地面瓦斯抽放系统设计.doc

湖南省宜章县梅田镇罗卜远煤矿地面瓦斯抽放系统设计说明书湖南同德矿山科研勘察设计有限公司设计证号：182008-sd二OO七年十一月十日参加设计编制及检查审核人员名单专 业姓 名职 称总说明孙根天高级工程师通 风周松元高级工程师采 矿资顺义高级工程师机 电王诚湘高级工程师士 建曾铁柱工 程 师总 图申广君助理工程师总 工周松元高级工程师前 言为消除或缓解矿井煤与瓦斯突出危险，减轻工作面的通风和安全压力，贯彻执行国家煤矿安全监察局提出的“以风定产、先抽后采（掘）、监测监控”的方针政策，确保矿井安全生产，落实省煤炭局关于在2007年组织建立突出矿井地面瓦斯抽放系统示范工程项目的通知的会议精神，张八旬副局长于九月二十七日在宜章县煤炭局主持召开，由省、市、县煤炭局和省瓦斯防治中心有关人员参加的，落实宜章县建立地面瓦斯抽放系统示范矿井会议。罗卜远煤矿主动申请，被批准同意列为建立地面瓦斯抽放系统抽放瓦斯的示范矿井。受罗卜远煤矿的委托，驻矿专家组承担了该项目的设计方案编制和系统建立的现场指导工作。专家组于十月中旬进驻煤矿，根据现场调查资料，并对生产矿区现有的条件进行了充分的分析研究，依据国家煤炭行业现行的有关规程、规范，结合“宜章九。二七会议纪要”的要求，对罗卜远煤矿建立地面瓦斯抽放系统进行了精心的设计，以期望通过地面瓦斯抽放，降低煤矿煤层瓦斯含量，使煤与瓦斯突出危险性减轻或消除，基本解决复杂构造突出煤层瓦斯的危害，并为宜章县所有突出煤矿的安全开采起到示范的作用。由于时间紧，任务重，本设计肯定存在不足之处，望大家及时指教，以便在实施过程中予以修正完善。一、编制本设计的依据1、矿井抽放瓦斯工程设计规范（MT95018-96）（1997）中华人民共和国煤炭工业部；2、矿井瓦斯抽放管理规范（1997）中华人民共和国煤炭工业部；3、煤矿安全规程（2006）国家安全生产监督管理局；4、防治煤与瓦斯突出细则（1995）中华人民共和国煤炭工业部；5、煤矿瓦斯抽采基本指标（2006）国家安全生产监督管理总局；6、煤矿瓦斯抽放规范（2006）国家安全生产监督管理总局；7、国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（国务院令446号）；8、罗卜远煤矿2007年瓦斯集中整治实施方案9、煤矿提供的图纸资料10、现场调查和下井检查二、设计的主要技术经济指标1、矿井设计生产能力：60kt/a2、设计瓦斯抽放量：483km3/a3、抽放工程总投资：93万元，各分项工程费用如下： 设备购置费 39万元 安装工程 5万元 管材费用 49万元 三、存在的主要问题及建议在煤层瓦斯基本参数方面（煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等）缺乏必要的基础数据，建议今后开展煤层瓦斯基本参数的测定工作，为瓦斯抽放提供必要的科学依据。目 录第一章 矿井概况1第一节 井田概况1第二节 煤层赋存情况2第三节 地质构造情况4第四节 开采技术条件4第五节 矿井通风与瓦斯5第二章 抽放瓦斯基本数据及设计范围6第一节 基本数据6第二节 设计范围7第三章 抽放方法设计8第一节 抽放瓦斯方法选择8第二节 工作面钻孔抽放9第三节 掘进工作面抽放10第四节 抽放时间16第五节 采空区埋管抽放16第四章 瓦斯抽放管路系统设计19第一节 瓦斯抽放管路系统的确定19第二节 抽放管径计算及管材确定19第三节 抽放管路及附属设施安装23第四节 瓦斯管路的敷设及质量验收24第五章 瓦斯抽放泵站设计26第一节 泵站选型26第二节 抽放泵站27第三节 抽放泵站设备布置28第四节 抽放泵站监测设计28第五节 供配电、供排水、通讯、照明29第六节 防雷接地31第六章 环境保护32第一节 抽放瓦斯工程对环境的影响33第二节 污染防治措施33第三节 抽放泵站绿化34第七章 抽放瓦斯组织管理及安全措施35第一节 组织管理35第二节 安全措施36第八章 技术经济39第一节 劳动定员39第二节 经费预算39附件一 建立地面抽放示范矿井的九.二七宜章会议纪要附件二 瓦斯抽放工程实施安全技术措施管理及应用表格附图1 瓦斯抽放泵房位置示意图附图2 瓦斯泵房及安装三视图附图3 瓦斯泵房供电系统示意图附图4 瓦斯抽放管网系统图附图5 瓦斯抽放钻场钻孔布置图 罗卜远煤矿瓦斯地面抽放设计第一章 矿井概况第一节 井田概况一、煤矿基本情况罗卜远煤矿为私有股份制企业，该矿井为合法矿井，证照齐全。始建于1987年，1989年投产,设计能力为3万吨/年，现实际生产能力为3万吨/年，正准备进行年产6万吨矿井的改造，现有地质储量为54.21万吨。矿井采用斜井开拓，主斜井井口标高+229.78m，落底标高+50m，坡度31，开采深度+220m0m水平，现开采水平为+50m水平。该矿属于宜章县梅田镇行政管辖，位于郴耒煤田矿区长坪勘探区3233勘探线之间，矿区面积0.32平方公里，南翼与长坪煤矿矿相邻，离坪梅铁路梅田火车站3.5公里，有矿区公路1公里与省道1803相接，交通较为便利。二、井田范围矿井斜井开拓，中央并列式通风。2006年核发的矿井范围拐点坐标和开采高程如下： 罗卜远煤矿范围拐点坐标及限采标高 点号XY点号XYA280175538377668B280139838378514C280176338378653D280203238378312E280183238378080F280201038378010开采标高：自+200米至0米面积：0.320148km2三、矿井设计生产能力矿井设计生产能力为30kt/a，准备进行60 kt/a矿井改造。第二节 煤层赋存情况一、含煤地层罗卜远煤矿位于湘南地区主要的产煤构造带，在郴耒煤田梅田矿区长坪江水复式向斜西翼，呈一复式背斜构造。本区内出露地层较为简单，主要有第四系冲积层、上二迭系龙潭组上、下段。上二迭系龙潭组（P2L）：区内分布广泛，为一滨海三角洲相的多旋回沉积。上二迭统龙潭组为区内含煤地层，厚约600m，按其岩性和含煤性特征, 分为上、下两段，其含煤7层。龙潭组上段（P2l2）：为含煤地层，主要由中细粒砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩质粉砂岩、砂质泥岩及煤组成，含煤13层，其中12-2煤可采,12-2顶板为一套灰色粉砂岩，泥质胶结，上段厚200m。龙潭组下段（P2l1）：主要为中细粒砂岩、泥质粉砂岩，夹少量薄层细砂岩，全厚约400m。第四系（Q）：分布于地表，山间谷地，冲沟两岸低平处较厚，为砾石、砂砾、粘土、亚粘土组成，厚平均6m左右。二、煤层区内含煤地层为龙潭组，上段含煤13层,其中12-2煤为可采煤层，其它不可采。12-2煤层厚0.213.0m， 平均3.6m，煤层倾角2246之间，含夹矸12层。煤层外观特征呈灰黑钢灰色，似金属光泽,块状、粉状构造、硬度小，为半暗型煤，结构复杂，属较稳定煤层，厚度变化大，但有规律，大部分块段可采。12-2煤属低灰、低磷、低硫、高发热量的优质无烟煤。 12-2煤伪顶为深灰黑色泥质页岩，平均厚度不大，易风化，节理发育，极易破碎，随采随落。直接顶为细砂岩、粉沙岩，水平层理为主，节理比较发育，属级中等冒落顶板，老顶为中厚层状中粒石英砂岩，钙质胶结，属坚硬岩石类，周期来压不明显。直接底板为细砂岩，一般为12.36m，无底鼓现象，老底为薄中厚层状石英细砂岩，属坚硬岩石类。第三节 地质构造情况本矿井位于长坪勘探区32线33线南200m，地层整体走向NESW、倾向SW，由于受东西水平应力挤压作用，区内褶曲发育，倾角变化大，同时伴生较多的断层。矿井范围内发育有F203、F205、F206三条较大的走向逆断层，断距在50m以上，倾角在4575之间，对煤系有较大的破坏作用。目前的采掘区域，由于煤层受F205、F206走向逆断层的牵引作用，形成褶曲构造，造成局部煤层倒转，煤层倾角变化极大，地质构造属极复杂类型，而小构造对煤层开采也有一定的影响。第四节 开采技术条件矿井采用斜井开拓，风井井口标高+225m，落底标高+110m水平;主斜井井口标高+229.8m，落底标高+50m水平，在+50水平底板运输大巷南翼沿底板布置有南回风上山至+90水平，以暗斜井在+110贯通风井底，形成通风系统,采用中央并列机械抽出式通风。矿井+90以上煤炭基本采完或因构造影响而落空。+50m为矿井现有生产水平，共布置有7个采掘工作面。其中+50m北一石门已停止作业，现有6个头可供采掘工作，其中煤巷3个作业面，3个石门掘进工作面均可布置钻场进行瓦斯抽放.矿井煤层属急倾斜中厚煤层，故采用水平分层竹帘假顶短壁式工作采煤法，放炮落煤;12-2煤伪顶为泥质页岩，直接顶为粉砂岩夹细砂岩，老顶为中粒砂岩，直接底为细砂岩,故采用全部陷落法管理顶板。本井田内水文地质条件简单，矿井涌水是大气降雨渗入，对开采影响不大，矿井涌水量：最小20m3/h,一般为35 m3/h.第五节 矿井通风与瓦斯一、通风方式及供风量煤矿采用中央并列抽出式通风，目前矿井实际总回风量936m3/min，总回风瓦斯浓度为0.35%。二、瓦斯、煤尘、煤层自燃情况根据湖南省煤炭工业局关于2006年度矿井瓦斯等级鉴定和二氧化碳测定结果的批复（湘煤行200724号），矿井瓦斯相对涌出量为24.38m3/t，属煤与瓦斯突出矿井，煤尘不具爆炸性，煤层为不易自燃，从未发现煤层自燃发火事故。罗卜远煤矿建井以来在+50m水平以上多次发生煤与瓦斯突出，曾于2004年1月5日在主斜井延深时误揭煤层发生突出伤亡事故。第二章 抽放瓦斯基本数据及设计范围第一节 基本数据采用ZY-320液压钻或矿现有的TXU75钻机设备，在井下抽放钻场内向煤层打垂直穿层孔，在煤层中形成约7m*7m的布孔型式，封孔后进行瓦斯负压抽放。对穿层抽放不到位的煤层，在煤巷中进行顺层布孔，快速封孔后导入矿井抽放系统，实行本煤层抽放。罗卜远煤矿主采煤层12-2厚0.213.0m，平均厚3.6m，容重1.4t/m3，煤层倾角2246，含夹矸12层。2006年度鉴定相对瓦斯涌出量为24.38m3/t。瓦斯压力该矿未测，参照原梅田二矿在+75m水平测得为1.1MPa，在+50m水平测得瓦斯压力为1.5MPa，预计到0水平时瓦斯压力将达到2.3MPa。瓦斯含量未查到，根据同一煤层相邻的三门水煤矿提供为15.24m3/t。煤层透气性系数和抽放影响半径有待今后抽放中实测考察。这次设计依据相邻矿井为较难抽放煤层，抽放半径取3.5m。 依据保有地质储量54.21万吨计算矿井总瓦斯储量超过826万m3。吨煤钻孔量矿井瓦斯抽放管理规范提供参考数据为0.05m/t，以6万吨矿井年需钻孔量在3000M以上。第二节 设计范围建立地面瓦斯抽放系统包括工程设计和施工。工程施工内容含地面瓦斯抽放泵房建立，抽放瓦斯管路采购敷设，抽放瓦斯设备仪表的购置安装，抽放巷道、钻场掘进，抽放钻孔施工与封孔联接等。工程设计内容则如下：1、瓦斯抽放泵站设计：包括抽放泵站计算、选型等。2、瓦斯抽放方法设计：包括瓦斯抽放管径计算、管路选择、附属设施的设计选型等。3、瓦斯抽放方法设计：包括石门穿层抽放和本煤层钻孔抽放工艺设计等，抽放方法可由矿方根据实际应用效果进行修改和优化。第三章 抽放方法设计第一节 抽放瓦斯方法选择一、选择抽放瓦斯方法的原则选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、抽放瓦斯目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则：1、选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。2、应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽放瓦斯方法以提高瓦斯抽放效果。3、抽放方法在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要。4、巷道布置在满足瓦斯抽放的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽放工程量。5、选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。6、抽放方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽放系统管网的设计，有利于增加钻孔的抽放时间。二、抽放瓦斯方法选择目前矿井抽放的目的是防止石门揭煤突出，降低工作面煤层的瓦斯含量，消除或缓解煤层突出危险性，因此，确定矿井抽放瓦斯的方法以石门穿层抽放为主，本煤层抽放抽放为辅。瓦斯抽放主要包括煤巷巷道掘进时先抽后掘、边掘边抽、岩巷揭煤预抽，回采工作面预抽和边采边抽等。因此设计主要采用煤巷先抽后掘、岩巷揭煤预抽及回采工作面预抽，随着回采工作面推进，回采工作面预抽钻孔可以兼做边采边抽钻孔使用。煤矿在生产过程中，邻近层瓦斯是矿井瓦斯涌出主要来源泉之一，因此在煤矿今后进行瓦斯利用时，应加强采空区瓦斯抽放，采空区抽放采用半封闭的采空区埋管抽放。第二节 工作面钻孔抽放一、钻孔布置回采工作面抽放主要以预抽为主，边采边抽为辅。主要采用倾向顺层钻孔抽放，钻孔长度确定为比工作面长度少8M左右，抽放布置有在上、下引巷沿煤层平行打向下孔和向上孔，孔径75mm，孔长根据工作面斜长而定，打完钻后立即封孔抽放。钻孔布置如图。工作面瓦斯抽放钻孔布置图抽放钻孔施工前必须按防治煤与瓦斯突出细则的有关要求，采取有效的防突措施，保证抽放钻孔施工安全。二、钻孔施工打钻：煤层顺层抽放钻孔钻机选用KHYV40Dia4KW,或采用75型钻机施工，严格按设计参数施工，施工完后作好钻孔竣工参数记录。封孔：采用BFZ水泥浆封孔。封孔管采用32mm具有煤安标志的矿井允用塑料管，水泥浆采用425号水泥与水搅拌制成，水灰比为12，封孔长度为6m以上，也可采用聚胺脂人工封孔。三、抽放工艺在钻孔施工完后，用DN32mm吸引胶管或同类型器材将每个钻孔与汇流瓦斯管相连接，连接处需用8号铁丝将胶管扎紧。然后将汇流管与安设的抽放管路相连接，在连接处需安设阀门以便控制抽放负压。第三节 掘进工作面抽放一、掘进巷道先抽后掘个别区煤层变化带或保安煤柱，不能大范围布孔抽放时，考虑局部抽放有石门揭煤抽放，抽放钻孔布置到石门揭煤周界外58m的煤层内，钻孔直径为75100mm，钻孔孔底间距一般为23m，抽放时间不少于1个月，在抽放控制范围内效检h2值200pa以下，认为抽放防突有效。煤层掘进抽放为了消除突出，降低工作面瓦斯浓度，采取先抽放，再掘进，称为先抽后掘防突措施。如煤厚2m,倾角80度,设计抽放半径1.5m.在掘进工作面沿走向布置4个85mm的钻孔，控制巷道周边38m，一般孔深1520m，再下套管封孔、抽放，为期不少于一星期。效检h2值200Pa时，认为抽放防突有效，可采取安全措施，下达允掘距离，掘完为一个抽掘循环，依此反复进行。为了保证抽掘循环防突效果，要准备一个备用工作面，抽放施工与煤巷掘进互不干扰，互相配合，才能达到较好的安全经济效果。附：掘进抽放钻孔示意图。 抽放钻孔布置参数如下表序号开孔位置钻孔要素设计偏向开孔高m距中线m孔径mm方位（度）倾角（度）孔长m备注1中0.7沿巷道轴线方向85与巷道方位相同-515.12中1.0850153中1.385515.44中1.6851816.1 以上钻孔倾角原则上须保证钻孔在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角。抽放钻孔施工前必须按防治煤与瓦斯突出细则的有关要求，采用有效的防突措施，保证抽放钻孔施工安全。二、掘进巷道边掘边抽1、钻场布置在厚煤地段，于煤巷掘进工作面后5m处的巷道两帮施工钻场。钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽放钻孔布置的要求、选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定。根据该矿的具体情况，每组钻场在煤巷两侧相对应布置，其规格为：长高深=4m掘进巷道高度2m，采用木棚支护。相邻两组钻场之间的间距为30m较佳。矿井煤层具有煤与瓦斯突出危险，钻场施工时应严格执行防治煤与瓦斯突出细则的有关规定。巷道掘进瓦斯抽放钻场、钻孔布置图2、钻孔布置在每一钻场内，沿走向布置3个边掘边抽钻孔，即左、右钻场各3个，孔深40m左右。钻孔编号为1#。左边钻场#、#、#钻孔终孔位置在工作面前方煤层中部，距巷道轮廓线的距离分别为m、m、6m，开孔位置距巷道轮廓线的距离在2m以上。右边钻场4#、5#、6#钻孔终孔位置、开孔位置的要求一样。该钻孔布置参数在对抽放量、抽放浓度等考察后再进行适当调整。钻孔、钻场布置见上图，钻孔参数见下表。抽放钻孔施工前必须按防治煤与与其突出细则的有关要求，采用有效的防突措施，保证抽放钻孔施工安全。边掘边抽钻孔参数表孔号与巷道中线偏角（。）孔 深（m）开孔位置（m）距中线距底板10.040.02.60.823.040.03.11.436.040.03.11.240.040.0-2.60.85-3.040.0-3.11.46-6.040.0-3.11.2注：1）开孔距巷道中线，左为“+”，右偏为“-”。2）钻孔方位以巷道中线为参考，偏角，左偏为“-”。表中钻孔倾角原则上须保证钻孔在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角，方位角指与巷道中线的夹角，当掘进工作面抽放钻孔个数较多时，为扩大抽放区域面积，提高抽放效果，抽放钻孔应以巷道中线为基准，向周围煤体呈放状散排列。三、石门揭煤预抽石门揭煤应按煤矿安全规程、防治煤与瓦斯突出细则及煤矿瓦斯抽采基本指标的有关揭煤防突措施要求，采取严格的安全措施，并按揭煤预抽瓦斯措施要求进行穿层钻孔预抽煤层瓦斯，例如抽放钻孔布置到巷道周界外8m的煤层内，钻孔直径75mm，孔底间距23m，抽放时间大于3个月。穿层钻孔预抽煤层瓦斯是一个区域性的防突技术措施，一般是从煤层底（顶）板距煤层垂距10m布置钻场，根据该煤层控制范围和有效抽放半径，按网格式均匀布孔，成射线打穿层钻孔预抽煤层瓦斯。穿层钻孔开孔在岩石段，封孔容易，不漏气，可延长钻孔服务时间，当抽放率达到30%时，再做煤巷，进行回采，安全更有保障。穿层预抽煤层瓦斯施工与掘进工作面作业互不干扰，有利保证抽放施工质量。矿井抽放应优先考虑穿层预抽煤层瓦斯。四、钻孔施工打钻：采用液压钻机施工，严格按设计参数施工，施工完后作好钻孔竣工参数记录。要达到先抽后采，抽放钻孔施工工作量大，每年打穿层和顺层见煤钻孔30004000m，施工选择钻机性能的好坏至关重要。根据抽放钻孔的要求,钻孔孔长2080m，倾角-10+60，一般孔径不大于100mm，岩石硬度系数、施工场地、井下钻场，巷高,巷宽等特点,选择钻机.矿井现有TXU75型钻机一台，基本能适应上述条件，如是高仰角，大偏角钻孔，再受钻场限制，施工有困难，要选购42750mm等长钻杆，无芯钻头、套向板、全液压防突钻机1台。封孔：采用聚胺脂人工封孔，将调制好的聚氨脂送入孔内，封孔管采用32mm钢管或具有煤安标志的矿井允用塑料管。也可采用BFZ水泥浆封孔泵封孔，水泥浆采用425号水泥与水搅拌制成，水灰比为12，封孔长度大于8m。五、抽放工艺 在钻孔施工完后，用DN32mm胶管或其它器材将每个钻孔与钻场汇流瓦斯管相连接，连接处需用8号铁丝将管扎紧。然后将汇流管与安设的抽放管路相连接，在连接处需安设阀门以便控制抽放负压，最后在钻场口打上栅栏。第四节 抽放时间国内抽放经验证明，由于预抽煤体瓦斯，使煤体发生收缩变形，当煤体原占据的空间体积不变时，煤体收缩一方面引起了原有的裂隙加大，另一方面也可产生新的裂隙，最终使煤层的透气性增大。因此，长时间的预抽还可以取得更好的效果，其预抽时间应以达到预计的瓦斯抽放率是否大于30%或预抽防突的有效性指标为准。预抽后，在突出煤层巷道掘进、石门揭煤和采面回采过程中都必须按防治煤与瓦斯突出细则及煤矿瓦斯抽采基本指标的有关要求，对措施效果进行检验，并按要求采取适当的施工安全措施。第五节 采空区埋管抽放在考虑瓦斯利用或井巷瓦斯超限，而采用通风手段无法解决时，要考虑采空区埋管抽放瓦斯。一、埋管抽放方式在采面回风巷安设125mmPVC4.5mm阻燃管作为瓦斯抽放管（抽放管前端兼作埋管），随着工作面推进，抽放管管口保持伸入采空区3050m，将采空区瓦斯抽出，并使采空区气体向埋管口流动，以此治理工作面采空区瓦斯涌出及工作面瓦斯超限。二、埋管抽放工艺在回风巷抽放管的末端设一弯管，使抽放管口抬高至回风巷顶，并设木垛对其管口进行保护，以此形成埋管口。并在工作面的后部抽放管上每隔3050m（合理数据需在试验中考察）安装一组三通、控制阀门及埋管口组件，在工作面推进过程中，将埋管口保留在工作面的采空区，通过抽放系统对采空区瓦斯进行抽放。当工作面推进至下一个埋管口三通处，接替埋管口已经埋在采空区内35m时，将埋在采空区里的前一埋管段控制阀门关闭，打开下一循环的埋管口阀门，以此达到利用埋管不断抽放采空区的瓦斯的目的。与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽放的特点是抽放量较大，但埋管抽放负压一般控制在35kPa，抽放瓦斯浓度可达1520%。抽放浓度相对较低，其抽放量的大小取决非于采空区瓦斯涌出量的大小和煤层自然发火的危险程度。由于该矿煤层不易自燃发火，因此，有利于采空区瓦斯抽放。图3-4 采空区埋管抽放布置图第四章 瓦斯抽放管路系统设计第一节 瓦斯抽放管路系统的确定本设计在选择瓦斯抽放管路系统时，主要根据抽放泵站位置、开拓巷道布置、管路安装条件等进行确定。目前瓦斯抽放管路抽气系统布置如下：+50石门掘进抽放钻孔+50大巷北翼回风上山+90回风上山+110回风大巷新风井安全通道抽放泵站。第二节 抽放管径计算及管材确定一、年抽放瓦斯量1、矿井最多年抽放瓦斯量应以满足矿井生产能力6万吨/年为原则，每年抽放瓦斯量按下式计算。Q抽=AWNK式中：Q抽每年可抽采瓦斯量 万m/a;A年生产能力 万t/a；W吨煤瓦斯含量 m3/t;N抽放率规范规定25%，取30%；K储量备用系数 1.3代入上式Q抽=615.240.31.3=35.66万m3/a2、以矿井瓦斯涌出量计年抽放量矿井相对瓦斯涌出量为24.38m3/t,矿井抽出率以33%计,则Q抽=24.3860.33=48.27万m3/a。取最大年抽放量48.27万m3/a做为设计参量。二、最大抽放瓦斯量 根据原梅田二矿抽放试验表明，井田煤层属较难抽放煤层，以采取间歇抽放钻孔瓦斯可延长抽放时间，可取得较好效果。设计每年抽放300天，每天抽放16小时计，则3001660 q纯=Q抽 K 式中 每分钟纯抽瓦斯量 m3/minQ抽年抽瓦斯总量m3/aK抽放备用系数 取1.24827003001660所以，q纯= 1.2=2.0m3/min取瓦斯最大纯抽放量2 m3/min做为设计参量。三、瓦斯管径计算根据瓦斯抽放管服务的范围和所担负输送抽放量的大小，其管径按下式计算：D=0.1457(Q混/V)1/2式中 D瓦斯管内径，m； V管道中混合瓦斯的经济流速，m/s，一般取V=515m/s； Q混管内混合瓦斯流量，m3/min。瓦斯浓度按30%。按照大管径流速取大值、小管径流速取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速，抽放瓦斯管径计算结果见下表。抽放管径计算表管路名称纯瓦斯流量（m3/min）瓦斯浓度（%）混合瓦斯流量（m3/min）气体流速（m/s）管道内径（m）备注主管2.0306.7100.19地面、井下主管路，壁厚9.4mm，分管1.0303.4100.08主管分支管路、壁厚6.5mm，支管0.35301.1100.05到钻场管路壁厚3.7mm，三、抽放管材的选择和管径的确定 考虑到抽放的不均衡性，为安装方便，井下抽放管道主管、分管选用具有煤安标志的抗静电、阻燃的矿用PVC瓦斯抽放管。主管管径为1609.4mm，分管管径为1106.5mm；支管采用管径为633.6mm的PVC管或采用2吋半无缝钢管均可。四、管路阻力损失计算1、直管阻力损失计算直管阻力损失按下式计算：LQ2 K0D5H=9.81 式中 H阻力损失，Pa; L直管长度，m； Q管道流量，m3/h；D管道内径，cm； K0系数，查表； 混合瓦斯对空气的相对密度，查表。抽放管路阻力损失计算应选择抽放系统服务年限内一条最长的抽放管路进行计算，根据煤矿的矿井开拓布置，到采区边界的瓦斯管路最长，例如按从泵到井下边界的抽放管路2000m计算抽放管道直管阻力损失，其结果见下表。从表中可以计算出：抽放管路系统的总阻力损失H总=11595Pa。抽放管路直管阻力计算表管路名称Q(m3/h)K0D(cm)C(%)L(m)H(Pa)主管0.8664000.7014.63010002927支管0.8662000.629.7304002553分管0.866500.555.5306004603合计100832、局部阻力损失计算管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则抽放管路系统的局部阻力损失为： H局总=H直总0.15 =100830.15=1512 Pa3、总阻力损失计算 H总=H直总+H局总=10083+1512=11595 Pa第三节 抽放管路及附属设施安装为了便于管路系统负压的调节，掌握各抽放地点瓦斯抽出量、瓦斯浓度的变化情况以及保证管网系统的正常抽放，设计时在各主、支、分管路上考虑分别安设阀门、流量计和放水器，此外，在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆、防回火装置及放空管等。第四节 瓦斯管路的敷设及质量验收瓦斯管路敷设时，必须满足下列要求：1、地面管路采用焊接，风井、井下抽放管路均采用法兰连接。2、若采用金属管，则在安设前要进行防腐处理抽放管需外涂红色以示区别。3、风井中的瓦斯管道安装必须稳固，巷道维修等作业不得影响或损坏瓦斯管道。其它巷道中的抽放管路应悬挂在巷道帮上，其中心线高度不小于0.6m。瓦斯管路不能与动力电缆同侧敷设，并不得影响行人和运输，同时，必须采取防撞、防滑措施。4、管路敷设时，要考虑流水坡度，一般不小于1%，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安装放水器；5、例如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，距木电线杆大于2m；瓦斯管路与其它建筑物相交时，其垂直距离大于0.15m，与动力电缆、照明电缆和电话线大于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。6、瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设；7、瓦斯管路不允许与水管、电缆和电话线缆等敷设于一个地沟内；8、在空旷的地带敷设瓦斯管路时，应考虑未来的发展规划和建筑物的布置情况；9、管路系统安设完毕后，应对管路系统的气密性进行检查，可采用压缩空气试压，其压力为0.2MPa。第五章 瓦斯抽放泵站设计第一节 泵站选型一、瓦斯抽放泵房选择及瓦斯泵流量瓦斯抽放泵房地点选择是瓦斯抽放系统的重要内容。依矿井地表条件，选择地面抽放泵房建在靠近风井，处于工业广场南部区域较为合理。瓦斯泵流量应能满足抽放与其系统服务年限内最大抽放量的需要。瓦斯泵流量按下式计算：QCQ泵= K式中 Q泵瓦斯抽放泵的额定流量，m3/min; Q最大抽放纯量，m3/min； C瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，取30%； 瓦斯泵的机械效率，取80%； K瓦斯抽放综合系数，取K=1.2.本次设计瓦斯抽放泵站，抽放瓦斯纯量为2 m3/min，则代入上式计算：20.30.8Q泵= 1.2= 10m3/min二、瓦斯抽放泵压力计算瓦斯泵压力，必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压，以及能满足泵出口正压之需求。瓦斯泵压力按下式计算：H泵=（H总+H孔+H正）K式中 H泵瓦斯泵的压力，Pa； H总抽放管路总阻力损失，Pa； H孔预抽钻孔所需负压，取H孔=15000Pa； H正瓦斯泵出口正压，取H正=5000Pa； K抽放备用系数，取K=1.2。则H泵=（11595+15000+5000）1.2Pa=37915 Pa=38KPa三、抽放泵选型根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，即可确定抽放泵的型号。通过查真空泵的性能曲线，选用2台2BE1-203型瓦斯抽放泵。该泵在62KPa绝对压力状态下的工况流量为16m3/min，泵的转速为880r/min，电机功率30KW，电压380v。第二节 抽放泵站 根据矿井采掘的具体位置及开拓情况，确定将抽放泵站设在矿井工业场地附近无地质、洪水等灾害影响，地势平坦的地点。 抽放泵站由瓦斯泵房、配电室和值班室组成，例如瓦斯泵房长9m，宽5m，高4m。值班室334m，配电室324m。泵房顶部设置天窗以利于通风。瓦斯泵房距矿井进风井口50m以上，在泵房周围设立围墙，20mm内严禁明火，不得有易燃、易爆物品，并安装四只干粉灭火器和不少于0.5m3的黄砂。泵站周围设置消火栓。抽放泵出气端管路上设置有防回火、防回气、防爆炸装置和放空管等，泵房设置防雷接地装置。第三节 抽放泵站设备布置瓦斯抽放泵站共安装2台2BE1-203型水环式真空泵。安装循环水泵2台，要求供水量大于3m3/h，扬程大于5m。配电室内安装与抽放泵、循环水泵供电相匹配的矿用磁力开关。第四节 抽放泵站监测设计抽放实时监测包括抽放管道实时监测和抽放泵站实时监测。抽放管道实时监测应具备以下功能：1、以分钟、小时、班、天为单位，统计标准瓦斯抽放混合量和纯量；2、分析瓦斯动态抽放量变化趋势，评价监测点抽放措施的有效性；3、当监测点瓦斯尝试突然下降时，及时发出管道漏气警报。抽放泵站实时监测应具备以下功能：1、以分钟、小时、班、天为单位，统计各支线进气管道和总抽放管道标准瓦斯抽放混合量和纯量；2、对泵站设备工作状态进行监控；3、对抽放泵站机房的安全管理。为保证瓦斯抽放系统的安全运行和矿井的安全生产，瓦斯抽放系统设计时必须具备完善的安全监测系统，对泵差一点环境瓦斯浓度、真空泵供水、抽放瓦斯浓度、抽放量、负压、瓦斯浓度等参数进行监测。第五节 供配电、供排水、通讯、照明一、供配电泵站供电参照主要通风机的供电管理，要求“三专”，即专用变压器专用线路、专用开关。根据目前矿井的供电情况，采用380V或660V的电压对抽放泵站供电。根据煤炭工业矿井设计规范GB-5012-94，瓦斯抽放站的电力负荷为一级负荷，即必须保证有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。瓦斯抽放站双电源引自矿井工业场地变电所两段不同母线段，由矿井工业场地变电所架空二回电缆引入瓦斯抽放站配电室。瓦斯泵房设DW225（或350）防爆馈电总开关1台，QC8380防爆起动开关两台，水泵起动空气开关一台，两台瓦斯泵起动接远控防爆按钮，便于开泵操作，泵房照明设防爆灯二、供排水1、给水瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水（PH值68），供水压力80147kPa，补充水供水量大于50L/min。瓦斯抽放泵房附近，设24m3半地下式钢盘混凝土低位水池一座，12m3钢筋混凝土高位水池一座。高位水池高于水环真空泵安装平面8m以上，在低位水池中安放潜水泵作为掀起环水泵，型号为（根据实践情况选配）。瓦斯抽放泵排出的掀起环热水进入低位水池后，由循环水泵提升至高位水池，冷却后的水静压供给瓦斯抽放泵的冷却用水。补充水由室外用水管道引入高、低位水池中，以补充冷却循环水。2、排水水环式真空泵为循环用水，不向外排放。泵站职工产生的少量生活污水，经污水管道（沟）收集后排到工业场地附近的河沟内。三、通讯在抽放站内设置直通矿调度室的隔爆型电话分机。四、照明在瓦斯泵站内和值班室的照明灯具选用隔爆型灯具。第六节 防雷接地在抽放站房房顶上设置避雷针，并引下接地，达到防雷的目的。在与其抽放站按建筑物防雷设计规范（GB50057-94，2000年版）设避雷线保护瓦斯排放管，在瓦斯抽放站房顶设置避雷带防感应雷。在变配电所设工作接地，接地电阻4；在瓦斯抽放站分别设防雷接地和防感应雷接地，接地电阻均10。瓦斯泵房按建筑物防雷设计规范（GB50057-94，2000年版）第3.2.1条设架空避雷线防直击雷。避雷针直接顺杆引下线与接地极板焊接接地，接地电阻小于4。按建筑物防雷设计规范（GB50057-94，2000年版）第3.2.2条建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。接地电阻小于10。矿区处于山区，雷害比较严重，避雷要注意为以下几点：（1）放空管应高于房脊4m以上，并不得低于地面10m，防雷设施应符合第一类防雷建筑物防直击雷措施要求。（2）泵房房顶应安防雷网。（3）避雷针接地电阻不得大于4，达不到要求的要增加接地极。（4）瓦斯抽放泵房内所有设备的金属外壳都应接地，金属走线架、水管等金属物必须接地。（5）为防止井下瓦斯抽放管路带电，瓦斯抽放管路在井口处设置不少于2个的良好的集中接地装置。（6）瓦斯抽放泵供电采用四蕊电缆，其中一蕊接地。防雷设施施工设计必须由具有专业资质的相关部门或设计单位进行设计、安装。 第六章 环境保护第一节 抽放瓦斯工程对环境的影响矿井瓦斯的主要成份为CH4，是一种洁净的优质能源。当其与水体接触后不会产生新的污染。瓦斯是气体燃料，不含灰份，燃烧后不产生粉尘。与燃煤相比。可减少SO2排放量、飞灰、炉灰和运输量，提高矿区大气的洁净度。所以，抽放与其并加以利用，对保护环境是十分有利的。但抽出的瓦斯排入大气，对大气环境产生温室效应，因此，建议有条件时对抽出的瓦斯加以利用。抽放工程对环境的影响主要是水环式真空泵和电机产生的噪声对环境会造成一定的影响。真空泵采用循环供水，不对外排放，只有少量生活用水排放，不会对环境产生较大影响。第二节 污染防治措施噪声治理主要考虑声源控制，其措施如下：值班室与瓦斯泵房隔开，内墙表面采用吸声设计，以保证值班室内噪声低于规定要求值，减少噪音对值班人员的危害。循环水泵采用可曲挠橡胶接头防噪。第三节 抽放泵站绿化绿化在防治污染、保护和改善环境方面，起着特殊的作用，它具有较好的调温、调湿、吸灰、吸尘、改善小气候、净化空气、减弱噪声等功能。在泵站周围种植速生、高大、树冠丰满的树种，设置绿化带，起到降低噪音和净化空气的作用。第七章 抽放瓦斯组织管理及安全措施本矿井瓦斯抽放工作制度为三班制。为了保证安全、正常地进行瓦斯抽放工作，提高瓦斯抽放效果，本设计按照煤矿安全规程和矿井瓦斯抽放管理规范的有关规定，在安全和组织管理方面考虑了以下措施。第一节 组织管理一、建立抽放瓦斯的专门机构，配备专业施工队伍，负责瓦斯抽放工程的施工和日常管理工作。所有人员必须经过培训合格后才能上岗。二、瓦斯泵房的设备和管路系统除日常检查外，应建立定期检查维修制度。三、在各抽放主管和支管路上安设有瓦斯流量、浓度、负压等检测装置，同时还配备专人定期进行巡回检测，以便掌握不同地点的抽放状况。此外，还配有专人进行放水和管路维护，处理管路积水和漏气，以保证管路畅通无阻。四、对抽放方法及其有关参数，需在抽放实践中进一步考察和验证，以便确定合理的综合抽放方法。达到合理布置钻孔，提高抽放效果。五、抽放泵站的司机及值班人员必须经过专门培训，使其熟悉瓦斯抽放的有关规定，掌握各种安全、监控仪表和设备的用途及其操作程序。第二节 安全措施一、在井下打钻地点，安设有瓦斯遥测断电仪，一旦瓦斯超限，自动切断钻机电源泉并发出报警。打钻人员应及时撤离施工地点。二、在打钻过程中，如遇钻孔瓦斯压力和涌出量较大时，应加强通风并采取防止瓦斯喷出的措施，以保证施工人员的安全。三、钻机供电开关必须安装在打钻地点进风侧30m以外，并在打钻地点安装远程控制开关，打钻及其他有关人员必须站在打钻地点进风侧。四、钻机的操作人员必须经过专门培训后方可上机操作，并须严格遵循钻机的操作堆积和安全注意事项。操作人员不能靠近旋转部件和滑动部件站立；不能把手放在夹盘和钻杆夹持器之间；不能穿太松的衣服和使用手动工具；在马达和水泵周围须安设保护装置；操作者应严密注视着钻杆的位置和它的运动，防止钻杆被卡住；助手不要正对着站在钻杆的后面。五、瓦斯抽放钻孔在施工完毕后，应及时封孔并接入抽放，防止巷道瓦斯超限和发生瓦斯事故。六、抽放泵站20m范围内，不得有明火，不得有易燃、易爆物品，并安装四只干粉灭火器和不少于0.5m3的黄砂。七、泵房内的所有设备和仪表均选用矿井井下允用防爆型。八、泵站内配有自动监测装置，监测抽放管内的瓦斯流量、浓度、负压和泵房内的瓦斯浓度、抽放泵供水状态等参数，一旦出现异常，自动切断抽放泵电机电源。九、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检查维修，检查内容：瓦斯抽放泵电器设备的完好，水电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统等。正负压侧管路的密封，管路内的锈垢等，确认无问题方可正常运行。十、抽放地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌，实行巡回检查，次数不少于3次。十一、瓦斯抽放泵运行过程中，应确保有专职瓦斯抽放泵司机值班、操作，抽放泵司机应由经过培训新工艺工取得合格证的人员担任，严格按照抽放泵的操作堆积操作严格执行现场交接班制度。十二、加强瓦斯抽放泵正、负压侧管路检查和维修，每天安排专人对所有管路进行巡回检修，发现问题及时处理，确保抽放管路处于完好状况。十三、瓦斯抽放室为要害场所，非工作人员不得入内。十四、严格保护好瓦斯抽放管路（方便识别，抽放管路涂红色防腐漆），严禁砸撞管路，一旦撞坏，应立即通知泵站司机停泵，及时汇报调度室处理。十五、瓦斯抽放泵运行过程中，抽放泵司机应认真观察抽放泵的运行情况，做好运行状况、抽放管内的瓦斯流量、瓦斯浓度、排水等情况的记录工作，发现异常及时停泵处理，并汇报调度室及相关人员。十六、加强瓦斯抽放室的检查和