告成瓦斯抽放设计.doc

郑煤集团公司告成煤矿瓦斯抽放系统方案设计 郑 煤 集 团 告 成 矿2005年12月目 录概述31矿井概况41.1井田地质概况41.2矿井通风方式及瓦斯涌出情况52矿井瓦斯抽放的必要性与可行性72.1矿井瓦斯涌出量预测72.2矿井瓦斯涌出来源与构成92.3瓦斯抽放的必要性92.4瓦斯抽放的可行性92.5矿井瓦斯储量与可抽量93矿井瓦斯抽放方案初步设计93.1抽放方法选择原则93.2抽放瓦斯方法选择93.2.1回采工作面本煤层瓦斯抽放113.2.2掘进工作面瓦斯抽放123.2.3回采工作面高位抽放133.3瓦斯抽放量预计及抽放服务年限143.3.1回采工作面瓦斯抽放量预计143.3.2掘进工作面瓦斯抽放量预计143.3.3矿井瓦斯抽放量预计143.3.4抽放服务年限143.3.5抽放参数确定143.4瓦斯抽放钻孔施工及设备153.4.1钻机的选择153.4.2钻孔施工安全技术措施153.4.3钻孔封孔153.4.4瓦斯抽放参数监测164瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型164.1矿井瓦斯抽放参数设计164.2瓦斯管网系统选择与管网阻力计算164.2.1瓦斯抽放管网系统164.2.2瓦斯抽放管管径计算及管材选择174.2.3管网阻力计算184.2.4瓦斯抽放管与瓦斯抽放钻孔连接204.3瓦斯抽放泵选型计算204.3.1瓦斯抽放泵流量计算204.3.2瓦斯抽放泵压力计算204.3.3瓦斯抽放泵选型21概 述郑煤集团告成矿于1992年建井，1999年竣工投产， 设计生产能力为90万t/a。核定生产能力为130万t/a，2005年预计完成产量125万t。根据告成矿井瓦斯涌出资料(2005年鉴定报告), 矿井绝对瓦斯涌出量为21.84m3/t, 相对瓦斯涌出量为7.49 m3/min, 属于低瓦斯矿井。由于矿井发生过煤与瓦斯突出, 按突出矿井管理。 随矿井产量的增加和开采范围的扩大及开采水平的延伸，矿井采掘进工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大。 为贯彻落实党和国家的“安全第一, 预防为主”的安全生产方针和国家安全生产监督管理总局制定的“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯综合治理方针, 告成矿已在井下安装了2个临时瓦斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统. 抽出的瓦斯直接排放到矿井的回风系统中。随着矿井抽放瓦斯量的增大, 容易造成总回风瓦斯浓度超限。 另外, 井下泵站设置分散，管理也比较困难。因此，建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的。 特此编制告成矿瓦斯抽放系统方案设计。编制本设计方案的依据：1. 矿井抽放瓦斯工程设计规范。2. 矿井抽放瓦斯管理规范。3. 煤矿安全规程。4. 防治煤与瓦斯突出细则。5.告成矿生产、通风、瓦斯、地质等相关资料。1 矿井概况告成矿位于登封市东南12km的告成镇境内，距郑州市西南71km，矿区平告铁路运煤专线直通告成矿，许洛公路通过矿区，交通十分方便。告成矿井主采煤层为二迭系山西组二1煤层，井田南北走向长10km，东西倾斜宽3.5km，井田面积35km2。井田南以告F2断层与新登煤矿相邻；北面以告F5断层为界，西面以-600m煤层底板等高线为界；东面止于二1煤层+150m等高线。设计地质储量1.79亿t，可采储量9269万t，服务年限73.6a。截止2004年底，剩余可采储量9064万t。主采的二1煤层属典型的豫西“三软”不稳定难采煤层，煤层厚度018.3m，平均4.86m；煤层倾角826，平均12。煤层顶板75%以上为滑动构造带所覆盖。矿井开拓方式为立井多水平上下山开拓。现有三个井筒，分别为主井、副井和中央风井。其中：副井采用1t单层双车宽窄罐茏提升，供下料、下人和提矸使用；主井采用8t箕斗提升，供全矿井出煤使用；中央风井作矿井通风使用，为专用回风井。矿井现开采水平为-110m水平，采煤方法为俯斜长壁炮采放顶煤。井下共布置2个采区，正规生产采区为1个13采区，21采区为准备采区。采煤工作面有2个，即13081工作面和13021工作面，掘进工作面8个，分别是：21021上副巷（煤）、21021下副巷（煤）、21021下副巷车场（煤）、1集中下山（煤）、2集中下山（煤）、13131上副巷（煤）、21回风下山上段（岩）、21回风下山下段（岩）、25采区车场（岩）、3顶板疏水巷（岩）。1.1井田地质情况（1）地层本井田属于华北沉积类型，地层发育较全，除古生界缺失奥陶系上、下统、志留系、泥盆系与石炭系下统，中生界缺失侏罗、白垩系外，自太古界至新生界皆有发育。（2）构造告成井田位于颖阳芦店向斜的东段南翼，受区域构造的控制与影响，构造上有两个特点：一是因处于嵩山与五指岭平移断层之间，地层呈北东走向；二是因位于芦店滑动构造西部，井田大部分受滑动构造的影响。滑动构造是在煤系地层内发育的以缓角度、大面积岩层相对滑移为特征的特殊的煤田地质构造形态。受滑动构造影响，往往造成煤层及顶板局部缺失，形成大面积的煤层及顶板破碎带，使煤层特别是顶板的连续性和完整性受到严重破坏，煤层顶板起伏变化较大。本井田范围内近75%为滑动构造破碎带直接压覆煤层，仅25%二1煤层未被滑动构造直接铲蚀，保留了部分煤层原生顶板。受滑动构造影响本井田地质构造较为复杂，煤层底板起伏变化较大，断层、褶曲十分发育。（3）煤层本井田主采煤层为山西组的二1煤，其走向为近北东向，倾向近北西向，煤层厚度018.3m，平均厚度为4.86m；倾角为826，平均12。井田内二1煤层大部分受到滑动构造的影响，滑动构造铲蚀煤层，造成煤层厚度变化较大，出现薄（无）煤带，煤层赋存极不稳定。同时，煤层的原生结构遭到破坏，层理不清晰，滑面、摩擦镜面及擦痕比较明显，揉搓现象较严重，煤层呈粉状，少量呈片状及碎粒状，组织疏松，抗碎强度特低，易碎，污手，属极软煤层。煤层顶板由于受到滑动构造的影响比较破碎，而且大部分地区为滑动构造直接压煤。煤层底板为泥岩及砂质泥岩，遇水极易膨胀，强度快速降低。该煤层属于典型的“三软”煤层，同时又受到滑动构造的影响，是具备这两种特殊地质因素的井田之一。1.2矿井通风方式及瓦斯涌出情况（1）通风告成矿通风方式为中央并列式，通风方法为抽出法，由副井和主井进风，中央风井回风。主扇风机型号为BDK65B-8-28高效对旋轴流风机，两台，一用一备，配套电机型号YBF-630-8型，额定功率2500kW。主扇最大通风能力可达11000m3/min，最大负压428mmH2O。目前矿井实际总进风量7927m3/min，总回风量8172m3/min，中央风井负压3400Pa，矿井等积孔2.78m2。经2005年核定，矿井通风能力为130万t/a。（2）瓦斯告成矿目前生产采区为13采区，从1999年投产至今，历年矿井瓦斯等级鉴定结果为：矿井绝对瓦斯涌出量11.8424.51m3/min，相对瓦斯涌出量5.6932.6m3/t（煤层瓦斯基础参数测定结果见表1-1、历年矿井瓦斯等级鉴定结果见表1-2）。告成矿煤层平均瓦斯含量17.35m3/t。13采区最大瓦斯压力P=0.68MPa，21采区测得的最大瓦斯压力是1.1MPa（标高-160m），煤层透气性系数0.00530.0642m2/(MPa2d),属难抽放煤层，衰减系数d=0.552.25d-1,瓦斯放散初速度p=1224。矿井从掘进煤巷以来，共发生过17次煤与瓦斯涌出异常现象（其中1次突出、1次压出）。表1-1 煤层瓦斯基础参数测定结果表参数瓦斯含量瓦斯压力煤层透气性系数衰减系数坚固性系数放散初速度煤的破坏类型备注测点标高测定时间测定值17.350.620.680.00530.550.20.51217.4IV-8099年03年19.080.50.06422.250.324属“三软”煤层-12102年1.1-16004年单位m3/tMPam2/（MPa 2/d）d 1 表1-2 历年矿井瓦斯等级鉴定结果汇总表年度年产量（万t）绝对瓦斯涌出量（m3/min）相对瓦斯涌出量（m3/t）省批瓦斯等级19993524.332.6高20005117.1514.88高200190.524.5110.78高2002100.311.846.28低200312223.29.28高2004100.213.687.11突出200595.5（111月份）14.865.69突出2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性根据煤矿安全规程第145条规定,开采有煤与瓦斯突出危险性煤层的矿井, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定: 当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。井下抽放泵站的安装和管理维护费用较高, 不便于管理。 只要延伸少量的抽放管路，通过回风立井或新打钻孔将管路敷设到地面，就可以在地面布置抽放瓦斯泵站，为今后开采的各个采区集中服务。2.1 矿井瓦斯涌出量预测根据告成矿前期和中长期采掘布署，结合煤层瓦斯赋存情况，预测矿井瓦斯涌出量将随着开采范围的扩大和开采深度的延伸大幅增加（预测结果见表2-1、2-2、2-3）。表2-1 回采工作面瓦斯涌出量预测结果生产时期采区瓦斯含量(m3/t)日产量(t/d)工作面瓦斯涌出量(m3/t)(m3/min)前期1317.351700926.2521202500中期212025001031.2525202500后期252025001138.1922252500表2-2 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果生产时期采区瓦斯含量(m3/t)掘进速度(m/月)瓦斯涌出量 (m3/min)煤壁落煤巷道合计前期1317.351501.31.00.73.0212080中期21201001.81.50.74.02520100后期25201202.51.80.75.02225100备注： 煤巷掘进工作面瓦斯涌出量包括煤壁涌出瓦斯量、落煤涌出瓦斯量和巷道涌出瓦斯量； 每个掘进工作面的瓦斯涌出量为：前期3m3/min，中期4m3/min，后期5m3/min. 矿井采掘工作面数量按2个采面（即1个综放工作面和1个炮放工作面）和5个煤巷头考虑。表2-3给出了各个生产时期的矿井瓦斯涌出量预测结果。由于地面瓦斯抽放系统为一工程量较大的项目, 服务年限长, 一旦管路安装完毕不易更换。因此, 对将来矿井瓦斯涌出量的预测应留有一定余地。表2-3 矿井瓦斯涌出量预测结果生产时期矿井瓦斯涌出量 (m3/min)回采掘进采空区合 计前期26.25152.043.25中期31.25203.054.25后期38.19254.067.192.2 矿井瓦斯涌出来源与构成矿井瓦斯涌出来源包括回采区、掘进区和采空区三部分，其中回采区按2个工作面考虑，掘进区按5个工作面考虑，预计将来矿井最大瓦斯涌出量可达到67.19m3/min。2.3 瓦斯抽放的必要性（1）相关法规的要求按照煤矿安全规程的第145条规定及“先抽后采，监测监控，以风定产”的十二字方针，告成矿二1煤层具有煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。从瓦斯涌出量预测结果（表2-3）来看，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达67.19m3/min, 单纯靠通风系统来稀释瓦斯是不可能的。因此，必须建立瓦斯抽放系统。（2）采掘工作面瓦斯治理的需要煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定：当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。告成矿回采工作面和掘进工作面的绝对瓦斯涌出量均已超过5m3/min和3m3/min。单纯靠通风方法解决瓦斯问题不科学、不合理、不经济、不安全，工作面瓦斯超限问题只靠通风方法也是不可能解决的。因此，必须建立瓦斯抽放系统。2.4 瓦斯抽放的可行性告成矿二1煤层透气性差，钻孔瓦斯流量衰减系数大，属较难抽放煤层。但可以通过采取措施提高煤体透气性来进行煤体预抽瓦斯，也可以利用采动影响进行边掘边抽和边采边抽，还可以在回采工作面进行顶板岩石钻孔瓦斯抽放。2.5 矿井瓦斯储量与可抽量矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量。 开采二1煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算有二1煤层和围岩的瓦斯储量，计算公式如下： 式中: Wk 矿井瓦斯储量，万m3； C 围岩瓦斯储量系数 ，取C = 1.05； A 煤炭可采储量，万t； X 煤层平均瓦斯含量，m3/t.可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算： 式中: Wkc 矿井瓦斯可抽量，万m3； k 矿井瓦斯抽放率，按照告成矿生产现状预计，k =3050%，取平均值k = 40%； Wk 矿井瓦斯储量，万m3.表2-4 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果储量类别煤炭可采储量（万t）平均瓦斯含量（m3/t）瓦斯储量（万m3）可抽量（万m3）煤层90642018128072512围岩90643625.6合计19034476137.6矿井瓦斯储量和可抽量计算结果如表2-4所示。由表可知， 矿井瓦斯储量和可抽取量分别为190344万m3和76137.6万m3。 3 矿井瓦斯抽放方案初步设计3.1 抽放方法选择的原则选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基本参数、 瓦斯来源、巷道布置、 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定, 并应遵守以下原则：(1).抽放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). 在满足瓦斯抽放的前提下, 应尽可能地利用生产巷道, 以减少抽放工程量。(4). 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。(5). 选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本。(6). 瓦斯抽放应有利于钻场、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。3.2 抽放瓦斯方法选择告成矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担。 因此, 确定矿井抽放瓦斯的方法为开采层抽放(包括开采工作面和掘进工作面抽放)和采空区抽放等方式。所有的回采工作面必须进行采前预抽、边采边抽和高位抽放，对掘进工作面进行掘前瓦斯预抽和边掘边抽。 选择的瓦斯抽放方法如下：.回采工作面：采前预抽、边采边抽、高位抽放和隅角埋管抽放相结合； .掘进工作面：掘前预抽和边掘边抽相结合；.开展采空区瓦斯抽放。3.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放由于煤层的透气性低, 采用预抽和边采边抽相结合的抽放方法，即：利用工作面上下顺槽向煤层打平行钻孔预抽本煤层瓦斯，并利用回采工作面前方超前卸压效应边采边抽本煤层瓦斯，以提高煤层瓦斯抽放效率。钻孔布置方式如图3-1示。图31 回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图本煤层预抽钻孔布置参数如下： 钻孔长度 80-100m； 钻孔直径 89mm； 钻孔与工作面夹角 46； 钻孔间距 1m； 封孔深度 8m； 封孔方式 聚胺脂封孔.3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放掘进工作面抽放瓦斯的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽放两种方式。采用边掘边抽时, 抽放钻孔布置方式如图3-2示。钻孔布置参数如下： 钻孔长度 5560m；钻孔直径 89 mm；钻孔方位 顺巷；钻场间距 40 m；钻场内钻孔数 6个；封孔深度 8m；封孔方式 聚胺脂封孔.图32 掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图相邻钻场间距（巷道同一帮）为40m，在巷道两帮交替布置。钻场深度4m，采用2.62.8m(腿梁)工字钢支护,对棚架设，棚距0.6m，迎头用坑木、工字钢、荆笆、塑料网、椽杆背实、背严。钻孔布置及参数：每个钻场内布置6个钻孔,孔径不小于89mm,孔深60m，呈两列三排布置,上排孔开孔位置距巷底1.7m,中排开孔位置距巷底1.1m,下排开孔位置距巷底0.5m;靠近巷道的3个钻孔距巷道轮廓线的距离为2m,钻场内侧3个钻孔距巷道轮廓线的距离为3m,钻孔施工方位与巷道掘进方位一致，并做到全层位控顶控底，即：上排钻孔终孔于煤层顶板岩石0.5m深度处，中排钻孔终孔位于煤层中部，下排钻孔终孔打至煤层底板岩石0.5m深度处。3.2.3 回采工作面高位抽放采用高位抽放就把回采工作面上部煤层中和部分采空区中的瓦斯通过钻孔和瓦斯抽放管道排放到地表或井下回风巷中。 图3-3为回采工作面高位钻孔布置示意图。图33 采煤工作面高位钻孔布置示意图需要注意的是，本设计中的瓦斯抽放钻孔参数应根据现场实际情况及时进行必要的调整，以达到最佳的抽放效果。3.3 抽放量预计及抽放服务年限3.3.1 回采工作面瓦斯抽放量预计 回采工作面采用预抽、边采边抽、高位钻孔抽放和隅角埋管抽放等综合抽放措施，预测单面最大瓦斯抽放量为10 m3/min。3.3.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计 告成矿回采工作面顺槽实行单巷掘进，每一条单巷掘进工作面的最大边掘边抽瓦斯量预计为1.5 m3/min。3.3.3 矿井瓦斯抽放量预计全矿井按布置2个采煤工作面和5个煤巷掘进工作面生产，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到102+1.5527.5m3/min。3.3.4 抽放服务年限由于矿井瓦斯抽放方式为边采边抽、边掘边抽和高位钻孔抽放，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同。3.3.5 抽放参数的确定根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法, 设计矿井的瓦斯抽放浓度为30%。回采面的预抽时间大于3个月, 回采面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔, 当采煤工作面推进至该孔孔口附近时, 拆除钻孔。瓦斯抽放实践证明, 由于预抽煤体瓦斯, 使煤体发生收缩变形，煤体的收缩既使原有的裂隙加大, 又可以产生新的裂隙. 从而使煤层的透气性增加, 提高瓦斯抽放效果.3.4 瓦斯抽放钻孔施工及设备3.4.1 钻机的选择选择钻机需要考虑的因素包括: 1).钻进深度; 2).钻进速度; 3).钻孔直径； 4).给进、起拔能力; 5).钻机体积； 6).液压系统; 7).性价比。告成矿现在使用的钻机主要有两种，一种是重庆煤科分院生产的ZYG系列全液压钻机，另一种是西安煤科分院生产的MK系列全液压钻机，这两种钻机均为分体式结构, 具有体积小、重量轻、便于拆装、移动安装方便、机械效率高等优点，完全能够满足井下瓦斯抽放钻孔钻进的要。3.4.2 钻孔施工安全技术措施除了采取钻孔施工技术的一般安全措施(略)外, 还必须采取以下特殊措施:(1). 在施钻地点附近安设1组(5个)压风自救器和1部电话;(2). 调整通风系统, 使采煤工作面回风不直接流经打钻地点, 开始打钻以前要完成打钻区域通风系统调整;(3). 采煤工作面放炮时, 撤出打钻人员至安全地点, 放炮期间, 所有人员均不得进入回风系统;(4). 放炮后, 待打钻现场瓦斯不超限, 整个区域无安全异常, 才能恢复正常打钻;(5). 若打钻现场发生安全异常, 必须立即按安全路线撤离。3.4.3 钻孔封孔抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔, 人工水泥沙浆封孔和聚胺脂封孔等。岩石钻孔采用注浆泵封孔，煤层钻孔采用聚胺脂封孔。在岩层中封孔长度不小于35m，在煤层中封孔长度不小于58m。聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔。聚胺脂封孔采用卷缠药液与压注药液两种工艺方法。现主要应用卷缠药液法封孔。虽然聚胺脂封孔(见图3-4)的成本略高于水泥浆封孔, 但聚胺脂封孔操作简单, 省时省力, 气密性好, 抽放效果好, 对煤层钻孔非常适用。1 集气孔段 2聚氨酯封孔段 3水泥砂浆封孔段 4双抗封孔管图3-4 聚胺脂封孔示意图3.4.4 瓦斯抽放参数监测采用孔板流量计或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪对钻孔和支管进行监测，同时在主干管和主要支管上安装抽放参数监控系统，对抽放管道的负压、瓦斯浓度、瓦斯流量、温度进行实时监测。抽放监控系统要与矿井瓦斯监控系统联网。4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型4.1 矿井瓦斯抽放设计参数按1台抽放泵同时服务2个回采工作面和5个掘进工作面, 纯瓦斯抽放量取27.5m3/min(将来最大瓦斯抽放量)。瓦斯抽放浓度按30%计算。4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算4.2.1 瓦斯抽放管网系统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。抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中, 尽可能避开运输繁忙巷道, 同时还要考虑供电, 供水, 运输方便。告成矿开采服务年限长，且工作面需要抽放的瓦斯量较大，在地面建站具有明显的经济和管理方面的优势。因此，建立地面永久瓦斯抽放系统较为合理。根据矿井采掘工作面的具体位置及开拓布置, 确定将地面永久瓦斯抽放站布置在距离中央风井附近无地质灾害和洪水影响的地点。要求瓦斯抽放泵房50m范围内无主要建筑及民房, 在泵房周围20m设立围墙或栅栏, 并严禁明火。根据告成矿井下开拓巷道具体情况，抽放干管从井下敷设到地面，考虑了两种敷设路线：方案1: 抽放干管 -100回风大巷 中央立风井 抽放泵房 放空管;方案2:抽放干管 21回风下山 地面钻孔 抽放泵房 放空管;两种方案对比：方案1：优点是不需要施工地面钻孔；缺点是需要延伸抽放管道，并且在立井安装大直径管道施工不安全，同时人员在回风井作业对专用回风巷管理造成困难。方案2： 优点是抽放管路相对缩短，通过钻孔安装管道安全程度高，人员不需在回风井作业，不影响正常安全生产；缺点是需要施工地面钻孔。综合比较两个方案的优劣，认为方案2比较合理。4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择瓦斯抽放管管径按下式计算：式中 D-瓦斯抽放管内径，m； Q-抽放管内混合瓦斯流量，m3/min； V-抽放管内瓦斯平均流速，经济流速V5-15m/s, 取V=10m/s.约定：为全矿井服务的地面钻孔及地面瓦斯抽放管为主管；为一个采区服务的瓦斯抽放管为干管；为一个采煤工作面服务的瓦斯抽放管为支管1；为一个掘进工作面服务的瓦斯抽放管为支管2。根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按上式计算选择的瓦斯抽放管管径如表4-1示。瓦斯抽放管选用无缝钢管。表4-1 瓦斯抽放管管径计算选择结果抽放管类别纯瓦斯抽放量（m3/min）瓦斯浓度（%）混合瓦斯抽放量（m3/min）计算管内径（m）选择管径（mm）主管27.53091.670.44150010干管14.53048.330.3203759支管1103033.330.266 3007支管21.53050.103 3007备注：掘进工作面抽放管贯通后留作回采工作面使用，故选支管1与支管2同径。抽放管材尽量选用无缝钢管, 特别主干管必须选择无缝钢管。经过计算得出主管直径D = 0.5m, 干管直径 D = 0.375m, 支管直径 D = 0.3m。 故主管和干管分别选择直径为500mm和375mm的无缝钢管, 壁厚分别为10mm和9mm，支管可选择直径为300mm的无缝钢管, 也可选用聚乙烯管或螺旋管。4.2.3 管网阻力计算. 摩擦阻力（Hm）计算式中: Hm 管路摩擦阻力，Pa；L 负压段管路长度，m；Q 抽放管内混合瓦斯流量，m3/h； 混合瓦斯对空气的密度比；K 与管径有关的系数；D 抽放管内径，cm.为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力。根据矿井采掘接替安排，确定的瓦斯抽放系统最困难管路如下：地面抽放泵站主管(长度为300m)地面钻孔主管(长度为400m)25采区抽放干管(长度为4000m)工作面抽放支管(长度为1500m).最困难抽放管路阻力计算结果如表4-2示.表4-2 瓦斯抽放系统最困难管网阻力计算结果抽放管类 别Q（m3/min）L（m）KD（cm）Hm（Pa）主管91.670.8667000.7148.0994.44干管48.330.86640000.7135.76940.38支管33.330.86615000.7128.63751.14合计11685.96.局部阻力（Hj）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:Hj =0.15 Hm = 0.15 x 11685.96 = 1752.89 Pa.(3). 总阻力（H）计算H = Hm + Hj = 11685.96 + 1752.89 = 13438.85 Pa4.2.4 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接用埋线管将钻孔封孔管与布置在巷道中的瓦斯抽放支管相连接，连接处要用抱箍固定，或用铁丝捆扎。 瓦斯抽放主干管和支管均采用法兰盘螺栓紧固连接, 中间夹橡胶密封圈。 4.3 瓦斯抽放泵选型计算瓦斯抽放泵的选型原则有两个：泵的流量应满足抽放系统服务期间可能达到的最大瓦斯抽放量；泵的压力能克服最困难路线的管网阻力，使抽放钻孔达到足够的负压，并满足抽放泵出口正压需求。4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算式中:Q 瓦斯抽放泵所需额定流量，m3/min；Q z 矿井抽放系统最大瓦斯抽放纯量，为27.5m3/min；X 矿井抽放瓦斯浓度，%，为30；K 备用系数，K=1.20； 抽放泵机械效率，=0.80.本抽放系统设计抽放量为27.5m3/min，则瓦斯抽放泵所需额定流量计算如下:Q = 10027.51.2/(300.80) =137.5m3/min4.3.2 瓦斯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:式中: H 瓦斯抽放泵所需压力，Pa； K 压力备用系数，K=1.20；Hzk 抽放钻孔所需负压，Pa，取=15000Pa； Hrm 井下管网的最大摩擦阻力，Pa； Hrj 井下管网的最大局部阻力，Pa；Hc 瓦斯泵出口正压，考虑今后瓦斯利用的需要，取15000Pa.根据前面的管路阻力损失计算得知, 矿井抽放管路系统的最大阻力损失为:H = (15000 + 11685.96 + 1752.89+ 15000) x 1.2 = 52126.62 Pa52.1kPa表4-3 瓦斯泵流量、压力计算结果Qz（m3/min）X(%)Hzk(Pa)Hrm(Pa)Hrj(Pa)Hc(Pa)Q（m3/min）H（kPa）27.5301500011685.961752.891500091.6752.14.3.3 瓦斯抽放泵选型根据上述计算结果, 通过对淄博、武汉、新乡、佛山等国内真空泵生产厂家产品对比, 选用3台山东淄博博山真空泵厂有限公司生产的2BEC-50型水环式真空泵比较合理，1台使用，1台备用，1台检修。该泵配套电机功率220kW，转速266r/min，吸气量150 m3/min。5 瓦斯抽放泵站布置5.1 瓦斯抽放泵站根据矿井采掘的具体位置及开拓布置, 确定将抽放泵站设在风井附近处且无地质、洪水等灾害影响, 地势平坦的地点。 地面瓦斯泵房位置选择如附图1所示。抽放泵站由瓦斯泵房、配电室、值班室、仓库组成。 瓦斯泵房长8.0m, 宽6.0m, 高3.5m。 值班室3 x 3 x 3.5m。 瓦斯抽放泵房布置图如附图2所示。瓦斯抽放泵房围墙或栅栏的圈定范围应当保障泵房周围50m范围内无居民, 20m内无明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配备至少4只干粉灭火器和大于0.5m3的黄砂。 在泵站周围设有防火栓。 抽放泵站是具有爆炸危险的甲类厂房, 设计门窗作为泄压面积, 泄压与厂房体积比应在0.051.22之间, 瓦斯抽放泵房采用不燃性材料构成。 其土建工程设计和施工由后勤部另行完成。地面抽放泵站主要建筑为泵房，抽放泵房内设有配电装置、瓦斯泵、分水器、管路、阀门等设备。在泵房附近进出口处设有放水器、防爆防火装置、放空管、压力测定、流量测定装置、采样孔、阀门等附属装置。瓦斯抽放泵房内的所有设备和仪表均选用防爆型。 图5-2地面瓦斯抽放泵站布置示意图。5.2瓦斯抽放泵站供电瓦斯抽放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, 专用线路和专用开关。 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, 必须保证有两个电源供电。 28图51 瓦斯抽放泵站管统及附属设施布置示意图5.3 瓦斯抽放泵给排水(1). 给水瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水(PH值68)，并建水池、水箱，安装抽水泵，形成水循环系统。安装一套南京富邺科技实业有限公司制造的高频电子除垢装置, 要求供水压力大于200mbar。 (2). 排水水环式真空泵排出的水收入蓄水池后循环使用。 5.4 防雷设施在瓦斯抽放泵站房顶上设置避雷针, 并接地。根据建筑物防雷设计规范, 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。接地电阻均10 。设计放空管的高度为7m, 在距放空管5m之内设一高度为14m的避