瓦斯抽放设计课程设计.docx

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瓦斯抽放设计课程设计

目录

第一章工作面概况1

第一节采区位置范围、地质条件1

第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数1

第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法1

第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证1

第一节煤层瓦斯储量计算1

第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证2

第三章煤层瓦斯抽放方法设计3

第一节抽放方法的比较和选择3

第二节抽放钻孔参数确定4

第三节绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图4

第四章工作面瓦斯抽放系统5

第一节工作面瓦斯抽放设施的配置和布置5

第二节抽放管路的计算和选择5

第五章瓦斯泵选型6

第一节抽放系统管道阻力计算6

第二节瓦斯泵流量和压力计算7

第三节瓦斯泵选型确定7

第六章工作面瓦斯抽放安全技术措施8

第一章工作面概况

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：

式中：

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。

可得：

=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：

式中：

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

=6.7064×1500×5×120×1.32

=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/min）

（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

＞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。

可得：

（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