓦斯抽放，没有进行过上隅角及采空区的瓦斯浓度分布测定工作，根据工作面的实际情况，工作面绝对瓦斯涌出量近6min3/min，采空区瓦斯涌出按60计算，则采空区瓦斯涌出量约3.6 min3/min，结合我国进行上隅角瓦斯抽放的经验，为确保2201工作面回风巷及上隅角瓦斯浓度不超限，工作面抽放瓦斯纯量预计为2min3/min以上，上隅角浅部瓦斯抽放浓度按10计算，则抽放混合量应为20min3/min以上。3.5 采空区插管抽放的安全管理1）所有参加采空区插管（埋管）抽放的工作业人员必须掌握操作的作业标准，熟知瓦斯的基本知识，严格遵守规程，安全负责人负责现场安全把关。2）撤装管路时回风巷瓦斯浓度不得超过1%，否则必须停工，采取措施处理瓦斯。3）插管抽放时，插入上隅角的管路应为软管，可避免撞击，同时软管应阻燃防静电。4）.回风巷的抽放管路安装及拆除时应轻拿轻放，施工作业时要使用铜质工具，以免产生火花,避免碰撞。5）应在上隅角设挡风帘，并调整插管的位置和深度，以保证抽放浓度较高。6）抽放泵必须为水环真空泵，不能采用干式泵。4 瓦斯抽放管路系统4.1抽放瓦斯管路选择4.1.1 抽放管路及抽放泵位置选择原则抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中，尽可能避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设，还要考虑安装、检修方便。抽放管路系统与抽放泵的位置有很大关系，抽放泵站如布置在地面，最好选在回风井附近，泵房20m内严禁明火，运输及供水、供水要方便，如抽放泵布置在井下，应靠近抽放地点，安装在进风硐室中。4.1.2 抽放泵位置选择抽放泵站的位置，一般有两种选择，一种是泵站布置在井下靠近抽放地点的进风流中，这样可以大大减少管路长度，可以根据抽放地点的改变移动抽放泵，可以节省管路投资，前提条件是抽放管路排出的瓦斯排放到采区专用回风巷或总回风巷后，经稀释瓦斯浓度不超限。另一种泵站位置选择方案是将泵放在地面，一般是由于矿井总回风巷瓦斯浓度较高或总回风巷行人，抽出的瓦斯不能排放到总回风巷内，必须排放到地面。这样泵站即使布置在井下也不能缩短抽放管路的长度，而且布置在井下需打硐室，供电及供水都不如地面方便，因此这种情况下，泵站一般都布置在地面。对xx矿而言，由于总回风巷瓦斯浓度已达至0.6以上，因此泵站必须安装到地面。根据矿井的具体情况，由于回风井今后将废弃，因此抽放管路从副平硐通到地面，在副平硐口以北的山上，开出一块平地，用来建泵站。4.1.3 抽放管路敷设路线xx矿瓦斯抽放首先进行上隅角瓦斯抽放，暂不考虑预抽，瓦斯抽放泵站选择在地面，抽放管路从副平硐敷设到地面，上隅角瓦斯抽放管敷设路线为：2201工作面上隅角2201工作面回风巷联络巷3煤巷副平硐地面管路瓦斯抽放泵房放空管。抽放瓦斯管路敷设路线如图4-1：4.1.4 抽放瓦斯管径选择瓦斯抽放管径选择合理否，对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放系统效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；直径过细，管路阻力损失大。故一般采用下式计算，并参照抽放泵的实际能力使之留有备用量，同时尚需考虑运输和安装方便。管径按下式计算：d=0.1457（q/v）1/2式中 d抽放瓦斯管内径，m;q瓦斯管中混合瓦斯流量，m3/min;v瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般v=515m/s。当管中瓦斯流速取10m/s，抽放管路中混合流量按20m3/min计算：d=206mm，因此可管路选择内径为200mm的8寸管，一般选用无缝钢管，由于矿井规模较小，为节省投资，也可采用焊缝铁管，壁厚4-6mm，如考虑安装及运输方便，也可采用玻璃钢管。为说明方便将工作面回风巷段管路称为支管，出工作面以后的管路称为主管，将抽放管吸入口到抽放泵站段抽放管路称为负压段，将抽放泵站至瓦斯排放口段抽放管路称为正压段。瓦斯抽放管径选择如表4-1 所示。表4-1 抽放瓦斯管径选择结果 类别材料选择管径（内径）（mm）壁厚(mm)抽放主管路焊缝铁管2004抽放支管路焊缝铁管20044.1.5 瓦斯管的连接方式井下管路均采用法兰盘螺栓紧固连接，中间夹橡胶密封圈，为安装方便起见，抽放管路中拐弯等处也可采用铠装胶管代替铁管。4.1.6 管网阻力计算抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。计算管网阻力应在抽放管网系统敷设线路确定后，按其最长的线路和抽放最困难时期的管网系统进行计算，根据xx煤矿采掘布置情况，最长管路长度1000m左右，计算管路的阻力。摩擦阻力计算：式中 h摩管路的摩擦阻力，pa;l管路长度，m;约1000m。混合瓦斯对空气的密度比，浓度取10，查表得0.955k与管径有关系数；d瓦斯管内径，cm;q抽放混合瓦斯量，m3/h。1、 管路阻力（h摩）计算2、局部阻力（h局）抽放管网系统中管件局部阻力（h局），按管道总摩擦力阻力的15考虑。h局=0.15h摩=0.155938=891(pa)3、 管网总阻力（h总）故瓦斯抽放管网系统的总阻力（h总）为：h（总）=h摩+h局=5938+891=6829(pa)4.1.7 管路敷设及附属设施4.1.7.1 管路敷设要求1、地面管路地面敷设管路除符合井下管路的有关要求外，尚需符合下列要求：(1)冬季寒冷地区应采取防冻措施；(2)瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设；(3)瓦斯管路不允许与自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆和电话电缆等敷设于一个地沟内；(4)在空旷地带敷设瓦斯管路时，应考虑到未来的发展规划和建筑物的布置情况；(5)瓦斯主管距建筑物的距离大于5m距动力电缆大于1m，距水管和排水沟大于1.5m，距铁路大于4m，距木电线杆大于2m；(6)瓦斯管路与其它建筑物相交时，其垂直距离大于0.15m，与动力、照明电缆及电话线大于0.5m且距相交构筑物2m 范围内，管路不准有接头和布置管件；(7)瓦斯管不准穿过其它管路，确需穿过，应加钢套管。2、井下管路煤矿井下的环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，为此对煤矿井下抽放瓦斯管路的敷设有如下要求：(1)瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀措施；(2)倾斜巷道的瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑；(3)管路敷设要求平直，尽量避免急弯；(4)管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安装放水器；(5)新敷设的管路要进行气密性。4.1.7.2 管路安装一、地面管路安装敷设xx煤矿抽放瓦斯泵房位于工业广场以南靠近松山河的一块平地上，地面管路安装采用沿地表架空敷设方式，架空高度1m，如穿过公路需打龙门，高度视情况而定。每隔6m设置一个支撑架，也可采用地面支撑墩，必要时在支撑上设有半圆形管卡固定管路，防止管路下滑。地面管路安装敷设方式详见图4-2、图4-3。图4-2地面管路支撑架示意图 图4-3 地面管路支撑墩示意图二、井下管路安装敷设井下抽放瓦斯管路包括风井管路、总回巷管路和掘进工作面管路。风井管路沿井筒敷设，如斜井为砌碹支护，采用悬臂吊挂安装方式或打支撑墩；总回风巷内管路可以采用吊挂或打支撑墩沿巷道底板敷设；掘进面管路可采用巷道侧帮吊挂安装方式。托挂安装见图4-4，井下支撑墩与地面支撑墩类似见图4-3，吊挂式安装见图4-5。图4-4 井下管路悬臂支撑敷设示意图 4-5 井下管路吊挂敷设示意图4.1.7.3 管路防腐、防锈地面和井下金属管路外表均要先涂刷二层樟丹，防锈地面管路再涂刷一层油性调和漆。井下管路再涂一层煤焦沥青漆。采用焊缝铁管管壁较薄，管道内有水，因此管内部应刷漆防锈。4.1.7.4 附属装置管路附属设施主要包括如下设备：1、抽放管路低洼处要安装放水器。2、抽放管路上配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计等。3、泵站配置u型管水柱计、瓦斯检定器（100）、高负压取样器、气压计等检测仪。具体如下：(1)阀门：在瓦斯抽放管路上和钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个独立抽放地点的抽放负压、瓦斯浓度、抽放量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。设计选用的阀门为截止阀。(2)在抽放管路以及钻孔连接装置上均应设置测压嘴，采空区抽放各支路上以便经常观测抽放管内的压力。测压管高度设计为20mm，选用内径6mm的紫铜管，在安装管路之前预先焊上，平时用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。测压嘴还可作为取气样孔，取出气体进行气体成分分析。(3) 计量装置：瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数，孔板流量计用以测定瓦斯抽放管路中的瓦斯流量。其结构简图如图4-6所示。当气体经管路通过孔板时，在孔板两侧产生压差，通过压差可以计算出管路中气体的流量。图4-6 孔板流量计结构原理图采用下列公式对管路抽气量进行计算：qv =k式中：qv气体体积流量，m3/s；k 孔板系数（出厂时测定，给用户提供的k值）；hu型管水柱压差，mm。图4-7为压差和负压测定方法示意图，可采用两个u型压差计，也可采用抚顺分院生产的四通阀流量压差计。 图4-7 瓦斯抽放流量、负压、浓度等参数测定示意图 (4) 放水装置放水装置的种类很多，可分为自动放水器和人工放水器两种，自动放水器可分为正压自动放水器和负压自动放水器，由于xx煤矿主要是瓦斯预抽，钻孔及抽放管路内可能有涌水，xx矿井下均为负压管路，需安装负压放水器，也可安装自动放水器，负压放水器安装见图4-8，人工放水器结构及安装见图4-9。 图4-8 负压放水器与抽放管路连接图图4-9 人工放水器结构及其与抽放管路连接4.2 抽放泵选型4.2.1选型原则1、瓦斯泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽出量的需求；2、瓦斯泵的负压能克服管路系统的最大阻力；3、具有良好的真空度；4、 抽放设备配备的电机必须防爆。4.2.2 抽放泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放期间最大抽放量的需要。q泵=qzk/（x）式中：q泵抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min;qz抽放瓦斯总量（纯量），m3/min，取2m3/min;x掘进面、煤体及采空区抽放瓦斯浓度；，取10k备用系数，k=1.2；瓦斯抽放泵的抽放效率，取0.8。经计算，抽放泵所需的额定流量为30m3/min。4.2.3 抽放瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起，经负压抽放管路到抽放泵，再由正压抽放管到释放点所产生的全部阻力损失，即：h泵=k（h总+h孔+h正）式中 h泵瓦斯抽放压力，pa;h总抽放系统管网总阻力，pa；h孔抽放管口所需负压，采空区抽放取10000pa;h正瓦斯泵出口正压，取5000pa;k压力备用系数，k=1.2。按上式计算：瓦斯抽放泵的最大压力：h泵=1.2（6829+10000+5000）=26195pa4.2.4 抽放泵选型根据前面的计算结果，所需q泵、h泵，可选抚顺分院生产的zwy40/75型（yd-vi型）抽放泵站，底盘选择平板式。根据泵的特性曲线，泵抽气量能满足抽放需求。为确保瓦斯抽放工作的正常进行，采用二台抽放泵，一台工作，一台备用。今后抽放规模扩大时，也可两台泵并联运行，提高抽放量。如考虑今后扩大抽放规模，也可考虑选用zwy60/90型（yd-vii型）抽放泵，最大抽气量60m3/min。以下设计按选择zwy40/75型泵进行设计。zwy40/75型泵的性能规格见表4-2。表4-2 抽放泵性能规格表型号最大抽气量(m3/min)极限真空度(kpa)耗水量(l/min)电机功率(kw)供电电压(v)外形尺寸(m)长宽高yd-vi40819175380/6602.71.321.504.2.5 抽放瓦斯泵房主要附属设施抽放瓦斯泵站除应配置管路系统的控制阀门、测压嘴、孔板流量计和放水器等附属设施外，还应配置下列附属设施：1、瓦斯泵的进、出气端的管道上，设置防回火装置与水封式防爆器以防止井下管路瓦斯爆炸或地面防空管雷击燃烧波及范围扩大，因此在泵进气及泵出气口选用防回火装置与水封式防爆器以熄灭燃烧火焰和释放爆炸能量，减小波及范围。装置结构如图4-10和图4-11所示。图4-10 铜网式防爆、防回火装置图4-11 水封式防爆、防回火装置2、泵站的出气端设置放空管，用来排放泵站抽出的瓦斯。安设放空管应注意以下几点：(1) 放空管直径不得小于瓦斯泵出、入口的主管直径，设计选用208mm的铁管；(2) 为防止雨水或其它杂物进入防空管，其上端管口应设防护罩；(3) 放空管周围不允许有易燃物；(4) 放空管的高度需超过泵房屋脊3m以上，与泵房墙壁距离一般不超过5m。放空管的施工安装见附图1。3、地面管路需安装正、负压放水器，负压放水器安装同井下见图4-8，正压端低洼处要安装正压放水器，其安装方法见图4-12，可安装人工放水器代替自动放水器。图4-12 正压放水器与抽放管路连接图4、在泵房内抽放管路上配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计（抽放泵站自带），对抽放瓦斯系统进行计量和测定，计量装置的安装与井下管路相类似，见图4-6，图4-7，及附图2。采用下列公式对移动泵站抽气量进行计算：qv =k式中：qv气体体积流量，m3/s；k 孔板系数（出厂时测定，给用户提供该抽放泵站的k值）；hu型管水柱压差，mm。5、泵房和放空管附近设置避雷装置，本设计中放空管高度不高，泵房所占面积较小，采用单针避雷，单支避雷针保护范围计算如下：单针在地面的保护半径r为1.5h（h是避雷针的高度）。从针顶点向下作45斜线，构成圆锥形的上半部；从距离针脚1.5h处向上再作斜线与前一斜线在h/2处相交，交点以下构成圆锥形的下半部。在任一高度hx的x-x平面上，保护半径可由下式确定：当hxh/2时，rx=(h-hx)p 式中 rx在hx的高度上保护范围的半径，放空管与避雷针间距离小于5m；h避雷针高度，m； hx被保护物的高度，放空管取7m；p修正系数，取1。 单支避雷针保护放空管其保护范围如图4-13所示。根据避雷针保护范围和放空管的高度hx，计算当避雷针距放空管距离小于5m时，避雷针高度为14m足以满足要求。图4-13 单支避雷针保护范围示意图因此选用高度为14m的避雷针。避雷针的结构与安装见附图3。6、泵房外设高、低位水池各一座。7、抽放泵自带停水断电装置，停水断电是用于监测水源供水的情况，避免泵站在无水情况下空转，损坏泵体。停水断电原理如图4-14所示。1 外壳 2 浮漂 3 导向管 4 微动开关图4-14 停水断电装置原理图8、泵房内配置检测和监控装置除u型管水柱计、u型管汞柱计、瓦斯检定器、气压计等检测仪表外，对于经济条件允许的矿井，还可配备瓦斯抽放泵站监测系统，设立检测分站，对抽放瓦斯浓度、负压和流量等进行自动监测，如图4-15所示。如不安装瓦斯抽放自动检测系统，则采用孔板流量计进行人工测量。监测监控装置包括瓦斯环境瓦斯浓度监测，有条件的还可以安装泵开停及轴温等传感器，抽放泵体本身自带一个环境瓦斯浓度传感器和瓦斯警报断电仪，可以监测泵环境周围的瓦斯浓度。9、泵房内照明可利用泵自带的防爆照明灯；10、泵房内配置砂箱、灭火器等灭火器材。图 4-15 泵站瓦斯抽放监测系统示意图5 瓦斯抽放泵房5.1 抽放泵房场地平面布置抽放场地的布置原则应严格按照国家所颁布相关法律、法规执行，不占用良田，有效利用现有的场地，平面布置整齐、合理，便于安装与维修。5.1.1 抽放泵房位置选择瓦斯泵房属有爆炸危险的厂房；要求周围50m范围内无居民，20m范围内无明火，同时，应选择交通便利，地势平坦的开阔地，有利于建筑物施工，抽放管路和电缆敷设。xx矿抽放瓦斯泵站选择在副平硐附近附合上述条件，对抽放泵、水泵供电方便，管路通过风井进入井下，安装较方便，安全系数高。5.1.2 泵房结构1、抽放泵站由瓦斯泵房、值班室组成，瓦斯泵房长6m，宽3m，高3.5m，；值班室233m。防回火装置、防爆装置安装在泵房外，装置上面应有简易棚，避免雨淋。抽放瓦斯泵房的结构见附图2。2、 围墙（或栅栏）：防止闲杂人员进入。5.2 瓦斯抽放泵房建筑及环境保护5.2.1场地基础资料建议场地内所有建筑物及构筑物均按当地地震裂度6度计算。5.2.2 建筑物和构筑物建设抽放站是有爆炸危险性的甲类厂房，设计考虑门窗作为泄压面积，泄压面积与厂房体积比应在0.051.22之间，抽放站内的建筑物和构筑物须选用不燃性材料建设。抽放瓦斯泵房的土建工程设计与施工由矿方自行完成。5.3 瓦斯泵房设备布置抽放瓦斯泵房的主体设备yd-vi型瓦斯抽放泵站（包括电机、气水分离器、检测、监测等设备见图5-1）、管路、控制阀门等；主要附属设备有放水器、防爆和防回火装置、放空管、计量检测装置及避雷装置等。瓦斯抽放泵无需打基础，利用泵原有的底座，将泵整体平放到泵房内，防爆、防回火装置、放空管、避雷针都须做基础，基础可采用混凝土捣制。5.4 泵站的供电系统及通讯5.4.1 供电系统1、 供电系统总则：泵站供电管理参照掘进面的局扇的供电管理，要求“三专”，即专用变压器、专用线路、专用开关。根据矿井目前供电情况，由地面变压器对瓦斯抽放泵供电，电压为380伏，开关采用矿用防爆磁力起动器，供电采用专用电缆。2、供电计算1） 瓦斯泵供电电缆选择泵额定功率； ue 电压； 需用系数，取0.9， 电机的加权平均功率因数，取0.8。现选用u：35mm2四芯电缆，其长期允许负荷电流值为138a128a，满足要求。2） 潜水泵电缆选择潜水泵因功率较小，可选用10mm2电缆。3) 开关泵站自带磁力起动器。4）电气系统接线图见图5-2，按380伏电压接线。5.4.2 泵站通讯在泵站安装直达矿调度电话一部。图5-25.5 泵站给排水系统泵房有三部分用水，抽放泵循环冷却用水，生活用水和消防用水。 对泵供水有两个作用，一个是使泵产生真空，同时起冷却轴温的作用。水环泵正常工作时必须供水，供水水流应稳定、持久。供水水质应为不含颗粒的清水，供水水压不能超过1mpa，若超过，应在泵站进水口处加减压阀；若水质不纯（含有颗粒物）应在水流入口端加过滤装置，yd-vi型瓦斯抽放泵用水量5.5m3/h。泵房内用水均取自生活水源。yd-v