煤矿150101工作面抽采设计.doc

第一章 矿井概况1、煤尘爆炸性根据山西省煤炭工业厅综合测试中心晋煤（2013）0603-mb-k0320-0321煤尘爆炸性鉴定报告，14号煤层煤尘具有爆炸性。根据山西省煤炭工业厅综合测试中心晋煤检（2013）0603-mb-k0320-0321煤尘爆炸性鉴定报告，15号煤层有煤尘爆炸性。2、煤自燃倾向性 根据山西省煤炭工业局综合测试中心晋煤检（2013）0603-mr-k0320-0321煤层自然倾向性鉴定报告，14号煤层煤自然倾向性为类，自然倾向性性质为自燃。根据山西省煤炭工业厅综合测试中心晋煤检（2013）0603-mr-k0320-0321煤层自然倾向性鉴定报告， 15号煤层煤自然倾向性为类，自然倾向性性质为不易自燃。3、瓦斯根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年10月编制的山西和顺正邦良顺煤业有限公司15号煤层瓦斯涌出量预测报告结论，15号煤工作面最大相对涌出量为6.79m3/t，最大绝对瓦斯涌出量12.21m3/min；矿井最大相对涌出量为13.26m3/t，最大绝对瓦斯涌出量25.11m3/min；按照煤矿安全规程第133条的规定，矿井在开采15号煤层时，为高瓦斯矿井。根据山西省煤炭工业厅晋煤瓦发（2013）160号文件，“关于晋中市2012年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复”，山西和顺正邦良顺煤业有限公司瓦斯绝对涌出量4.74m3/min，评审等级为瓦斯矿井。九、瓦斯抽放系统目前，山西和顺正邦良顺煤业有限公司已建立地面高、低负压瓦斯抽放系统。高负压系统使用2台2bec50型水环真空泵，电机功率280kw，一用一备，主管选用529*10焊缝钢管、支管选用325*6焊缝钢管。低负压系统使用2台2bec60型水环真空泵，电机功率355kw，一用一备，主管选用529*10焊缝钢管、支管1选用273*6焊缝钢管、支管2选用219*6焊缝钢管、支管3选用219*6焊缝钢管。第二章 建立瓦斯抽放的条件第四节 矿井瓦斯抽放的可行性和必要性根据gb50471-2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范以及煤矿安全规程第145条的规定，凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽放系统，开展瓦斯抽放工作：1.即一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方式解决不合理的；2.矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：.大于等于40m3/min；.年产量100150万吨的矿井，大于30m3/min；.年产量60100万吨的矿井，大于25m3/min；.年产量4060万吨的矿井，大于20m3/min；.年产量小于或等于40万吨的矿井，大于15m3/min。一、矿井瓦斯来源分析根据瓦斯预测结果可以看出：矿井绝对瓦斯涌出量为25.11m3/min。回采工作面瓦斯涌出量为：12.21m3/min，占矿井总瓦斯涌出量的48.6%，其中临近层瓦斯涌出量为：7.07m3/min，占回采工作面瓦斯涌出量的57.9%。掘进工作面（2个）瓦斯涌出量为：3.24m3/min，占矿井总瓦斯涌出量的12.9%；采空区瓦斯涌出量约为：9.66m3/min；占矿井总瓦斯涌出量的38.5%；通过分析可以看出，回采工作面瓦斯涌出量为：12.21m3/min，占矿井总瓦斯涌出量的48.6%，其中临近层瓦斯涌出量为：7.07m3/min，占回采工作面瓦斯涌出量的57.9%。是瓦斯治理的重点。二、抽放瓦斯的必要性根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司的瓦斯涌出量预计情况，矿井采煤工作面绝对瓦斯涌出量为12.21m3/min；矿井瓦斯涌出量为25.11m3/min；大于“一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min；年产量60100万吨的矿井，大于25m3/min，”的规定，完全符合建立瓦斯抽放系统的条件，必须建立瓦斯抽采瓦斯系统。从安全生产的角度考虑，采掘工作面实行瓦斯抽放必要性的判断标准是：采掘工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所允许的瓦斯涌出量，即采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需风量，亦即有下式成立时，抽放瓦斯才是必要的。 q0 100qk /c 式中：q0采掘工作面设计风量，m3/min；q 采掘工作面瓦斯涌出量，m3/min；k 瓦斯涌出不均衡系数；取1.2c 根据山西省有关规定按煤矿安全规程允许的工作面瓦斯浓度下调20%，取0.8%。1、回采工作面抽放瓦斯的必要性分析根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司的实际情况，回采工作面进、回风巷道断面9.6m2，回采工作面需要的配风量，已远远大于允许通过的最大配风量，但仍然不能把瓦斯降到规定限度以下，所以必须采取瓦斯抽放措施才能解决瓦斯问题。回采工作面瓦斯抽放必要性计算如下表，见表2-4-1。表2-4-1 回采工作面抽放瓦斯必要性判别表 名称瓦斯涌出量m3/min允许瓦斯浓度(%)工作面最大允许风量m3/min工作面需要最小风量（不进行抽放时）m3/min是否需要抽放15号煤回采工作面12.210.81831.52317.5是从以上计算可以看出，山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿回采工作面进行瓦斯抽放是必要的。2.掘进工作面抽放瓦斯的必要性分析根据瓦斯涌出量预测，山西和顺正邦良顺煤业有限公司的15号煤掘进工作面瓦斯涌出量为1.62m/min ,没有大于3m3/min的规定要求，不需要采取瓦斯抽放措施。综上所述，山西和顺正邦良顺煤业有限公司在生产期间，必须对回采工作面采取抽放瓦斯措施。三、瓦斯抽放的可能性1.开采层瓦斯抽放的可能性开采层瓦斯抽采的可行性取决于煤层的自然透气性，其评价指标有两个：煤层的透气性系数(l)和钻孔瓦斯流量衰减系数(a)。国家安全生产监督管理总局于2006年颁布的矿井瓦斯抽采规范aq 10272006规定的开采层预抽瓦斯可行性评价指标见表2-4-2。表2-4-2 煤层瓦斯抽采难易程度表抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数a (d-1)煤层透气性系数l(m2/mpa2d)容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1较难抽采0.050.1表2-4-2中所规定的开采层预抽难易程度分类的目的是为根据煤层的不同抽采类型选择相应的抽采方法、工艺技术参数而提供依据，并不是表明如果为“容易抽采”、“可以抽采”类型的则能进行瓦斯抽采，而为“较难抽采”类型的则不能进行瓦斯抽采。目前抽采是解决瓦斯灾害的主要技术途径。根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年10月编制的山西和顺正邦良顺煤业有限公司15号煤层瓦斯涌出量预测报告的结果，15号煤层透气性系数为0.0120.013m2(mpa2d) ，平均0.0125 m2 (mpa2d)；钻孔瓦斯流量衰减系数为0.1290.184d-1，平均0.1565 d-1，属较难抽放煤层；百米钻孔瓦斯涌出初速度为0.0172-0.0201(m3/min100)。通过改变抽采瓦斯方法以及相关钻孔布置方式和合理参数来达到抽采目的。2.邻近层瓦斯抽放的可能性邻近层抽放瓦斯技术是一项成熟的治理瓦斯灾害的技术，我国的阳泉、松藻、铁法、淮南、淮北和北票等许多抽放瓦斯矿区通过几十年的抽放瓦斯实践得出：在中、近距离邻近层赋存条件下，只要抽放方法，工艺参数设计、施工合理，抽放参数选择适宜，都能取得良好的抽放瓦斯效果，工作面邻近层的瓦斯抽放率一般可以达到4090%。山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿开采15#煤层，其上部存在很多中近距离的煤层、煤线，所以只要抽放方式、抽放参数设计合理，施工工艺达到设计要求，无疑可获得良好的抽放瓦斯效果。3.采空区瓦斯抽放的可能性山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿开采15号煤层时，在开采煤层的上部存在邻近层煤层,受采动影响向开采层采空区涌出瓦斯，而采空区存在大量的瓦斯又涌向回采工作面，因此,抽放采空区瓦斯可能性是存在的，而且势在必行。第三章 矿井瓦斯抽放方法设计第一节 瓦斯抽放方法的选择一、选择抽放瓦斯方法的原则1）选择的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）抽放方法的选取应根据瓦斯来源及涌出构成进行，应尽可能采用综合抽放瓦斯方法，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的结合；4）有利于抽放巷道的布置与维护；5）有利于提高瓦斯抽放效果，降低抽放成本；6）有利于钻场、钻孔的施工、抽放系统管网敷设，有利于增加抽放钻孔的瓦斯抽放时间。二、瓦斯抽放方法的确定根据山西省煤炭工业局综合测试中心编制的山西和顺正邦良顺煤业有限公司矿井15号煤层瓦斯涌出量预测报告及矿井实际情况，确定瓦斯抽放方法:顶板走向高抽巷、后高抽巷抽放、回采工作面本煤层顺层钻孔预抽、上隅角埋管抽放、全封闭采空区插管抽放的综合抽放方法。三、 回采工作面瓦斯抽放 1.顶板走向高抽巷、后高抽巷抽放根据邻近煤层赋存情况、瓦斯分析和预测结果，15#煤工作面开采时，设计采用顶板走向高抽巷，解决上临近层瓦斯；后高抽巷解决工作面初采期瓦斯的抽放方法。一般走向高抽巷布置层位，应根据临近层瓦斯涌出密集区的位置及上覆岩层垮落形成的裂隙带来确定，既要尽量位于上临近层瓦斯涌出密集区，又要位于充分裂隙带范围内，保证走向高抽巷既能抽出大量瓦斯且高抽巷不被过早破坏，同时走向高抽巷布置层位还要考虑到施工的便利，需有明显的标志层。根据国内瓦斯抽放技术经验和效果，走向高抽巷布置在8-10倍采高的层位，即在工作面上部沿11号煤层中布置顶板走向高抽巷,高抽巷距工作面回风巷水平垂直投影距离50米，距15号煤顶板距离53米。后高抽巷布置，在工作面回风巷切处沿回风巷方向平掘10米，然后，按90向工作面转弯，沿10爬坡向前掘进52米，按90向工作面转弯，沿42爬坡掘进与走向高抽巷贯通，巷道断面：2.0m2.0m。其作用在于：该巷必须布置在顶板初始冒落裂隙带内，使之随工作面开采推进，顶板逐渐冒落，使后高抽巷逐渐进入顶板裂隙层内，使初采期上临近层瓦斯在高抽巷抽放负压作用下排出，解决初采期瓦斯超限问题。其布置方式见图3-1-1。 图3-1-1 15#煤回采工作面邻近层瓦斯抽放示意图2.回采工作面本煤层顺层钻孔预抽采用回风巷（轨道巷）顺层平行钻孔方式进行本煤层预抽，抽放管路，采用吊挂方式，距底板1.8m高，本煤层预抽在回风巷向工作面布置顺层平行钻孔，钻孔布置参数见（表3-1-2），由于煤层倾角原因，钻孔倾角按工作面实际情况调整04，孔径110mm，钻孔长度140m，钻孔高度距底板1.0m，钻孔间距为2m，钻孔预抽时间180天，采用聚氨脂封孔，封孔深度不小于8m。其布置方式见图3-1-2，钻孔与抽放管联接见图3-1-3。钻孔进尺：工作面长度为150m，走向长800m, 钻孔长度140m，钻孔间距为2 m，钻孔数量400个，钻孔进尺为56000m，吨煤瓦斯抽采钻孔进尺为0.062m/t m/t。预测时间确定：百米钻孔初始瓦斯涌出量平均为0.01865m3/min100m，钻孔瓦斯流量衰减系数平均为0.1565d-，百米钻孔在不同时间t内可抽采的瓦斯总量（qt）和钻孔抽采有效系数（k）按下式计算：qt=1440q0(1e-t) k=(1e-t) 100式中：qt百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m3； t抽采时间，d；k一钻孔抽采有效系数，；计算结果见（表3-1-1） 表3-1-1 不同抽采时间内百米钻孔抽采瓦斯总量及钻孔抽采有效系数 排放时间(d)6090180排放瓦斯总量qt(m3)1715.9 1716.03 1716.04 钻孔抽放有效系数k(%)99.9999.9999.99从表3-1-1中可以看出，抽采时间60天时，抽采钻孔的有效性系数为99.99%，已接近了钻孔极限涌出量。根据瓦斯涌出量预测报告结论：钻孔瓦斯流量衰减系数平均为：=0.1565 d-1；煤层透气性系数平均为:=0.0125 m2/mpa2d；15号煤层为较难抽采煤层。山西和顺正邦良顺煤业根据实际及周边矿井瓦斯抽放效果考察情况，在采用钻孔（110mm）抽放时，钻孔预抽时间增加120天的时间，即预抽时间为180天。钻孔间距确定：预抽时间180天时，抽采有效系数为99.99%，抽采率符合要求，钻孔预抽影响范围计算：=100qtl100(lmdwo)式中：钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，%qt百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m3；l钻孔长度，m；m煤层平均厚度，m；d钻孔抽采影响范围（直径），m；煤的视密度，t/m3；wo煤层瓦斯含量，m3/ t。计算结果见（表3-1-2）表3-1-2 不同钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率表（%）qt（m3）l（m）m（m）wo（m3/t）（t/m3）d（m）22.611716.041405.984.51.41215.081716.041405.984.51.41311.311716.041405.984.51.414按目前国内本煤层预抽瓦斯的经验，根据钻孔预抽时间来确定钻孔间距，保证抽采效果。由表3-1-2得出，本煤层预抽时间为180天时，在钻孔影响范围为2m的情况下，钻孔影响范围抽采率为22.61%，能够满足抽采要求。设计确定本煤层钻孔预抽时间为180天，钻孔间距为2m。 图3-1-2 15号煤回采工作面本煤层钻孔抽放布置示意图图3-1-3 15号煤回采工作面本煤层钻孔联管示意图3.上隅角埋管抽放,布置方式见图3-1-4在工作面沿回风巷（轨道巷）距切巷100m布置一趟抽放管路，采用吊挂方式，距底板1.8m高，管路一端做一分叉管（人字形），分别安设一个阀门，控制开、闭，分叉管各引一趟125mm铠装软管利用原巷道支护锚杆吊挂于上隅角位置，软管伸入采空区5-10m，出口用铁纱网包好，以防止煤渣进入抽放管路管路，工作面每推进20m，采用交替切割软管的方式，抽采上隅角瓦斯，解决上隅角和回风瓦斯超限的问题。3-1-4 上隅角埋管抽放布置示意图4.全封闭采空区插管抽放全封闭采空区埋管抽放就是在采空区密闭墙上插入抽放管路，使采空区瓦斯在抽放负压的作用下，经抽放管路而抽出，采空区埋管抽放见图3-1-5。图3-1-5 全封闭采空区瓦斯抽放示意图第二节 瓦斯抽放工艺参数1.回采工作面本煤层顺层钻孔预抽布置参数钻孔位置：回风巷内；钻孔角度：垂直巷道中线、平行于工作面、水平上仰04；（根据煤层赋存实际情况调整）钻孔直径：110mm；钻孔长度：140m；钻孔间距： 2m；封孔方式：聚胺脂封孔；封孔长度：不小于8m。抽放时间：钻孔预抽时间不小于180天。2.顶板走向高抽巷、后高抽巷抽放布置参数巷道长度：800m；（和工作面长度相等）高抽巷高度：53m（沿11号煤层中布置，根据实际煤层标高确定）；垂直投影与回风巷水平距离：50m；抽放巷道断面：2.0m2.0m；与管路连接方式：建闭墙，插入管路。3.全封闭采空区插管抽放布置参数.闭墙插管布置参数采空区闭墙插管抽放瓦斯，是解决采空区瓦斯向外涌出的一项行之有效的措施，但要求闭墙密闭性好，以保证抽放瓦斯的浓度。闭墙两端用普通建筑用砖砌成，里外围墙，厚度不小于0.5m。为保证密闭性，将巷道四周墙壁挖出深约0.5m的槽沟，将建筑用砖镶嵌进去，中间留有不小于2m的空间用黄土夯实，闭墙总厚度为3.0m，将瓦斯管（按轴向圆心）放在闭墙的距上部及侧壁50cm处。未抽放前用堵盘将瓦斯管外口堵严，以免向外泄漏瓦斯。.插管与主管的连接与管理由于采空区密封性较差，瓦斯浓度不会太高，并且波动很大，为确保整个抽放系统的瓦斯不低于安全浓度以下，所以插管与主管连接处必须设阀门，节流孔板和浓度检测口，以便于及时检测抽出的瓦斯浓度、流量。第三节 打钻工艺与设备选型一、钻机考虑到山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿煤、岩硬度以及钻孔长度、钻孔施工等， 本设计选用zdy1900s型全液压钻机，数量2台。钻孔角度为0360度。广泛用于地质勘探、瓦斯抽放、注水、锚固支护、旋喷注浆及管棚等钻孔施工作业。zdy1900s型全液压钻机主要技术参数为：钻孔深度 m 100/250/300 终孔直径 mm 94/76 钻杆直径 mm 73/63.5/50钻孔倾角 0-90转速范围 r/min 50-350额定转矩 nm 1900 最大给进力 kn 60 最大起拔力 kn 108功 率 kw 30 整机质量 kg 1650 主机外形尺寸 m（长宽高） 1.810.82.143 二、钻杆钻杆是将钻机的能量传递给岩芯管和钻头，并将水引入孔底，钻杆在运动中受扭力、压力的综合作用，所以钻杆需要较好材质，一般要求抗裂强度为5565kg/mm2，延展率不小于l2%的无缝钢管制成。三、钻头按煤岩层的硬度和是否采取岩芯的不同，选用不同类型的钻头。如三翼锥型钻头、肋骨形钻头、三翼刮刀钻头、鱼尾钻头、环状齿形、环状塔式硬合金钻头和筒状钻头。筒状钻头一般在开孔时用，其孔形光滑、平整便于封孔。一般使用三翼内凹式钻头。四、岩芯管岩芯管一般用于取岩芯和起导向作用。宜用无缝钢管制成，岩芯管的长度为152m。为了防止钻孔歪斜，可用长度2m以上的岩芯管。岩芯管一般采用螺距为4mm，齿高为0.75mm和倾角为5度的梯形螺纹。岩芯管一端用正旋螺纹与钻头连接，另一端用异径接头与钻杆连接。岩芯管螺纹连接处极易磨损，因而异径接头外圆直径、钻头直径应大于岩芯管l2mm，并随时观察，一经发现磨损严重应及时更换。第四节 封孔及连接封孔应满足密封性好、操作方便和材料经济的要求。封孔质量影响着抽放瓦斯的浓度、孔口负压、甚至整个抽放系统的效果。一、封孔本设计选用聚氨脂封孔。聚氨脂是一种新型的化学封孔材料，由异氢酸酯、聚醚和几种添加助剂反应生成硬质泡沫体。封孔前要将顶端焊有铁挡盘的封孔管准备好，根据封孔段长度确定好聚氨酯用量，然后将配制好的甲、乙两种药液混合并快速搅拌均匀，当药液由黄褐色稍变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在毛巾布上，边倒液边向封孔管上卷缠毛巾，并将卷缠好的封孔管迅速插入钻孔内。5分钟后药液开始发泡膨胀，膨胀倍数可达20倍。封孔完毕后用木楔将封孔管楔紧，以免封孔管晃动影响封孔质量。封孔长度不小于8m。二、瓦斯抽放巷道密闭对于进行采空区抽放的巷道以及专用抽放瓦斯的巷道，都应进行密闭，并且要满足以下要求：1、抽放瓦斯巷道密闭要选择在顶板稳定，闭墙处巷道支护完整可靠的巷道段。 2、砌筑密闭前，应在巷道四周掏槽，一般岩巷掏槽深度0.20.3m，煤巷掏槽深0.30.5m。3、密闭墙要严密坚固。一般选用料石和砖砌筑，最好砌筑间距为3m的两道闭墙，中间用黄土充填严实。4、在砌筑闭墙时除预埋抽放瓦斯管外，还应预埋一根细管作为观测用。上山抽放瓦斯的闭墙还应预埋放水管。三、钻孔与管路的连接钻孔与抽放瓦斯管连接时，应设置孔板流量计、观测嘴、阀门及放水器。封孔装置与抽放管路之间一般用柔性埋线胶管连接，便于连接装置的拆装。第四章 矿井瓦斯抽采基本指标第一节 矿井瓦斯抽放量预计根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿开采设计，矿井布置一个15#煤综放工作面，生产能力90万t/a；瓦斯抽放量根据瓦斯涌出预测的结果计算，抽放量预测如下:一、回采工作面瓦斯抽放量预计1、15#煤回采工作面瓦斯抽放量预计 、15#煤回采工作面本煤层瓦斯抽放量预计钻孔抽采量：单孔每分钟抽采量预计：q单= qtl/100/90/1440=1716.04140/100/180/1440=0.00927 m3/min钻孔抽采瓦斯总量q孔=0.00927 m3/min400(钻孔个数)=3.71 m3/min边采边抽瓦斯量预计q边=本煤层瓦斯涌出量抽放率（按aq1027-2006煤矿瓦斯抽放规范的规定，取20%）=5.14 m3/min20=1.028 m3/minq本=q孔+q边 =3.71+1.028 m/min=4.74 m3/min、15#煤回采工作面邻近层瓦斯抽放量预计15#煤回采工作面采用顶板走向高抽巷邻近层瓦斯，根据阳泉矿区多年瓦斯抽放经验和效果，抽放率取70%，15号煤回采工作面邻近层瓦斯涌出量为：7.07m3/min，瓦斯抽放量预计为：q邻=7.07m/min70%=4.95m/min、15#煤工作面瓦斯抽放量预计15#煤工作面瓦斯抽放量预计为：本煤层瓦斯抽放量+邻近层瓦斯抽放量q工作面= q本+q邻=4.74+4.95=9.69m/min二、矿井采空区瓦斯配抽量预计根据阳泉矿区多年瓦斯抽放经验和效果，抽放率取25%，矿井采用上隅角埋管抽放、全部封闭采空区插管抽放。根据瓦斯分析，采空区瓦斯涌出量约为9.66m3/min；预计采空区瓦斯抽放量为：采空区瓦斯涌出量预测9.66 m/min；工作面采空区瓦斯涌出量4.64 m/min；已采采空区瓦斯涌出量9.66-4.64=5.02 m/min。工作面采空区瓦斯q工采空区=瓦斯涌出量抽放率（取25%）=4.64 m/min25%=1.16 m/min。已采采空区瓦斯q已采空区=瓦斯涌出量抽放率（取25%）=5.02 m/min25%=1.26 m/min。q采空区=q工采空区+q已采空区=1.16+1.26=2.42 m/min。三、矿井瓦斯抽放量预计山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿按一个15#煤回采工作面；预计矿井瓦斯抽放总量为：q矿井= q工作面+ q采空区=9.69+2.42 =12.11m3/min矿井按年抽放365天计算，瓦斯量预计：12.11 m/min1440365=6364490m。第二节 矿井瓦斯抽采基本指标计算根据国家安全生产监督管理总局2006-11-02颁布的中华人民共和国安全生产行业标准aq10262006煤矿瓦斯抽采基本指标的规定；4.2瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表4-2-1规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20 m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表4-2-2规定。4.3矿井瓦斯抽采率应满足表4-2-3规定。表4-2-1 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标工作面绝对瓦斯涌出量q (m3min)工作面抽采率 (%)备 注5q10 2010q20 3020q40 4040q70 5070q10000 4表4-2-3 矿井瓦斯抽采率应达到的指标 绝对瓦斯涌出量q （m3min）抽采率 （%）备 注q 202520q403540q 804080q16045160q30050300q50055500q60一、工作面瓦斯抽采率山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿15#煤回采工作面预计瓦斯涌出量为12.21m3/min，瓦斯抽放量为9.69m3/min，则工作面瓦斯抽采率为：9.69/12.21100%=79.4%30%的规定（表4-2-1）。二、可解吸瓦斯量山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿瓦斯含量4.5m3/t，残存瓦斯含量2.05m3/t，可解吸瓦斯量：4.5-2.05=2.45 m3/t6的规定（表4-2-2）。三、矿井瓦斯抽采率山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿预计瓦斯涌出量为25.11m3/min，矿井瓦斯抽放量为12.11m3/min，则矿井瓦斯抽采率为：12.11/25.11100%=48.235%的规定（表4-2-3）。第三节 矿井可抽瓦斯量及抽放服务年限一、可抽瓦斯量可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，其计算公式为：wkc=wkk式中：wkc矿井可抽瓦斯量，mm3；wk矿井瓦斯储量， mm3；k矿井瓦斯抽放率，。矿井可抽放瓦斯量与瓦斯储量及矿井瓦斯抽放率有关。山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿瓦斯储量为633.37mm3，按照目前的抽放技术水平，结合山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿的地质条件、瓦斯涌出及赋存条件，瓦斯抽放率预计48.2%，可抽瓦斯量为：wkc=wkk=633.3740%=305.28mm3二、服务年限由于煤矿在开采过程中影响因素很多，矿井瓦斯涌出量又直接受矿井开采的影响，所以，瓦斯抽放工作在矿井抽放系统已经确立的情况下，其服务年限应与矿井服务年限一致。第五章 瓦斯抽放网络设计第一节 瓦斯抽放管路系统的确定与要求一、对瓦斯抽放系统的要求为了抽放矿井瓦斯，减少矿井中的瓦斯，根据抽放钻场的分布情况、巷道布置情况和利用瓦斯的要求，必须在井下和井上敷设一个完整的瓦斯管路网，单独输送瓦斯。在选择管路系统时，应根据抽放钻场的分布、巷道布置、瓦斯抽放量大小、利用瓦斯的要求，以及发展规划等状况全盘考虑，避免和减少以后主、干系统的频繁改动和更换等。因此，选择管路是否合理，不仅直接影响着抽放费用和管路的检查、修理、维护等工作，而且还影响着抽放量的大小，因此，瓦斯管路系统的选择必须满足以下要求：(1)抽放设备或管路一旦发生事故，管路内的瓦斯不至流入回采工作面或井下峒室。因此抽放瓦斯管路系统应敷设在回风巷道内；(2)瓦斯管路最好敷设在矿车不经过的巷道内，避免或减少因矿车掉道撞坏管路，保证管路的畅通；(3)要考虑日常检查、修理和更换管路的方便；(4)选择瓦斯管路必须根据巷道布置选择最短的距离；(5)抽放管路系统中必须安装调节、控制、测定、防爆、防回气、防回火等装置。二、瓦斯抽放系统的确定根据国家安全生产监督管理总局2006-11-02发布的中华人民共和国安全生产行业标准（aq10272006）煤矿瓦斯抽放规范的规定；1、 凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动泵站瓦斯抽放系统。、 一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于 5 m3/min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯的问题不合理的。、矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的:矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于40 m3/min；矿井绝对瓦斯涌出量年产量1.01.5 mt的矿井，大于30 m3/min；矿井绝对瓦斯涌出量年产量0.61.0 mt的矿井，大于25 m3/min；矿井绝对瓦斯涌出量年产量0.40.6 mt的矿井，大于20 m3/min； 矿井绝对瓦斯涌出量年产量等于或小于0.4 mt，大于15 m3/min。、 开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。2、凡符合1条件，并同时具备下列两个条件的矿井，应建立地面永久瓦斯抽放系统：、矿井绝对瓦斯涌出量瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2m3/min以上；、矿井绝对瓦斯涌出量瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。山西和顺正邦良顺煤业有限公司矿井瓦斯抽放量预计为10.02m3/min，达到了建立地面瓦斯抽放系统的规定要求，瓦斯储量丰富，服务年限长，因此，确定山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿建立地面瓦斯抽放系统。根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（安监总煤装2011163号）的规定：“煤矿瓦斯抽采达标暂行规定第三章 瓦斯抽采系统第十四条 煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井必须建立地面固定抽采瓦斯系统，其他应当抽采瓦斯的矿井可以建立井下临时抽采瓦斯系统；同时具有煤层瓦斯预抽和采空区瓦斯抽采方式的矿井，根据需要分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。”正邦良顺煤业属高瓦斯矿井，符合建立地面瓦斯抽放系统的规定。根据正邦良顺煤业的实际情况，设计走向高抽巷、上隅角埋管、密闭采空区采用低负压抽放系统，本煤层预抽采用高负压抽放系统。确定矿井瓦斯抽放管路系统为：低负压抽放系统：上隅角埋管抽放瓦斯泵站回风立井回风大巷高抽巷密闭采空区抽放高负压抽放系统：瓦斯泵站回风立井回风大巷工作面本煤层预抽第二节 瓦斯抽放管径计算及选型一、瓦斯抽放管管径计算瓦斯管路费用在抽放成本中占很大的比重，合理地选择瓦斯管直径与抽放投资及抽放效果有重要关系。管径越大，投资越大，可能造成不必要的浪费；管径小，投资少，但能量损失大，抽放能力小。所以，选择管径时，必须经过理论计算，并参照抽放设备能力和抽放矿井的经验，使之留有余地。瓦斯抽放管路经济管径采用下列计算公式：d=0.1457(q/v)1/2式中：d瓦斯管内径，m；q管路内混合瓦斯流量，m3/min，富余系数1.21.8；v经济流速，m/s,可取512m/s；约定： 低负压系统：地面及回风立井、回风大巷、采区回风巷瓦斯抽放管为主管1；高抽巷瓦斯抽放管为支管1；上隅角埋管为支管2；密闭采空区瓦斯抽放管为支管3；高负压系统：地面及回风立井、回风大巷、采区回风巷抽放管为主管2，本煤层预抽抽放管为支管4，1、地面低负压抽放系统：矿井低负压抽放量：4.95+2.42=7.37m3/min根据矿井瓦斯抽放量预计，按上式计算，选择的瓦斯抽放管管径。如表5-2-1所示。表5-2-1 地面低负压瓦斯抽放管路管径选择结果 抽放管类别抽放纯量（m3/min）瓦斯浓度(%)富余系数混合瓦斯量m（3/min）瓦斯管内流速m/s 计算管径mm选择管径 mm管材主管17.37101.288.410433529*10焊缝钢管支管14.95201.229.710251273*6焊缝钢管支管21.16101.213.910172219*6焊缝钢管支管31.26101.215.110179219*6焊缝钢管2、地面高负压抽放系统：矿井高负压抽放量：4.74m3/min根据矿井本煤层瓦斯抽放量预计，按上式计算，选择的瓦斯抽放管管径。如表5-2-2所示。地表5-2-2 面高负压瓦斯抽放管路管径选择结果 抽放管类别抽放纯量m3/min瓦斯浓度(%)富余系数混合瓦斯量m3/min瓦斯管内流速m/s计算管径mm选择管径 mm管材主管24.74101.256.98389529*10焊缝钢管支管44.74121.247.410317325*6焊缝钢管二、管材选择瓦斯管的管材一般采用国家定型产品，如冷扎无缝钢管、焊接钢管等，另外也可采用壁厚为6mm钢板卷制的焊缝钢管，但必须作0.5mpa的压力试验，合格后即可使用。随着科学技术的发展，新型的管材有很多，如高密度聚乙稀管、pvc防静电管、塑料管材等，但作为抽放管路必须是防静电和阻燃；必须有足够的强度。抽放瓦斯管内的压力较管材的强度低的多，一般考虑到运输、安装和使用过程中可能出现的碰撞、挤压等现象，对其强度也要有一定的要求。多取排水管强度资料标准。根据目前我国使用的瓦斯管和产品供应情况，本设计选用焊缝钢管，瓦斯管路壁厚6mm。三、管路接头管路接头在抽放瓦斯系统中是一个重要环节，合适的接头在负压下应不漏气，但往往接头成为抽放系统漏气的主要原因之一，不仅降低了抽放负压，而且影响了抽放浓度，因此管接头连接要十分慎重。本方案拟采用螺栓紧固法兰盘中间加橡胶垫圈的方法，用焊接钢法兰盘，中间加橡胶密封圈后用螺栓紧固，这种方法气密性强，但挠性有限，遇转弯适当加弯头即可。四、抽放管路中的附属装置 瓦斯管路的附属装置，大致分为两大类：一类是用来调节控制瓦斯压力和流量的，另一类是有关安全措施方面的。1、钻孔与管路的连接装置瓦斯管路的连接装置，包括弯管、自动放水器、孔板流量计和铠装胶管等。它的弯管端与钻孔封孔器的标准法兰盘对接。胶管一端与瓦斯管三通上的阀门连接，构成了抽放系统。2、阀门在瓦斯主、干管、钻孔联接装置以及认为需要的地点，都必须设置阀门。它的用途是：调节各个抽放区、各个钻场或钻孔的抽放量及瓦斯浓度，同时也可以调节、控制和平衡各地点、各管路系统上所需要的压力。另外，当修理和更换瓦斯管，以及联接、或拆接钻孔装置时，可以关闭阀门，切断通路。管路选用阀门型号根据使用地点管径大小而确定，并和管径相配套。 3、测压嘴 测压嘴即测定管路中气流的静压力的小孔，在管路安装以前，预先焊妥，并检查有无焊渣堵塞现象，保证通气。在瓦斯主管支管和钻孔联接装置上都应设置。测压嘴不宜过大过长，一般不超过30mm，其直径大约410mm。平时，可用一头捆扎的细胶管套紧，确保与管外空气隔绝。测压嘴的功能不仅如此，还可以用来取样，对管内的气体进行分析，以及观测瓦斯浓度。4、管路放水装置放水装置的种类很多，本方案拟选用一种用于负压较高的人工放水器，钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处应设置放水器，管路宜每隔200m-300m设置一个放水器，最大不应超过500m。5、管路排渣装置瓦斯抽放管路排渣装置，适用于瓦斯抽放系统的主管、干管、支管的自动排渣，是瓦斯抽放管路上必备的排渣装置，用法兰与管路或其它设备联接；该设备通过分级式筛网挡板阻拦和沉淀管路内的煤渣、石块及其它大的杂物，净化气流；保护瓦斯抽放设备的安全。6、计量装置1)计量装置原理及使用瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数。煤矿普遍采用变压降法，其原理是当气体通过事先校正过的节流装置(孔板)时，产生压力降(或压差)，测出此压力差即可换算出通过的气体流量。7、瓦斯抽放综合参数测定仪瓦斯抽放综合参数测定仪是专门用于煤矿井下测定钻孔瓦斯浓度、流量、负压及温度等数的便携式精密仪表,也可用于测定抽放管道主管和支管道的瓦斯综合参数。瓦斯抽放综合参数测定仪具有测量精度高、使用方便等优点,瓦斯抽放综合参数测定仪通过无线传输将测量数据传送至计算机,通过专用管理软件绘制抽放参数图形、编制和打印报表。第三节 地面抽放泵出入端(正、负压端)系统设计地面抽放瓦斯泵出入端是抽放瓦斯系统的重要组成部分，它的功能是：输送作用，把井下瓦斯输送出来，再把瓦斯输送出去；安全作用，利用端发生事故不致影响泵房，泵房发生事故不致影响井下；计量检查作用，及时检查瓦斯抽放量、瓦斯浓度的大小；调整作用，可以调整抽放负压、浓度等参数，还可以配以一定量的空气，把高浓度瓦斯降下来，以适合民用。系统包括：控制阀门、测压嘴、防爆防回火装置、孔板流量计、放水器、排空管(配气管)等。一、管径、材质为了制作，安装方便，井上及泵房管路的材质以及联结方法都与井下统一。二、防爆炸、防回火、防回气、自动喷粉抑爆装置安全装置在正常情况下，浓度较高的瓦斯在输送过程中，一般不会发生瓦斯爆炸事故，但是，往往由于种种原因，使抽放瓦斯系统的正常工作状态受到破坏，管内的瓦斯浓度降低，一旦遇到火源而发生瓦斯爆炸事故。因此，瓦斯泵的进、出气端的瓦斯管道上，均设置具有防爆炸、防回火和防回气作用的安全装置，以防止井下管路瓦斯爆炸或地面放空管雷击燃烧和停泵后管路内瓦斯、积水倒流。设计选用水封阻火泄爆装置、干式阻火器和防回气装置。水封阻火泄爆装置要符合瓦斯管道输送水封阻火泄爆装置技术条件aq1072-2009；干式阻火器要符合煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通用技术条件aq1074-2009；防回气装置，其作用为：在正常抽放时，瓦斯通过逆止阀而抽出，一旦停泵后管路内瓦斯、积水不会倒流。自动喷粉抑爆装置要符合瓦斯管道输送自动喷粉抑爆装置通用技术条件aq 1079-2009。防爆炸、防回火、防回气、自动喷粉抑爆装置根据具体抽放管路管径配套。三、安全保障系统由于种种原因，抽放系统的正常工作状态受到破坏，抽放管路内的瓦斯浓度降低，因此，本设计根据aq 1076-2009煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范的要求内容，采用水封阻火泄爆装置、自动喷粉抑爆装置等安全设施，保证瓦斯管道输送的安全。根据aq 1076-2009煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范规定内容：3.2 水封阻火泄爆装置采用水封消焰阻火、泄爆部件泄除爆炸压力，将管道内瓦斯爆炸控制在一定范围内的安全保障装置。3.3 自动喷粉抑爆装置通过对瓦斯管道燃烧或爆炸信息的探测，自动喷出干粉灭火剂将燃烧或爆炸传播过程中的火焰扑灭，抑制燃烧或爆炸火焰传播的装置。5.2 地面瓦斯排空5.2.1 抽出的低浓度瓦斯小利用时，其地面排空管路应安设阻火泄爆、抑爆两种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置宜采用水封式阻火泄爆装置，抑爆装置宜采用自动喷粉抑爆装置，其安设位置如图5-3-1所示。 5.2.2 自动喷粉抑爆装置监控用火焰传感器安装在排空管上，距排空管出气口的距离(沿管道轴向)应小于5 m。5.2.3 自动喷粉抑爆装置的安设位置距火焰传感器的距离(沿管道轴向)为30m-60m。图5-3-1 地面瓦斯排空系统安全设施安装示意1-火焰传感器；2-压力传感器；3-水封阻火泄爆装置；4-自动喷粉抑爆装置；5-真空泵；6-截止阀。四、采空区抽放低浓度瓦斯管道输送安全保障系统(1)井下采空区封闭插管瓦斯抽放，在距离封闭1.5m处安设自动喷粉抑爆装置的火焰传感器。(2) 自动喷粉抑爆装置的安设地点距最近的抽放管口的距离（沿管道轴向）应小于100m。(3) 自动喷粉抑爆装置应至少安设一组，每组抑爆装置需安设两个喷粉罐，两个喷粉罐之间的距离为50m。喷粉罐安设在距抽放管路进气口60m和110m两处。(4) 抑爆装置的火焰传感器应安设在自动喷粉抑爆装置与抽放管进气口之间，距离抑爆装置距离（沿管道轴向）为58.5m。五、放空管(配气管)放空管一般安设在地面瓦斯抽放泵站的出入管上，并靠近机房，以利于操作，参见附图。入口端放空管又叫配气管。安设放空管注意事项为：(1)放空管的直径要大于或等于抽放管径。(2)安装高度一般要超过房顶3m以上。与机房墙壁距离0.51m为宜，最远不超过10m，并用铁丝、钢架加固。(3)为防止杂物和雨水进入放空管，其上端管口要设置保护并保持大于300mm的距离。(4)放空管上空不得有高压电线等通过。六、避雷器设置避雷器是地面抽放瓦斯安全设施中必不可少的安全装置之一，安设在瓦斯泵站管路出入端附近。其作用是：防止在阴雨天气由于雷电引起的电火花，而破坏建筑物或点燃瓦斯放空管。高度要超过放空管5m以上，并将避雷导线埋入地表3m以下。七、孔板流量计、测压嘴及测定装置由于泵站测定观测抽放参数状况频繁，工作人员不可能经常出进。因此，要把测压嘴测出来的压力数值反映到泵站值班室，本方案采用直接用4分管(或胶皮管)联结的方法，到泵站后用软胶皮管与测定仪器联接。第六章 瓦斯抽放泵及泵站设施第一节 瓦斯抽放泵选型一、瓦斯抽放泵选型原则(1)瓦斯抽放的抽气速率必须满足矿井瓦斯抽放期间预计最大瓦斯抽放量的要求。(2)抽放设备的压力，必须满足在矿井瓦斯抽放期间，克服瓦斯管路系统最大的压力损失(最大阻力)，并能使钻孔孔口保持较高的负压。(3)抽放设备必须适合抽放和输送矿井瓦斯具有高度气密性，防止工作时瓦斯涌进泵房内。(4)抽放设备配备电动机必须防爆，防止电动机发生火花，引起瓦斯爆炸。二、瓦斯抽放泵布置方式考虑和选择抽放瓦斯泵的布置方式时，必须满足技术上可行、经济上合理、安全上可靠的要求。从技术、经济、安全的角度分析确定，该矿瓦斯抽放泵布置方式为独立的、并联式布置。三、瓦斯抽放泵选型根据该矿开采地质、瓦斯储存、发展规模等情况，本方案拟选水环式真空泵，其优点是；(1)工作叶轮内有水环，没有爆炸危险；(2)结构简单、运行可靠；(3)真空度高。四、瓦斯泵压力、