第6章-煤矿抽采瓦斯设计(第5节)..ppt

1,矿井瓦斯抽采技术,手机15738522063固话公室：210，318E-mail：wzf3988，fenghuazm009,主讲：王兆丰(研究员)安丰华(博士),2,第六章矿井抽采瓦斯设计及施工,本节要求：通过设计范例，掌握瓦斯抽采设计步骤。,3,一、矿井概况,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,麦地掌煤矿位于山西省清徐县马峪乡陈家湾、麦地掌村，南距清徐县城约10km，属清徐详查勘探区和邢家社普查区的一部分。行政区划大部分属清徐县马峪乡管辖，北部局部属古交市邢家社乡管辖。矿井设计生产能力为120万t/a，开采深度+1000m至+650m标高，井田面积16.2391km2。,4,5,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,井田主要含煤地层为山西组及太原组，含煤13层，依次为02、03、1、2、3、4、6、7、8上、8、9、10、11号，其中2、6、8、9号煤层全井田或基本全井田稳定可采，02号煤层属局部可采的不稳定煤层，其余煤层均不可采。,6,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,矿井采用斜井开拓，工业场地内布置主、副、回风三条斜井。矿井采用两个水平开拓全井田，水平之间采用轨道暗斜井及主、回风斜井延深的方式进行联系。矿井初期开采上煤组，一水平设在2号煤层底板中，水平标高+910m。02号及2号煤层盘区内采用联合布置。后期开采下煤组时，二水平设在8号煤层底板中，水平标高+850m。6号煤层盘区单独布置，8号和9号煤层盘区内联合布置。,7,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,本井田主要可采煤层自上而下分别为02号、2号、6号、8号及9号煤层。全矿井划分为9个盘区，02及2号煤组3个盘区，6号煤组3个盘区，8号及9号煤组3个盘区。,8,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,首采煤层为2号煤层，采用长壁采煤法，综合机械化回采工艺，全部垮落法管理顶板。一盘区为矿井首盘区，首盘区为两翼开采，投产时期布置一个2号煤层长壁综采工作面开采，工作面在盘区两翼间实行顺序开采，工作面长度为200m。采煤工作面与掘进工作面之比为1：2。矿井通风系统为中央并列式，通风方法为抽出式。工作面采用U型通风方式。,9,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,10,二、矿井瓦斯储量与矿井瓦斯涌出量预测,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,W矿井瓦斯储量（Mm3）；W1可采层的瓦斯储量（Mm3）；W2受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量（Mm3）；W3受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量（Mm3）；A1i矿井可采煤层i的资源量（Mt）；X1i矿井可采煤层i的瓦斯含量（m3/t）；A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的资源量（Mt）；A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层i的瓦斯含量（m3/t）；K围岩瓦斯储量系数，可取0.050.20；当围岩瓦斯很小时，可取W3=0；若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。,11,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,12,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,二、矿井瓦斯储量与矿井瓦斯涌出量预测,13,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,14,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,15,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,16,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,17,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,18,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,19,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,三、矿井瓦斯抽采必要性及可行性,煤矿瓦斯抽采达标暂行规定第七条要求：有下列情况之一的矿井必须进行瓦斯抽采，并实现抽采达标：开采有煤与瓦斯突出危险煤层的；一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或者一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min的；矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于40m3/min的；矿井年产量为1.01.5Mt，其绝对瓦斯涌出量大于30m3/min的；矿井年产量为0.61.0Mt，其绝对瓦斯涌出量大于25m3/min的；矿井年产量为0.40.6Mt，其绝对瓦斯涌出量大于20m3/min的；矿井年产量等于或小于0.4Mt，其绝对瓦斯涌出量大于15m3/min的。,麦地掌煤矿，单独开采2号煤层时矿井绝对瓦斯涌出量为67.19m3/min，联合开采02号、2号煤层时矿井相对瓦斯涌出量为89.64m3/min，属于高瓦斯矿井。,20,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,21,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,四、瓦斯抽采方法的选择,由前面的瓦斯涌出量预测结果及瓦斯涌出来源构成可知，麦地掌煤矿瓦斯来源较多，回采工作面开采层、邻近层、掘进工作面、老采空区都有大量瓦斯涌出，为了取得较好的抽采效果，应针对各涌出源进行综合抽采。,（一）抽采方法确定,22,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,工作面平行钻孔布置图,（1）回采工作面瓦斯预抽,23,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,1）预抽时间的确定2号煤层百米钻孔初始瓦斯涌出量为0.0529m3/min100m，钻孔瓦斯流量衰减系数取0.0171d-1。百米钻孔在不同时间t内可抽采的瓦斯总量（Qt）和钻孔抽采有效系数（K）按下式计算：Qt=1440q0(1-e-at)/K=Qt/Qj=(1-e-at)Qt百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m3；t抽采时间，d；K钻孔抽采有效系数，；QJ钻孔极限瓦斯涌出量，QJ=1440q0/，m3。,24,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,2）钻孔间距的确定预抽时间为9个月时，抽采有效系数为99.0%，因此，矿井实际钻孔预抽煤层瓦斯时间定为9个月。下面对钻孔预抽时间为9个月时，抽采影响范围进行计算：100Qt/（LMDYX）钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，；L钻孔长度，m；M煤层平均厚度，m；D钻孔抽采影响范围（直径），m；Y煤的视密度，t/m3；X煤层瓦斯含量，m3/t。,25,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,设计回采工作面预抽时间为9个月，02煤层钻孔间距10m，2号煤层钻孔间距4m。02号煤层钻孔总数为200个，2号煤层钻孔总数为500个。,26,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,27,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,3）单孔瓦斯抽采量确定02号、2号煤层单孔瓦斯抽采量：Q=Qt/270/1440(200-214.2)/100=4419/270/1440(200-214.2)/100=0.01m3/min,28,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,29,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（2）掘进工作面边掘边抽,30,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,31,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（3）邻近层瓦斯抽采,钻孔及钻场布置：1、抽采方法：采用顶板高位钻孔抽采邻近层瓦斯。2、钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔50m处开掘一条垂直回风巷的上山，上山宽3m，高2m，坡度约为30度，掘10m后反平，再沿煤层顶板掘3m平巷作为钻场。3、钻孔布置：每个钻场内布置8个钻孔，呈扇形布置。,32,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,33,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（4）采空区瓦斯抽采,34,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,35,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（1）回采工作面预抽及边采边抽瓦斯抽采量预计02号、2号煤层预抽工作面单孔抽采量均为0.01m3/min，工作面分别布置400个、1000个钻孔，则预抽瓦斯总量为14.00m3/min；回采工作面边采边抽量取预抽工作面预抽量的20%，则回采工作面边采边抽量为2.80m3/min。（2）掘进工作面抽采量预计共布置4个综掘面，每个掘进工作面有2个抽采钻场起作用，每个钻场布置4个钻孔，则共有32个边掘边抽钻孔同时抽采，单孔平均抽采量取0.15m3/min，掘进面抽采总量为4.80m3/min左右。,（二）抽采量预计,36,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（3）上邻近层抽采量预计采用高位钻孔抽采，2号煤层上邻近层瓦斯涌出量4.68m3/min，抽采率取70%，则邻近层抽采总量为3.28m3/min。（4）采空区抽采量预计02、2号煤层回采面现采空区瓦斯涌出量分别为8.59m3/min、10.20m3/min，抽采率按40%计算，现采空区抽采量为3.43m3/min、4.08m3/min，抽采总量为7.51m3/min。老采空区瓦斯涌出量为43.43m3/min，采用全封闭采空区方法抽采，瓦斯抽采率取30%，则老采空区瓦斯抽采量为13.03m3/min。（5）矿井瓦斯抽采量预计Q=14+2.8+4.8+3.28+7.51+13.03=45.42m3/min,37,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,五、抽采管路系统布置,高负压抽采系统采管网敷设路线图,（一）瓦斯管路敷设路线,38,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,低负压抽采系统采管网敷设路线图,39,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（二）瓦斯抽采管径选择,将井下抽采孔口或管口到抽采泵站段抽采管路称为负压段管路，将抽采泵站至放空管或利用前段抽采管路称为正压段管路。其中地面、回风立井内管路称为主管，总回风大巷、采区回风巷内管路称为干管，工作面顺槽、老采空区的管路称为支管。抽采管径一般采用下式计算：d=0.1457(Q/V)0.5d-管路，m；Q-管路内混合瓦斯流量，m3/min，管路的流量应按要求有1.21.8的富余系数；V-经济流速，m/s，可取512m/s。,40,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,41,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,高负压系统瓦斯抽采管径选择结果表,42,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,低负压系统瓦斯抽采管径选择结果表,43,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,六、抽采设备布置及选型,（一）瓦斯抽采泵流量计算,44,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,45,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（二）瓦斯抽采泵压力计算,46,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,47,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（1）摩擦阻力,（2）管路局部阻力可按管路摩擦阻力的1020%计算，取15%。,48,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,根据麦地掌煤矿巷道布置情况，抽采最困难时期高、低负压抽采系统主管路长均为1120m，干管路长均为1880m左右，支管路长均为2160m左右。,49,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,50,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,51,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,I=100H/PdI-抽采泵真空度，%；H-抽采系统压力，Pa；Pd-抽采泵站的大气压力，Pa。,（三）瓦斯抽采泵真空度计算,52,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,53,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（四）瓦斯抽采泵工况压力计算,54,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,55,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,（五）瓦斯抽采泵选型,高负压系统所需Q泵高=203m3/min，泵的绝对压力为49kPa；低负压系统所需Q泵低=268m3/min，泵的绝对压力为62kPa。根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵性能曲线即可确定抽采泵的型号。目前，我国的水环真空泵特征曲线所标示的是不同吸入压力下流量，所以还要把标准状态下的的抽采流量换算成相应绝对压力（工况压力）下的流量。,56,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计,57,6.5矿井瓦斯抽采设计范例-麦地掌