平禹四矿瓦斯抽放设计.doc

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书课题二毕 业 设 计（说明书）题 目：瓦 斯 抽 放 设 计姓 名： 编 号：（ ）字 号平顶山工业职业技术学院2009年5月5日目 录前 言3第一章 矿井基本概况51.1矿井位置及井田范围51.2 煤层赋存瓦斯情况61.3地质构造情况71.4采区布置与采煤方法81.5矿井通风与瓦斯8第二章矿井瓦斯抽放系统的论证.112.1瓦斯抽放抽放可行性论证112.2煤层抽放瓦斯难易程度评价122.3掘进工作面瓦斯抽放122.4煤层瓦斯基本参数162.5矿井瓦斯储量172.6矿井应抽瓦斯量18第三章 矿井瓦斯抽放方法的确定203.1瓦斯来源分析203.2抽放方法选择203.3抽放工艺及参数233.4掘进工作面超前钻孔抽放253.5钻孔封孔26第四章 抽放管路系统方案的优化选择284.1瓦斯抽放管路系统设计284.2瓦斯抽放管路系统的布置284.3泵站瓦斯监测29第五章 瓦斯抽放管路及设备选型计算305.1抽放管路系统布置305.2抽放管路系统计算305.3抽放瓦斯管路的附属装置315.4瓦斯抽放泵选型计算33第六章 安全管理措施及辅助设施356.1抽放泵站位置356.2井巷工程量366.3瓦斯抽放管道的附属装置386.4泵房的安全要求396.5避雷器设施及安全措施406.6组织管理规范416.7瓦斯抽放泵的维护和操作48致 谢54参 考 文 献55前 言我国是世界上煤炭产量最大的国家，同时也是世界上煤矿瓦斯灾害最严重的国家。目前，在我国现有的613个国有重点煤矿中，有高瓦斯矿井170个，占有煤矿总数的27.73，突出矿井127个，占煤矿总数的20.72。根据国家煤矿安全监察局统计，在19941997年间我国煤矿各类灾害事故死亡人数24759人，其中瓦斯灾害死亡人数为11600人，占同期煤矿灾害事故死亡人数的46.85；四年间，我国重点煤矿各类灾害事故死亡人数为2784人，其中瓦斯灾害死亡1060人，占死亡人数的38.14；地方煤矿各类灾害事故死亡人数为3771人，其中瓦斯灾害死亡1108人，乡镇煤矿死亡18204人，其中瓦斯引起事故死亡人数为8746人。由此可以看出，瓦斯灾害是我国煤矿最严重的自然灾害。我国煤矿多为井工开采，瓦斯灾害严重。近年来，随着煤炭生产规模的扩大和开采深度的延伸，一次死亡10人以上的煤矿瓦斯事故起数和死亡人数，均占同类事故的80%以上。我国煤矿瓦斯灾害虽然严重，但瓦斯事故的发生是有规律可循的，也是可以预防和治理的。建国以来，在党和政府的领导下，我们在煤矿瓦斯治理方面做了大量工作，取得了一定的成效，也积累了比较丰富的经验。在2001年国家煤矿安全监察局总结提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针。瓦斯抽放是解决我国煤矿瓦斯问题的根本途径采取抽放措施，将富含于煤层中的瓦斯抽放出来，是解除瓦斯事故威胁、保障煤矿安全最为有效的措施。瓦斯主要成分为甲烷（CH4），纯瓦斯的热值大于33000kJ/m3，与常规天然气相当，是一种洁净的能源。瓦斯的抽放利用，极大地促进了企业开展瓦斯抽放工作的积极性，不仅有效地缓解了矿井瓦斯灾害，有效地改善了煤矿的安全生产条件，同时还解决了部分就业问题、取得了良好的经济效益、社会和环境效益。第一章 矿井基本概况1.1矿井位置及井田范围平禹煤电公司四矿于1955年建井，1960年投产。矿井位于河南省禹州市梁北镇境内，在县城南8公里处，东至许昌45公里处，北至郑州89公里，南至平顶山62公里，均由公路相通。井田范围为：上部（北部）F1断层为界，下部以400米煤层地板等高线为界，东至019勘探线，西至029勘探线。其走向长度5公里，倾斜宽度1.2公里，面积6平方公里。1.1.1开拓方式及煤炭储量矿井为斜井单水平上下山开拓方式，生产水平为270m。矿井截止2005年年底可采煤炭储量876.7万吨。1.1.2矿井年产量及服务年限（1）矿井工作制度矿井设计年工作日为330天，每天三班工作制，净提升时间为16小时。（2）矿井设计生产能力根据井田的煤层赋存条件、可采储量和矿井的境界范围， 矿井设计为中型煤矿，年产90万吨，日产能力达到2795吨。（3）矿井服务年限矿井服务年限根据下式计算：式中：T-矿井设计服务年限，a；ZK-矿井可采储量，Mt；A-矿井设计年产量，Mt/a；K-储量备用系数，K=1.31.5 （第一水平的工业储量为2622万吨）矿井原设计能力30万吨/年，2005年实际生产能力达到30万吨/年。按可才储量876.07万吨，生产能力30万吨计算，矿井剩余服务年限为876.7（301.4)21年。1.2 煤层赋存瓦斯情况禹州矿区煤系地层属石炭二叠系，煤系地层总厚度720米，8个含煤组，含煤89层，可采和局部可采煤层有七层（一1 、二1、三3、四4、五2、六4煤层），其中二1、三3、四4、五2、六4为主采煤层。平禹煤电公司四矿现开采二叠系山西组二1煤层，煤层平均倾角13度，煤层厚度0.789.61米，平均煤层厚度4.6米，煤层赋存不稳定。煤层硬度系数f=0.150.55，属于松软煤层。二1煤层为自燃煤层，煤尘具有爆炸性。自1995年12月矿井被煤炭科学研究总院重庆分院鉴定为突出矿井以来，矿井按高突管理,并且根据“四位一体”综合防治煤与瓦斯突出制定相应的防突措施。2005年度平禹四矿瓦斯鉴定结果（河南省煤矿瓦斯评审专家组批复）该矿矿井瓦斯相对涌出量为13.50m3/t，绝对涌出量为8.88 m3/min；二氧化碳相对涌出量6.01m3t，绝对二氧化碳涌出量3.95m3min。一采区11022回采工作面相对瓦斯涌出量12.6m3/t，绝对瓦斯涌出量2.8m3/min。二采区12160回采工作面相对瓦斯涌出量3.2m3/min。根据矿井瓦斯赋存情况，随着开采深度的增大，煤层瓦斯含量增加，采掘工作面的绝对瓦斯涌出量将明显增大。1.3地质构造情况平禹煤电公司四矿井田位于禹县煤田景家洼向斜的北翼，虎头山断层的南侧。地层走向北60度西，倾向南西，倾角1314度，为一缓倾斜的单斜构造，地质构造简单。F1正断层（虎头山正断层）：为北部边界断层。西起扬店断层，经虎头山，白塔山北坡，向南东延伸。走向北60。左右，断距300400m，延伸长度40公里以上，由钻孔及地震勘探严密控制。F4正断层：位于东峰山北东坡与井田深部边界斜交。走向北45。西，倾向西南，倾角为75。，断距为40m，延伸长度2公里。F58断层：位于508粮仓东边与F1断层相交，系受F1断层的影响而产生小断层，走向北62。东，倾向和倾角不清，断距10m左右，延伸长度0.25公里。此类小断层，勘探工程不易控制，靠近F1断层的其他处，可能还有且又与大断层相通。1.4采区布置与采煤方法矿井为单水平斜井开拓方式。目前矿井布置两个采区，2个回采工作面，3个掘进工作面和1个开拓工作面。两个生产采区分别为一采区和二采区：一个准备采区为主下山采区。矿井目前布置2个回采工作面，3个掘进工作面和一个开拓工作面：分别是一采区11022采面和二采区12160采面；一采区11030机，风巷掘进工作面和主下山采区12160机巷东段；主下山采区三车场开拓工作面。回采工作面采用走向长壁全部冒落管理顶板的采煤方法。一采区11022采面剩余走向108m，采长80m，采用炮采与手镐落煤相结合采煤工艺。二采区12160采面剩余走向长度170m,采长120m采用炮采与手镐落煤相结合采煤工艺。11030备用采面走向长度760m,采长140m,计划2006年10月投产。12160采面东段走向长度180m,采长120m。1.5矿井通风与瓦斯1.5.1通风方式及供风量矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。矿井由主斜井，副斜井和行人斜井进风，由北风井回风，“两进一回”通风系统。各采区均布置有专用回风巷，均为分区通风，回采工作面采用U型上行通风方式，风流由采面运输顺槽进入，经采面由回风顺槽经回风联络巷进入西专回，通过回风斜井排出。 矿井总进风量3780m3/min，总回风量3812m3/min，扇风机实7测工作风量3964m3/min，有效风量3250m3/min，有效风量率85%；矿井等积孔1.49m2，矿井负压2600Pa。矿井现用主要扇风机型号为BDK-N019一台运转一台备用，配套电动机功率2x160千瓦；主扇采用双回路供电系统，矿井总进风量3637m3/min，矿井总需风量3100m3/min，主扇负压2550Pa。附：平禹四矿主要通风机实际主要参数表1-1主要通风机南台北台型号BDKNO.19BDKNO.19工作风量m/s65.07m3/s65.07m3/s工作负压Pa25002500扇叶角度（）42/3042/30电机型号YB355S26YB355S26额定功率2160KW2160KW额定转速r/min9809801.5.2瓦斯抽放现状矿井从2004年12月开始瓦斯抽放,抽放地点121620工作面,抽放泵型号:YD-III,因抽放时间较长,瓦斯浓度较小而暂停抽放。目前,井下一采区安设一台型号为:YD-IV移动式瓦斯抽放泵,其流量为20m3/min,抽放地点为11030风巷掘进工作面。主下山采区没有安设抽放系统,按照“先抽后采，检测监控，以风定产”的瓦斯治理方针，及上级有关防突管理规定，煤巷掘进工作面必须进行抽放。为实现主下山采区瓦斯抽放，特作主下山采区瓦斯抽放设计。第二章 矿井瓦斯抽放系统设计的论证2.1瓦斯抽放抽放可行性论证2.1.1煤层钻孔瓦斯涌出量测定表2-1 百米钻孔瓦斯涌出量随时间的变化 单位：10-3m3/min.hm孔号时 间 （d）12345681015203830252322192017141328252319181716151612262320161815181615142.1.2煤层钻孔瓦斯涌出规律分析根据测定的煤层钻孔瓦斯涌出量数据，按下式进行回归分析式中 某日的钻孔瓦斯涌出量； 钻孔瓦斯初始涌出量； 钻孔流量衰减系数，d-1。钻场钻孔布置图2.2煤层抽放瓦斯难易程度评价根据矿井瓦斯抽放管理规范第16条，采用钻孔流量衰减系数评价二1煤层的瓦斯抽放难易程度。根据钻孔流量衰减系数测定结果，东平二1煤层的钻孔流量衰减系数0.0234，属于可以抽放煤层，故可采用预抽瓦斯的方法来防治煤与瓦斯突出。表2-3 煤层瓦斯抽放难易程度划分标准类别钻孔流量衰减系数d-1煤层透气性系数（m2/atm2.d）容易抽放可以抽放较难抽放0.0150.0030.0030.050.050.10.10.0010.0012.3掘进工作面瓦斯抽放2.3.1掘进工作面瓦斯来源分析沿煤层掘进巷道，导致围岩应力重新分布，瓦斯压力降低、瓦斯透气性变化以及巷道周围煤体瓦斯向外排放，由此而形成应力降低带、集中应力带和原始应力带。掘进工作面煤壁刚暴露时，应力降低带相对较小，向巷道中排放的瓦斯来自暴露面附近有限范围的煤体。随时间的推移，应力集中带向煤体深部转移，但转移速度递减。在应力降低带，煤体由三向应力状态转为二向应力状态，煤体发生变形，产生裂纹、松动和膨胀。此带内煤层空隙和裂隙率相对于原始煤层增大1050。因此煤层透气性显著提高，瓦斯排放能力增强。应力降低带之后为应力集中带，该带内煤体严重压缩，孔隙率与原始煤体相比减少1030。因此瓦斯透气性由煤壁最大值向煤体深部逐渐减少，在支承压力最大值对应点瓦斯透气性最低。与原始应力区相比，在应力集中带瓦斯压力、瓦斯压力剃度升高，瓦斯透气性降低。据有关研究，煤样完全卸压，在孔隙率提高50时，瓦斯透气性提高一个数量级（平均23倍），同时煤体暴露表面透气性提高几个数量级。如库兹涅茨克矿区某煤层自然透气性为m2，暴露表面煤层透气性为m2，即提高了1000倍。已经查明，对于各种煤层有：=（102103）巷道两侧卸压带内，煤层瓦斯透气性为：式中 -煤层原始透气性； -煤层暴露表面透气性； -在煤体内距离暴露面的深度； -煤层卸压带边界，根据试验确定。图2-4 掘进工作面两侧煤层相对瓦斯压力分布情况急倾斜煤层，=5274；缓倾斜煤层，=2191顿涅茨克矿区；2库兹涅茨克矿区；3帕尔季赞斯基矿区；4乌格洛夫斯基矿区；5佩乔尔斯基矿区；6利沃夫斯科-沃伦斯基；7卡拉甘金斯基。涌入巷道中瓦斯来源可分为三类：工作面前方破坏煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯、巷道两侧卸压带瓦斯。在长距离掘进工作面，巷道两侧卸压带瓦斯是重要的瓦斯来源，直接影响掘进工作面瓦斯涌出量的多少。巷道两侧煤体瓦斯涌出主要取决于卸压带尺寸、煤层厚度、原始瓦斯含量和煤层瓦斯透气性。巷道两帮煤层瓦斯在一段时间内持续涌出，一段时间之后可以认为几乎停止。在巷道等速推进时，瓦斯涌出量基本稳定在一个水平上。高瓦斯煤层新暴露煤壁的最大瓦斯涌出量为0.01m3/min。煤层厚度、倾角和巷道相对于顶底版的位置对瓦斯涌出量和涌出来源地点有重要影响。瓦斯涌出量的大小和煤层卸压带的大小有关，即和煤层、围岩位移的大小和强度有关。煤层和围岩位移的大小和强度取决于取决于它们在空间相对于掘进巷道的位置。上覆岩层位移最大，下覆岩层位移最小，邻近巷道两侧的煤体位移量取中间值。所以在沿中厚煤层掘进巷道时，瓦斯（6080）主要来自巷道两帮，厚煤层沿顶掘进时-来自底版，厚煤层沿底掘进时-来自顶板。煤层倾角对巷道两侧瓦斯卸压带宽度有重要影响，直接影响两侧瓦斯涌出量的大小。在近水平煤层（5o以下），巷道两侧的瓦斯涌出量基本相等。在20o以下的煤层中，上帮瓦斯涌出量是下帮的2-3倍。在急倾斜煤层中，上帮瓦斯涌出量是下帮的10-15倍。2.4煤层瓦斯基本参数2.4.1煤层瓦斯压力根据中国矿业大学2005年12月（平禹煤电公司四矿瓦斯综合治理技术研究报告），我矿主下山采区二1煤层标高-301.6m,绝对瓦斯压力为0.38MPa，二煤层瓦斯压力与采深的关系如下：P=KpH式中：P煤层瓦斯压力，MPa；H开采深度，m；Kp系数。平禹煤电公司四矿主下山采区瓦斯压力测定钻孔标高为-301.6m,对应地面标高+466.6m,由此计算得出Kp=0.82x10-3。设计抽放的主下山采区标高在-310390m范围，123160采面备用采面标高在-286335m范围，采面对应地面标高+165m，开采深度分别为450m和500m;经过计算，12160东段备用采面的煤层瓦斯压力为0.41Mpa。2.4.2煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量采用间接法测定,本设计依据中国矿业大学实际测定结果，即：在标高-301.6m(采深466.6m)，瓦斯压力0.38mpa的煤层瓦斯含量为2.4252m3/t。2.4.3煤层透气性系数煤层透气性系数采用径向流量法测定，根据中国矿业大学实际测定结果，平禹煤电公司四矿主下山采区二1煤层的透气性系数为0.02920.0665m2/mpa2d，对照第19条，属于较难抽放。2.4.4煤的坚固性系数根据中国矿业大学实际测定结果，平禹煤电公司四矿二1煤层的坚固性系数f=0.23，煤层松软,煤的光泽比较暗淡煤呈粒状或较小颗粒胶结而成，用手捻煤成粉末状,属于二类破坏类型煤层。2.4.5煤层钻孔有效排放半径根据集团公司通风管理中心2005年对平禹煤电公司四矿井下现场测定结果，平禹煤电公司四矿二1煤层在采用钻孔直径89mm时，钻孔有效排放半径为0.7m。 2.5矿井瓦斯储量瓦斯储量包括可采煤层，不可采煤层及围岩中所赋存的瓦斯，其计算公式如下： Wc=k1.k2(Ai.Xi)式中: Wc-采区瓦斯储量，万m3；K1-围岩瓦斯储量系数；K2-不可采邻近煤层瓦斯储量系数；Ai -第i可采煤层的煤炭地质储量，万t；Xi -第i可采煤层平均瓦斯含量，m3/t。根据平禹煤电公司四矿二1煤层的赋存情况及煤层顶，低板岩性分析,该煤层顶板岩层主要由中粒砂岩,细砂岩，砂质泥岩组成,地板岩层主要由砂质泥岩组成，岩层比较致密,裂隙和溶洞少，瓦斯赋存量很低，按经验取围岩瓦斯储量系数k1=1.10；平禹煤电公司四矿属单一煤层开采,按矿井煤炭地质储量876.7万吨，煤层平均瓦斯含量24252m3/t计算，矿井煤层瓦斯储量为2126万m3。2.6矿井应抽瓦斯量瓦斯应抽量是指瓦斯储量中应被抽出的瓦斯量,其计算公式为：WY= WC. k 式中WY 矿井应抽瓦斯量，m3；WC 矿井瓦斯储量，m3；k 矿井瓦斯抽放率，%。平禹煤电公司四矿开采的二1煤层属二类煤，煤层具有突出危险性，煤层松软，钻孔施工困难；参照中国矿业大学实际测定煤层透气性系数最小为0.0290m2/mpa2d，透气性较低，按（矿井瓦斯抽放管理规范）第十九条划分，属于较难抽放煤层；钻孔瓦斯自然流量衰减期在30min以内，导致钻孔抽放有效期缩短；2005年度鉴定矿井绝对瓦斯涌出量8.88m3/min，瓦斯涌出来源主要是开采落煤过程释放的瓦斯，因此平禹煤电公司四矿应以防治煤与瓦斯突出为主要目的，选择本煤层预抽方法较为适宜。依据（煤矿安全规程）(2006年版)第190条规定：“预抽煤层瓦斯后，必须对预抽瓦斯防治突出效果进行检验，其有效性指标应根据矿井实测资料确定。如无实测数据，可依据下列指标之一确定(一)预抽煤层瓦斯后，突出煤层的残存瓦斯量小于该煤层始突深度的原始瓦斯含量.(二)煤层瓦斯预抽率大于30%”。参照平顶山矿区其他矿井本层瓦斯预抽实际经验，结合平禹煤电公司四矿二1煤层瓦斯自然流量衰减速度很快，自然流量衰减期小于30min的具体情况，取矿井煤层抽放率k=30%。经估算，平禹煤电公司四矿井田范围二1煤层瓦斯可抽总量为637.8万m3。第三章 矿井瓦斯抽放方法的确定 3.1瓦斯来源分析平禹煤电公司四矿属于单一煤层开采，煤层平均倾角13度，煤层厚度1.789.61米，平均煤层厚度4.6米，煤层赋存不稳定。煤层硬度系数0.150.55米，属于松软煤层。经中国矿业大学实际测定，二1煤层在标高-301.5米（采深466米）的瓦斯压力为0.38mpa，煤层瓦斯含量为2.4252m3/t。矿井为煤与瓦斯突出矿井，2004年鉴定矿井相对瓦斯涌出量为19.39m3/t，绝对瓦斯涌出量为13.27m3/min；2005年鉴定矿井相对瓦斯涌出量为13.5m3/t，绝对瓦斯涌出量为8.88m3/min；随着矿井生产区域的延伸，瓦斯涌出量逐渐增加。1995年经煤炭科学研究总院重庆分院鉴定，平禹煤电公司四矿为煤与瓦斯突出矿井。根据平煤集团公司通风管理中心的测定，平禹煤电公司四矿在采用直径89mm钻孔作为排放钻孔时，有效排放半径为0.7m；矿井瓦斯涌出来源主要是采掘生产落煤过程释放的瓦斯，在煤层变厚区域回采工作面采空区瓦斯涌出量明显增大。3.2抽放方法选择3.2.1选择抽放瓦斯方法的原则本设计对平禹煤电公司四矿抽放瓦斯方法的选择遵循下列原则：(1)适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件 (2)根据瓦斯对矿井安全的影响状况和瓦斯来源，采用具有针对性的综合抽放方法，提高抽放效果；(3)在满足矿井瓦斯抽放需要的前提下，尽可能利用现有的生产巷道，以减少瓦斯抽放工程量；(4)有利于钻场、钻孔的施工和抽放系统的管路安装。3.2.2抽放瓦斯方法的选择煤矿抽放瓦斯的方法主要有地板巷穿层钻孔、煤层顺层钻孔的本煤层瓦斯预抽或卸压抽放，掘进巷道的边掘边抽、使用高位钻孔通过采动裂隙带对采空区的瓦斯抽放，回采工作面上隅角埋管对采空区的瓦斯抽放等。根据平禹煤电公司四矿开采煤层的赋存、瓦斯含量、采掘工作面瓦斯来源等情况，本设计主要采用以两种抽放瓦斯方法：(1)本煤层顺层钻孔抽放：在二1煤层回采工作面机风巷掘进期间沿煤层倾向布置顺层抽放钻孔，进行本煤层瓦斯预抽和边采边抽，作为回采工作面预防瓦斯突出的主要措施。在煤质较硬的含瓦斯煤层中采用迎向钻孔抽放。两种布孔方式如图3所示，在目前的打钻技术水平条件下，这种方法建议在斜长150 m以下的采面应用。如果分层开采采空区中丢有煤炭，需对采空区瓦斯进行抽放，在上下山处向采空区冒落拱打高位钻孔。钻孔夹角5065，最小超前抽放距离L0不低于150 m，高位钻孔距离L=1.52Lc。当Lc=8 m，预抽时间不低于6个月时，煤层抽放率3040%。在超前距离为150 m时，采动影响带内抽放率20%。图2-5 迎向钻孔抽放卸压瓦斯(2)掘进工作面超前钻孔抽放：在掘进工作面掌子头向前方煤层施工顺煤层抽放钻孔，对掘进前方煤层瓦斯进行抽放，实行“先抽后采”，主要目的是对掘进工作面实施超前钻孔卸压和抽放后，达到防止瓦斯突出的目的。优先选用工作面超前钻孔抽放，其原因是二1煤层硬度系数小、煤层松软，再巷道两帮施工“挂耳”钻场存在钻场支护困难，工程量较大。用钻孔对巷道工作面前方的煤体瓦斯进行超前抽放，可以降低掘进区域煤层瓦斯含量，最终降低落煤及新暴露煤壁的瓦斯涌出量。除了减少瓦斯涌出量，超前抽放还起到防止煤与瓦斯突出的作用。超前钻孔沿巷道掘进方向平行轴向施工或控制到巷道轮廓线以外。超前抽放钻孔的主要作用-抽放煤层瓦斯和局部卸压。超前抽放在瓦斯煤层和突出危险煤层得到了广泛应用。超前钻孔直径42100mm，长度从510m到2550 m，最小超前距离36 m。钻孔数量根据煤层厚度、巷道断面、煤层瓦斯含量、突出危险性大小和掘进速度而定，一般布置12排510个钻孔。当钻孔密封并入抽放系统时，抽放时间710d，一般不超过15d。钻孔抽放负压不低于6500Pa。这种方法的缺点是，钻孔抽放时间短，以及为了实施抽放工作面必须停止掘进。 15钻孔 图2-6 矿井突出危险急倾斜厚煤层平巷掘进抽放方法3.3抽放工艺及参数3.3.1本煤层顺层钻孔抽放在煤层厚度、瓦斯含量、瓦斯压力和煤层透气性等自然条件一定的情况下，本煤层瓦斯抽放效果主要取决于钻孔的深度、直径、间距以及钻孔的布置方式。钻空越深、孔径越大，则煤层瓦斯抽放控制范围越大，抽放量也越多；钻孔间距小、吨煤钻孔量增多，可缩短抽放时间，同时增大煤层的抽放量，煤层钻孔交叉布置在一定程度上还增大了钻孔的有效抽放半径，提高了钻孔的抽放效率。由于平禹煤电公司四矿二1煤层硬度系数小、煤层松软，钻孔施工过程中容易发生塌孔、夹钻等现象，钻孔施工难度大。为了提高钻孔的成功率，同时考虑作业环境便于钻孔施工，在采面风机巷布置顺层钻孔，对本煤层瓦斯进行抽放。顺层钻孔开孔方向与风机巷走向保持7080夹角，钻进方向迎向向采面开切眼，钻孔间距平行布置。钻孔抽放半径按钻孔有效排放半径的1.61.8倍确定，钻孔间距确定为22.5米。根据采面采长在100米左右，钻孔深度确定为50米，钻孔直径75毫米。钻孔设计参数为：（1）钻孔直径：75毫米（2）钻孔长度：风巷下向孔55米、机巷上行孔45米；（3）钻孔间距：22.5米；（4）钻孔与机、风巷走向夹角7080度。3.3.2为了保证钻孔深度和成孔率，要采取以下措施：(1)采用大功率液压钻孔，增大钻进能力。软煤层打钻容易出现塌孔、夹钻，应力和瓦斯压力增大时还会发生喷孔、顶钻现象，使用高压水排除煤粉时上述情况会有所加剧。因此要选用大功率的钻机，同时采用质量可靠的钻杆、钻头，在提高钻进能力的同时减少钻孔事故（断钻杆、掉钻头等）。(2)软煤层打钻使用高压水排除煤粉会加剧垮孔、喷孔现象，在突出危险性比较强时，还容易诱发钻孔瓦斯突出。为了保证孔深和成孔率，采用压风排粉是一个比较好的方法。压风排粉在其他矿井软煤层打钻中得到了很广泛的应用，也取得了非常好的效果。一般情况下，要保证软煤层打钻排粉顺利进行，所使用的风压应不小于0.4mpa。由于压风排粉会造成煤尘飞扬，所以必须采用孔口除尘器、降尘水幕等有效的孔口除尘措施，解决粉尘飞扬问题。3.4掘进工作面超前钻孔抽放超前钻孔抽放是掘进工作面防止煤与瓦斯突出的一项有效技术手段，已经在瓦斯突出矿井得的推广和应用。实践证明，超前钻孔抽放在降低地应力、瓦斯压力和减少瓦斯涌出量等方面，具有显著作用。超前钻孔抽放是本煤层瓦斯抽放的一种，其特点是适合突出危险煤层或高瓦斯煤层的掘进工作面。基本工艺是在掘进工作面向前方煤层施工抽放钻孔，钻孔成扇形布置，使钻孔按防突技术要求在掘进前方煤层控制一定范围，进行抽放，做到“先抽后掘”，达到超前钻孔抽放卸压、防止瓦斯突出的目的。钻孔参数设计依据巷道轮廓线以外控制2米，上控制到煤层顶板、下控制到煤层地板，掘进前方煤层最大控制9米并始终保留5米超前安全距离。钻孔抽放半径按钻孔有效排放半径的1.01.3米，超前钻孔底间距确定为22.5米。超前抽放钻孔设计参数：（1）钻孔直径：89毫米；（2）钻孔长度：9米；（3）钻孔底间距：22.5米；（4）钻孔成扇形布置。3.5钻孔封孔本设计中的钻孔主要是煤层钻孔，其中，本煤层顺层钻孔数量多、抽放时间长，适合采用永久性封孔材料和封孔工艺，故采用聚胺脂封孔方法。掘进工作面超前钻孔抽放，属于时间短、具有重复性的作业，应采用可重复使用的封孔器材，既可实现快速封孔，有可减少封孔材料费用。(1)聚胺脂封孔方法：常见的聚胺脂封孔方式可分为卷缠药液法和压注液法。卷缠药液法因材料简单、便于操作、适合多种钻孔而被普遍应用；压注药液法适用与光洁的岩石钻孔，对封孔用具要求较高，使用较少。本设计选用卷缠药液法封孔。抽放管（亦称封孔管）使用公称直径25毫米（1英寸）的阻燃抗静电塑料管，管长为79米，通常分为三段：在管前端留11.2米长钻有许多小孔作为积气管段，作用是沟通钻孔与抽放管路；接着为卷缠药液的封孔段，长度在11.5米，作用是固定卷缠药液的毛巾布。在此段最前端固定一个由环形铁环和橡胶垫圈构成的挡盘，以防止药液膨胀后堵塞积气管上的小孔；最后为管子的尾段，用于和巷道内的瓦斯管路连接。聚胺脂封孔的基本要求是：（1）封孔段的长度不小于1米，以保证药液膨胀后有足够的封孔长度；（2）封孔段距离钻孔孔口深度应不小于5米，即药卷封孔位置在巷道卸压阀以外；（3）药卷前的挡盘要大小适当，能够封住膨胀的药液不往孔里面流动；（4）钻孔孔口要用少许药液和毛巾头封口、固定，尾管段留有足够长度便于连接。图2-7 聚胺脂卷缠药液法封孔示意图1 集气孔段; 2聚氨酯封孔段; 3水泥砂浆封孔段; 4套管(2)快速封孔器封孔法快速封孔器封孔法具有操作简单、封孔快速、可长时间重复使用、平均单孔封孔费用低等优点，非常适合在短时抽放的钻孔中使用。但由于快速封孔器靠封孔胶囊自身弹性封孔，一般适合在比较低的抽放负压（不超过60mmhg）下封孔，因此多用于掘进工作面超前钻孔愁放和回采工作面卸压带浅孔抽放封孔。快速封孔器封孔工艺所示，封孔器由导通管、封孔胶囊、阀门、尾管构成，与工作面抽放瓦斯管路连接后即可待用。操作时只需将封孔器紧紧插入打好的钻孔、打开阀门，即可进行抽放；停止抽放时，关闭阀门、拉出封孔器，盘好连接管，将封孔器放置在适当位置待用。第四章 抽放管路系统方案的优化选择4.1瓦斯抽放管路系统设计4.1.1抽放系统安装的基本要求瓦斯抽放系统的安装, 调试和运行等必须遵守煤矿安全规程和矿井瓦斯抽放管理规范的有关规定。瓦斯抽放系统安装所使用的材料必须为煤矿井下所允许使用的产品, 并具备煤矿安全产品标志准用证。4.1.2瓦斯抽放泵安装瓦斯抽放泵应安装在专门的瓦斯抽放泵房内, 泵房内必须有足够的照明, 消防等设施, 严禁堆放易燃物品, 严禁无关人员进入瓦斯抽放泵房内。4.2瓦斯抽放管路系统的布置抽放泵的位置可以布置在地面也可以布置在井下。井下布置是将瓦斯抽放泵布置在井下靠近抽放地点的进风流中，这样可以减少抽放管路的长度，并随时根据抽放地点的需要改变抽放泵的位置，故称为移动抽放泵站。该方案可以大大节省管路投资根据平禹四矿的生产实践及相关资料表明，将瓦斯抽放泵站建立在井下实施移动式抽放瓦斯存在着极大的局限性和不合理性，主要表现在：（1）瓦斯抽放能力小。开采深部水平时，随着瓦斯涌出量的进一步增加，井下移动抽放可能难以满足安全生产需要。（2）受矿压和井下气候的影响，移动抽放泵站设备的维修和日常维护比较困难。（3）由于抽放瓦斯直接排入采区或矿井总回风巷，如果工作面瓦斯涌出量增大后可能引起总回风巷瓦斯浓度超限。（4）大量的瓦斯资源直接排空，不仅造成能源的浪费，而且严重污染了空气质量。综上所述，本次设计确定在地面建立永久瓦斯抽放泵站。服务于东翼采区整个回采阶段的瓦斯抽放任务。4.3泵站瓦斯监测在抽放泵站硐室内设置矿井安全监测的瓦斯监测点，对泵站内空气中的瓦斯浓度进行不间断监测，报警浓度符合煤矿安全规程第168条规定“0.5%CH4”。在抽放泵站排放瓦斯管路的下风侧栅栏外，设置传感器，对瓦斯管路的下风侧栅栏外空气中的瓦斯浓度进行不间断监测，整定值符合煤矿安全规程第168条规定：“报警浓度0.8%CH4”断电浓度0.8%CH4，复电浓度0.8% CH4”。在泵站抽放瓦斯的输入管路中，安设WGC型瓦斯抽放管道参数测定仪，对瓦斯管道内的瓦斯浓度、抽放负压和抽放流量进行监测。本煤层顺层钻孔选用西安产mk-3全液压防突钻机，其额定钻进深度150米，掘进工作面超前钻孔，采用轻型防突钻机。第五章 瓦斯抽放管路及设备选型计算 5.1抽放管路系统布置平禹煤电公司四矿瓦斯管路系统依据矿井布局和抽放需要设计。本设计抽放地点主下山采区，抽放泵站设置在主下山采区轨道下山段，泵站排放（正压）端瓦斯管路排到主下山采区专回；泵站抽放（负压）端管路分多个分管，分别排到主下山采区的各采掘工作面，通过连接短节（多通）与抽放钻孔相连。5.2抽放管路系统计算5.2.1瓦斯管路直径计算瓦斯管路直径的选择，要根据抽放系统服围和所输送混合瓦斯气体流量的大小进行计算。管路直径必须满足抽放系统服务年限内距离最远工作面的抽放需要，满足抽放高峰时期通过管路最大气体流量的需要，同时要考虑巷道断面和作业空间对管径的限制。管径计算公式为：D=0.1457式中：D-瓦斯管内径,m；Q-管道内混合瓦斯流量,m3/min；V-管道内混合瓦斯的经济流速,m/s,一般取515m/s。按照管径流速取大值，小管径流速取小值的原则。表5-1 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）干 管11.543038.470.2613002支管18.993029.970.2302502支管22.55308.50.1232001.55.2.2管网系统阻力计算（1）沿程阻力（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，取0.8439；K 与管径有关的系数，查表管径大于150mm的管道K=0.71；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。5.2.2瓦斯抽放管材和管径确定考虑平禹煤电公司四矿井下巷道断面较小、运输条件比较困难等因素，为了便于安装并符合抽放安全需要，瓦斯管管材选用镀锌螺旋管，总管直径300毫米，分管直径200毫米。 5.3抽放瓦斯管路的附属装置为了合理控制管路系统的负压调节，合理分配各个抽放地点的瓦斯抽放流量，控制各个分支系统的瓦斯浓度和抽放效果，本设计在抽放管路总管、分管均设置了调节阀门、管路负压自动放水器、流量计等。泵站内主管路的正、负压管之间设置旁通阀门一个，用于调节瓦斯泵启动时的工作负压；每台瓦斯抽放泵的进气端口和出气端口各安设控制阀门一个，用于控制运转瓦斯泵和备用瓦斯泵的开启状态；在泵站进气管路上设置了孔板流量计，用于测定和计量瓦斯抽放流量；在抽放管路的低洼处安设自动防水器，用于抽放瓦斯管路积水的自动排放，选用负压自动防水器型号为CWG-FY型5.4瓦斯抽放管路敷设的基本要求。瓦斯抽放管路敷设应符合以下基本要求：（1）瓦斯抽放管路的抗压强度满足最大抽放负压的要求，即不小于0.1mpa（负压），并具有较强的防腐性能。（2）管路在井下巷道内敷设使应使用支座或吊挂，以防止巷道地板隆起造成管路漏气。管路距巷道地板的高度不小于30厘米，支座或吊挂点的距离可视每节管路长度而定，每节管路应不少于1处支座或吊挂。管路与巷帮的距离应不小于30厘米，以防止巷帮膨胀变形挤压变形和便于管路维修、拆除等工作。（3）在倾斜巷道里，为防止瓦斯管路在自重作用下发生滑动，并因此引起接头处发生裂缝、漏气，应使用卡木或铁卡子将管路固定在巷帮或支座上。固定卡子的距离应根据倾斜程度来确定，在倾角30度以下的巷道内，卡子的距离一般为512米。（4）尽可能减少瓦斯管路的分岔、弯头、阀门，以减少瓦斯气体在管路中的流动阻力。（5）在有矿车运输的巷道中，瓦斯管路应采用悬挂或支撑的方法，将管路固定在巷道帮上，避开矿车碰撞并利于行人、运输和管路维修。（6）在井下敷设瓦斯管路时，尽量采用法兰连接，以便于安装、维修和管路拆除。（7）管路敷设中，要根据地形高低、回风与进风温度差别等情况，设置管路自动放水器，及时排除管内积水。5.4瓦斯抽放泵选型计算5.4.1瓦斯抽放泵的选型原则：（1）瓦斯抽放泵的流量应满足抽放系统服务期限可能达到的最大瓦斯抽放量；（2）瓦斯抽放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。5.4.2瓦斯泵流量计算瓦斯泵流量必须满足抽放系统最大抽放量的要求。瓦斯泵的流量按下式计算：Q泵=Q纯/c.k式中:Q泵-瓦斯泵的额定流量,m3/min；Q纯-最大抽放瓦斯纯流量,Q纯=2m3/min；C-瓦斯泵入口处的瓦斯浓度,c=10%；-瓦斯泵的机械效率，取60%；K-瓦斯泵的综合系数，取k=1.2。根据本设计要求，抽放系统的瓦斯抽放纯流量为2m3/min，由计算得出所需要的瓦斯泵的流量为40m3/min。根据上述计算，选用2BEA-303型水环式真空泵，配用YB2-280M-4型矿用防爆电机，电压380/660v，功率90kw。2BEA-303型水环式真空泵技术参数见表瓦斯泵技术参数表型号转速（rpm）功率(kw)最低吸入负压(hpa)吸入压力(hpa)抽气量(m3/min)供水量(m3/h)2BEA-303550906040024624.29.9为满足备用量，本设计选用2台同型号瓦斯泵。正常情况下，一台运行，一台备用，在必要时可实现两台并联运行。第六章 安全管理措施及辅助设施6.1抽放泵站位置在为地面永久瓦斯抽放泵站选址时，一定要充分注意以下方面事项：（1）泵站最好设在回风井工业广场内，泵房距井口和主要建筑物以及居民区距离不得小于50m，并用栅栏或围墙保护。（2）泵房内和泵房周围20m以内严禁明火。（3）泵站位置应考虑到便于利用瓦斯和敷设管路。（4）泵站位置应选在运输、供水和供电方便的地点。根据矿井安全生产和瓦斯抽放的需要结合平禹四矿瓦斯涌出情况，本设计确定平禹煤电公司四矿建设井下瓦斯抽放泵站。为了便于抽放系统布置，尽可能减少初期工程投入，缩短施工工期，使瓦斯抽放系统尽快投入运行，泵站位置确定在主下山采区下部，新施工井下瓦斯抽放泵站硐室，采用独立风流通风。图6-1 地面瓦斯泵站相对位置图6.2井巷工程量本设计瓦斯抽放硐室长度30米，宽度3.2米，为拱形断面，硐室采用锚网喷支护。硐室西侧与主下山采取专回相通，东侧与主下山轨道相通，便于泵站通风和进、出管路的布置。6.2.1泵站设备及管路安装在泵站硐室中靠近上帮并列布置两台2BEA-303型水环式真空泵，整体固定在混凝土基础上。下帮铺设轨道，用于设备运输。下帮东侧摆放馈电开关、真空磁力启动器、照明变压器和控制开关等电器设备。硐室西侧安装一个高架水箱，与硐室东侧的水池、水泵和管路构成闭式循环供水系统。硐室中安设三个横向的起吊梁，便于设备的安装和检修。瓦斯泵之间采用并联方式，既可独立运行一台，也可根据抽放需要两台并联运行。泵站进、排气管路为直径300的镀锌钢管，进气管安设有孔板流量计；主进和主排气管之间有一个旁通阀门，用于瓦斯泵启动时的负牙调节；每台瓦斯泵的进气、排气管均安设有蝶形控制阀门，用于开启或隔断瓦斯泵与抽放管路系统的联系。6.2.2泵站给排水泵站给水：正常情况下两台瓦斯泵一台运行、一台备用，运行时所需供水量为10m3/h,设计用水量为12m3/h.配备水泵和高位水箱，与积水迟构成闭式循环供水系统，可降低用水量，并便于使用软化装置或软化水药物。抽放泵站用水取自主下山采区的供水管路，泵站内安设50钢管作为供水总管。各瓦斯泵分别使用25软管作为泵体供水，使用30软管作为泵端轴密封环供水。泵站排水：由瓦斯泵汽水分离器排出的水，经泵站内100毫米排水管流入积水池，沉淀后通过水泵抽到泵站高位水箱，经50供水管供给运转的瓦斯泵，形成循环供水。积水池内富裕的水量，实现节约用水。6.2.3泵站通风抽放泵站硐室由轨道进风，回风直接进入总回风巷。硐室西侧挡风墙上设置调节风窗，用于调节泵站通风量。风量配置必须符合煤矿安全规程第102条“机电设备硐室的空气温度不得超过30度”、第132条“回风流瓦斯浓度不得超过0.5%”等规定。抽放泵站硐室要按照矿井通风计划定期核定供风量。 6.2.4泵站供电 泵站供电参照矿井主要通风机的供电管理，要求“三专”，即专用变压器、专用线路和专业开关。抽放泵站由主下山采区变电所供电，根据瓦斯泵电机功率和泵站用电设备的配置情况，应重新核定变电所供电能力。在变电所供电能力符合供电需要时，增设一台低压总馈电开关，对抽放泵站独立供电。泵站供电主电缆截面应不小于70毫米，电压660伏。泵站内设置低压总馈电开关一台，用于泵站总供电控制；设置二级馈电开关两台，分别控制两台瓦斯泵的供电；真空自立启动器两台，用于两台瓦斯泵的开、停操作；设置水泵控制开关一台，用于水泵开、停操作；设置水泵照明系统。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。在瓦斯抽放泵站内和泵房值班室内的照明灯具全部选矿用隔爆型。6.2.5泵站通讯瓦斯抽放泵站属于重要机电硐室，在泵站安设通讯电话一部，用于及时向矿调度室反映设备运行情况、瓦斯抽放参数变化等情况。6.3瓦斯抽放管道的附属装置为了掌握各抽放地点的瓦斯涌出量，瓦斯浓度的变化情况，便于调节管路系统内的负压和流量，在管路上应安装阀门，流量计和放水器等附件。除此之外，在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆，防回火装置及放空管等。（1) 阀门瓦斯抽放管路和钻场连接管上均应安装阀门，主要用来调节和控制各抽放点的抽放量，抽放浓度和抽放负压等。（2) 放水器在抽放管路系统最低点安装人工或自动放水器，及时放空抽放管路中的积水，提高系统的抽放效率。在排气端低凹处安装正压放水器。图6-2人工负压放水器(也可以作正压放水器用)1 钢管; 2 闸阀DN25.图6-3 高负压人工放水器安装示意图(a)卧式, (b) 立式.1 瓦斯管路; 2 放水器阀门; 3 空器入口阀门; 4 放水阀门; 5 放水器; 6- 法兰盘.为减少瓦斯抽放成本, 建议采用人工放水器(如图6-2, 图6-3)。 也可以使用负压自动放水器。6.4泵房的安全要求（1）泵房要用不燃性材料建筑。（2）泵房内的电气设备和照明灯具均应为防爆型，否则必须采取有效的隔离。（3）泵房内要有专门的供电系统，采用独立的双回路电源，并有可靠的供水系统。（4）抽放泵(真空泵或鼓风机等)及其附属设备至少要设置两套，其中一套备用。（5）泵房内通风、照明设施良好，房顶应设天窗、冬季寒冷地区要有供热取暖设施。（6）泵房通讯设备完好，并有直通矿井调度室的电话。（7）泵房内应配备必要的检测仪表，如正、负压计，瓦斯浓度测定仪、流量计、温度计或综合参数测定仪等。（8）机械室、电气室和司机室都要有单独房间，避免相互干扰，同时司机室的地面最好略高于机房地面，以便观察。（9）泵站应设避雷装置，避雷装置要高于瓦斯放空管。（10）泵房建筑面积要考虑更换设备或后期扩建的可能性。6.5避雷器设施及安全措施避雷器是地面抽放瓦斯安全措施中必不可少的安全设置之一，一般设置在瓦斯机房和瓦斯罐附近的较高大建筑物周围或中心地带。其主要作用是防止在阴雨天气由于雷电引起的电火花，而破坏建筑物或点燃瓦斯放空管等。由于耿村矿位于丘陵地带，拟建瓦斯抽放泵站位置地势较高，防止雷害侵袭是