永兴煤矿瓦斯抽放设计 毕业设计

织金县绮陌乡永兴煤矿瓦斯抽采设计贵州丰顺矿山安全生产技术咨询服务有限公司二0一一年七月目录前言1第一章矿井概况4第一节井田概况4第二节地质特征5第三节井田储量设计生产能力及服务年限8第四节井田开拓9第五节采掘方法10第二章矿井瓦斯储量及可抽采量预测11第一节煤层瓦斯参数11第二节瓦斯储量及涌出量计算12第三节瓦斯可抽量计算19第三章瓦斯抽采系统20第一节瓦斯抽采系统的选择原则20第二节瓦斯抽采管径计算及管材选择21第三节瓦斯抽采管路阻力计算及设备选型22第四节瓦斯抽采管路布置及敷设25第五节瓦斯抽采附属装置及设施27第六节瓦斯抽采监测监控系统34第四章瓦斯抽采方法35第一节一般规定35第二节瓦斯抽采方法选择36第三节抽采钻孔施工工艺37一、钻孔参数确定37第五章瓦斯抽采达标评判41第六章抽采管理及安全技术措施48第一节瓦斯抽采的组织机构48第二节瓦斯抽采的技术管理49第二节瓦斯抽采的现场管理54第四节安全技术措施56第七章瓦斯综合利用59织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计0前言一、项目名称贵州省织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计。二、任务来源根据煤矿安全规程（2011）有关规定和2003年7月国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局发布的第五号令第十条，高瓦斯矿井应建立瓦斯抽采系统。为保障矿井安全、高效生产，根据贵州省织金县永兴煤矿的委托，贵州丰顺矿山安全生产技术咨询服务有限公司编制本瓦斯抽采系统方案设计。三、编制依据1、贵州省国土资源厅颁发的贵州省织金县永兴煤矿开采许可证；2、永兴煤矿提供的贵州丰顺矿山安全生产技术咨询服务有限公司设计的织金县永兴煤矿（整合）安全设施设计。3、贵州省织金县永兴煤矿规划方案采掘工程平面布置图；4、煤矿安全规程（2011版）；5、煤炭工业小型煤矿设计规定；6、煤矿瓦斯抽采规范AQ102720067、2003年7月国家安全生产监督管理局国家煤矿安全监察局发布的煤矿安全生产基本条件规定（200374）；8、采矿工程设计手册（2003、5）；9、矿井抽采瓦斯工程设计规范（MT501896）10、矿井通风安全装备标准（MT/T501696）；11、煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ10262006）；织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计112、矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）；13、瓦斯抽采用热导式高浓甲烷传感器（AQ62042006）；14、矿井安全监测系统管理规范；15、贵州省织金县永兴煤矿的委托书。16、防治煤与瓦斯突出规定（2009）四、矿井简介织金县永兴煤矿属于织金县所辖，企业性质为国有企业，为技改矿井，矿井位于织金县绮陌乡。五、瓦斯抽采的必要性根据煤矿安全规程第一百四十五条规定以及AQ10272006煤矿瓦斯抽采规范的规定，本矿井必须建立瓦斯抽采系统。考虑矿井生产规模、矿井瓦斯涌出量大、以及业主条件。本设计建议建立地面永久性瓦斯抽采系统。六、瓦斯抽采的可行性按抽采瓦斯来源分类可分为开采层抽采、采空区抽采、采邻近层抽采和围岩抽采四类；抽采瓦斯可分为开采层未卸压抽采、采层卸压抽采、邻近层抽采和围岩瓦斯抽采法四种；抽采工艺（或钻孔布置）可分为多种抽采方式。根据永兴煤矿实际情况首采工作面布置在M23号煤层，瓦斯涌出主要来自M23号煤层及下附近层M27煤层，因此对M23号煤层进行瓦斯抽采是可行的。七、设计的主要内容1、对系统进行瓦斯抽采；2、对系统壁式采面进行瓦斯预抽采；3、高、低压水环式真空泵共4台；4、抽采管路2100M；5、建地面瓦斯抽采泵房1间，配电房1间；织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计2八、主要结论、存在的问题及建议（一）结论1、本次瓦斯抽采设计是对贵州省织金县永兴煤矿高瓦斯煤层进行瓦斯抽采设计。2、本项目属安全投入，不产生直接的经济效益，其效益主要体现在间接经济效益、安全效益、社会效益方面。3、通过建立瓦斯抽采系统，将使贵州省织金县永兴煤矿在生产中的安全更加稳定可靠，能够有效治理瓦斯、减少煤与瓦斯突出的可能，确保矿井安全生产，安全效益十分明显。4、通过建立瓦斯抽采系统，减少安全事故和人员伤亡、财产损失、促进矿井的稳定和发展。（二）存在的主要问题及建议1、本次对系统进行的抽采瓦斯设计所采用的采掘工程图为贵州省织金县永兴煤矿提供的矿井规划设计图，矿井可采储量、服务年限、采面长度、采面设备等均为矿井规划内容，届时规划系统形成后，再根据采掘实际情况继续完善抽采瓦斯设计。2、矿井瓦斯资料比较少，本次设计只对矿井今后需解决的安全工程进行瓦斯抽采设计，建议国家相关部门加大对贵州省织金县永兴煤矿的安全投入，同时本矿自身应加强搜集本矿的瓦斯资料、地质资料及安全投入、进一步健全矿井安全生产系统，提高生产矿井的安全可靠性。3、本次设计暂未作瓦斯利用设计，待后应根据情况请有资质单位作瓦斯利用专题设计。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计3第一章矿井概况第一节井田概况一、交通位置永兴煤矿位于织金县城西北部，相距县城平距3KM左右，行政区划隶属织金县绮陌乡所辖。有公路通过矿区，交通比较方便。二、地形地貌区域地貌属构造剥蚀山地地貌，区域沟谷纵横，海拔标高一般1676M1560M，海拔标高最高为16871M，最低为15493M，相对最大高差为1378M，一般为116M，属山区丘陵地带。三、水系矿区范围内无较大的水源地分布，仅有零星泉水点或水点可供利用。四、气象根据贵州省织金县绮陌乡永兴煤矿资源/储量核实报告中提供的测试结果表明，本矿区属地温正常区。五、地震情况根据建筑抗震设计规范（GB500112001）规定，本区地震基本烈度为度。六、现有煤炭运销和经济效益情况贵州省煤炭远远不能满足市场需求。永兴煤矿技改后，对本地区市场而言有电厂和其他燃煤用户，对省外市场来说有云南、重庆、湖南、两广及海南省等。该矿煤炭储量较丰富，资源较可靠，地质、开采条件较好，电源、水源有保证，交通较为便利，为矿井的建设及其产品的销售提供了有力织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计4的保证。因此，织金县永兴煤矿的建设，其煤炭销售市场前景广阔。七、现有电源情况矿井采用两回路10KV电源供电，一回引自引自织金城关镇金风35/10KV变电站，另一回引自织金城关镇三道坡35/10KV变电站，地面安装GF（380V）柴油发电机一台，KTAA19G6A（660V）柴油发电机一台，矿井生产及生活用电可得到保证。矿井已形成井上、下供电系统，地面变电所、主排水泵房、主通风机、主井绞车房、瓦斯抽采泵、主运输系统均实现双回路供电。局部通风机供电实现“三专两闭锁”，矿井供电“三大”保护齐全可靠，能满足矿井生产要求。第二节地质特征一、地层区内出露地层有中二叠统茅口组、上二叠统龙潭组及长兴组、下三叠统夜郎组及第四系，从老至新描述如下1）、茅口组（P2M）分布于矿区东部边缘，与龙潭组第一段呈假整合接触。为灰色厚层含燧石团块生物灰岩一浅灰色厚层块状蜓灰岩组合。出露厚度大于200M。2）、龙潭组（P3L）分布于区内中部，为区内含煤岩系。分布于矿区中部，根据岩性组合特征分为三个岩性段。1第一段P311下部为灰色粘土岩偶夹泥质灰岩及煤层组合，中部为灰、黑灰色炭质粘土岩煤层组合，上部为中厚层岩屑砂岩粘土岩煤层组合。含煤614层，其中以M23、M27、M30为可采煤层。该段厚约70110M。与下伏峨眉山玄武岩组呈平行不整合接触。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计52第二段P312下部为灰色粘土岩一煤层组合，中部为灰色泥质粉砂岩一煤层组合，上部为灰、深灰、黄灰色薄层粘土岩一煤层组合。含煤1020余层，多以薄层煤为主，单层厚015200M，可采煤13层，煤层厚120200M。其中以16号煤层M16为主要可采煤层，厚1533M。该段厚约80120M。3第三段P3L3下部为灰色薄层粘土岩一煤层组合，上部为灰色中厚层含硅、泥质灰岩一黄绿、灰褐色薄层粉砂质粘土岩一粘土岩一煤层组合。含煤10余层，可采煤层15层，单层厚096350M，矿区内为局部可采。厚90M。3）、二叠系上统大隆组P3D分布于矿区西部。由灰、深灰、黑灰色薄至中厚层硅质灰岩质硅质岩钙质硅质岩凝灰质粘土岩或页岩组成，厚28M。4）、二叠系上统长兴组P3C分布于矿区西部。主要由灰、深灰色中至厚层粉至细晶灰岩灰绿、褐黄色薄层粉砂岩组成，厚2330M。5）、夜郎组（T1Y）以海相灰岩为主。由钙质砂岩、粘土岩、灰岩、泥灰岩组成，据岩类组合特征分为三段，矿区内只有第一段，分布于矿区北西部外围，与下伏大隆组呈整合接触。第一段TLYL下部由土黄、褐黄色薄层钙质粉砂岩一灰、浅灰色薄至中厚层含泥质灰岩组成，上部由褐黄色薄层粉砂质粘土岩或粘土质粉砂岩一灰、浅灰色薄层至中厚层泥晶灰岩或含泥质灰岩组成，厚770M左右。6）、第四系（Q）主要分布于矿区地势较低的山麓较平坦及冲沟地带。为残坡积粘土、亚粘土、含砾亚粘土及人工填土等，零星分布于织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计6区内缓坡地带，不整合覆盖于各时代地层之上，厚0150M。与下伏地层呈角度不整合接触。二、地质构造矿区位于贵阳复杂构造变形区西部，阿弓向斜北东段，绮陌背斜北西翼，一般1530在矿区及附近主要发育有二条断层。F1逆断层，倾向220，倾角70，最大断距50M，张家田南M30煤层逆于M27煤层之上，延伸大于22KM。F2逆断层，倾向225，倾角8287，最大断距90M。延伸大于29KM。节理裂隙矿区内节理较发育，主要有北东向、北西向两组。北东向剪节理延伸长，节理面平直紧闭；北西向张节理延伸短，对岩石完整性破坏较大。综上所述，本区总体为一单斜构造，地层倾角平缓，断层较少，构造复杂程度属简单中等类型。三、煤层矿区内主要可采局部可采煤层为M16、M27、M23、M30四层。各可采煤层的主要特征见下表可采煤层特征表表121地层层位煤层编号厚度（M）平均厚度（M）稳定性结构备注M161520180稳定简单下距M23煤层48MM23160160较稳定较简单下距M27煤层29MM271516155较稳定较简单下距M30煤层6MP2LM301517016较稳定较简单下距茅口组顶界40M四、煤质可采煤层煤质指标见下表表122工业分析煤层编号MADADVDAFST,DQNET，AR（MJ/G）织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计7M16原煤026111958930029400M23原煤109107856724329412M27原煤055103754427829564M30原煤054129566513228929第三节井田储量设计生产能力及服务年限一、井田境界扩能后的织金县绮陌乡永兴煤矿矿区平面积为10106KM2，共由4个拐点坐标圈定，其拐点坐标见下表。矿区范围拐点坐标表131点号X坐标Y坐标0295332335574062129537173557345622954899355738973295432335574675面积10106KM2拟采矿标高由1600M至1260M二、储量1、地质储量根据贵州省地质矿产勘查开发局地球物理地球化学勘查院2007年8月提交的贵州省织金县绮陌乡永兴煤矿资源储量核实报告，及贵州省国土资源厅黔国土资储备字【2007】325号文件“关于贵州省织金县绮陌乡永兴煤矿资源储量核实报告矿产资源储量评审备案证明，截至2007年8月16日，核实M16、M23、M27、M30煤层保有资源量为122B333334）553万吨，其中（122B）12万吨；（333）363万吨；（334）178万吨。三、矿井工作制度织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计8根据煤炭工业小型矿井设计规范，矿井设计年工作日数为330天工作制度为矿井采用“三、八”作业制，二班采煤一班检修设备。四、矿井生产能力和服务年限1矿井生产能力永兴煤矿矿井年生产能力15万T/A，设计用2个采区1个壁式炮采工作面满足设计年产量。2服务年限服务年限可采储量/（井型储量备用系数）18363/（1514）87（A）第四节井田开拓一、开拓方案1、开拓系统采用斜井开拓，中央抽出式的通风方案。开拓巷道布置，设计确定自原主斜井东南约50米处新布置一主斜井，井口标高为1472米，主斜井一次至M23煤层，井底标高为1400米，沿煤层走向布置运输大巷；利用该矿原主斜井改造为行人平硐兼安全出口，在行人平硐内224M处新掘暗行人斜井至1400米，距运输大巷20M与其同向布置岩石行人大巷。在主斜井东面约100M处1456M标高沿M23煤层布置回风平硐。主斜井到设计标高后，沿M23煤层走向1400水平布置运输大巷至矿区中部，顺M23煤层布置运输上山、行人上山、回风上山至1480M标高；在回风上山1456M标高作回风大巷与回风平硐相通，形成矿井开拓系统。2、水平划分及标高本区共有可采煤4层，全矿井设计考虑一个水平、上下山二个采区双向布置开采。水平标高1400M。M23、M16煤层分层开采，M27、M30煤织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计9层联合开采。3、通风系统及方式本矿采用中央并列抽出式通风方法。通风线路1主斜井运输大巷运输上山工作面运输顺槽工作面工作面回顺槽回风上山回风大巷回风平硐引风道地面通风线路2行人平硐行人大巷行人上山工作面运输顺槽工作面工作面回顺槽回风上山回风大巷回风平硐引风道地面矿井设计主通风机总需风量437M3/S，选用FBCDZ17型防爆轴流通风机二台，风量289538M3/S,负压2550750PA，电机功率275KW。一台工作，一台备用。第五节采掘方法一、采煤方法的选择1）采煤方法的确定本区设计可采煤层为M16、M23、M27、M30号煤层，倾角17,煤层为近水平中厚煤层，采用走向长壁后退式采煤法。2）采煤工作面的回采工艺及装备工作面采用气动钻机ZQS22/20打眼，爆破落煤，铺设SGB620/40型可弯曲刮板输送机运输，运输能力150T/H，电机功率40KW。采用DZ22单体液压支柱配HDJA1000金属铰接顶梁进行支护。二、掘进方法的选择工作面采用风腿式凿岩机YT28或ZQS22/20打眼，爆破落煤，铺设SGB620/40型可弯曲刮板输送机运输，运输能力150T/H，电机功率40KW，采用锚网（喷）或架棚支护。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计10第二章矿井瓦斯储量及可抽采量预测第一节煤层瓦斯参数一、井田瓦斯、煤尘、自燃、煤与瓦斯突出及地温情况1、瓦斯等级鉴定根据贵州省能源局文件黔能源发【2009】281号“关于毕节地区煤炭局关于请求审批2009年度矿井瓦斯等级鉴定报告的报告的批复”，织金县绮陌乡永兴煤矿矿井绝对瓦斯涌出量为698M3MIN，相对瓦斯涌出量为6892M3T。根据煤矿安全规程第133条规定，该矿井瓦斯等级为高瓦斯。2、煤的自燃倾向及煤尘爆炸危险性根据贵州省煤田地质局实验室2007年11月鉴定，该矿井M16、M23、M27、M30煤层煤尘无爆炸危险性；M16、M23、M27、M30号煤层自燃倾向为三类（不易自燃煤层）。3、地温根据地质报告，本井田无地温异常现象，属于正常地温矿井。二、煤层透气性系数及钻孔瓦斯流量衰减系数本矿未有钻孔的瓦斯参数记录。三、采区瓦斯来源开采M23煤层，瓦斯来源于本煤层及下邻近层M27。可采煤层均为缓倾斜煤层，M23号煤层距M27号煤矿29M。根据图D1，邻近层受采动影响瓦斯排放率为I70，图D1织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计11四、煤与瓦斯突出根据贵州省煤炭管理局文件（黔煤生产字【2008】539号）“关于毕节地区煤炭局关于请求审批织金县绮陌乡永兴煤矿M23、M16号煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告的报告批复，织金县永兴煤矿M23、M16号煤层分别在矿井井田范围内1391米、1422米标高以上区域为不具有突出危险性。其它煤层及其它区域未作鉴定。另依据黔安监办字【2007】345号文关于加强煤矿建设项目煤与瓦斯突出防治工作的意见，永兴煤矿属煤与瓦斯突出矿区，故M23号煤层1391M以上、M16号煤层1422M以上按无突出危险性设计，矿井、一采区、其它煤层及区域在未进行突出危险性鉴定前按煤与瓦斯突出矿井进行设计和管理。第二节瓦斯储量及涌出量计算一、矿井瓦斯压力计算织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计12瓦斯压力是标志煤层瓦斯流动特性和赋存状态的一个重要参数。因本矿未进行瓦斯参数测定，无实测资料，瓦斯压力按采矿工程设计手册（8714）公式计算。瓦斯压力P和深度H的关系可以表示为下列直线关系P2031013H式中P距地表垂深H处煤层瓦斯压力，MPA；H垂深。52M。瓦斯压力为0105MPA0526MPA。取最大值0526MPA二、煤层瓦斯含量矿井瓦斯绝对涌出量计算公式（AQ10272006）如下P103101ADADMABPAX式中煤层瓦斯含量，M3/T；吸附常数；A一般为1555M3/T，取A35M3/TB一般为A,055MPA1,取值3MPA1；煤层绝对瓦斯压力；取0526MPA煤的灰分；DA煤的水分；A煤的孔隙率，M3/M3，查表取值026；煤的容重假比重，14T/M3。通过计算，可采煤层瓦斯含量见表21煤层煤层瓦斯含量平均值（M3/T）M16煤层261M23煤层2555M27煤层2952M30煤层2872三、矿井瓦斯储量计算织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计13矿井瓦斯储量（按AQ10272006公式）WKW1W2W3W1_可采煤层瓦斯储量的总和，万M3W2_可采煤层采动影响范围内不可采邻近煤层的瓦斯储量的总和，万M3W3_围岩瓦斯储量（按煤层瓦斯储量的1015估算），万M3W1XLIW2X2INIALNJIA1A1I_矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万T；X1I_每一个可采煤层相应的瓦斯含量，M3/T；A2I_可采煤层采动影响范围内每一个不可采邻近煤层的煤炭储量，万T；X2I_可采煤层采动影响范围内每一个不可采邻近煤层相应的瓦斯含量，M3/T；可采煤层瓦斯储量W1，万M3；不可采煤层瓦斯储量暂按可采煤层的20进行计算，W2，万M3；围岩瓦斯储量W3W1W215,万M3矿井瓦斯储量WKW1W2W3，万M3。序号煤层瓦斯含量（M3/T）煤炭地质储量（万T）瓦斯储量（万M3）1M16煤层182112222222M23煤层16111021643M27煤层1971831636M30煤层1858931728合计4007229四、矿井绝对瓦斯涌出量计算1、采煤工作面瓦斯涌出计算Q采Q1Q2织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计14式中Q采回采工作面相对瓦斯涌出量，M3/T；Q1开采层相对瓦斯涌出量，M3/T；Q2邻近层相对瓦斯涌出量，M3/T；开采层相对瓦斯涌出量计算矿井开采的煤层为薄中厚煤层，一次采全高，按照AQ10182006标准附录A按下式计算Q1K1K2K3（WOWC）M/M式中Q1开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量，M3/T；K1围岩瓦斯涌出系数，取130；K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，K21/，为工作面回采率；K3分区内准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响系数。采用长壁后退式回采时，K3按下式确定K3（L2H）/L；L工作面长度，M；H巷道瓦斯排放带宽度，M；WO煤的原始瓦斯含量，M3/T；WC煤的残存瓦斯含量，M3/T。2、邻近层相对瓦斯涌出量计算式中Q2邻近层相对瓦斯涌出量，M3/T。MI第I个邻近层煤层厚度，M。M工作面采高，M。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计15I第I个邻近层瓦斯排放率，,参照AQ10182006标准附录D选取。矿井开采各煤层，回采工作面瓦斯涌出量见表315。掘进工作面瓦斯涌出量预测Q掘DVQO21SVWOWC式中Q掘掘进工作面绝对瓦斯涌出量，M3/MIN；D巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，M；对于薄及中厚煤层取2M；V巷道平均掘进速度，00028M/MIN；L巷道长度，M；QO煤壁瓦斯涌出强度，（M2/MIN）；QO002600004VR2016WOVR煤中挥发分含量，；S掘进巷道煤断面积，M2；W0煤层瓦斯原始含量，M3/T；WC煤层残存瓦斯含量，M3/T；煤的密度，T/M3；单个掘进工作面瓦斯涌出量计算见表316。3、生产采区瓦斯涌出量根据矿井开拓部署，该矿为一个采区一个生产工作面组织生产。式中Q区生产采区相对瓦斯涌出量，M3/T；K生产采区内采空区瓦斯涌出系数，查表取织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计16Q采I第I个回采工作面相对瓦斯涌出量,M3/TAI第I个回采工作面的日产量，TQ掘第I个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，M3/MINA0生产采区平均日产量，T矿井开采时，生产采区瓦斯涌出量计算见表317。4、矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量按下式计算式中Q井矿井相对瓦斯涌出量，M3/T；Q区第I个生产采区相对瓦斯涌出量，M3/T；A0I第I个生产采区平均日产量，T；K已采采空区瓦斯涌出系数，查表取。矿井瓦斯涌出量计算见表318。5、瓦斯涌出不均衡系数回采工作面或掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数取KN1215或实际计算值，取12；矿井或采区瓦斯涌出不均衡系数取KN1113或实际计算值，取11。回采工作面瓦斯涌出量煤层K1K2K3与开采层间距M煤层厚度M采高M原始瓦斯含量W0M3/T残存瓦斯含量WCM3/T瓦斯相对涌出量M3/T开采层M161310307418181821738107邻近层M234821618161159302M2777015518197168500M308301618185866700合计131开采层M23131030741616159059399织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计17邻近层M27292015516197168525M3035151616185866718合计149开采层M27131030741551551714685102邻近层M3067016155167966773合计210开采层M3013103074161697166730合计36单个掘进工作面瓦斯涌出量煤层VRT/M3SM2煤厚DMVM/MINLMQ0M3/M2W0M3/TWCM3/TQ掘M3/MINM16111914572183600028300009951821738108M23107814572163200028300008651611593088M271037145721553100028300010401971685105M30129514572163200028300010971858667109生产采区瓦斯涌出量采面瓦斯涌出量掘进瓦斯涌出量工作面产量采区产量采空区涌出系数采区瓦斯涌出量煤层M3/TM3/MINTTKM3/TM161311084204551352810M231490884204551352865M272101054204551353871M30361094204551351521矿井瓦斯涌出量矿井产量采区产量采区瓦斯涌出量采空区涌出系数矿井相对瓦斯涌出量矿井绝对瓦斯涌出量煤层T/DT/DM3/TKM3/TM3/MINM16455455281013541731276M23455455286513542541301M27455455387113557481758M3045545515211352258691设计根据矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ10182006）标准，采用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测，经计算矿井在开采M27煤层时瓦斯涌出量最大，以此作为矿井设计的依据。其中采煤工作面瓦斯涌出量为21M3/T、绝对瓦斯涌出量为613M3/MIN；2个煤巷掘进工作面MM织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计18绝对瓦斯涌出量为210521M3/MIN；矿井相对瓦斯涌出量为5748M3/T，矿井绝对瓦斯涌出量为1758M3/MIN。第三节瓦斯可抽量计算根据矿井突出危险性鉴定，矿井M23号煤层1391M以上、M16号煤层1422M以上按无突出危险区设计和管理，其它未鉴定区域按突出危险区设计和管理。设计建立地面永久性瓦斯抽采站，建立高低负压两套抽采系统。采面瓦斯抽采量分析M27煤层瓦斯含量为1971M3/T，根椐防治煤与瓦斯突出规定，采掘作业前需将煤层瓦斯含量降至8M3/T以下或将煤层瓦斯压力降至074MPA以下。本次设计在采掘作业前将煤层瓦斯含量降至75M3/T以下作为防突指标，开采M27煤层时主要采用抽采消突。则采面防突抽采量为1221M3/T，采面生产能力按矿井生产能力的90计算，防突抽采量为（192175）15000009/330/144035M3/MIN。采面消突后瓦斯涌出量为75M3/T，采面生产能力按矿井生产能力的90计算，则采面瓦斯涌出量为33M3/MIN，本煤层瓦斯涌出量为22M3/MIN，邻近层瓦斯涌出量为11M3/MIN。掘进工作面瓦斯抽采量分析矿井单个掘进面瓦斯涌出量为105M3/MIN，掘进工作面生产能力按矿井生产能力的10计算，则矿井掘进防突抽采量为2（192175）15000001/330/144008M3/MIN，这部分主要靠高负压抽采解决。矿井瓦斯抽采量采面防突抽采量为35M3/MIN，掘进防突抽采量08M3/MIN，则高负压抽采量为43M3/MIN，综合选取5M3/MIN进行抽采设备的选型。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计19考虑邻近层及不可采煤层对抽采的影响，低负压抽采量按3M3/MIN进行抽采设备的选型。本次抽采量、通风计算参数确定综合上述计算结果，矿井瓦斯抽采总量为8M3/MIN，其中高负压抽采量为5M3/MIN，低负压抽采量为3M3/MIN。采面风排瓦斯量为33M3/MIN，掘进面风排瓦斯量为029M3/MIN，以此作为采、掘工作面风量计算依据。第三章瓦斯抽采系统第一节瓦斯抽采系统的选择原则对于煤与瓦斯突出矿井或高瓦斯矿井，瓦斯抽采系统是为消除采掘工作面煤与瓦斯突出危险及解决高瓦斯矿瓦斯超限问题所建立的瓦斯抽采方法、抽采设备及抽采管道组成的系统总和。达到以下条件的矿井必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下移动瓦斯抽采系统（1）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5M3/MIN或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3M3/MIN。（2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件大于或等于40M3/MIN；年产量（1015）MT的矿井，大于30M3/MIN；年产量（0610）MT的矿井，大于25M3/MIN；年产量（0406）MT的矿井，大于20M3/MIN；年产量等于或小于04MT的矿井，大于15M3/MIN。（3）开采具有煤与瓦斯突出危险煤层应建立地面永久瓦斯抽采系统的矿井瓦斯抽采系统的抽采量可稳定在2M3/MIN以上；瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽采服务年限在5年以上。新建瓦斯抽采系统的矿井，必须经具有相关资质的专业机构进行可织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计20行性论证，由企业技术负责人组织瓦斯抽采工程设计。第二节瓦斯抽采管径计算及管材选择一、抽采管路管径计算根据小煤矿安全管理水平、抽采设备价格、开拓开采设计及抽采的瓦斯放空不利用等，确定采用地面永久瓦斯抽采系统。本矿井分别设置高负压瓦斯抽采管路系统和低负压瓦斯抽采管路系统各1套。高、低负压瓦斯抽采管路经回风斜井引出地面，在风井场地设置高、低负压联合瓦斯抽采站。地面及回风斜井内布置瓦斯主管，采面回风巷、采面运输巷、掘进工作面布置瓦斯支管。矿井瓦斯抽出量资料表项目低负压高负压纯瓦斯M3/MIN272276瓦斯浓度2540混合量M3/MIN108869孔口压力KPA813瓦斯抽采管径计算公式D01457（Q/V）1/2式中D抽采瓦斯管内径，M；Q管道内瓦斯流量M3/MIN；V瓦斯管中混合瓦斯的平均流速，一般V10M/S。根据公式计算高负压和低负压时的管径结果详见表高负压、低负压瓦斯抽采管径计算表类型管路名称纯瓦斯流量M/MIN瓦斯浓度混合瓦斯流量Q混M/MIN气体流速VM/S计算管径MM管材内径MM备注主管276406910121200回风井主管高负压分管115403751089150工作面支管织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计21主管2722510881015197200回风井主管低负压分管1122548101009150工作面支管二、抽采管路管材选择矿井高低负压两趟瓦斯抽采管路，建议选用具有煤安标志、防腐的PVC塑管为瓦斯抽采管道。初期管路长度和内径见表类型主管长度M内径MM主管600200高负压管路支管700150主管600200低负压管路支管300150第三节瓦斯抽采管路阻力计算及设备选型一、管路阻力计算（一）摩擦阻力计算瓦斯管路磨擦阻力的计算，采用如下公式10446C352式中瓦斯管路中的瓦斯比重；C瓦斯管路内瓦斯浓度。35352KDLQ819摩H式中L瓦斯管路长度，按服务期内最长管线考虑；Q瓦斯管内混合瓦斯流量；K系数；D瓦斯管道内径，CM。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计221、局部阻力根据经验，管路局部阻力按摩擦阻力的1020考虑即可。2、管路总阻力根据上述公式（352）、（353）计算管路阻力，管道阻力按开采到第一水平时的管道长度估算，计算结果详见抽采管路直管阻力计算表抽采管路直管阻力计算表抽采方式管路名称相对密度混合瓦斯流量Q混（M3/H）系数K0管道内径DCM瓦斯浓度C长度LM阻力损失HPA主管08241407225403007173分管08222507220404002725直管阻力34423局部阻力按15计算5163高负压总阻力39586主管085652807230253006379分管08528807225253003089直管阻力9468局部阻力按15计算98低负压总阻力10448二、瓦斯泵流量计算1、瓦斯泵压力瓦斯泵压力按下式计算H泵12（H摩H吸H排）354式中H泵瓦斯泵总负压，PA；H吸要求孔口抽采负压，高负压抽方式取13000PA，低负压抽方式取8000PA；H排瓦斯泵瓦斯排放管出口的正压，由于瓦斯没有利用，正压较小，即取2000PA。根据回风井标高14567M，则地面空气压力为86000PA,高负压H泵织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计231847503PA,低负压H泵1212537PA。则高负压泵入口的绝对压力8600018475036752497PA，实际取泵入口的绝对压力为67KPA；低负压泵入口的绝对压力86000121253738747PA，实际取泵入口的绝对压力为73KPA；2、瓦斯泵流量瓦斯泵流量按下式计算Q泵QK/（C）355式中Q泵瓦斯泵的额定流量，M/MIN；Q瓦斯泵在抽采期间内，同期最大纯CH4抽采量，M/MIN；K综合备用系数，一般取12；泵的机械效率，取08；C瓦斯泵入口处瓦斯浓度。根据上述公式（354）、（355）计算瓦斯泵压力及流量，计算结果详见瓦斯泵压力及流量计算表瓦斯泵压力及流量计算表H摩H吸H排QKCH泵Q泵抽采方式PAPAPAM/MIN备用系数浓度机械效率KPAM/MIN高负压39586130002000276124008631035低负压1044880002000272122508741632三、抽采设备的选择根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，可确定抽采泵的型号。目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需把标准状态下的抽采泵流量换成工况状态下的流量。Q泵工Q泵0PT式中Q泵工工况状态下的瓦斯泵流量，M3/MINQ泵标准状态下的瓦斯流量，M3/MINP0标准大气压力P0101325PA织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计24P瓦斯泵入口绝对压力，PAT瓦斯泵入口瓦斯绝对温度（T273T）,KT0标准绝对温度（T027320）,KT瓦斯管道气体温度摄氏温度，取20C。经过前面的计算高负压泵Q泵1035M3/MIN,泵入口压力67KPA,则高负压瓦斯泵Q泵工1660M3/MIN低负压泵Q泵1632M3/MIN，泵入口压力73KPA,低负压瓦斯泵Q泵工2257M3/MIN根据上述计算结果，选型如下表类型型号最低吸入绝压HPA最大吸气量M3/MIN转速R/MIN吸入口径MM电机功率KW数量（台）高负压2BEA3035558660200902低负压2BEA3036343420200552供水方式的选择2BEA303泵工作需水量为8M3/H,108M3/H。采用高低位水池供水方式（高位水池静压连续对抽采泵供水，再用潜水泵从低位水池将水抽到高位水池）静压压力水头要大于30MMH2O。第四节瓦斯抽采管路布置及敷设一、瓦斯抽采管路布置原则1、布置瓦斯抽采管路，应根据井下巷道的布置，抽采地点的分布、地面瓦斯泵站的位置以及矿井的发展规划等因素综合考虑，尽量避免或减少以后在主管路系统进行频繁改动。2、瓦斯管路敷设在曲线段最少、距离最短的巷道中。3、瓦斯管路敷设在运输巷道内，应将管路架设在一定高度并加以固定，应防止机车或矿车撞坏抽采管路。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计254、所布置的抽采管路或设备一旦发生故障，管路内的瓦斯不致流入采掘工作面和井下硐室。5、尽量使瓦斯抽采管路与各种管线及管线与建筑物之间在平面和竖向布置上互相协调，既节约用地，又要满足施工、检修及安全生产的要求。6、全面考虑瓦斯抽采管路与各种管线性质、用途、相互联系和影响。7、瓦斯抽采管路宜成直线布置，与道路、窄轨、建筑物轴线相平行。8、减少瓦斯抽采管路及管线与道路、窄轨交叉、尤其是热力管沟与排水管、电缆的交叉。当交叉时一般为直角，有困难时交角不宜小于45。9、瓦斯抽采管路与相邻平行布置的管线、道路、建筑物的水平间距，一般采用最小值。10、瓦斯抽采管路的布置应结合原有管线而布置。二、管路敷设瓦斯抽采管必须有煤安标志。敷设瓦斯抽采管路的要求、在平巷道敷设管路必须用可缩木支垫，管线底部应垫木垫，垫起高度不低于300MM；、倾斜巷道的管线，应用卡子将管路固定在巷道支护上，以免下滑。、管路敷设要求平直，坡度一致，避免急弯。、主要运输巷道中的瓦斯管路架设高度不得小于18M，以便行人和运输。、管路敷设时坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处安装放水器。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计26、敷设的管路要求进行气密性检验，检验方法可采用负压方法试验。、冬季寒冷地区应采取防冻措施。瓦斯主管路距建筑物的距离5M，距动力电缆1M，距水管和排水沟15M，距铁路4M，距木电杆2M。第五节瓦斯抽采附属装置及设施一、瓦斯管路系统附属装置的选择井下管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、钻孔（场）、连接装置、放水器、入口处负压测量装置静压管、测量测定装置流量、压力、浓度测量计等。地面管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、放水器、防爆防火装置、放空管及避雷器、入口负压测量装置静压管、汤匙测定管流量、压力、浓度测量计等。放空管的高度必须高过房顶不少于3M。（一）阀门在瓦斯主管、干管、支管分岔处及钻场每个钻孔管中等地点，都必须设置阀门，用于调节和控制各采区、钻场的抽采量、浓度和负压。在每个钻场钻孔及采空区抽采分阶段的管路要有单独的阀门控制，阀门还用于管路检修、更换、连接时的局部关闭系统。二放水器织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计27由于瓦斯抽采管路在敷设中有一定的倾斜角度，不断有水流往低洼处，影响瓦斯流动，固需要在瓦斯主管、分管、支管中每200300M和低洼处设一放水器，及时放出管中积水。一般放水器有负压自动放水器和人工放水器。人工放水器的特点是加工简单、安设容易，但需安排专人放水。多安设于井下瓦斯主管系统和积水量较大，负压较高的地点。自动放水器的特点是将多余积水靠自重压力自动从U型管排出，用于钻场或抽采地点。U型管有效高度必须大于管内正常作用最大负压。本次设计建议永兴煤矿根据自身具体情况选择放水器，连接图如下1自动放水器结构图1瓦斯管路3型管2放水管接头325放水器4放水阀门3空气入口阀门2放水器阀门1瓦斯管路人工放水器结构图321二、测试孔织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计28在抽采系统中的管路各分支管分叉处,均应留有测试孔,作检测瓦斯浓度、负压、压差用。最经济最简便实用的方法是在管路上凿一个直径10MM的洞，再在该处焊上一个直径16MM的螺帽，然后将直径16MM的螺杆安在螺帽上，需测试时将螺杆取下即可。三、流量计1在抽采系统的主管道上，必须安装一个孔板流量计或采用新型电子式涡街流计，计量整个抽采系统的瓦斯抽采量。孔板流量计要安装在距离泵站最近的直管路段，其前后5M应平直，不要有阀门和变径管。孔板流量计两侧要分别有测试孔，测试孔使用橡胶管与U型压差计相连接。孔板流量连接图如下胶皮管U型管压差计U型管负压计孔板流量计参数测定示意图气流方向管路抽气量可以采用下列公式进行计算QVKH1/2式中QV气体体积流量，M3/S；K孔板系数（出厂时测定）；HU型管水柱压差，MM。1、孔板流量计安装时孔板圆孔与管道同一圆心，端面与管道轴线垂直，偏心度应小12。2、孔板安装处前后应留有5M以上直线段，以消除涡流紊流响。四、地面瓦斯泵房的设计原则、泵房建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级。织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计29、泵房周围必须设置栅栏或围墙。、泵房应有防雷电、防火灾、防洪防涝、防冻等措施。、泵房内要有良好的通风照明设备并设有直通矿井调度室的电话。、泵房的建筑面积应根据设备尺寸与台数决定，并留有余地。、机械室、电气室和司机室要有单独房间避免相互干扰。、泵房应有双回供电线路。、泵房应有供水系统。泵房设备冷却水一般采用闭路循环，给水管路及水池容积均应考虑消防水量。、泵房应配备专用检测各种参数的仪器仪表。、泵房内电气设备、照明和其他电气、检测仪表均应采用矿用防爆型。泵房附近管路要设置放水器、放空管及防爆、防回火、放回水装置，并设置压力、流量、浓度测定装置以及采样孔、阀门等附属装置。五、瓦斯抽采泵房位置选择的原则、泵房应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等。、泵房宜设在回风井工业场地内，泵房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50M。泵房及泵房周围20M范围内禁止有明火。、泵房应建在靠近公路和有水源的地方。、泵房应考虑进出管敷设方便，有利瓦斯输送，并尽可能留有扩能的余地。根据矿井井口的具体位置，确定将固定抽采泵站设在与回风井较近、地势平坦的地段，其距离回风井井口50M。见抽采管路系统图及抽采站织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计30场地布置图。固定抽采泵站瓦斯泵房、配电室、值班室组成，具体布置见泵房平面图。瓦斯泵房属于有爆炸危险的甲类厂房，要求周围50M范围内无居民，20M范围内无明火及易燃易爆炸物品，用围墙（或栅栏）圈定起来，防止闲杂人员进入。要求采用不燃性材料建筑并且设计门窗作为泄压，其泄压面积与厂房体积比应在005122之间。六、瓦斯泵房布置及附属设施瓦斯抽采泵房内设有瓦斯泵、气水分离器（水环式真空压缩机用）、管路、阀门等设备。在泵房附近的管路系统附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、放水器、防爆防回火装置、放空管以及避雷器、入口负压测量装置静压管、测量测定装置流量、压力、浓度测量计等。放空管的高度必须高过房顶不少于3M。（一）避雷装置在地面泵房和排空管附近设置避雷装置，并引下接地，达到防雷目的。在瓦斯抽采站按建筑物防雷设计规范（GB5005794，2000年版）设避雷装置保护瓦斯排空管，在瓦斯抽采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2；在瓦斯抽采站分别设防雷击和防感应雷接地，接地电阻均2。地面瓦斯泵房按建筑物防雷设计规范（GB5005794，2000年版）第321条，设架空避雷线防直击雷。电杆、避雷线敷设见下图要求。利用拉线作接地引下线并接地，接地电阻2。按建筑物防雷设计规范（GB5005794，2000年版）第322条建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计31地装置上，接地电阻2。瓦斯泵房防雷设施连接图见下图（二）防爆、防回风装置瓦斯抽采管路系统在抽采泵吸气侧必须装设防回火、防回气和防爆作用的安全装置，并定期检查，保持良好性能。设计选用水封式防爆器、防回火器安全装置，水封式防爆器、防回火器优点是制作简单，效果好。水封式防爆器、防回火器连接图见下图织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计3210水封式防爆、防回火装置8排水孔7支撑柱6水位计5注水管4防爆阀3水封罐2排气管1进气管8765432190D,3（三）放空管、排空管1、放空管放空管一般安设在地面抽采泵之气水分离器出气侧，并设傍路管与抽采泵吸气侧相连，设闸阀控制，靠近泵房。利于放空管对空气排放而不影响瓦斯泵的正常工作。放空管设置位置一般距泵房墙以0510M为宜，最远不得超过10M，且出口应安设防护帽，放空管必须接地；放空管出口至少高出地面10M，而且至少高出泵房和周围20M范围内建筑物3M以上。2、排空管排空管安装原则（1）排空管直径不得小于瓦斯泵出、入口的主管直径；（2）为防止雨水或其他杂物进入排空管，其上端孔口应设防护罩；（3）排空管周围不允许有易燃物；（4）排空管的高度需超过泵房屋顶3M以上，与泵房墙壁距离一般不超过5M。（四）瓦斯泵站供排水1、供水对泵供水有两个作用，一个是使泵产生真空，另一个是冷却轴承温织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计33度。水环泵正常工作时必须供水，供水水流应稳定、持久。供水水质应为不含颗粒的清洁水（PH值68），若水质不纯（含有颗粒物），应考虑在水流入口端加过滤装置。本矿采用高低位水池循环供水，用清水泵将水抽到高位水池，高位水池静压连续对抽采泵进行供水。在瓦斯泵房内或水池边安设循环水泵2台（一台运转，一台备用）。补充水由生活用水直接加入水池补充冷却循环水。2、排水水环式真空泵为循环用水，不向外排水。（五）瓦斯抽采泵站供电及通讯1、供电瓦斯抽采泵房设置双回路供电，当一回路发生故障时，另一回路电源能及时启动。瓦斯抽采泵房供电参照掘进工作面的供电原理，要求“三专一闭锁”，即专用变压器、专用线路、专用开关、瓦斯电闭锁。采用380V/660V电压对抽采泵进行供电。由矿井工业场地变电所架空两回路电源引入瓦斯抽采泵站。在配电室设4台防爆开关对抽采泵、低压动力、照明进行控制操作。抽采泵站所有的供电设备都必须有保护接地，并有检漏装置，照明灯必须采用隔爆型照明灯具。2、通讯瓦斯抽采泵房安装有直通矿井调度室的防爆电话一门第六节瓦斯抽采监测监控系统一、自动监测系统织金县永兴煤矿瓦斯抽采系统方案设计34本矿还需安装安全监控系统，系统可对瓦斯抽采管路进行流量、浓度、温度、负压等参数进行实时监控，对瓦斯抽采可安设开停传感器、甲烷传感器，当瓦斯浓度超限时可发出声光报警信号。系统能对瓦斯流量、负压、抽采泵开停、管道瓦斯浓度、抽采泵房瓦斯浓度参数进行集中监测。1、检测仪器仪表的配备管道流量测量仪器有孔板流量计或涡街流量计、瓦斯抽采管道参数测定仪等；2、抽采管路压力测定仪器有压差计、单管汞柱压差计、气压计等。3、瓦斯浓度检测仪器有光学瓦