幺公营煤矿瓦斯抽放系统资料.docx

1、幺公营煤矿瓦斯抽放系统资料第一节 瓦斯抽放设备一、抽放方式瓦斯抽放方式为集中抽放：根据矿井的具体情况安设瓦斯抽放站，站内预备配置抽放设备完成高压瓦斯的抽放，在合适时期考虑综合利用。二、抽放方法根据矿井瓦斯来源、回采工作面瓦斯来源和掘进工作面瓦斯来源分析，及煤层厚度、煤层间距、煤层倾角等煤层特征和煤层瓦斯主要参数（缺），以及煤系地层、地质构造等，以及小型煤矿的资金、技术等实际情况，确定采用本煤层顺层瓦斯抽放及采空区抽放方法。三、设计依据矿井瓦斯来源主要为开采层中的瓦斯及邻近层中的瓦斯，回采工作面瓦斯来源主要为本煤层工作面瓦斯和采空区中的瓦斯，掘进工作面瓦斯来源主要为本煤层中瓦斯，根据经验预测，本

2、煤层工作面瓦斯涌出量百分比（即本煤层工作面瓦斯涌出量占矿井总涌出量的百分比）q为30%。瓦斯抽放系统采用地面永久瓦斯抽放系统。1、矿井瓦斯涌出量预测根据经验公式计算得知，该矿瓦斯涌出量为22.63m3/t。 首采工作面平均绝对瓦斯涌出量：5.162m3/min。煤巷掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量：1.0792m3/min。2、瓦斯抽放率根据类似矿井生产实践经验，确定本煤层工作面顺层钻孔瓦斯抽放率（工作面总抽出量占工作面总涌出量之比）预计为30%。3、矿井瓦斯抽放量预测本设计采用开采层顺层钻孔预抽及边采边抽的方法。根据矿井瓦斯涌出量，预测矿井瓦斯抽放量Q抽：Q抽Q绝q抽5.160.3=1.548m

3、3/min式中：Q绝绝对瓦斯涌出量，m3/min；Q抽矿井瓦斯抽放量，m3/min；q抽瓦斯抽放系数，取0.3；四、设备选型1、抽放管路系统的选择根据小煤矿安全管理水平、抽放设备价格、开拓开采设计及抽放的瓦斯不利用等，确定采用地面永久瓦斯抽放系统。2、抽放管路管径、材质、规格抽放管路干管管径计算公式如下：QQ抽/C1.548/0.35.16m3/min式中：Q瓦斯管内混合瓦斯流量，m3/min；Q抽瓦斯管内纯瓦斯流量，即矿井瓦斯抽放量，m3/min；C瓦斯管路内瓦斯浓度，取为30%。0.105m式中：D瓦斯管干管内径，m；Q瓦斯管内混合瓦斯流量，m3/min；V瓦斯管内流速，m/s，一般取10

4、15m/s，本设计取10 m/s。抽放管路选择：干管管径为200mm的无缝钢管,分管管径150mm的无缝钢管，支管管径为80mm的无缝钢管。3、瓦斯管的连接方式瓦斯管道的连接采用法兰盘加胶垫的连接方式，接头的规格应与瓦斯管管径相匹配。4、抽放管路阻力计算1）管路磨擦阻力瓦斯管路磨擦阻力的计算，采用如下公式：=10.446C10.44630%0.8662式中：瓦斯管路中的瓦斯比重；C瓦斯管路内瓦斯浓度，取为30%。466Pa9.8124Pa式中：L瓦斯管路长度，干管长度1300m，分管长度800m；Q5.16m3/min5.1660 m3/h309.6m3/h；Q抽1.548m3/min1.54

5、860 m3/h92.88m3/h；K系数，根据管径选择分别为0.71；0.62；D瓦斯管道内径，分别为20cm和15cm。2）局部阻力根据经验，管路局部阻力按摩擦阻力的10%20%考虑即可，取20%。3）管路总阻力H摩=1.2h摩=1.2（466124）=708Pa4）瓦斯泵压力及流量的计算（1）瓦斯泵压力瓦斯泵压力按下式计算：H泵1.2（H摩H吸H排）1.2（708150005000）24849.6Pa24.85KPa式中：H泵瓦斯泵总负压，kPa；H吸要求孔口抽放负压，取15000Pa；H排瓦斯泵瓦斯排放管出口的正压，取5000Pa。（2）真空度计算c100（24.85101.3）100

6、24.53（3）瓦斯泵流量瓦斯泵流量按下式计算：Q泵=QK/（C）=1.5481.2/（0.30.8）=7.74m3/min=464.4m3/h式中：Q泵瓦斯泵的额定流量，m3/min；Q瓦斯泵在抽放期间内，同期最大纯CH4抽放量，m3/min；K综合备用系数，一般取1.2；泵的机械效率，取0.8；C瓦斯泵入口处瓦斯浓度，%，取为30%。5、瓦斯泵与电机的选型根据计算的瓦斯泵的H泵和Q泵，选择2BEA-253-0泵两台（一台工作、一台备用），最大抽气量35.1m3/min，极限压力33KPa；电机功率为55Kw。本设计只作简单的选型计算，建议煤矿在建井期间后，委托有资质的单位根据煤矿的实际情况

7、，编制瓦斯抽放设计方案，在投入生产前，煤矿根据瓦斯抽放设计安装完善抽放系统。第二节 矿井瓦斯抽放一、矿井年抽放量及抽放年限1、矿井瓦斯储量及可抽量(1)矿井各煤层平均瓦斯含量根据国家安全生产监督管理总局发布的中华人民共和国安全生产行业标准（AQ1018-2006）进行计算，各煤层原煤平均瓦斯含量如表4-5-1。 矿井各煤层的平均瓦斯含量表 表4-5-1煤层编号瓦斯平均含量Wh(m3/t)M615.59M714.12M810.832)矿井瓦斯储量及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赋存的瓦斯总量。瓦斯储量可按下式计算：Wc=（K1K2）AiW0式中：Wc矿井瓦

8、斯储量，万m3； K1围岩瓦斯储量系数，取1.15； K2不可采邻近层瓦斯储量系数； W0第i个可采煤层平均瓦斯含量,m3/t；瓦斯可抽量是指在瓦斯储量中能被抽出的最大瓦斯量，其计算公式为：W抽=WcK可式中：W抽可抽瓦斯量，万m3； K可可抽放系数；K可=K3K4K5； K3煤层的瓦斯排放系数； K3 = K5（W0W残）/W0K4负压抽放时的抽放作用系数，K4=1.2；K5瓦斯涌出程度系数，取0.9；W残运到地表煤的残余瓦斯含量，m3/t；根据各煤层的瓦斯含量、煤炭储量及可抽系数计算各煤层的可抽瓦斯量见表4-5-2。表4-5-2 矿井瓦斯储量及可开发量表序号煤层瓦斯含量（m3/t）煤炭地质

9、储量(万t)瓦斯储量(万m3)可抽放系数瓦斯可开发量(万m3)1M6煤层15.591642556.760.349892.312M7煤层14.121432019.160.284573.443M8煤层10.832542750.820.075206.32合计5617326.741672.07从计算结果看，矿井瓦斯可抽量为1672.07万m3，这为矿井瓦斯开发利用提供了充足的资源条件。2、瓦斯涌出量计算详见本章第一节（瓦斯涌出量计算部分）。3、抽放瓦斯的必要性和可能性（1）抽放瓦斯的必要性根据煤矿安全规程第145条规定，“有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时瓦斯抽放系统：1个采

10、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时。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1.01.5Mt的矿井，大于30 m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25 m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20 m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min；开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。下面从以下四个方面来分析该矿井瓦斯抽放的必要性。从瓦斯涌出量的计算结果来看。根据计算结果，矿井相对瓦斯涌出量为22.63m3/t，大于10m3/t。因此，从瓦斯涌出的现状分

11、析，已符合建立瓦斯抽放系统的必要条件。所以，必须采取瓦斯抽放措施，保证矿井安全生产。从矿井通风能力来看采掘工作面实行瓦斯抽放的必要性判断标准是：采掘工作面稀释瓦斯所需的风量大于设计配风量，即下式成立时，抽放瓦斯才是必要的。Q式中：Q采掘工作面设计配风量，m3/s； q绝工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min； C采掘工作面允许的瓦斯浓度上限； K瓦斯涌出不均衡系数，取1.41.6；据计算，炮采采煤工作面稀释瓦斯所需的风量超过21.4 m3/s，而设计根据煤层通风断面积、风速等因素综合确定的配风量为14 m3/s，远远不能满足实际需要。该矿井设计通风能力无法满足矿井稀释瓦斯所需风量的要求，难以能保证

12、采掘工作面瓦斯不超限，完全具备实施瓦斯抽放的必要条件。从防止煤与瓦斯突出看根据贵州省安全生产监督管理局、贵州省煤炭管理局、贵州煤矿安全监察局联合下发的黔安监管办字2007345号关于加强煤矿建设项目煤与瓦斯突出防止工作的意见，该矿具有煤与瓦斯突出危险性，因此，从防止煤与瓦斯突出看，必须进行瓦斯抽放。从资源利用和环保的角度看瓦斯是一种优质洁净的能源，将抽出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，改善能源结构，保护大气环境，取得显著的经济效益和社会效益。从资源利用和环保的角度看，也有必要建立永久瓦斯抽放系统进行瓦斯抽放，变被动为主动开发。（2）抽放瓦斯的可行性该矿井目前尚无煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系

13、数等实测资料。参考邻近矿区的一般经验，矿井设置高、低负压双系统进行瓦斯抽放，高负压系统用于煤层预抽和解突，低负压第统用于采空区卸压抽放，实践证明是完全可行的。（3）抽放瓦斯效果预计工作面瓦斯抽出率及抽出量矿井瓦斯抽放效果，应在取得进一步的瓦斯地质资料（如实测瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数及可抽性指标等）的基础上分析论证，较为符合实际情况。受条件所限，设计仅根据煤质鉴定报告并参照邻近矿井的情况进行分析。M6煤层平均厚1.78m。正常开采区域内，采面瓦斯涌出量5.16m3/min；工作面设计配风量14m3/s，风排瓦斯量3.612m3/min左右，需要抽放的瓦斯量1.548 m3/min，瓦斯

14、抽出率为30%。工作面掘进期间，瓦斯涌出量3m3/min时，特别是根据防突的需要，采用“先抽后掘”等措施进行预抽瓦斯。矿井瓦斯抽放量该矿生产能力为15万t/a，根据矿井开采规模和配采关系，设计瓦斯抽放系统的瓦斯抽出量考虑如下:a、低负压系统：瓦斯抽出量（最大）为1.5m3/min，瓦斯浓度按20%计，则混合量为7.5m3/min；孔口抽放负压为5Kpa。b、高负压系统：瓦斯抽出量（最大）为2.1m3/min，瓦斯浓度按40%计，则混合量为5.25m3/min，孔口抽放负压为13Kpa。矿井年抽放量及抽放年限矿井年抽放纯量约为1672.07万m3，抽放年限可服务至矿井结束，即10.3年。4、瓦斯

15、抽采应达到的指标（1）突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8 m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74Mpa（表压）以下。控制范围如下：a）石门（井筒）揭煤工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5m）。钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5m以上。若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15m以上。b）煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底

16、部或下帮5m）及工作面前方10m以上。c）采煤工作面控制范围为：工作面前方20m以上。（2）瓦斯涌出量主要来自于临近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表4-5-3规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表4-5-4的规定。表4-5-3 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标工作面绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)工作面的抽采率（%）备注5Q102010Q203020Q404040Q705070Q10060100Q70表4-5-4 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标工作面日产量（t）可解吸瓦斯量W1备注1000810012500725014000

17、6400160005.56001800058001100004.5100004（3）采掘工作面风速不得超过4m/s，回风流中瓦斯浓度不得超过1%。（4）矿井瓦斯抽采率应满足表4-5-5规定。表4-5-5 矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)矿井的抽采率（%）备注Q202520Q403540Q804080Q16045160Q30050300Q50055500Q60因为幺公营煤矿的最大绝对瓦斯涌出量Q=8.56 m3/min20 m3/min，所以确定本矿的抽采率为30%二、抽放瓦斯方法1、矿井瓦斯来源分析 该矿井采用下行开采程序，工作面开采时瓦斯涌出主要来自开采层、 围

18、岩、下邻近层煤层及采矿卸压范围内的不可采煤层、煤线等。从瓦斯涌出来源看，采煤工作面占50%55%，掘进工作面占19%29%左右，采空区占2535%。2、抽放瓦斯方法该矿井设置高、低压各两套瓦斯抽放系统。其中，高负压瓦斯抽放系统主要用于预抽解突，采用顺层钻孔预抽、高位钻孔卸压抽等相结合的综合长钻孔预抽放、超前钻孔排放等措施预抽解突（详细论述，见第四节区域防治突出措施中“预抽煤层瓦斯”部分）。低负压瓦斯抽放系统主要用于采空区抽放，即采用上顺槽埋管抽放、采空区密闭抽放等。具体方法如下：一是利用高负压瓦斯抽放系统预抽解突：设计首采M6煤层工作面，采用本煤层预抽瓦斯解突，本煤层顺层钻孔预抽钻孔布置，见图

19、4-5-4。图4-5-4 本煤层顺层钻孔预抽钻孔布置示意图二是利用高位钻孔卸压抽放：在采煤工作面上顺槽布置顶板走向钻孔，用于工作面开采期间抽放工作面上隅角裂隙带的卸压瓦斯。高位钻孔布置方式，见图4-5-5。三是，利用低负压瓦斯抽放系统抽放采空区瓦斯。工作面开采期间，利用上顺槽埋管抽放采空区瓦斯；工作面回采完毕密闭后，插管路抽放采空区瓦斯。该矿井煤层瓦斯高、不易自燃；一方面，为了解决采空区自然发火的问题，要采取采空区注氮等防灭火技术措施，另一方面，为了解决采空区瓦斯积聚的问题，又要进行采空区瓦斯抽放。当采空区同时要采取这两种措施时，它们之间存在首相互矛盾的一面，同时也存在首相互统一和互补的一面。

20、需要正确协调处理采空区瓦斯抽放与煤层自然发火的关系，该问题目前国内外已有大量的试验和研究，本矿井尚有待于下一步结合具体条件进行专题探讨和试验研究。设计用低负压瓦斯抽放系统抽放采空区瓦斯时，必须经常测定气体、温度、CO浓度，发现有自然征兆时，必须立即停止抽放，采取措施，防止煤层自然发火。图4-5-5 顶板走向钻孔抽放布置示意图3、抽放瓦斯工艺（1）钻场布置、钻孔参数确定高位钻孔抽放：即沿工作面上顺槽每隔6080m布置一个瓦斯钻场，每个钻场内布置46个钻孔，钻孔斜长约6075m，孔底控制层位为顶板的下裂隙带内和工作面的上隅角附近，钻孔直径65mm。顺层钻孔的布置：即在回采工作面上、下顺槽沿沿煤层布

21、置顺层钻孔向工作面方向有80的夹角或垂直工作面顺槽，孔长约6075m，钻孔直径75mm或90mm。掘进工作面的布置：采用迎头长钻孔预抽放、超前钻孔排放等措施预抽。即在巷道迎头正前方施工直径为75120mm、深度约50m(两侧短孔约2540m )的超前钻孔，超前钻孔控制到巷道50m范围，超前钻孔施工前必须加强工作面支护。（2）封孔方式、材料及工艺采用水泥沙浆或聚胺脂封孔，孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时，封孔长度为，35m，高负压时封孔长度为58m；煤层或围岩较为破碎的岩石钻孔封孔长度810m，视具体条件以不漏气为准，尽量缩短封孔长度；对煤岩强度不高、封孔深度较长的钻孔采用充填材料封孔

22、，对岩石致密、服务年限不长的钻孔采用机械式封孔器封孔。(3)设备选型及主要检测仪表钻机选用国产TXU75防爆型钻机2台（1台使用，1台备用），其钻进深度可达75m，开孔直径89mm，终孔直径为50mm，给进方式为油压自动，钻孔角度0360，配备动力4kw。钻场宽度见下表。钻机型号钻机与支架间距（m）钻机宽度（m）钻工操作宽度（m）钻场总宽度（m）TXU-750.20.61.001.80主要检测仪表见表4-5-6。表4-5-6 矿井主要检测仪表序号设备及材料名称型号及规格单位数量备注1光学瓦斯检定器AQG-1台152光学瓦斯检定器AQG-3台33瓦斯检定器校正仪JZG-1台24便携式瓦斯指示报警

23、仪JJE-3501，JCB-3台205瓦斯、氧气检测仪JY2001台66甲烷氧气两用仪AZY-1台67一氧化碳检定器CTH1000-8A台4数据式三、瓦斯抽采平衡关系抽采瓦斯的目的是实现高瓦斯、突出煤层采掘活动安全，所以抽采工程必须先行。抽采平衡就是要在采掘工程实施之前抽采到位，要超前规划、超前设计、超前施工，留足预抽时间。要将瓦斯抽采做为专项工作纳入矿井生产衔接，保证矿井抽、掘、采关系的平衡。新矿井、新采区煤层瓦斯含量高于国家规定标准的，必须编制瓦斯抽采方案，实现瓦斯抽采和煤炭资源开采协调开发。四、瓦斯抽放管路系统及抽放设备选型(一)抽放管路系统l、抽放管路系统的选择(1)抽放管路系统选择的

24、原则根据井下巷道的布置、抽放点的分布、瓦斯综合利用的要求，设计确定在矿井地面分别设置集中瓦斯抽放站，工作面瓦斯通过抽放管路集中排送至地面。瓦斯抽放管路应具有良好的气密性、足够的机械强度，并应满足防冻、防腐蚀、抗静电的要求。(2)抽放管路系统的选择根据瓦斯抽放参数见表4-5-7，该矿井分别设置高负压瓦斯抽放管路系统和低负压瓦斯抽放管路系统各1套。高、低负压瓦斯抽放管路经回风斜井引出地面，在风井场地设置高、低负压联合瓦斯抽放站。地面及回风斜井内布置瓦斯主管，采面回风巷、回风联络巷、回风石门巷道内布置瓦斯支干管，回风下山巷道内布置瓦斯支管。由于真空泵的抽气速率、功率曲线是按标准工况状态（进气温度20

25、，进水温度15，排气压力101.3kPa，吸入气体为饱和空气）绘制的，还应将实际工况的抽放泵流量换算为标准工况状态的流量（见表4-5-8）。表4-5-7 矿井瓦斯抽出量资料表项 目高负压低负压纯瓦斯(m3/min)2.11.5瓦斯浓度(%)4020混合量(m3/min)5.257.5孔口压力(kPa)135表4-5-8 海拔高度与大气压力之间的关系海拔高度(m)0500100015002000大气压力(kPa)101.397.092.086.084.0海拔高度为+1520m，大气压力均取85.92kPa。2、抽放管道径、材质、规格（1）高负压抽放系统高负压抽放瓦斯主管管径，依据矿井抽放瓦斯工程

26、设计规范MT5018-96，按抽放混合流量计算：D高主0.121m式中：瓦斯抽放管路内气体流速V=14m/s；高负压瓦斯抽放泵实际工况最大流量：Q高主=K1Q高P0T/X1P高主T0 =1.22.1101.3293/0.4(85.922.34134.434)293=9.65m3/min式中：K1瓦斯抽放综合系数，K1=1.2；高负压纯瓦斯抽放最大流量Q高=2.1m3/min；标准大气压力P0=101.3kPa；计算气体温度T=293K高负压瓦斯抽放后期泵进口压力P高泵=Ph-PT-PK-Pz海拔大气压力Ph=85.92kPa(海拔高度为1520m)；通风负压PT =2.34kPa抽放孔口负压P

27、k=13kPa管路总阻力Pz=4.434kPa标准工况状态（进气温度20）T0=293K高负压瓦斯支管管径（瓦斯纯流量：取Q支=1.2m3/min）D高支=0.1457（Q高支/V）1/20.092m式中：瓦斯抽放管路内气体流速V=14m/s；高负压瓦斯抽放支管实际工况最大流量：Q高支=K1Q支P0T/X1P高泵T0 =1.21.2101.3(273+20)/0.4(85.92-2.34-13-4.434)293=5.513m3/min考虑到使用期限及防腐等因素，高负压抽放瓦斯主管采用无缝钢管，规格为D30011.4；高负压抽放瓦斯支管规格为DN1274。考虑到减轻工人劳动强度和管路经常搬移，

28、以及防腐等方面的要求，设计建议高负压抽放瓦斯支管选用煤矿瓦斯抽放专用聚乙烯管材。（2）低负压抽放系统低负压抽放瓦斯主管管径，按后期混合流量计算：D低主0.144m式中：瓦斯抽放管路内气体流速V=14m/s；低负压瓦斯抽放泵实际工况最大流量：Q低主=K1Q低P0T/X2P低泵T0=1.21.5101.3(273+20)/0.2(85.92-2.34-5-11.716)293=13.64m3/min式中：瓦斯抽放综合系数K1=1.2； 低负压纯瓦斯抽放最大计算总流量Q低=1.5m3/min； 标准大气压力P0=101.3kPa； 计算气体温度T=293K； 低负压瓦斯抽放后期泵进口压力P低泵=Ph

29、-PT-Pk-P2海拔大气压力Ph=85.92kPa（海拔高度为1520m）；通风负压PT=2.34kPa抽放孔口负压Pk=5kPa；管路总阻力PZ=11.716kPa；标准工况状态（进气温度20）T0=293K低负压瓦斯支管管径（瓦斯纯流量：取Q=1.2m3/min）D低支=0.129m低负压瓦斯抽放支管实际工况最大流量：Q低支=K1QPhT0/X1P低泵T0 =1.21.2101.3(273+20)/0.2(85.92-2.34-5-11.716)293 =10.91m3/min考虑到使用期限及管径较大等因素，低负压抽放瓦斯管路均采用无缝钢管：主管管径规格为D30011.4；低负压抽放支管管径