煤矿瓦斯抽放设计.docx

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煤矿瓦斯抽放设计

XXXXXX煤矿

瓦斯抽放设计

矿长：

技术负责：

编制：

编制时间：

2012年3月

目录

一、概况3

二、抽放瓦斯的必要性和可能性3

一）．必要性3

二）．可能性4

三、瓦斯抽放方法4

一）．抽放方法选择原则4

二）．抽放方法及其它瓦斯的防治措施5

三）、抽放巷道的选择7

四）、钻场布置、钻场参数确定7

五）、封孔方式、材料及工艺7

四、抽放管路系统8

一）、矿井瓦斯抽放方式8

二）．井下瓦斯管路敷设要求8

三）．附属装置9

五、安全措施10

一）、设置地表抽放瓦斯泵站时，应严格下列规定。

10

二）、抽放系统安全措施11

三）、管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施。

12

四）、斜井管路的防滑措施12

五）、其它安全措施12

六、瓦斯抽放设备选型13

一）、瓦斯抽放量的确定13

二）、抽放设备选型设计13

三）、瓦斯管道直径选择14

四）、瓦斯抽放泵选型15

五）、抽放管路系统16

一、概况

XXXXX煤矿属新建矿井，设计生产能力15万吨/年，全矿有一个采煤工作面和两个掘进工作面。

煤层赋存条件好，矿井为煤与瓦斯突出矿井。

煤层自燃发火倾向性为Ⅲ类不易自燃煤层；无煤尘爆炸性。

水文条件为中等，有突水危险。

二、抽放瓦斯的必要性和可能性

一）．必要性

根据2003年7月国家安全监督管理局（国家煤矿安全监察局）发布的第五号令：

高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井应有瓦斯抽放措施，并装备安全监控系统。

《煤矿安全规程》（2006年版）第一百四十五条规定。

有下列情况之一矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：

<1>1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。

<2>、矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：

大于或等于40m3/min；

年产量1.0-1.5Mt的矿井，大于30m3/min；

年产量06-1.0Mt的矿井，大于25m3/min；

年产量04-0.6Mt的矿井，大于20m3/min；

年产量或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min；

<3>、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。

本矿为煤与瓦斯突出矿井，必须在地面建矿井瓦斯集中抽放系统。

二）．可能性

衡量煤层可抽性的指标主要有三项:

（1）煤层的透气性系数（λ）

（2）钻孔瓦斯流量衰减系数（ɑ）

（3）百米钻孔瓦斯极限抽放量（Qj）

（4）瓦斯抽放难易程度分类

煤层瓦斯抽放难易程度分类表

指标

难易程度

A（a-1）

QJ（m3）

λ（m2Mpa2d）

容易抽放

<0.003

>14400

>10

可以抽放

0.003—0.05

14400—2800

10—0.1

较难抽放

>0.05

<2800

<0.1

根据邻近矿的瓦斯抽放资料可见，我矿属于可以抽放类型。

三、瓦斯抽放方法

一）．抽放方法选择原则

选择抽放瓦斯方法，主要根据矿井瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等综合考虑。

我矿首采M18煤层，与下邻近层M29煤层的间距为11.5m，因此，M18煤层的瓦斯来源为本煤层工作面中瓦斯和采空区中以及邻近层瓦斯（包括围岩、邻近层、不可采煤层）。

故设计M18煤层采用底板穿层抽放结合顺层预抽的方法，同时为获得较好的抽放效果，设计遵循“尽早投入抽放，预抽和边采边抽互补”的原则。

利用M18煤层巷道设钻场，打穿层钻孔对M29煤层进行预抽。

另外掘进工作面的瓦斯抽放，根据工作面瓦斯涌出量的大小采用随巷道掘进边掘边抽的方法与底板穿层抽放方法相结合。

同时采空区采用留管抽放的方法。

二）．抽放方法及其它瓦斯的防治措施

1）抽放方法

a、底板穿层抽放。

在1580水平M29号煤层底板，布置底板瓦斯抽放巷，在底抽巷内每隔20m施工一个钻场，在钻场内施工穿层钻孔预抽M29、M18煤层内瓦斯。

穿层钻孔控制范围为设计在1580水平M29、M18煤层所掘进巷道轮廓线上、下帮各15m以外。

b、边采边抽放。

在运输巷或回风巷向煤层打顺层钻孔，随着回采面的推进，可起到预抽及采动卸压抽的作用。

预抽开采煤层瓦斯，并通过抽放瓦斯管路将抽出的瓦斯排放到瓦斯抽放站。

c、采空区瓦斯抽放

对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面，可以采取采空区埋（留）管抽放的方式。

即预先将抽放管路安装好，在采面推进过后，埋入采空区的管路实施抽放，使上隅角瓦斯流向发生改变，及回风巷瓦斯不超限。

矿井采煤时，尤其是处于煤层群的开采条件下，邻近层、未采煤层、围岩、煤柱和工作面的丢煤都会向采空区涌出瓦斯。

采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面涌出，而且在工作面采完密闭后也仍有瓦斯涌出。

与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽放量较大，但瓦斯抽放浓度相对较低，其瓦斯抽放量的大小取决于采空区瓦斯涌出量的大小。

d、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。

根据矿井的具体情况，每组钻场在煤巷两侧相交错布置，其规格为：

长×高×深=4m×2.2m×4m，采用锚网+锚索支护。

相邻两组钻场之间的间距根据每次施工钻孔深度确定，但一般为30m左右。

2）其它瓦斯防治措施

除建立完善的通风系统和可靠的瓦斯抽放系统外，还采取如下措施综合防治瓦斯：

（1）建立先进的安全生产监控系统，对矿井瓦斯、风速等进行连续自动监测，及时、准确地掌握和了解井下通风、瓦斯等情况。

（2）配备个体巡回检测设备等安全仪表，通过巡回检测，随时了解井下瓦斯隐患情况，防患于然。

（3）在生产过程中，严格执行《煤矿安全规程》中的有关规定，加强通风瓦斯检查、管理工作。

并加强矿井瓦斯地质等基础工作，为矿井通风瓦斯科学管理提供可靠有依据。

三）、抽放巷道的选择

以工作面回风巷和运输巷为瓦斯抽放巷道。

四）、钻场布置、钻场参数确定

预抽钻场布置、钻场参数确定

钻场设在回风巷和运输巷靠向回采工作面一方，沿煤层打钻孔。

钻孔参数有：

（1）钻孔直径；设计考虑75mm；

（2）钻孔长度：

运输巷45m，回风巷60m，尽可能长；

（3）钻孔间距：

2—3m；

（4）封孔：

可用膨胀水泥，封深8-10m。

五）、封孔方式、材料及工艺

预抽钻孔采用马丽散进行封孔。

封孔方法：

封孔前用水或压风将孔内残存的煤、岩屑清洗干净，然后放入套管（孔内抽放管）。

套管直径25mm，封孔长度8m以上，往钻孔内注入马丽散，直至孔口被马丽散膨胀后封堵。

四、抽放管路系统

一）、矿井瓦斯抽放方式

在1181回风巷和1181回风巷中设置抽放管道，将1181回风巷和运输巷钻孔内抽出的瓦斯由瓦斯管路分别经1181回风巷、1620回风石门、1181运输巷、1580回风石门、回风斜井，最后到瓦斯抽放站排放，现目前还没有对瓦斯进行利用。

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。

当输入管路中的瓦斯浓度低于25%时应发出声、光报警信号。

地面抽放站内距房屋顶部300mm处安设瓦斯传感器，当空气中瓦斯浓度超过0.5%时，发出声、光报警信号。

二）．井下瓦斯管路敷设要求

（1）为防止瓦斯管路锈蚀，井下抽放主管采用PVC管，其它支管如采用无缝钢管时，在安装前应对管内外涂抹防腐剂。

防腐材料可用经过热处理的沥青、油漆和红丹等。

（2）在巷道敷设管路必须用可缩木垫，以防止底板隆起折损管路。

垫木高度不小于0.3m，并保证每节管子下面有两个托木。

（3）在敷设倾斜管路时，为了防止管路下滑，应采用管卡将管子固定在巷道支架上。

管卡间距根据巷道倾角α而定，一般α≤30°时，为15-20m。

（4）管路敷设应尽量将管道设平直，坡度一致，尽量减少弯头、气门等附属管件，避免急转弯。

（5）敷设运输巷道的管路时，应将其牢固悬挂或架在专用支架上，且管路高度应≥1.8m，以便于行人和运输。

（6）根据巷道的高低，进、回风巷温度有明显区别等情况，敷设管路时应创造排除管中积水的条件，在巷道低洼处设置放水器。

（7）井下敷设管路，一般采用法兰盘或快速接头结合，法兰盘中间应夹有胶皮垫，且胶皮垫的厚度最好不小于5mm。

（8）凡是新敷设的瓦斯管路都要进行漏气检验。

检验方法采用负压方法试验。

三）．附属装置

管路系统的附属装置有各类阀门、瓦斯综合参数测定端口、钻孔（场）连接装置，放水器、防爆阻火器等。

（1）瓦斯泵出入口阀门，每台瓦斯泵的入口和出口各一个，要求阻力小，最好使用闸板式阀门。

（2）入口负压测量装置——静压管。

（3）出口正压测量装置——静压管。

（4）瓦斯综合参数测定端口——对流量、压力、浓度、温度进行测量。

（5）瓦斯泵有独立的供电系统，由地面变电所引两回独立线路至瓦斯泵。

五、安全措施

一）、设置地表抽放瓦斯泵站时，应严格下列规定。

（1）泵房建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级。

（2）泵房周围必须设置栅栏或围墙。

（3）泵房有防雷电、防火灾、防冻等措施。

（4）泵房内有良好的通风照明设备并设有直通矿井调度室的电话。

（5）泵房的建筑面积应根据设备尺寸决定，设备之间的距离符合《采矿工程设计手册》的规定。

（6）机械室、电气室和值班室要有单独房间，避免相互干扰。

（7）泵房应有双回供电线路。

（8）泵房应有供水系统。

泵房设备冷却水一般采用闭路循环，给水管路及水池容积均应考虑消防水量。

（9）泵房应配备专用检测各种参数的仪器、仪表。

（10）泵房内电气设备、照明和其他电气、检测仪表均采用矿用防爆型。

（11）泵房附近管路设置放水器、排空管及防爆、防回火、放回水装置，并设置压力、流量、浓度测定装置以及采样孔、阀门等附属装置。

（12）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。

（13）地面抽放站内距房屋顶部300mm处安设瓦斯传感器，当空气中瓦斯浓度超过0.5%时，发出声、光报警信号。

二）、抽放系统安全措施

（1）在钻孔施工中必须有防止瓦斯涌出事故及机械伤人事故的具体措施。

1）边钻进边抽放瓦斯。

2）钻机配备的电动机及附属电气设备必须是防爆型的。

3）配备瓦斯检测器及警报器，定期检查瓦斯浓度，一旦瓦斯超限，必须立即停钻处理。

4）钻场内使用的敲击工具必须用铜制造。

5）钻孔时工作人员必须衣着整齐利索，避免被机械绞伤。

6）钻机转动部件的防护装置及保护处必须完整无缺。

7）扶“给进把”时，身体与“给进把”不能成一直线，应离开一定距离，以免孔内发生故障,“给进把”打伤人。

8）开动钻机前应做好准备工作，分工要明确，操纵钻机应动作协凋,达到准确无误，不要用手脚拉蹋滚筒上的钢丝绳，以防止被钢丝绳绞伤。

三）、管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施。

1）管路底部应垫木垫,垫起高度不低于30cm，以防底鼓损坏管路;

2）瓦斯抽放支管需涂防腐剂,以防锈蚀；

3）主要运输巷道中瓦斯管路架设高度应大于1.8m,以免被砸损坏；

4）管路需进行气密性检查以免漏气。

四）、斜井管路的防滑措施

倾斜巷道中的瓦斯管路，应在巷道帮上施工固定螺栓，用卡子把瓦斯管固定在固定螺栓上，以免下滑损坏。

五）、其它安全措施

1）泵房内要有独立的供电系统,采用独立的两回路电源。

2）抽放泵站应设置避雷装置,要求避雷装置高于瓦斯排空管不小于5m。

3）泵房通风设备良好,并有直通矿井调度室的电话。

4）监测监控

在煤矿监测监控系统中主要设置瓦斯泵的开停传感器监控瓦斯泵的开停；瓦斯抽放泵房内设瓦斯传感器，并与电闭锁；瓦斯泵输入管路中设瓦斯传感器和流量传感器。

六、瓦斯抽放设备选型

一）、瓦斯抽放量的确定

根据《煤矿瓦斯管理规范》要求，矿井瓦斯抽放率不小于30%。

根据我矿实际情况，取6.00m3/min为瓦斯抽放量对相关设备进行选型设计。

二）、抽放设备选型设计

抽放瓦斯浓度的确定和最大混合抽放量的计算

①抽放瓦斯浓度确定

根据《煤矿安全规程》规定以及矿井瓦斯情况，确定采区抽放瓦斯浓度：

30％。

②最大混合瓦斯抽放量计算，瓦斯抽放泵流量应满足抽放瓦斯系统服务年限内最大抽放量的需要。

计算公式：

Q泵=Q纯K/Cη=（6.0×1.2）/（0.3×0.8）=30m3/min

取Q泵=30m3/min

式中：

Q泵--瓦斯泵的额定流量m3/min

Q纯--最大抽放瓦斯纯量,4.0m3/min

K--瓦斯抽放系数，取1.2

C--瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，30%

η--瓦斯泵的机械效率，80%

三）、瓦斯管道直径选择

1）管道直径计算

计算公式为：

D=0.1457

（mm）

式中：

D--抽放瓦斯管内径，m；

Q--瓦斯管中混合瓦斯的流量，m3/min；

V--瓦斯管中混合瓦斯的平均流速，一般V=5～15m/s,取V＝12m/s

抽放瓦斯主管：

D主＝0.1457

＝193mm，故选取内径Dg200的瓦斯抽放管；

抽放瓦斯支管：

D支＝0.1457

＝118.9mm，故选取Dg150的瓦斯抽放管；

2）瓦斯管路系统最大阻力计算

计算公式：

h1=Q混gδL管／（K阻×D5）

式中：

h1--管路阻力，单位：

Pa

Q混--标准混合瓦斯流量，单位：

m3/h

δ--瓦斯混合气体与空气的相对密度，取δ＝0.866

L管--抽放瓦斯管路长度，单位：

m

K阻--阻力系数，因管径大于0.150m，故取K阻＝0.71

D--瓦斯管内径，单位：

cm

矿井：

L主管＝1000m，L支管＝1000m

h1主＝9.81×（21×60）2×0.866×1000／（0.71×205）＝5936.4Pa

h1支＝9.81×（11×60）2×0.866×1000／（0.71×155）＝6961.8Pa

h1局＝（h1主＋h1支）×15％＝1935Pa

h1最＝h1主＋h1支＋h1局＝14833.2Pa

四）、瓦斯抽放泵选型

1、瓦斯泵全压h=h1最＋h排＋h2

式中：

h－瓦斯泵全压，Pa

h1最－管路系统最大阻力，Pa

h排－瓦斯泵排气压力，Pa

h2－孔口负压，Pa，低负压＞5000Pa；高负压＞13kPa,本设计取18000Pa进行计算。

h总=14833.2＋594＋18000＝33427.2Pa

（h排＝9.81×（21×60）2×0.866×100／（0.71×205）＝594Pa）

2、瓦斯抽放泵选型

根据以上结论，要求在风井井口附近，建地面瓦斯抽放泵站，并配备抽放量Q≥35m3/min，全压H≥40kpa，电动机功率≥90kw的水环式真空瓦斯抽放泵4台，2台高负压抽放（1台工作，1台备用）；2台低负压抽放（1台工作，1台备用）。

瓦斯泵房布置风井口附近，沿风井敷设两趟D≥200㎜主管至+1550水平，再用支管D≥150㎜敷设布置至各钻场，相应的附属设施组成了抽放系统。

五）、抽放管路系统

1181采煤工作面：

地面泵站→回风斜井→1620回风石门→1181回风专用回风巷→1181采煤工作面回风巷→采面采空区（低负压抽放）；

1181采煤工作面：

地面泵站→回风斜井→1620回风石门→1181采煤工作面回风巷（高负压抽放）；1580回风石门→1181采煤工作面运输巷（高负压抽放）；

接替工作面掘进巷道：

地面泵站→回风斜井→1620回风石门→1182回风巷（高负压抽放）；1580回风石门→1182运输巷（高负压抽放）。

矿井瓦斯抽放方式是在地面建立固定的瓦斯抽放站，通过钻孔和管路将工作面煤层中的瓦斯抽出排空。