回采工作面移动瓦斯抽放专业系统设计专项方案及安全关键技术专项措施

2工作面瓦斯抽放设计方案及安全技术方法华晋明珠矿二O一三年五月二十四审批签字栏：总工程师：年月日采煤副总：年月日通风副总：年月日机电副总：年月日调度室：年月日安监处：年月日生产科：年月日机电科：年月日通风区：年月日地测科：年月日综采队：年月日编制:年月日2工作面瓦斯抽放设计方案及安全技术方法会审会审人员意见会审结论前言一、设计关键依据1、《采矿工程设计手册》煤炭工业出版社2、《煤矿瓦斯抽放规范》AQ1027--3、《煤矿安全规程》（）国家煤矿安全监察局4、河南理工大学编制《山西华晋明珠煤业有限责任企业矿井瓦斯涌出量估计（2#煤层）》（.5）5、阳煤设计研究院编制《固定瓦斯抽放初步设计》（.11）二、设计关键技术指标1）抽放纯量：3.0m3/min左右；2）抽放瓦斯浓度：试验性，依据以往和其它矿抽放资料显示，采面隅角埋管抽放时最高浓度5%，平均1.5%。煤层预抽浓度有待试验结论。3）孔口负压：(待抽放系统运行仪器检测）4）抽放管路最远距离估计：1600m。三、设计指导思想1、在符合规范要求、满足使用前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；2、设备、管材选型留有余地，能充足满足矿井安全生产需要（采掘）；3、采取工艺技术含有简单、易操作、优异性，且符合实际。4、参考其它同类矿井经验，选择相关设备。第一章矿井及工作面概况1、开拓方法矿井立井-单水平开拓方法,开采2号煤层。2、矿井巷道部署情况矿井设计单水平开采2号煤层，水平标高+838m。全井田划分为3个采区（分别为一采区、二采区、三采区）。分东、西两翼部署，部署三条大巷，其中一条做为专用回风巷，两条进风巷（东轨、东皮巷）。采煤工作面采取U型通风方法。3、采煤方法和顶板管理采煤方法为走向倾斜长壁仰斜综采一次采全高。采取全部垮落法管理顶板。4、工作面概况2工作面两顺槽采取锚杆+锚索+金属网+钢筋梯子梁联合支护，断面14.0m2。工作面两顺槽超前支护采取单体液压支柱加“π”型梁进行维护，柱距为800mm。超前距离大于70m,距采面10m范围为“一梁三柱”，其它为“一梁二柱”。工作面切眼采取ZY4800/20/40型掩护式液压支架100架；上下端头选择ZZ6000/22/45型支撑掩护式液压支架各10架。割煤使用MG300/700-WD型双滚筒无链电牵引采煤机。装煤由螺旋滚筒装入SGZ764/500型可弯曲刮板运输机，顺槽采取SZZ764/132型桥式转载机、PCM110型破碎机、DSJ-1000/2×250型胶带输送机及SZZ764/200型平铺转载机运煤。工作面煤层厚度3.20～4.01m，平均3.60m，煤层倾角1°～18°，平均9°。工作面整体呈单斜结构，煤层总体走向为北东，倾向北西，倾角通常在8～16°，依据现有地质资料，2回采工作面内未发觉断层、陷落柱等其它地质结构；工作面外存在F2逆断层，落差约45m。矿井瓦斯等级判定情况为：矿井相对瓦斯涌出量为4.80m3/t，绝对瓦斯涌出量为8.67m3/min；二氧化碳相对涌出量为1.88m3/t，二氧化碳绝对涌出量为3.40m3/min，瓦斯涌出形式为一般涌出，矿井为瓦斯矿井。参考1工作面回采时期最大瓦斯绝对涌出量3.61m3/min，该工作面绝对瓦斯涌出量估计大于1工作面绝对瓦斯涌出量。煤层自燃等级为Ⅲ级，属不自燃煤层。煤尘含有爆炸危险性。第二章瓦斯抽放方法选择采面回风隅角埋管抽放、钻孔预抽本煤层瓦斯是瓦斯抽放关键方法，在其它矿井全部有十分成熟技术和经验。采面上隅角埋管抽放能够预防回风隅角瓦斯积聚、降低采面回风流中瓦斯浓度。钻孔预抽本煤层瓦斯能够降低煤层瓦斯含量，降低采掘作业时向采掘工间涌出瓦斯量。采面回风隅角瓦斯抽放属于半封闭式瓦斯抽放，假如加强管理，一定会取得较为理想效果。依据本工作面现在情况，本工作面关键采取上隅角埋管抽放，处理工作面上隅角瓦斯问题。第三章回风隅角插管抽放法回风隅角瓦斯抽放关键原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态和空气充足混合，由抽放管路抽走，这能够避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或微风）引发瓦斯超限，还可处理因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采取较长软管和主抽放管路相连接（管径和主管相匹配），将软管一端插入上隅角，为确保软管吸入口能处于上隅角上部（上部瓦斯浓度较高）可将抽放软管和木棒绑在一起（避免软管口下耷），用铁丝吊挂在切顶处。伴随工作面推进，逐节回收主抽放管路，移动软管连接，直至回采结束。抽放软管伸入上隅角长度及位置应依据实际抽放效果不停调整，得到合理参数。为确保抽放效果达成预期目标，在主抽放管路末端可设置一个分流器，分支出多个支管，插入隅角不一样位置进行抽放。不过，该抽放方法采取必需是在有严密组织、安全、施工方法，确保施工安全前提下进行。第四章抽放浓度及抽放量一、抽放浓度依据现在矿井具体情况，我矿为瓦斯矿井，抽放浓度采取上隅角插管抽放时估计不会超出5%。二、瓦斯涌出量计算设计依据矿井相对瓦斯涌出量和平均绝对瓦斯涌出量，估计瓦斯抽放绝对量2-3m3/min，即能满足要求。第五章抽放系统及设备选型第一节抽放管路系统部署在选择瓦斯抽放管路系统时，抽放管路应尽可能选择铺设在巷道曲线段少和距离短线路中，尽可能避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设，还要考虑运输、安装、维修、供电供水方便。抽放泵站部署在井下时，应靠近抽放地点，安装在进风硐室中。井下抽放泵站部署在井下靠近抽放地点进风风流中，这么能够大大降低管路长度，能够依据抽放地点改变移动抽放泵，能够节省管路投资，前提条件是抽放管路排出瓦斯必需排放到采区专用回风巷或总回风巷，经稀释使瓦斯浓度不超限。依据我矿现场实际情况，现在将瓦斯抽放泵站设在东翼采区变电所（未安装使用），其位置符合规程和相关要求。2采煤工作面抽放管路部署为：上隅角支管→回风顺槽→东翼回风巷→瓦斯抽放泵站→东翼回风巷。第二节瓦斯抽放管路联接和敷设一、管路敷设煤矿井下环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，为此对煤矿井下抽放瓦斯管路敷设有以下要求：1、瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀方法；2、倾斜巷道瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑；3、管路敷设要求平直，尽可能避免急弯；4、管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽可能一致，避免高低起伏；瓦斯管道吊挂式安装图（U型钢巷道挂在巷道卡兰上下位置）5、新敷设管路要进行气密性检验；二、管路安装瓦斯抽放管路在2胶带顺槽采取吊挂敷设，东翼回风巷采取支座敷设在巷道底板；瓦斯管路安设要求尽可能直，并靠帮、靠顶。有合理流水坡度，吊丝，支座齐全牢靠，在低洼地点设置放水装置，插管、孔壁不漏，常常有专员检验维护。ａ、检验吊丝、支座是否齐全、牢靠，发觉缺吊丝、少支座或不牢靠时，应立即补齐或紧固，预防管线塌落。ｂ、检验管路是否移动、漏气和水堵（积水），一经发觉移动、漏气和水堵要立即处理。ｃ、检验安设瓦斯管线巷道是否安全，发觉问题不能正常进行检验时。必需即时汇报相关部门处理。2、瓦斯管材必需采取国家定型管材。3、管道安装：（1）管道必需依据现场条件采取多种可靠装置固定，既要确保巷道不因管道敷设影响安全生产，又要确保巷道在使用中不危及管道安全使用。（2）管道安装平直，变径地点采取过渡接头。（3）主干管离地高度要求0.5米。（4）管道和巷帮壁距离应大于0.3米。（5）严禁和带电物体接触。4、管路安装完成后必需用高压水或压风进行排渣冲洗并进行漏气试验，试验压力应达成抽放设备能力2倍。严禁采取负压漏气试验。第三节抽放管路隶属装置在抽放主管上安装孔板流量计、观察嘴，用来观察瓦斯浓度、压力、流量。同时需要安设瓦斯浓度传感器1个、流量传感器1个、温度传感器1个、压力传感器1个、一氧化碳传感器1个及阀门开关传感器。另外，在瓦斯泵房内管路上还安设有防爆、防回火装置等。第四节瓦斯泵选择一、瓦斯泵流量计算瓦斯泵流量应能满足抽放瓦斯系统服务年限内最大抽放量需要。瓦斯泵流量按下式计算：Q泵=Q·K/（C·η）式中Q泵——瓦斯抽放泵额定流量，m3/min；Q——最大抽放瓦斯纯量，m3/min；取3m3/minC——瓦斯泵入口处瓦斯浓度，10%；η——瓦斯泵机械效力，取80%；K——瓦斯抽放综合系数，取K=1.2Q泵=Q·K/C·η=3×1.2/（0.1×0.8）=45m3/min二、瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵压力，必需能克服抽放管网系统总阻力损失和确保抽放有足够负压，和泵出口正压需求。按以下公式计算：H泵=（H总+H孔+H正）·K式中H泵——瓦斯泵压力，Pa；H总——抽放管路总阻力损失，Pa；H孔——抽放钻孔所需负压，通常取H孔=15000Pa；H正——瓦斯泵出口正压，通常取H正=500Pa；K——抽放备用系数，取K=1.2H泵=（H总+H孔+H正）·K=（8864+15000+500）×1.2=24364Pa三、瓦斯泵选型经过以上计算,在进行市场调查和对设备参数对照结果,瓦斯泵决定选择型水环式真空泵,其中一台运转,一台备用。本设计选择2ZEC42型移动瓦斯抽放泵，最大抽放量为30m3/min，电机型号YBK2315/L1-4型，电机功率160Kw，电压660/1140V。第五节瓦斯泵隶属安全装置瓦斯泵进出口段管路上均要设置防回火、防回气、防爆炸安全装置，有铜网式和水封式两种，以预防井下管路瓦斯爆炸燃烧波及范围扩大，其关键作用是熄灭燃烧火焰和释放爆炸能量。因为我矿属井下移动抽放泵站抽放，其瓦斯不利用，所以选择水封式防爆防回火装置。见下图：第六章瓦斯抽放泵站因为我矿属瓦斯矿井，仅是工作面上隅角需要抽放，所以选择井下移动抽放泵站即可满足要求。依据井下移动瓦斯抽放泵站相关要求，结合我矿实际，确定前期先将移动抽放瓦斯泵站安装在东翼采区变电所（现在该变电所因还未安设任何机电设备，已形成独立通风系统），采取双回路供电。后期待5工作面皮带顺槽联络巷旁移动瓦斯抽放泵站硐室建成后，移至该硐室。一、抽放规范要求：井下移动抽放泵站部署在井下靠近抽放地点进风风流中，这么能够大大降低管路长度，能够依据抽放地点改变移动抽放泵，能够节省管路投资，前提条件是抽放管路排出瓦斯必需排放到采区专用回风巷或总回风巷，经稀释使瓦斯浓度不超限。1、泵房内有良好通风照明设备并设有直通矿井调度室电话。2、泵房建筑面积应依据设备尺寸决定，设备之间距离符合《采矿工程设计手册》要求。3、泵房内电气设备、照明和其它电气、检测仪表均采取矿用防爆型。4、泵房周围管路设置放水器及防爆、防回火、防回气装置，并设置压力、流量、浓度测定装置和采样孔、阀门等隶属装置。5、在瓦斯抽放泵输入管路中安设温度传感器、瓦斯流量传感器、管道压差传感器、高瓦斯浓度传感器。二、泵站具体要求和设施1、泵站给排水给水采取地面净化水系统或建立井下净化水系统，供水量要大于真空泵说明书要求。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度。水环泵正常工作时必需供水，供水水流应稳定、持久。供水水质应为不含颗粒清洁水（PH值6～8），若水质不纯（含有颗粒物），应考虑在水流入口端加过滤装置。2、抽放泵站供电泵站供电参考掘进工作面局扇供电管理，要求“三专”，即专用变压器、专用线路、专用开关。“两闭锁”即“水电闭锁”，当瓦斯泵供水压力不够或无水时，能自动切断瓦斯泵电源。“瓦斯电闭锁”即当该峒室瓦斯浓度达成0.5%时，能自动切断瓦斯泵站内一切电源。依据现在矿井供电情况，采取1140V电压对抽放泵站供电。依据煤炭工业矿井设计规范GB-5012-94，瓦斯抽放站电力负荷为一级负荷，即必需确保有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。瓦斯抽放站1140`V双电源引自变电所两段不一样母线段，在瓦斯泵站必需有隔爆型照明灯具，而且必需满足照明条件。3、抽放泵站通讯泵站安装直通矿调度防爆电话一台。4、抽放实时监测抽放实时监测包含抽放管道实时监测和抽放泵站实时监测。抽放管道实时监测应含有以下功效：1、以分钟、小时、班、天为单位，统计瓦斯抽放混合量和纯量；2、分析瓦斯动态抽放量改变趋势，评价监测点抽放方法有效性。3、当监测点瓦斯浓度忽然下降时，立即发出管道漏风警报。抽放泵站实时监测应含有以下功效： 1、以分钟、小时、班、天为单位，统计各支线进气管道和总抽放管道瓦斯抽放混合量和纯量；2、对泵站设备工作状态监测进行管理；3、对抽放泵站机房安全管理；为确保瓦斯抽放系统安全运行和矿井安全生产，瓦斯抽放系统设计时必需含有完善安全监测系统，对泵站运行环境瓦斯浓度、供水、抽放瓦斯浓度、抽放量、排放口瓦斯浓度等参数进行监测。5、通风井下固定抽放瓦斯泵站采取全负压通风，用调整风门调整风量，供风量大于150m3/min。第七章抽放系统安装第一节基础要求瓦斯抽放系统安设、使用等必需严格遵守《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽放管理规范》相关要求。抽放系统安装所用材料均必需为煤矿井下许用产品，并含有煤矿安全标志。抽放泵安装要保持轴心一致，基础要达成要求强度和养护期。具体安装要求必需严格按设备安装说明书严格进行。泵房内须有足够照明、消防等设施，严禁堆放易燃物品，并严禁无关人员进入泵房。泵房门必需向外开。第二节抽、排放管路及隶属设施安装抽排放主管路提议采取无缝钢管，也可采取轻质塑料管（取得MA标志专用抽放管），法兰盘连接，安装时东回大巷采取角钢支座支撑，2皮带顺槽采取靠一帮铺设并吊挂，不得影响行人。管路全程严禁和带电物体接触。抽放系统全部金属件均需做防腐处理，管路安装后还要做密封性能试验（使用水试压，压力达0.2MPa,1h内压降不超出10%），并进行吹扫处理以免管路漏气和管路内有杂物；提议井下抽放管路涂刷红色油漆以示警。第八章抽放组织管理第一节组织管理1、建立抽放瓦斯专门机构，配置专业施工队伍，负责瓦斯抽放工作施工和日常管理工作。全部些人员必需经过培训合格后才能上岗。2、瓦斯泵房设备和管路系统除日常维护外，应建立定时检验维修制度。3、在抽放主管路上要配置专员定时检验瓦斯浓度、负压、压差等，方便掌握不一样地点抽放情况。另外，还应配有专员进行放水和管路维修，处理管路积水和漏气，以确保管路通畅。4、对抽放方法和相关参数，需在抽放实践中深入考察和验证，方便确定合理综合抽放方法，达成合理部署，提升抽放效果。5、抽放泵站司机或值班人员必需经过专门培训，使其熟悉相关瓦斯抽放要求，掌握多种安全、监控仪表和设备用途及其操作程序。第二节组织机构为了加强矿井瓦斯抽放管理，矿井配置抽放管理人员、抽放工程技术人员及相关业务人员。其关键职责有：1、管理人员。专门负责瓦斯抽放人员、事务管理。2、技术人员。负责抽放方面技术方案、方法制订和落实到位，提升抽放效果，