高县蕉村镇永丰煤厂瓦斯抽采设计说明书及论大学生写作能力

高县蕉村镇永丰煤厂瓦斯抽采设计说明书.11m3/min，根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2021）第4.4条的规定，矿井绝对绝对瓦斯涌出量小于20m3/min的矿井，矿井瓦斯抽采率必须大于或等于25％。本设计矿井瓦斯预抽率取30%。4.2矿井抽采瓦斯规模根据矿井瓦斯涌出现状、矿井可抽瓦斯量、矿井服务年限、抽采瓦斯目的及抽采瓦斯不均衡系数等综合因素来确定矿井瓦斯抽采规模。高县蕉村镇永丰煤厂在划定的矿区范围内，扩大区划并增采2号煤层后保有资源储量7714kt。按煤层瓦斯含量为18m3/t，计算得矿井总的瓦斯储量为13130.61万m3。按矿井服务年限29年、瓦斯抽采率30％和瓦斯抽采不均衡系数0.9计算，则矿井年可抽瓦斯量为144857.7×0.3/28/0.9=156.32(万m3)。则矿井瓦斯抽采规模为1563200÷330÷24÷60＝3.29m3高县蕉村镇永丰煤厂的生产能力15万t/年和煤层瓦斯含量18m3/t，矿井瓦斯抽采应使煤层瓦斯含量达到8m3/t以下，则矿井年可抽瓦斯量为15×（18－8）×1.2=180(万m3)。则矿井瓦斯抽采规模为1800000÷330÷24÷60＝3.79(m3/min)。根据该矿的煤层地质条件现状和矿井瓦斯涌出现状、瓦斯抽采目的及矿井的生产能力等因素，为确保抽采系统能在矿井服务年限内稳定的发挥作用，并保证抽采能力有一定的富余量，确定本矿井瓦斯抽采规模为8m3/min。第五章抽采方法与工艺设计5.1瓦斯来源分析高县蕉村镇永丰煤厂矿井为按突出矿井管理的在建调整规模续建的高瓦斯矿井。根据2021年度瓦斯等级鉴定结果，矿井鉴定月无回采区，掘进区平均瓦斯涌出量占14％，已采区平均瓦斯涌出量占86％。瓦斯主要来源于已采区，其次是采掘工作面本身。5.2抽采基本参数确定1、抽采钻孔孔径：参照筠连矿区其它矿井的瓦斯抽采经验，确定该矿瓦斯抽采钻孔孔径为Φ65mm。2、抽采半径：根据矿井煤层瓦斯赋存的特点及其它矿井瓦斯抽采成功经验，初步确定采掘工作面预抽煤体瓦斯钻孔抽采半径为1.5～3m。在矿井实施抽采过程中，应根据煤层瓦斯地质变化情况、抽采时间等因素，合理调节钻孔抽采半径，达到有效治灾的目的，并总结出适合本矿的瓦斯抽采半径。3、抽采负压按其它矿井瓦斯抽采经验，掘进钻孔抽采负压为15～20kPa，采空区抽采管口负压为5～10kPa左右，采面预抽钻孔负压为13～18kPa左右。4、抽采浓度的确定根据《煤矿安全规程》的规定和矿井的具体情况以及所选用的抽采瓦斯方法，设计矿井的瓦斯抽采浓度为30%。5.3瓦斯抽采方法选择永丰煤厂为按煤与瓦斯突出矿井设计和管理的高瓦斯矿井,矿井开采2、3、81+2、83煤层，其中8＃煤层在筠连矿区为突出煤层。按照《煤与瓦斯突出规定》，在突出煤层进行采掘前，必须对突出煤层较大范围采取区域防突措施。区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。永丰煤厂2＃煤层下距3＃煤层3.8m，81＃煤层顶与3＃煤层底平均间距18.75m。在矿井扩建工程初步设计中，先开采2＃、3＃煤层作为8＃煤层的解放层，再开采8＃煤层，并距在83煤层底板20m～25m的岩层中布置瓦斯抽采巷。根据永丰煤厂的煤层赋存情况、矿井扩建工程初步设计的开拓布置规划以及生产能力，确定矿井瓦斯抽采方法时，遵循：1、开采2＃、3＃煤层时主要采用本煤层预抽煤层瓦斯来降低煤层瓦斯含量和降低回风瓦斯浓度；2、揭露8＃煤层前，在83煤层的底板抽采巷中施工穿层钻孔网格密集预抽8＃煤层大面积瓦斯；3、石门揭煤时采用穿层钻孔网格预抽被揭煤层瓦斯；4、揭露8＃煤层并进入煤层后应首先进行工作面突出危险性预测，经预测后仍为突出危险工作面时还必须辅以本煤层顺层钻孔预抽，严格执行“四位一体”防突措施，对抽采效果进行检验，只有经检验各项防突指标达到要求后才能留足安全屏障进行掘进和回采，否则必须继续实施抽采防突措施；5、采煤面回采时若存在上隅角瓦斯超限的情况时还必须在回风巷施工顶板裂隙钻孔抽放采空区裂隙瓦斯。根据矿井扩建工程初步设计的开拓布置，矿井首采工作面布置在一采区3区段(区段标高+400～+441m)，投产时开采2#煤层，工作面编号为1132。2#煤层平均厚度为0.71m，工作面采高为0.9m左右，工作面走向长306m，倾斜宽80m，煤层平均倾角为23°，采用全部垮落法处理采空区。由于矿井瓦斯抽采系统必须先于矿井揭露8＃煤前先期建成运行，因此矿井瓦斯抽采系统建设初期的瓦斯抽采方法确定为：在1132采煤工作面的煤层掘进碛头施工顺煤层走向钻孔预抽碛头瓦斯；在1132采煤工作面煤层运输巷施工顺煤层倾向钻孔预抽采煤工作面煤体瓦斯；回采时若出现上隅角瓦斯超限或回风瓦斯超限，在采煤工作面回风巷中布置顶板裂隙钻孔抽放采空区瓦斯。矿井应根据采掘布置方式及采掘接替的安排，对采、掘施工的每一个区域和工作面都必须进行专门的抽采设计。本设计中的各种抽采方法可供矿井技术人员在日后的抽采工作中参考，具体的钻孔参数为本次抽采工程的施工方案。技术人员可根据矿井的实际生产情况和瓦斯状况，对抽采钻孔布置方式及相应参数进行适当调整和修正。但施工时必须做到一工程一设计，以提高瓦斯抽采效果，确保矿井安全生产。5.4底板穿层钻孔抽采方法为了有效消除采掘工作面生产过程中煤与瓦斯突出及瓦斯超限，必须在揭露突出煤层和进行采掘前，在突出煤层的底板岩石抽采巷道中向采掘煤体区域施工穿层钻孔网格预抽大面积煤体瓦斯。1、底板岩石巷钻孔布置原则（如图5—1）1)底板道距离煤层法向距离10～30m，但最小不得小于10m。2)有充足的时间施工抽采瓦斯的底板岩石抽采巷。3)工作面底板岩石巷内抽采钻孔的参数应根据各个工作面的范围大小、抽采时间长短、抽采半径、底板瓦斯抽采巷的布置位置等具体情况确定。4)底板岩石巷内钻场之间的距离在10～15m左右。掘进条带内布置钻孔比非掘进条带要密集些，确保在掘进施工前，能有效的抽采控制掘进条带煤体瓦斯至规范的要求。5)抽采钻孔终孔点必须达到开采突出煤层顶板岩石内不小于0.5m。6)合理布置采煤工作面长度，确保底板抽采钻孔能有效、经济、合理地控制采掘区域瓦斯抽采。7)底板穿层抽采钻孔的抽采半径应根据煤层的透气强弱来确定，根据已抽采矿井的实际经验，可选择抽采半径为3～7.5m。8）非掘进条带区域的钻孔终孔间距按10～15m布置钻孔，掘进条带内钻孔终孔点间距按5～8m布置钻孔。掘进条带有效控制范围：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。图5—1a底板钻孔布置平面示意图图5—1b底板穿层钻孔剖面示意图3、83＃煤层岩石底板抽采巷穿层抽采钻孔布置永丰煤厂投产时先开采2＃、3＃煤层，然后再开采8＃煤层。2＃煤层下距3＃煤层3.8m，81＃煤层顶与3＃煤层底平均间距18.75m。因此开采8＃煤层前，必须利用83煤层岩石底板抽采巷按照上述原则布置穿层钻孔对采面煤体瓦斯进行预抽，降低至规定要求后才可揭露8＃煤层布置采掘工作面进行相应的作业。5.5石门揭煤预抽方法1、钻孔布置原则石门揭煤前必须预抽被揭煤层瓦斯。预抽煤体瓦斯钻孔按以下原则设计（图5—2）。1、钻孔的最小控制范围是：石门揭煤处巷道轮廓线外12m以上的煤体（急倾斜煤层底部或下帮6m）及工作面前方15m以上，且必须打穿煤层并进入顶（底）板岩石0.5m以上。同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线（包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线）的最小距离不小于5m2、钻孔孔径要求Φ65～Φ90mm，钻孔终孔间距以钻孔有效影响半径为依据，一般可为2～3m。3、施工抽采钻孔时，净岩柱(石门巷道最凸出边缘距最近煤层的法向距离)尺寸必须保证在5m上,遇岩柱岩性破碎或遇断层等构造时其净岩柱尺寸应增大，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保持煤孔最小超前距15m。4、施工抽采孔前必须进行针对性的施工设计，设计应包括钻孔布置平面图、剖面图、开孔位置图、钻孔设计参数表、施工要求等。竣工后应验收并认真绘制钻孔竣工图，如果与设计参数有较大误差时，应进行补孔。图5—2a顶板石门抽采钻孔布置示意图图5—2b底板石门抽采钻孔布置示意图矿井今后石门揭露煤层时，必须按以上原则和石门的实际方位及与石门距离煤层的准确的法向距离等参数，进行针对性的预抽钻孔施工设计，包括钻孔布置平面图、剖面图、开孔位置图、钻孔设计参数表、施工要求等。5.6掘进工作面顺层钻孔预抽方法1、钻孔布置原则本矿井掘进2＃、3＃煤层时、经过保护层开采和底板穿层钻孔预抽作为区域防突措施后的掘进8＃煤层时，均可选择在掘进碛头直接施工顺层钻孔预抽碛头煤体瓦斯时，用以防止采煤工作面煤与瓦斯突出和防止瓦斯超限。钻孔终孔控制范围：煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m，终孔间距3～6米。当煤厚在2m以下时布置单排钻孔、当煤厚在2m以上时布置双排钻孔。在抽采工作开展后可进行实际测量，并计算调整相关参数，以保证瓦斯抽采治灾效果。2、1132采煤工作面运巷和风巷掘进碛头顺煤层倾向钻孔布置根据矿井扩建工程初步设计的开拓布置，矿井首采工作面布置在一采区3区段(区段标高+400～+441m)，投产时开采2#煤层，工作面编号为1132。因此矿井在布置1132采煤工作面运输巷和回风巷时，应在掘进碛头布置顺煤层钻孔预抽掘进条带瓦斯。2#煤层平均厚度为0.71m，煤层平均倾角为23°。因此设计在1132采煤工作面运输巷和回风巷掘进碛头布置顺煤层超前钻孔预抽碛头煤体瓦斯，设计长度为65m，钻孔方位沿巷道掘进方向布置，控制巷道上帮轮廓线以外20m，巷道下帮轮廓线以外10m，终孔间距3米,布置9个单排钻孔，钻孔布置见图5-3，钻孔工程量439米（表5－1）。钻孔编号钻孔方位（度）钻孔倾角（度）钻孔深度（米）备注1＃－28843钻孔方位角度为与掘进方向轴线的夹角，左为－，右为＋。倾角向上为＋，向下为－。2＃－216553＃－154634＃－103615＃－42606＃00.5607＃5－1608＃11－2.5579＃23－627小计486表5－11132采煤工作面运巷和风巷掘进碛头顺煤层倾向钻孔参数表图5－31132采煤工作面运巷和风巷掘进碛头顺煤层倾向钻孔布置图5.7回采工作面瓦斯预抽方法5.7.1钻孔布置原则开采层回采工作面瓦斯预抽主要为倾向顺层钻孔抽采和走向顺层钻孔抽采两种布置方式。走向顺层钻孔方位与煤层走向一致，略有向上倾角，主要布置在煤层联络上山或采面中间上山中，一般情况下单翼布孔，若中间巷较小，钻孔控制范围不足时，也可双翼布孔。倾向顺层钻孔方位迎向工作面，与工作面呈10°夹角，沿煤层倾斜方向布置，倾角与煤层倾角一致。当布置倾向钻孔抽采采面的煤体瓦斯时，采面的倾斜长度不宜超过100m，以确保抽采钻孔的抽采效果和钻孔覆盖率的要求。钻孔间距应按钻孔抽采半径合理确定，一般为3米，当煤厚在2m以下时可布置单排钻孔、当煤厚在2m以上时应布置双排钻孔；钻孔终孔点与采面周圈巷道间距不得小于15米，钻孔应尽量增大见煤长度。5.7.2矿井1132采煤工作面顺煤层走向钻孔布置根据矿井扩建工程初步设计的开拓布置，矿井首采工作面布置在一采区3区段(区段标高+400～+441m)，投产时开采2#煤层，工作面编号为1132。2#煤层平均厚度为0.71m，工作面采高为0.9m左右，工作面走向长306m，倾斜宽80m，煤层平均倾角为23°，采用DZ10-25/80型单体液压支柱配以DJB-1200型金属绞接顶梁支护顶板，最大控顶距为4.8m，最小控顶距3.6m，采用全部垮落法处理采空区。根据1132采煤工作面的煤层赋存情况，设计在该采煤工作面运输巷中布置顺煤层倾向钻孔预抽采煤工作面的煤体瓦斯。钻孔具体布置为在采煤工作面运输巷中沿煤层倾向布置单排钻孔，钻孔方位方位迎向工作面，与工作面呈10°夹角，钻孔倾角同煤层倾角，钻孔间距3米，单个钻孔长度60～80m。设计钻孔个数为100个，实际施工时可根据现场情况对钻孔参数进行适当调整。钻孔参数详见表5－2及高县蕉村镇永丰煤厂地面固定瓦斯抽采钻孔及管道图。钻孔地点钻孔编号钻孔长度（米）钻孔方位角（度）钻孔倾角（度）备注1132采面运输巷1＃～120＃60～801360.5根据现场进行调整合计8000表5－21132采煤工作面顺煤层钻孔参数表5.8采空区高位顶板裂隙钻孔抽采方法在矿井采煤时，除本煤层有大量瓦斯涌出外，邻近层、围岩、煤柱和工作面的丢煤都会向采空区涌出大量瓦斯。采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面涌出，而且在工作面采完密闭后也仍有瓦斯涌出。与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽采的特点是抽采量较大，但抽采浓度相对较低，其抽采量的大小取决于采空区瓦斯涌出量的大小和煤层自然发火的危险程度。煤层开采后，煤层顶、底板围岩的变化情况如图5－4所示，在采用全部垮落法管理顶板的情况下，在采空区顶板岩层内将由下至上形成受采动影响的三个地带：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带；在其底板则形成卸压带。卸压层冒落层开采层图5－4采空区围岩变化情况当回采工作面回风隅角瓦斯超过2%或回风中出现瓦斯超限时，采用加大风量等其它方法无法解决时，可采用高位顶板裂隙钻孔抽放采空区瓦斯。由于永丰煤厂采用全部垮落法管理顶板，煤层总厚度0.23～1.56m，煤层平均倾角23°。因此工作面采空区高位顶板裂隙钻孔开孔位置布置在回风巷下帮上部，方位向后指向采空区上隅角，终孔位置经试验并调整后伸入裂隙带瓦斯区。实际施工时可在采煤工作面回风巷每退后工作面40m左右处向采煤工作面上隅角施工一组2～3个顶板裂隙钻孔，控制上隅角采空区侧不小于10m的顶板上部裂隙带，其钻孔倾角根据顶板上部裂隙带高度确定。永丰煤厂81＋2煤层有自燃发火倾向，2、3、83号煤层不易自燃。开采有自然发火危险煤层时，在采空区瓦斯抽采过程中，应经常检测CO和温度等参数，当发现有自然发火征兆时，应控制抽采或暂停抽采。根据《矿井瓦斯抽采管理规范》第22条规定：“在有自然发火危险煤层的采空区抽采瓦斯时，必须经常检测CO浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发火征兆时，要采取措施”。为此，采空区瓦斯抽采应注意以下方面。=1\*GB2⑴采空区瓦斯抽采管路上必须安设调压阀，以便合理调整抽采负压和抽采流量。=2\*GB2⑵在工作面最小控顶距采空区顶板冒实处到上隅角，砌筑密闭墙或挡风墙，以减少采面向采空区的漏风，墙体可采用砖、料石或用编织袋装煤砌筑的方式，面上抺灰浆增加其密封性。=3\*GB2⑶必须定期对管内气体及回采面上隅角，回风巷的气体取样分析，随时掌握采空区内气体成份、温度的变化，以便合理地调整抽采瓦斯量和抽采负压。=4\*GB2⑷建立必要的防、灭火措施。=5\*GB2⑸矿井可根据自身的实际情况确定采空区瓦斯抽采的采空区温度、一氧化碳浓度临界值以及最大抽采负压值，同时要逐步采用自动监控装置，以保证抽采工作的安全。3、1132工作面采空区瓦斯抽采1132工作面煤层平均厚度为0.71m，采高为0.9m左右，工作面走向长306m，倾斜宽80m，煤层平均倾角为23°，采用DZ10-25/80型单体液压支柱配以DJB-1200型金属绞接顶梁支护顶板，最大控顶距为4.8m，最小控顶距3.6m，采用全部垮落法处理采空区。所以设计在开采过程中当采空区的瓦斯较大威胁采煤工作面的安全时，可采用采空区高位顶板裂隙钻孔进行采空区瓦斯抽放：在采煤工作面回风巷退后工作面40m左右处向采煤工作面上隅角施工2～3个顶板裂隙钻孔，控制上隅角采空区侧不小于10m的顶板上部裂隙带，其钻孔倾角根据顶板上部裂隙带高度确定。具体实施时可参见下表参数。表5－31132采面采空区高位顶板裂隙钻孔参数表钻孔编号钻孔方位角钻孔倾角（度）钻孔深度（m）备注1＃回风巷向上隅角偏＋2度18～2563～66视现场情况调整2＃回风巷向上隅角偏＋4度17～2463～66视现场情况调整3＃回风巷向上隅角偏＋6度16～2363～66视现场情况调整小计1805.9施钻设备选择及钻孔施工5.9.1施钻设备的选择本设计提供两种施钻设备供选择，即国产ZK75型钻机和ZY－650型钻机。ZK75型钻机为采用整体箱式结构，具有体积小、重量轻、移动安装方便、传动效率高等优点。主要用于井下钻探深度为75m的各种角度的瓦斯抽排放孔、煤层放水孔、注浆灭火孔、地质孔等多用途的工程钻孔施工，也可用于地面钻探地质勘探孔及其他用途的各种工程孔。其主要技术参数如表5—4。表5—4ZK75型钻机主要技术参数表型号ZK75型适应煤岩硬度系数：f<8卡盘形式：常闭式液压卡盘钻进深度（m）75钻孔直径（mm）开孔φ90终孔φ65钻杆直径（mm）φ42钻孔倾角0～360°输出转速（r/min）110、182、327输出扭矩（N·m）360、220、110六方轴行程（mm）400六方轴通径（mm）φ45液压卡盘最大工作压力（Mpa）8外形尺寸（mm）1100×650×1150整机质量（kg）500表5—5ZY－150型钻机性能参数表型号ZY－650型适应煤岩硬度系数：f<8卡盘形式：常闭式液压卡盘最大钻进深度（m）150钻孔直径（mm）开孔φ87～φ115终孔φ65～φ75钻杆直径（mm）φ42～φ50钻孔倾角（°）-90～+90额定输出转速（r/min）≥95额定输出扭矩（N.m）≥620推进力（kN）50起拔力（kN）30推进速度（m/min）0～1.5推进行程（mm）850锚固力（kN）2×80ZY－650型钻机，其最长钻孔深度可达150m。该型号钻机目前在西南地区各煤矿使用比较普遍，主要用于煤矿井下施工瓦斯抽采孔、煤层注水孔、地质勘探孔及各种工程钻孔，能满足任何方位和任何倾角位置钻孔。具有操作简单、工作稳定可靠、体积小、适应性好、寿命长、移动方便、钻杆刚度大、强度高等特点。其主要技术参数如表5—5。考虑到该矿井采煤工作面倾向钻孔深度以及今后施工地质钻孔等其它方面的需要，确定该矿选用ZY－650型钻机。5.9.2钻机台数根据该矿的生产能力以及工作面的几何参数，每年需开采采煤工作面2～3个，考虑配备2台ZY－650型钻机，1台施工，1台备用。5.9.3钻孔施工技术安全措施为确保施钻工作安全顺利进行，制定如下技术安全措施：1、一般要求：（1）认真组织贯切学习《煤矿安全规程》相关内容、安全技术措施、施钻工操作规程以及《钻机使用说明书》，人人都必须考试合格后，方可上岗。（2）提高班前会质量，班班要执行手上交接，上不清、下不接，当班隐患当班必须处理，遗留问题必须向下一班交待清楚，跟班人员把好三大关：生产、安全、质量三方面。=3\*GB2⑶施工队注意掌握煤层及顶底板岩性的变化情况，及时反馈信息，地质部门收集各种地质资料，为施工服务。=4\*GB2⑷在巷道的下帮掏水沟，水沟流水要畅通，确保巷道无积水。=5\*GB2⑸施工队必须严格按设计要求的钻孔方位、倾角、开孔位置、孔径施工钻孔，技术部门负责钻孔施工质量验收，每孔必检，对钻孔方位、倾角、长度及见煤、喷孔等参数必须准确收集并作好记录。=6\*GB2⑹在邻近区域放炮需撤人时，施钻人员必须按要求撤离现场，并将钻机电源停掉。2、施钻的管理和规定：⑴钻孔施工前，必须做好施工前的一切准备工作。钻机运输必须严格按运输的有关规定执行。钻机移设工作中须注意如下安全：a、钻机移设前必须切断电源，严禁钻机带电搬运。b、拆、卸、安装钻机大型部件时，身体站立的位置必须能避免失手的伤害。⑵进入现场施工前，必须严格检查现场巷道内的瓦斯情况，只有在瓦斯浓度小于１％以下，方可进行作业，严禁瓦斯超限作业。⑶进入现场施工前，班组长必须对工作地点的安全情况进行一次全面检查，确认无危险后，方准其余人员进入作业地点，每个作业人员必须经常认真检查作业地点的顶板、帮壁、支架等情况.当发现危险时，必须立即采取措施，进行处理，严格敲帮问顶制度。⑷施工前，必须将钻机固定牢固，严禁用钻杆抵钻机，严格按设计参数放线布孔。⑸作业人员必须携带便携式瓦斯检测报警仪(2台)和自救器。施工作业过程中，将(2台)便携式瓦斯检查仪分别悬挂在作业地点的进风侧和回风侧，瓦斯浓度达到１％，必须立即停止作业，当瓦斯浓度达到1.5％时，必须撤出人员，切断电源，向调度室汇报。待查明超限原因进行处理，且施钻地点瓦斯浓度降到１％以下时，才准送电开钻。⑹开钻前，首先检查钻机固定情况，然后开闸门供水，当水从钻孔外返出了后方准开钻，进钻前开空车试车5分钟，严禁不试车就强行钻进。⑺操作人员衣帽、毛巾、灯线必须拴绑好，站立在电机另一侧，不能和给进手把呈一直线，钻进过程中不得翻越钻机，如需翻越则必须停止钻机运转，且与操作台人员联系好后方能翻越。⑻钻进时要掌握压力，均匀给进，根据钻孔内煤岩软硬程度加压，不能随意加长压力把。⑼上下钻具必须用管钳卡紧背牢方能进行工作，操作人员不得与孔口呈直线，也不得挡住操作台人员视线，操作人员精力要集中，行动一致，预防钻具冲出伤人。⑽钻孔内排出的钻屑，当班必须采取有效办法处理，以防止堵塞水沟、轨道。⑾钻进中出现顶钻、喷孔现象时，必须立即停止钻进，关闭供水，让其孔内瓦斯卸压自排，此时观察瓦斯便携仪，当排出的瓦斯使工作地点附近巷道内瓦斯浓度超过1%时，必须立即停止作业，当瓦斯浓度超过1.5%时，必须切断电源，人员撤离现场。当工作地点附近巷道内瓦斯浓度降到1%以下，方可恢复钻进，并要掌握速度慢进。若再次出现顶钻、喷孔，则再次按上述措施执行。钻进中出现卡钻现象，且在卡钻初期没有喷孔现象时，钻杆要旋转起往外退，让出水将钻屑排完后再进，如果卡钻伴随顶钻、喷孔，则首先采取上面的措施后再按卡钻处理方法处理（一般都不得拨出钻杆），并立即向调度室汇报。⑿一个班工作完毕后应关闭电机、并把起动器手把打到零位。⒀钻孔施工完毕后，先用黄泥堵孔，防止瓦斯压出。并且在24小时内必须完成封孔作业。3、特殊措施：⑴在施钻地点安设一台直通矿调度室的。⑵调整通风系统，使采面回风不直接流经打钻地点。开钻以前完成该区域通风系统调整。⑶采面放炮时，撤出施钻人员至安全地点，放炮期间，所有人员均不得进入回风系统。⑷放炮后，待施钻现场瓦斯不超限，整个区域无安全异常，则可保持正常施钻。⑸若施钻现场发生安全异常，则必须立即按安全路线撤离现场。5.10封孔工艺及设备选择抽采钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔、聚胺脂封孔等。当封孔段在煤层中时，封孔长度应大于8m；当封孔段在岩层中时，封孔长度应大于5m。5.10.1水泥注浆泵封孔采用水泥注浆泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，钻孔封孔效果好，但操作较为复杂。一般选用BFZ型矿用注浆封孔泵，其主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔、煤层注水封孔、注浆封孔及其它各种类型钻孔的封孔。该泵自身具有搅拌功能，封孔质量可靠，封孔工艺简单，使用方便，易于维护。其额定压力1.2（2.4）MPa，流量为0.008～0.01m3/min。BFZ型矿用注浆封孔泵主要由矿用隔爆型电磁起动器（1）、防爆电动机（2）、联轴器（3）、变速系统（4）、搅拌器（5）、操作离合器（6）、离合器操作手柄（7）、清洗螺堵（8）机座（9）及送浆泵（10）组成（图5—5所示）。（1）封孔材料及配比封孔材料选用425＃硅酸盐水泥作为主要原材料，石膏为膨胀剂，其作用是避免凝固后收缩钻孔出现裂缝。其配合重量比一般为：水：水泥：石膏=100:60:12。（2）封孔管及连接图5—5BFZ型封孔泵结构图封孔管采用抗静电的瓦斯抽采管。煤层钻孔孔内抽采管长度一般9m，封孔长度为8m，抽采导管及封孔管选用DN25mm的具有煤安标志的“双抗”矿用瓦斯抽采铁管，抽采管在孔内端钻10～20个直径10mm的小孔，并将孔内终端侧封闭。封孔前先将抽采管和封孔注浆管固定在钻孔内，固定方法采用木塞，套管露出孔口100～150mm。套管固定方法详见图5-6。图5-6钻孔封孔剖面示意图（3）工艺过程一般在打钻将要结束时就可开始准备水泥砂浆。水泥砂浆一般应加入适量的膨胀剂，以避免凝固后收缩出现裂缝。当钻孔倾角较小时可适当增大浆液的浓度。封孔泵与所封钻孔的连接如图5—7所示。图5—7封孔泵与钻孔的连接图井下封孔操作方法为：a)检查封孔泵是否完好，封孔所需用的工具，配件等是否带全；b)检查抽采钻孔所需的抽采管是否齐全，长度是否达到要求（DN25mm，每根长度9m）；c)根据井下顺层抽采钻孔的封孔深度，计算所需要的水泥量，封5m的孔一般是用一包水泥；d)如图5—8所示，直接将井下装水泥的袋子缠绕在抽采管上，送入钻孔内封住孔口，其做法如下：——将抽采管的一端与注浆管摆放在一起，其重叠处约30cm左右；——准备编织袋（将水泥倒入封孔泵的搅拌器内后，就可空出）；——将袋子开口端向孔口处，如（4）所示将抽采管与注浆管缠绕；——用麻绳或麻线等，将抽采管、注浆管及编织袋捆紧；——如（6）所示送入孔内；图5—8井下注浆封孔方法示意图5.10.2聚氨脂封孔聚氨脂封孔就是由异氰酸酯和聚醚并添加几种助剂反应。聚氨脂封孔采用卷缠药液与压注药液2种工艺方法。现主要应用的是卷缠药液法，封孔深度一般为5～8m（见图5-9）。聚氨脂封孔操作简单，省时省力，气密性好，抽采效果好，但封孔长度有限，成本略高于水泥浆封孔。图5—9聚氨脂封孔示意图5.10.3封孔工艺及设备的确定综合以上两种封孔方法的特点，由于该矿井钻孔以顺煤层钻孔为主，根据钻孔孔口段煤（岩）性质、裂隙发育程度及孔口负压等情况，结合其它矿井（芙蓉矿区）的封孔经验，钻孔封孔方法确定采用水泥注浆泵封孔，封孔设备为矿用注浆封孔泵，考虑1台使用，1台备用，则该矿应配备2台矿用注浆封孔泵。第六章瓦斯抽采系统确定及设备选择6.1瓦斯抽采设计参数根据矿井可能瓦斯涌出量、矿井可抽瓦斯量、矿井服务年限、抽采瓦斯目的及抽采瓦斯不均衡系数等综合因素确定的矿井瓦斯抽采规模为8m3/min。为了确保矿井技改工程安全顺利地进行，必须及时建立矿井瓦斯抽采系统先抽后掘和先抽后采，防止煤与瓦斯突出事故和瓦斯超限。矿井瓦斯抽采系统建设初期的瓦斯抽采方法：在1132采煤工作面的煤层掘进碛头施工顺煤层走向钻孔预抽碛头瓦斯；在1132采煤工作面煤层运输巷施工顺煤层倾向钻孔预抽采煤工作面煤体瓦斯；回采时若出现上隅角瓦斯超限或回风瓦斯超限，在采煤工作面回风巷中布置顶板裂隙钻孔抽放采空区瓦斯。估计瓦斯抽采系统建设初期可抽采纯瓦斯量之和为4m3/min左右。6.2瓦斯抽采系统的确定矿井瓦斯抽采方式分井下移动瓦斯抽采系统和地面固定集中瓦斯抽采系统两种。井下移动瓦斯抽采系统是将抽采泵布置在井下靠近抽采地点的进风流中，这样可以减少抽采管路的长度，节省管路投资，并随时根据抽采地点的需要改变抽采泵的位置，其前提条件是抽排瓦斯释放到采区回风巷或总回风巷后，在较小范围内经稀释后风流瓦斯浓度不超限。当矿井瓦斯涌出量大，井下移动抽采方式不能有效解决瓦斯超限等问题时，则应建立矿井地面集中抽采系统。地面固定集中瓦斯抽采系统是在地面设置瓦斯抽采泵房，由抽采泵房到井下，敷设主管、分管（或支管）至抽采钻孔，并设置相应安全防护设施，将采、掘工作面、采空区等地的瓦斯抽排至地面。其特点是能较有效地抽出部分或大部分煤层解吸瓦斯，从而减轻矿井通风负担，是解决井下风流中瓦斯浓度超限的有效措施。根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（GB50471-2021）规定，凡符合下列条件之一时，应建立地面固定集中瓦斯抽采系统：1、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井。2、瓦斯抽采系统设计抽采量大于或等于2m3/min的矿井。高县蕉村镇永丰煤厂为煤与瓦斯突出矿井，因此必须建立地面固定瓦斯抽采系统。经现场勘察，该矿井地面固定集中瓦斯抽采泵站可设在距矿井回风井约200m的山坡上。6.3瓦斯抽采管路系统的确定瓦斯抽采管路系统设计原则：1、抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短。2、抽采管路设于主要运输巷内时，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽采瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m。3、主管、干管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置。4、抽采钻场、门框架、低洼、温度突变处及沿管路适当距离(间距一般为200m～300m，最大不超过500m)，应设置放水器。6、在抽采管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。7、抽采管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与安装地点的管径相匹配。8、地面主管上的阀门应设置在地表下用不燃性材料砌成，不透水的观察井内，其间距为500m～1000m。9、抽采管路应根据巷道保持一定的坡度，一般不小于3‰的流水坡度。10、凡遇跨越巷道时，抽采管路安装设置门框架；门框架设置要求以不影响行车，行人为准。l1、管路要托挂或垫起，吊挂要平直，拐弯处设弯头，不拐急弯。管子的接头接口要拧紧，用法兰盘连接的管子必须加垫圈，做到不漏气、不漏水。12、在倾斜和水平巷道中安设管路时，必须先安管子托，管托间距不大于10m，要接好一节运一节，并把接好的管子用卡子或8～10号铁丝卡在或绑在预先打好的管子托架上。13、在有电缆的巷道内铺设管路时，应铺设在电缆的另一侧，严禁瓦斯管路与电缆同侧吊挂。14、新安装或更换的管路要进行漏气和漏水实验，凡漏气和漏水的不能使用。拆除或更换瓦斯管路时；必须把计划拆除的管路与在使用的管路用闸阀或闸门隔开，瓦斯管路内的瓦斯排除后方可动工拆除。根据该矿井的开拓布置情况，矿井抽采管路系统初期管路如下：地面瓦斯抽采站（无缝钢管200m）→矿井回风井口（主管100m）→总回风斜巷、一级回风暗斜井（主管800m）→1132采面运输巷（支管400m）。初期抽采管道合计1500m：其中瓦斯抽采主管1100m、瓦斯抽采分管0m、瓦斯抽采支管400m。6.4瓦斯抽采管材的确定6.瓦斯抽采管路是决定抽采投资和抽采效果的重要因素。瓦斯抽采管路直径的选择根据抽采管路服务的范围和所担负抽采量的大小，以管路中的最大混合瓦斯流量为依据，并且流速控制在10～15m/s之间，其管径按下式计算：D=0.1457×（Q÷V）1/2式中：D——瓦斯管内径，m；Q——瓦斯管内最大混合瓦斯流量，m3/min；V——管内气体合理平均流动速度，取5m/s～15m/s；按照大管径流速取大值、小管径取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速，抽采瓦斯管径计算结果见表6-1。表6—1抽采瓦斯管径计算结果表管路名称管内纯瓦斯流量(m3/min)管内混合瓦斯浓度（%）管内混合瓦斯流量(m3/min)管路内瓦斯流动速度(m/s)管路内径(m)备注主管830%26.67140.201井下及地面主管分管530%16.67130.165井下分管支管330%10.00120.133井下支管6.经计算得主管D=0.201m，分管D=1165m，支管D=0.133m。为确保瓦斯抽采系统的长久有效服务，地面抽采主管道及泵房连接管选用规格为DN250mm的符合抽采要求的钢管。井下抽采主管选用规格为DN250mm的、具有煤安标志的矿用“双抗”(抗静电、阻燃)瓦斯抽采管。井下抽采分管、采面预抽支管、采空区抽采支管和掘进抽采支管选用规格为DN200mm及以下的、具有煤安标志的矿用“双抗”(抗静电、阻燃)瓦斯抽采管。6.抽采管路阻力计算应选择抽采系统服务年限内一条阻力最大的抽采管路进行计算。根据高县蕉村镇永丰煤厂的矿井开拓布置，预计矿井进行资源整合并技改后，抽采泵房到矿区边界的采面瓦斯管路阻力最大，预计抽采泵最长抽采路线负压端管路长4500m,正压端管路长100m来计算阻力。局部阻力以管道总摩擦阻力的15%计，抽采负压平均取13500Pa，则管道的总阻力计算结果见表6-2。实践证明，对于抽采矿井瓦斯采用低管路阻力方程计算式比较简单和接近实际，其公式如下：H=9.81Q2ΔL/KD5式中：H瓦斯管沿程阻力，Pa；Q瓦斯管内气体流量，m3/h；L瓦斯管长度，m；Δ混合瓦斯浓度对空气的密度比，取0.866；D瓦斯管内径，cm；K管路系数，可查表6－3。根据公式可以算各段抽采管路的阻力，详见表6－2。在计算阻力时取预计瓦斯流量最大时计算瓦斯抽采管路的阻力。由表6－2可以得知该矿井抽采管道总阻力为19128Pa。表6－2抽采管路阻力计算结果表管路名称管径D(cm)长度L(m)Q纯(m3/min)CQ混(m3/h)ΔKH摩(pa)H局(pa)H管总(pa)主管253000830%16000.8660.729279139210671分管201000530%10000.8660.7236875534240支管15500330%6000.8660.7227974203216总计最大15763236518128表6－3管路系数K值表管径（mm）3240507080100125150＞150K0.50.510.530.560.580.630.680.710.726.5瓦斯抽采泵的选择6.5.1抽采系统压力计算1、标准状态下抽采系统压力可按下式计算：H系统=(H入＋H出)·K=(H管总＋H孔口＋H正)·K式中H系统—抽采系统压力（Pa）；H入—抽采设备入口侧（负压段）10～15年内管路最大阻力损失（Pa）；H出—抽采设备出口侧（正压段）管路阻力损失（Pa），取Hc＝4000Pa；H管总--抽采管路总阻力损失，Pa；H孔口--抽采钻孔所需负压，取H孔口=13500Pa；K--抽采系统压力富余系数，取K＝1.2。根据前面的管路阻力损失计算得知，矿井抽采管路系统的最大阻力损失H管总为18128Pa，则标准状态下抽采系统压力：H＝(18128＋13500＋4000)×1.2＝42754(Pa)2、抽采泵的工况压力按下式计算：P泵工况=P大气压-H系统式中P泵工况—抽采泵工况压力（Pa）；P大气压—抽采泵站的大气压力（Pa）；H系统—抽采系统压力（Pa）；根据当地气象资料，地面抽采站的大气压力为95825Pa，则抽采泵的工况压力为95825-42754＝53071(Pa)。3、抽采泵入口绝压按下式计算：P泵绝压=P大气压-H入H入=H管总+H孔口式中P泵绝压—抽采泵入口绝对压力（Pa）；H管总—抽采设备入口侧（负压段）10～15年内管路最大阻力损失（Pa）；H孔口--抽采钻孔所需负压，取H孔口=13500Pa；因此，抽采泵入口绝压为95825-18128-13500=64197（Pa）6.5.1瓦斯抽采泵流量计算瓦斯抽采泵流量应能满足抽采瓦斯系统服务年限内最大抽采量的需要。1、标准状态下瓦斯抽采泵流量按下式计算：Qb＝·K式中Qb—标准状态下瓦斯抽采泵的计算流量，m3/min；Q—10～15年内最大的设计瓦斯抽采纯量，m3/min；C--瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，取30%；η--瓦斯抽采泵的机械效率，取80%；K—抽采能力富余系数，可取K＝1.2～1.8。设计本矿井最大抽采瓦斯纯量为8m3/min，则在标准状态下抽采泵的计算流量为：Qb=8×1.2÷0.30÷0.8=40m3/min2、瓦斯抽采泵的工况流量按下式计算：式中：Qg——工况状态下的瓦斯泵流量（m3/min)；Qb——标准状态下的瓦斯流量（m3/min）；P0——标准大气压力(P0=101325)，Pa；P——瓦斯泵入口绝对压力，Pa；则在瓦斯抽采泵入口绝对压力为64197Pa时，其入口处的瓦斯流量为：（m3/min）亦即3788m3/h。6.5.3瓦斯抽采泵的选型根据上述瓦斯抽采泵所需的工作压力和流量的计算结果，查有关厂家的水环真空泵性能曲线图（图6—1），确定抽采泵的型号。根据瓦斯抽采泵工作时其入口绝压64197Pa，入口最大流量3788m3/h的要求，因此选用二台2BEA-353型系列水环式真空泵。前期由于抽采量较小，可配用两台转速为372r/min、电机功率为的75KW电机，一台工作，一台备用,较为经济合理。后期配用两台转速为530r/min、电机功率为的132KW电机。该系列泵为单级单作用结构形式，具有结构简单，维修方便，运行可靠，高效节能的优点。2BEA-353型水环式真空泵主要技术参数见表6－4。从气量曲线可以看出，配用转速为372r/min的75KW电机的真空泵工作在入口处绝对压力为64KPa的工况点时，抽气量可达3200m3/h左右，完全能满足矿井前期抽采5.0m3/min瓦斯纯量的要求。表6--4水环式真空泵主要技术参数产品型号最低吸入绝压min-hPa抽气速率(m³)最大轴功率(kw)电机功率(kw)转速r/min泵自重kg吸入绝压60hPa吸入绝压100hPa吸入绝压200hPa吸入绝压400hPa干空气饱和空气干空气饱和空气干空气饱和空气干空气饱和空气2BEA-3533326.537.439.346.44953.558.854.964.575372202135.850.645.354.953.858.657.258.4779042043.661.552.863.96166.563.7658611046446.565.655.767.66368.766.467.792.511049046.665.856.368.26570.967.66994.513250049.569.960.172.868.574.771.57310513253056.78068.482.8778480.281128160590图6--12BEA-353型水环式真空泵性能曲线第七章地面固定瓦斯抽采泵站7.1瓦斯抽采泵站位置选择瓦斯抽采泵站位置应符合下列要求：a)设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等。b)宜设在回风井口附近，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m。c)站房及站房周围20m范围内禁止有明火。d)站房应建在靠近公路有水源的地方。e)站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。根据上述原则及矿井开拓布署、采掘接替、以及地面场地布局等情况，瓦斯抽采泵站设置在矿井风井口外50米的一山坡上，其50m范围内无其它任何建筑物，并根据瓦斯抽采站的相关要求进行规范建设。7.2瓦斯抽采泵站建设的原则地面固定式瓦斯抽采泵房建设应符合下列要求：(l）地面瓦斯抽采泵房必须用不燃性材料建筑，并必须有防雷电装置。其距井口和主要建筑物居住区不得小于50m。(2）在泵房周围20m设立围墙或栅栏，严禁明火，不得有易燃、易爆物品，并安装四只干粉灭火器和不少于0.5m3的黄砂。泵站周围设置消火栓。(3）抽采瓦斯泵及其附属设备，至少应有1套备用。(4）地面瓦斯抽采泵房内电气设备、照明和其他电气仪表都应采用矿用防爆型，否则必须采取安全措施。(5）抽采泵房必须装有直通矿井调度室的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。(6）抽采瓦斯泵吸气侧、排气侧管路系统中，均必须装设有防爆炸、防回火作用的安全装置,且吸气侧管路中必须安设干式的防爆防回火器。7.3地面固定瓦斯抽采泵站建筑建设地面固定瓦斯抽采泵站建筑由瓦斯泵房、配电室、值班室、卫生间、循环水池、围墙和站房绿化等组成。地面固定瓦斯抽采泵站建筑由瓦斯泵房、配电室、值班室、卫生间、循环水池、围墙和站房绿化等组成。该矿井地面瓦斯抽采泵房总长13.3m，宽7.0m，高4.5m，其中值班室3.3×3.5×3.0m，配电室3.3×3.5×3.0m（图7－1）。瓦斯泵机房是具有爆炸危险的甲类厂房，泵房顶部设置透气窗，设计门窗作为泄压面积，泄压与厂房体积比应在0.05～0.22之间，所有门窗按向外开启方式安装。放置配电和控制开关的配电室的窗户应开至墙立面顶部，以防止环境瓦斯在室内的积聚。在地面固定瓦斯抽采泵站内，设30m3半地下式钢筋混凝土低位水池一座，并在站外山坡上设35～40m3半地下式钢筋混凝土高位水池一座。地面固定瓦斯抽采泵站应设置半开放式围墙。在抽采泵站周围种植速生、高大、树冠丰满的树种，设置绿化带，降低噪音和净化空气。7.4瓦斯抽采泵的安装瓦斯抽采站主要设备有进气管道、水环式真空泵（包括电机、减速装置）、气水分离器、排气管道、阀门、防爆防回火装置、排空管、真空泵进水管道、真空泵出水管道、高、低位水池、循环水泵等(图7－1)。瓦斯抽采泵安装在瓦斯抽采泵房中心位置，安装程序为：1、确定泵体安装位置相关尺寸；2、浇灌混凝土基座；3、预埋真空泵固定螺杆；4、吊装和固定真空泵；5、安装汽水分离器；6、安装抽采管道、循环水管和各种闸门；7、修筑循环水沟，8、安装抽采泵供电电缆和开关。7.5附属安全装置地面固定瓦斯抽采泵站的进出气管道上必须设置防爆防回火装置、瓦斯放空管和防雷接地装置等安全设施。图7-1瓦斯抽采泵房平、立面图图7-2瓦斯抽采泵房设备布置图7.5.1防爆炸、防回火装置和放空管安装在泵房外适当位置抽采泵的进气侧管路上设置FBQ系列干式防回火防爆器（图7—3），在泵房外适当位置抽采泵的出气侧管路上设置FBQ系列水封式防爆器（图7—4）和放空管（图7-5）。放空管的管径必须不小于抽采泵的出口管径，放空管的高度应高于泵房房顶3m。FBQ系列防回火防爆器主要用于瓦斯抽采管道发生意外爆炸事故时，防止爆炸产生的冲出波破坏抽采系统，并阻断爆炸产生的火焰沿抽采管路传导，防止事故扩大的专用设备。主要由进气管、水位计、注水管、放水管、水封桶、出气管、爆破膜组成。1-防爆胶板2-防爆筒3-铜丝网管4-铜网变径5-进气管6-排渣口7-排渣阀门8-地脚9-出气管图7—3FBQ系列干式防回火防爆器原理结构图图7—4FBQ系列水封式防爆器为防止井下瓦斯抽采管路带电，瓦斯抽采管路在井口处设置不少于2处的良好的集中接地装置。瓦斯抽采泵站的防雷设施必须由具有专业资质的设计部门或单位进行设计、施工及安装，并委托当地防雷检测中心进行测试合格。图7-5瓦斯抽采泵站放空管装配图7.5.2地面抽采泵站防雷接地按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94,2021年版）第2.0.2条的规定，地面固定瓦斯抽采房站属第一类防雷建筑物，因此应设计防直接雷和防雷电感应的措施。在瓦斯抽采站房顶或附近设置两支避雷针，用以防止直接雷雷击瓦斯放空管及瓦斯抽采泵站设施。1、放空管的管口至少应高出地面10m以上，而且至少高出20m范围内建筑物3m以上。2、放空管设置在抽采泵房附近，距瓦斯抽采泵房侧面的垂直距离为2米，放空管及泵房须处在避雷针的保护范围内。在瓦斯抽采泵房房顶四周设置避雷带用以防感应雷损坏抽采设施仪器等。在瓦斯抽采站分别设防雷接地和防感应雷接地，接地电阻均＜10Ω。在瓦斯抽采泵房内设置工作接地，接地电阻＜4Ω，所有设备的金属外壳都应接地，金属构架、水管等金属物均必须接地。瓦斯抽采泵供电必须采用四芯电缆，其中一芯接地。7.6瓦斯抽采泵站给排水=1\*GB2⑴给水瓦斯抽采泵的供水采用地面清洁水（PH值6—8），供水压力80～147kPa，供水量大于80L/min。在两台抽采泵间设置一排水沟，排水沟按宽0.4m，深0.3m进行修建，与低位水池相通。低位水池附近安装循环水泵2台（1用1备），水泵型号为IS50-32-200，H=12.5m，Q=96.3m3/h，N=7.5KW，r＝1450r/min，必须配用矿用防爆型电机。瓦斯抽采泵排出的循环热水进入低位水池后，由循环水泵提升至高位水池（高位水池应至少高于抽采泵安装水平8米以上，体积45～50m3），冷却后的水静压供给瓦斯抽采泵的冷却用水。补充水由井口生活用水管道引入高、低位水池中，以补充冷却循环水。水池中的水量不足6小时使用量时必须及时补充水源。=2\*GB2⑵排水水环式真空泵排出的水可作为循环用水，不向外排放。7.7瓦斯抽采泵站供电根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（GB50471－2021）的规定，地面固定瓦斯抽采泵站应由两个电源供电，并应有双回路供电线路。供电变压器的容量应确保瓦斯抽采泵正常启动和运行。地面固定瓦斯抽采泵站双电源用电缆分别取至地面工业广场10kV矿井配电所安设的两台S11-200/10/0.4KV矿用变压器低压侧。泵站内配电室两台馈电开关选用KBZ9－200型，两台馈电开关相互闭锁而不致同时合闸送电。抽采泵磁力启动器选用两台QBZ－200。泵站环境瓦斯浓度超限或者抽采泵断水时，泵站监控装置自动控制磁力启动器切断抽采泵电源。该矿地面瓦斯抽采站供电系统接线见图7-6。地面瓦斯抽采泵站内电气设备、照明、其他电气和检测仪表均必须采用矿用防爆型。7.7.1瓦斯抽采泵站电气负荷计算表7－1瓦斯抽采泵站用电设备情况表用电设备名称型号规格数量/台额定功率/KW额定电压/V额定电流/A备注瓦斯抽采泵2BEA-3532132380一运一备循环水泵IS50-32-20027.5380间断工作其它及照明从上表中计算瓦斯抽采泵站电气设备计算负荷及电流为：140(KW)266(A)式中：P总――抽采泵站总功率P抽――抽采泵额定功率P循――循环水泵额定功率P其――泵站其它负荷功率I总――抽采泵站总负荷计算电流7.7.2瓦斯抽采泵站供配电设备选择1．泵站供电电缆根据要求选择矿用阻燃塑料电缆，其载流量如下表。表7－2橡套及塑料电缆长时允许负荷电流主芯线截面／mm24610162535507095120150185长时允许电流／A橡套电缆铜芯36466485113138173215塑料电缆铜芯3059527094119149184226260301345地面瓦斯抽采泵供电必须采用四芯电缆，其中一芯接地。根据抽采泵站的计算电流I总＝266(A)，选用主芯线截面为150mm2的四芯矿用塑料电缆对泵站供电，电缆型号为MVV-3×150＋1×75。2．控制开关地面抽采泵站配电控制开关选择如下表。表7－3控制开关一览表开关名称型号规格用途工作电流负荷电缆馈电开关KBZ9－200一回路MVV-3×150＋1×75馈电开关KBZ9－200二回路MVV-3×150＋1×75磁力启动器QBZ－2001＃抽采泵MVV-3×150＋1×75磁力启动器QBZ－2002＃抽采泵MVV-3×150＋1×75磁力启动器QBZ－301＃循环水泵MVV-3×25＋1×10磁力启动器QBZ－302＃循环水泵MVV-3×25＋1×10照明信号综合保护装置ZXL－2.5泵房内照明及监控电源MVV-3×25＋1×10图7—6瓦斯抽采泵站供电系统示意图7.8抽采系统实时监测7.8.1监测监控原则为保证瓦斯抽采系统的安全运行和矿井的安全生产，必须监测抽采管道中抽采气体的瓦斯浓度、流量、负压、温度等参数。目前全国生产瓦斯抽采参数监控装置的厂家较多，但设计选用的瓦斯抽采多参数监测监控装置必须达到以下技术要求：1、能对抽采泵站抽采管道中抽采气体的瓦斯浓度、工况气体流量、负压、温度和一氧化碳等参数，抽采泵站中的抽采泵轴温、抽采泵开停状态、抽采泵供水状态、控制器状态、环境瓦斯浓度等进行实时监测监控。同时计算标况混合流量、瓦斯纯流量，并对标况混合流量、瓦斯纯流量进行时、日、月、年累计并在显示柜上显示。2、对供水系统工作状态进行监控并实施缺水断电保护，对抽采泵房站内电器设备与室内瓦斯浓度进行瓦电闭锁，当泵房内瓦斯浓度达到0.5%时，实施报警、断电。断电范围为泵站内除本质安全型电器设备外的一切电源。3、具有远程控制显示功能，能直观显示抽采参数和系统设备状况。4、瓦斯抽采参数监控系统中的管道瓦斯浓度传感器采用红外线传感器、流量传感器采用涡街流量传感器，确保主要参数测量精度。5、抽采瓦斯监控系统应并入矿井安全监测系统。7.8.2地面固定瓦斯抽采泵站参数监控地面抽采泵站监控主要是对抽采主管路内的瓦斯、负压、流量及温度、泵站内的环境瓦斯、抽采泵的开停状态、抽采泵的轴温、冷却水的缺水保护、水泵的开停状态、水池水位、水池水温等进行监测，并在显示柜上对监测到的参数进行显示，同时通过计算并显示出瞬时标况混合流量、瞬时纯量、标况混合累计量、标况纯瓦斯累计量等；对泵站内的一些设备，比如抽采泵，设置断电保护并通过通讯线与中心站连接，将检测到的数据传输到中心站。2、监测点的选择安装地面固定瓦斯抽采需要测量管路中的负压、温度、瓦斯浓度和工况流量，使用的传感器分别是负压传感器、管道型温度传感器、管道瓦斯传感器和涡街流量计，涡街流量计要先接入流量传感器主机。位于地面上的监测点需要在上方安装一个雨棚，并力求美观。涡街流量计需要安装在直管段上，其前方（管道内气体流来的方向）的直管段长度尽量满足15D，至少要求10D，后方的直管段长度尽量满足10D，至少要求5D，其中D是指该点的管道内径。因为涡街流量计测量时，在管道内气体流速处于5m/s-60m/s时精度比较好，所以对于管道内气体流速不够高时，往往需要在安装涡街计的地方对管路作等流变径处理，使管径变小，提高管内气体流速，这时需要在管路上增加变径整流器。涡街流量计分两种，插入式和卡装式，分别使用不同的变径整流器。3、泵站内各传感器的安装环境瓦斯传感器安装在每台抽采泵的上方，其高度比抽采泵以及管道的最高点至少高10cm。抽采泵轴温传感器其温度头子可以插到抽采泵的注油孔电机开停传感器卡在电机的电源线上，信号电缆只需要接航空插头的1（红）、3（白）两芯，其中1（红）是接18V电源正极。缺水保护器要求施工人员在进水管上增加一个3通，3通上留给缺水保护器的管径为4分，缺水保护器拧在3通上，其信号电缆只需要接两芯，打开缺水保护器的前盖，将两芯信号线分别接在1、3号接线柱上（1、3号接线柱在缺水的情况下是常开触点）。4、抽采泵断电控制当抽采泵缺水或环境瓦斯浓度超限时，需要设置断电保护断开抽采泵的电源。断电分远程断电和近程断电。远程断电需要接远程断电器。(1)近程断电如果是采用近程断电，需要将近程断电信号输入到分站电源箱内，然后将电源箱输出的触点信号接入欲控制设备的受控接触器线圈。电源箱内有两路近程断电输出可以相应的控制两台抽采泵，而近程断电输出为一组常闭触点串接在抽采泵开关的常闭触点，即触点断电后开关停止工作。(2)远程断电如果是采用远程断电，需要将远程断电信号输入到远程断电器内，然后将远程断电器输出的触点信号接入欲控制设备的受控接触器线圈。7.9瓦斯抽采泵站照明、通讯及其它在瓦斯抽采泵站和值班室内的照明灯具均选用隔爆型灯具，ZXL－2.5。在抽采站值班室内内设置一台直通矿调度室的防爆型分机。根据矿区的气候条件，冬天最低温度不是很低，暂不考虑泵房及值班室采暖设计。各建筑物均采用自然通风，但门窗及排气口合计的泄压面积要符合要求。泵房顶部设置天窗以利于通风。第八章瓦斯抽采系统管路安装8.1钻孔与管路联结安装用φ32mm高压胶管将抽采钻孔导管与钻场汇流管相联结，并用8号铁丝将两端扎紧，做到密闭不漏气，高压胶管不能拐120°以下的急弯；汇流管与钻场瓦斯管连接，然后钻场瓦斯管与巷道中的分区瓦斯抽采支管连接（图8—1）。井下瓦斯抽采管道均采用具有煤安标志的矿用“双抗”(抗静电、阻燃)瓦斯抽采管，快速接头或法兰盘连接；地面埋设的抽采主管、泵房联接管采用无缝钢管、法兰连接。图8—1瓦斯抽采钻孔连接示意图8.2管路敷设及安装8.2.1管路敷设及安装的要求1、抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短。采用无缝钢管瓦斯管道必须进行防腐处理，外部涂红色以示区别；采用矿用抽采瓦斯抽采管必须要与其它管道有明显的区别标志。2、抽采管路设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽采瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m。3、主管、干管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置。4、抽采钻场、门框架、低洼、温度突变处及沿管路适当距离(间距一般为200m～300m，最大不超过500m)，应设置放水器。5、在抽采管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。6、抽采管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与安装地点的管径相匹配。7、主管上的阀门应设置在井下主要分区点，确保每点进行撤安管路时，不影响其它区域的正常抽采，并便于人员操作。8、抽采管路应根据巷道保持一定的坡度，一般不小于3‰的流水坡度。9、凡遇跨越巷道时，抽采管路安装设置门框架；门框架设置要求以不影响行车，行人为准。10、管路要托挂或垫起，吊挂要平直，拐弯处设弯头，不拐急弯。管子的接头接口要拧紧，用法兰盘连接的管子必须加垫圈，做到不漏气、不漏水。11、在倾斜和水平巷道中安设管路时，必须先安管子托，管托间距不大于10m，要接好一节运一节，并把接好的管子用卡子卡在预先固定好的管子托架上。12、在有电缆的巷道内铺设管路时，应铺设在电缆的另一侧，严禁瓦斯管路与电缆同侧吊挂。13、新安装或更换的管路要进行漏气和漏水实验，凡漏气和漏水的不能使用。拆除或更换瓦斯管路时，必须把计划拆除的管路与在使用的管路用闸阀或闸门隔开，瓦斯管路内的瓦斯排除后方可动工拆除。14、地面敷设管路及附属设施除符合井下管路的有关要求外，尚需符合下列要求：=1\*GB2⑴冬季寒冷地区应采取防冻措施；=2\*GB2⑵瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设；=3\*GB2⑶瓦斯管路不充许与自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆和线缆等敷设于一个地沟内；=4\*GB2⑷在空旷的地带敷设瓦斯管路时，应考虑未来的发展规划和建筑物的布置情况；=5\*GB2⑸瓦斯主管距建筑物的距离大于5m，距动力电缆大于1m，距水管和排水沟大于1.5m，距铁路大于4m，距木电线杆大于2m；=6\*GB2⑹瓦斯管路与其它建筑物相交时，其垂直距离大于0.15m，与动力电缆、照明电缆和线大于0.5m，且距相交构筑物2m范围内，管路不准有接头。8.2.2管路安装地面瓦斯管路安装主要采用沿地面砌墩架空敷设方式，架空高度0.5m，每隔5～6m设置一个支撑架（支撑墩），必要时在支撑墩上设半圆形管卡固定管路，以防管路滑落（如图8—2）。井下抽采瓦斯主管路安装采用管架吊挂和管墩架空敷设方式（如图8—3）。根据此原则，该矿井瓦斯抽采系统建设初期的抽采管路布置详见附图2：高县蕉村镇永丰煤厂固定瓦斯抽采系统抽采钻孔及管道布置图。图8—2地面管路安装示意图图8—3井下管路安装示意图8.3瓦斯管路的附属装置为了便于管路系统负压的调节，掌握各抽采地点瓦斯抽出量、瓦斯浓度的变化情况以及保证管网系统的正常抽采，设计各主、分管路上分别安设阀门、流量计和放水器。1、阀门在每个抽采区域前端安设一个闸阀，在瓦斯抽采管路和钻场连接管上均应安设阀门，在每个抽采钻孔外安设一个球阀。其主要目的是用来调节和控制各抽采区域、抽采点及抽采钻孔的抽采量、抽采浓度、抽采负压等。2、放水器在该抽采管路系统最低点安设自动放水器(设1～2个)，及时放空抽采管路中的水，提高系统抽采效率。在排气端低凹处还应设正压放水器。推荐选用CF型全自动负压放水器，该放水器主要用于各类负压气体管路的自动放水，可满足不同的使用要求和各类安装条件，它不仅适用范围广、放水可靠，而且安装方便、使用灵活。主要技术指标CF型全自动放水器的主要技术指标为：①适用负压范围：-80～-1KPa；②最大放水能力：2.16t／d；③最小安装尺寸：485×350×415；④集水口接头：1"管螺纹；⑤负平衡管接头：1/2"管螺纹；⑥总重量：22kg。安装使用方法放水器应安装在容易积水的地方，或是管路的最低处。在需安装放水器的管段一般应串接一个三通，以形成集水口。具体的安装过程和要求是：在自动放水器中，自动放水器要求抽采管道距地板的高度至少有0.42m，安装方法见图8—4。放水器应安设在管道的下方，用一根1英寸铁管或能承受一定负压的胶管作进水管，将放水器的进水管与管道的集水口连接好，再用1根能承受一定负压的DN20mm钢管或胶管作放水器的负压平衡管，将瓦斯抽采管与放水器负压平衡接口相连，即可进行自动放水了。安装的进水管应自抽采管路到放水器保持逐渐降低的趋势或水平状态，不得有低于放水器进水口的部位（即不能向下弯曲），否则，容易淤积泥砂，甚至不能正常放水。为了检修的方便，可在进水管串接一个球阀。在放水器正常工作期间，该阀应一直处于开通状态，而且要求保持通畅。另外，也可选择人工放水器。人工负压放水器及正压放水器结构如图8-5、8-6所示。3、计量装置安装及抽采参数测定瓦斯流量是瓦斯抽采工作中的一个重要参数，只有准确测定瓦斯流量．才能如实地反映煤层瓦斯抽采效果，并从中总结经验，找出规律，进而达到科学管理之目的。瓦斯流量测定方法的种类很多，应用条件也有所不同。目前，应用较多的为如下2种：孔板流量计；皮托管测定法。⑴孔板流量计在井下与主管道汇合的各抽采支管处各安设一个孔板流量计，计量各支管的瓦斯抽采量。在抽采系统的主管道上安设一个孔板流量计，计量整个抽采系统的瓦斯抽采量。瓦斯抽采计量采用的孔板流量计，参见图8-7。孔板流量计由抽采瓦斯管路中加的一个中心开孔的节流板、孔板两侧的垂直管段和取压管等组成。当气体流经管路内的孔板时，流束将形成局部收缩，在全压不变的条件下，收缩使流速增加、静压下降，在节流板前后便会产生静压差。在同一管路截面条件下，气体的流量越大，产生的压差也越大，因而可以通过测量压差来确定气体流量。混合气体流量由下式计算：Qh=k0b△h1/2式中k0—孔板流量计系数，由实验室确定；b—瓦斯浓度校正系数，由有关手册查取；△h—孔板两侧的静压差，mmH2O，由现场实际测定获取。抽采的纯瓦斯流量，采用下式计算：Qw=C·Qh式中C—抽采瓦斯管路中的实际瓦斯浓度，%。孔板流量计在安装时要注意孔板与瓦斯管的同心度，不能装偏。在钻场内安装流量计时，应保证孔板前后各1m段应平直，不要有阀门和变径管。在抽采巷瓦斯管末端安装流量计应保证孔板前后各5m段应平直，不要有阀门和变径管。测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计，测定抽采管路中的抽采负压可采用水银计，抽采管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。图8—4自动放水器安装示意图图8—5人工负压放水器1—钢管；2—闸阀DN15；3—榫子头；4—闸阀DN25；5—钢管DN15。图8—6人工正压放水器1—钢管；2—闸阀DN25；3—榫子头；4—钢板。图8—7孔板流量计安装结构图孔板流量计两侧的测压孔使用橡胶管分别与U型压差计（矿井自备、长800mm）连接，见图8—8。使用水银压差计测量抽采负压，水柱压差计测量孔板两侧的压差，高浓度瓦斯检测仪监测抽采管道内瓦斯浓度，通过流量计算公式计算瓦斯抽采量。也可以使用煤气表作为流量测量装置，煤气表的量程应根据预计的单孔瓦斯流量确定，一般的本煤层预抽钻孔使用J2.5型煤气表，即可满足使用要求，其最大允许的瓦斯流量为66L/min，最小流量一般在1L/min以下。在每个要求测定单孔流量的钻孔口安装一个固定的单孔流量测定装置，每次测定前，携带煤气表、负压表、高浓度瓦斯检测仪、记时表（可用手表）等，即可对其抽采瓦斯流量进行测定。测定装置见图8—9。图8—8流量计安装示意图胶管2-孔板流量计3-水柱压差计4-水银压差计5-三通6-测压孔图8—9单孔流量测定示意图在封孔套管的尾部车管螺纹，外接一个测边管径为1/2"的三通。三通的外侧通过一个直接头连接一闸阀，再通过一个直接头连接另一个相同的三通。最后连接的是倒刺管和胶管，并与抽采管相通。为能测定浓度和负压，还要在最后端的倒刺管上焊接一段小铁管（称观测管），平时用木塞或胶管堵住，也可插上一段胶管堵塞。两个三通的侧边管都装上一个1/2”的倒刺（分别称为前、后流量管），管口用一个打开方便的木塞或胶塞堵住。测定步骤：每次测定一个钻孔的流量时，必须在同一时间内测定其浓度、负压和混合流量，三个参数测定的间隔时间应尽可能地短，以确保测定的三个参数是同一抽采状态下的数值。此外，在测定过程中应尽可能减少由检测口向管内的漏气量，以便减少测定时与正常抽采状态的差别，降低测定的误差，同时，减少测定流量时需要的时间。①对一个钻孔的测定步骤为：拔掉观测管的塞子，迅速接上瓦检仪，15～20秒后抽取气样，测定孔内瓦斯浓度。若负压较高，瓦检仪的皮球不能胀起时，还应在瓦检仪与观测管之间串一个抽气筒（如一氧化碳抽气筒等）。浓度数据对流量测定结果的影响最大，因此，浓度测定一定要尽可能准确。由于抽采时孔内处于负压状态，则拔掉观测管塞子时漏进的空气将首先被吸入钻孔内。因此，在刚接上瓦检仪后流经检测管的气体浓度不能代表正常的数值，而应等待15～20秒，漏进的空气被抽入主管道后再吸气检查瓦斯浓度。②测完浓度后，拔掉瓦检仪，迅速插上负压表。待负压读数完毕后，拔掉负压表，重新堵住观测管。③将煤气表的进、出气口都事先连上适当长度和直径的胶管弯死（使其不通气），将钻孔上的前流量管塞子取下，迅速把煤气表的进气端胶管插上（此时切莫让胶管漏气）。然后取下后流量管的塞子，迅速将煤气表的出气端胶管插上。让煤气表的胶管恢复通气，关掉闸阀，使钻孔内的气体完全由煤气表通过。此后，至少间隔2分钟后可开始读数测定流量。读数时，先在某一时刻记下开始的时间和煤气表的数值，经过2分钟或5分钟后，再次读出煤气表的数值。前后两次数值相减并除以测定的时间（2或5分钟）即得该钻孔的混合流量。如果负压较高，还应根据负压算出气体的绝对压力，利用理想气体状态方程折算出标准状态的瓦斯流量。④打开闸阀，将煤气表任一端的胶管弯折，先后从钻孔测定装置上拔掉两端的胶管。注意，每拔掉一段胶管都应立即堵上塞子，以免漏气影响浓度。=2\*GB2⑵皮托管测流量方法标准皮托管用两根不同内径管子同心套接而成，内管通直端尾接头是全压管，外管通侧接头是静压管，S

型皮托管用二支同径管焊接而成，面对气流为全压端，背对气流为静压端，并在接头处标有系数号及静压接头标记号，使用时不能接错。侧面指向杆与测头方向一致，使用时可确定方向，保证测头对准来流方向。使用方法：A要正确选择测量点断面，确保测点在气流流动平稳的直管段。为此，测量断面离来流方向的弯头、变径异形管等局部构件要大于

4

倍管道直径。离下游方向的局部弯头、变径结构应大于

2

倍管道直径。B测量时应当将全压孔对准气流方向，以指向杆指示。测量点插入孔应避免漏风，可防止该断面上气流干扰。用皮托管只能测得管道断面上某一点的流速，由于断面流量分布不均匀，因此该断面上应多测几点，以求取平均值。C使用前测试一下畅通性。小静压孔经常检查，勿使杂质堵塞小孔使用后及时清洁内外管，以保证长期良好状态。D标准皮托管检定周期为五年。皮托管测出的压差为该点气流的动压，测定方法如图7—10所示。测定时应注意：①测点前后应各有5m以上的直线段管道。②管内不得有积水。②皮托管插入管道内时，必须迎着气流方向，力求与气流方向平行。④需同时测定测点处的大气压力、瓦斯浓度、压力等参数。计算管道内混合瓦斯平均流速，管道内测定断面上任一测点的混合瓦斯流速：式中：——管道内测定断面上任一测点的混合瓦斯流速，m/s；Cp——皮托管校正系数；b——瓦斯浓度校正系数；图8-10皮托管测定管道气流动压图1——全压管；2——静压管；3——瓦斯管道；4——倾斜压差计HV——管道内的气流动压值；——温度校正系数；——压力校正系数；采用中心点法测算管道内平均混合瓦斯流速，中心点法是先测算瓦斯管中心点上的气体流速．即管内的最大流速．再按下式计算管内的平均流速。——管道内平均流速，m/s；——管道中心流速，m/s；Y——与雷诺数有关的系数，查表8-1。表8--1管道中心最大雷诺数Re与Y值关系Re≤450010000202104000080000202100400000Y0.500.790.810.830.850.870.89管道中心最大雷诺数Re的求法：式中——为混合瓦斯运动粘度，，m2/sρ——混合瓦斯密度，kg/m3；μ——混合瓦斯的动力黏度，Pa·s；——管道中心流速，m/s；d——管道直径，m。计算管内的混合瓦斯量：确定测定断面的平均流速()后．用下式计算混合瓦斯量：式中——管内混合瓦斯流量，m3/min；A——瓦斯管道断面积，m2；——管道内混合瓦斯平均流速，m/s。计算纯瓦斯量：式中——纯瓦斯流量，m3/min；——管内混合瓦斯流量，m3/min；x——瓦斯浓度，%。第九章环境保护9.1抽采瓦斯工程对环境的影响矿井瓦斯的主要成份为CH4和其它烷烃，是一种洁净的优质能源。当其与水体接触后不会产生新的污染。瓦斯是气体燃料，不含灰份，也没有硫化物，燃烧后不产生粉尘。与燃煤相比，可减少SO2排放量、飞灰、炉灰和运输量，提高矿区大气的洁净度。所以，抽采瓦斯并加以利用，对保护环境是十分有利的。但抽出的瓦斯排入大气，对大气环境产生温室效应，因此，建议有条件