《矿井瓦斯防治技术》课程设计指导书.doc

矿山安全技术课程设计指导书一、课程设计的目的与任务 1、课程设计的性质与目的 矿山安全技术课程设计是学生学习该课程理论学习结束后进行的一项实践教学环节，是课程体系的主要组成部分。其目的是通过课程设计加深对矿山安全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、课程设计的任务 根据课程设计大纲的要求，完成某综采工作面本煤层抽放设计，编写出设计说明书并绘出抽放钻孔布置平面图和剖面图；工作面瓦斯抽放系统图。 3、课程设计的基本要求，时间安排及成绩评定按课程实际大纲规定执行。 二、课程设计课题 一矿戊9-1032101综采面本煤层瓦斯抽放系统设计或指导教师布置的其他题目。以下以前一题目为例说明。 三、技术条件和主要参数 1.地质条件 本采区开采戊9-10煤层，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，岩层不很致密，距戊9-10810m，顶部为戊8煤层，该煤层在本区域内厚度00.4m为不可采煤层。本区域有小断层，对开采影响不大。 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8m3/t，煤的密度为1.45t/m3，预测有突出危险，经预测工作面绝对瓦斯涌出量QCH4为19m3/min。 3.通风方式及风量 采区采用抽出式，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。 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，工作面日推进度为3m，下分层采高为2.2m。巷道布置如图1所示。5.已知抽放瓦斯参数： 经实测煤层透气性系数0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽出量为0.01m3/minhm；如用卸压浅孔抽放瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为1.0m3/minhm，同时值提高到27.6（m2/MPa2.d)；如用卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.050.1m3/minhm；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0.8m，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2.5m，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。图1 综采工作面巷道布置 四、设计内容及步骤： （一）采面概况1.根据给定条件和主要参数编写。 2.绘制出工作面布置图。 （二）工作面瓦斯储量和可抽放瓦斯总量计算 1.按煤层全厚计算（即戊9-10煤层全厚） 式中：W1戊9-10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。 2.按采高计算： 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）。 3.工作面瓦斯抽放率 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 q纯可根据学生所选择的抽放方法计算确定 4工作面瓦斯可抽放量W3式中W3工作面瓦斯可抽放量，万m3W2按采高计算煤层瓦斯储量，万m3d工作面瓦斯抽放率（） （三）抽放瓦斯的必要性和可行性 1.抽放瓦斯的必要性 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19m3/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=19-9=10m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6 2.抽放的可行性 根据我局四矿、八矿、十矿综采面采用卸压浅孔抽放瓦斯技术，实现了安全。高产。高效，取得了良好的经济效益的情况，应当认为浅孔抽放瓦斯方案是完全可行的，如八矿戊9-1012170综采面应用浅孔抽放技术,钻孔直径为89mm，钻孔间距为1.0m,钻孔深度为10m，平均瓦斯抽放量为0.8m3/min，最高日产量达到8.4万t，又如十矿戊9-1021170综采面钻孔直径为89mm，钻孔间距为1.5m，钻孔深度为6m,平均瓦斯抽放量为2.13.2m3/min，最高日产量达到4.9万吨。 （四）抽放方法的选择 1.本工作面采用本煤层瓦斯抽放有三种方式可供选择 （1）本煤层未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，边掘边抽； （2）本煤层卸压浅孔预抽瓦斯，边采煤，边抽放。（两班采煤，一班抽放）； （3）本煤层未卸压长钻孔抽放，边采边抽。 2经济技术比较 （1）煤层透气性系数比较：未卸压顺层长孔抽放时,煤层透气性系数值为原始值，即0.0276。卸压钻孔抽放值可提高（1001000）倍，达到27.6(m2/MPa2d)（2）百米钻孔抽放量比较：未卸压顺层长孔抽放时为0.01m3/minkm，卸压浅孔抽放时可达到13m3/minkm，卸压长钻孔抽放为0.050.1m3/minkm。 （3）抽放工艺比较：未卸压长孔抽放和卸压长孔抽放，需要MK系列大钻机（30KW）操作移动不便。封孔方法用水泥、沙浆或聚胺脂操作比较复杂。而卸压浅孔抽放用QFZ-22轻便防突钻机，用CF-Z型等胶囊封孔器，操作极为简便。 （4）采用卸压浅孔抽放瓦斯。 3主要参数的确定及卸压抽放瓦斯钻孔布置 1）主要参数的确定 （1）钻孔直径为89mm；钻孔深度为9m；钻孔距为2m；钻孔抽放影响半径=20.8=1.6m。 （2）钻孔数NN=工作面长度-10（m）/孔距+1（3）钻孔总长度为M： M=钻孔深度N(m) （4）工作面每分钟可抽放量q纯 q纯=M百米钻孔可抽放量(m3/min) 2）绘制钻孔布置图 根据选择的卸压抽放瓦斯方法，绘制钻孔布置施工图。 （五）绘制一矿戊9-1032101工作面瓦斯抽放系统图 根据巷道长度和巷道布置，绘制抽放瓦斯管道系统图。 （1）系统图必须绘制阀门，流量计和放水器位置注明各巷道管道的管径和长度，包括吸入段和排出段管道布置；管道长度应根据巷道长度来确定；根据巷道布置可知，风巷长度为1500m,采区轨道上山长度为500m(至泵站位置)，采区轨上山瓦斯泵站距离为20m;采区回风上山长度为550m,采区总回风巷长度瓦斯管道终端为50m,瓦斯泵站至采区回风上山斜巷长度为30m。 （2）抽放管道吸入段长度=风巷长度+采压轨道上山至泵站长度+采区轨道上山（至泵站位置）长度。 （3）抽放管道排出段长度=泵站至回风上山距离+采区回风上山长度+采区回风巷长度（瓦斯管道终端）。 （六）瓦斯管道管径选择 1、管道内径计算 式中：D内瓦斯管道内径m Q管道混合瓦斯流量m3/min V管道中混合瓦斯的经济流速，m/s，一般取610m/s，考虑到管道内瓦斯浓度为20%。 式中：Q混管道混合瓦斯流量m3/min Q纯工作面纯瓦斯可抽放量，m3/min； C管道内纯瓦斯浓度为20% 根据以上公式可以计算管道内径的大小；根据流速流量，选择合适内径的管材。 2、管道材料及壁厚 考虑运输安装方便，目前广泛采用玻璃钢管时300500壁厚为16mm （七）瓦斯泵选型 1抽放阻力计算 （1）直管阻力损失计算： 式中：H直瓦斯管道直管阻力损失，Pa； L瓦斯管道直管长度，m； 混合瓦斯对空气的相对密度，管道内纯瓦斯浓度为20%时，=0.91； Q混管道混合瓦斯流量m3/h，由指导书可知，单位必须换算成m3/h ； K0管路系数，取0.71； D内瓦斯管道内径mm由指导书四（六）1可知，单位必须换算成cm，才能代入公式。 根据计算公式列表计算管道吸入段及排出段的阻力损失：管道段名称 L(m) Q混(m3/n)D内(cm)K0H(Pa)吸入段(Pa)排出段(Pa)工作通风巷 12000.910.71采压轨道巷 5000.910.71合计 直管阻力损失=吸入段阻力+排出段阻力损失 （2）局部阻力损失计算（管路局部阻力损失按直管阻力损失15%计算） 总局部阻力损失 （3）抽放系统总阻力计算： 抽放系统总阻力损失 2、瓦斯泵流量计算 式中:Q泵-瓦斯抽放泵额流，m3/min； Q纯-工作面抽放纯瓦斯含量，m3/min； C-瓦斯泵入口处纯瓦斯浓度，取20%； -瓦斯泵机械效率，取80%； k-瓦斯抽放综合系统，取K=1.2。 3、瓦斯泵压力