瓦斯抽放设计课程设计.doc

华北科技学院瓦斯抽放设计目录第一章 工作面概况1第一节 采区位置范围、地质条件1第二节 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数1第三节 采区和工作面巷道布置、采煤方法1第二章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证1第一节 煤层瓦斯储量计算1第二节 工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证2第三章 煤层瓦斯抽放方法设计3第一节 抽放方法的比较和选择3第二节 抽放钻孔参数确定4第三节 绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图4第四章 工作面瓦斯抽放系统5第一节 工作面瓦斯抽放设施的配置和布置5第二节 抽放管路的计算和选择5第五章 瓦斯泵选型6第一节 抽放系统管道阻力计算6第二节 瓦斯泵流量和压力计算7第三节 瓦斯泵选型确定7第六章 工作面瓦斯抽放安全技术措施810摘要：抽采瓦斯变废为宝，预防瓦斯超限、确保矿井安全。当矿井、采煤工作面、采区等瓦斯浓度较低，无法用抽采的方法抽采瓦斯时，可以用通风方法将瓦斯冲淡到煤矿安全规程规定的浓度以内；当开采解放层并且具有抽采瓦斯系统的矿井，应抽采被解放层的卸压瓦斯。抽采近距离解放层的瓦斯，可减少卸压瓦斯涌入解放层工作面和采空区、保证解放层安全顺利的回采；抽采远距离被解放层的瓦斯，可以扩大解放范围与程度，并于事后在被解放层内进行掘进和回采时，瓦斯涌出量会明显减少。对于无解放层可以抽采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施；开发利用瓦斯资源，保护大气环境，变害为利。关键词：瓦斯储量计算 、抽放方法、抽放系统、泵选型、技术措施 第一章 工作面概况第一节 采区位置范围、地质条件本煤采区开采某煤层（2号），煤层厚度为5m；赋存稳定，倾角为15顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，上覆1号煤层50m，煤厚2m。本区域本区有小断层，对开采影响不大。工作面走向长度1500m、倾向长度120m，停采线至回风上山距离150m，采区回风上山长度1800m。局部弯头长度100m，工作面日产量3000t。第二节 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数（1）煤层瓦斯参数1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。（2）抽放瓦斯参数2号煤层透气性系数0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽和量为0.01m3/minhm。第三节 采区和工作面巷道布置、采煤方法采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜一次开采，巷道布置如图1所示。 第二章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证第一节 煤层瓦斯储量计算根据已知条件：2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%；1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%。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.r; Mad水分； Ad灰分。可得： 可采层瓦斯储量： 式中：Q原22号煤原始瓦斯含量，m/t； L2号煤工作面走向长度，m； H煤层厚度，m； D2号煤倾向长度，m； 2号煤的密度，t/m。可得： =9.292150051201.32 =1104（万t）第二节 工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证(1)工作面可抽放量计算相对瓦斯涌出量q可由以下公式求得：式中：WC可燃基残存量，m/t可燃基残存量可根据表2-1查取表2-1q=9.292-3.2 (100-1.2-18)/100=6.7064可采抽瓦斯总含量W可： W可=qLHD =6.7064150051201.32 =7967203.2（m）预抽纯量Q纯: Q纯=W可/(2460330)= 16.766(m/min)抽放量Q: Q= Q纯/0.4= 41.915(m/min)（2）瓦斯抽放的必要性可行性论证1.抽放瓦斯的必要性根据供风量为1500m/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16.766m3/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=16.766-9=7.766m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6 2.抽放的可行性 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）。按、和Qj判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-2示。表2-2 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表根据已知条件，2号煤层透气性系数=0.0276（/MPa2d）,2号煤属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。第三章 煤层瓦斯抽放方法设计第一节 抽放方法的比较和选择（1）抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定：a.按抽出瓦斯来源分：本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采。b.按被抽采煤层的卸压状况分：原始煤体未卸压预抽瓦斯；煤层卸压后抽瓦斯。c.按抽采瓦斯源的汇集工程方法分：抽采瓦斯钻孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯钻孔巷道综合法。根据MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范第4.1.1条规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道；b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件；c)有利于提高瓦斯抽放率；d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；e)尽量采用综合抽放；f)抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：（a）分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。（b）抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。一套抽放瓦斯系统难以满足要求。根据本煤层的特点，我们选取抽采瓦斯钻孔法，而钻孔抽采瓦斯的方法又有穿层钻孔抽采瓦斯、顺层钻孔抽采和边采边抽。(2)瓦斯抽放方法的比较和选择根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件，我们最终选择顺层钻孔抽采，因为顺层钻孔抽采的适用条件是：单一煤层；煤层透气性较小但应有抽放可能；煤层赋存条件稳定，地质变化小；钻孔要提前打好，有较长的预抽时间；突出危险煤层（密集钻孔），而我们要设计的煤层就是煤层透气性较小但应有抽放可能，煤层赋存条件稳定，地质变化小。第二节 抽放钻孔参数确定(1)钻孔直径钻孔直径大，暴露煤壁面积就大，瓦斯涌出量相应也大，但二者增长并非线性关系，在煤层条件不同的情况下，瓦斯涌出量并不随孔径的增大而成比例增大。据测定结果，孔径由73mm提高到300mm，钻孔的暴露面积增至4倍，而钻孔抽放量仅增至2.7倍，而日本赤平煤矿孔径由65mm增至120mm，抽放瓦斯量增加到3.5倍。孔径应根据钻机性能，施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定，目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为60110mm。根据本煤层的特性，选取钻孔直径为90mm。（2）钻孔长度据实测结果，单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系，因此在钻机性能与施工技术水平允许的条件下，尽可能采用长钻孔以增加抽放量和效益。本煤层的倾向长度为120m，为了达到好的抽放效果，我们把钻孔从进风巷和回风巷顺煤层打入，进风巷打入的钻孔的长度为60m，回风巷打入的钻孔的长度为70m。(3)钻孔间距与抽放时间2号煤层透气性系数0.0276（m2/MPa2.d)，根据表3-1，我们选取钻孔间距为3m。表3-1 钻孔间距选用参考值表煤层透气性系数(m2/(MPa2d)钻孔间距(m)备 注10-3-先采取卸压增透措施后，才能抽放10-310-22510-210-15810-1108121010根据课程设计给的条件，我们可知抽放时间为一年。(4)抽放负压与封孔长度钻孔抽放负压一般选用13.326.6kPa(即100200mmHg)，但最低不宜小于6.7kPa（50mmHg）。一些矿井提高抽放负压，抽放瓦斯量增大，但是也有的矿井抽放负压增加，抽放量变化不大。封孔长度既应保证不吸入空气又应使封孔长度尽量缩短，一般情况下岩孔应不小于25m，煤孔应不小于410m。第三节 绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图第四章 工作面瓦斯抽放系统第一节 工作面瓦斯抽放设施的配置和布置根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范，对瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1条：抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应符合下列要求：抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直，转弯时角度不应大于50；抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m；当抽放设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内；尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁；管径要统一，变径时必须设过渡节。第5.4.2条：抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算，并与抽放设备能力相适应，抽放管路按安全流速为515m/s和最大通过流量来计算管径，抽放系统管材的备用量可取10。第5.4.3条：当采用专用钻孔敷设抽放管路时，专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm；当沿竖井敷设抽放管路时，应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。第5.4.4条：抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算；局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的1020。第5.4.5条：地面管路布置：不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内；主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合；抽放管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距，应符合工业企业总平面设计规范的有关规定；瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。第二节 抽放管路的计算和选择、瓦斯抽放管径选择选择瓦斯管径，可按下式计算： 式中 D瓦斯管内径，m；Q管内瓦斯流量，m3/min；V瓦斯在管路中的经济流速，m/s，一般取V1015m/s，在此取10m/s。可得： (2)、选择根据计算主管选择直径为325无缝钢管, 壁厚可选择9mm或10mm.第五章 瓦斯泵选型第一节 抽放系统管道阻力计算（1）、摩擦阻力计算计算直管摩擦阻力，可按下式计算： 式中 H阻力损失，Pa；L直管长度，m；混合瓦斯对空气的密度比. =1-0.446c/100=0.8216c管路内瓦斯浓度 % c=40Q瓦斯流量，m3/h；D管道内径，cm；k0系数，见表5-1；表5-1 不同管径的系数K0值通称管径(mm)152025224050K0值0.460.470.480.490.500.52通称管径(mm)7080100125150150K0值0.550.570.620.670.700.71则（2）、局阻力计算按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力HrHr=Hz15%=1.424KPa（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10 kPaHc =9.495+1.424+10=20.92 kPa（4）、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5kpa第二节 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。（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 =(20.92+5) 1.2=31.104kPa第三节 瓦斯泵选型确定瓦斯泵类型：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)。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最后选定SK85 其吸入负压气量在54.5-85m3/min.电机功率为130KW将来技术进步抽放率提高，还可以继续使用。第六章 工作面瓦斯抽放安全技术措施（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