27下山采区井下瓦斯抽采泵站设计说明书.docx

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27下山采区井下瓦斯抽采泵站设计说明书

27下山采区井下瓦斯抽采泵站

设计说明书

一、概况

1、概况

二七下山采区边界按地质条件和开采条件进行划分，本设计二七下山采区边界：

东至第十一勘探线（井田边界），南至井田边界，西至第七勘探线，北至马坊泉断层（F204）。

上限标高-210m，下限标高-440m，地面标高+87～+96。

二七下山采区走向长1210m，倾向长1170m，面积约1.42km2。

区内可采煤层为二1煤层，赋存于山西组底部，上距砂锅窑砂岩70米左右，下距山西组底界（L9灰岩顶）10米左右，距L8灰岩18米左右，煤层厚度3.2~10.65米，平均7.03米，煤层赋存良好，无分叉现象，仅个别孔含有0.05~0.30米夹矸，属厚~特厚煤层、较稳定煤层。

纵观全局，煤层变化不大，大于6米或小于6米的煤层厚度呈波浪状北西~南东向展布，煤层顶板稳定且平整，底板局部有隆起现象，但范围不大，工作面褶曲不发育，但煤层在倾向上有小型的宽缓波状，煤层小范围变化系受煤层基底小型隆起所致。

一2煤勘探程度不足，水文地质条件复杂，故不计算储量。

二七下山采区钻孔瓦斯含量：

二七下山采区二1煤埋深大于300m，煤层中瓦斯赋存量7.17～25.31m3/t。

二七下山皮带第4钻场，测定原始瓦斯含量25.31m3／t。

根据以上情况确定，二七下山采区属煤与瓦斯突出区，瓦斯含量高，有煤与瓦斯突出危险。

2、瓦斯抽采方式

根据《防治煤与瓦斯突出规定》第六条：

防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。

依据上述原则本设计对井下煤层进行区域性瓦斯抽采,即：

穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯。

按照《煤矿安全规程》及《煤矿瓦斯抽采规范》（AQ1027-2006）规定,凡开采具有煤与瓦斯突出危险煤层,必须建立瓦斯抽采系统。

另根据国务院安委会办公室关于《进一步加强煤矿瓦斯治理工作的指导意见》安委办（2008）17号要求：

坚持应抽尽抽，可保尽保。

最大限度地把煤层中的瓦斯抽采出来，降低煤层的瓦斯含量，实现抽采达标。

根据上述要求结合二七采区实际情况,本设计拟利用二七下山轨道与二七下山皮带之间的联络巷，建立井下瓦斯抽采泵站,对27下山采区进行瓦斯抽采，以保证安全生产。

二、设计依据

27下山采区采取煤层煤样瓦斯参数如下表所示。

据测试分析结果（表1-1-1），煤层瓦斯成分中，甲烷成分（CH4）占73.7～14.15％和0.13～4.76％。

表1-1-127下山采区瓦斯煤样测试结果表

焦作煤业（集团）公司科研所瓦斯研究室

采样地点

瓦斯含量

报告时间

原煤（m³/t）

可燃基（m³/t·r）

二七下山皮带第4钻场，通尺464.9米，采样深度15米，岩13m，煤2m

25.31

29.31

2012.9.25

27191回风抽采巷通尺338m上帮，采样深度18m

10.7

18.75

27191回风抽采巷通尺74m右帮，1号孔，采样深度23m，岩20m，煤3m

13.44

17.05

27191回风抽采巷通尺490米，第15钻场，采样深度30.5米

8.55

10.34

2012.9.5

27191回风抽采巷通尺595米，第18钻场，采样深度31米

8.84

11.61

2012.9.5

27191回风抽采巷通尺284米，采样深度19米

9.63

11.26

2012.9.3

27191回风抽采巷通尺425米，第13钻场，采样深度23米

7.17

16.33

2012.9.3

27191回风抽采巷通尺220米处，采样深度10.5米

8.1

9.55

2012.8.30

从资料分析27下山采区为煤与瓦斯瓦斯突出危险区，瓦斯含量为25.31m3/t。

根据演马庄矿二七下山采区相关数据，百米钻孔流量确定为0.0237m3/h.m.min。

三、设备选型计算

演马矿二七下山采区首采工作面，其走向长度约380m，倾斜长度110m：

煤层厚度7.03m。

根矿井的百米钻孔抽放瓦斯流量统计，确定该采区原始计算依据为：

穿层百米钻孔瓦斯抽放流量为0.0237m3／h.m.min。

（一）抽采钻孔及长度

抽采钻孔孔径：

采用ZDY-4000S型抽放瓦斯钻机施工抽放钻孔，孔径为Φ=94mm。

抽采钻孔长度：

穿层钻孔煤段平均长度9.2m。

（二）抽采钻孔间距确定

1、抽放工作面瓦斯含量：

根据该采区实际情况，原始瓦斯含量取20m3／t。

2、工作面预抽瓦斯量

采煤工作面开采前预抽出瓦斯量：

Qr=LSHγ（W-WC）

式中：

Qr---采煤工作面预抽瓦斯量，m3；

L---采煤工作面走向长度，380m；

S---采煤工作面倾斜长度，110m；

H---采煤工作面煤层厚度，7.03m；

γ---煤层容重，1.47t／m3；

W---采煤工作面煤层瓦斯含量，20m3/t；

Wc---煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量，8m3/t。

Qr=380×110×7.03×1.47×（20-8）=5183584.6（m3）

3、百米钻孔抽出瓦斯量：

Qb=1440qbT

式中：

Qb---百米钻孔抽出瓦斯量，m3；

qb---百米钻孔抽放瓦斯流量，0.0237m3／hm.min；（根据现有顶板抽采巷穿层钻孔平均百米钻孔流量，预计27下山采区底板穿层钻孔平均百米钻孔流量为0.0237m3／hm.min）。

T---预抽期，根据该采区瓦斯含量大，突出危险性大的特点，预抽期定为10个月，即：

300天。

Qb=1440×0.0237×300=10238.4m3）

4、工作面钻孔总长度：

LZ=100Qr/Qb=100×5183584.6/10238.4=50628.9（m）

5、钻孔间距：

由于穿层钻孔煤段长度平均为9.2m，则钻孔总数：

n=Lz/9.2=50628.9/9.2=5503（个）

钻孔推算抽采半径：

（穿层钻孔每组28～30个，钻孔推算抽采半径应为每组孔间距）

R=2L/（n－2）＝2×380/（5503/29-2）＝4.05（m）

实际布置抽放孔数,底板瓦斯抽采巷穿层钻孔每组钻孔28～30个，每组钻孔间距4m：

N=L回+L运=380/4*28+380/4*30=5510（个）

6、预抽工作面穿层钻孔煤段实际钻孔总长度：

Ls=9.2N=9.2×5510=50692（m）

7、抽放钻孔封孔：

采用聚胺脂封孔技术，封孔深度不小于5m，封孔段长度不小于3.0m，并在孔口用水泥砂浆固孔。

（三）预抽期复核

T=100Qr/（1440qbLs）

=100×5183584.6/（1440×0.0237×50692）

=299.6（d）

即：

采煤工作面开采前要将瓦斯含量降到煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量，预抽期需296.6d。

根据演马庄矿瓦斯抽采实际情况，确定二七下山采区煤层预抽期为10个月。

（四）27281工作面每分钟应抽瓦斯量

qmin=qbLs/100=0.0237×50692/100=12.01（m3/min）

（五）二七下山采区各巷道瓦斯抽采量

27281运输巷底板抽采巷设计穿层抽放钻孔巷道长度380m，每组钻孔间距4m，每组钻孔30个，平均每个穿层钻孔煤段长9.2m。

百米钻孔抽放瓦斯流量0.0237m3／hm.min，则27281运输巷底板抽采巷每分钟抽采纯瓦斯量为：

qmin=qbLs/100=0.0237×9.2×（380/4×30）/100=6.21（m3/min）

27281回风巷底板抽采巷设计穿层抽放钻孔巷道长度380m，每组钻孔间距4m，每组钻孔28个，平均每个穿层钻孔煤段长9.2m。

百米钻孔抽放瓦斯流量0.0237m3／hm.min，则27281回风巷底板抽采巷每分钟抽采纯瓦斯量为：

qmin=qbLs/100=0.0237×9.2×（380/4×28）/100=5.82（m3/min）

27251运输巷底板抽采巷设计穿层抽放钻孔巷道长度640m，每组钻孔间距4m，每组钻孔30个，平均每个穿层钻孔煤段长9.2m。

百米钻孔抽放瓦斯流量0.0237m3／hm.min，则27251运输巷底板抽采巷每分钟抽采纯瓦斯量为：

qmin=qbLs/100=0.0237×9.2×（640/4×30）/100=10.47（m3/min）

27251回风巷底板抽采巷设计穿层抽放钻孔巷道长度640m，每组钻孔间距4m，每组钻孔30个，平均每个穿层钻孔煤段长9.2m。

百米钻孔抽放瓦斯流量0.0237m3／hm.min，则27251回风巷底板抽采巷每分钟抽采纯瓦斯量为：

qmin=qbLs/100=0.0237×9.2×（640/4×28）/100=9.77（m3/min）

27261回风巷底板抽采巷设计穿层抽放钻孔巷道长度410m，每组钻孔间距4m，每组钻孔30个，平均每个穿层钻孔煤段长9.2m。

百米钻孔抽放瓦斯流量0.0237m3／hm.min，则27261回风巷底板抽采巷每分钟抽采纯瓦斯量为：

qmin=qbLs/100=0.0237×9.2×（410/4×30）/100=6.7（m3/min）

根据现有顶板抽采巷穿层钻孔平均流量预计27下山采区底板穿层钻孔平均百米钻孔流量为0.0237m3／hm.min。

27251工作面运输巷底板抽采巷、27281回风巷底板抽采巷估算布置钻孔9280个，预计每分钟抽采纯量为20.23m3/min。

27261回风巷底板抽采巷估算布置钻孔2870个，预计每分钟抽采纯量为6.26m3/min。

（六）抽采瓦斯总量

根据二七下山采区实际情况，二七下山采区抽放系统担负最大瓦斯抽放负荷时期为27281工作面瓦斯抽出量+27251工作面瓦斯抽出量+27261回风巷底板瓦斯抽采巷钻孔抽出量计算。

故27下山采区抽放瓦斯总量为：

Q总=Q工作面+Q抽采面+Q抽采巷=12.03+20.4+6.7=38.97（m3/min）

（七）抽采管路混合流量

根据演马庄矿煤层瓦斯含量大、气源丰富的特点，管路内抽放瓦斯浓度按45％预计，则混合流量：

Qh=Qmax/0.45=38.97/0.45=86.6（m3/min）

四、抽采瓦斯管路布置

二七下山采区抽放管路系统敷设线路为：

由二七下山采煤工作面上下风道→二七下山采区回风抽放系统。

五、抽采管路阻力计算

（一）管路长度

从二七下山轨皮二横贯至二七下山采区回风下山底长约670m，考虑井下管路拐弯绕路等因素故主干管总长度为700m。

（二）管径计算

1、采区主抽放管路：

试取管路中气体流速为12m/s，则一趟管路时干管内径为：

根据设计规范要求，瓦斯抽放系统应有1.15倍的富裕能力，计算的采区主干管直径为Φ450mm，根据河南煤化集团焦煤公司对抽放管路要求，主干瓦斯管路直径不能小于Φ450mm的要求，故取一趟Φ450mm的无缝塑钢管做为主干管。

管内气体流速复核：

符合5～15m/s的经济流速要求。

3、支管内径

抽放工作面上下风道的抽放管路为支管路，工作面上下顺槽分别布置一趟支管，根据二七下山采区实际情况，27251运输巷瓦斯抽放管路担负27251工作面和27281工作面瓦斯抽放，该趟管路为抽放支管管路管径最大支路。

则27251运输巷瓦斯混合流量为：

Q回风巷/0.45=10.47/0.45=23.27（m3/min）

则27251运输巷支管管径：

试取管路中气体流速为12m/s，则一趟管路时干管内径为：

根据设计规范要求，瓦斯抽放系统应有1.15倍的富裕能力，计算的27251运输巷支管直径为Φ233mm，根据现场实际情况综合考虑27251运输巷布置两趟支管。

试取管路中气体流速为12m/s，则一趟管路时干管内径为：

根据设计规范要求，瓦斯抽放系统应有1.15倍的富裕能力，计算的27251运输巷每趟支管直径为Φ164mm，结合河南煤化集团焦煤公司对抽放管路要求，支管瓦斯管路直径不能小于Φ300mm的要求，综合考虑采煤工作面进回风顺槽内抽放支管直径确定为DN300mm。

管内气体流速复核：

符合5～15m/s的经济流速要求。

河南煤化集团焦煤公司对抽放管路要求，支管瓦斯管路直径不能小于Φ300mm的要求，二七下山采区其他巷道支路瓦斯抽出量均小于27251运输巷瓦斯抽出量，因此二七下山采区所有抽采巷道抽采管路直径确定为DN300mm。

（三）瓦斯管路阻力计算

1、采区主干管摩擦阻力

式中Hzm——主管路摩擦力Pa；

Qh——主管路内通过的瓦斯混合流量，m3／h；

L——干管总长度，1250m；

K——系数，取0.71；

γ——混合瓦斯对空气的相对比重，取0.799；

D——抽放管路内径，45cm；

2、支管路摩擦阻力

为简化计算，取采区27251回风巷支管路作为整趟管路的一部分，其回风巷管路加切眼的长度，即：

Lp=720m，则支管路摩擦阻力：

式中hm——支管路摩擦阻力，Pa；

Qph——采煤工作面支管路抽放混合流量，m3／h；

——混合瓦斯对空气的密度比，取0.799；

Lp——管路长度，750m；

Dp——支管内径，30cm；

3、采区抽放管路摩擦阻力

Hm=Hzm+hm=1131十637.6=1768.6（Pa）

4、局部阻力：

按摩擦阻力的20％考虑

hg=20％Hm=0.2×1768.6=353.72（Pa）

5、采区抽放管路总阻力：

抽放管路总阻力为管路摩擦阻力与局部阻力之和，即1768.6+531.3=3187.9（Pa）=2122.3（Pa）

六、抽采瓦斯设备选型

1.瓦斯泵额定流量

根据目前瓦斯泵站泵出口实际流量，其机械效率只能达到设计流量的80%，故

2.瓦斯泵标准状态下的压力

H=（Hr＋Hc＋Hk）k

=（17.8＋13＋15）×1.2

=55kPa

式中：

15、13—分别为所需负压、钻孔孔口负压；KPa

3.瓦斯泵抽采工况压力及流量计算

（1）.瓦斯泵工况压力

Pg=Pd－H=101.325－55=46.325kPa

式中：

Pd——瓦斯泵站的大气压力kPa取101.325KPa

（2）.瓦斯泵工况流量

式中：

P0——标准大气压力KPa

T——瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度C°T=273+t

t——抽出煤层入口温度一般取15°

P——瓦斯泵入口绝对压力KPa

T0——标准状态下的绝对温度T0=273＋20

3.瓦斯泵选型

依据设计规范规定：

瓦斯泵的最大流量应按10～15年内采区最大的设计瓦斯抽采量选择，另根据国务院安委会办公室关于《进一步加强煤矿瓦斯治理工作的指导意见》安委办（2008）17号要求，瓦斯抽采泵的装机能力应为需要抽采能力的2～3倍,按照上述原则，拟选用2台130m3/min瓦斯抽采泵以满足27下山采区实际抽采需要，其型号为2BEC42型，流量为130m3/min，最低吸入绝压为160mbar；配套电机功率160kW；一用一备。

进气管为1趟DN300无缝钢管，排气管为1趟DN300无缝钢管。

七、投资概算

二七抽采泵站总体需投资为197.25万元。

其中：

设备投资105.2万元；安装费用92.05万元，其中材料投资77.62万元，人工工资6.56万元，其它7.87万元。

具体见附明细表。

附图：

27下山采区井下瓦斯抽采泵站设计图

河南焦煤能源有限公司演马庄矿

27下山采区井下瓦斯抽采泵站

设计说明书

编制单位防突科

编制

审核

通风副总

总工程师

演马庄矿防突科

二〇一三年七月