煤矿抽采瓦斯设计PPT课件

1、1本节要求：本节要求：通过设计范例，掌握瓦斯抽采设计步骤。通过设计范例，掌握瓦斯抽采设计步骤。第1页/共61页2一、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，麦地掌煤矿位于山西省清徐县马峪乡陈家湾、麦地掌村，南距清徐县城约南距清徐县城约10km，属清徐详查勘探区和邢家社普查区的，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。交市邢家社乡管辖。 矿井设计生产能力为矿井设计生产能力为120万万t/a，

2、开采深度，开采深度+1000m至至+650m标高，井田面积标高，井田面积16.2391km2。 第2页/共61页3麦地掌煤矿交通位置图麦地掌煤矿第3页/共61页46.5 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井田主要含煤地层为山西组及太原组，含煤西组及太原组，含煤13层，层，依次为依次为02、03、1、2、3、4、6、7、8上上、8、9、10、11号，其中号，其中2、6、8、9号煤层号煤层全井田或基本全井田稳定全井田或基本全井田稳定可采，可采，02号煤层属局部可采号煤层属局部可采的不稳定煤层，其余煤层的不稳定煤层，其余煤层均不可采。均不可采。第4页

3、/共61页56.5 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、回风三条矿井采用斜井开拓，工业场地内布置主、副、回风三条斜井。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。及主、回风斜井延深的方式进行联系。 矿井初期开采上煤组，一水平设在矿井初期开采上煤组，一水平设在2号煤层底板中，水平号煤层底板中，水平标高标高+910m。02号及号及2号煤层盘区内采用联合布置。后期开采号煤层盘区内采用联合布置。后期开采下煤组时，二水平设在下煤组时，二水平

4、设在8号煤层底板中，水平标高号煤层底板中，水平标高+850m。6号煤层盘区单独布置，号煤层盘区单独布置，8号和号和9号煤层盘区内联合布置。号煤层盘区内联合布置。 第5页/共61页66.5 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 本井田主要可采煤本井田主要可采煤层自上而下分别为层自上而下分别为02号、号、2号、号、6号、号、8号及号及9号煤号煤层。层。 全矿井划分为全矿井划分为9个个盘区，盘区，02及及2号煤组号煤组3个个盘区，盘区，6号煤组号煤组3个盘区，个盘区，8号及号及9号煤组号煤组3个盘区。个盘区。 第6页/共61页76.5 矿井瓦斯抽采设计范例 -麦地掌煤矿地面

5、瓦斯抽采系统工程初步设计 首采煤层为首采煤层为2号煤层，采用长壁采煤法，综合机械化回采号煤层，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。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，工作面长度为行顺序开采，工作面长度为200m。采煤工作面与掘进工作面。采煤工作面与掘进工作面之比为之比为1：2。 矿井通风系统为中央并列式，通风方法为抽出式。工作矿井通风系统为中央并列式，通风方法为抽出式。工

6、作面采用面采用U型通风方式。型通风方式。第7页/共61页86.5 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第8页/共61页9二、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（矿井瓦斯储量（Mm3）；）；W1可采层的瓦斯储量（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（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

7、采煤层矿井可采煤层i的资源量（的资源量（Mt）；）；X1i矿井可采煤层矿井可采煤层i的瓦斯含量（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的瓦斯含的瓦斯含量（量（m3/t）；）；K围岩瓦斯储量系数，可取围岩瓦斯储量系数，可取0.050.20；当围岩瓦斯很小时，；当围岩瓦斯很小时，可取可取W3=0；若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。；若含瓦斯量较多时，可按经验取值或实测确定。 第9页/共61

8、页106.5 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第10页/共61页116.5 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第11页/共61页126.5 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第12页/共61页136.5 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第13页/共61页146.5 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第14页/共61页156.5 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第15页/共61页166.5

9、 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第16页/共61页176.5 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第17页/共61页186.5 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 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89.64 m3/min，属于高瓦斯矿井。 第18页/共61页196.5 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第19页/共61页206.5 矿井瓦斯抽采设计范例 -麦地掌煤矿

10、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。较好的抽采效果，应针对各涌出源进行综合抽采。（一）抽采方法确定第20页/共61页216.5 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超前支护单体支柱抽放支管胶管0.81.0m卸压带抽瓦斯管路

11、回风顺槽运输顺槽工作面平行钻孔布置图（1）回采工作面瓦斯预抽第21页/共61页226.5 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）预抽时间的确定 2号煤层百米钻孔初始瓦斯涌出量为号煤层百米钻孔初始瓦斯涌出量为0.0529m3/min100m，钻孔瓦，钻孔瓦斯流量衰减系数取斯流量衰减系数取0.0171d-1。百米钻孔在不同时间。百米钻孔在不同时间t内可抽采的瓦斯总内可抽采的瓦斯总量（量（Qt）和钻孔抽采有效系数（）和钻孔抽采有效系数（K）按下式计算：）按下式计算： Qt=1440 q0(1-e-at) / K=Qt/Qj=(1-e-at) Qt百米钻孔在

12、百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，时间内可抽瓦斯总量，m3； t抽采时间，抽采时间，d； K钻孔抽采有效系数，；钻孔抽采有效系数，； QJ钻孔极限瓦斯涌出量，钻孔极限瓦斯涌出量，QJ=1440q0/，m3。第22页/共61页236.5 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）钻孔间距的确定 预抽时间为预抽时间为9个月时，抽采有效系数为个月时，抽采有效系数为99.0%，因此，矿井实际钻，因此，矿井实际钻孔预抽煤层瓦斯时间定为孔预抽煤层瓦斯时间定为9个月。下面对钻孔预抽时间为个月。下面对钻孔预抽时间为9个月时，抽个月时，抽采影响范围进行计算：采影响范围进行计

13、算： 100Qt/（LMDYX） 钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，；钻孔抽采影响范围内的瓦斯抽采率，； L钻孔长度，钻孔长度，m； M煤层平均厚度，煤层平均厚度，m； D钻孔抽采影响范围（直径），钻孔抽采影响范围（直径），m； Y煤的视密度，煤的视密度，t/m3； X煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量，m3/t。第23页/共61页246.5 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设计回采工作面预抽时间为9个月，个月，02煤层钻孔间距煤层钻孔间距10m，2号煤层号煤层钻孔间距钻孔间距4m。02号煤层钻孔总数为号煤层钻孔总数为200个，个，2号煤层钻孔总数

14、为号煤层钻孔总数为500个。个。 第24页/共61页256.5 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第25页/共61页266.5 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）单孔瓦斯抽采量确定 02号、号、2号煤层单孔瓦斯抽采量：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第26页/共61页276.5 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10005000-900010005000-9

15、000橡 胶 垫 圈铁 档 板木 塞铁 线毛 巾 布抽 放 管水 泥 沙 浆聚 氨 脂 密 封 段钻 孔10花 孔第27页/共61页286.5 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钻 场钻 孔掘 进 巷 道抽 采 管 路第28页/共61页296.5 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抽 放 管 路软 管钻 孔封 孔 材 料封 孔 管阀 门第29页/共61页306.5 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：钻孔及钻场布置： 1、抽采方法：采用顶板高、抽采方法

16、：采用顶板高位钻孔抽采邻近层瓦斯。位钻孔抽采邻近层瓦斯。 2、钻场施工：在工作面回、钻场施工：在工作面回风巷，沿回风巷走向每隔风巷，沿回风巷走向每隔50m处处开掘一条垂直回风巷的上山，上开掘一条垂直回风巷的上山，上山宽山宽3m，高，高2m，坡度约为，坡度约为30度，度，掘掘10m后反平，再沿煤层顶板掘后反平，再沿煤层顶板掘3m平巷作为钻场。平巷作为钻场。 3、钻孔布置：每个钻场内、钻孔布置：每个钻场内布置布置8个钻孔，呈扇形布置。个钻孔，呈扇形布置。 第30页/共61页316.5 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第31页/共61页326.5 矿井瓦斯抽采设计范例

17、-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计（4）采空区瓦斯抽采第32页/共61页336.5 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抽采管控制阀回风巷工作面采空区袋子墙筛孔管支撑垛抽采管路袋子墙AAA-A 剖面第33页/共61页346.5 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）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%，

18、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）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）抽采量预计第34页/共61页356.5 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）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）采空区抽

19、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）矿井瓦斯抽采量预计 Q=14+2.8+4.8+3.28+7.51+13.03=45.42m3/min 第35页/共61页366.5 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

20、采系统采管网敷设路线图回风大巷预抽面顺槽预抽回风立井地面管路抽采泵站放空或利用掘进面顺槽边掘边抽回采面顺槽边采边抽（一）瓦斯管路敷设路线 第36页/共61页376.5 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回风大巷回风立井地面管路抽采泵站放空或利用老采空区抽采顶板抽采钻孔埋管抽采第37页/共61页386.5 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

21、路称为正压段管路。其中地面、回风立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。槽、老采空区的管路称为支管。 抽采管径一般采用下式计算：抽采管径一般采用下式计算： d=0.1457(Q/V)0.5 d-管路，管路，m； Q-管路内混合瓦斯流量，管路内混合瓦斯流量，m3/min，管路的流量应按要求有，管路的流量应按要求有1.21.8的富余系数；的富余系数； V-经济流速，经济流速，m/s，可取，可取512 m/s。第38页/

22、共61页396.5 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第39页/共61页406.5 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类 别抽采纯量（m3/min）瓦斯浓度（）备用系数混合流量（m3/min）平均流速（m/s）计算管径（mm）选择管径（mm）壁厚（mm）材质主管21.60 241.3117 8557 6309焊缝钢管(1.0MPa)干管21.60 261.3108 8535 6309焊缝钢管(1.0MPa)支管（预抽面）10.00 30-33 8296 3255焊缝钢管(1.0MPa)支管（掘进面）1.20 30-4 5130 2194焊

23、缝钢管(1.0MPa)高负压系统瓦斯抽采管径选择结果表第40页/共61页416.5 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类 别抽采纯量（m3/min）瓦斯浓度（）备用系数混合流量（m3/min）平均流速（m/s）计算管径（mm）选择管径（mm）壁厚（mm）材质主管23.82 201.3155 9605 6309焊缝钢管(1.0MPa)干管23.82 221.3141 8612 6309焊缝钢管(1.0MPa)支管(埋管)4.08 10-41 8330 3776焊缝钢管(1.0MPa)支管(上邻近层）3.28 25-13 8186 2194焊缝钢管(1.0MPa)支管（

24、老采空区）13.03 25-52 9350 3776焊缝钢管(1.0MPa)低负压系统瓦斯抽采管径选择结果表第41页/共61页426.5 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第42页/共61页436.5 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第43页/共61页446.5 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第44页/共61页456.5 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第45页/共61页466.5 矿井瓦斯抽采设计范例

25、-麦地掌煤矿地面瓦斯抽采系统工程初步设计（1）摩擦阻力5281. 9kDQLHm（2）管路局部阻力可按管路摩擦阻力的1020%计算，取15%。第46页/共61页476.5 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、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低负压抽采系统主管路长均为1120m，干管路长均为，干管路长均为1880m左右，支管路长均为左右，支管路长均为2160m左右。左右。第47页/共61页486.5 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第48页/共61页49

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第49页/共61页506.5 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 /Pd I-抽采泵真空度，抽采泵真空度，%； H-抽采系统压力，抽采系统压力，Pa； Pd-抽采泵站的大气压力，抽采泵站的大气压力，Pa。（三）瓦斯抽采泵真空度计算第50页/共61页516.5 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第51页/共61页526.5 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第52页/共61页536.5 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第53页/共61页546.5 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 高负压系统所需高负压系统所需Q泵高泵高=203m3/min，泵的绝对压力为，泵的绝对压力为49kPa；低负压系统所需；低负压系统所需Q泵