煤矿150101工作面抽采设计

第一章矿井概况1、煤尘爆炸性根据山西省煤炭工业厅综合测试中心晋煤（2013）0603MBK03200321煤尘爆炸性鉴定报告，14号煤层煤尘具有爆炸性。根据山西省煤炭工业厅综合测试中心晋煤检（2013）0603MBK03200321煤尘爆炸性鉴定报告，15号煤层有煤尘爆炸性。2、煤自燃倾向性根据山西省煤炭工业局综合测试中心晋煤检（2013）0603MRK03200321煤层自然倾向性鉴定报告，14号煤层煤自然倾向性为类，自然倾向性性质为自燃。根据山西省煤炭工业厅综合测试中心晋煤检（2013）0603MRK03200321煤层自然倾向性鉴定报告，15号煤层煤自然倾向性为类，自然倾向性性质为不易自燃。3、瓦斯根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010年10月编制的山西和顺正邦良顺煤业有限公司15号煤层瓦斯涌出量预测报告结论，15号煤工作面最大相对涌出量为679M3/T，最大绝对瓦斯涌出量1221M3/MIN；矿井最大相对涌出量为1326M3/T，最大绝对瓦斯涌出量2511M3/MIN；按照煤矿安全规程第133条的规定，矿井在开采15号煤层时，为高瓦斯矿井。根据山西省煤炭工业厅晋煤瓦发（2013）160号文件，“关于晋中市2012年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复”，山西和顺正邦良顺煤业有限公司瓦斯绝对涌出量474M3/MIN，评审等级为瓦斯矿井。九、瓦斯抽放系统目前，山西和顺正邦良顺煤业有限公司已建立地面高、低负压瓦斯抽放系统。高负压系统使用2台2BEC50型水环真空泵，电机功率280KW，一用一备，主管选用52910焊缝钢管、支管选用3256焊缝钢管。低负压系统使用2台2BEC60型水环真空泵，电机功率355KW，一用一备，主管选用52910焊缝钢管、支管1选用2736焊缝钢管、支管2选用2196焊缝钢管、支管3选用2196焊缝钢管。第二章建立瓦斯抽放的条件第四节矿井瓦斯抽放的可行性和必要性根据GB504712008煤矿瓦斯抽采工程设计规范以及煤矿安全规程第145条的规定，凡符合下列情况之一者必须建立瓦斯抽放系统，开展瓦斯抽放工作1即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，采用通风方式解决不合理的；2矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的大于等于40M3/MIN；年产量100150万吨的矿井，大于30M3/MIN；年产量60100万吨的矿井，大于25M3/MIN；年产量4060万吨的矿井，大于20M3/MIN；年产量小于或等于40万吨的矿井，大于15M3/MIN。一、矿井瓦斯来源分析根据瓦斯预测结果可以看出矿井绝对瓦斯涌出量为2511M3/MIN。回采工作面瓦斯涌出量为1221M3/MIN，占矿井总瓦斯涌出量的486，其中临近层瓦斯涌出量为707M3/MIN，占回采工作面瓦斯涌出量的579。掘进工作面（2个）瓦斯涌出量为324M3/MIN，占矿井总瓦斯涌出量的129；采空区瓦斯涌出量约为966M3/MIN；占矿井总瓦斯涌出量的385；通过分析可以看出，回采工作面瓦斯涌出量为1221M3/MIN，占矿井总瓦斯涌出量的486，其中临近层瓦斯涌出量为707M3/MIN，占回采工作面瓦斯涌出量的579。是瓦斯治理的重点。二、抽放瓦斯的必要性根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司的瓦斯涌出量预计情况，矿井采煤工作面绝对瓦斯涌出量为1221M3/MIN；矿井瓦斯涌出量为2511M3/MIN；大于“一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5M3/MIN；年产量60100万吨的矿井，大于25M3/MIN，”的规定，完全符合建立瓦斯抽放系统的条件，必须建立瓦斯抽采瓦斯系统。从安全生产的角度考虑，采掘工作面实行瓦斯抽放必要性的判断标准是采掘工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所允许的瓦斯涌出量，即采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需风量，亦即有下式成立时，抽放瓦斯才是必要的。Q0100QK/C式中Q0采掘工作面设计风量，M3/MIN；Q采掘工作面瓦斯涌出量，M3/MIN；K瓦斯涌出不均衡系数；取12C根据山西省有关规定按煤矿安全规程允许的工作面瓦斯浓度下调20，取08。1、回采工作面抽放瓦斯的必要性分析根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司的实际情况，回采工作面进、回风巷道断面96M2，回采工作面需要的配风量，已远远大于允许通过的最大配风量，但仍然不能把瓦斯降到规定限度以下，所以必须采取瓦斯抽放措施才能解决瓦斯问题。回采工作面瓦斯抽放必要性计算如下表，见表241。表241回采工作面抽放瓦斯必要性判别表名称瓦斯涌出量M3/MIN允许瓦斯浓度工作面最大允许风量M3/MIN工作面需要最小风量（不进行抽放时）M3/MIN是否需要抽放15号煤回采工作面1221081831523175是从以上计算可以看出，山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿回采工作面进行瓦斯抽放是必要的。2掘进工作面抽放瓦斯的必要性分析根据瓦斯涌出量预测，山西和顺正邦良顺煤业有限公司的15号煤掘进工作面瓦斯涌出量为162M/MIN,没有大于3M3/MIN的规定要求，不需要采取瓦斯抽放措施。综上所述，山西和顺正邦良顺煤业有限公司在生产期间，必须对回采工作面采取抽放瓦斯措施。三、瓦斯抽放的可能性1开采层瓦斯抽放的可能性开采层瓦斯抽采的可行性取决于煤层的自然透气性，其评价指标有两个煤层的透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。国家安全生产监督管理总局于2006年颁布的矿井瓦斯抽采规范AQ10272006规定的开采层预抽瓦斯可行性评价指标见表242。表242煤层瓦斯抽采难易程度表抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数D1煤层透气性系数M2/MPA2D容易抽采10可以抽采00030051001较难抽采005100004表423矿井瓦斯抽采率应达到的指标绝对瓦斯涌出量Q（M3MIN）抽采率（）备注Q202520Q403540Q804080Q16045160Q30050300Q50055500Q60一、工作面瓦斯抽采率山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿15煤回采工作面预计瓦斯涌出量为1221M3/MIN，瓦斯抽放量为969M3/MIN，则工作面瓦斯抽采率为969/122110079430的规定（表421）。二、可解吸瓦斯量山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿瓦斯含量45M3/T，残存瓦斯含量205M3/T，可解吸瓦斯量45205245M3/T6的规定（表422）。三、矿井瓦斯抽采率山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿预计瓦斯涌出量为2511M3/MIN，矿井瓦斯抽放量为1211M3/MIN，则矿井瓦斯抽采率为1211/251110048235的规定（表423）。第三节矿井可抽瓦斯量及抽放服务年限一、可抽瓦斯量可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，其计算公式为WKCWKK式中WKC矿井可抽瓦斯量，MM3；WK矿井瓦斯储量，MM3；K矿井瓦斯抽放率，。矿井可抽放瓦斯量与瓦斯储量及矿井瓦斯抽放率有关。山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿瓦斯储量为63337MM3，按照目前的抽放技术水平，结合山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿的地质条件、瓦斯涌出及赋存条件，瓦斯抽放率预计482，可抽瓦斯量为WKCWKK633374030528MM3二、服务年限由于煤矿在开采过程中影响因素很多，矿井瓦斯涌出量又直接受矿井开采的影响，所以，瓦斯抽放工作在矿井抽放系统已经确立的情况下，其服务年限应与矿井服务年限一致。第五章瓦斯抽放网络设计第一节瓦斯抽放管路系统的确定与要求一、对瓦斯抽放系统的要求为了抽放矿井瓦斯，减少矿井中的瓦斯，根据抽放钻场的分布情况、巷道布置情况和利用瓦斯的要求，必须在井下和井上敷设一个完整的瓦斯管路网，单独输送瓦斯。在选择管路系统时，应根据抽放钻场的分布、巷道布置、瓦斯抽放量大小、利用瓦斯的要求，以及发展规划等状况全盘考虑，避免和减少以后主、干系统的频繁改动和更换等。因此，选择管路是否合理，不仅直接影响着抽放费用和管路的检查、修理、维护等工作，而且还影响着抽放量的大小，因此，瓦斯管路系统的选择必须满足以下要求1抽放设备或管路一旦发生事故，管路内的瓦斯不至流入回采工作面或井下峒室。因此抽放瓦斯管路系统应敷设在回风巷道内；2瓦斯管路最好敷设在矿车不经过的巷道内，避免或减少因矿车掉道撞坏管路，保证管路的畅通；3要考虑日常检查、修理和更换管路的方便；4选择瓦斯管路必须根据巷道布置选择最短的距离；5抽放管路系统中必须安装调节、控制、测定、防爆、防回气、防回火等装置。二、瓦斯抽放系统的确定根据国家安全生产监督管理总局20061102发布的中华人民共和国安全生产行业标准（AQ10272006）煤矿瓦斯抽放规范的规定；1、凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动泵站瓦斯抽放系统。、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，用通风方法解决瓦斯的问题不合理的。、矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于40M3/MIN；矿井绝对瓦斯涌出量年产量1015MT的矿井，大于30M3/MIN；矿井绝对瓦斯涌出量年产量0610MT的矿井，大于25M3/MIN；矿井绝对瓦斯涌出量年产量0406MT的矿井，大于20M3/MIN；矿井绝对瓦斯涌出量年产量等于或小于04MT，大于15M3/MIN。、开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。2、凡符合1条件，并同时具备下列两个条件的矿井，应建立地面永久瓦斯抽放系统、矿井绝对瓦斯涌出量瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2M3/MIN以上；、矿井绝对瓦斯涌出量瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。山西和顺正邦良顺煤业有限公司矿井瓦斯抽放量预计为1002M3/MIN，达到了建立地面瓦斯抽放系统的规定要求，瓦斯储量丰富，服务年限长，因此，确定山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿建立地面瓦斯抽放系统。根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（安监总煤装2011163号）的规定“煤矿瓦斯抽采达标暂行规定第三章瓦斯抽采系统第十四条煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井必须建立地面固定抽采瓦斯系统，其他应当抽采瓦斯的矿井可以建立井下临时抽采瓦斯系统；同时具有煤层瓦斯预抽和采空区瓦斯抽采方式的矿井，根据需要分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。”正邦良顺煤业属高瓦斯矿井，符合建立地面瓦斯抽放系统的规定。根据正邦良顺煤业的实际情况，设计走向高抽巷、上隅角埋管、密闭采空区采用低负压抽放系统，本煤层预抽采用高负压抽放系统。确定矿井瓦斯抽放管路系统为低负压抽放系统上隅角埋管抽放瓦斯泵站回风立井回风大巷高抽巷密闭采空区抽放高负压抽放系统瓦斯泵站回风立井回风大巷工作面本煤层预抽第二节瓦斯抽放管径计算及选型一、瓦斯抽放管管径计算瓦斯管路费用在抽放成本中占很大的比重，合理地选择瓦斯管直径与抽放投资及抽放效果有重要关系。管径越大，投资越大，可能造成不必要的浪费；管径小，投资少，但能量损失大，抽放能力小。所以，选择管径时，必须经过理论计算，并参照抽放设备能力和抽放矿井的经验，使之留有余地。瓦斯抽放管路经济管径采用下列计算公式D01457Q/V1/2式中D瓦斯管内径，M；Q管路内混合瓦斯流量，M3/MIN，富余系数1218；V经济流速，M/S,可取512M/S；约定低负压系统地面及回风立井、回风大巷、采区回风巷瓦斯抽放管为主管1；高抽巷瓦斯抽放管为支管1；上隅角埋管为支管2；密闭采空区瓦斯抽放管为支管3；高负压系统地面及回风立井、回风大巷、采区回风巷抽放管为主管2，本煤层预抽抽放管为支管4，1、地面低负压抽放系统矿井低负压抽放量495242737M3/MIN根据矿井瓦斯抽放量预计，按上式计算，选择的瓦斯抽放管管径。如表521所示。表521地面低负压瓦斯抽放管路管径选择结果抽放管类别抽放纯量（M3/MIN）瓦斯浓度富余系数混合瓦斯量M（3/MIN）瓦斯管内流速M/S计算管径MM选择管径MM管材主管173710128841043352910焊缝钢管支管14952012297102512736焊缝钢管支管21161012139101722196焊缝钢管支管31261012151101792196焊缝钢管2、地面高负压抽放系统矿井高负压抽放量474M3/MIN根据矿井本煤层瓦斯抽放量预计，按上式计算，选择的瓦斯抽放管管径。如表522所示。地表522面高负压瓦斯抽放管路管径选择结果抽放管类别抽放纯量M3/MIN瓦斯浓度富余系数混合瓦斯量M3/MIN瓦斯管内流速M/S计算管径MM选择管径MM管材主管24741012569838952910焊缝钢管支管44741212474103173256焊缝钢管二、管材选择瓦斯管的管材一般采用国家定型产品，如冷扎无缝钢管、焊接钢管等，另外也可采用壁厚为6MM钢板卷制的焊缝钢管，但必须作05MPA的压力试验，合格后即可使用。随着科学技术的发展，新型的管材有很多，如高密度聚乙稀管、PVC防静电管、塑料管材等，但作为抽放管路必须是防静电和阻燃；必须有足够的强度。抽放瓦斯管内的压力较管材的强度低的多，一般考虑到运输、安装和使用过程中可能出现的碰撞、挤压等现象，对其强度也要有一定的要求。多取排水管强度资料标准。根据目前我国使用的瓦斯管和产品供应情况，本设计选用焊缝钢管，瓦斯管路壁厚6MM。三、管路接头管路接头在抽放瓦斯系统中是一个重要环节，合适的接头在负压下应不漏气，但往往接头成为抽放系统漏气的主要原因之一，不仅降低了抽放负压，而且影响了抽放浓度，因此管接头连接要十分慎重。本方案拟采用螺栓紧固法兰盘中间加橡胶垫圈的方法，用焊接钢法兰盘，中间加橡胶密封圈后用螺栓紧固，这种方法气密性强，但挠性有限，遇转弯适当加弯头即可。四、抽放管路中的附属装置瓦斯管路的附属装置，大致分为两大类一类是用来调节控制瓦斯压力和流量的，另一类是有关安全措施方面的。1、钻孔与管路的连接装置瓦斯管路的连接装置，包括弯管、自动放水器、孔板流量计和铠装胶管等。它的弯管端与钻孔封孔器的标准法兰盘对接。胶管一端与瓦斯管三通上的阀门连接，构成了抽放系统。2、阀门在瓦斯主、干管、钻孔联接装置以及认为需要的地点，都必须设置阀门。它的用途是调节各个抽放区、各个钻场或钻孔的抽放量及瓦斯浓度，同时也可以调节、控制和平衡各地点、各管路系统上所需要的压力。另外，当修理和更换瓦斯管，以及联接、或拆接钻孔装置时，可以关闭阀门，切断通路。管路选用阀门型号根据使用地点管径大小而确定，并和管径相配套。3、测压嘴测压嘴即测定管路中气流的静压力的小孔，在管路安装以前，预先焊妥，并检查有无焊渣堵塞现象，保证通气。在瓦斯主管支管和钻孔联接装置上都应设置。测压嘴不宜过大过长，一般不超过30MM，其直径大约410MM。平时，可用一头捆扎的细胶管套紧，确保与管外空气隔绝。测压嘴的功能不仅如此，还可以用来取样，对管内的气体进行分析，以及观测瓦斯浓度。4、管路放水装置放水装置的种类很多，本方案拟选用一种用于负压较高的人工放水器，钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处应设置放水器，管路宜每隔200M300M设置一个放水器，最大不应超过500M。5、管路排渣装置瓦斯抽放管路排渣装置，适用于瓦斯抽放系统的主管、干管、支管的自动排渣，是瓦斯抽放管路上必备的排渣装置，用法兰与管路或其它设备联接；该设备通过分级式筛网挡板阻拦和沉淀管路内的煤渣、石块及其它大的杂物，净化气流；保护瓦斯抽放设备的安全。6、计量装置1计量装置原理及使用瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数。煤矿普遍采用变压降法，其原理是当气体通过事先校正过的节流装置孔板时，产生压力降或压差，测出此压力差即可换算出通过的气体流量。7、瓦斯抽放综合参数测定仪瓦斯抽放综合参数测定仪是专门用于煤矿井下测定钻孔瓦斯浓度、流量、负压及温度等数的便携式精密仪表,也可用于测定抽放管道主管和支管道的瓦斯综合参数。瓦斯抽放综合参数测定仪具有测量精度高、使用方便等优点,瓦斯抽放综合参数测定仪通过无线传输将测量数据传送至计算机,通过专用管理软件绘制抽放参数图形、编制和打印报表。第三节地面抽放泵出入端正、负压端系统设计地面抽放瓦斯泵出入端是抽放瓦斯系统的重要组成部分，它的功能是输送作用，把井下瓦斯输送出来，再把瓦斯输送出去；安全作用，利用端发生事故不致影响泵房，泵房发生事故不致影响井下；计量检查作用，及时检查瓦斯抽放量、瓦斯浓度的大小；调整作用，可以调整抽放负压、浓度等参数，还可以配以一定量的空气，把高浓度瓦斯降下来，以适合民用。系统包括控制阀门、测压嘴、防爆防回火装置、孔板流量计、放水器、排空管配气管等。一、管径、材质为了制作，安装方便，井上及泵房管路的材质以及联结方法都与井下统一。二、防爆炸、防回火、防回气、自动喷粉抑爆装置安全装置在正常情况下，浓度较高的瓦斯在输送过程中，一般不会发生瓦斯爆炸事故，但是，往往由于种种原因，使抽放瓦斯系统的正常工作状态受到破坏，管内的瓦斯浓度降低，一旦遇到火源而发生瓦斯爆炸事故。因此，瓦斯泵的进、出气端的瓦斯管道上，均设置具有防爆炸、防回火和防回气作用的安全装置，以防止井下管路瓦斯爆炸或地面放空管雷击燃烧和停泵后管路内瓦斯、积水倒流。设计选用水封阻火泄爆装置、干式阻火器和防回气装置。水封阻火泄爆装置要符合瓦斯管道输送水封阻火泄爆装置技术条件AQ10722009；干式阻火器要符合煤矿瓦斯输送管道干式阻火器通用技术条件AQ10742009；防回气装置，其作用为在正常抽放时，瓦斯通过逆止阀而抽出，一旦停泵后管路内瓦斯、积水不会倒流。自动喷粉抑爆装置要符合瓦斯管道输送自动喷粉抑爆装置通用技术条件AQ10792009。防爆炸、防回火、防回气、自动喷粉抑爆装置根据具体抽放管路管径配套。三、安全保障系统由于种种原因，抽放系统的正常工作状态受到破坏，抽放管路内的瓦斯浓度降低，因此，本设计根据AQ10762009煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范的要求内容，采用水封阻火泄爆装置、自动喷粉抑爆装置等安全设施，保证瓦斯管道输送的安全。根据AQ10762009煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范规定内容32水封阻火泄爆装置采用水封消焰阻火、泄爆部件泄除爆炸压力，将管道内瓦斯爆炸控制在一定范围内的安全保障装置。33自动喷粉抑爆装置通过对瓦斯管道燃烧或爆炸信息的探测，自动喷出干粉灭火剂将燃烧或爆炸传播过程中的火焰扑灭，抑制燃烧或爆炸火焰传播的装置。52地面瓦斯排空521抽出的低浓度瓦斯小利用时，其地面排空管路应安设阻火泄爆、抑爆两种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置宜采用水封式阻火泄爆装置，抑爆装置宜采用自动喷粉抑爆装置，其安设位置如图531所示。522自动喷粉抑爆装置监控用火焰传感器安装在排空管上，距排空管出气口的距离沿管道轴向应小于5M。523自动喷粉抑爆装置的安设位置距火焰传感器的距离沿管道轴向为30M60M。放空管1263放空管126来自井口564364图531地面瓦斯排空系统安全设施安装示意1火焰传感器；2压力传感器；3水封阻火泄爆装置；4自动喷粉抑爆装置；5真空泵；6截止阀。四、采空区抽放低浓度瓦斯管道输送安全保障系统1井下采空区封闭插管瓦斯抽放，在距离封闭15M处安设自动喷粉抑爆装置的火焰传感器。2自动喷粉抑爆装置的安设地点距最近的抽放管口的距离（沿管道轴向）应小于100M。3自动喷粉抑爆装置应至少安设一组，每组抑爆装置需安设两个喷粉罐，两个喷粉罐之间的距离为50M。喷粉罐安设在距抽放管路进气口60M和110M两处。4抑爆装置的火焰传感器应安设在自动喷粉抑爆装置与抽放管进气口之间，距离抑爆装置距离（沿管道轴向）为585M。五、放空管配气管放空管一般安设在地面瓦斯抽放泵站的出入管上，并靠近机房，以利于操作，参见附图。入口端放空管又叫配气管。安设放空管注意事项为1放空管的直径要大于或等于抽放管径。2安装高度一般要超过房顶3M以上。与机房墙壁距离051M为宜，最远不超过10M，并用铁丝、钢架加固。3为防止杂物和雨水进入放空管，其上端管口要设置保护并保持大于300MM的距离。4放空管上空不得有高压电线等通过。六、避雷器设置避雷器是地面抽放瓦斯安全设施中必不可少的安全装置之一，安设在瓦斯泵站管路出入端附近。其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。高度要超过放空管5M以上，并将避雷导线埋入地表3M以下。七、孔板流量计、测压嘴及测定装置由于泵站测定观测抽放参数状况频繁，工作人员不可能经常出进。因此，要把测压嘴测出来的压力数值反映到泵站值班室，本方案采用直接用4分管或胶皮管联结的方法，到泵站后用软胶皮管与测定仪器联接。第六章瓦斯抽放泵及泵站设施第一节瓦斯抽放泵选型一、瓦斯抽放泵选型原则1瓦斯抽放的抽气速率必须满足矿井瓦斯抽放期间预计最大瓦斯抽放量的要求。2抽放设备的压力，必须满足在矿井瓦斯抽放期间，克服瓦斯管路系统最大的压力损失最大阻力，并能使钻孔孔口保持较高的负压。3抽放设备必须适合抽放和输送矿井瓦斯具有高度气密性，防止工作时瓦斯涌进泵房内。4抽放设备配备电动机必须防爆，防止电动机发生火花，引起瓦斯爆炸。二、瓦斯抽放泵布置方式考虑和选择抽放瓦斯泵的布置方式时，必须满足技术上可行、经济上合理、安全上可靠的要求。从技术、经济、安全的角度分析确定，该矿瓦斯抽放泵布置方式为独立的、并联式布置。三、瓦斯抽放泵选型根据该矿开采地质、瓦斯储存、发展规模等情况，本方案拟选水环式真空泵，其优点是；1工作叶轮内有水环，没有爆炸危险；2结构简单、运行可靠；3真空度高。四、瓦斯泵压力、流量计算1、确定矿井抽出的量大纯瓦斯量矿井抽出的最大纯瓦斯量，是指矿井在抽放服务年限内的最大纯瓦斯抽放量。根据该矿设计生产能力、生产规模以及瓦斯储存涌出情况确定。山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿预计抽出最大纯瓦斯量为A、地面低负压抽放系统Q低737M3/MINB、地面高负压抽放系统Q高474M3/MIN2、确定瓦斯泵的流量标准状态下瓦斯泵流量按下式计算；QBKX式中QB标准状态下瓦斯泵计算流量，M3/MIN；Q最大抽采瓦斯纯量，M3/MIN；X瓦斯泵入口处的瓦斯浓度（）；低负压抽放瓦斯浓度取10，高负压瓦斯抽放浓度取10；瓦斯泵的机械效率（），取80；K抽采能力富余系数，取K12则A、地面低负压抽放系统Q泵121105M3/MINX80137B、地面高负压抽放系统Q泵12711M3/MINK801743、确定瓦斯泵的压力瓦斯泵的压力就是从井下钻孔开始，经过抽放管路到瓦斯泵，再从瓦斯泵到利用的全部阻力损失，即必须克服管路阻力，钻孔所需的负压和送气的正压之和。包括以下几个方面A）井下最长管路（即最大管路阻力系统）至瓦斯泵入口之间的摩擦阻力损失。B）该管路中的局部阻力损失。C）在钻孔口所形成的负压根据煤层透气性，抽放钻孔层位，钻孔封孔质量，抽放本煤层瓦斯钻孔负压取13000PA；抽放邻近层负压取5000PA；抽放采空区钻孔负压取5000PA。抽放管路阻力计算公式如下H691051922025D0Q520DLPT式中H阻力损失，PA；L管路长度，M；Q0标准状态下的混合瓦斯流量，M3/H；D管道内径，MM；0标准状态下的混合瓦斯运动粘度，M2/S；管道内混合瓦斯密度，KG/M2；管道内壁的当量绝对粗糙度（01），MM；P0标准状况下的大气压力101325，PA；P管道内气体的绝对压力，PA；T管道中的气体温度为T时的绝对温度（T273T），K；T0标准状态下的绝对温度（T27320），K；T管道内气体的温度。（）局部阻力一般按总阻力的1020考虑，按20考虑。确定矿井抽放系统服务期间最困难管线为地面抽放泵站回风立井沿回风大巷到矿井最西部边界。抽放最困难时瓦斯抽放管路系统示意图见图611图611抽放最困难时瓦斯抽放管路系统示意图上上上上上上上上上上上上2196上上上上上2736245M4000M1000M100M100M1000M上上上上上上上上上上上3256100M上上上上上2196上上上上上上上52910上上上上上上上52910A、地面低负压抽放系统最困难阻力计算结果见表611表611抽放管类别DMMLMQM3/HVOM2/SKG/M2HMPA主管509400053061537E5123524518支管20710008351537E5123523072合计7591B、地面高负压抽放系统阻力见表612表612抽放管类别DMMLMQM3/HVOM2/SKG/M2HMPA主管509400036131537E5123252223支管313100028441544E5122364158合计63811、局部阻力损失计算局部阻力一般按总阻力的1020考虑，取20地面低负压抽放系统HJ7591021518PA地面高负压抽放系统HJ6381021276PA2、总阻力损失计算地面低负压抽放系统H总759115189109PA地面高负压抽放系统H总638112767657PA3、瓦斯泵压力计算公式为H泵H孔H总H正K式中H泵瓦斯抽放泵所需压力，PA；K压力备用系数，K120；H孔抽放钻孔所需压力，PA；抽放本煤层瓦斯钻孔负压取13000PA；抽放采空区负压取5000PA；抽放邻近层负压取5000PA；H总抽放管路总阻力损失，PA；H正瓦斯泵出口正压，PA，取2000PA。则A、地面低负压抽放系统H泵H孔H总H正K5000910920001219331PAB、地面高负压抽放系统H泵H孔H总H正K13000765720001227188PA4、工作状态下的抽放量换算因目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需按下式把标准状态下的抽采泵流量换算成工况状态下的流量。QGQB0PT式中QG工况状态下的瓦斯泵流量，M3/MIN；QB标准状态下的瓦斯泵流量，M3/MIN；P瓦斯泵入口绝对压力，PA；当地大气压力87400PA；低负压抽放系统874001933168069PA；高负压抽放系统874002718860212PA；PO标准大气压力P0101325，PA；T瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度T273T，K；TO标准绝对温度，（27320）K。T瓦斯泵入口瓦斯的温度，。取瓦斯泵入口温度T20,则地面低负压瓦斯抽放系统QGQB110514194M3/MIN0PT29368015瓦斯泵工况流量14194M3/MIN、吸气压力（绝压）68069PA地面高负压抽放系统QGQB7111032M3/MIN0PT2936015瓦斯泵工况流量1032M3/MIN、吸气压力（绝压）60212PA5、确定瓦斯抽放泵根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（安监总煤装2011163号）的规定“第十五条泵站的装机能力和管网能力应当满足瓦斯抽采达标的要求。备用泵能力不得小于运行泵中最大一台单泵的能力；运行泵的装机能力不得小于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的2倍，即100抽采达标时抽采量标准大气压2抽采瓦斯浓度（当地大气压泵运行负压）预抽瓦斯钻孔的孔口负压不得低于13KPA，卸压瓦斯抽采钻孔的孔口负压不得低于5KPA。”低负压系统209M3/MIN290M3/MIN；高负压系统148M3/MIN210M3/MIN；通过计算得到的压力、流量，参考煤矿瓦斯治理经验五十条（国家发展和改革委员会国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局文件；发改能源2005457号）第三十二条的内容优选瓦斯抽采设备，实现抽采系统能力最大化，作到“大流量、多抽泵、大管径、多回路”的经验，结合矿方的实际情况综合考虑，本设计变更为山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿在地面建立高、低负压瓦斯抽放系统。低负压系统瓦斯泵站安装二台2BEC60水环式真空泵,电机功率为355KW，一台运行，一台备用。高负压系统瓦斯泵站安装二台2BEC50水环式真空泵,电机功率为280KW，一台运行，一台备用。21007371013251087400161092100474101325108740022657水环式真空泵可以通过更换电机提高抽放量。水环式真空泵技术参数见表613；表613水环式真空泵技术参数表型号抽气量（M3/MIN）电机功率（KW）转速R/MIN外形尺寸（长宽高MM）供水量（M3/H）备注2BEC50210280380260315801450781742BEC602903553202837183017201082412BEC60性能曲线2BEC50性能曲线6、水环式真空泵特征水环式真空泵，结构坚固，磨损小，可连续运转；转动部件主要有叶轮、轴、轴套等组成，定子主要有泵体侧盖、分配器、轴承架等组成。以水作工作液体，被抽气体无油污染，泵内无摩擦、压缩产生的热量为水所吸收；操作简易，运转平稳。通过以上计算可以看出，山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿设计安装使用低负压系统2BEC60水环式真空泵及所选管路；高负压系统2BEC50水环式真空泵及所选管路均能够满足生产要求。第二节地面瓦斯抽放泵站位置及建筑要求一、地面瓦斯抽放泵站要求1地面泵站必须用不燃性材料建筑，并必须有防雷电装置。2地面泵房距井口及井上主要建筑物不得小于50M，并用栅栏或用围墙保护。3地面泵房和泵房周围20M范围内，禁止堆积易燃物和有明火。4地面泵房内的电器设备照明和其它电器仪表都采用矿用防爆型，否则必须采取安全措施。5瓦斯泵房必须有直通矿调度室的电话。6地面瓦斯泵房必须有检测管道瓦斯浓度、流量、压力等参数的仪表或自动检测系统。7瓦斯抽放管路系统中，必须设置防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置，并定期检查，保持性能良好。8抽放泵的放空管的高度，应超过泵房房顶3米。9泵站必须有专人值班，每半小时检查一次泵站内瓦斯浓度，管道内瓦斯浓度、流量、负压、正压、CO等各参数，并做好记录，每2小时汇报一次调度。10利用瓦斯时，瓦斯浓度不得低于30。11在利用瓦斯系统中，必须设有防回火、防回气、防爆炸作用的安全装置。12瓦斯抽放泵站必须设置瓦斯传感器，当瓦斯浓度达到05时，能自动切断瓦斯泵站内的一切电源。13抽放泵站输入管路中必须设置瓦斯传感器，利用瓦斯时，在输出管路中必须设置瓦斯传感器。14瓦斯抽放泵及附属设施必须有一套备用。15瓦斯抽放泵的供电，应各有两回路直接由变（配）电所馈出的供电线路，受条件限制时，其中的一回路可引自上述同种设备房的配电装置。上述供电线路应来自各自的变压器和母线段，线路上不应分接任何负荷，瓦斯泵的控制回路和辅助设备，必须有与主要设备同等可靠的备用电源。二、瓦斯抽放泵站的建筑根据煤矿安全规程和矿井瓦斯抽放设计规范的有关规定，建筑泵站应符合下述原则1泵站最好设在回风井工业广场内，站房距井口和主要建筑物以及居民点不得小于50M，并用栅栏或围墙保护；泵房内和泵房周围20M以内严禁明火；2泵站位置应考虑到便于利用和敷设管路；3泵站位置应选在运输、供水和供电方便的地点；4泵站应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可行地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等。三、瓦斯抽放泵站的确定根据山西和顺正邦良顺煤业有限公司煤矿的实际情况，确定地面瓦斯抽放泵站在回风立井的山坡上，距井口及井上主要建筑物距离均大于50M，供电、供水方便，泵站位置处没有滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区，大于历年最高洪水标高。抽放泵站是有爆炸危险性的甲类厂房，设计考虑门窗作为泄压面积与厂房体积的比值为0075，在005022之间。值班室和配电室毗邻泵站外墙设置，值班室与配电室有门连通，值班室有直通室外的安全出口。由配电室和值班室通过防护墙进入泵房的管线，在墙上的孔洞，一律用不燃烧性发泡材料封严，以使两面充分隔离。抽放泵站的建筑物及构筑物选用不燃性材料建设。瓦斯泵房由于承受的振动负荷，建筑结构采用钢筋混凝土框结构考虑到水环式真空泵的排水口携带有瓦斯气体，所以设计将排水池设在室外，通过连通管与室内供水井连通。水井结构采用砖混结构并适当配筋。瓦斯抽放泵和供水泵的安装要预筑基础，用混凝土捣制；放空管采用混凝土基础支撑，或采用拉线固定。抽放站周围及场地内要进行绿化，栽种草树，对环境进行保护。第三节供电及配电根据山西省电力公司和顺供电支公司与山西良顺煤业有限公司签定的供电协议，一路35KV电源引自三奇110KV变电站的35KV母线；另一路35KV电源引自和顺110KV变电站的35KV母线。在矿井工业广场新建一座35KV变电所。10KV采用单母线接线方式，变电所的电气设备均为室内布置。因瓦斯抽放泵站为一级负荷，需双电源供电，引自井口变电站不同母线段分别引两回10KV电源，高压线路采用电缆敷设引入瓦斯泵站配电室。抽放站配电室内设担负循环冷却水泵、抽放站内照明设备及监测设备的供配电任务。配电室选用KBSGZ100/10/066/04干式变压器2台、PBG200/10矿用隔爆型高压真空配电装置3台、PBG50/10矿用隔爆型高压真空配电装置2台、QJGZ50/10矿用隔爆型高压真空启动器4台、KBZ200/660V矿用隔爆型低压真空馈电开关3台、QBZ120/660V矿用隔爆型低压真空启动器2台、QBZ80/660V矿用隔爆型低压真空启动器4台、ZBZ4/660V/127V矿用隔爆型照明综合装置一套。高压真空配电装置分别引出MYJV10KV395、MYJV10KV335、MYJV10KV325电缆对变压器、水环真空泵配电。变压器馈出MY370125电缆；又MY316110电缆对水泵、照明综保配电。照明采用KBB60型隔爆照明灯。在值班室内设一供水传感器，即当供水水泵供水压力不够或无水时，能自动发出声光报警。配电室必须与瓦斯抽放泵房充分隔离，由配电室通过防护墙进入泵房的管线，在墙上的孔洞，一律用不燃烧性发泡材料封严，同时配电室必须有良好的通风，必须设置天窗或安装烟筒。以防止瓦斯积聚，发生事故。瓦斯泵站供电系统见瓦斯泵站供电系统图。第四节采暖通风瓦斯泵站冬季要求采暖，有自然通风的情况下，室内采暖温度为10摄氏度至15摄氏度。采暖热媒为70摄氏度至95摄氏度的热水。根据矿井实际情况，瓦斯泵站供暖采用矿井供暖锅炉直接供暖，供暖管路采用50MM管路，泵房内管路采用25MM管路，采用圆翼型60A暖气片。本方案不采用机械通风，根据国内外瓦斯抽放泵站的经验，瓦斯泵房加开天窗可以解决通风问题。第五节给水排水本方案采用的2台2BEC50型水环式真空泵,2台2BEC60型水环式真空泵，在运行中的耗水量合计为25M3/H。因此，在泵站外设立一个300M3的蓄水池，在泵站内设立一个150M3的蓄水井，安装4台80DL离心泵，给2BEC50型和2BEC60型水环式真空泵供水。使用后的水可直接排入蓄水池。建立水循环系统。工业广场供来的水直接进入蓄水池。给水管道采用镀锌钢管，埋地敷设至抽放站，埋深至管顶一般为05M，需跨越建筑物时，架空敷设，明设管道需采用保温措施，保温方式同供暖管道。水泵电机必须防爆。水的软化天然水中含有某些金属离子，这些金属离子在水中的浓度被称为水的硬度。对于天然水而言，这些金属离子主要是钙CA2、镁MG2离子。这些金属离子在水被加热时，由于水的蒸发浓缩水中的CA2、MG2等阳离子不断地与水中某些阴离子结合成难溶物质而析出，形成一些成份不同、密度不同、坚硬的固体附着物水垢（俗称水锈）。瓦斯泵结水垢后，会在泵体内部、叶轮上形成厚厚的坚硬的固体，严重时使泵不能正常运行。为保证瓦斯泵正常运行，防止瓦斯泵结水垢和水对瓦斯泵的腐蚀,瓦斯泵站水循环系统应该建立水质软化系统，其工作原理是当水通过软水器时，水中的钙、镁离子被树脂中的钠离子置换出来，使水的硬度降低，从而达到使用标准。本设计水环式真空泵选用NLFH06/250型软化水设备。泵站内还要备用必要的消防用软管和SXL00消火栓。第六节监测煤矿安全规程规定；抽放泵站输入管路中必须设置瓦斯传感器，利用瓦斯时，输出管路中必须设置瓦斯传感器。本设计采用如下监测系统1、人工监测、瓦斯泵站监测流量、压力浓度可以通过4根4分铁管直接进入泵站值班室，泵站值班室设有三个“U”型水柱计，由于负压大，必须装入水银分别显示负压，节流和正压，浓度可由在正压管上接出的一个小三通，直接测出。、井下采用人工监测，在各分管、支管、主管上都必须安装孔板流量计、观测嘴，用来观测瓦斯浓度、压力、流量。2、瓦斯抽放监测系统根据煤矿安全规程和煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范AQ10292007泵房必须有直通矿调度室的电话，选用本质安全型电话和检测管道瓦斯浓度、流量、压力等参数的仪表或自动监测系统；煤矿安全监测系统传感器的数据及状态必须传输到地面主机，煤矿必须按矿用产品安全标志证书规定的型号选择监测系统的传感器、断电控制等关联设备，严禁对不同系统间的设备进行置换的规定要求。本设计选用和矿井监测系统相配套的KJ90NB型瓦斯抽放监测系统。该系统适用于瓦斯抽放流量、浓度、负压、温度和压差等的连续监测。具有监测参数就地显示和信号传输功能，既可独立运行，又可与本矿监测系统联网使用。在瓦斯抽放系统的负压侧和利用侧（正压侧）安装瓦斯浓度、流量、压力等传感器与矿监测系统联网，所有监测数据均通过传输电缆传到总调度中心集中监控模拟盘（主机），可以通过主机对测控站进行远距离监测。3主要监控功能实时监测管道参数监测对井上下抽放管道内气体的流量、温度、压力、甲烷浓度、CO传感器等进行连续监测。自动计算管道标况瓦斯混合量及累计量、标况瓦斯纯量及累计量，并能自动记录、查询、打印各类数据和报表。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。环境参数监测对瓦斯泵房、管道走廊的环境瓦斯浓度、环境温度等进行连续监测。采用甲烷浓度传感器、温度传感器等监测泵房、管道走廊环境参数。当监测点甲烷浓度、温度超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。工况参数监测对真空泵的轴温、电机轴温、开停状态、防爆安全装置压差等进行连续监测。采用温度传感器、开停传感器、压力传感器等监测抽采泵的工作参数。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。供水参数监测对真空泵供水状态、热水池水位、水温、冷却水池水位、水温等进行连续监测。采用供水传感器、压力传感器、液位传感器、温度传感器等监测真空泵的供水状态。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。供电参数监测对真空泵的供电电压、电流、功率、功率因数等进行连续监测。当监测点数据超过设定报警值时，及时发出声光警报信号。控制瓦斯抽放泵站控制方式采用就地控制和集中控制两种，同时实现上位机操作控制。具体有以下控制内容对真空泵、循环水泵分别实现就地和集中开停控制；对冷却塔电机实现集中开停控制。当环境瓦斯浓度超限时，自动停止真空泵。当环境温度超过设定报警值时自动停止。真空泵与供水传感器实现闭锁，断水时立即自动停泵，供水正常后方能重新启动真空泵。真空泵轴温、电机轴温与轴温传感器实现闭锁，轴温超过设定报警值时自动报警断电。4抽放监控点设计井下监测点及数量井下有1个预抽面，有1个监测点；高抽巷有1个监测点；采空区2个监测点，共有4个监测点。每个监测点布置井下监测设备由前述可知井下共有抽放监测点4个，需要4组抽放监测。每组传感器监测5个抽放参数，即甲烷传感器、CO传感器、流量传感器、温度传感器、负压传感器。根据井下监测点数量和分布，4台监控分站。地面监测点数量及要求对管道走廊内2趟进气抽采管路，2趟出气管路气体参数进行监测。对泵房4台真空泵进行轴温、供水状态监测。对4台真空泵电机进行轴温、开停监测。对4台循环水泵进行开停监测。对热水池、冷水池进行水位、水温监测。对瓦斯泵房、管道走廊的环境瓦斯浓度、温度进行监测。对真空泵供电参数电流、电压、功率、功率因数等进行监测。地面控制点数量及要求对泵房4台真空泵进行就地和集中开停控制，同时实行水电闭锁控制。对4台循环水泵进行就地和集中开停控制。对1台冷却塔电机进行集中开停控制。对环境瓦斯浓度监测进行监测。地面监控设备环境甲烷浓度传感器4个泵房房顶共3个、水泵房1个。管道甲烷浓度传感器4个进气管道2个、出气管道2个。温度传感器5个冷水池各1个、管道4个。流量传感器4个进气管道2个、出气管道2个。轴温传感器12个4台抽放泵8个轴前后端各1个、4台电机各1个；开停传感器8个4台抽放泵电机4个、4台循环水泵电机4个。供水传感器4个4台抽采泵4个。液位传感器2个冷水池1个、热水池1个。CO传感器4个进气管道2个、出气管道2个。根据监测点数量和分布，监控分站8个。可编程控制柜1台，上位机2台。传感器技术参数见（表661）监控传感器布置见附图。表661井上、下传感器技术参数表序号设备名称监测指标精度测试范围数量（个）1甲烷传感器管道瓦斯浓度51009982甲烷传感器泵房环境瓦斯浓度10543气体流量传感器管道气体流量30300M3/MIN84正压传感器正压端管道内压力1085MPA25负压传感器负压端管道内压力1001MPA66液位传感器水池液位05FS05M27温度传感器供水、管道、轴温10100218CO传感器管道气体0PPM500PPM89火焰传感器放空管810压力传感器411供水传感器412开停传感器8第七节防雷接地一、防雷根据GB500572010建筑物防雷设计规范规定，瓦斯抽放泵房是具有爆炸危险环境的建筑物，属第一类防雷建筑物，必须在瓦斯抽放泵房安装独立避雷针，确保瓦斯抽放泵房及其所有设备、管线不受雷电破坏和侵扰。瓦斯泵房防雷采用在离放空管3M以外处设避雷针，在泵房屋顶平面设不超过55M或64M的避雷网格，并采取防止感应雷及雷电波侵入的措施。措施如下1建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架等较大金属物和突出屋面的爬梯、风管等金属物、均可靠连接到泵房防雷接地装置上。2平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，采用金属线跨接，跨接点的间距不大于30M；交叉净距小于100MM时，其交叉处亦跨接。长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处用金属线跨接，接地线与接地干线可靠连接。3高、低压线路采用电缆直接埋地敷设，在入户端将电缆的金属外皮、钢管接到泵房防直击雷的接地装置上。4架空、埋地或地沟内的金属管道，在进出建筑物处，与泵房防直击雷的接地装置相连。距离建筑物100M内的管道，每隔25M左右接地一次。接地引下线沿管道支架引入地下，且就近与接地干线可靠连接，冲击接地电阻不大于30。二、接地瓦斯泵房内配电系统工作接地与所有设备金属外壳的保护接地共用一组接地装置，并与计算机控制系统、泵房防雷接地系统共用接地装置，接地电阻不大于1。避雷线设独立接地装置，该装置与被保护的放空管、及与其有联系的金属管道、电缆等间距不小于3M，每一接地点的冲击接地电阻不大于5。三、专项设计根据GB500572010建筑物防雷设计规范规定及其它相关规定，由具有资质的单位，作专项防雷、接地设计，瓦斯泵房安装防雷装置后，必须申请所在地气象主管部门，进行检测验收，验收合格后方可投入使用。第七章抽放参数的测定与检查第一节井下参数测定井下抽放管网监测监控参数有抽放负压、瓦斯浓度、瓦斯流量。测定地点有主管、支管、分管、抽放钻孔采空区抽放等。井下管路监测采用人工方法，监测设备包括标准孔板流量计，AQC型瓦斯浓度检定器；U型压力计，管路系统的控制主要靠阀门。一、压力测定测定压力的仪表很多，但抽放管