某煤矿瓦斯抽放设计说明书.docx

1、某煤矿瓦斯抽放设计说明书某煤矿瓦斯抽放设计 说 明 书概 述1 矿井概况1.1交通位置. 1.2 井田地形与气候1.3 井田地质构造情况1.4煤层赋存情况1.5矿井开拓方式1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果. 2.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成2.3 瓦斯抽放的必要性2.3.1 相关法规的要求2.3.2 采掘工作面瓦斯治理的需要2.4 瓦斯抽放的可行性2.5 矿井瓦斯储量与可抽量3 矿井瓦斯抽放方案初步设计3.1 抽放方法选择的原则. 3.2 抽放瓦斯方法选择3.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放3.

2、2.3 回采工作面高位抽放3.2 抽放量预计及抽放服务年限3.2.1 回采工作面本煤层预抽量预计3.2.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计3.2.3 矿井瓦斯抽放量预计3.2.4 抽放服务年限3.2.5 抽放参数的确定3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备3.3.1 钻机的选择3.3.2 钻孔施工技术安全措施3.3.3 钻孔封孔3.3.4 瓦斯抽放参数监测4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型4.1 矿井瓦斯抽放设计参数. 4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算4.2.1 瓦斯抽放管网系统4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择4.2.3 管网阻力计算4.2.4 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接4

3、.2.5 瓦斯抽放管路敷设4.2.6 瓦斯抽放管道的附属装置4.3 瓦斯抽放泵选型计算4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法4.3.2 瓦斯泵压力计算方法4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算4.3.4 瓦斯抽放泵选型5 瓦斯抽放泵站布置5.1 瓦斯抽放泵5.2瓦斯抽放泵站供电5.3 瓦斯抽放泵给排水5.4 防雷设施5.5 瓦斯抽放泵站照明5.6 瓦斯抽放泵站通讯5.7 抽放系统实时监测5.8 泵房采暖, 通风6. 瓦斯抽放系统的安装6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求6.2 瓦斯抽放泵的安装6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装7 环境保护7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响7.2 污染防治措施7.3 抽放

4、站绿化8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施8.1 组织管理8.2 瓦斯抽放组织机构管理8.3 瓦斯抽放钻场管理8.4 采空区抽放管道的拆装8.5 瓦斯抽放管路管理8.6 主要安全技术措施8.7 钻机操作规程8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程8.9 瓦斯抽放报表管理9 瓦斯抽放工程技术经济指标9.1 劳动定员9.2 投资概算9.3 矿井瓦斯利用 概 述某煤矿为某集团公司所属的大型煤矿之一. 1958年投产, 设计生产能力为600kt/年. 1976年进行了生产环节改造, 1980年核定生产能力为1200 kt/年. 根据该矿提供的矿井设计和矿井瓦斯涌出资料(2004年鉴定报告), 矿井绝对瓦斯

5、涌出量为21.84m3/t, 相对瓦斯涌出量为7.49 m3/min, 属于低瓦斯矿井. 由于二区瓦斯较大, 按高瓦斯矿井管理. 随矿井产量的增加和开采范围的扩大及开采水平的延伸, 该矿今后主采煤层采掘进工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大. 为贯彻执行党和国家的”安全第一, 预防为主”的安全生产方针和国家安全生产监督管理局制定的”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的煤矿安全生产管理方针, 该矿已在井下安装了为21181回采工作面服务的移动式瓦斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统. 抽出的瓦斯直接排放到矿井的回风系统中. 随着矿井瓦斯涌出量的增大, 总回风的瓦斯浓度较高, 并时常出现超限.

6、 另外, 井下泵站的管理也比较复杂, 经常需要对瓦斯抽放泵的水垢进行清理. 随着新风井的建成使用, 建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的. 特此编写某煤矿瓦斯抽放系统方案设计说明书.一. 编制本设计方案的依据1. 矿井抽放瓦斯工程设计规范(MT95018-96),中华人民共和国煤炭工业部,1997年.2. 矿井抽放瓦斯管理规范,中华人民共和国煤炭工业部,1997年.3. 煤矿安全规程,国家煤矿安全监察局,2004年.4. 防治煤与瓦斯突出细则,中华人民共和国煤炭工业部,1995年.5. 某煤矿提供的通风,生产,瓦斯地质等相关资料.二.设计的主要技术经济指标1. 矿井绝对瓦斯涌出量: 38.60

7、m3/min(将来最大绝对瓦斯涌出量);2. 矿井相对瓦斯涌出量: 7.49m3/t;3. 矿井瓦斯抽放量: 11.58m3/min.三. 存在的主要问题及建议某煤矿缺乏必要的煤层瓦斯基本参数(煤层瓦斯压力, 瓦斯含量, 煤层透气性系数, 钻孔瓦斯流量衰减系数等). 建议今后进行这方面的测定, 以便为瓦斯抽放管理提供必要的科学依据.1 矿井概况 某煤矿为某集团公司所属的大型煤矿之一. 1955年建井, 1958年投产, 设计生产能力为600kt/年. 1976年进行了生产环节改造, 1980年核定生产能力为1200 kt/年. 预计2004年的实际产量超过1000kt/年. 1.1交通位置某煤

8、矿位于河南省义马市之南2km. 矿区的地理坐标为1114511- 1115105, 北纬344136- 344316. 1.2 井田地形与气候1). 地形地貌特征本井田以上侏罗统砾岩为骨架, 上部广泛第四系亚粘土, 地形较复杂, 属低山丘陵区. 标高为+437.20 - +670.73m, 最大相对高差233.53m. 整个井田呈南高北低的形态, 在井田南部构成近东西向分水坡, 标高+547.80 - +670.73 m. 井田内南北及东西向冲沟发育. 井田北部较平坦, 季节性河流南涧河自井田北部由西向东流过.2). 气候矿区为大陆性气候, 四季分明, 雨量较为充沛和集中. 根据渑池气象站资料

9、, 最高气温41.6C, 最低气温-18.70C, 年平均气温12.3C. 3). 降水量年最大降水量为1013.6mm, 最小为371.2mm, 7, 8, 9月降水量占全年的55%.4). 冻结期冻结期为11月至第二年3月, 冻结天数为31-93天, 最大冻结深度为0.34m.1.3 井田地质构造情况新井田北起二-3煤露头线, 南至F16断层, 东起F3-3断层, 西至耿村井田人为边界, 面积19.10km2. 构造形态为一简单的单斜构造, 地层由老到新有三叠系, 侏罗系, 白垩系, 第三系和第四系. 1.4煤层赋存情况 侏罗系中统义马组(J12)为本井田含煤地层, 煤系保留厚度20.10

10、-99.86m, 平均厚度67.0m. 其上与马凹组(J22)呈平行不整合接触. 其下与三叠系谭庄组呈角度不整合接触. 1). 岩性组合特征义马组(J12)含煤岩系自下而上划分4段:(1). 底砾岩段厚0.30-32.81m, 平均厚度7.70m. 由浅灰色砾岩, 砂岩及棕灰色含砾粘土岩组成, 为一套河床相及河漫相沉积物, 在煤层分叉区为二-3煤底板, 合并区为二煤底板. (2). 下含煤段 厚5.31-39.34m, 平均32.30m. 该段为义马组主要含煤段, 含二煤组(二-1煤, 二-3煤), 其上称二-1煤, 其下称二-3煤, 两层合并后称二煤. 以煤层分差合并线为界, 本段岩煤层组合

11、差异显著. 二煤分叉为二-1煤, 二-3煤,本分叉后煤层总厚度变小, 两煤层间为一套三角洲相砂质沉积物. 该层特征明显, 层位稳定, 为义马煤田重要标志层之一, 其编号为J12S1. 其厚度变化自北向南, 自东向西变薄尖灭. 在井田西北边角处极小范围内有二-2煤存在. 合并区: 以厚及特后二煤层为主体, 属于泥炭沼泽相沉积, 煤层最大厚度为37.48m, 纯煤厚度为m. (3). 泥岩段 厚4.40-42.20m, 平均24m. 在井田内该层自北向南, 自东向西逐渐增厚, 在煤层分叉区为二-1煤顶板, 在合并区为二煤顶板. (4). 上含煤段 厚度为0 - 9.09m, 平均3.00m. 仅不

12、同程度留于井田的中, 深部.2). 煤层 本井田含煤地层为义马组, 含煤两组, 3-4层, 上部为一煤层, 含一-1煤, 一-2煤. 其中一-1煤被剥蚀殆尽, 一-2煤局部可采. 下部为二组煤, 含二-1煤, 二-2煤, 二-3煤. 二-1煤和二-3煤合并后称二煤. 二-1煤, 二-3煤和二煤均为本井田主要可采煤层. 井田各可采煤层发育如表1-1所示. 表1-1. 某井田可采煤层发育情况煤层 全层厚度, m 纯煤厚度, m 可采厚度, m 可采程度 二-2 0-4.69(平均0.98) 0-2.54(平均0.6) 0.8-2.38(平均2.16) 局部可采 二-1 0.14-9.45(平均4.

13、24) 0.14-7.40(平均3.60) 1.00-7.40(平均3.60) 全井田可采 二-3 0.20-18.99(平均4.72) 0.20-17.76(平均4.21) 0.80-17.76(平均4.25) 全井田大部可采 二 5.59-37.48(平均16.29) 3.89-33.26(平均13.81) 3.89-33.26(平均13.81) 全井田可采 目前开采的煤层为二煤. 二煤位于煤系下部, 属于特厚煤层, 顶板为J2K1泥岩, 底板为J21S2含砾粘土岩及粘土岩, 上距一-1煤平均为24m. 1.5矿井开拓方式某煤矿原来为一对立井多水平盘区上下山开拓, 主采层为二-1和二-3煤

14、层.新材料井和新风井于2004年投入使用. 目前开采的21181工作面为综采放顶煤开采工作面. 该工作面位于21区下山西翼, 北邻未回采的21161工作面, 南邻未回采的21201工作面, 东邻21区下山保护煤柱, 西邻F3-9断层保护煤柱. 工作面采用走向长壁开采, 一次采全高, 全部陷落法管理顶板. 工作面上下巷沿底掘进. 2004年, 矿井的生产能力达到1000Mt.日生产能力为3000t/d. 矿井服务年限为90年. 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出某煤矿目前开采二-1和二-3煤. 采用中央边界式抽出式通风，材料立井和材料斜井进风，3#风井, 1#风井和新风井回风. 新风井安装两台

15、DDK-6-No20型风机, 风量为3800m3/min. 3#风井安装两台70-D2-21-24型风机, 1#风井安装两台BK54-6-13型风机, 3#和1#风井合并风量为1000余m3/min. 3#和1#风井对将来进行瓦斯抽放的区域影响甚微. 虽然煤矿周边煤矿瓦斯涌出不大，为低瓦斯矿井（表12）, 但随开采深度的增加, 瓦斯涌出量有增大的趋势. 2004年8月某矿瓦斯鉴定结果表明全矿井绝对瓦斯涌出量为21.84.0m3/min, 相对瓦斯涌出量为7.49m3/t. 由于目前21181工作面开采的煤层厚度达到20m以上, 工作面回采期间的绝对瓦斯涌出量就已经超过10.0m3/min. 邻

16、近煤矿都在考虑建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动瓦斯抽放系统. 表12 邻近矿井瓦斯等级鉴定结果(2004年8月) 年度 矿名 瓦斯(全矿井) 二氧化碳(全矿井) 鉴定等级 审批等级 绝对量(m3/min) 相对量(m3/t) 绝对量(m3/min) 相对量(m3/t) 某 21.84 7.49 低瓦斯 低瓦斯 跃进 低瓦斯 低瓦斯 耿村 低瓦斯 低瓦斯 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性根据国家煤矿安全监察局2001年颁布的煤矿安全规程第145条规定, 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min, 无论井型大小, 也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽

17、放瓦斯系统. 虽然某煤矿的绝对瓦斯涌出量还没有达到40.0m3/min, 但现有的通风系统无法排放回采工作面所产生的瓦斯. 煤矿安全规程, 矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定: 当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.除此而外, 某矿煤层极易自燃, 过大的风量会导致煤层的自燃发火.为贯彻国家安全生产监督管理局”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的安全生产方针, 某煤矿已经在井下建立了一个临时抽放瓦斯泵站(两台40 m3/min抽放泵, 一台20 m3/min

18、抽放泵, 一台60 m3/min抽放泵)为21181工作面抽放瓦斯服务. 井下抽放泵站的安装和清洗维护费用较高, 又便于管理. 2004年投入使用的材料井距离井下临时抽放泵站的排气点的水平距离很近. 只要延伸500m左右的抽放管路(不包括已经安装的材料立井内的580m管道)就可以将抽放瓦斯泵站布置在地面为今后开采的各个采区服务. 2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果 表21至表2-4是二-1和二-3煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果，由此可知，无论是当前生产时期、中期还是后期，某煤矿都属于低瓦斯矿井.表21给出了回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果

19、. 瓦斯含量是根据21181工作面的瓦斯涌出统计, 21181工作面煤样的吸附实验等确定的. 由于现场的煤层瓦斯含量及瓦斯压力的实测数据十分有限, 表2-1中的数据只作为设计参考. 建议某矿将来进行这方面的实测工作.表21 回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果 生产时期 采区 煤厚(m) 瓦斯含量(m3/t) 日产量(t/d) 开采层瓦斯涌出量 (m3/t) (m3/min) 当前时期 二-1煤层 10 5.0 1500 7.49 15.60 二-3煤层 10 5.0 1500 中期 二-1煤层 10 5.0 2500 7.49 26.01 二-3煤层 10 5.0 2500 后期 二-1煤

20、层 10 5.0 2500 7.49 26.01 二-3煤层 10 5.0 2500 表22 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果 生产时期 煤层 煤厚(m) 瓦斯含量(m3/t) 巷长(m) 掘进速度(m/月) 瓦斯涌出量(m3/min) 煤壁 落煤 合计 前期 二煤 10 5.0 1000 150 1.80 0.60 2.40 中期 二煤 10 5.0 1000 150 1.80 0.60 2.40 后期 二煤 10 5.0 1000 150 1.80 0.60 2.40 备注：每个炮掘工作面掘进一条大巷，其瓦斯涌出量为这条大巷的煤壁瓦斯涌出量加上单头掘进落煤瓦斯涌出量；每个炮掘工作面掘进煤量均为

21、70t/d，瓦斯涌出量为：初期2.40m3/min，中期2.40m3/min，后期2.40 m3/min. 统计表明, 21181工作面掘进期间瓦斯绝对涌出量为1.8-2.4m3/min. 因此, 当前阶段和以后生产时期的每个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量定为2.4m3/min(表2-2).目前某矿布置一个工作面(21181工作面), 今后考虑布置两个回采工作面, 即一个综采综放工作面和一个综采工作面. 今后考虑布置4个掘进工作面. 表2-3给出了各个生产时期的瓦斯涌出量预测. 表23 采区瓦斯涌出量预测结果 生产时期 工作面 平均产量(t/d) 采区瓦斯涌出量 回采(m3/min) 掘进(m3/

22、min) 采空区(m3/min) 合 计 (m3/min) (m3/t) 目前 综采 3000 15.6 4.8 2.0 22.4 7.49 中期 综采综放 3000 15.6 4.8 2.0 22.4 7.49 综采 2000 10.4 4.8 1.0 16.2 7.49 后期 综采综放 3000 15.6 4.8 2.0 22.4 7.49 综采 2000 10.4 4.8 1.0 16.2 7.49 表2-4给出了当前和今后生产时期的矿井瓦斯涌出量预测. 由于地面瓦斯抽放系统为一工程量较大的项目, 服务年限长, 一旦管路安装完毕不易更换. 因此, 对将来矿井瓦斯涌出量的预测留有一定余地.

23、表24 矿井瓦斯涌出量预测结果 生产时期 开采区域 平均产量（t/d） 瓦斯涌出量 生产采区（m3/min） 已采采区（m3/min） 合计 （m3/min） （m3/t） 目前 采掘工作面等 3000 22.4 22.4 7.49 中期 采掘工作面等 4000 38.6 38.6 7.49 后期 采掘工作面等 4000 38.6 38.6 7.49 2.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成在二-1和二-3煤层工作面采空区, 生产工作面(按两个回采工作面考虑)和掘进工作面(按4个掘进工作面考虑), 预计将来的最大瓦斯涌出量可达到38.6m3/min. 2.3 瓦斯抽放的必要性2.3.1 相关法规的

24、要求按照煤矿安全规程规程的有关规定及”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，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.某煤矿设计生产能力为600Mt/年, 目前生产能力达到1000Mt/年. 从瓦斯涌出量预测结果（表24）来看，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达38.6 m3/min, 单纯靠通风系统来稀释瓦斯是不可能的. 因此，必须建立瓦斯抽放系统.2.3.2 采掘工作面瓦斯治理的需要 煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定:当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工

25、作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施. 虽然, 该矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量已经超过5m3/min. 产量和瓦斯涌出量都有进一步增加的趋势.采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是: 在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式(21)成立时, 抽放瓦斯才是必要的. (21)式中: Q0 - 采掘工作面设计风量, m3/s； Q - 采掘工作面瓦斯涌出量, m3/min； K - 瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5； C -煤矿安全规程允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1. 根据采掘工作面瓦斯涌出量预

26、测结果，由式(21)计算得到的回采工作面(按综采和炮采两个工作面考虑)、掘进工作面(按3个掘进工作面考虑)瓦斯抽放必要性判断结果如表25所示.由表25可以看出，对回采工作面和采空区而言，单纯靠通风方法不能解决工作面瓦斯超限问题. 对掘进工作面而言, 部分掘进工作面可能存在供风难的问题, 也可能需要采取瓦斯抽放措施. 表25 矿井瓦斯涌出量预测结果 生产时期 工作面 瓦斯涌出量 设计风量(m3/s) 需要风量(m3/s) 是否需要抽放瓦斯 (m3/t) (m3/min) 生产 采空区 3.0 不需要 回采 7.49 26.0 1300 2600 需要 掘进 9.6 800 960 需要 2.4

27、瓦斯抽放的可行性 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()，钻孔瓦斯流量衰减系数（）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数(Qj). 按、和Qj判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表26示. 表26 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表抽放难易程度 钻孔瓦斯流量衰减系数（d-1） 百米钻孔瓦斯极限抽量Qj (m3) 煤层透气系数（m2/MPa2d） 容易抽放 14400 10 可以抽放 0.0030.05 144002880 100.1 较难抽放 0.05 2880 0.1 目前，某煤矿基本没有测定煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数和百米

28、钻孔瓦斯极限抽放量.考虑到某煤矿毗邻的其他矿井的情况和地质勘探资料及有关文献,可以断定，某煤矿二煤属于较难抽放煤层(表2-6)，如不采取其他技术措施, 基本不具备预抽本煤层瓦斯的可行性. 因此, 回采工作面将继续采用高位瓦斯抽放来治理工作面的瓦斯超限. 2.5 矿井瓦斯储量与可抽量矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量. 开采二煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算有二-1和二-3煤层和围岩（含煤线）的瓦斯储量，计算公式如下： （22）式中: Wk 确矿井瓦斯储量，万m3； C 围岩瓦斯储量系数，取C = 1.05； A 二煤工业储量，万吨； X 二煤平均瓦斯含量

29、，m3/t.可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算： （23）式中: Wkc - 矿井瓦斯可抽量，万m3； k - 矿井瓦斯抽放率，按照义马矿区生产矿井的现状预计，k =2535%，取平均值k = 30%； Wk - 矿井瓦斯储量，万m3. 表27 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果储量类别 煤层 煤炭工业储量（万吨） 平均瓦斯含量（m3/t） 瓦斯储量（万m3） 可抽量（万m3） 开采层 二煤 16452 5 82260 24678 围岩 4113 1233.9 合计 86373 25911.9 矿井瓦斯储量和可抽量计算结果如表27所示. 由表可知，矿井瓦斯储量和可抽取量分别为86

30、373万m3和25911.9万m3.矿井的煤炭工业储量是根据1990年的河南省义马矿务局某煤矿矿井地质报告给出的可采储量减去1991-2004的采出量进行估算的. 煤炭工业储量 = 17752 100 x 13 = 16452 万吨3 矿井瓦斯抽放方案初步设计3.1 抽放方法选择的原则选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件, 瓦斯基本参数, 瓦斯来源, 巷道布置, 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定, 并应遵守以下原则:(1).抽放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.(2). 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.(3). 在满足瓦斯抽放的前提下, 应尽可能地利用生产巷道, 以减少抽放工程量.(4). 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护.(5). 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.(6). 瓦斯抽放应有利于钻场, 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.3.2 抽放瓦斯方法选择某煤矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工