瓦斯课程设计.docx

1、瓦斯课程设计河南工程学院矿井瓦斯防治课程设计平煤一矿戊9-10-32101综采工作面瓦斯抽采设计学生姓名： 王 书 全 学 院： 安全工程1142 专业班级： 201110104213 专业课程： 田坤云 指导教师： 安全工程学院 2014 年 5 月 16 日课程设计评语 等 级： 评阅人： 田坤云 职 称： 讲师 2014年5月16日前 言矿井瓦斯防治课程设计是学生学习该课程理论学习结束后进行的一项实践教学环节，是课程体系的主要组成部分。其目的是通过课程设计加深对矿井瓦斯防治和其它课程所学专业理论知识的理解。综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计的能力为毕业设计奠定基础。一矿戊

2、9-1032101工作面开采戊9-10煤层，煤层厚度为4.85.2m平均厚度为5m；赋存稳定，倾角为25。顶板为砂质泥岩，岩层不很致密，距戊9-10810m，顶部为戊8煤层，该煤层在本区域内厚度00.4m为不可采煤层。本区域有小断层，对开采影响不大。编制设计方案的依据（1）矿井抽采瓦斯工程设计规范MT5018-96中华人民共和国煤炭工业部；（2）矿井瓦斯抽采管理规范1997中华人民共和国煤炭工业部；（3）煤矿安全规程(2006)国家煤炭安全监察局；（4）采矿工程设计手册煤炭工业出版社；（5）煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）中华人民共和国安全生产行业标准；（6）煤矿瓦斯抽采基本指标（A

3、Q1027-2006）中华人民共和国安全生产行业标准；第一章 矿井及综采工作面概况第一节 采区位置范围、地质条件和煤层综合柱状图 本采区开采戊9-10煤层，煤层厚度为4.85.2m平均厚度为5m；赋存稳定，倾角为25。顶板为砂质泥岩，岩层不很致密。顶部为戊8煤层，距戊9-10煤层810m，该煤层在本区域内厚度00.4m，为不可采煤层。本区域有小断层，对开采影响不大。图1 综合柱状图第二节 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数 1. 主要瓦斯参数本工作面位于标高650水平，为矿井开采第三水平，煤层瓦斯含量为12m3/t，煤的密度为1.5t/m3，预测有突出危险，经预测工作面绝对瓦斯涌出量QCH4为21m3

4、/min。已知抽放瓦斯参数：经实测煤层透气性系数0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽出量为0.01m3/minhm；如用卸压浅孔抽放瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为1.0m3/minhm，同时值提高到27.6（m2/MPa2.d)；如用卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.050.1m3/minhm；可根据以上测定的抽放参数选择抽放方法。(1)卸压浅孔抽放时，抽放影响半径为0.8m，钻孔所需要的抽放孔口负压为12KPa，边采煤边抽放瓦斯。(2)未卸压长钻孔抽放：钻孔抽放半径为2.5m，钻孔孔口需负压为20KPa，掘进期间边掘进边抽放瓦斯。(3)卸

5、压长钻孔抽放，钻孔抽放影响半径为2.5m，钻孔孔口需要负压为20KPa，边采煤边抽放。2. 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，工作面后退式倾斜分层开采，上分层采用综合机械化采煤，采高为2.8m采用两班采煤，一班抽放瓦斯，工作面日推进度为3m；下分层采高为2.2m。巷道布置如图2所示。图2 工作面布置图第二章 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 1. 按煤层全厚计算（即戊9-10煤层全厚）式中：W1戊9-10煤层瓦斯储量,万m3；k1围岩瓦斯储量系数可取1.11.3； k2不可采邻近煤层瓦斯储量系数,可取1.21.4；Ai第i可采煤层煤炭地质储

6、量,万吨； Xi第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。由于储量的计算关系到生产和瓦斯抽放的准确性，因此，在选择K1、K2的修正值时选取中间数值，即：K1=1.2，K2=1.3;采煤层煤炭地质储量，(万吨)A=150020051.5=225.0.0万吨瓦斯总储量W1=1.2*1.3*(1500*200*5*1.5*12)=4212.00万m32. 按采高计算：式中:W2按采高计算煤层瓦斯储量，万m3；Xi第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。；Ai采面长度(m)采面走向长(m)采高(m)煤的密度(t/m3)上分层采高2.8m，煤层瓦斯储量：W2 =1.21.315002002.81.51210-4=

7、2358.72万m3下分层采高2.2m，煤层瓦斯储量：W21.21.320015002.21.51210-41853.28万m3 3. 工作面瓦斯抽放率式中:d工作面瓦斯抽放率() 工作面瓦斯可抽放量QCH4工作面绝对瓦斯涌出量d=100*10.368/21=49.37%4. 工作面瓦斯可抽放量W3 ：式中：W3工作面瓦斯可抽放量m3/minW2按采高计算煤层瓦斯储量m3/mind工作面瓦斯抽放率()上分层瓦斯可抽放量W3：W3W2d2358.7249.371164.50万m3下分层瓦斯可抽放量W3：W3W2d1853.2849.37914.96万m3第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性

8、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=QC=15000.6/100=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为21m3/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=21-9=12m3/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()，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判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-1示。表1 本煤层预抽瓦斯难易程

9、度分类表抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数百米钻孔瓦斯极限抽量煤尘透气系数容易抽放0.0031440010可以抽放0.003 0.0514400 288010 0.1较难抽放0.0528800.1根据已知条件，煤层透气性系数=0.0276(/MPa2d),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。根据我局四矿、八矿、十矿综采面采用卸压浅孔抽放瓦斯技术，实现了安全。高产。高效，取得了良好的经济效益的情况，应当认为浅孔抽放瓦斯方案是完全可行的，如八矿戊9-1012170综采面应用浅孔抽放技术,钻孔直径为89m

10、m，钻孔间距为1.0m,钻孔深度为10m，平均瓦斯抽放量为0.8m3/min，最高日产量达到8.4万t，又如十矿戊9-1021170综采面钻孔直径为89mm，钻孔间距为1.5m，钻孔深度为6m,平均瓦斯抽放量为2.13.2m3/min，最高日产量达到4.9万吨。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. 本工作面采用本煤层瓦斯抽放有三种方式可供选择(1) 本煤层未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，边掘边抽；(2) 本煤层卸压浅孔预抽瓦斯，边采煤，边抽放(两班采煤，一班抽放)；(3) 本煤层未卸压长钻孔抽放，边采边抽。 2. 经济技术比较(1)煤层透气性系数比较：未卸压顺层长孔抽放时,

11、煤层透气性系数值为原始值，即0.0276。卸压钻孔抽放值可提高（1001000）倍，达到27.6(m2/MPa2d)(2)百米钻孔抽放量比较：未卸压顺层长孔抽放时为0.01m3/minkm，卸压浅孔抽放时可达到13m3/minkm，卸压长钻孔抽放为0.050.1m3/minkm。(3)抽放工艺比较：未卸压长孔抽放和卸压长孔抽放，需要MK系列大钻机(30KW)操作移动不便。封孔方法用水泥、沙浆或聚胺脂操作比较复杂。而卸压浅孔抽放用QFZ-22轻便防突钻机，用CF-Z型等胶囊封孔器，操作极为简便。(4)采用卸压浅孔抽放瓦斯。第二节 抽放钻孔参数确定 1. 钻孔参数钻孔直径为89mm；钻孔深度为9m

12、；钻孔距为2m；钻孔抽放影响半径=20.8=1.6m。2. 钻孔数NN=工作面长度-10(m)/孔距+1N(20010)2196个因为采高5米，所以布置四层钻孔钻孔总数964=3843. 钻孔总长度为M：M=钻孔深度N(m)M93843456m4. 工作面每分钟可抽放量q纯 q纯=M百米钻孔可抽放量(m3/min) q纯34563/100010.368m3min第三节 绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图 根据选择的卸压抽放瓦斯方法，绘制钻孔布置施工图，如下图所示。图3 抽放钻孔布置平面图图4 抽放钻孔布置剖面图第四章 综采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 根据巷道长度和巷道

13、布置，绘制抽放瓦斯管道系统图。 (1)系统图必须绘制阀门，流量计和放水器位置注明各巷道管道的管径和长度，包括吸入段和排出段管道布置；管道长度应根据巷道长度来确定；根据巷道布置可知，风巷长度为1000m,采区轨道上山长度为500m(至泵站位置)，采区轨上山瓦斯泵站距离为20m;采区回风上山长度为550m,采区总回风巷长度瓦斯管道终端为50m,瓦斯泵站至采区回风上山斜巷长度为30m。(2)抽放管道吸入段长度=风巷长度+采压轨道上山至泵站长度+采区轨道上山（至泵站位置）长度。 (3)抽放管道排出段长度=泵站至回风上山距离+采区回风上山长度+采区回风巷长度(瓦斯管道终端)。图5 瓦斯抽放管道系统图第二

14、节 抽放管路的计算和选择 1. 管道内径计算 式中：瓦斯管道内径m；Q管道混合瓦斯流量m3/min；V管道中混合瓦斯的经济流速，m/s，一般取610m/s，考虑到管道内瓦斯浓度为20%。式中：管道混合瓦斯流量m3/min；工作面纯瓦斯可抽放量，m3/min；C管道内纯瓦斯浓度为20%。根据以上公式可以计算：管道内管道混合瓦斯流量的大小：q纯C10.3682051.84m3min管道内径的大小；0.1457QV120.145751.848120.371 m=371mm根据条件根据以上公式可以计算管道内径的大小；根据流速流量，选择合适内径的管材。内径选择375mm。2. 管道材料及壁厚考虑运输安装

15、方便，目前广泛采用玻璃钢管时300500壁厚为16mm则：根据以上计算可初步选定管道内为375管材为玻璃钢.第五章 瓦斯泵选型第一节 抽放系统管道阻力计算 1. 直管阻力损失计算：式中：瓦斯管道直管阻力损失，Pa；L瓦斯管道直管长度，m；混合瓦斯对空气的相对密度，管道内纯瓦斯浓度为20%时，=0.91； Q混管道混合瓦斯流量m3/h，由指导书可知，单位必须换算成m3/h；K0管路系数，取0.71；D内瓦斯管道内径mm由指导书四(六)1可知，单位必须换算成cm，才能代入公式。根据计算公式列表计算管道吸入段及排出段的阻力损失：表2 各管道阻力表管道段名称L(m)Q混(m3/n)D内(cm)K0H(

16、Pa)吸入段(Pa)排出段(Pa)工作通风巷10000.91311037.50.711639.9轨道上山至泵站5000.91311037.50.71819.95轨道上山瓦斯泵站200.91311037.50.7132.80采区回风上山5500.91311037.50.71901.94泵站至回风上山300.91311037.50.7149.20采区回风巷500.91311037.50.7181.99合计3525.782492.651033.13直管阻力损失=吸入段阻力+排出段阻力损失 2. 局部阻力损失计算(管路局部阻力损失按直管阻力损失15%计算) 总局部阻力损失 总局部阻力损失4345.73

17、0.15651.86Pa3. 抽放系统总阻力计算： 抽放系统总阻力损失 抽放系统总阻力损失4345.73651.864997.59Pa第二节 瓦斯泵流量和压力计算 1. 瓦斯泵流量计算 Q泵q纯KC 式中:Q泵-瓦斯抽放泵额流，m3/min； Q纯-工作面抽放纯瓦斯含量，m3/min； C-瓦斯泵入口处纯瓦斯浓度，取20%；-瓦斯泵机械效率，取80%； k-瓦斯抽放综合系统，取K=1.2。 Q泵q纯KC10.368*1.2/0.2/0.8=77.76m3/min2. 瓦斯泵压力计算 H泵=(H总+H孔)K备 式中：H泵-瓦斯泵压力Pa H总-瓦斯管路总阻力损失(排出段与吸入段阻力损失之和)；

18、H孔-抽放钻孔所需的负压，对液孔抽放H孔取12000Pa； K备-抽放备用系数K取1.2。 H泵(4997.5912000)1.220397.1 Pa第三节 瓦斯泵选型确定 按教材P164表2-95选(注意表中1mbar=102Pa)ZBE1系列水环式真空泵选型的原则： 选出的泵的压力计算出来的H泵; 流量计算出来的Q泵。 结合上述情况，选择SK-85型水循环式真空泵，起工作流量为85m3/min，泵的压力为650mmHg，均大于设计要求，符合条件，满足使用要求。适用于此工作面的瓦斯抽放系统。 根据SK-85型水循环式真空泵的转速365rmin和功率130KW，选择合适的电动机与之配合第六章

19、工作面瓦斯抽放安全技术措施第一节 瓦斯抽放线路管理1、瓦斯管路在运输巷道内，应架设一定的高度并固定在巷道壁上，避免被车辆撞坏漏气。2、瓦斯管路不得与带电物体接触，在工作面巷道中应与电缆分开铺设，若分开有困难，二者间距不得小于300mm，且瓦斯管路必须在上方。3、施工单位在运输时，应注意保护瓦斯抽放管路，严禁人员随意破坏或车辆撞坏，一旦损坏应立即通知通风区，并向矿调度室汇报，由相关单位及时派人采取措施处理。4、瓦斯管路吊挂牢固、整齐，并要对瓦斯管路加强日常检查、维修和更换。5、工作面瓦斯抽放过程中，上隅角编织袋墙要打严密，防止大量气体溢出。6、抽出的瓦斯排入回风巷时，在管路出口上风侧5m以外，下

20、风侧30m以外处必须设置隔离栅栏，悬挂警标，禁止人员入内，两栅栏间禁止任何作业。7、在瓦斯抽放站内安装一瓦斯监测探头，报警浓度为0.5%。8、在排瓦斯管路出口下风侧栅栏外设置一瓦斯监测探头，报警断电点均为1，复电浓度为小于1%，当瓦斯超限时，能自动切断抽放瓦斯泵电源，停止瓦斯抽放工作。9、安设瓦斯抽放监测装置一套，对抽放管路内的瓦斯浓度，流量等参数进10、每班加强瓦斯抽放管路中CO浓度及温度检查，发现有自然发火征兆时，立即向通风调度汇报，并停止抽放。11、要经常检查抽放管路系统中的防回火、防回气、防爆炸等安全措施，使其保持良好状态。12、对测量气体浓度、温度的测定孔，平常不用时要用塞子堵严，防

21、止漏气。13、瓦斯泵房内的电气设备和照明都要采用防爆型。14、在瓦斯泵房外制作一个容积为3m3的铁水箱，并利用潜水泵向箱体内供水，平时要保持箱体内有足够的容水量，一旦大巷内无水，可做为抽放泵的备用水源使用。第二节 瓦斯抽放的技术安全措施1、抽放硐房内要有专人值班，每小时检查记录一次有关参数，如瓦斯浓度、CO浓度及抽放负压等。2、在抽放过程中，随着工作面的推进，要及时移动上隅角抽放管路，确保抽气端弹簧管不打死弯和埋管深度符合要求。3、要加强对上隅角周围巷道的支护工作，防止巷道落碴砸坏抽放管路，影响抽放工作。4、抽放硐室内应配备一部直通矿调度室的专用电话和做记录用的桌椅。5、硐室内的消防器材应不低

22、于规程的规定值。6、硐室值班人员要加强责任心，密切关注泵的运转情况，发现问题及时汇报处理，并现场交接班。7、煤与瓦斯突出矿井在开采一矿戊9-1032101工作面的年度作业计划及月作业计划中必须明确瓦斯抽放工程计划。8、煤与瓦斯突出矿井必须根据该矿的年度作业计划在安全技术措施、资金及维检工程中排足瓦斯抽放工程计划所需的瓦斯抽放资金。9、规范瓦斯抽放设计。根据不同地点的地质情况，采取有针对性的设计方案。消除瓦斯抽放空白带。10、在过小断层时，必须按规定报批施工设计和防突措施。钻孔控制范围、数量达到煤矿瓦斯抽采基本指标和防突细则要求。11、加强抽采瓦斯系统维护管理。抽采管道要吊挂平直，在通往各抽放地

23、区的抽放支管分叉处必须安设阀门、孔板；低凹处应安装放水器；钻场、钻孔等地点实行挂牌管理，定期测量负压、流量、瓦斯浓度等参数，并及时进行调整。各抽放地区放水、管路维修、参数观测等工作责任到人，实行工作目标与工资挂钩制度。第三节 打钻过程中的安全技术：1、瓦斯抽放孔施工前，现场施工负责人必须安排专人对钻孔的液压、电动系统进行全面检查，确保钻机液压系统畅通，零部件齐全，电器的完好符合规定，严禁出现失爆。2、钻机必须架设在顶板完整，支架完好的地点，稳固钻机时，螺旋支柱必须齐全且升足劲，防止钻机歪倒伤人。3、钻机电源的开关由专职的机电维护员担任，其他人员不得擅自操作。4、钻机操作必须由经过培训人员担任，

24、每班钻机第一次运行前，必须对钻机空运转达几分钟，确认无问题，方可接上钻杆、钻头，正式运转。5、钻机上、下调整角度必须在松开固定螺丝、作业人员躲到两侧后进行。6、钻机开始运行时，加压不宜过大，待钻头对准孔位进入煤体实茬后，方可匀速推进,由于煤层较松软，推进速度不宜过快。7、钻机在运行过程中，钻机司机必须集中精力，谨慎操作，操作过程中，必须密切关注压力表的变化、钻进速度等。8、钻进过程中，现场负责人必须监护巷道顶板状况，如发现顶板有掉碴，压力增大，冒顶等征兆时，必须立即停止作业，并向地面值班室汇报。9、瓦斯抽放孔施工必须严格按抽放孔设计的方位,倾角和孔深进行施工。10、钻进过程中，施工人员必须站在

25、孔口两侧，不准站在孔口的正后方及钻孔延长线上，严禁面对孔口观察钻进情况，以免发生喷孔伤人事故，作业人员必须穿戴整齐，袖口扎紧，不允许带毛巾，严禁戴手套作业。11、钻进过程中，施工负责人必须密切观察喷孔、夹钻、响煤炮等瓦斯动力现象，当发生严重喷孔，响煤炮剧烈等动力现象时，应立即停止作业、撤出作业人员，并汇报矿调度室及通风值班室，待动力现象消失，且瓦斯浓度小于1%，方可恢复作业。12、钻进过程中，遇到喷孔严重，可将钻杆后退0.51.0m，放慢钻进进度、增加排屑时间，以防夹钻。13、换接钻杆时，必须先检查钻杆是否透气，丝口是否完好，不透气及丝口损坏的钻杆不准使用。14、钻进过程中，必须有专人记录：钻

26、进进度及钻进过程中的动力现象。15、钻进过程中，瓦斯检查员必须随时检查瓦斯浓度，瓦斯浓度超过1%必须停止作业。16、钻进过程中，采用干打眼方法进行施工，压风排碴，但必须采取降尘措施。17、钻进过程中，钻场内严禁敲打、撞击金属物品，敲打工具应采用铜锤，以防产生火花。第四节 瓦斯抽放质量标准化管理。1、抽放瓦斯矿井凡参与瓦斯管理的人员必须经过严格的专门培训，熟练掌握要领，应知应会后，才允许上岗。2、矿井必须配备专业技术人员，负责瓦斯抽放日常管理，总结分析抽放效果，研究和改进抽放方案，学习和贯彻先进抽放方法。3、矿井必须建立专门的瓦斯抽放队伍，负责抽放管安设，打钻等工程的施工和瓦斯参数的测定等。4、

27、泵房内必须有专职人员值班，负责泵房内外有关瓦斯参数的检测和抽放泵的运行。值班员严禁带烟带火，更不得在泵房内及附近抽烟。5、每班必须有专人对整个抽放系统进行巡回检查维护和放水。在检查中发现问题能处理的立即处理，不能处理的要及时向矿调度汇报。矿应立即组织进行处理。6、矿井必须建立健全有关瓦斯管理制度。如岗位责任制、巡回检查制、瓦斯参数检测制、抽放泵、水泵、高低位水池检查维护制、抽放工程质量检查验收制等。7、抽放泵应有开停记录，一旦停运，值班员必须立即通知矿调度室。矿应立即组织处理。8、改、接、拆抽放管路及有关设施时，应先制定专门的安全措施、并向有关人员贯彻后、才于实施。9、泵房属要害部门，严禁他人

28、入内。有事入内，必须登记，且不得带烟火。事办完后，必须迅速离开。第五节 检测系统1、检测参数的确定井下抽放管网检测参数有：抽放负压、瓦斯浓度、瓦斯流量；测定地点：主、支管及抽放钻孔。地面抽放管路检测监控参数：进气管负压、瓦斯浓度、瓦斯流量等、排气管正压以及抽放泵轴温、循环冷却水温、泵房室内瓦斯浓度。测定地点：泵房进气、排气管及泵房。2、检测仪器、仪表的配备。管路检测采用人工方法，设备包括气体流量测定装置、瓦斯浓度检定器和U型水柱计，管路系统的控制主要靠截止阀门。泵房及地面管路检测可采用泵配套的、气体流量测定装置人工测量。 （1）瓦斯抽放系统运行前，必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面检查维修，检

29、查内容：瓦斯抽放泵电气设备的完好、供水及排水系统、正负侧压管路的密封等，确认无问题方可正常运行。 （2）瓦斯抽放泵运行过程中，应确保有专职瓦斯抽放泵司机值班、操作，抽放泵司机必须是由经过培训并取得合格证的人员担任，并且严格按照抽放泵的操作规程操作，严格执行现场交接班制度。 （3）瓦斯抽放泵运行过程中，抽放泵司机应认真观察抽放泵的运行情况，做好运行状况、抽放管内的瓦斯流量、瓦斯浓度、排水等情况的记录工作，发现异常情况及时停泵处理，并汇报调度室及相关人员。 （4）加强抽放地点的瓦斯管理，抽放钻孔与抽放管之间的连接必须使用铁丝扎紧。 （5）抽防地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌，实行巡回检查，次数不少于3次。 （6）抽放泵站方圆20m内，不得有明火，不得有易燃、易爆物品，并安装4支灭火器和不少于0.5m3的灭火砂。 （7）必须保护好瓦斯抽放管路，严禁砸撞管路，一旦撞坏，必须立即通知调度室。 （8）加强抽放泵站管路和电气设备检查维修，每天安排专人对所有管路和电气设备进行巡回检查维修，发现问题及时处理。确保处于完好状态。