瓦斯专项设计.doc

第三节 瓦斯抽放与利用一、瓦斯抽放的必要性和可能性、瓦斯抽放的必要性1、本矿井为煤与瓦斯突出矿井，按矿井设计有关要求，必须先抽后掘、先抽后采。矿井瓦斯抽放可有效地降低风流中瓦斯浓度，减少矿井供风，降低通风费用。2、本矿井局部瓦斯含量较高，根据演马矿和冯营矿生产经验，若不采用有效措施，则必然造成工作面瓦斯浓度超限，从而严重影响矿井安全生产及工作面产量的提高，建立矿井瓦斯抽放系统可有效地降低风流中瓦斯浓度，从而解决瓦斯超限问题。3、瓦斯作为煤炭生产的伴生资源，是一种热值很高的能源，从充分利用瓦斯资源，减少大气环境污染方面来看，建立瓦斯抽放系统，即充分利用了瓦斯资源，改善了井下作业环境，抽出的瓦斯可以作民用燃料、工业发电等，又减少了大气环境污染。因此，从矿井安全生产、劳动保障、环境保护及资源利用方面，建立瓦斯抽放系统是十分必要的。、瓦斯抽放的可行性1、根据邻近矿井九里山矿井及相邻矿区鹤壁矿区、平顶山矿区瓦斯抽放利用的效果来分析，本矿井瓦斯抽放是可行的。2、从本矿井瓦斯储量及服务年限来看，估算本矿井瓦斯储量518.7Mm3，抽放率40计算，则纯瓦斯抽放量为207.5Mm3，抽放服务年限43.3年，具备建立矿井瓦斯抽放系统的条件，符合煤矿安全规程和矿井设计规范的有关规定。综合以上所述，本矿井瓦斯资源条件及邻近生产矿井抽放效果，说明本矿井瓦斯抽放是可行的。、煤层抽放瓦斯难易程度地质报告未提供瓦斯涌出量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数及百米瓦斯流量等数据，从九里山煤矿实际抽放率达到35，抽放浓度达到32的实际抽放效果，可以说明本矿瓦斯抽放是可行的。根据本矿井瓦斯资源条件和开拓开采方式，设计确定采用地面集中抽放瓦斯系统。二、矿井瓦斯储量及抽放系统服务年限1、瓦斯储量计算范围根据矿井开拓开采范围，确定矿井瓦斯储量范围为全矿范围内的二1煤层。2、瓦斯储量及可抽量、瓦斯储量根据地质报告提供资料，估算矿井的瓦斯储量为518.7Mm3。、瓦斯抽放率根据浅部新安矿井的实际抽放率，并参照矿井瓦斯抽放管理规范，确定本矿井瓦斯抽放率为40%。、可抽瓦斯量根据瓦斯储量及确定的瓦斯抽放率计算，矿井可抽瓦斯量207.5Mm3。3、年瓦斯抽放量矿井可抽瓦斯量为207.5Mm3，矿井服务年限为43.3年，则年可抽量为4.79Mm2，即为9.11m3/min。设计结合矿井采掘工程计划，参照其他矿井实际抽放效果，确定本矿井抽放量为12m3/min。4、抽放系统服务年限抽放系统服务年限同矿井服务年限，为43.3a。三、抽放瓦斯基础参数1、煤层瓦斯主要参数、煤层瓦斯压力二1煤层压力0.740.92MPa。、煤层瓦斯含量二1煤层瓦斯含量4.5626.22m3/t，平均15.43ml/g，煤中残存瓦斯含量4.5m3/t。、煤层透气性系数地质报告未提供煤层透气性系数，根据本矿区其他矿井资料取0.0020MD。、百米钻孔瓦斯流量钻孔瓦斯流量取13L/min.hm。（参考其他矿井）四、抽放瓦斯的方法、矿井瓦斯来源分析1、矿井瓦斯来源及涌出构成矿井瓦斯来源主要为开采煤层在采掘过程中的直接涌出和受采动影响的岩石向矿井涌出的瓦斯，根据矿井实测资料，回采区占4251%，掘进区占3032%，采空区占1926%，因此矿井瓦斯来源主要是本煤层开采过程中的涌出和采空区涌出的瓦斯。2、回采工作面瓦斯来源及涌出的构成回采工作面瓦斯来源主要为回采过程中煤层涌出的瓦斯、采空区涌出的瓦斯、区段平巷涌出的瓦斯及顶底板向工作面涌出的瓦斯。其中采空区涌出和回采过程中本煤层的瓦斯为工作面瓦斯涌出的主要来源。、抽放瓦斯的方法1、选择抽放方法的原则抽放瓦斯方法、方式的选择，应根据瓦斯及煤层赋存情况、瓦斯来源、巷道布置方式、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合分析比较后确定。、为提高瓦斯抽放率应采用开采层、采空区相结合的综合抽放方法。、当井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要来自开采层本身，只有抽放开采层本身的瓦斯才能解决问题时，应采用开采层瓦斯抽放。、工作面后方采空区瓦斯涌出量大，危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大，向邻近的回采工作面涌出量瓦斯量多，应采取采空区瓦斯抽放。、对于瓦斯含量大的煤层，在煤巷掘进时，难以用加大风量稀释瓦斯，可在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法。、对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采边抽或增大孔径和加密钻孔等方法。、若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂缝带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽放措施。总之，确定瓦斯抽放的方法应先摸清瓦斯来源，采空区瓦斯及顶板瓦斯含量情况，结合情况选用适合本矿井的抽放瓦斯方法。2、抽放瓦斯的方法根据煤层赋存条件及开拓开采工程安排，本矿井布置一个二1煤层综采工作面、一个瓦斯抽放工作面，设计采用本煤层工作面区段平巷顺层平行工作面钻孔预抽和高位钻孔瓦斯抽放、工作面浅孔抽放、埋管抽放及采空区抽放，并配合边掘边抽。、抽放瓦斯钻场布置1、抽放瓦斯钻孔参数、钻孔有效总长度根据确定的瓦斯抽放量（12m3/min）及百米钻孔瓦斯流量（13L/min.hm），经计算确定全矿井抽放瓦斯钻孔有效总长度6200m。、钻孔直径根据邻近矿井实际抽放经验，设计抽放瓦斯钻孔直径90mm。、单个钻孔长度根据工作面长度及邻近矿井经验，确定单个钻孔长度为8090m。、钻孔数量及钻孔间距根据有关参数，工作面顺槽瓦斯钻孔间距为25m，估算矿井抽放瓦斯钻孔430940个。、孔口负压参照其它矿井实测效果及抽放量，设计确定抽放瓦斯钻孔负压20kPa。2、钻场布置、回采面钻孔布置平行布孔和交叉布孔形式在工作面顺槽沿煤层走向打瓦斯抽放钻孔，孔与孔平行或交叉布置，孔间距25m。生产中可根据实际抽放效果调整钻孔布置，但必须保证上、下向的钻孔孔底之间交叉长度不小于5m。、封闭采空区抽放对于回采完毕的采空区进行全封闭后抽放。、埋管抽放在工作面回风巷内敷设瓦斯管，管路每隔一定距离接一个三通管件作为抽放采空区瓦斯的吸气口。随着工作面的推进，管路上的吸气口进入采空区内合适位置，吸气口的阀门打开，抽放采空区瓦斯。、高位抽放钻孔布置在工作面回风平巷每隔100150m布置一个钻场，向工作面方向打高位抽放钻孔，以抽放工作面上隅角的瓦斯。3、封孔方式、材料及工艺钻孔封孔应满足密封性能好，操作便捷，封孔速度快，造价低的要求，设计要求对所有抽放钻孔封孔深度为5m，采用压注药液法。4、设备选型及主要检测仪表、钻机：设计选用MYZ-150型钻机，电机功率15kW。、主要检测仪表高负压瓦斯采样器： FW-1型10台瓦斯检定器： W821型20台孔板流量计： FKL型20套自动放水器： CWG-ZY型20台四通阀两用压差计： UP-2型15台五、瓦斯抽放设备与管路、设计依据1、矿井纯瓦斯抽放量二1煤12m3/min2、瓦斯抽放浓度各采区40总干管303、瓦斯抽放钻场孔口负压：15kPa4、泵出口至用户使用要求压力：15kPa、瓦斯抽放管路选择、抽放管路系统选择的原则为了进行瓦斯抽放，必须在井上、下敷设完整的抽放管路系统，以便把瓦斯抽出并输送至地面利用。在布置抽放管路系统时，应遵循以下原则： 抽放管路系统，应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、地面瓦斯泵站的位置、瓦斯利用的要求以及矿井瓦斯抽放方法及长远发展规划等因素统筹考虑，尽量避免或减少以后在主干管路系统进行频繁改动。 瓦斯管路应敷设在曲线段最少、距离最短的巷道中。 瓦斯管路应尽量敷设在矿车不经常通过的巷道中，避免撞坏漏气，故一般放在回风系统的巷道中为宜。若设在运输巷道内，应按规定将管路架设一定高度并加以固定，防止机车或矿车一旦掉道不至于撞坏管子。 所布置的抽放设备或管路一旦发生故障，管路内瓦斯不得流入采、掘工作面和井下硐室。 管路布置应考虑到运输、安装、维修和日常检查的方便。 抽放管路系统中必须安装调节、控制、测定、防爆、防回火装置。 符合煤矿安全规程的要求，保证与其它管线的安全距离。、抽放管路系统的选择根据矿井的开拓布置及以上布置原则，将瓦斯抽放泵站设置在中央风井工业场地内。抽放总干管沿中央风井井筒和-180m水平回风大巷敷设，中途安装若干阀门与采区抽放支管连接；采区支管分别沿综采工作面运输顺槽、回风顺槽和瓦斯抽放工作面上、下顺槽及掘进工作面敷设，并与钻场连接。2、抽放管道管径、材质、规格瓦斯管直径选择的恰当与否，对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放效果均有很大影响，直径太大，投资太多，直径过细，阻力损失大。根据各段抽放管道的流量、安全流速进行计算，计算公式为：D=0.1457(Q/V)1/2，兼顾后期瓦斯抽放量增加，抽放管路选型如下：主干管：选用DN400mm钢管，地面、井筒段采用42610mm无缝钢管，其余为DN400mm镀锌螺旋焊接钢管。采区支管： 综采工作面运输顺槽、回风顺槽支管选用DN200mm镀锌螺旋焊接钢管。 瓦斯抽放工作面上、下顺槽选用DN250mm镀锌螺旋焊接钢管。 掘进工作面选用DN250mm镀锌螺旋焊接钢管。3、瓦斯管的连接方式、主管趟数井下各瓦斯抽放管路连接：干管采用法兰连接(井筒内为套管焊接连接)，采区支管采用快速管接头连接，管路可回收重复利用。考虑到矿井瓦斯抽放量，主管路只敷设一趟。4、抽放管路阻力计算根据本矿井瓦斯抽放管路系统及各段管路直径，经计算，直管段最大摩擦阻力H=18983Pa，管网最大局部阻力Hj=3796Pa，抽放系统管路网最大阻力Hz=22779Pa。5、管路敷设及附属装置煤矿井下的环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，因此，对井下抽瓦斯管路的敷设有如下要求： 瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀措施； 管路底部应垫木垫，垫起高度不低于30cm，以防底鼓损坏管路； 倾斜巷道的瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑； 管路敷设要求平直，坡度一致，尽量减少弯头、气门等附属管件；管径应尽量统一，变径时设过渡节；避免急转弯，转弯时角度不应小于90； 主要运输巷道中的瓦斯管路架设高度不小于1.8m； 管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安设放水器； 新敷设的管路应进行气密性检查。地面敷设管路除符合井下管路的有关要求外，尚需符合下列要求： 冬季寒冷地区应采取防冻措施； 瓦斯管路不宜沿车辆来往频繁的主要交通干线敷设； 瓦斯管路不允许与自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆和电话电缆等同敷设于一个地沟内； 在空旷地带敷设瓦斯管路时，应考虑到未来的发展规划和建筑物的布置情况； 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，距铁路大于4m，距木电线杆大于2m； 瓦斯管不宜穿过其它管路，确需穿过，应加钢套管。根据上述要求，结合方庄二矿的实际情况，选择管路敷设方式和附属装置如下：、管路敷设地面管路采用地沟敷设方式，考虑到该地区的降水量以及工业广场的地质情况等，设计地沟深度为1.5m，宽度为2.0m，敷设时预留1的流水坡度。根据井下瓦斯抽放管路的敷设路径，管路分别采用架设或垫墩支撑。垫墩高度不小于300mm。在倾斜巷道内，应设拉紧装置，并保证每节管子下面有两个垫墩，并用管卡加以固定。在运输巷为了安全及不影响正常生产，管路敷设采用支撑吊挂方式。在变坡处要安装放水器，巷道分叉处将管路架空，用锚杆、卡子固定在巷道邦上，以不影响行车和行人。、管路防腐及地面管路防冻措施 为防止瓦斯锈蚀，安装前应对管内外涂刷防腐剂，以防管路锈蚀； 地面管路沿地面埋设，深度为1.5m，根据本区气象条件和冻土深度，可不采用防冻、保温措施。、附属装置 主管、分管、支管及其与钻场连接处装设有瓦斯计量装置。 在抽放管路的适当位置设置了管路防滑装置、调节阀门、排渣器和测压装置。 抽放钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处及沿管路适当距离（间距一般为200300m，最大不超过500m）设有放水器。 抽放管路分岔处设有控制闸门，阀门规格与安装地点的管径相适应。 地面主管阀门设置在地表以下，不燃性材料砌成的不透水观察井内。、抽放设备选型1、抽放设备选型原则 瓦斯泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽出量的需求； 在抽放期间，瓦斯泵的负压必须能克服管路系统的最大阻力； 瓦斯泵要具备良好的气密性； 抽放设备配套电机必须防爆。2、瓦斯抽放泵的流量计算矿井瓦斯抽放纯量为Qz=12m3/min，抽放浓度按15%计算，瓦斯抽放综合系数K=1.2，所需抽放泵流量为：Q= =120m3/min式中 Q瓦斯泵的额定流量，m3/min； Qz抽放瓦斯纯量，12m3/min； X瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，取15%； K瓦斯抽放的综合系数，K=1.2； 瓦斯泵的机械效率，一般取0.8。2、瓦斯抽放泵的压力计算根据矿井初期抽放管网系统阻力计算值22779Pa、钻场孔口要求的负压值15000Pa、以及井上泵出口至用户使用压力(15000Pa)的要求，抽放泵必须产生的压力：Hb=K（Hz+H钻孔+H泵出口）=1.2(22779+15000+15000)=63335Pa式中：Hb抽放泵需要压力，Pa； K备用系数，K=1.2；Hz管网阻力，Pa；H钻孔瓦斯抽放钻场钻孔负压，取15000Pa；Hc瓦斯泵出口正压，Pa，取Hc15000Pa。3、瓦斯抽放泵的真空度计算Hz=10010062.54、瓦斯抽放设备选型根据抽放设备必须产生的流量、压力，抽放设备可选用回转式鼓风机和水环式真空泵两种方案。回转式鼓风机运行稳定，供气均匀。但运行噪音大，压力高时磨损严重，气体漏损较大，故不予推荐。结合本矿井抽放煤层透气性较差，抽气量不大的特点，设计推荐采用水环式真空泵作为本矿瓦斯抽放设备，该方案的优点是：设备结构简单，运转可靠，工作轮内充满水，起防爆阻焰作用，安全性高。通过查验有关真空泵性能特性曲线，选择2BEY42型水环式真空泵2台，1台工作，1台备用，泵转数390r/min。配YB2450-4型防爆电机，功率185kW，电压10kV。抽放泵房内另预留一台抽放泵安装位置。5、抽放泵房主要附属设备电气防爆措施瓦斯抽放站为一级负荷。电源引自矿井35kV变电站，供电电压10kV采用MYJV22-8.7/10kV 3X70电缆埋地引入。供电电源一回工作，一回备用。为防止管路带电，在供电电源的馈出端，装设漏电保护装置。瓦斯抽放泵房内的抽放泵电机及所有电气设备、照明灯具、和电气仪表，均采用矿用防爆型或矿用本安型设备。防止雷击地面瓦斯抽放泵房建筑物，作防雷接地。抽放站放空管的防直击雷，装设独立避雷针保护。为防止由于静电感应、管路带电等，引起瓦斯爆炸，泵房内的所有电气设备、管道，均按规范要求做接地处理。六、瓦斯抽放站、瓦斯抽放站构成瓦斯抽放站内设有水环真空泵、气水分离器、管路、阀门等设备。泵站及管路还设有防雷、防静电、防爆、防回火、防回气和瓦斯抽放监控系统等安全设备。在瓦斯抽放泵出口处设有放水器，压力、浓度、流量测定装置以及取样阀门等附属装置。在抽放泵进出口处均设置了放空管，放空管直径为DN400mm，大于抽放泵进出口直径，放空管高度高于泵房房顶3m。泵站另设有配电室、控制值班室、水池、冷却水泵等设备设施。、瓦斯抽放泵房的主体设备电气防爆措施瓦斯抽放泵房内的抽放泵电机及所有电气设备、照明灯具、和电气仪表，均采用矿用防爆型或矿用本安型设备。为防止管路带电，在供电电源的馈出端，装设漏电保护装置。在瓦斯抽放站，设计有防雷电、防静电感应及避雷针和防管路带电等的保护接地装置和防爆炸的安全装置。、瓦斯抽放泵房附属装置抽放泵房设防爆式屋顶风机、真空泵采用闭路循环冷却系统，配 ISW80-160A型冷却水泵及冷却塔。设瓦斯断电仪、瓦斯监测仪以及瓦斯压力、流量、浓度测控装置等。为方便安装与检修，泵房内配备SDQ-3型10t手动单梁起重机1台。泵房内设瓦斯抽放监控系统一套，便携式数字瓦斯综合参数测试仪一台。防爆本安型电话2部，行政电话和直通矿调度室的调度电话各一部。电控设备设有高压矿用真空隔爆装置BGP47-10 8台，矿用隔爆磁力启动器 QBZ-80Z 80A 5台。，在瓦斯抽放站，设计有防雷电、防静电感应和防管路带电等的保护接地装置和防爆炸的安全装置。2、瓦斯抽放站场地平面布置地面抽放站设在工业场地内。3、供电及通讯、供电电源瓦斯抽放站的电源，均以双回路电缆供电，直接引自35kV变电站，其中一回工作，一回备用。为防止管路带电，在供电电源的馈出端，装设漏电保护装置。瓦斯抽放站为一级负荷直接引自35kV变电站，采用双回供电。、防止雷击地面瓦斯抽放泵站建筑物，作防雷接地保护。抽放站放空管为防止雷击，装设独立避雷针保护。为避免由于静电感应、管路带电等引起瓦斯爆炸，泵房内的所有电气设备、管道，均按规范要求做接地处理。4、瓦斯抽放监控系统地面瓦斯抽放泵站设瓦斯抽放分站，并接入矿井安全生产监测监控系统。、监测监控参数的确定及设置地点抽放瓦斯监测监控参数，按现行煤矿安全规程矿井瓦斯抽放管理规范等的要求确定，有抽放系统管道内的瓦斯浓度、流量、压力、温度，泵房内泄漏瓦斯浓度等。在抽放瓦斯管路的各分管、支管及其与钻场连接处，设计有瓦斯测量装置，并配备了便携式数字瓦斯综合参数测试仪，以测量管路内的瓦斯浓度、流量、压力、温度等参数。在瓦斯抽放泵房内，距房顶部300mm处，安设瓦斯传感器，用于检测泵房内泄漏瓦斯浓度，当空气中瓦斯浓度超过0.5%时，能立即发出声、光报警信号，并能对瓦斯抽放泵主电源断电。在抽放泵输入及输出管路中，安设有管道气体参数监测仪。监测仪能就地显示管道瓦斯、流量、压力、温度四参数值，并能输出标准信号接入瓦斯抽放分站与矿井监测监控系统联网。输入管路中的瓦斯浓度低于25或其它参数超限等情况时，能立即发出声、光报警信号。利用瓦斯时，输出管路中的瓦斯浓度低于30或其它参数超限等情况时，能立即发出声、光报警信号。、监测监控的自动化程度及设备选型在本矿井安全监测监控系统中，设有抽放瓦斯监控分站。分站具有独立进行数据采集，处理和完成相应控制的功能。系统能连续监测抽放系统管道内的瓦斯浓度、流量、压力、温度、泵房内泄漏瓦斯浓度等。系统将采集的各种参数进行分析处理，如有超限或故障立即发出声光报警信号，并打印显示报警信息。系统具有纯瓦斯抽放量累计及显示，数据自动存盘，日报表打印，曲线图形显示等功能。七、安全1、抽放系统安全措施、抽放站场、钻孔施工防治瓦斯措施在准备抽放站场和钻孔施工的过程中，要按照煤巷掘进的安全措施管理。、管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施抽放管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、防底鼓等措施前面已作说明。抽放管路上的电气设备和电气仪表，均采用矿用隔爆型。抽放管路，做防雷、防静电接地、防漏电保护，防止由于管路雷击、静电感应或带电引起瓦斯爆炸。同时，井上下敷设的瓦斯管路，采取适当措施，避免与带电物体接触。2、瓦斯抽放站安全措施、瓦斯抽放泵前后防回火、防爆炸