金沟煤矿瓦斯抽放系统设计说明书重庆院Word格式.docx
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第一章矿井概况
第一节位置与交通
金沟井田位于217国道西侧，217国道从本煤矿东界以东80m处呈北东-南西向通过，沿217国道向北195km和365km，先后可与218国道和312国道相接，沿218国道西行288km可到达伊宁市，沿217国道向南63km和83km分别和307省道、314国道相接，通过307省道和314国道可通往库车县城和南疆各地。
第二节煤层赋存情况
金沟井田位于天山南麓山前的低中山区，为典型的流水冲蚀的砂岩山地地貌，植被极不发育。
井田区内高程在+1650~+1816m，相对高差166m。
阿艾矿区位于库车中新生代山坳陷的中部，其含煤地层的沉积、构造特征与区域内的同时代地层的沉积、构造特征基本相同。
库车中新生代山坳陷中的侏罗系含煤地层和煤层，位于以天山地槽褶皱系中的古生界为轴的复式背斜构造的南翼，总体上呈一向南倾斜并伴有一定的波状起伏的单斜构造。
侏罗系地层从北向南依次赋存在捷斯德里克向斜和夏阔坦向斜，捷斯德里克背斜轴部无煤系地层存在。
井田位于比尤勒包古孜复式背斜南翼，比尤勒包古孜背斜轴位于井田北部边界附近，轴向呈300~98°
方向延展，北翼地层产状355°
，倾角38~46°
，南翼地层产状为240~260°
，倾角18~21°
，井田内未发现有明显的断裂构造。
本井田位于比尤勒包古孜复式背斜构造的南翼，总体为一向西南倾伏的弧状单斜构造，断裂构造不发育。
构造的复杂程度属于简单类型。
井田内可采及大部可采煤层为下1、下2-2、下4、下5、下6-1、下6-2、
下7-1、下7-2、下9、下10号煤层，其中全矿井可采煤层为下4、下5、下6-2、
下7-1、下9、下10号煤层，其余都是局部可采煤层。
煤层倾角在19～21°
之间，属于缓倾斜煤层。
可采煤层特征详见表1-1。
表1-1可采煤层特征表
煤
层
煤层厚度（m）
煤层间距（m）
可采性
夹矸数
结构
顶板岩性
底板岩性
稳定性
两极值
平均值（点数）
平均值
下2-2
0.65-1.16
0.82（6）
局部可采
简单
粉砂岩
不稳定
-
下4
0.74-1.48
1.39（9）
全区可采
0-1
细砂岩
较稳定
28.32-30.33
27
下5
4.62-6.37
5.45（9）
全区主采
0-3
中砂岩
稳定
25.23-33.49
28
下6-2
0.72-1.11
0.93（9）
9.77-14.88
12
下7-1
0.82-3.27
1.59（9）
0-2
17.69-42.64
29
下9
0.80-1.29
0.98（9）
69.88-79.78
75
下10
5.02-8.27
6.61（9）
第四节矿井开拓
井田属于中低山区，井田内煤层露头大部分已经火烧，且地表有常年性河流，因此，本井田设计采用井工开采方式。
根据新《疆库车金沟煤矿有限责任公司初步设计说明书》，矿井采用中央斜井开拓方式，设计三条井筒：
主斜井、副斜井和斜风井，其中主斜井斜长864m，倾角25°
，副斜井斜长864m，倾角25°
，斜风井斜长106m，倾角25°
。
全矿井划分为一个水平，即+1300m水平，分上、下山开采，每个水平划分为一个采区。
各煤层采用采用联合布置方式开采，全矿井按水平划分为两个采区，一个上山采区，即一采区；
一个下山采区，即二采区。
采区每翼走向长度约870m左右。
第五节矿井通风与瓦斯
一、通风
矿井达产时进风井两个，即主、副斜井；
回风井一个，即斜风井。
根据《新疆库车金沟煤矿有限责任公司初步设计说明书》，矿井总需风量为74m3/s，其中综采工作面风量为27m3/s，炮采工作面风量为10m3/s，综采面掘进头风量为2x8m3/s，炮采面掘进头风量为2x6m3/s，爆炸材料发放硐室为3m3/s，其他6m3/s。
二、瓦斯
地勘资料显示井田内各煤层的瓦斯（CH4）含量一般为0.258～4.513ml/g.r，CO2为0.007～0.367ml/g.r，瓦斯变化梯度平均为0.452ml/g.100m。
邻近矿井科兴公司宏业煤矿2006年瓦斯等级鉴定结果，该矿井绝对瓦斯涌出量为0.14m3/min，相对瓦斯涌出量1.91m3/t。
矿井绝对二氧化碳涌出量0.36m3/min，相对二氧化碳涌出量4.91m3/t。
矿井瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。
根据中煤科工集团沈阳研究院资料，在+1579m水平，下2-2号煤层最大瓦斯压力为0.62MPa。
根据地质勘探报告，各煤层均具有爆炸性危险。
根据地质勘探报告，各煤层属不易自燃的煤层。
第二章抽放瓦斯规模及设计范围
第一节抽放瓦斯规模
根据矿井瓦斯储量、矿井服务年限、抽放瓦斯目的及抽放瓦斯不均衡系数等综合因素，瓦斯抽放设计规模确定为2.0m3/min纯瓦斯量。
第二节设计范围
本设计为矿井瓦斯抽放系统方案设计，设计范围为瓦斯抽放泵站方案设计、瓦斯抽放管路系统设计和瓦斯抽放工艺设计。
具体设计内容如下：
1．瓦斯抽放泵站设计：
包括抽放泵站计算选型，抽放泵站位置选择，抽放站安装方案设计等。
2．瓦斯抽放管路系统设计：
包括瓦斯抽放管径计算、管路选择、附属设施的设计选型等。
3．瓦斯抽放方法设计：
包括本煤层钻孔抽放和穿层钻孔预抽的工艺设计等，抽放方法根据实际应用效果进行修改和优化。
第三章 抽放方法设计
第一节 抽放瓦斯方法选择
一、选择抽放瓦斯方法的原则
选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、巷道布置、抽放瓦斯目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则：
⒈选择的抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。
⒉应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽放瓦斯方法，以提高瓦斯抽放效果。
⒊抽放方法在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要。
⒋巷道布置在满足瓦斯抽放的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽放工程量。
⒌选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。
⒍选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果，降低瓦斯抽放成本。
⒎抽放方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽放系统管网的设计，有利于增加钻孔的抽放时间。
二、抽放瓦斯方法选择
根据矿井设计，瓦斯抽放以先抽后掘为主，边掘边抽为辅。
第二节掘进抽放
一、巷道掘进边掘边抽瓦斯抽放
钻场布置
在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两帮各施工一个钻场。
钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽放钻孔布置的要求、选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定。
根据该矿的具体情况，每组钻场在煤巷两侧相对应布置，其规格为：
长×
高×
深﹦4m×
掘进巷道高度×
2m，采用木棚支护。
相邻两组钻场之间的间距为30m。
由于该矿按煤与瓦斯突出矿井设计，在钻场施工时严格执行“四位一体”的综合防突措施。
钻孔布置
在每一钻场内，沿走向布置3个边掘边抽钻孔，即左、右钻场各3个,孔深40m左右。
钻孔编号为1#6#。
左边钻场1#、2#、3#钻孔终孔位置在工作面前方煤层中部，距巷道轮廓线的距离分别为2m、4m、6m，开孔位置距巷道轮廓线的距离在2m以上。
右边钻场4#、5#、6#钻孔终孔位置、开孔位置的要求一样。
该钻孔布置参数在对抽放量、抽放浓度等考察后再进行适当调整。
该矿具有煤与瓦斯突出危险性，因此必须在工作面前方打一定数量的排放钻孔。
钻孔、钻场布置如图3-1所示，钻孔参数见表3-1。
图3-1巷道掘进瓦斯抽放抽放钻场、抽放钻孔布置图
表3-1边掘边抽钻孔参数表
孔号
与巷道中线
偏角（）
孔深
（m）
开孔位置（m）
距中线
距底板
1
0.0
40.0
2.6
0.8
2
3.0
3.1
1.4
3
6.0
1.2
4
-2.6
5
-3.0
-3.1
6
-6.0
注：
1）开孔距巷道中线，左为“+”，右为“-”。
2）钻孔方位以巷道中线为参考，偏角，左偏为“+”，右偏为“-”。
二、掘进巷道先抽后掘
在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔，每个循环施工9个钻孔。
钻孔长度40m，每个循环间距30m，钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m、2.5m、4m，进行瓦斯预抽。
如图3-2所示。
图3-2掘进巷道预抽示意图
掘进巷道边掘边抽或先抽后掘钻孔倾角原则上必须保证钻孔在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角，方位角指与巷道中线的夹角，当掘进工作面抽放钻孔数较多时，为扩大抽放区域面积，提高抽放效果，抽放钻孔应以巷道中线为基准，向周围煤体呈放散状排列。
三、钻孔施工
打钻：
采用ZY-650型钻机施工，严格按设计参数施工，施工完后作好钻孔竣工参数记录。
封孔：
采用BFZ水泥浆封孔泵封孔。
封孔管采用Φ50mm具有煤安标志的矿井允用塑料管，水泥浆采用425号水泥与水搅拌制成，水灰比为1:
2，封孔长度为7m，也可采用聚胺脂人工封孔。
四、抽放工艺
在钻孔施工完后，用DN51mm吸引胶管将每个钻孔与钻场汇流瓦斯管相连接，连接处需用8号铁丝将胶管扎紧。
然后将汇流管与安设的抽放管路相连接，在连接处需安设阀门以便控制抽放负压，最后在钻场口打上密闭。
该矿以先抽后掘为主，边掘边抽为辅。
边掘边抽钻孔抽放负压控制在7～15kPa，掘进预抽钻孔抽放负压控制在15kPa以上。
第四章 瓦斯抽放管路系统设计
第一节 瓦斯抽放管路系统的确定
本设计在选择瓦斯抽放管路系统时，主要根据抽放泵站位置、开拓巷道布置、管路安装条件等进行确定。
瓦斯抽放管路抽气系统布置如下：
掘进抽放钻孔→掘进巷→抽放泵站。
第二节 抽放管径计算及管材确定
一、瓦斯管径计算
根据瓦斯抽放管服务的范围和所担负输送抽放量的大小，其管径按下式计算：
D=0.1457（Q混/V）1/2
式中D—瓦斯管内径，m；
V—管道中混合瓦斯的经济流速，m/s，一般取V=5～15m/s；
Q混—管内混合瓦斯流量，m3/min。
根据建设方提供的瓦斯涌出资料，设计时确定瓦斯抽放泵站总瓦斯抽放量为2.0m3/min，瓦斯浓度按30%计算。
按照大管径流速取大值、小管径流速取小值,，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，抽放瓦斯管径计算结果见表4-1。
表4-1抽放管径计算表
管路
名称
纯瓦斯
流量
（m3/min）
瓦 斯
浓 度
（%）
混合瓦斯
流 量
气 体
流 速
（m/s）
管道
内径
备注
主管
2.0
30
6.7
10
0.119
主管路
支管
1.0
35
2.9
9
0.082
支管路
二、抽放管材的选择和管径的确定
考虑到抽放的不均衡性，为安装方便，地面主管路采用Ф159×
4.5mm无缝钢管；
井下抽放管路采用无缝钢管，管径为Ф108×
4mm
三、管路阻力损失计算
1.直管阻力损失计算
直管阻力损失按下式计算：
H=9.81
式中：
H—阻力损失，Pa；
L—直管长度，m；
Q—瓦斯流量，m3/h；
D—管道内径，cm；
K0—系数，查表；
Δ—混合瓦斯对空气的相对密度，查表。
抽放管路阻力损失计算应选择抽放系统服务年限内一条最长的抽放管路进行计算，根据金沟煤矿的矿井开拓布置，到采区边界的瓦斯管路最长，所以按从泵站到井下边界的抽放管路1700m计算抽放管道直管阻力损失，其结果见表4-2。
从表中可以看出：
抽放管路系统的直管总阻力损失H直总=3643Pa。
表4-2抽放管路直管阻力计算表
△
Q
（m3/h）
K0
D
（cm）
C
（％）
L
H
（Pa）
0.866
400
0.71
15
100
252
171
0.69
1600
5789
合计
6041
2.局部阻力损失计算
管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则抽放管路系统的局部阻力损失为：
H局总＝H直总×
0.15
＝6041×
0.15＝906Pa
3.总阻力损失计算
H总=H直总+H局总
＝6041＋906＝6948Pa
第三节 抽放管路及附属设施安装
为了便于管路系统负压的调节，掌握各抽放地点瓦斯抽出量、瓦斯浓度的变化情况以及保证管网系统的正常抽放，设计时在各主、分管路上考虑分别安设阀门、流量计和放水器，此外，在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆、防回火装置及放空管等。
第四节 瓦斯管路的敷设及质量验收
瓦斯管路敷设时，必须满足下列要求：
1、地面管路采用无缝钢管焊接，风井、井下抽放管路均采用法兰连接。
2、金属管在安设前要进行防腐处理，抽放管需外涂红色以示区别。
3、风井中的瓦斯管道安装必须稳固，井下其它作业不得影响或损坏瓦斯管道。
其它巷道中的抽放管路应悬挂在巷道帮上，其中心线高度不小于0.6m。
瓦斯管路不能与动力电缆同侧敷设，并不得影响行人和运输，同时，必须采取防撞、防滑措施。
4、管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安装放水器；
5、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；
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、照明电缆和电话线大于0.5m，且距相交构筑物2m范围内，管路不准有接头和布置管件。
6、瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设；
7、瓦斯管路不充许与自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆和电话线缆等敷设于一个地沟内；
8、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；
9、冬季寒冷地区应采取防冻措施；
10、管路系统安设完毕后，应对管路系统的气密性进行检查，其压力不得小于0.2MPa，验收标准按GBJ235-82《工业管道工程施工验收规范》执行。
第五章 瓦斯抽放泵站设计
第一节 泵站选型
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的需要。
瓦斯泵流量按下式计算：
Q泵＝
·
K
式中 Q泵—瓦斯抽放泵的额定流量，m3/min；
Q—最大抽放瓦斯纯量，m3/min；
C—瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，取30%；
η—瓦斯泵的机械效率，取80%；
K—瓦斯抽放综合系数，取K＝1.2。
本次设计瓦斯抽放泵站，抽放瓦斯纯量为2.0m3/min，则代入上式计算：
Q泵＝
×
1.2＝10m3/min
二、瓦斯泵压力计算
瓦斯泵压力，必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压，以及能满足泵出口正压之需求。
瓦斯泵压力按下式计算：
H泵=（H总＋H孔＋H正）·
式中 H泵—瓦斯泵的压力，Pa；
H总—抽放管路总阻力损失，Pa；
H孔—预抽钻孔所需负压，取H孔=15000Pa；
H正—瓦斯泵出口正压，取H正＝5000Pa；
K—抽放备用系数，取K＝1.2。
根据前面的管路阻力损失计算得知，则：
H泵＝（6948＋15000＋5000）×
＝32337.6Pa
根据当地气象资料，瓦斯抽放站的压力为85000Pa，因此泵站入口绝对压力为85000-32337.6=52662.4Pa，实际取泵的入口压力为53kPa。
三、抽放泵选型
根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，即可确定抽放泵的型号。
因目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需按下式把标准状态下的抽放泵流量换算成工况状态下的流量。
Q泵工=Q泵
式中Q泵工—工况状态下的瓦斯泵流量，m3/min；
Q泵—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；
T—瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度（T=273+t），K；
T0—按瓦斯抽放行业标准规定的标准状态绝对温度（T0=273+20），K；
t—瓦斯泵入口瓦斯的温度，℃。
取瓦斯泵入口温度t=20℃,则：
Q泵工=10×
=19.1m3/min
根据上述计算结果，同时考虑一定的富余系数，建议选用工况下最大抽放流量为30m3/min的泵，电压380/660v。
第二节抽放泵站
根据矿井采掘的具体位置及开拓布署，确定将抽放泵站设在矿井工业场地附近无地质、洪水等灾害影响，地势平坦的地点。
抽放泵站由瓦斯泵房、配电室和值班室组成，瓦斯泵房长8m，宽6m，高4.5m。
值班室3×
3×
4.5m，配电室3×
4.5m。
泵房顶部设置天窗以利于通风。
瓦斯泵房距矿井进、回风井口50m以上，抽放泵房周围50m范围内无其它主要建筑物、民房、架空高压电线，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，
抽放泵站是具有爆炸危险的甲类厂房，设计门窗作为泄压面积，泄压与厂房体积比应在0.05～1.22之间，瓦斯抽放泵房采用不燃性材料构成。
其土建工程设计与施工由矿方自行完成。
抽放泵出气端管路上设置有防回火、防回气、防爆炸装置和放空管等，泵房设置防雷接地装置。
根据矿区的气候条件，冬天温度很低，对地面抽、排放管路必须进行石棉岩壳保温处理，值班室、配电室和瓦斯泵房必须有可靠的供暖设施。
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。
第三节抽放泵站设备布置
瓦斯抽放泵站共安装2台水环式真空泵，其中1台运转，1台备用。
安装循环水泵2台，要求供水量大于6m3/h，扬程大于10m。
配电室内安装与抽放泵、循环水泵供电相匹配的矿用磁力开关。
第四节抽放泵站监测设计
抽放实时监测包括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具备以下功能:
1、以分钟、小时、班、天为单位，统计标准瓦斯抽放混合量和纯量；
2、分析瓦斯动态抽放量变化趋势，评价监测点抽放措施的有效性；
3、当监测点瓦斯浓度突然下降时，及时发出管道漏风警报。
抽放泵站实时监测应具备以下功能:
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标准瓦斯抽放混合量和纯量；
2、对泵站设备工作状态进行监控；
3、对抽放泵站机房的安全管理。
为保证瓦斯抽放系统的安全运行和矿井的安全生产，瓦斯抽放系统设计时必须具备完善的安全监测系统，对泵站的环境瓦斯浓度、真空泵供水、抽放瓦斯浓度、抽放量、负压、瓦斯浓度等参数进行监测。
第五节供配电、供排水、通讯、照明
一、供配电
泵站供电参照主要通风机的供电管理，专用线路，专用开关。
采用380V或660V的电压对抽放泵站供电。
根据矿井实际情况，在保证抽放站有双回路供电的情况下，核实矿井变压器现有容量，在容量允许的情况下，可不增加变压器，同时，抽放泵站内设备采用地面供电系统供电，井下打钻、封孔等设备采用井下供电系统供电。
瓦斯抽放站设备容量225KW，工作容量115KW。
根据煤炭工业矿井设计规范GB-5012-94，瓦斯抽放站的电力负荷为一级负荷，即必须保证有两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。
瓦斯抽放站双电源引自矿井工业场地变电所两段不同母线段，由矿井工业场地变电所架空二回电缆引入瓦斯抽放站配电室。
二、供排水
（1）给水
瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水（PH值6-8），供水压力80～147kPa，补充水供水量大于90L/min。
瓦斯抽放泵房附近，设24m3半地下式钢筋混凝土低位水池一座，12m3钢筋混凝土高位水池一座。
高位水池高于水环真空泵安装平面8m以上，在瓦斯泵房中安装循环水泵2台（1用1备），水泵型号为IS50-32-125，H=20m，Q=12.5m3/h，N=2.2KW，。
瓦斯抽放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，冷却后的水静压供给瓦斯抽放泵的冷却用水。
补充水由室外用水管道引入高
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