某煤矿瓦斯抽放设计_毕业论文设计.docx

某煤矿瓦斯抽放设计_毕业论文设计摘要某矿设计年产煤炭能力15万t，该矿不仅工作面满足瓦斯抽放条件，而且该矿井为煤与瓦斯突出矿井，仅采用通风方法难以解决瓦斯超限问题，从而严重制约正常的生产能力；因此，为了减少和消除瓦斯威胁，保证安全生产，建立了井下瓦斯抽放系统，年抽放量可达几百万立方米。本文介绍了该井田基本概况，计算了瓦斯的储量，对抽放瓦斯必要性进行了论证，同时陈述了其可行性。通过对抽放方法的比较及抽放管路的计算和选择，初步设计了瓦斯抽放的方法和初步确定了工作面瓦斯抽放系统，选择了顺层钻孔先抽后采的瓦斯抽放方法和矿井永久抽放系统，又根据抽放系统管道阻力和瓦斯泵流量和压力，选择了合适的瓦斯泵型号。最后介绍了工作面瓦斯抽放安全技术措施。关键词：煤与瓦斯突出、瓦斯抽放、先抽后掘、安全技术措施i目录1井田概况11.1工作面概况11.2矿井通风系统与部分巷道配风量11.3矿井瓦斯等级及其划分和瓦斯抽放的条件11.4煤层瓦斯参数12瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证12.1煤层瓦斯储量12.2煤层瓦斯瓦抽放率和可抽放量12.3抽放必要性论证12.4抽放瓦斯的可行性13煤层瓦斯抽放方法设计13.1抽放方法的比较和选择13.1.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放13.1.2 掘进工作面瓦斯抽放13.1.3 回采工作面高位抽放13.2抽放施工13.2.1抽放钻孔布置13.2.2 抽放钻孔参数确定13.3封孔方法13.3.1设计规范规定13.3.2抽放钻孔封孔方法的确定14工作面瓦斯抽放系统14.1 矿井永久抽放系统14.2工作面瓦斯抽放设施的配置和布置14.3 抽放管路的计算和选择15瓦斯泵选型15.1抽放系统管道阻力计算15.2瓦斯泵流量和压力计算15.3瓦斯泵选型确定15.4附属装置16工作面瓦斯抽放安全技术措施16.1主要安全技术措施16.2具体安全技术措施1参考文献1致谢1- 1 -某煤矿瓦斯抽放设计1井田概况1.1工作面概况 该矿设计年产煤炭能力15万t，单一煤层开采，全矿有1个采煤工作面采用一次采全高方法生产，另有2个掘进工作面正常掘进。煤层赋存条件较好。矿井为煤与瓦斯突出矿井，掘进工作面采用jbt52型局部通风机供风，最长通风距离500m，测得掘进工作面瓦斯浓度在0.4%0.6%之间；采煤工作面日产煤炭量400t，瓦斯浓度一般在0.4%0.6%之间。煤层自燃倾向性为不易自燃，煤尘爆炸指数为20%，水文条件简单，无突水危险。1.2矿井通风系统与部分巷道配风量 1.3矿井瓦斯等级及其划分和瓦斯抽放的条件（1）矿井瓦斯等级及其划分（依据和等级）1）矿井瓦斯等级划分及其意义 根据绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量的大小，及有无瓦斯动力现象，将矿井瓦斯等级划分为低瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井三个等级。低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井：一个矿井只要发生1次几经国家授权单位核实的煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出动力现象，该矿井即定为煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区应按高瓦斯矿井管理。（2）建立瓦斯抽放系统的基本条件：1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题很困难。2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： a 大于或等于40m3/min； b 年产量1.01.5mt的矿井， qg大于30m3/min； c 年产量0.61.0mt的矿井， qg大于25m3/min； d 年产量0.40.6mt的矿井， qg大于20m3/min； e 年产量0.4mt的矿井， qg大于15m3/min；3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层。1.4煤层瓦斯参数（1）掘进工作面第一掘进工作面绝对瓦斯涌出量：qg=qc=8.424600.6%=3.03 m3/min第一掘进工作面相对瓦斯涌出量: qg= qg/ag=3.031440/400=10.9 m3/t第二掘进工作面绝对瓦斯涌出量：qg=qc=4.317600.6%=1.56 m3/min第二掘进工作面相对瓦斯涌出量: qg= qg/ag=1.561440/400=5.62 m3/t（2）采煤工作面15107采煤工作面绝对瓦斯涌出量：qg=qc=9.458600.6%=3.405m3/min15107采煤工作面相对瓦斯涌出量：qg= qg/ag=3.4051440/400=12.258 m3/t2瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证2.1 煤层瓦斯储量根据已知条件：煤层走向长1800m，煤层倾向长160m，煤层厚度为4m，煤层瓦斯含量为11.8m3/t，煤的密度为1.42t/m3，水分1.2%、灰分16%、挥发份18%，煤层透气性系数=0.0276（/mpa2d）。可以得到原始瓦斯含量，公式如下：式中：q原矿井原始瓦斯含量，m/t; q可燃基可燃基瓦斯含量，m/t; mad水分； ad灰分。可得： q原=11.8（100-1.2-18）/100=9.54可采层瓦斯储量：w= q原lhd式中：q原煤层原始瓦斯含量，m/t； l煤层工作面走向长度，m； h煤层厚度，m； d煤层倾向长度，m； 煤层的密度，t/m。可得： w= q原lhd =9.54180041601.42 =1560.6万m32.2煤层瓦斯瓦抽放率和可抽放量1. 工作面开采层(本煤层)抽放率 或 式中 dgk工作面(开采层)抽放率，%； qg 在一定时间内工作面(开采层)抽出的总瓦斯量，mm3； wg工作面(开采层)的瓦斯储量，mm3； qgc从工作面(开采层)抽出的瓦斯量，m3/min； qgy从工作面(开采层)涌出的瓦斯量，m3/min。矿井瓦斯抽放规范要求：回采工作面抽出率不小于25%。经计算得，回采工作面的抽出率为32%。2.工作面的瓦斯可抽放量 wk=wdk式中 wk煤层瓦斯可抽放量m3；w煤层瓦斯储量m3；dk煤层瓦斯抽放率（%）可得：wk =1560.632% =499.4万m3预抽纯量q纯: q纯=wk/(2460330)= 10.51(m/min)抽放量：q= q纯/0.4= 26.3(m/min)2.3抽放必要性论证1.矿井瓦斯抽放规定（1）有下列情况的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采瓦斯系统：（2）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的；（3）矿井绝对瓦斯涌出量40m3/min或矿井相对瓦斯涌出量10m3/t.d的；（4）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。2.工作面抽放瓦斯的必要性该矿采煤工作面煤层开采瓦斯涌出量qch4=3.405m3/min、qch4=12.258m3/t，第二掘进工作面瓦斯涌出量qch4=3.03m3/min、qch4=10.9m3/t，又该矿为煤与瓦斯突出矿井。综合分析：工作面瓦斯涌出量较大，如不抽放煤层瓦斯，仅采用通风方法难以解决瓦斯超限问题，从而严重制约正常的生产能力；因此，只有进行工作面煤层瓦斯抽放，才是解决瓦斯超限问题本质的最有效方法。2.4抽放瓦斯的可行性本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性.衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个：煤层透气性系数()，钻孔瓦斯流量衰减系数（）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数(qj).目前，某煤矿基本没有测定钻孔瓦斯流量衰减系数和百米钻孔瓦斯极限抽放量，但煤层透气性系数=0.0276m2/mp2d；依据矿井瓦斯抽放设计规范划分的抽放瓦斯难易程度分类标准（表24），对比分析工作面归属抽放瓦斯煤层；并结合工作面开采煤层瓦斯抽放必要性的分析，采用煤层瓦斯抽放开采，是可行性的安全保障措施。按、和qj判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表24示.表2-4抽放瓦斯难易程度分类类别钻孔流量衰减系数(d-1)百米钻孔瓦斯极限抽放量(m3)煤层透气性系数(m2/mpa2d)容易抽放0.0031440010可以抽放0.0030.0514400-2880100.1较难抽放0.05150k0值0.550.570.620.670.700.71则：l=900+1800+1800=4500m =9.8（900+1800+1800）0.91（26.360）2/（0.711000255） =14.4（kpa）（2）局阻力计算管路系统的局部阻力hr一般不进行个别计算，其一般为摩擦阻力hz的10%20%，即 hr=（10%20%）hi按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力hrhr=hz15%=2.16kpa（3）抽放管道总阻力hc=hz+hr+hfhc瓦斯抽放管道总阻力hz管路摩擦阻力hf抽放瓦斯管口处负压取8 kpahc =14.4+2.16+8=24.56 kpa（4）瓦斯压送及管路总阻力地面瓦斯压送及管路总阻力取经验数值5kpa5.2瓦斯泵流量和压力计算瓦斯泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放系统服务年限之内最大抽放量的需要。 式中 抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min；矿井瓦斯最大抽放总量（纯量），m3/min；x矿井抽放瓦斯浓度，；瓦斯抽放泵的机械效率，一般取0.8；k备用系数，k=1.2。 = 10010.511.2/（200.8）=78.83m3/min（2）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，经抽放管路到抽放泵，再到释放点所产生的全部阻力损失。hp= (hc+hv)kbhp瓦斯泵的压力kb备用系数，一般取1.2hp =(24.56+5) 1.2=35.472kpa5.3瓦斯泵选型确定(1)瓦斯泵类型：目前国内使用的瓦斯泵类型主要有：a离心式鼓风机；b.回转式鼓风机(包括罗茨鼓风机、叶式鼓风机、滑板式压气机等)；c.水环真空压缩机；d.往复式压气机(只用于地面正压输送瓦斯)。(2)根据比较选用水环式真空压缩机1、真空度高,且可正压输出;2、工作水不断带走气体压送时产生的热量,泵题不会升温发;,当抽出瓦斯浓度达到爆炸界限时,也没有爆炸危险;3、结构简单,运转可靠,平稳,供气均匀;4、将负压抽出和正压输出合二为一,一般不需另设正压输出设备5、单机瓦斯抽出量由1.8450 m3/min,适用范围广,煤层透气性低,管路阻力大,需要高负压抽放的矿井;6、适用于负压抽出瓦斯;7、适用于瓦斯浓度经常变化的矿井,特别适用于浓度变化较大的邻近层抽放矿井结合上述情况，选择sk一85型水循环式真空泵，其吸入负压气量在54.5-85m3/min，泵的压力为650mmhg，均大于设计要求，符合条件，满足使用要求。适用于此工作面的瓦斯抽放系统。根据sk一85型水循环式真空泵的转速365r/ mi n和功率130kw，选择合适的电动机与之配合。5.4附属装置1.阀门在瓦斯总和、分管、支管等需要的点，都必须设置阀门，以便调节各个抽放区抽放量、浓度和负压。此外阀门还用于管路维修、更换、连接时的局部关闭系统。矿井抽放瓦斯管路常用阀门有闸阀、蝶阀和截止阀等。2.放水器瓦斯管路中的水需要定期或随时排出，以防止管中积水过多影响瓦斯流动，常用的放水器有人工放水器和自动放水器等。3. 管路防爆、防回火装置：为了防止管路万一损坏漏气、堵塞、突然停泵时遇到火源、电缆漏电等情况下引导瓦斯爆炸，煤矿安全规程规定瓦斯管路必须设置防回火、防爆炸装置。（1）水封式防爆、防回火器：该装置在正常抽放时，瓦斯通过水封被抽出，一但发燃烧或爆炸，爆炸波和火焰被水封隔绝，同时防爆盖胶板被冲开或破裂，爆炸能量被释放，从而可保护泵站的的安全。（2）钢网式防爆、防回火器，该装置是通过利用钢网散热隔绝火焰传播，适用于瓦斯输出管路中4. 计量装置及抽放参数测定在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安装一套wys型管道气体参数监测仪, 计量各支管的瓦斯流量。在抽放系统的主管道和各支管上安装一套wys型管道气体参数监测仪,计量整个抽放系统的瓦斯抽放量。应用便携式孔板流量计测定单孔瓦斯流量。也可以使用板流量计来测定管道中气体的流量。在使用孔板流量计时要注意孔板与瓦斯管道的同心度, 不能装偏。在钻场内使用孔板流量计时, 应保证孔板前后各1m段平直, 不要有阀门和变径管。 在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时, 应保证孔板前后各5m段平直, 不要有阀门和变径管。测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计, 测定抽放管路中的抽放负压可采用水银计, 抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。孔板流量计两侧的测压孔使用胶管分别与u形压差计(煤矿自备,长800mm)连接。根据水银压差计测定的负压, 压差和高浓度瓦斯检测仪监测的抽放管路内的瓦斯浓度就可以通过公式来计算瓦斯抽放量。除孔板流量计外, 也可以使用煤气表或瓦斯抽放管道监测系统作为流量测量装置。煤气表的量程应根据预计的单孔瓦斯流量确定。一般本煤层预抽钻孔使用j2.5型煤气表, 其最大允许的瓦斯流量为66l/min, 最小流量在1l/min以下。测仪器的主要特点是: 1)仪器本身自带涡街量传感器, 自成一体, 无需另外配备孔板, 均速管道或皮托管, 流量系数直接固化在软件中, 用户无法改变, 这可避免因输错系数而造成测定数据不准确的问题。2)使用方便. 用户只需要软管与仪器连接好既可进行测量工作。3)阻力损失小, 对气体流场影响小。 4)稳定可靠, 测量精度高。6 工作面瓦斯抽放安全技术措施6.1主要安全技术措施(1)在瓦斯抽放系统运行前, 必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面细致的检查, 包括水电闭锁, 风电闭锁, 供水和排水系统等;(2)瓦斯抽放泵运行前, 应在负压侧低洼点安装负压放水器;(3)管路在使用前用压风冲刷, 安装过滤网;(4)瓦斯抽放泵在运行过程中, 抽放泵司机应认真观察运行情况, 做好记录, 发现异常即使处理, 并向调度室汇报;(5)应确保有取得合格证的专门瓦斯抽放泵司机值班;(6)加强抽放地点的管理;(7)抽放地点设立专门的记录牌, 记录瓦斯抽放数据;(8)瓦斯抽放泵20m范围内, 不得有明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配置4支干粉式灭火器和不少于0.5m3的黄砂;(9)加强瓦斯抽放泵管路检查的维修;(10)加强瓦斯抽放泵室的检查和管理, 必须配备: 抽放泵司机岗位责任，抽放泵司机操作规程，瓦斯抽放管理制度，抽放系统图，设备运行记录等;(11)非工作人员不得进入瓦斯抽放泵室;(12)瓦斯抽放泵的操作程序为:开启:检查 供水 启动泵站 检查运行方向 检查水位 启动电机 打开阀门.停泵:关闭闸门 停电机 停水6.2具体安全技术措施（1）应根据实际情况制定出如下安全措施：a.抽放钻场、钻孔施工防治瓦斯措施。b.管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施。c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防冻措施。（2）井下移动抽放瓦斯泵站，应遵从以下要求：井下移动抽放瓦斯泵站应安装在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；已建永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可直接送至矿井抽放系统的管道内，但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合煤矿安全规程第一百四十八条规定。移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安全措施，设置橱栏、悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30m以内被混合到煤矿安全规程允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止抽放瓦斯、进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。井下移动瓦斯抽放泵站必须实行“三专”供电，即专用变压器、专用开关、专用线路。（3）地面抽放瓦斯站安全措施抽放瓦斯站安全措施，应遵从以下要求：在一个抽放站内，抽放瓦斯泵及附属设备只有一套工作时，应备用一套；两套或两套以上工作时，其备用量可按工作数量的60%计。钻机备用量按工作台数的60%计；抽放站位置应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等；宜设在回风井工业场地内，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m；站房及站房周围20m范围内禁止有明火；站房应建在靠近公路和有水源的地方；站房