安全工程-德通矿井下移动抽采系统研究论文

本科论文PAGE摘要中国是每年的煤炭生产量约是世界煤炭总产量的一半，是世界上最大的煤炭生产国家。我国目前正处于社会发展的高速阶段，对煤炭等化石能源的依赖性日益强烈，再加上煤炭是我国最主要的化石能源，储量极为丰富，在国家能源结构中有着很高的战略地位，其消费比重近几年都在70%左右，可见在未来很长一段时间里，我国的主体能源依旧会是煤炭。但纵观中国发展全局，中国的地质状况多样且复杂，工业化发展导致煤炭需求量大大增加，因此，生产和发展的矛盾突出，影响着中国国民经济的稳定持续发展和地区安全。国内近期以来煤矿产业发展迅速，矿井瓦斯涌出量随着煤矿开采力度的加深增加，同时煤矿安全问题也越来越受到人们的重视。我国许多煤矿在开采过程中都存在各式各样的瓦斯突出等危险状况，所以为了煤矿开采的安全有效，瓦斯抽采已然成为了及其重要的环节，尤其是高瓦斯煤层的开采，而且瓦斯的抽采还能提高瓦斯的利用率，为环保做出很大贡献，因此，为了安全生产，我们需要建立一个完善高效的瓦斯抽采系统。关键词：煤层；高瓦斯矿井；瓦斯涌出；瓦斯抽采AbstractChina'sannualcoalproductionisabouthalfoftheworld'stotalcoalproductionandistheworld'slargestcoalproducer.Chinaiscurrentlyatahigh-speedstageofsocialdevelopment,anditsdependenceonfossilenergysuchascoalisbecomingstrongerandstronger,Inaddition,coalisthemostimportantfossilenergyinChina,anditsreservesareextremelyrich.Ithasahighstrategicpositioninthenationalenergystructure.Itsconsumptionproportionisabout70%inrecentyears.Itcanbeseenthatinalongperiodoftimeinthefuture,ChinaThemainenergysourcewillstillbecoal.However,lookingatChina'soveralldevelopmentsituation,China'sgeologicalconditionsarediverseandcomplex,andindustrializationhasledtoasignificantincreaseincoaldemand.Therefore,thecontradictionbetweenproductionanddevelopmentaffectsthenationaleconomyandsocialsecurity.Inrecentyears,thecoalmineindustryhasdevelopedrapidly,gasemissionhasincreased,andcoalminesafetyhasbeenvalued.ManycoalminesinChinahavevariousdangerousconditionssuchasgasoutburstduringmining,soforthesafetyandeffectivenessofcoalmining,gasextractionhasbecomeanimportantpart,especiallytheminingofhighgascoalseams,andgasGasextractioncanalsoincreasetheutilizationrateofgasandmakeagreatcontributiontoenvironmentalprotection.Therefore,inordertoproducesafely,weneedtoestablishacompleteandefficientgasextractionsystem.Keywords：coalseam；highgasmine；gasgushing；gasdrainage目录第1章矿井概况 11.1地理位置概况 11.2矿井规模 11.3自然地理构造及煤岩特征 21.4矿井系统 21.4.1开拓方式及基本特征 21.4.2矿井各系统 31.5水文地质特征 51.5.1含水层特征 51.5.2隔水层特征 61.5.3地层特征 6第2章瓦斯涌出量预矿井测 72.1瓦斯情况 72.2瓦斯涌出量预测 72.3工作面瓦斯来源分析 11第3章瓦斯抽采量计算 123.1瓦斯抽采方法的选择 123.2采空区瓦斯运移规律 123.3抽采瓦斯效果预计 123.4高位定向长钻孔技术装备 143.5抽采检测仪表 14第4章瓦斯抽采管路系统及抽采泵选型 154.1抽采管路布置及选型 154.1.1瓦斯抽采管路设计路线 154.1.2瓦斯抽采管径选择 154.2抽采泵的选择 164.2.1抽采泵流量计算 164.2.2瓦斯抽采泵压力计算 174.2.3瓦斯泵的真空度计算 184.2.4抽采泵选型 19第5章结论 22参考文献 23致谢 24附录一中文译文…………….25附录二外文原文本科论文第1章矿井概况1.1地理位置概况天润煤化集团德通煤业矿井的位置在距离乡宁县的南西方向，直线距离大约30km处，在枣岭乡史家沟村附近，属于枣岭乡的管辖。该处交通十分便捷，东边临近临汾火车站，距离该火车站50km左右，距离矿井最近的高速公路是大（同）—运（城）高速公路，十分方便煤矿的运输。工业广场位置利用原万通煤业有限公司的工业广场。德通矿井的南北边界紧邻三家煤矿，德通矿井可以开采的煤层是2号和10号，两个煤层的总煤矿储量为5117万吨，其中可以开采的煤矿为3266万吨。图1-1研究区交通位置图1.2矿井规模德通煤业有限公司由三家煤矿合并而成。第一家煤矿是曾经的的井子滩煤矿，这个煤矿在整理合并前煤矿生产力是21万t/a，井田面积大约有2.4106km2，有关部门批准可采煤层2#煤，2010年底该矿2#煤层已经无法开采；原史家沟煤矿在整理合并前生产能力可达45万t/a，井田面积大约为4.08km2，该矿井2#煤层是可以经有关部门批准可以开采的煤层，但还未建成；万通煤业在合并前煤矿生产能力可达30万t/a，井田面积大约为1.17138km2，有关部门批准可采2#煤层，该矿井在1995年建矿，2000年投产，于2008年10月停止生产，2#煤层目前可采煤矿的储存量可达5336万t。经过整理合并后，德通矿井开采2#、10#煤层，该井田的形状是个不规则的多边形，长度大概为5.61km，宽度大概为3.2km，占地面积约为8.2145km2，德通矿井的产能约为90万t/a。1.3自然地理构造及煤岩特征自然地理：德通矿井位置处在中纬度地区，气候特点是暖温带大陆性干旱-半干旱，它有分明的四季变化，春冬季节一般会很寒冷并且经常是多风的天气，秋季和夏季比较湿润，一般在秋季或者是夏季会经常下雨。降雨的特点是每年内不同季节降雨量变化很大，每次降雨的强度差距也很大，而且地理分布不均衡。构造特征：德通矿井大致位于河东煤田的中南部，构造系统在祁吕贺前弧的东部，它的构造是一个单斜结构，属于向西向北倾斜，还有相对比较小的褶皱，矿区内的构造主要是褶皱、断裂。矿区底层的趋势是东北方向，有相对平缓许多的倾斜角，一般不会超过10°。矿井有一个挠曲带，位置在矿井的西南方向，岩层的倾斜角度不会很大，一般在20°左右我们研究的这个区域，整体的矿井结构会相对简单许多。煤岩特征：矿区的山西组间偏下的位置结构相比于其他位置简单许多，2号煤层就处在这个位置上，整个区域都是很稳定的，随时都可以进行煤矿的开采。煤层的厚度是5.54～6.73m，煤层的平均厚度是6.38m，均方差为0.76，变异系数95%。1.4矿井系统1.4.1开拓方式及基本特征开拓方式：德通矿井的方式采用立井-斜井混合。基本特征：目前该矿井由一个斜井和三个竖井组成，每个井筒的细节如下：（1）主斜井：外型是半圆拱，斜井的表面土段长是36m，宽4.9m，高度是3.95m，网段面积16.71m2，它负责矿井的主要起重任务，还有大型设备和长物料的辅助起重。在该井筒内会设置简单的安全扶手，台阶这类安全装置，使其成为德通矿井的进风井口和安全出口。副立井：垂直深度343m，横截面是一个圆形，直径为5m，断面的横截面积是19.625m2，作用是矿井的进气口，装载物料，对工作人员起升起和降落的作用等。（3）回风立井I：垂直深度328m，横截面是一个圆形，直径为2.8m，断面的横截面面积6.75m2，与回风立井II并联，共同负责该矿井的总回风。（4）回风立井Ⅱ：垂直深度326m，横截面是一个圆形，直径2.8m，断面的横截面面积6.75m2，与回风立井I并联，共同负责该矿井的总回风。1.4.2矿井各系统（1）运输系统：胶带输送机和无级绳连续牵引车运输（2）通风系统：煤矿开采初期的时候，矿井的通风选用并列式，后来会转变为分列式。方法选用机械抽出。（3）排水系统：矿井的主斜井底部位置设置有主排水泵室，煤矿开挖时涌出的地下水会经过主斜井中的管路排放到地面上的地处理地下水专用的水池。（4）采掘系统：目前该矿井拥有4个工作面，分别是进行采煤工作的2101回采工作面、进行开拓工作的中部轨道巷工作面和中部胶带巷工作面、进行顺槽掘进的2102掘进工作面。（5）供电系统：德通矿井需要两个电源进行供电，前一段时间新建了一个35kv的变电所，采用的是双回路供电，电压是35kv，有两个电源线路互作备用，而且，施工团队还配备了一台1250kw的发电机组，可以支撑矿井工作。（6）六大安全避险系统：根据安全规定，德通矿井已经建立了六大避险系统，分别是：地下工作人员管理系统、压风自救系统、给水与救援系统、通讯系统、安全监控系统、应急避难所。从各个方面提高了煤矿安全生产能力。（7）安全监控系统：德通矿井安装了安全检测系统，用来监测地下环境中的有毒有害气体等，还能利用甲烷产生的化学反应进行声光报警等功能。1.5水文地质特征2#煤层是中等-弱富水性裂隙含水层，10#煤层是富水性弱-中等，并且该煤层的条件相对较差。1.5.1含水层特征德通井田有四层含水层，每个含水层的特点如下：第四系孔隙含水层：这个含水层的发育不是很健全，只是在沟渠中零星的分布，它的岩石的特殊性质是近代冲积砂砾层，优点是渗透性好，通常是通过大气的降水和地表径流给含水层补给。石炭二叠系砂岩裂隙含水层：对口注水含水层，富水性低，风化裂隙和构造裂隙组成，裂缝的发展及其不均衡，它主要是在矿井的东北部进行径流补给，在矿井的内部进行沟谷处砂岩露头大气降水和季节性河流渗入补给。浅层主要以春季和地下水流的形式排入山谷和河流，深层含水层主要在压力下压水形式被输送并排至鄂尔多斯盆地进行处理。石炭系岩溶裂隙含水层：K2，K3和K4石灰岩。K2石灰岩是顶直喷含水层，属于深灰色致密硬质石灰岩。可见岩溶裂缝，但其中大多数填充了裂缝。石灰石泥是太原组的主要含水层，相对稳定，局部相在石英砂岩中，溶出度差异不明显。太原组石灰岩水质类型为HCO3-Na•Mg和HCO3•SO4-Na•Mg。（4）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层：重要的含水层，突水危险性小。水化学类型以SO4—Ca•Mg型为主。1.5.2隔水层特征德通矿井含有三层隔水层，分别是底部新生代隔水层、石炭二叠系的层间泥岩隔水层和10号煤层底板隔水层。各隔水层具体特征如下：新生界底部隔水层：通常在山坡上以第三、四系底部的粘土透镜体形式断断续续的出现，但是大多数存在在山谷中的被切割或者缺失掉了。（2）石炭二叠系层间隔水层：①2号煤顶板二叠系隔水层含有下石盒子组和山西组泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩。②2号煤底板至10号煤顶板石炭～二叠系隔水层，由山西组和太原组泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩组成。（3）10号煤底板隔水层：①10号煤层底部至本溪组太原组顶部边界。该含水层的岩性主要为深灰色至灰黑色泥岩，砂质泥岩，粉砂岩，细砂岩，偶尔含有薄层的石灰岩或泥灰岩，部分可能含有更多的黄铁矿结核，形成了压盖水屏障。②本溪组含水层该含水层的岩性主要为黏土泥岩和铝土矿泥岩，局部混有泥岩和砂质泥岩。裂缝不是特别发达。剪切强度和抗拉强度低，它是含水层顶部的良好防水层。1.5.3地层特征地层发育比较完全，通过地表和钻孔的情况来看，德通矿井井田的地层有五种，分别是奥陶系中统峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、第四系。其中软岩的总体厚度要比硬岩的总体厚度大很多，并且软岩软硬相间，再加上人类的工程活动频繁，且活动强烈，一般是煤矿开采这类活动，这些情况，为地质灾害提供有利的条件。山西和太原组主要是含煤地层，2#煤层在山西组中，处于它的中间偏下的位置，距离上面砂岩大约有15m，距离下面的10#煤层大约有42.62-47.90m，该煤层的厚度约为5.20-6.73m，平均厚度约为5.30m。这个煤层相比于其他煤层不仅结构十分简单，而且大多含0-2夹矸，只有局部不含有，2#煤层的顶板主要是是泥岩和粉砂岩，只有一少部分是砂质泥岩，2#煤层的底板主要是泥岩或者是砂岩，并且整个井田都是极其稳定的可以开采的煤层。太原组下段部分是10#煤层，10#煤层其实不光是10#煤层，它其中大部是9#、10#煤层组合而成的合并层，被我们统称为10#煤层，只有局部（101号孔）分叉出9#薄煤层，它的厚度是0.35m。

第2章矿井瓦斯涌出量预测2.1瓦斯情况2号煤层开采时，掘进工作面瓦斯涌出量为2.29m³/min。本次设计所依据的数据取表2-1。表2-12#煤层瓦斯基本参数实测值和预测值表煤层埋深（m）可燃基CH4含量（m³/t.daf）工业分析原煤CH4含量（m³/t）瓦斯含量梯度（m³/t.100m）Mad(%)Ad(%)Vdaf(%)2465.097.82.3314.1714.16.561.62.2瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量的主要影响因素自然因素：瓦斯涌出量与矿井瓦斯的含量有着密切的关系，也就是与可采煤层、不可采煤层和围岩中所含有的瓦斯，正比关系，当瓦斯含量越高，瓦斯涌出量也会增加。而且煤层和围岩的透气性高时，该煤层的瓦斯涌出量也比较大。随着大自然中的瓦斯含量的增加，本矿井的瓦斯涌出量也会增加。现阶段大部分矿井将煤层、围岩的瓦斯含量作为瓦斯涌出量的主要预测依据。技术因素：技术因素涵盖了矿井能够开采的最大深度，煤矿应该在哪些部位进行开拓开采作业以及本矿井在现有设备下能够产出多少原煤。不断增加的开采深度，在不同地点进行开采作业甚至不同开采设备的开采能力的差异开采的顺序，都会对瓦斯涌出量造成重大影响，在开采的煤层中，相比于其他煤层，早开采的煤层瓦斯的涌出量会大一些。开采因素：在开采首采煤层时，首采层的上下临近层中的部分瓦斯会随着首采层的瓦斯一同涌出，导致首采煤层的瓦斯涌出量超高。在国内现在大多数矿区开采煤炭已经从最开始的浅度开采变到深度开采。目前中国飞速发展，队友煤矿的需求也不断增大，对矿井煤矿的产量要求加大，很多矿井的开采量已经达到了千万吨，开采量达到千万吨的矿井在深度、开拓和开采的范围都有所增加。（2）涌出规律在煤矿开采过程中，瓦斯的涌出量会随着煤矿在空气中暴露时间的增加而减少。（3）涌出量预测方法有三种在矿井中常用的预测方法，分别是矿山统计法、含量法和分源预测法，这三种是用的频率最高的用来预测瓦斯的涌出量大小。我们这次预测瓦斯的涌出量选择的方法是分源预测法，因为前两种方法限制比较多，而且容易受到外界影响，算出来的准确率比较低，但分源预测法可以通过对煤层和矿井间瓦斯的源汇关系，通过一定规律并且结合目前的技术条件，计算出瓦斯涌出量。具体见图2-1。图2-1矿井瓦斯涌出源汇关系示意图（4）回采工作面瓦斯涌出量预测回采工作面瓦斯由开采层瓦斯和邻近层瓦斯两部分组成。2-1式中：—回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；—开采煤层（含围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；—邻近层瓦斯涌出量，m3/t。工作面开采层瓦斯涌出量（包括围岩）按下式计算：2-2式中：—开采煤层（含围岩）相对瓦斯涌出量，m3/t；—围岩瓦斯涌出系数，2号煤层为陷落法顶板管理的工作面，取=1.3；—工作面丢煤瓦斯涌出系数，它的值是工作面回采率的倒数，2号工作面回采率为93%，取=1.08；—准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数2-3式中：—巷道瓦斯预排等值宽度；—煤层厚度；—煤层采（放）高度；—煤层瓦斯含量；—煤的残存瓦斯含量。邻近层瓦斯涌出量2-4式中：—邻近层瓦斯涌出量，m3/t；—第i个邻近层厚度，m；—开采层的开采厚度，m；—第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t；—煤层残存瓦斯含量，m3/t；—取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率。1-上邻近层瓦斯曲线；2-和缓倾斜煤层下邻近层瓦斯曲线；3-急倾斜煤层下邻近层瓦斯曲线图2-2邻近层的瓦斯排放率与层间距的关系曲线表2-2开采煤层（包含围岩）瓦斯涌出量表开采煤层k1k2k3瓦斯含量（m3/t）瓦斯残余量（m3/t）相对涌出量（m3/t）2号1.31.080.836.561.511.3表2-3邻近煤层的排放率邻近层位置平均厚度（m）距2号煤层距离（m）瓦斯含量（m3/t）瓦斯残余量（m3/t）排放率（%）相对涌出量（m3/t）上邻近层0.286.561.50.970.17下邻近层0.45.66.561.50.960.04表2-4回采工作面瓦斯涌出量开采煤层瓦斯含量（m3/t）日产量（t/d）瓦斯涌出量开采层（m3/t）邻近层（m3/t）合计相对瓦斯涌出量（m3/t）绝对瓦斯涌出量（m3/min）2号6.56288011.30.2111.5114.432.3工作面瓦斯来源分析通过上面的计算，我们得到了回采工作面瓦斯涌出量结果，工作面的瓦斯涌出量构成结果见表2-5。表2-5工作面瓦斯涌出量构成预测结果表开采煤层瓦斯涌出区域工作面涌出层开采层邻近层2号瓦斯涌出量（m3/min）14.4312.931.5所占比例（%）10089112号煤层一采区回采工作面开采时，开采层的瓦斯涌出量占比比临近层的大。开采层占总量的89%，邻近层占总量的11%。回采面落煤瓦斯涌出和采空区丢煤、围岩瓦斯涌出是开采层瓦斯涌出量的部分，可知开采层瓦斯涌出分别包含见表2-6：落煤瓦斯涌出2-5采空区丢煤、围岩瓦斯涌出2-6表2-6开采层瓦斯涌出组成预测开采煤层瓦斯涌出区域开采层开采层落煤丢煤、围岩2号瓦斯涌出量（m3/min）12.934.28.73所占比例（%）1003268

第3章瓦斯抽采量计算3.1瓦斯抽采方法的选择煤矿开采产生的瓦斯一直是令人头疼的问题，但目前许多瓦斯治理方法都治标不治本，唯有瓦斯抽采是治本的重要方法。瓦斯抽采具有极为重要的意义，尤其是在经济、安全、环保这三个方面。选择依据：确定瓦斯抽采方法的主要因素有煤层的含煤量、抽采的设备、工作面的瓦斯来源和管道系统的布置等因素。根据以上因素进行考虑分析，确定合适的瓦斯抽采方法。该方法应投入资本较低，作业程序简单不复杂，抽采管道的架设方便并且能使系统的使用寿命延长，把瓦斯的抽采量和抽放率达到最大，有效降低瓦斯的突出危险性，确保系统的安全性。当采空区的瓦斯大量排放时，会对煤矿的经济和安全造成严重的影响，瓦斯抽采是预防和控制瓦斯灾难事故的基本措施，其中有三种瓦斯控制措施是最常用的，分别是高抽巷、埋管抽采及高位钻孔抽采，这些方法对上隅角及采空区瓦斯治理尤为有效。[6]但根据我们的选择原则，高抽巷抽采抽采量大、抽采稳定、管理方便、管路敷设距离短但使用这个方法成本太高并且周期长，所以不能用；埋管抽采技术不受工作面影响且资金投入少，但是它在应用过程中管理不便，需要经常根据抽采效果及瓦斯涌出情况，调整抽采参数，所以也不能选择；高位钻孔抽采的方法是在工作面回风顺槽直接施工钻场进行打孔，抽采效果可以掌控，可以根绝抽采效果调整钻孔角度，管理方便，兼顾前面两种方法的优点。所以瓦斯抽采采用高位钻孔抽采技术。[5]3.2采空区瓦斯运移规律矿井的开挖，煤矿的开采会破坏应力平衡，应力平衡被破坏会导致原始的存在于煤与岩层之间的应力被重新分布。在煤矿开采的过程中，煤壁、采落煤和采空区是释放瓦斯的主要元凶，在这三个凶手中，老大是采空区，它释放的瓦斯是最高的，限制了施工人员在这个工作面的煤矿开采工作，而这个区域之所以涌出大量的瓦斯是因为漏风，这个也是上隅角瓦斯涌出的主要原因。通风是矿井中最常用的释放瓦斯的方式，但是因为漏风，回风侧上隅角及其后方采空区瓦斯含量较高。[4]由于漏气和瓦斯气体的向上漂浮作用，瓦斯气体将与孔隙和裂缝一起移至顶板，因此在采空区回风侧的裂缝区域中存在高浓度的瓦斯气体。因此，在设计高方位定向长钻孔时，应在回风侧的分层区的裂隙区中布置钻孔层，通过负压抽提可以解决工作面瓦斯超支的问题。3.3抽采瓦斯效果预计（1）抽采量预计现采空区瓦斯涌出量为围岩、丢煤与邻近层采空区瓦斯之和。现采空区瓦斯涌出量为10.25m3/min，采空区瓦斯抽采率一般为20%~70%，抽采率按40%计算，瓦斯抽采量为4.1m3/min。（2）瓦斯抽采量矿井设计年抽采瓦斯量的计算式为：3-1式中：——矿井设计年抽采瓦斯量，Mm3/a；——矿井设计日抽采瓦斯量（应根据矿井的采掘部署、矿井采区、采掘、工作面）瓦斯涌出量预测、通风能力、选用的瓦斯抽采方法及其抽采率等来确定），Mm3/d；N—矿井设计年工作日数，d。矿井实际年抽采的瓦斯量为：3-2（3）工作面瓦斯抽采率工作面瓦斯抽采率是指工作面瓦斯抽采量占工作面瓦斯总涌出量的百分比，计算公式：3-3式中：—工作面瓦斯的抽采率，%；—工作面瓦斯的抽采量，m3/min；—工作面风排瓦斯的量，m3/min。由计算得预抽瓦斯量为按照4.1计算m3/min，煤层回采工作面瓦斯抽采率为69%（4）回采工作面配风量3-4式中：—回采工作面风排瓦斯所需的风量，m3/min；—回采工作面风排瓦斯量，m3/min；（Q=回采工作面瓦斯涌出量—抽采量=14.43-4.1）—瓦斯涌出不均衡系数，回采工作面取1.2；。经计算回采工作面通风能力满足风排瓦斯要求。3.4高位定向长钻孔技术装备由定向钻机、泥浆泵、孔底马达、测量仪器及孔口计算机等组成。3.5抽采检测仪表井下抽采瓦斯主要检测仪器、仪表。本科论文第4章瓦斯抽采管路系统及抽采泵选型4.1抽采管路布置及选型4.1.1瓦斯抽采管路设计路线为了有效避免或尽量减少总是频繁改动的煤矿瓦斯抽采主要的管路运输系统，尽量做到抽采管路一次成型，不做二次改动，要根据矿井的建设和发展战略规划、抽采瓦斯运输地点进行合理的分布，还要考虑到管道连接的密闭性及其功能性的完整，保证设备安装、维护的方便性，从而对管路系统进行选择，使巷道的曲线段部分尽可能的少，转弯时角度不应过大并且要确保在50°以内，在与巷道最短的距离内安装抽采管路，为了不影响其他方面的效率，最好选择在运输作业较少的位置安装管路，并且当管道发生事故时，严格控制管道内的瓦斯的流动方向，使可该系统可以从矿井工作面，矿井机房或机电室撤离，以确保操作环境和人员的安全，严格控制抽采管道井下建（构）筑物及设施的间距，为系统选择合适的管路管径，并在整个系统中安装能对管路进行调节、控制、测定的防回气装置，严防瓦斯回流造成经济财产损失及人员伤亡的事件发生。所以该抽采管路的设计路线是：放空或利用——抽采泵站——地面管路——回风立井——回风大巷。4.1.2瓦斯抽采管径选择选择瓦斯抽采管路的直径重要因素，它不仅对抽采系统的经济投资有很大影响，而且对抽采系统的效果同样影响颇深。如果直径太大，导致投资费用增加，多做了许多无用功；如直径过小，则由于管路阻力所造成的损失过大，因此应根据抽采泵的实地使用数据源考虑设置一定的备用量，确保抽采管路的物尽其用。瓦斯抽采管直径是决定瓦斯抽采效果的重要因素之一，所以瓦斯抽采管的直径选择是管路布置的重大事项。抽采管径一般采用下式计算：4-1式中：—抽采瓦斯管的内径，m；—瓦斯管中混合的瓦斯流量，m3/min；—瓦斯管中混合的瓦斯平均流速，一般=5～12m/s。为了达到比较好的抽采效果，通过管径公式，各管路的管径如下表4-1：表4-1管径数据（抽采采空区，因此整个管路系统统一为低负压管路）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）材质低负压主管4.1301.2209874582011焊缝钢管（1.0MPa）高负压负干管52.10311.2203873282011焊缝钢管（1.0MPa）高负压支管（预抽面）17.4532-5493573776焊缝钢管（1.0MPa）高负压支管（掘近面）4.0032-1252262734焊缝钢管（1.0MPa）根据矿井下的具体条件，对煤矿井下抽采瓦斯管路进行装设，在装设过程中在主要管路上涂刷防腐、防锈漆，管路附件一律采用防腐、防锈蚀的管件，这样可以延长管路的使用年限，为了防止管路下滑，应在巷道支护上用卡子固定，尽量敷设平直的管道，瓦斯管路在主要运输巷道中的敷设高度应在1.8m以上，确保作业人员能流畅通过，要求流水坡度应尽可能保持一致，避免高低波动、参差不齐，在低洼处应该装设放水器进行辅助工作，新敷设管路的气密性必须符合国家要求的标准，并进行检验，发现不合格的部位立即向上级汇报，修整合格后方能投入使用。4.2抽采泵的选择4.2.1抽采泵流量计算在德通煤矿的抽采期间选用的瓦斯泵的使用流量大于预计的最大瓦斯抽出量需求，为了能够满足对瓦斯泵在抽采期间可以承受最大的瓦斯负压和抽采量的实际使用需求，瓦斯抽采泵的负压和流量必须能够达到瓦斯泵预计的最大压力范围内，防止发生安全事故，抽采设备配备的抽采发电机必须保证是完全具有防爆作用的，这样瓦斯抽采才能安全的进行下去，并且瓦斯泵还需要具有良好的真空度。4-2式中：—瓦斯抽采泵的额定流量，m3/min；—矿井瓦斯的抽采总量（纯量），m3/min；—矿井瓦斯的抽采浓度，%；—备用系数，取1.2~2；—抽采泵抽采煤矿瓦斯的效率。计算抽采泵所需的额定流量见表4-2。表4-2低负压系统抽采泵流量计算表设计抽采量（m3/min）抽采浓度(%)机械效率(%)备用系数抽采泵设计流量（m3/min）4.1308024344.2.2瓦斯抽采泵压力计算井下抽采口的瓦斯一路经过抽采管路系统到了瓦斯抽采泵，再从瓦斯抽采泵到达释放点的过程会产生阻力，瓦斯抽采泵的压力就来自克服这些阻力的损失。4-3式中：—瓦斯抽采压力，Pa；—抽采系统管网总阻力，Pa；—采空区插管抽采时管口必须造成的负压，采空区瓦斯抽采取6700Pa；—瓦斯泵出口正压，取5000Pa；—压力备用系数，可取1.2～1.8。通过这个公式可以计算得出德通矿井抽采泵抽采瓦斯的总阻力：（1）摩擦阻力计算见表4-3：表4-3摩擦阻力计算表管路名称ρ（kg/m3）Q0(m3/h)ν0(m2/s)d(mm)C(%)L(m)进气端压力（Pa）气压(Pa)气体温度（℃）H(Pa)支管1.102331800.000016223653315008832584967253358干管1.1138121200.000016157983125008496783530251437主管1.1196125400.0000161179830500835308321925311主管正压段1.1196125400.000016117983080950259498243（2）高负压系统负压段阻力计算见表4-4：表4-4系统负压段阻力计算表管路名称摩擦阻力（Pa）局部阻力系数局部阻力（Pa）总阻力（Pa）管口负压13000负压段支管33580.155043862负压段干管14370.152161653负压段主管3110.1547358负压段管路总阻力18873（3）高负压系统正压段阻力计算见表4-5：表4-5系统正压段阻力计算表管路名称摩擦阻力（Pa）局部阻力系数局部阻力（Pa）总阻力（Pa）管口正压5000正压段主管430.15649正压段管路总阻力5049（4）高负压系统抽采系统总压力计算见表4-6：表4-6系统抽采系统总压力计算表负压段管路最大阻力损失Hr（Pa）出口侧管路阻力损失Hc（Pa）压力富余系数K抽采系统压力H（Pa）1887350471.6382384.2.3瓦斯泵的真空度计算（1）抽采泵真空度计算见表4-74-4式中：—抽采泵真空度（%）；—抽采系统压力（Pa）；—抽采泵站的大气压力（Pa）。表4-7抽采泵真空度计算表抽采系统压力H（Pa）大气压力Pd（Pa）抽采泵真空度I（%）382389008543（2）抽采泵工况压力计算见表4-8：抽采泵工况压力可按下式计算：4-5式中：—抽采泵工况压力（Pa）；表4-8抽采泵工况压力计算表抽采系统压力H（Pa）大气压力Pd（Pa）抽采泵工况压力Pg（Pa）3823890085518474.2.4抽采泵选型通过上面我们所计算的抽采泵抽采瓦斯时的抽采流量和压力，真空泵的流量值取在工况下的理论流量值，流量换算为：4-6式中：——标准状态下的瓦斯抽采量，m3/min；——测得的瓦斯抽采量，m3／min；——测定时管道内气体绝对压力，kPa；——测定时管道内气体绝对温度，K；4-7——测定时管道内气体摄氏温度，取25℃；——标准绝对压力，101.325KPa；——标准绝对温度，(273)K。由上述公式计算，见表4-9。表4-9抽采泵工况状态下的瓦斯抽采量计算表标态抽采量(m3/min)标态绝对压力(kPa)标态绝对温度（K）工况绝对压力(kPa)工况绝对温度（K）工况抽采量(m3/min)435101.32529352298862通过计算结果可知，德通矿井的系统瓦斯抽采泵选用SKA（2BE3）1000型水环真空泵，最大抽气量为875m3/min，泵房安装两台，一台工作，一台备用及检修。抽采泵性能规格，见表4-10；抽气速率、轴功率曲线，见图4-4。表4-10井下移动瓦斯抽采泵性能规格表型号最大抽气量(m3/min)最大轴功率（kW）转速(r/min)供水量(m3/h)备注SKA（2BE3）100087575016838~83.1图4-4SKA（2BE3）1000型水环真空泵抽气速率、轴功率曲线瓦斯抽采泵站除了配备基础的附属设施外还要在抽采硐室设置防爆照明灯和按钮，它可以减小防爆面，增加安全系数，高效的保障施工人员的安全，还能隔离气体与电，防止二者接触，还需要灭火器和其他灭火工具，还需要配备砂箱，砂箱可以起到千斤顶的作用，抽采管路的低洼处要安合适的放水器，为了方便对抽采瓦斯系统进行计量和测定，在泵站内抽采管路的进口上装设控制阀门、测压嘴、孔板流量计。为