某煤礦瓦斯抽放設計說明書

某煤礦瓦斯抽放設計說明書

目 錄

概 述 3

1 礦井概況 4

1.1交通位置 4

1.2 井田地形與氣候 4

1.3 井田地質構造情況 4

1.4煤層賦存情況 4

1.5礦井開拓方式 6

1.6礦井通風方式及鄰近礦井瓦斯湧出 6

2 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性 7

2.1 礦井瓦斯湧出量預測結果 8

2.2 回采工作麵瓦斯湧出來源與構成 9

2.3 瓦斯抽放的必要性 10

2.3.1 相關法規的要求 10

2.3.2 采掘工作麵瓦斯治理的需要 10

2.4 瓦斯抽放的可行性 11

2.5 礦井瓦斯儲量與可抽量 12

3 礦井瓦斯抽放方案初步設計 13

3.1 抽放方法選擇的原則 13

3.2 抽放瓦斯方法選擇 13

3.2.1 回采工作麵本煤層瓦斯抽放 14

3.2.2 掘進工作麵瓦斯抽放 14

3.2.3 回采工作麵高位抽放 16

3.2 抽放量預計及抽放服務年限 16

3.2.1 回采工作麵本煤層預抽量預計 16

3.2.2 掘進工作麵邊掘邊抽瓦斯量預計 16

3.2.3 礦井瓦斯抽放量預計 17

3.2.4 抽放服務年限 17

3.2.5 抽放參數的確定 17

3.3 瓦斯抽放鑽孔施工及設備 18

3.3.1 鑽機的選擇 18

3.3.2 鑽孔施工技術安全措施 18

3.3.3 鑽孔封孔 18

3.3.4 瓦斯抽放參數監測 19

4 瓦斯管網係統選擇與管網阻力計算及設備選型 19

4.1 礦井瓦斯抽放設計參數 19

4.2 瓦斯管網係統選擇與管網阻力計算 19

4.2.1 瓦斯抽放管網係統 19

4.2.2 瓦斯抽放管管徑計算及管材選擇 20

4.2.3 管網阻力計算 21

4.2.4 瓦斯抽放管路與瓦斯抽放鑽孔的連接 22

4.2.5 瓦斯抽放管路敷設 22

4.2.6 瓦斯抽放管道的附屬裝置 23

4.3 瓦斯抽放泵選型計算 26

4.3.1 瓦斯抽放泵流量計算方法 26

4.3.2 瓦斯泵壓力計算方法 26

4.3.3 瓦斯抽放泵選型計算 27

4.3.4 瓦斯抽放泵選型 27

5 瓦斯抽放泵站布置 28

5.1 瓦斯抽放泵 28

5.2瓦斯抽放泵站供電 29

5.3 瓦斯抽放泵給排水 32

5.4 防雷設施 32

5.5 瓦斯抽放泵站照明 32

5.6 瓦斯抽放泵站通訊 32

5.7 抽放係統實時監測 33

5.8 泵房采暖, 通風 33

6. 瓦斯抽放係統的安裝 33

6.1瓦斯抽放係統安裝的基本要求 33

6.2 瓦斯抽放泵的安裝 33

6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附屬設施安裝 33

7 環境保護 34

7.1 抽放瓦斯工程對環境的影響 34

7.2 汙染防治措施 34

7.3 抽放站綠化 34

8 瓦斯抽放組織管理及主要安全技術措施 34

8.1 組織管理 35

8.2 瓦斯抽放組織機構管理 35

8.3 瓦斯抽放鑽場管理 35

8.4 采空區抽放管道的拆裝 37

8.5 瓦斯抽放管路管理 37

8.6 主要安全技術措施 38

8.7 鑽機操作規程 38

8.8 瓦斯抽放泵司機作業操作規程 39

8.9 瓦斯抽放報表管理 41

9 瓦斯抽放工程技術經濟指標 43

9.1 勞動定員 43

9.2 投資概算 43

9.3 礦井瓦斯利用 43

概 述

　　某煤礦為某集團公司所屬的大型煤礦之一. 1958年投產, 設計生產能力為600kt/年. 1976年進行了生產環節改造, 1980年核定生產能力為1200 kt/年.

　　根據該礦提供的礦井設計和礦井瓦斯湧出資料(2004年鑒定報告), 礦井絕對瓦斯湧出量為21.84m3/t, 相對瓦斯湧出量為7.49 m3/min, 屬於低瓦斯礦井. 由於二區瓦斯較大, 按高瓦斯礦井管理. 隨礦井產量的增加和開采範圍的擴大及開采水平的延伸, 該礦今後主采煤層采掘進工作麵和采空區的瓦斯湧出量都將進一步增大.

　　為貫徹執行黨和國家的”安全第一, 預防為主”的安全生產方針和國家安全生產監督管理局製定的”先抽後采, 以風定產, 監測監控”的煤礦安全生產管理方針, 該礦已在井下安裝了為21181回采工作麵服務的移動式瓦斯抽放泵站和與其相配套的瓦斯抽放係統. 抽出的瓦斯直接排放到礦井的回風係統中. 隨著礦井瓦斯湧出量的增大, 總回風的瓦斯濃度較高, 並時常出現超限. 另外, 井下泵站的管理也比較複雜, 經常需要對瓦斯抽放泵的水垢進行清理. 隨著新風井的建成使用, 建立地麵抽放泵站是非常必要的和可行的. 特此編寫某煤礦瓦斯抽放係統方案設計說明書.

編製本設計方案的依據

1. 《礦井抽放瓦斯工程設計規範》(MT95018-96),中華人民共和國煤炭工業部,1997年.

　　2. 《礦井抽放瓦斯管理規範》,中華人民共和國煤炭工業部,1997年.

　　3. 《煤礦安全規程》,國家煤礦安全監察局,2004年.

　　4. 《防治煤與瓦斯突出細則》,中華人民共和國煤炭工業部,1995年.

　　5. 某煤礦提供的通風,生產,瓦斯地質等相關資料.

設計的主要技術經濟指標

1. 礦井絕對瓦斯湧出量: 38.60m3/min(將來最大絕對瓦斯湧出量);

2. 礦井相對瓦斯湧出量: 7.49m3/t;

3. 礦井瓦斯抽放量: 11.58m3/min.

存在的主要問題及建議

某煤礦缺乏必要的煤層瓦斯基本參數(煤層瓦斯壓力, 瓦斯含量, 煤層透氣性係數, 鑽孔瓦斯流量衰減係數等). 建議今後進行這方麵的測定, 以便為瓦斯抽放管理提供必要的科學依據.

1 礦井概況



　　某煤礦為某集團公司所屬的大型煤礦之一. 1955年建井, 1958年投產, 設計生產能力為600kt/年. 1976年進行了生產環節改造, 1980年核定生產能力為1200 kt/年. 預計2004年的實際產量超過1000kt/年.

1.1交通位置

　　某煤礦位於河南省義馬市之南2km. 礦區的地理坐標為111º45′11″- 111º51′05″, 北緯34º41′36″- 34º43′16″.

1.2 井田地形與氣候

　　1). 地形地貌特征

　　本井田以上侏羅統礫岩為骨架, 上部廣泛第四係亞粘土, 地形較複雜, 屬低山丘陵區. 標高為+437.20 - +670.73m, 最大相對高差233.53m. 整個井田呈南高北低的形態, 在井田南部構成近東西向分水坡, 標高+547.80 - +670.73 m. 井田內南北及東西向衝溝發育. 井田北部較平坦, 季節性河流南澗河自井田北部由西向東流過.

　　2). 氣候

　　礦區為大陸性氣候, 四季分明, 雨量較為充沛和集中. 根據澠池氣象站資料, 最高氣溫41.6ºC, 最低氣溫-18.70ºC, 年平均氣溫12.3ºC.

　　3). 降水量

　　年最大降水量為1013.6mm, 最小為371.2mm, 7, 8, 9月降水量占全年的55%.

　　4). 凍結期

　　凍結期為11月至第二年3月, 凍結天數為31-93天, 最大凍結深度為0.34m.

1.3 井田地質構造情況

　　新井田北起二-3煤露頭線, 南至F16斷層, 東起F3-3斷層, 西至耿村井田人為邊界, 麵積19.10km2. 構造形態為一簡單的單斜構造, 地層由老到新有三疊係, 侏羅係, 白堊係, 第三係和第四係.



1.4煤層賦存情況

侏羅係中統義馬組(J12)為本井田含煤地層, 煤係保留厚度20.10-99.86m, 平均厚度67.0m. 其上與馬凹組(J22)呈平行不整合接觸. 其下與三疊係譚莊組呈角度不整合接觸.

1). 岩性組合特征

義馬組(J12)含煤岩係自下而上劃分4段:

　　(1). 底礫岩段

　　厚0.30-32.81m, 平均厚度7.70m.

由淺灰色礫岩, 砂岩及棕灰色含礫粘土岩組成, 為一套河床相及河漫相沉積物, 在煤層分叉區為二-3煤底板, 合並區為二煤底板.

(2). 下含煤段

厚5.31-39.34m, 平均32.30m.

該段為義馬組主要含煤段, 含二煤組(二-1煤, 二-3煤), 其上稱二-1煤, 其下稱二-3煤, 兩層合並後稱二煤. 以煤層分差合並線為界, 本段岩煤層組合差異顯著. 二煤分叉為二-1煤, 二-3煤,本分叉後煤層總厚度變小, 兩煤層間為一套三角洲相砂質沉積物. 該層特征明顯, 層位穩定, 為義馬煤田重要標誌層之一, 其編號為J12S1. 其厚度變化自北向南, 自東向西變薄尖滅. 在井田西北邊角處極小範圍內有二-2煤存在.

合並區: 以厚及特後二煤層為主體, 屬於泥炭沼澤相沉積, 煤層最大厚度為37.48m, 純煤厚度為m.

(3). 泥岩段

厚4.40-42.20m, 平均24m. 在井田內該層自北向南, 自東向西逐漸增厚, 在煤層分叉區為二-1煤頂板, 在合並區為二煤頂板.

(4). 上含煤段

厚度為0 - 9.09m, 平均3.00m. 僅不同程度留於井田的中, 深部.

2). 煤層

本井田含煤地層為義馬組, 含煤兩組, 3-4層, 上部為一煤層, 含一-1煤, 一-2煤. 其中一-1煤被剝蝕殆盡, 一-2煤局部可采. 下部為二組煤, 含二-1煤, 二-2煤, 二-3煤. 二-1煤和二-3煤合並後稱二煤.

二-1煤, 二-3煤和二煤均為本井田主要可采煤層. 井田各可采煤層發育如表1-1所示.

表1-1. 某井田可采煤層發育情況

煤層 全層厚度, m 純煤厚度, 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4.24) 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

　　目前開采的煤層為二煤. 二煤位於煤係下部, 屬於特厚煤層, 頂板為J2K1泥岩, 底板為J21S2含礫粘土岩及粘土岩, 上距一-1煤平均為24m.



1.5礦井開拓方式

　　某煤礦原來為一對立井多水平盤區上下山開拓, 主采層為二-1和二-3煤層.新材料井和新風井於2004年投入使用. 目前開采的21181工作麵為綜采放頂煤開采工作麵. 該工作麵位於21區下山西翼, 北鄰未回采的21161工作麵, 南鄰未回采的21201工作麵, 東鄰21區下山保護煤柱, 西鄰F3-9斷層保護煤柱. 工作麵采用走向長壁開采, 一次采全高, 全部陷落法管理頂板. 工作麵上下巷沿底掘進.

　　2004年, 礦井的生產能力達到1000Mt. 日生產能力為3000t/d. 礦井服務年限為90年.

1.6礦井通風方式及鄰近礦井瓦斯湧出

　　某煤礦目前開采二-1和二-3煤. 采用中央邊界式抽出式通風，材料立井和材料斜井進風，3#風井, 1#風井和新風井回風. 新風井安裝兩台DDK-6-No20型風機, 風量為3800m3/min. 3#風井安裝兩台70-D2-21-24型風機, 1#風井安裝兩台BK54-6-13型風機, 3#和1#風井合並風量為1000餘m3/min. 3#和1#風井對將來進行瓦斯抽放的區域影響甚微.

　　雖然煤礦周邊煤礦瓦斯湧出不大，為低瓦斯礦井（表1－2）, 但隨開采深度的增加, 瓦斯湧出量有增大的趨勢. 2004年8月某礦瓦斯鑒定結果表明全礦井絕對瓦斯湧出量為21.84.0m3/min, 相對瓦斯湧出量為7.49m3/t. 由於目前21181工作麵開采的煤層厚度達到20m以上, 工作麵回采期間的絕對瓦斯湧出量就已經超過10.0m3/min.

　　鄰近煤礦都在考慮建立地麵永久瓦斯抽放係統或井下移動瓦斯抽放係統.

表1－2 鄰近礦井瓦斯等級鑒定結果(2004年8月)

年度

礦名 瓦斯(全礦井) 二氧化碳(全礦井) 鑒定等級 審批等級

絕對量

(m3/min) 相對量

(m3/t) 絕對量

(m3/min) 相對量

(m3/t)

某 21.84 7.49 低瓦斯 低瓦斯

躍進 低瓦斯 低瓦斯

耿村 低瓦斯 低瓦斯

2 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性

　　根據國家煤礦安全監察局2001年頒布的《煤礦安全規程》第145條規定, 如果礦井絕對瓦斯湧出量超過40.0m3/min, 無論井型大小, 也不管煤層有無煤與瓦斯突出危險性, 必須建立地麵永久抽放瓦斯係統或井下臨時抽放瓦斯係統. 雖然某煤礦的絕對瓦斯湧出量還沒有達到40.0m3/min, 但現有的通風係統無法排放回采工作麵所產生的瓦斯.

　　《煤礦安全規程》, 《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.

　　除此而外, 某礦煤層極易自燃, 過大的風量會導致煤層的自燃發火. 為貫徹國家安全生產監督管理局”先抽後采, 以風定產, 監測監控”的安全生產方針, 某煤礦已經在井下建立了一個臨時抽放瓦斯泵站(兩台40 m3/min抽放泵, 一台20 m3/min抽放泵, 一台60 m3/min抽放泵)為21181工作麵抽放瓦斯服務.

　　井下抽放泵站的安裝和清洗維護費用較高, 又便於管理. 2004年投入使用的材料井距離井下臨時抽放泵站的排氣點的水平距離很近. 隻要延伸500m左右的抽放管路(不包括已經安裝的材料立井內的580m管道)就可以將抽放瓦斯泵站布置在地麵為今後開采的各個采區服務.





2.1 礦井瓦斯湧出量預測結果

　　表2－1至表2-4是二-1和二-3煤層開采時，對應於不同生產時期的回采工作麵、掘進工作麵、采區及礦井瓦斯湧出量鑒定結果，由此可知，無論是當前生產時期、中期還是後期，某煤礦都屬於低瓦斯礦井.

　　表2－1給出了回采工作麵瓦斯湧出量預測(或鑒定)結果. 瓦斯含量是根據21181工作麵的瓦斯湧出統計, 21181工作麵煤樣的吸附實驗等確定的. 由於現場的煤層瓦斯含量及瓦斯壓力的實測數據十分有限, 表2-1中的數據隻作為設計參考. 建議某礦將來進行這方麵的實測工作.

表2－1 回采工作麵瓦斯湧出量預測(或鑒定)結果

生產時期 采區

煤厚(m)

瓦斯含量(m3/t)

日產量(t/d) 開采層瓦斯湧出量

(m3/t) (m3/min)

當前時期 二-1煤層 10 5.0 1500 7.49 15.60

二-3煤層 10 5.0 1500

中期 二-1煤層 10 5.0 2500 7.49 26.01

二-3煤層 10 5.0 2500

後期 二-1煤層 10 5.0 2500 7.49 26.01

二-3煤層 10 5.0 2500

表2－2 掘進工作麵瓦斯湧出量預測結果

生產

時期 煤層 煤厚

(m) 瓦斯含量(m3/t) 巷長

(m) 掘進速度(m/月) 瓦斯湧出量(m3/min)

煤壁 落煤 合計

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

後期 二煤 10 5.0 1000 150 1.80 0.60 2.40

備注：⑴每個炮掘工作麵掘進一條大巷，其瓦斯湧出量為這條大巷的煤壁瓦斯湧出量加上單頭掘進落煤瓦斯湧出量；⑵每個炮掘工作麵掘進煤量均為70t/d，瓦斯湧出量為：初期2.40m3/min，中期2.40m3/min，後期2.40 m3/min.

　　統計表明, 21181工作麵掘進期間瓦斯絕對湧出量為1.8-2.4m3/min. 因此, 當前階段和以後生產時期的每個掘進工作麵的絕對瓦斯湧出量定為2.4m3/min(表2-2).

　　目前某礦布置一個工作麵(21181工作麵), 今後考慮布置兩個回采工作麵, 即一個綜采綜放工作麵和一個綜采工作麵. 今後考慮布置4個掘進工作麵. 表2-3給出了各個生產時期的瓦斯湧出量預測.

表2－3 采區瓦斯湧出量預測結果

生產

時期 工作麵 平均產量(t/d) 采區瓦斯湧出量

回采

(m3/min) 掘進(m3/min) 采空區(m3/min) 合 計

(m3/min) (m3/t)

目前 綜采 3000 15.6 4.8 2.0 22.4 7.49

中期 綜采綜放 3000 15.6 4.8 2.0 22.4 7.49

綜采 2000 10.4 4.8 1.0 16.2 7.49

後期 綜采綜放 3000 15.6 4.8 2.0 22.4 7.49

綜采 2000 10.4 4.8 1.0 16.2 7.49

表2-4給出了當前和今後生產時期的礦井瓦斯湧出量預測. 由於地麵瓦斯抽放係統為一工程量較大的項目, 服務年限長, 一旦管路安裝完畢不易更換. 因此, 對將來礦井瓦斯湧出量的預測留有一定餘地.

表2－4 礦井瓦斯湧出量預測結果

生產

時期 開采區域 平均產量（t/d） 瓦斯湧出量

生產采區（m3/min） 已采采區

（m3/min） 合計

（m3/min） （m3/t）

目前 采掘工作麵等 3000 22.4 22.4 7.49

中期 采掘工作麵等 4000 38.6 38.6 7.49

後期 采掘工作麵等 4000 38.6 38.6 7.49

2.2 回采工作麵瓦斯湧出來源與構成

　　在二-1和二-3煤層工作麵采空區, 生產工作麵(按兩個回采工作麵考慮)和掘進工作麵(按4個掘進工作麵考慮), 預計將來的最大瓦斯湧出量可達到38.6m3/min.

　　.

2.3 瓦斯抽放的必要性

2.3.1 相關法規的要求

　　按照《煤礦安全規程》規程的有關規定及”先抽後采, 以風定產, 監測監控”的十二字方針，無論高瓦斯礦井的井型大小，也不管煤層有無煤與瓦斯突出危險性，必須建立地麵永久抽放瓦斯係統或井下臨時抽放瓦斯係統.

　　某煤礦設計生產能力為600Mt/年, 目前生產能力達到1000Mt/年. 從瓦斯湧出量預測結果（表2－4）來看，礦井在生產過程中的瓦斯湧出量將達38.6 m3/min, 單純靠通風係統來稀釋瓦斯是不可能的. 因此，必須建立瓦斯抽放係統.

2.3.2 采掘工作麵瓦斯治理的需要



　　《煤礦安全規程》、《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. 雖然, 該礦回采工作麵的絕對瓦斯湧出量已經超過5m3/min. 產量和瓦斯湧出量都有進一步增加的趨勢.

　　采掘工作麵需要采取瓦斯抽放的必要性判斷標準是: 在給定的巷道通風斷麵條件下，采掘工作麵設計通風能力小於稀釋瓦斯所需的風量,即式(2－1)成立時, 抽放瓦斯才是必要的.

…………………………………(2－1)

式中:

Q0 - 采掘工作麵設計風量, m3/s；

Q - 采掘工作麵瓦斯湧出量, m3/min；

K - 瓦斯湧出不均衡係數,取K=1.5；

C -《煤礦安全規程》允許的采掘工作麵瓦斯濃度，%，取C=1.

　　根據采掘工作麵瓦斯湧出量預測結果，由式(2－1)計算得到的回采工作麵(按綜采和炮采兩個工作麵考慮)、掘進工作麵(按3個掘進工作麵考慮)瓦斯抽放必要性判斷結果如表2－5所示.

　　由表2－5可以看出，對回采工作麵和采空區而言，單純靠通風方法不能解決工作麵瓦斯超限問題. 對掘進工作麵而言, 部分掘進工作麵可能存在供風難的問題, 也可能需要采取瓦斯抽放措施.



表2－5 礦井瓦斯湧出量預測結果

生產

時期 工作麵 瓦斯湧出量 設計風量

(m3/s) 需要風量

(m3/s) 是否需要

抽放瓦斯

(m3/t) (m3/min)

生產 采空區 3.0 不需要

回采 7.49 26.0 1300 >2600 需要

掘進 9.6 800 >960 需要

2.4 瓦斯抽放的可行性

　　本煤層瓦斯抽放的可行性是指在自然透氣條件下進行預抽的可能性.衡量本煤層瓦斯預抽可行性指標有三個：煤層透氣性係數(λ)，鑽孔瓦斯流量衰減係數（α）和百米鑽孔瓦斯極限抽放量衰減係數(Qj).



　　按λ、α和Qj判定本煤層瓦斯抽放可行性標準如表2－6示.

表2－6 本煤層預抽瓦斯難易程度分類表

抽放難易程度 鑽孔瓦斯流量衰減係數

α（d-1） 百米鑽孔瓦斯極限抽量

Qj (m3) 煤層透氣係數

λ（m2/MPa2·d）

容易抽放 <0.003 >14400 >10

可以抽放 0.003～0.05 14400～2880 10～0.1

較難抽放 >0.05 <2880 <0.1

　　目前，某煤礦基本沒有測定煤層透氣性係數、鑽孔瓦斯流量衰減係數和百米鑽孔瓦斯極限抽放量.

　　考慮到某煤礦毗鄰的其他礦井的情況和地質勘探資料及有關文獻,可以斷定，某煤礦二煤屬於較難抽放煤層(表2-6)，如不采取其他技術措施, 基本不具備預抽本煤層瓦斯的可行性. 因此, 回采工作麵將繼續采用高位瓦斯抽放來治理工作麵的瓦斯超限.

2.5 礦井瓦斯儲量與可抽量

　　礦井瓦斯儲量是指在煤田開發過程中能夠向礦井排放瓦斯的煤層及圍岩所儲存的瓦斯量. 開采二煤時，應該納入礦井瓦斯儲量計算有二-1和二-3煤層和圍岩（含煤線）的瓦斯儲量，計算公式如下：

…………………………（2－2）

式中:

Wk — 確礦井瓦斯儲量，萬m3；

C — 圍岩瓦斯儲量係數 ，取C = 1.05；

A — 二煤工業儲量，萬噸；

X — 二煤平均瓦斯含量，m3/t.

可抽量是指礦井瓦斯儲量中能被抽出的瓦斯量，由下式計算：

……………………………………（2－3）

式中:

Wkc ---- 礦井瓦斯可抽量，萬m3；

　　 ηk ---- 礦井瓦斯抽放率，按照義馬礦區生產礦井的現狀預計，

　　ηk =25～35%，取平均值ηk = 30%；

Wk ---- 礦井瓦斯儲量，萬m3.



　　表2－7 礦井瓦斯儲量及可抽取量計算結果

儲量類別 煤層 煤炭工業儲量

（萬噸） 平均瓦斯含量（m3/t） 瓦斯儲量

（萬m3） 可抽量

（萬m3）

開采層 二煤 16452 5 82260 24678

圍岩 4113 1233.9

合計 86373 25911.9

　　礦井瓦斯儲量和可抽量計算結果如表2－7所示. 由表可知， 礦井瓦斯儲量和可抽取量分別為86373萬m3和25911.9萬m3. 礦井的煤炭工業儲量是根據1990年的《河南省義馬礦務局某煤礦礦井地質報告》給出的可采儲量減去1991-2004的采出量進行估算的.

　　煤炭工業儲量 = 17752 – 100 x 13 = 16452 萬噸

3 礦井瓦斯抽放方案初步設計

3.1 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分析, 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巷道的布置和維護.

　　(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.

3.2 抽放瓦斯方法選擇

　　某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煤層抽放(包括開采工作麵和掘進工作麵抽放)和采空區抽放等方式.

　　在二-1和二-3煤層開采時，必須對所有的回采工作麵進行高位抽放或本煤層預抽、對大多數的掘進工作麵進行瓦斯預抽放. 選擇的瓦斯抽放方法如下：

　　⑴.采用邊采邊抽相結合方式抽放回采工作麵采空瓦斯；

　　⑵.掘進工作麵采用邊掘邊抽方法抽放本煤層瓦斯;

　　⑶.采用高位鑽孔抽放回采工作麵及采空區瓦斯.

　　由於某礦煤層具有自燃傾向性, 不宜采用采用采空區抽放.

3.2.1 回采工作麵本煤層瓦斯抽放

　　由於煤層的透氣性低, 采用預抽和邊采邊抽相結合的抽放方法，即：利用工作麵膠帶順槽或軌道順槽向煤層打迎向平行鑽孔預抽本煤層瓦斯，並利用回采工作麵前方超前卸壓效應邊采邊抽本煤層瓦斯，以提高煤層瓦斯抽放效率.

　　推薦的鑽孔布置方式如圖3－1示.

圖3－1 回采工作麵本煤層瓦斯抽放鑽孔布置示意圖

推薦的本煤層預抽鑽孔布置參數如下：

鑽孔長度 80-100m；

鑽孔直徑 ∮75mm；

鑽孔與工作麵夾角 4°～6°；

鑽孔間距 10m；

封孔深度 5m；

封孔方式 聚胺脂封孔.

3.2.2 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.考慮到某煤礦掘進工作麵瓦斯湧出較小,采用邊掘邊抽比較合適. 采用邊掘邊抽時, 抽放鑽孔布置方式如圖3－2示.

推薦的鑽孔布置參數如下：

鑽孔長度 60-100 m；

　　鑽孔直徑 ∮75 mm；

　　相鄰孔間夾角 3°～5°；

　　鑽場間距 50 m；

　　鑽場內鑽孔數 3個；

　　封孔深度 5m；

　　封孔方式 聚胺脂封孔.

圖3－2 掘進工作麵邊掘邊抽瓦斯鑽孔布置示意圖



　　在煤巷掘進工作麵後5m處的巷道兩邦各施工一個鑽場. 鑽場的規格應根據巷邦瓦斯抽放鑽孔布置的要求, 選用鑽機的外形尺寸及鑽杆長度而定. 根據該礦的具體情況, 每組鑽場在煤巷兩側錯開布置, 其規格為: 4 x 4 x 2m, 采用木棚支護. 相鄰兩組鑽場之間的間距為40-50m.

　　在每一鑽場內, 沿走向布置3個邊掘邊抽鑽孔, 即左, 右鑽場各三個, 孔深60m左右.

　　掘進工作麵先抽後掘就是在煤巷掘進工作麵向前方煤層施工扇形鑽孔, 每個循環6-9個鑽孔, 鑽孔深度50-60m, 每個循環間距40-50m, 預計抽放時間為20左右. 鑽孔終孔點分別距離巷道中心線0m, 2.5m和4m.

　　鑽孔布置的原則就是保證將鑽孔布置在煤層內, 鑽孔傾角與巷道底板平行或根據煤層的厚度向上或下傾斜. 當掘進工作麵抽放鑽孔數量較多時, 為擴大鑽孔覆蓋範圍, 抽放鑽孔應以巷道中線為基準, 向周圍煤體呈放散狀排列, 以提高抽放效果.

3.2.3 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. 圖3-3為回采工作麵高位鑽孔布置示意圖.





　　需要注意的是設計中的瓦斯抽放鑽孔設計僅供該礦工程技術人員參考. 在生產實際中, 應根據現場實際監測參數對抽放鑽孔的布置進行調整, 以達到最好的抽放效果.

3.2 抽放量預計及抽放服務年限

3.2.1 回采工作麵本煤層預抽量預計

由於二-1和二-3煤層的透氣性低及回采工作麵巷道麵積較小等原因, 盡量不采用邊采邊抽的方式, 而著重考慮采用高位鑽孔抽放的方式.

3.2.2 掘進工作麵邊掘邊抽瓦斯量預計

　　某煤礦回采工作麵順槽實行單巷掘進，每一條單巷掘進工作麵的最大邊掘邊抽瓦斯量由下式計算：

(3-1)

式中:

Q1 - 單巷掘進工作麵邊掘邊抽瓦斯量，m3 /min；

　　N - 每個鑽場內邊掘邊抽鑽孔數，N＝3；

　　L2 - 掘進工作麵平均走向長度，m，L2=2000m；

　　L3 - 鑽場間距，m，L3=100m；

　　L1 - 單孔有效抽放長度，m，L1=95m；

　　Qj - 百米鑽孔瓦斯極限抽放量，m3，Qj =67825 m3；

　　α - 鑽孔瓦斯流量衰減係數，d-1，α=0.0014d-1；

t - 巷道掘進期間邊掘邊抽鑽孔平均抽放瓦斯時間，d，在巷道長度為240m（包括聯絡橫貫長度）、掘進速度30m/mon條件下，t＝120d.

代入各參數值，計算得 Q1=0.691m3/min.

按全礦4個單巷掘進工作麵考慮，邊掘邊抽瓦斯總量為2.764m3/min.

3.2.3 礦井瓦斯抽放量預計

　　當礦井實施高位鑽孔抽放、邊采邊抽和邊掘邊抽等措施時，預計礦井最大瓦斯抽放總量可以達到11.58m3/min.按年抽放365天、日抽放24小時計算，礦井年最大年瓦斯抽放量可以達到6086448m3.

3.2.4 抽放服務年限

　　由於礦井瓦斯抽放方式為高位鑽孔抽放、邊采邊抽和邊掘邊抽，瓦斯抽放服務年限與礦井生產服務年限相同.

3.2.5 抽放參數的確定

　　根據目前礦井的具體情況和所選用的抽放瓦斯方法, 設計礦井的瓦斯抽放濃度為30%.設計掘進工作麵的預抽(盡量不采用預抽)時間為20天, 回采麵的預抽時間大於3個月, 回采麵預抽鑽孔可作為邊采邊抽鑽孔, 當采煤工作麵推進至該孔孔口附近時, 拆除鑽孔. 瓦斯抽放實踐證明, 由於預抽煤體瓦斯, 使煤體發生收縮變形, 當煤體原來占據的空間體積相等時, 煤體的收縮既使原有的裂隙加大, 又可以產生新的裂隙. 從而使煤層的透氣性增加, 提高瓦斯抽放效果.



3.3 瓦斯抽放鑽孔施工及設備

3.3.1 鑽機的選擇

　　選擇鑽機需要考慮的因素包括: 1).鑽進深度; 2).轉速範圍; 3).給進, 起拔能力; 4).液壓係統; 5).價格.

　　某礦現在使用的鑽機采用整體箱式結構, 具有體積小, 重量輕, 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求. 該鑽機主要用於井下鑽探深度為50m-200m的各種角度的瓦斯抽放鑽孔, 勘探鑽孔等多用途的工程鑽孔施工.

3.3.2 鑽孔施工技術安全措施

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一組(6個)壓風自救器和一台電話;

(2). 調整通風係統, 使采煤工作麵回風不直接流經施鑽地點, 開始以前完成該區域通風係統調整;

(3). 采煤工作麵放炮時, 撤出施鑽人員至安全地點, 放炮期間, 所有人員均不得進入回風係統;

(4). 放炮後, 待施鑽現場瓦斯不超限, 整個區域無安全異常, 則可保持正常施鑽;

(5). 若施鑽現場發生安全異常, 則立即按安全路線撤離.

3.3.3 鑽孔封孔

抽放鑽孔封孔方式主要有水泥注漿泵封孔, 人工水泥沙漿封孔和聚胺脂封孔等. 在岩層中封孔長度不小於3m. 在煤層中封孔長度不小於5m.

考慮到某煤礦的鑽孔數量不大, 沒有必要購買價格昂貴的封孔泵或采用人工水泥沙漿封孔. 因為使用水泥沙漿封孔, 凝固時間長, 對於傾斜鑽孔不易充滿. 因此, 應該使用人工聚胺脂封孔.

聚胺脂封孔就是由異氰酸脂和聚醚並添加幾種助劑反應而生成硬質泡沫體密封鑽孔. 聚胺脂封孔采用卷纏藥液與壓注藥液兩種工藝方法. 現主要應用卷纏藥液法封孔, 封孔深度一般為3-6m即可符合要求.

雖然聚胺脂封孔(見圖3-4)的成本略高於水泥漿封孔, 但聚胺脂封孔操作簡單, 省時省力, 氣密性好, 抽放效果好, 非常適用於某煤礦.

1— 集氣孔段; 2—聚氨酯封孔段; 3—水泥砂漿封孔段; 4—套管

圖3-4 聚胺脂封孔示意圖

3.3.4 瓦斯抽放參數監測

采用孔板或便攜式數字鑽孔瓦斯參數監測儀對鑽孔或采空區抽放管進行監測很有必要. 除此之外, 在抽放巷道口設瓦斯抽放監測傳感器, 對抽放管道的負壓, 瓦斯濃度, 瓦斯流量, 溫度進行監測. 井下抽放支管和地麵主管都應裝備管道監測係統, 並將其盡可能地將管道監測係統掛靠入礦井環境監測係統.

4 瓦斯管網係統選擇與管網阻力計算及設備選型

4.1 礦井瓦斯抽放設計參數

　　根據煤礦提供的地質資料和礦井設計資料, 某煤礦的設計瓦斯抽放量按一台抽放泵同時服務兩個回采工作麵(目前隻布置一個回采工作麵)和三個掘進工作麵, 純瓦斯抽放量取11.58m3/min(將來最大瓦斯抽放量). 瓦斯抽放濃度按30%計算.

4.2 瓦斯管網係統選擇與管網阻力計算

4.2.1 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.

　　抽放泵的位置可以布置在地麵也可以布置在井下. 井下布置是將瓦斯抽放泵布置在井下靠近抽放地點的進風流中, 這樣可以減少抽放管路的長度, 並隨時根據抽放地點的需要改變抽放泵的位置, 可以節省管路投資, 節省防爆裝置和避雷裝置, 其必要條件是抽放管路的瓦斯排放到采區回風巷或總回風巷後, 在較小範圍內經過稀釋達到風流瓦斯濃度不超限.

　　當礦井總回風巷瓦斯濃度高, 抽出的瓦斯不能排放到總回風巷, 或井下供水,供電及安裝成本較高, 或地麵距離抽放地點較近時, 把瓦斯抽放泵安裝到地麵具有明顯的經濟和管理方麵的優勢.

　　某煤礦開采服務年限長，工作麵到新材料井井口的距離較短, 且工作麵需要抽放的瓦斯量較大，因此，建立地麵永久瓦斯抽放係統較為合理.

　　根據礦井采掘工作麵的具體位置及開拓布置, 確定將地麵永久瓦斯抽放站布置在距離新材料井附近且地勢平坦, 無地質災害和洪水影響的地點. 要求瓦斯抽放泵站房50m範圍內無主要建築及民房, 在泵房周圍20m設立圍牆或柵欄, 並嚴禁明火.

　　根據某煤礦的井下開拓巷道和地表設施的具體情況,考慮了兩種井下管道布置最長路線.

　　方案1:

　　21171工作麵順槽 二一區專用回風下山 東軌大巷 材料立井 抽放泵房 放空管;

　　方案2:

　　21171工作麵順槽 二一區軌道下山 東軌大巷 材料立井 抽放泵房 放空管;

　　如果把主管道延伸到21171工作麵回風順槽與二一區專用回風下山彙合處, 兩個方案的井下主管道長度基本相同, 即1280m.

4.2.2 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：

………………………………（3－5）

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.

約定：

采區、回風井及地麵瓦斯抽放管為幹管；

綜采綜放工作麵瓦斯抽放管為支管1；

(將來)綜采工作麵瓦斯抽放管為支管2.

　　根據各瓦斯抽放管內預計的瓦斯流量，按式（3－5）計算選擇的瓦斯抽放管管徑如表3－2示. 瓦斯抽放管選用無縫鋼管.

　　表3－2 瓦斯抽放管管徑計算選擇結果

抽放管

類別 純瓦斯抽放量

（m3/min） 瓦斯濃度

（%） 混合瓦斯抽放量

（m3/min） 計算管內徑

（m） 選擇管徑

（mm）

幹管 11.58 30 38.60 0.342 Φ402×10

支管1 6.50 30 21.67 0.256 Φ 275×7

支管2 5.08 30 16.93 0.227 Φ 275×7

備注：邊掘邊抽瓦斯管留做工作麵高位瓦斯抽放管. 考慮將來有可能布置兩個工作麵, 故選支管1與支管2同徑.

抽放管材均選擇無縫鋼管, 經過計算得出主管直徑D = 0.342m, 支管1直徑 D = 0.242m, 支管2直徑 D = 0.242m. 故主管選擇直徑為Φ402mm的無縫鋼管, 壁厚可選擇9mm或10mm. 掘進及回采工作麵支管可選擇直徑為Φ275mm的無縫鋼管, 壁厚可選擇7mm.

4.2.3 管網阻力計算

⑴. 摩擦阻力（Hm）計算

………………… (3－6)

式中:

Hm — 管路摩擦阻力，Pa；

　　L — 負壓段管路長度，m；

　　Q — 抽放管內混合瓦斯流量，m3/h；

　　γ — 混合瓦斯對空氣的密度比；

　　K — 與管徑有關的係數；

　　D — 抽放管內徑，cm.

　　為了保證選用的瓦斯抽放泵能滿足抽放係統最困難時期所需抽放負壓，應根據礦井各生產時期瓦斯抽放係統中管路最長、流量最大、阻力最高的抽放管線來計算礦井抽放係統總阻力.

　　由於礦井的服務年限較長，且中後期開采的采區煤層瓦斯含量高，考慮到瓦斯抽放泵的有效使用年限僅為15年左右，故計算礦井生產時期的瓦斯抽放係統最大阻力. 根據礦井前期采掘接替安排，確定的瓦斯抽放係統最困難管線如下：

地麵抽放泵站幹管(長度為70m)材料立井抽放幹管(長度為580m)采區抽放幹管(長度為1280m)工作麵抽放支管(長度為1200m).

前期最困難抽放管線阻力計算結果如表3－3示.

表3－3 生產前期瓦斯抽放係統最困難管網阻力計算結果

抽放管

類 別 Q

（m3/min） γ L

（m） K D

（cm） Hm

（Pa）

幹管 38.60 0.866 1930 0.71 38.2 1522.81

支管 21.67 0.866 1200 0.71 26.1 2004.14

合計 3526.95

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 3526.95 = 529.04 Pa.

(3). 總阻力（H）計算

　　H = Hm + Hj

　　 = 3526.95 + 529.04 = 4055.99 Pa

4.2.4 瓦斯抽放管路與瓦斯抽放鑽孔的連接

用彈簧軟管或礦用PVC管將鑽孔套管與鑽場彙流管(也稱混合器)相連, 彙流管與鑽場瓦斯管連接, 然後鑽場瓦斯管與布置在巷道中的瓦斯抽放支管相連接. 瓦斯抽放主管均采用法蘭盤螺栓緊固連接, 中間夾橡膠密封圈.

4.2.5 瓦斯抽放管路敷設

　　1). 瓦斯抽放管路敷設的一般要求

由於煤礦井下的環境條件比較惡劣, 巷道變形較大高低不平, 坡度大小不一, 空氣潮濕管路易生鏽, 為此對煤礦井下瓦斯抽放管路的敷設有如下要求:

(1). 瓦斯抽放管路應采取防腐, 防鏽蝕措施;

(2). 在傾斜巷道中, 應用卡子把瓦斯抽放管道固定在巷道支架上, 以免下滑;

(3). 瓦斯抽放管路敷設要求平直, 盡量避免急彎;

(4). 瓦斯抽放管路敷設時要考慮流水坡度, 要求坡度盡量一致, 避免由於高低起伏引起的局部積水. 在低窪處需要安裝放水器;

(5). 新敷設的管路要進行氣密性試驗.

地麵敷設的管道除了滿足井下管路的有關要求外, 還需要符合以下要求:

(1). 在冬季寒冷地區應采取防凍措施;

(2). 瓦斯抽放管路不宜沿車輛來往繁忙的主要交通幹線敷設;

(3). 瓦斯抽放管路不允許與自來水管, 暖氣管, 下水道管, 動力電纜, 照明電纜和電話線纜等敷設於一個地溝內;

(4). 在空曠的地帶敷設瓦斯抽放管路時, 應考慮未來的發展規劃和建築物的布置情況;

(5). 瓦斯抽放主管路距建築物的距離大於5m, 距動力電纜大於1m, 距水管和排水溝大於5m, 距鐵路大於4m, 距木電線杆大於2m;

(6). 瓦斯抽放管路與其他建築物相交時, 其垂直距離大於0.15m, 與動力電纜, 照明電纜和電話線大於0.5m, 且距相交建築物2m範圍內, 管路不準有接頭.

　　2). 管路安裝

　　井下瓦斯抽放管路采用吊掛或打支撐墩沿巷道底板敷設.掘進工作麵瓦斯抽放管路可采用巷道側邦吊掛安全方式. 地麵瓦斯管路安裝采用沿地表架空敷設方式, 架空高度0.5m. 每隔5-6m設置一個支撐架(支撐墩), 必要時在支撐墩上設半圓形管卡固定管路, 以防滑落.

　　3). 管道防腐防鏽

　　所有金屬管道外表均要進行防鏽處理,即在管道外表先塗刷兩層樟丹, 在刷一層調和漆.

4.2.6 瓦斯抽放管道的附屬裝置

為了掌握各抽放地點的瓦斯湧出量, 瓦斯濃度的變化情況, 便於調節管路係統內的負壓和流量, 在管路上應安裝閥門, 流量計和放水器等附件. 除此之外, 在瓦斯泵房和地麵管路上還須安設有防爆, 防回火裝置及放空管等.

1). 閥門

瓦斯抽放管路和鑽場連接管上均應安裝閥門, 主要用來調節和控製各抽放點的抽放量, 抽放濃度和抽放負壓等.

2). 放水器

在抽放管路係統最低點安裝人工或自動放水器, 及時放空抽放管路中的積水, 提高係統的抽放效率. 在排氣端低凹處安裝正壓放水器.

為減少瓦斯抽放成本, 建議采用人工放水器(如圖4-1, 圖4-2). 也可以使用負壓自動放水器.

1 – 鋼管; 2 – 閘閥DN25.

圖4-1 人工負壓放水器(也可以作正壓放水器用)

圖4-2 高負壓人工放水器安裝示意圖

臥式, (b) 立式.

1 – 瓦斯管路; 2 – 放水器閥門; 3 – 空器入口閥門;

4 – 放水閥門; 5 – 放水器; 6- 法蘭盤.

抽出的瓦斯排放至地麵, 還必須安裝防爆, 防回火裝置, 放空管, 避雷線等.

3). 計量裝置及抽放參數測定

在井下與主管道彙合的各抽放支管處各安裝一套WYS型管道氣體參數監測儀(南京科強科技實業有限公司產品), 計量各支管的瓦斯流量. 在抽放係統的主管道和各支管上安裝一套WYS型管道氣體參數監測儀(南京科強科技實業有限公司產品),計量整個抽放係統的瓦斯抽放量. 應用便攜式孔板流量計測定單孔瓦斯流量.

也可以使用板流量計來測定管道中氣體的流量. 在使用孔板流量計時要注意孔板與瓦斯管道的同心度, 不能裝偏. 在鑽場內使用孔板流量計時, 應保證孔板前後各1m段平直, 不要有閥門和變徑管. 在抽放瓦斯管末端安裝孔板流量計時, 應保證孔板前後各5m段平直, 不要有閥門和變徑管.

測定孔板兩端的壓差可采用傾斜水柱計, 測定抽放管路中的抽放負壓可采用水銀計, 抽放管路中的瓦斯濃度可采用負壓吸氣筒和高濃度瓦斯檢定器.

孔板流量計兩側的測壓孔使用膠管分別與U形壓差計(煤礦自備,長800mm)連接. 根據水銀壓差計測定的負壓, 壓差和高濃度瓦斯檢測儀監測的抽放管路內的瓦斯濃度就可以通過公式來計算瓦斯抽放量.

除孔板流量計外, 也可以使用煤氣表或瓦斯抽放管道監測係統作為流量測量裝置. 煤氣表的量程應根據預計的單孔瓦斯流量確定. 一般地本煤層預抽鑽孔使用J2.5型煤氣表, 其最大允許的瓦斯流量為66L/min, 最小流量在1L/min以下.

測定單孔流量也可以使用WYS便攜式瓦斯流量計. WYS型便攜式瓦斯抽放多參數測定儀是用於管徑D≤100mm瓦斯抽放管道參數測定的智能化測量儀表, 特別適用於鑽場單個鑽孔封孔前, 封口後的參數測定. 是一種便攜式礦用本質安全型儀器, 防爆標誌為ibl(±150ºC), 可測定的參數包括氣體流量,瓦斯濃度和管道負壓. 同時可測定抽放管道的瓦斯混合流量和純甲烷流量. 測定的所有數據都可以儲存, 顯示和打印. 儀器具有掉電自動保護功能以及電源欠壓提示功能. 儀器數據儲存量大, 可存儲綜合測定數據100組. 單參數據300組.

　　儀器的主要特點是: 1).儀器本身自帶渦街量傳感器, 自成一體, 無需另外配備孔板, 均速管道或皮托管, 流量係數直接固化在軟件中, 用戶無法改變, 這可避免因輸錯係數而造成測定數據不準確的問題. 2).使用方便. 用戶隻需要軟管與儀器連接好既可進行測量工作. 3).阻力損失小, 對氣體流場影響小. 4).穩定可靠, 測量精度高.



4.3 瓦斯抽放泵選型計算

　　瓦斯抽放泵的選型原則有二個：

　　①泵的流量應滿足抽放係統服務期限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，並滿足抽放泵出口正壓需求.

4.3.1 瓦斯抽放泵流量計算方法

……………………………(3－6)

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，m3/min；

　　X — 礦井抽放瓦斯濃度，%；

　　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11.58 m3/min. 則瓦斯抽放泵所需額定流量計算如下:

Q = 100 x 11.58 x 1.2/(30 x 0.80) = 57.9 m3/min

4.3.2 瓦斯泵壓力計算方法

瓦斯泵壓力, 必須能克服抽放管網係統總阻力損失和保證鑽孔有足夠的負壓, 以及能滿足泵出口正壓之需求. 瓦斯泵壓力按下式計算:

………………………（3－7）

式中:

H — 瓦斯抽放泵所需壓力，Pa；

K — 壓力備用係數，K=1.20；

　　Hzk — 抽放鑽孔所需負壓，Pa，取=14000Pa；

Hrm — 井下管網的最大摩擦阻力，Pa；

Hrj — 井下管網的最大局部阻力，Pa；

　　Hc — 瓦斯泵出口正壓，Pa，考慮今後瓦斯抽放利用的需要，取=15000Pa.

4.3.3 瓦斯抽放泵選型計算

表3－4 瓦斯泵流量、壓力計算結果

Qz

（m3/min） X

(%) Hzk

(Pa) Hrm

(Pa) Hrj

(Pa) Hc

(Pa) Q

（m3/min） H

（Pa）

11.58 30 14000 3526.95 529.04 15000 38.60 39667.19

根據前麵的管路阻力損失計算得知, 礦井抽放管路係統的最大阻力損失為8615.3Pa, 則:

H = (14000 + 3526.95 + 529.04 + 15000) x 1.2

= 39667.19 Pa

根據當地氣象資料, 地麵抽放站的壓力為100000Pa, 泵的入口絕對壓力為:

100000 – 39667.19 = 60332.81Pa, 實際取泵的入口壓力為60KPa.

4.3.4 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 (3-8)

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;

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 = 57.9 x

= 97.78 m3/min

根據上述計算結果, 通過淄博, 武漢, 新鄉, 佛山等國內真空泵生產廠家產品的市場調查, 建議選用2台廣東省佛山水泵廠有限公司生產的水環真空泵質量最好, 而且節能. 通過查泵的性能曲線(見附圖), 可以選擇CBF410-2型或CBF360-2型水環真空泵. 由於CBF360-2型(510r/min)是該係列的最高檔, 其能耗高於CBF410-2型(330r/min). 建議選擇CBF410-2型(330r/min). 一旦將來隨著技術進步, 抽放效率提高, 可以通過更換電機把抽氣量提高至170m3/min. 在60KPa壓力狀態下CBF410-2型(330r/min)的工況流量為121.0m3/min, 泵的轉速為330r/min, 電機功耗為96KW, 電壓380/660v, 耗水量(吸入壓力>400mbar)5.3-12.0 m3/h.

CBF410-2型水環真空泵主要功能及技術參數:

CBF410-2型水環真空泵環境適應性強, 並可靠, 安全, 高效地長期運行. 其核心部分---水環式真空泵, 是根據煤礦對瓦斯泵的特殊要求而設計的. 其使用性能, 排氣量, 真空度, 安全性, 可靠性, 外形, 安裝尺寸等具體指標, 均優於普通真空泵. 整個泵站係統可配套南京富鄴科技實業有限公司KJ-91瓦斯抽放泵站監控係統. 該係統提供瓦斯超限斷電聲光報警, 停水斷電, 恒水位控製, 抗結垢水質磁化, 流量, 檢測, 其中供電係統具有過載, 過電壓及短路保護, 電機電纜漏電閉鎖等功能.

5 瓦斯抽放泵站布置

5.1 瓦斯抽放泵

　　某煤礦總回風巷瓦斯濃度較高, 礦井總風量較小, 如果將瓦斯抽放泵安裝在井下把抽出的瓦斯排到總回風巷, 極有可能造成總回風瓦斯超限. 因此, 根據礦井采掘的具體位置及開拓布置, 確定將抽放泵站設在礦井材料井較近處且無地質,洪水等災害影響, 地勢平坦的地點. 地麵瓦斯泵房位置選擇如附圖1所示.

　　抽放泵站由瓦斯泵房, 配電值班室組成. 瓦斯泵房長8.0m, 寬6.0m, 高3.5m. 值班室3 x 3 x 3.5m, 3 x 3 x 3.5m. 瓦斯抽放泵房布置圖如附圖2所示.

　　瓦斯抽放泵房圍牆或柵欄的圈定範圍應當保障泵房周圍50m範圍內無居民, 20m內無明火, 不得有易燃, 易爆物品, 並配備至少4隻幹粉滅火器和大於0.5m3的黃砂. 在泵站周圍設有防火栓. 抽放泵站是具有爆炸危險的甲類廠房, 設計門窗作為泄壓麵積, 泄壓與廠房體積比應在0.05-1.22之間, 瓦斯抽放泵房采用不燃性材料構成. 其土建工程設計和施工由某煤礦自行完成.

　　地麵抽放泵站主要建築為泵房，抽放泵房內設有配電裝置, 瓦斯泵、分水器、管路、閥門等設備.在泵房附近進出口處設有放水器、防爆防火裝置(圖5-1)、放空管、壓力測定、流量測定裝置、采樣孔、閥門等附屬裝置.





　　圖5-1 水封式防爆, 防回火裝置

　　1 - 入口瓦斯管; 2 - 出口瓦斯管; 3 - 水封罐; 4 - 橡膠蓋(膠皮板);

　　5 - 注水管口; 6 – 水位計; 7 – 支承柱; 8 – 放水管.



　　瓦斯抽放泵房內的所有設備和儀表均選用防爆型. 圖5-2地麵瓦斯抽放泵站布置示意圖.

5.2瓦斯抽放泵站供電

瓦斯抽放泵站供電參照主要通風機的供電管理, 要求”三專”, 即專用變壓器, 專用線路和專業開關. 根據礦井的實際情況, 采用380V或660V供電安排. 瓦斯抽放泵站的設備總容量為120KW, 工作容量為120KW.

　　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.

圖5－2 瓦斯抽放泵站管統及附屬設施布置示意圖

5.3 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). 在不建水循環係統時, 為節省水耗, 要求供水壓力大於600mbar, 供水量大於12m3/h. 如果建水循環係統, 最好安裝一套南京富鄴科技實業有限公司製造的高頻電子除垢裝置, 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.

5.4 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.

　　由於某礦處於山區, 有時雷害比較嚴重, 應該注意以下幾點:

　　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.



5.5 瓦斯抽放泵站照明

　　在瓦斯抽放泵站內和值班室內的照明燈具選用隔爆型.



5.6 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.

5.7 抽放係統實時監測

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.

5.8 泵房采暖, 通風

某礦區冬天最低氣溫可以達到-10ºC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.

6. 瓦斯抽放係統的安裝

6.1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《煤礦安全規程》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.

6.2 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.

6.3 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.

7 環境保護

7.1 抽放瓦斯工程對環境的影響

　　礦井瓦斯的主要成份為CH4和N2, 不含硫化物和其他有毒物質, 是一種潔淨的優質能源. 當其與水體接觸時, 不會產生新的汙染.

　　瓦斯是氣體燃料, 不含灰份, 也沒有硫化物, 燃燒後不產生粉塵. 與燃煤相比, 可減少SO2排放量, 飛灰, 爐灰運輸量, 提高礦區大氣的潔淨度. 因此, 抽放瓦斯並加以利用, 對保護環境是十分有利的.

　　如果把抽出的瓦斯直接排入大氣, 則對大氣環境產生溫室效應. 所以有條件時盡量對抽出的瓦斯加以利用.

　　抽放工程對環境的影響主要是水環式真空泵和電機產生的噪聲. 真空泵采用循環供水, 可減少對環境的影響.

7.2 汙染防治措施

噪聲治理主要考慮聲源控製, 具體措施如下:

值班室與瓦斯泵房隔開, 內牆表麵采用吸聲設計, 以保證值班室內噪聲低於規定要求值, 減少噪音對值班人員的危害.

　　循環泵采用可曲撓橡膠接頭防噪.

7.3 抽放站綠化

綠化在防治汙染, 保護和改善環境方麵起著特殊重要的作用. 它具有較好的調溫, 調濕, 吸灰, 吸塵, 改善小氣候, 淨化空氣, 減弱噪聲等功能. 在泵站周圍種植速生, 高大, 樹冠豐滿的樹種, 設置綠化帶, 降低噪音和淨化空氣.

8 瓦斯抽放組織管理及主要安全技術措施

瓦斯抽放製度定為三班製抽放, 一班打鑽, 即隻在白班進行打鑽. 為了安全地進行瓦斯抽放工作和提高瓦斯抽放效果, 按照《煤礦安全規程》和《礦井瓦斯抽放管理規範》的有關規定, 在安全和組織管理方麵準備以下措施.

8.1 組織管理

(1). 建立抽放瓦斯的專門機構, 配備專業施工隊伍, 負責瓦斯抽放工程的施工和日常管理工作. 所有人員必須經過培訓合格後方能上崗;

(2). 應對瓦斯抽放泵房內的設備和管路係統進行日常檢查, 建立定期檢查維修製度;

(3). 在瓦斯抽放區主管和分支管路上安裝瓦斯流量,濃度,負壓等檢測裝置,同時還配備專人定期巡回檢測, 進行放水和管路維護, 處理管路積水和漏氣, 以保證管路暢通無阻;

(4). 對瓦斯抽放設計參數應在實踐中進一步考察和驗證, 以便確定合理的綜合抽放方法. 達到合理布置鑽孔