康華2012年煤礦瓦斯抽放係統方案設計
康華煤礦
2012年元月
目 錄
一、 康華煤礦瓦斯抽放的必要性與可行性----------------------5
二、 瓦斯抽放方案的初步設計----------------------------------------6
三、 瓦斯抽放鑽孔施工及設備----------------------------------------9
四、 瓦斯抽放管網係統-------------------------------------------------11
五、 瓦斯抽放泵的選型-------------------------------------------------15
六、 瓦斯抽放係統的安裝---------------------------------------------18
礦井基本情況
鄭新康華(新密)煤業有限公司原名鄭州康華實業貿易有限公司， 2010年9月與鄭煤集團鄭新煤業有限責任公司兼並重組而成，位於新密市牛店鎮譚村灣村境內，礦井屬六證齊全合法生產礦井。井田麵積0.7174平方公裏，開采二1煤層，地質儲量148.6萬噸，可采儲量62萬噸，設計生產能力15萬噸/年，設計服務年限3.54年。礦井水文地質類型屬中等，礦井設計正常湧水量30m3/h，最大湧水量60m3/h。煤層傾角2°—10°之間，平均厚度3m，屬III類不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性，爆炸性指數14.12﹪。井田範圍內除主副井筒及工業廣場保護煤柱、風井保護煤柱外，其它區域開采屬複采區域，煤層瓦斯已得到有效釋放，煤層瓦斯含量較小，屬低瓦斯區域。
礦井采用三立井單水平上下山開拓，通風方式為中央分列式，通風方法為機械抽出式，主通風機安裝在風井井口地麵附近，副立井升降人員、物料兼做進風井，主立井提煤兼做進風井，風井專用回風，主井、風井均安裝有行人梯子間作為安全出口。主提升采用1.5t非標箕鬥，井下運輸采用膠帶運輸機配刮板運輸機運輸，副提升采用0.75t非標罐籠提升。
礦井供電實現雙回路供電，地麵主副井各建一個變電所，實現分區域供電，主要通風機、提升絞車等重點設備實現雙回路供電。
目前，礦井有兩個采區兩個采煤工作麵、三個掘進工作麵，分別為：11采區和21采區， 兩個采區交替生產，現有11001和21001兩個回采工作麵，有11012皮帶巷、11012回風巷、21001上副巷改造巷三個掘進工作麵。采煤方法為走向長壁手鎬配風鎬落煤煤采煤法，回采工作麵采用單體液壓支柱配合π型鋼梁支護。
編製本設計方案的依據：
1. 《礦井抽放瓦斯工程設計規範》。
2. 《礦井抽放瓦斯管理規範》。
4. 《防治煤與瓦斯突出規定》。
5.《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》。
6.《“一通三防”管理手冊》第四章(鄭煤集團公司)。
7. 康華煤礦生產、通風、瓦斯、地質等相關資料。
8.關於鄭煤集團公司2011年度礦井瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑒定結果的報告 。
9. 《煤礦瓦斯抽采監控係統通用技術條件》。
10. 《建築物防雷設計規範》(2000)。
一 康華礦瓦斯抽放的必要性與可行性
根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的第14條規定 “煤與瓦斯突出礦井及高瓦斯礦井必須建立地麵固定瓦斯抽采係統”。
《煤礦安全01manbetx 》、《礦井瓦斯抽放管理規範》以及《煤炭工業設計規範》有關條款規定: 當一個回采工作麵的絕對瓦斯湧出量大於5m3/min或一個掘進工作麵的瓦斯湧出量大於3m3/min, 采用通風方法解決瓦斯問題不可能或不合理時應采用瓦斯抽放措施。
1 瓦斯抽放的必要性
(1)相關法規的要求
按照《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的第14條規定 “煤與瓦斯突出礦井及高瓦斯礦井必須建立地麵固定瓦斯抽采係統”。
(2)采掘工作麵瓦斯治理的需要
《煤礦安全01manbetx 》、《礦井瓦斯抽放管理規範》以及《煤炭工業設計規範》有關條款規定：當一個回采工作麵的絕對瓦斯湧出量大於5m3/min或一個掘進工作麵的瓦斯湧出量大於3m3/min，采用通風方法解決瓦斯不可能或不合理時應采用瓦斯抽放措施。康華礦11001回采工作麵、21001回采工作麵，在回采期間為預防瓦斯超限，將瓦斯濃度控製0.5%以下，減輕礦井通風壓力，必須建立瓦斯抽放係統。
2 瓦斯抽放的可行性
康華煤礦二1煤層透氣性差，鑽孔瓦斯流量衰減係數大，屬較難抽放煤層。但可以通過采取措施提高煤體透氣性來進行煤體預抽瓦斯，也可以利用采動影響進行動壓區抽放和采空區隅角抽放，還可以在回采工作麵進行頂板岩石鑽孔瓦斯抽放。
二 礦井瓦斯抽放方案初步設計
1 抽放係統簡圖
附後
2 抽放方法選擇的原則
選擇礦井瓦斯抽放方法應根據礦井煤層賦存條件、瓦斯基本參數、 瓦斯來源、巷道布置、 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素來確定, 並應遵守以下原則：
(1).抽放方法應適合煤層賦存狀況、巷道布置、地質條件和開采技術條件。
(2). 應根據礦井瓦斯湧出來源及湧出量構成03manbetx , 有針對性地選擇抽放瓦斯方法, 以提高瓦斯抽放效果。
(3). 在滿足瓦斯抽放的前提下, 應盡可能地利用生產巷道, 以減少抽放工程量。
(4). 選擇的抽放方法應有利於抽放管道的布置和維護。
(5). 選擇的抽放方法應有利於提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本。
(6). 瓦斯抽放應有利於鑽場、鑽孔的施工和抽放係統管網的設計, 有利於增加鑽孔的抽放時間。
3 抽放瓦斯方法選擇
康華煤礦抽放瓦斯的目的是消除或緩解瓦斯突出的危險性及使工作麵的瓦斯湧出量降低到通風能解決的水平或減輕礦井通風負擔。 因此, 確定礦井抽放瓦斯的方法為開采層抽放(包括開采工作麵和掘進工作麵抽放)和采空區抽放等方式。
所有的回采工作麵必須進行采前預抽、邊采邊抽和高位抽放，對掘進工作麵進行掘前瓦斯預抽和邊掘邊抽。 選擇的瓦斯抽放方法如下：
⑴.回采工作麵：采前預抽、動壓區抽放、頂板岩石高位鑽孔抽放和隅角埋管抽放相結合;
⑵.掘進工作麵：掘前預抽和邊掘邊抽相結合;
⑶.開展采空區瓦斯抽放。
4 掘進工作麵瓦斯抽放
掘進工作麵抽放瓦斯的方法有邊掘邊抽和先抽後掘瓦斯抽放兩種方式。采用邊掘邊抽時, 抽放鑽孔布置方式如圖所示。
鑽孔布置參數如下：
鑽孔長度 60m;
鑽孔直徑 ∮89 mm;
鑽孔方位 控製巷道兩幫各15米;
鑽場間距 40 m;
鑽場內鑽孔數 9個;
封孔深度 18m;
封孔方式 聚胺脂封孔.
掘進工作麵邊掘邊抽瓦斯鑽孔布置示意圖
鑽孔布置及參數：每個鑽場內布置9個鑽孔,孔徑不小於89mm,孔深60m，呈兩列三排布置,上排孔開孔位置距巷底1.5m,中排開孔位置距巷底1.0m,下排開孔位置距巷底0.5m;並做到全層位控頂控底，即：上排鑽孔終孔於煤層頂板岩石0.5m深度處，中排鑽孔終孔位於煤層中部，下排鑽孔終孔打至煤層底板岩石0.5m深度處。
5 回采工作麵高位抽放
采用高位抽放就把回采工作麵上部煤層中和部分采空區中的瓦斯通過鑽孔和瓦斯抽放管道排放到地表或井下回風巷中。 下圖為回采工作麵高位鑽孔布置示意圖。
采煤工作麵高位鑽孔布置示意圖
需要注意的是，本設計中的瓦斯抽放鑽孔參數應根據現場實際情況及時進行必要的調整，以達到最佳的抽放效果。
三 瓦斯抽放鑽孔施工及設備
1 鑽機的選擇
選擇鑽機需要考慮的因素包括: 1).鑽進深度; 2).鑽進速度; 3).鑽孔直徑; 4).給進、起拔能力; 5).鑽機體積; 6).液壓係統; 7).性價比。
康華煤礦現有鑽機一部,是重慶煤科分院生產的ZYG係列全液壓鑽機，這種鑽機均為分體式結構, 具有體積小、重量輕、便於拆裝、移動安裝方便、機械效率高等優點，完全能夠滿足井下瓦斯抽放鑽孔鑽進的要。
除了采取鑽孔施工技術的一般安全措施(略)外, 還必須采取以下特殊措施:
(1). 在施鑽地點附近安設1部電話;
(2). 調整通風係統, 使采煤工作麵回風不直接流經打鑽地點, 開始打鑽以前要完成打鑽區域通風係統調整;
(3). 采掘工作麵放炮時, 撤出打鑽人員至安全地點, 放炮期間, 所有人員均不得進入回風係統;
(4). 放炮後, 待打鑽現場瓦斯不超限, 整個區域無安全異常, 才能恢複正常打鑽;
(5). 若打鑽現場發生安全異常, 必須立即按安全路線撤離。
3 鑽孔封孔
(一)底板岩巷穿層鑽孔采用合格礦用樹脂材料和水泥聯合封孔技術，要求封孔至煤岩交界處，封孔管進入煤層不小於1m或進入煤層的中部，進入煤層段封孔管為花管。
(二)普通順層鑽孔采用“兩堵一注”封孔方式，鑽孔封孔深度不小於15m，封孔段長度不小於12m;或采用其他經試驗有效的封孔材料及方法。封孔段長度以不漏氣為準。
為防止鑽孔塌孔，影響抽采效果，順層抽采鑽孔應下封孔管伸入煤層不小於鑽孔深度的二分之一，封孔段以裏的封孔管全部為花管，封孔管與花管連接緊密可靠。
1— 集氣孔段 2—聚氨酯封孔段 3—水泥砂漿封孔段
4—雙抗封孔管
圖3-4 聚胺脂封孔示意圖
四 瓦斯抽放管網係統
在選擇瓦斯抽放管路係統時, 主要根據抽放泵站位置, 開拓巷道布置, 管路安裝條件等進行確定。抽放管路應盡量選擇敷設在巷道曲線段少和距離短的線路中, 盡可能避開運輸繁忙巷道, 同時還要考慮供電, 供水, 運輸方便。
4.1瓦斯抽放管管徑計算及管材選擇
瓦斯抽放管管徑按下式計算：
式中 D-----瓦斯抽放管內徑，m;
Q-----抽放管內混合瓦斯流量，m3/min;
V-----抽放管內瓦斯平均流速，經濟流速V=5-15m/s, 取V=7 m/s.
根據鄭煤集團公司2011年度礦井瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑒定結果的報告提供康華礦全礦井相對量湧出量：5.29 m3/min，絕對量：1.53 m3/t。按抽放率30%，最低抽采濃度為2%計算。
采動煤量的抽出量應為：1.53 m3/t×30%=0.459 m3/t
礦井班生產能力按300噸計算，每班需采出純瓦斯量為：
0.459 m3/t×300=137.7 m3
每分抽出純量為：137.7 m3/(8×60)=0.28 m3/min
最低抽出濃度按2%計算，混合量為：14 m3/min
約定：
為全礦井服務的井筒及地麵瓦斯抽放管為主管;
為一個采煤工作麵服務的瓦斯抽放管為支管1;
為一個掘進工作麵服務的瓦斯抽放管為支管2。
根據各瓦斯抽放管內預計的瓦斯流量，按式(4-1)計算選擇的瓦斯抽放管管徑如表4-1示。
表4-1 瓦斯抽放管管徑計算選擇結果
式中 D-----瓦斯抽放管內徑，m;
Q-----抽放管內混合瓦斯流量，m3/min;
V-----抽放管內瓦斯平均流速，經濟流速V=5-15m/s, 取V=7 m/s.
根據鄭煤集團公司2011年度礦井瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑒定結果的報告提供康華礦全礦井相對量湧出量：5.29 m3/min，絕對量：1.53 m3/t。按抽放率30%，最低抽采濃度為2%計算。
采動煤量的抽出量應為：1.53 m3/t×30%=0.459 m3/t
礦井班生產能力按300噸計算，每班需采出純瓦斯量為：
0.459 m3/t×300=137.7 m3
每分抽出純量為：137.7 m3/(8×60)=0.28 m3/min
最低抽出濃度按2%計算，混合量為：14 m3/min
約定：
為全礦井服務的井筒及地麵瓦斯抽放管為主管;
為一個采煤工作麵服務的瓦斯抽放管為支管1;
為一個掘進工作麵服務的瓦斯抽放管為支管2。
根據各瓦斯抽放管內預計的瓦斯流量，按式(4-1)計算選擇的瓦斯抽放管管徑如表4-1示。
表4-1 瓦斯抽放管管徑計算選擇結果
⑵.局部阻力(Hj)計算
管路局部阻力損失按直管阻力損失的15%計算，則抽放管路係統的局部阻力損失為:
Hj =0.15 Hm = 0.15 x 4524.3 = 678.6 Pa.
(3). 總阻力(H)計算
H = Hm + Hj
= 4524.3 + 678.6 = 52029 Pa
4.2.1、瓦斯抽放管路與瓦斯抽放鑽孔的連接
用埋線管將鑽孔封孔管與布置在巷道中的瓦斯抽放支管相連接，連接處要用抱箍固定，或用鐵絲捆紮。 瓦斯抽放主幹管和支管均采用法蘭盤螺栓緊固連接, 中間夾橡膠密封圈。
4.2.2、抽放泵附件
鑽場支管安設單孔測量裝置,鑽場總管安設總測量裝置,抽放泵站安設總測量裝置。叉口設置閘門，低窪處設置放水器。
五、瓦斯抽放泵選型
瓦斯抽放泵的選型原則有兩個：
①泵的流量應滿足抽放係統服務期間可能達到的最大瓦斯抽放量;
②泵的壓力能克服最困難路線的管網阻力，使抽放鑽孔達到足夠的負壓，並滿足
瓦斯抽放泵流量計算方法
……………………………(5-1)
式中:
Q — 瓦斯抽放泵所需額定流量，m3/min;
Q z — 礦井抽放係統最大瓦斯抽放純量，為0.28m3/min;
X — 礦井抽放瓦斯濃度，為2%;
K — 備用係數，K=1.20;
η— 抽放泵機械效率，η=0.80.
本抽放係統設計抽放量為14m3/min，則瓦斯抽放泵所需額定流量計算如下:
Q = 14/0.80 =17.5m3/min
瓦斯抽放泵選型
根據上述計算結果, 查國內有關廠家的真空泵曲線, 即可確定瓦斯抽放泵的型號. 由於目前我國的真空泵曲線都是按工況狀態下的流量繪製的, 所以還需要按下列公式把標準狀態下的瓦斯流量換算成工況狀態下的流量.
Q泵工 = Q泵
(5-2)
式中:
Q泵工 – 工況狀態下的瓦斯泵流量, m3/min;
Q泵 –標準狀態下的瓦斯流量, m3/min;
P0 –標準大氣壓力(P0=101325Pa), Pa;
P – 瓦斯泵入口絕對壓力, Pa; 取60000 Pa
T - 瓦斯泵入口瓦斯的絕對溫度(T=273+t), K;
T0 – 按瓦斯抽放行業標準規定的標準狀態下絕對溫度(T0=273+20), K;
t - 瓦斯泵入口瓦斯的溫度, ºC.
取瓦斯泵入口溫度t = 20ºC, 則:
Q泵工 = 17.5×
= 29.9 m3/min
根據上述計算結果, 使用額定流量大30 m3/min，結合集團公司有關規定和礦井後期生產按排，確保礦井安全生產，建議使用額定流量為90 m3/min抽放泵兩台。
1 瓦斯抽放泵站供電
抽放泵供電係統實現雙回路供電，照明等設備供電符合《煤礦瓦斯抽采工程設計規範》的要求。根據煤炭工業礦井設計規範GB-5012-94, 瓦斯抽放站的電力負荷為一級負荷, 必須保證有兩個電源供電.
2 瓦斯抽放泵給排水
(1). 給水
瓦斯抽放泵的供水采用地麵清潔水(PH值6-8). 建造循環係統使用軟化水裝置,供水量大於12m3/h.要求供水壓力大於200mbar即可。
(2). 排水
水環式真空泵排出的水收集後排入礦井蓄水池或循環使用.
(3)斷水保護，當抽放泵供水係統斷水時能切斷抽放泵的電源，保證抽放安全運行。
3 瓦斯抽放泵站照明
在瓦斯抽放泵站內的照明燈具選用隔爆型.
4 抽放泵監控係統
為保證瓦斯抽放係統的安全運行和礦井的安全生產, 瓦斯抽放係統設計時必須具備完善的安全監測係統, 對泵站的環境瓦斯濃度, 真空泵供水, 抽放瓦斯濃度, 抽放量, 負壓, 溫度, 排放口的正壓, 瓦斯濃度等參數進行監測. 建議南京科強科技實業有限公司生產的WYS型管道氣體參數監測儀和KJ-91泵站監測係統.
泵站控製係統及管道參數監測係統符合《煤礦瓦斯抽采監控係統通用技術條件》的要求及集團公司有關規定。
5瓦斯抽放泵站通訊
在瓦斯抽放泵站應設置有到礦調度室的防爆型電話分機.
6 防雷設施
在瓦斯抽放泵站房頂上設置避雷針, 並接地.
根據《建築物防雷設計規範》(2000), 設避雷線保護瓦斯排放管, 在瓦斯抽放站房頂設置避雷帶防感應雷. 在變電所設工作接地, 接地電阻<4Ω; 在瓦斯抽放站分別設防雷接地. 接地電阻均<10 Ω.
設計放空管的高度為7m, 在距放空管5m之內設一高度為14m的避雷針.
1). 放空管應高於房脊4m以上, 放空管與避雷針距離小於5m;
2). 泵房房頂應安放雷網;
3). 避雷針接地電阻不得大於4Ω, 達不到要求的要增加接地極;
4). 瓦斯抽放泵房內所有設備的金屬外殼都應接地, 金屬走線架, 水管等金屬物必須接地;
5). 為防止井下瓦斯抽放管路帶電, 瓦斯抽放管也需接地;
6). 瓦斯抽放泵供電采用四芯電纜, 其中一芯接地;
應由具有防雷專業資質的相關部門或設計單位進行設計, 安裝.
7 泵房采暖, 通風
當地冬天最低氣溫可以達到-8ºC以下, 應該在泵房和值班室安裝采暖和通風係統.門窗及排氣口合計的泄壓麵積要符合要求.
六 瓦斯抽放係統的安裝
1 瓦斯抽放係統安裝的基本要求
瓦斯抽放係統的安裝, 調試和運行等必須遵守《煤礦安全01manbetx 》和《礦井瓦斯抽放管理規範》的有關規定.
瓦斯抽放係統安裝所使用的材料必須為煤礦井下所允許使用的產品, 並具備煤礦安全產品標誌準用證.
2 瓦斯抽放泵的安裝
瓦斯抽放泵應安裝在專門的瓦斯抽放泵房內, 泵房內必須有足夠的照明, 消防等設施, 嚴禁堆放易燃物品, 嚴禁無關人員進入瓦斯抽放泵房內.
3 瓦斯抽放, 排放管路及附屬設施安裝
瓦斯抽放, 排放主管路采用無縫鋼管, 法蘭連接, 安裝時采用錨杆吊掛在巷道頂部, 也可以采用其他支撐方式安裝在巷道壁上, 但不能影響車輛和行人. 管路應盡量避免與電纜安裝在同一巷邦上, 管路全程嚴禁與帶電物體接觸, 並在管路上安設可靠的接地措施.
抽放主管路每隔200-400m安裝一調節閘閥, 在管路的低窪處安裝人工或自動負壓放水器, 定期放水. 抽放支管安裝閥門, 流量計和放水器等.
瓦斯抽放用所有金屬部件均須防腐處理, 管路安裝完畢要進行密閉性試驗, 並進行吹掃處理, 以免管路漏氣和內存雜物. 封閉性能實驗使用水試壓, 壓力為0.2MPa, 一小時內壓降不超過10%.試壓後, 管路塗紅色漆.
4、電氣部分安裝由礦上設計並安裝
4 瓦斯抽放管路管理
(1). 新安瓦斯管路, 必須進行管路設計. 設計內容包括: 設計條件和管路設計;
(2). 瓦斯抽放管材必須采用煤礦安全準用材料;
(3). 管道安裝平直, 穩定可靠, 變徑地點采用過渡節. 主幹管離地高度0.5m. 受巷道高度限製的支管離地墊高大於0.3 m.
(4). 管道與巷壁距離大於0.3 m.
(5). 嚴禁帶電物體接觸;
(6). 管道安裝完畢, 要進行吹洗和漏氣試驗. 實驗壓力為0.2MPa, 10min內無壓力變化.
(7). 管道安裝完畢, 要進行防腐處理.
七 主要安全技術措施
(1). 在瓦斯抽放係統運行前, 必須對瓦斯抽放泵及管路係統進行全麵細致的檢查, 包括水電閉鎖, 風電閉鎖, 供水和排水係統等;
(2). 瓦斯抽放泵運行前, 應在負壓冊低窪點安裝負壓放水器;
(3). 管路在使用前用壓風衝刷, 安裝過濾網;
(4) 瓦斯抽放泵在運行過程中, 抽放泵司機應認真觀察運行情況, 做好記錄, 發現異常即使處理, 並向調度室彙報;
(5). 應確保有取得合格證的專門瓦斯抽放泵司機值班;
(6). 加強抽放地點的管理;
(7). 抽放地點設立專門的記錄牌, 記錄瓦斯抽放數據;
(8). 瓦斯抽放泵20m範圍內, 不得有明火, 不得有易燃, 易爆物品, 並配置4支幹粉式滅火器和不少於0.5m3的黃砂;
(9). 加強瓦斯抽放泵管路檢查的維修;
(10). 加強瓦斯抽放泵室的檢查和管理, 必須配備: 《抽放泵司機崗位責任》，《抽放泵司機01manbetx 》，《瓦斯抽放管理製度》，《抽放係統圖》，設備運行記錄等;
(11). 非工作人員不得進入瓦斯抽放泵室;
(12). 瓦斯抽放泵的操作程序為:
開啟: 檢查 à 供水 à 啟動泵站 à 檢查運行方向 à 檢查水位 à 啟動電機 à 打開閥門。
停泵: 關閉閘門 à 停電機 à 停水。
八瓦斯抽放泵司機作業01manbetx
附抽放泵說明書
附抽放係簡圖
