瓦斯抽放设计课程设计文档格式.docx
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第一节采区位置范围、地质条件
本煤采区开采某煤层(2号),煤层厚度为5m;
赋存稳定,倾角为15°
顶板为砂质泥岩,岩层不能致密,上覆1号煤层50m,煤厚2m。
本区域本区有小断层,对开采影响不大。
工作面走向长度1500m、倾向长度120m,停采线至回风上山距离150m,采区回风上山长度1800m。
局部弯头长度100m,工作面日产量3000t。
第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数
(1)煤层瓦斯参数
1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r,煤的密度为1.45t/m3,水分0.2%、灰分21%、挥发份15%;
2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r,煤的密度为1.32t/m3,水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。
(2)抽放瓦斯参数
2号煤层透气性系数λ=0.0276(m2/MPa2.d),如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯,百米钻孔瓦斯抽和量为0.01m3/min·
hm。
第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法
采用走向长壁全部跨落顶板管理法,工作面后退式倾斜一次开采,巷道布置如图1所示。
第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证
第一节煤层瓦斯储量计算
根据已知条件:
2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r,煤的密度为1.32t/m3,水分1.2%、灰分18%、挥发份17%;
1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r,煤的密度为1.45t/m3,水分0.2%、灰分21%、挥发份15%。
可以得到原始瓦斯含量,公式如下:
式中:
Q原——矿井原始瓦斯含量,m³
/t;
Q可燃基——可燃基瓦斯含量,m³
/t.r;
Mad——水分;
Ad——灰分。
可得:
可采层瓦斯储量:
Q原2——2号煤原始瓦斯含量,m³
/t;
L——2号煤工作面走向长度,m;
H——煤层厚度,m;
D——2号煤倾向长度,m;
ρ——2号煤的密度,t/m³
。
=9.292×
1500×
5×
120×
1.32
=1104(万t)
第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证
(1)工作面可抽放量计算
相对瓦斯涌出量q可由以下公式求得:
WC——可燃基残存量,m³
/t
可燃基残存量可根据表2-1查取
表2-1
q=9.292-3.2×
(100-1.2-18)/100=6.7064
可采抽瓦斯总含量W可:
W可=q×
L×
H×
D×
ρ
=6.7064×
=7967203.2(m³
)
预抽纯量Q纯:
Q纯=W可/(24×
60×
330)=16.766(m³
/min)
抽放量Q:
Q=Q纯/0.4=41.915(m³
(2)瓦斯抽放的必要性可行性论证
1.抽放瓦斯的必要性
根据供风量为1500m³
/min,工作面瓦斯浓度按0.6%计算风排瓦斯量Qp=Q×
C=1500×
0.6/100=9m3/min。
而工作面绝对瓦斯涌出量为16.766m3/min,如不可抽放瓦斯,则工作面的瓦斯浓度将超限,尚需抽放瓦斯量=QCH4-Qp=16.766-9=7.766m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6%
2.抽放的可行性
本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性,衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个:
煤层透气性系数(λ),钻孔瓦斯流量衰减系数(α)和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数(Qj)。
按λ、α和Qj判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-2示。
表2-2本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
根据已知条件,2号煤层透气性系数λ=0.0276(㎡/MPa2·
d),2号煤属于较难抽采煤层,如不采取其他技术措施,基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性,因此,我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。
第三章煤层瓦斯抽放方法设计
第一节抽放方法的比较和选择
(1)抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定:
a.按抽出瓦斯来源分:
本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采。
b.按被抽采煤层的卸压状况分:
原始煤体未卸压预抽瓦斯;
煤层卸压后抽瓦斯。
c.按抽采瓦斯源的汇集工程方法分:
抽采瓦斯钻孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯钻孔巷道综合法。
根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第4.1.1条规定:
选择抽放瓦斯方法,应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。
并应符合下列要求:
a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯,必要时可设专用抽放瓦斯巷道;
b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件;
c)有利于提高瓦斯抽放率;
d)抽放效果好,抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求;
e)尽量采用综合抽放;
f)抽放瓦斯工程系统简单,有利于维护和安全生产,建设投资省,抽放成本低。
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定:
按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放;
第7.1.3条规定:
多瓦斯来源的矿井,应采用综合瓦斯抽放方法。
瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题:
(a)分期建设、分期投产的矿井,抽放瓦斯工程可一次设计,分期建设、分期投抽。
(b)抽放瓦斯站的建设方式,应经技术经济比较确定。
一般情况下,宜采用集中建站方式。
当有下列情况之一时,可采用分散建站方式:
——分区开拓或分期建设的大型矿井,集中建站技术经济不合理。
——矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。
——一套抽放瓦斯系统难以满足要求。
根据本煤层的特点,我们选取抽采瓦斯钻孔法,而钻孔抽采瓦斯的方法又有穿层钻孔抽采瓦斯、顺层钻孔抽采和边采边抽。
(2)瓦斯抽放方法的比较和选择
根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件,我们最终选择顺层钻孔抽采,因为顺层钻孔抽采的适用条件是:
①单一煤层;
②煤层透气性较小但应有抽放可能;
③煤层赋存条件稳定,地质变化小;
④钻孔要提前打好,有较长的预抽时间;
⑤突出危险煤层(密集钻孔),而我们要设计的煤层就是煤层透气性较小但应有抽放可能,煤层赋存条件稳定,地质变化小。
第二节抽放钻孔参数确定
(1)钻孔直径
钻孔直径大,暴露煤壁面积就大,瓦斯涌出量相应也大,但二者增长并非线性关系,在煤层条件不同的情况下,瓦斯涌出量并不随孔径的增大而成比例增大。
据测定结果,孔径由73mm提高到300mm,钻孔的暴露面积增至4倍,而钻孔抽放量仅增至2.7倍,而日本赤平煤矿孔径由65mm增至120mm
,抽放瓦斯量增加到3.5倍。
孔径应根据钻机性能,施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定,目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为60~110mm。
根据本煤层的特性,选取钻孔直径为90mm。
(2)钻孔长度
据实测结果,单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系,因此在钻机性能与施工技术水平允许的条件下,尽可能采用长钻孔以增加抽放量和效益。
本煤层的倾向长度为120m,为了达到好的抽放效果,我们把钻孔从进风巷和回风巷顺煤层打入,进风巷打入的钻孔的长度为60m,回风巷打入的钻孔的长度为70m。
(3)钻孔间距与抽放时间
2号煤层透气性系数λ=0.0276(m2/MPa2.d),根据表3-1,我们选取钻孔间距为3m。
表3-1钻孔间距选用参考值表
煤层透气性系数
(m2/(MPa2•d))
钻孔间距(m)
备注
<10-3
---
先采取卸压增透措施后,才能抽放
10-3~10-2
2~5
10-2~10-1
5~8
10-1~10
8~12
>10
根据课程设计给的条件,我们可知抽放时间为一年。
(4)抽放负压与封孔长度
钻孔抽放负压一般选用13.3~26.6kPa(即100~200mmHg),但最低不宜小于6.7kPa(50mmHg)。
一些矿井提高抽放负压,抽放瓦斯量增大,但是也有的矿井抽放负压增加,抽放量变化不大。
封孔长度既应保证不吸入空气又应使封孔长度尽量缩短,一般情况下岩孔应不小于2~5m,煤孔应不小于4~10m。
第四章工作面瓦斯抽放系统
第一节工作面瓦斯抽放设施的配置和布置
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》,对瓦斯抽放管路有如下要求:
第5.4.1条:
抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定,避免或减少主干管路系统的频繁改动,确保管道运输、安装和维护方便,并应符合下列要求:
——抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短,管路安装应平直,转弯时角度不应大于50°
;
——抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置;
若设于主要运输巷内,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;
抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m;
——当抽放设备或管路发生故障时,管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内;
——尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁;
——管径要统一,变径时必须设过渡节。
第5.4.2条:
抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算,并与抽放设备能力相适应,抽放管路按安全流速为5~15m/s和最大通过流量来计算管径,抽放系统管材的备用量可取10%。
第5.4.3条:
当采用专用钻孔敷设抽放管路时,专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm;
当沿竖井敷设抽放管路时,应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。
第5.4.4条:
抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力;
摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算;
局部阻力可用估算法计算,一般取摩擦阻力的10%~20%。
第5.4.5条:
地面管路布置:
——不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内;
——主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合;
——抽放管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距,应符合《工业企业总平面设计规范》的有关规定;
——瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物,一般情况下也不得穿过其它管网,当必须穿过其它管网时,应按有关规定采取措施。
第二节抽放管路的计算和选择
⑴、瓦斯抽放管径选择
选择瓦斯管径,可按下式计算:
式中D—瓦斯管内径,m;
Q—管内瓦斯流量,m3/min;
V—瓦斯在管路中的经济流速,m/s,一般取V=10~15m/s,在此取10m/s。
(2)、选择
根据计算主管选择直径为Φ325无缝钢管,壁厚可选择9mm或10mm.
第五章瓦斯泵选型
第一节抽放系统管道阻力计算
(1)、摩擦阻力计算
计算直管摩擦阻力,可按下式计算:
式中H——阻力损失,Pa;
L——直管长度,m;
γ——混合瓦斯对空气的密度比.γ=1-0.446c/100=0.8216
c——管路内瓦斯浓度%c=40
Q——瓦斯流量,m3/h;
D——管道内径,cm;
k0——系数,见表5-1;
表5-1不同管径的系