洛陽孟津煤礦下礦調研報告

洛陽孟津煤礦下礦調研報告

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二零一零年九月一日

下礦實習報告
　　2010年9月，在義煤職教中心的領導和孟津礦方的協調安排下，我來到義煤集團公司所屬的孟津礦進行為期兩周的下礦實習。這個礦井為煤與瓦斯突出礦井，在瓦斯抽放與利用方麵做得比較到位，下麵就這方麵彙報如下：
　　一、瓦斯抽放的必要性和可能性
　　㈠、瓦斯抽放的必要性
　　1、本礦井為煤與瓦斯突出礦井，按礦井設計有關要求，必須先抽後掘、先抽後采。礦井瓦斯抽放可有效地降低風流中瓦斯濃度，減少礦井供風，降低通風費用。
　　2、本礦井局部瓦斯含量較高，根據淺部新安礦井生產經驗，若不采用有效措施，則必然造成工作麵瓦斯濃度超限，從而嚴重影響礦井安全生產及工作麵產量的提高，建立礦井瓦斯抽放係統可有效地降低風流中瓦斯濃度，從而解決瓦斯超限問題。
　　3、瓦斯作為煤炭生產的伴生資源，是一種熱值很高的能源，從充分利用瓦斯資源，減少大氣環境汙染方麵來看，建立瓦斯抽放係統，即充分利用了瓦斯資源，改善了井下作業環境，抽出的瓦斯可以作民用燃料、工業發電等，又減少了大氣環境汙染。因此，從礦井安全生產、勞動保障、環境保護及資源利用方麵，建立瓦斯抽放係統是十分必要的。
　　㈡、瓦斯抽放的可行性
　　1、根據鄰近礦區新安礦井、鶴壁礦區、平頂山礦區瓦斯抽放利用的效果來03manbetx ，本礦井瓦斯抽放是可行的。
　　2、從本礦井瓦斯儲量及服務年限來看，估算本礦井瓦斯儲量823Mm3，抽放率25％計算，則純瓦斯抽放量為206Mm3，抽放服務年限43.1年，具備建立礦井瓦斯抽放係統的條件，符合《煤礦安全01manbetx 》和礦井設計規範的有關規定。
　　3、鄰近礦區新安礦井井下安裝了一套2BE1-303型抽放泵，對14采區兩個工作麵進行抽放，抽放效果較好，瓦斯濃度明顯降低，取得了一些經驗和成果，為孟津礦井瓦斯抽放提供了有利條件。
　　綜合以上所述，本礦井瓦斯資源條件及鄰近生產礦井抽放效果，說明本礦井瓦斯抽放是可行的。
　　㈢、煤層抽放瓦斯難易程度
　　地質報告未提供瓦斯湧出量、煤層透氣性係數、鑽孔瓦斯流量衰減係數及百米瓦斯流量等數據，從新安煤礦實際抽放率達到21％，抽放濃度達到28％的實際抽放效果，可以說明本礦瓦斯抽放是可行的。
　　根據本礦井瓦斯資源條件和開拓開采方式，設計確定采用地麵集中抽放瓦斯係統。
　　二、礦井瓦斯儲量及抽放係統服務年限
　　1、瓦斯儲量計算範圍
　　根據礦井開拓開采範圍，確定礦井瓦斯儲量範圍為全礦範圍內的二1煤層-600m以淺～-100m的範圍。
　　2、瓦斯儲量及可抽量
　　⑴、瓦斯儲量
　　根據地質報告提供資料，估算礦井的瓦斯儲量為823Mm3。
　　⑵、瓦斯抽放率
　　根據淺部新安礦井的實際抽放率，並參照《礦井瓦斯抽放管理規範》，確定本礦井瓦斯抽放率為25%。
　　⑶、可抽瓦斯量
　　根據瓦斯儲量及確定的瓦斯抽放率計算，礦井可抽瓦斯量206Mm3。
　　3、年瓦斯抽放量
　　礦井可抽瓦斯量為206Mm3，礦井服務年限為43.1年，則年可抽量為4.78Mm2，即為9.09m3/min。
設計結合礦井采掘工程計劃，參照其他礦井實際抽放效果，確定本礦井抽放量為10m3/min。
　　4、抽放係統服務年限
　　抽放係統服務年限同礦井服務年限，為43.1a。
　　三、抽放瓦斯基礎參數
　　1、煤層瓦斯主要參數
　　⑴、煤層瓦斯壓力
　　二1煤層壓力0.26～1.0MPa。（參考鄰近礦井）
　　⑵、煤層瓦斯含量
　　二1煤層瓦斯含量3.20～9.8m3/t，平均6.97ml/g，煤中殘存瓦斯含量1.39m3/t。
　　⑶、煤層透氣性係數
　　地質報告未提供煤層透氣性係數，根據其它礦區資料取0.0020MD。
　　⑷、百米鑽孔瓦斯流量
　　鑽孔瓦斯流量取13L/min.hm。（參考其它礦區）
　　四、抽放瓦斯的方法
　　㈠、礦井瓦斯來源03manbetx
　　1、礦井瓦斯來源及湧出構成
　　礦井瓦斯來源主要為開采煤層在采掘過程中的直接湧出和受采動影響的岩石向礦井湧出的瓦斯，根據其它礦井實測資料，回采區占42～51%，掘進區占30～32%，采空區占19～26%，因此礦井瓦斯來源主要是本煤層開采過程中的湧出和采空區湧出的瓦斯。
　　2、回采工作麵瓦斯來源及湧出的構成
　　回采工作麵瓦斯來源主要為回采過程中煤層湧出的瓦斯、采空區湧出的瓦斯、順槽巷道壁湧出的瓦斯及頂底板向工作麵湧出的瓦斯。其中采空區湧出和回采過程中本煤層的瓦斯為工作麵瓦斯湧出的主要來源。
　　㈡、抽放瓦斯的方法
　　1、選擇抽放方法的原則
　　抽放瓦斯方法、方式的選擇，應根據瓦斯及煤層賦存情況、瓦斯來源、巷道布置方式、礦井開采技術條件、瓦斯基礎參數等綜合03manbetx 比較後確定。
　　⑴、為提高瓦斯抽放率應采用開采層、采空區相結合的綜合抽放方法。
　　⑵、當井下采掘工作麵所遇到的瓦斯主要來自開采層本身，隻有抽放開采層本身的瓦斯才能解決問題時，應采用開采層瓦斯抽放。
　　⑶、工作麵後方采空區瓦斯湧出量大，危害工作麵安全生產或老采空區瓦斯積存量大，向鄰近的回采工作麵湧出量瓦斯量多，應采取采空區瓦斯抽放。
　　⑷、對於瓦斯含量大的煤層，在煤巷掘進時，難以用加大風量稀釋瓦斯，可在掘進工作開始前對煤層進行大麵積預抽或采取邊掘邊抽的方法。
　　⑸、對於煤層透氣性較低，采用預抽方法不易直接抽出瓦斯，掘進時瓦斯湧出量不很大而回采有大量瓦斯湧出的煤層，可采用邊采邊抽或增大孔徑和加密鑽孔等方法。
　　⑹、若圍岩瓦斯湧出量大，以及溶洞、裂縫帶儲存有高壓瓦斯時，應采取圍岩瓦斯抽放措施。
　　總之，確定瓦斯抽放的方法應先摸清瓦斯來源，采空區瓦斯及頂板瓦斯含量情況，結合情況選用適合本礦井的抽放瓦斯方法。
　　2、抽放瓦斯的方法
　　根據煤層賦存條件及開拓開采工程安排，本礦井布置一個二1煤層綜采工作麵和一個二2煤層炮采工作麵，設計采用鄰近層抽放、本煤層工作麵順槽順層平行工作麵鑽孔預抽和高位鑽孔瓦斯抽放、工作麵淺孔抽放、埋管抽放及采空區抽放，並配合邊掘邊抽。
　　㈢、抽放瓦斯鑽場布置
　　1、抽放瓦斯鑽孔參數
　　⑴、鑽孔有效總長度
　　根據確定的瓦斯抽放量（10m3/min）及百米鑽孔瓦斯流量（13L/min.hm），經計算確定全礦井抽放瓦斯鑽孔有效總長度77000m。
　　⑵、鑽孔直徑
　　根據鄰近礦井實際抽放經驗，設計抽放瓦斯鑽孔直徑90mm。
　　⑶、單個鑽孔長度
　　根據工作麵長度及鄰近礦井經驗，確定單個鑽孔長度為80～90m。
　　⑷、鑽孔數量及鑽孔間距
　　根據有關參數，工作麵順槽瓦斯鑽孔間距為2～5m，估算礦井抽放瓦斯鑽孔900～1000個。
　　⑸、孔口負壓
　　根據鄰近礦井實測效果及抽放量，設計確定抽放瓦斯鑽孔負壓20kPa。
　　2、鑽場布置
　　⑴、回采麵鑽孔布置
　　平行布孔和交叉布孔形式在工作麵順槽沿煤層走向打瓦斯抽放鑽孔，孔與孔平行或交叉布置，孔間距2～5m。生產中可根據實際抽放效果調整鑽孔布置，但必須保證上、下向的鑽孔孔底之間交叉長度不小於5m。
　　⑵、封閉采空區抽放
　　對於回采完畢的采空區進行全封閉後抽放。
　　⑶、埋管抽放
　　在工作麵回風巷內敷設瓦斯管，管路每隔一定距離接一個三通管件作為抽放采空區瓦斯的吸氣口。隨著工作麵的推進，管路上的吸氣口進入采空區內合適位置，吸氣口的閥門打開，抽放采空區瓦斯。
　　⑷、高位抽放鑽孔布置
　　在工作麵回風順槽每隔100～150m布置一個鑽場，向工作麵方向打高位抽放鑽孔，以抽放工作麵上隅角的瓦斯。
　　3、封孔方式、材料及工藝
　　鑽孔封孔應滿足密封性能好，操作便捷，封孔速度快，造價低的要求，設計要求對所有抽放鑽孔封孔深度為5m，采用壓注藥液法。
　　4、設備選型及主要檢測儀表
　　⑴、鑽機：設計選用MYZ-150型鑽機，電機功率15kW。
　　⑵、主要檢測儀表
　　高負壓瓦斯采樣器： FW-1型10台
　　瓦斯檢定器： W821型20台
　　孔板流量計： FKL型20套
　　自動放水器： CWG-ZY型20台
　　四通閥兩用壓差計： UP-2型15台
　　其它監測監控儀表見第八章。
　　五、瓦斯抽放設備與管路
　　㈠、設計依據
　　1、礦井純瓦斯抽放量
　　二1煤10m3/min
　　2、瓦斯抽放濃度
　　各采區40％
　　總幹管30％
　　3、瓦斯抽放鑽場孔口負壓：20kPa
　　4、泵出口至用戶使用要求壓力：10kPa
　　㈡、瓦斯抽放管路選擇
　　根據礦井的開拓布置，將瓦斯抽放泵設置在中央風井工業場地內。抽放幹管沿中央風井井筒敷設，在風井底分為兩路分管，經東、西翼回風大巷至東一、西二采區。采區抽放支管，分別沿采煤工作麵運輸巷、回風巷及掘進工作麵敷設，並與鑽場連接。瓦斯抽放管路係統布置見圖C1223A-298-1。
　　1、總幹管
　　總幹管：d=1.457× =1.457× =0.376m
　　式中：
　　d—¬—瓦斯管內徑 m
　　Q——瓦斯管內流量，取10m3/min
　　V——瓦斯管內流速，一般取5～10m/s
　　X——瓦斯抽放率30%
　　所需壁厚：δ＝ ＝ ＝0.025cm
　　式中：
　　δ——管壁厚度，cm
　　P——管路最大工作壓力，MPa
　　dw——瓦斯管外徑，CM
　　[σ]——容許壓力，焊接鋼管取60MPa
　　經計算，主幹管選用φ426×7mm焊接鋼管
　　2、兩翼分管
　　d=1.457× =1.457× =0.27m
　　兩翼分管選用DN300型複合材料瓦斯抽放管。
　　3、采區支管
　　d=1.457× =0.164m
　　經計算，采煤工作麵運輸順槽、回風順槽和掘進工作麵支管選用DN200型複合材料瓦斯抽放管。
　　㈢、瓦斯抽放管網阻力
　　根據本礦井瓦斯抽放管路係統及各段管路直徑，經計算，直管段摩擦阻力H=18156Pa，管網局部阻力Hj=3631Pa，抽放係統管路網最大阻力Hz=21787Pa。
　　㈣、管路敷設及附屬裝置
　　1、管路敷設
　　1）、抽放管路地麵部分采用埋地敷設，井下部分采用沿巷道底部敷設。管路敷設應盡量將管道敷設平直，坡度一致，盡量減少彎頭、氣門等附屬管件，避免急轉彎。
　　2）在巷道敷設管路必須用可縮木支墊，以防底板隆起折損管路。墊木高度不小於0.3m，並保證每節管子下麵有兩個托木。
　　3）敷設在運輸巷道的管路時，應將其牢固地懸掛（或架）在專用支架上，且管路高度應≥1.8m，以便於行人和運輸。
　　4）在敷設傾斜管路時，為防止管路下滑，每隔100m設一套防滑拉管裝置。
　　2、管路防腐及地麵管路防凍措施
　　1）為防止瓦斯鏽蝕，安裝前應對管內外塗刷防腐劑（複合材料瓦斯抽放管除外）。防腐材料選用TH52-01型水中防腐塗料。
　　2）地麵管路沿地麵埋設，深度為1.5m，根據本區氣象條件和凍土深度，可不采用防凍、保溫措施。
　　3、附屬裝置
　　1）抽放主幹管以管箍焊接為主，快速管接頭連接為輔，抽放支管（複合材料瓦斯管）采用箍緊接頭，對接熔化及快速管接頭連接。主管、分管、支管及其鑽場連接處裝設瓦斯計量裝置和閥門。在適當位置設置除渣和測壓裝置。
　　2）抽放鑽場、管路拐彎、低窪、溫度突變處及沿管路適當距離（間距一般為200～300m，最大不超過500m）應設置放水器。
　　㈤、瓦斯抽放設備選擇
　　1、瓦斯抽放泵的流量計算
　　Q= = =50m3/min
　　式中：
　　Q——瓦斯泵的額定流量，m3/min；
　　QZ——礦井抽放瓦斯純量；
　　X——礦井抽放瓦斯濃度；
　　K——抽放備用係數，K=1.2；
　　η——瓦斯泵的機械效率，一般取0.8。
　　考慮到實際抽放濃度最低可能降至20%，所需要抽放泵流量：
　　Qb＝ ＝ ＝75m3/min
　　2、瓦斯抽放泵的壓力計算
　　根據抽放管網阻力計算值，鑽場孔口要求的負壓值，以及井上泵出口至用戶使用壓力的要求，抽放泵必須產生的壓力：
　　Hb=K×（Hz+H鑽孔+H泵出口）=1.2×(21787+20000+10000)=62144Pa
　　式中：
　　Hb——抽放泵需要壓力
　　Hz——管網阻力
　　H鑽孔——瓦斯抽放鑽場孔口負壓
　　H泵出口——泵出口至用戶使用需要壓力
　　3、瓦斯抽放泵的真空度計算
　　Hz= ×100％＝ ×100％＝61.35％
　　4、瓦斯抽放設備選型
　　根據抽放設備必須產生的流量、壓力、抽放設備可選用回轉式鼓風機和水環式真空泵兩種方案。回轉式鼓風機運行穩定，供氣均勻。但運行噪音大，壓力高時磨損嚴重，氣體漏損較大，故不予推薦。結合本礦井抽放煤層透氣性較差，抽氣量不大的特點，設計推薦采用水環式真空泵作為本礦瓦斯抽放設備，該方案的優點是：設備結構簡單，運轉可靠，工作輪內充滿水，起防爆阻焰作用，安全性高。
　　通過查驗有關真空泵性能，選擇SKA-400型水環式真空泵2台，1台工作，1台備用，泵轉數340r/min。配電動機YB315M1-4型，功率132kW，電壓380V。
　　抽放泵房內預留一台泵的安裝位置。
　　六、瓦斯抽放站
　　1、瓦斯抽放站構成
　　瓦斯抽放站內設有水環真空泵、氣水分離器、管路、閥門等設備。在泵房附近出口設有放水器、防爆、防回火裝置、放空管、壓力、流量、濃度測定裝置等附屬裝置，還設有配電間，值班室、水池、冷卻水泵等設備設施。
　　2、瓦斯抽放泵房附屬裝置
　　抽放泵房設防爆式屋頂風機、真空泵采用閉路循環冷卻係統，配IS冷卻水泵及冷卻塔。設瓦斯斷電儀、瓦斯監測儀以及瓦斯壓力、流量、濃度測空裝置等。為方便安裝與檢修，泵房內配備SDXQ-3型3t手動單梁懸掛起重機1台。
　　3、瓦斯抽放站場地平麵布置
　　地麵抽放站設在中央風井工業場地，其布置詳見工業場地總平麵布置圖。
　　4、供電及通訊
　　（1）供電電源
　　瓦斯抽放站的電源，均以雙回路電纜供電，直接引自35kV變電站，其中一回工作，一回備用。
　　為防止管路帶電，在供電電源的饋出端，裝設漏電保護裝置。
　　瓦斯抽放站為一級負荷直接引自35kV變電站，采用雙回供電。
　　⑵防止雷擊
　　地麵瓦斯抽放泵站建築物，作防雷接地保護。抽放站放空管為防止雷擊，裝設獨立避雷針保護。為避免由於靜電感應、管路帶電等引起瓦斯爆炸，泵房內的所有電氣設備、管道，均按規範要求做接地處理。
　　⑶、通訊
　　瓦斯抽放泵房內，設置防爆本安型電話2部，行政電話和直通礦調度室的調度電話各一部。
　　5、監測監控係統
　　抽放瓦斯監測監控係統，接入全礦井安全監測監控係統，作為其中的一個可獨立工作的子係統。
　　⑴、監測監控參數的確定及設置地點
　　抽放瓦斯監測監控參數，按現行《煤礦安全01manbetx 》《礦井抽放瓦斯工程設計規範》等的要求確定，有抽放係統管道內的瓦斯濃度、流量、壓力、一氧化碳、泵機出口壓力、泵機入口負壓、泵房內泄漏瓦斯濃度以及泵機的溫度等。
　　在抽放瓦斯管路的各分管、支管及其與鑽場連接處，設計有瓦斯測量裝置，並配備了便攜式數字瓦斯綜合參數測試儀，以測量管路內的瓦斯濃度、流量、壓力、溫度等參數。
　　在瓦斯抽放泵房內，距房頂部300mm處，安設瓦斯傳感器，用於檢測泵房內泄漏瓦斯濃度，當空氣中瓦斯濃度超過0.5%時，能立即發出聲、光報警信號。並能對瓦斯抽放泵主電源斷電。
　　在抽放泵輸入管路中，安設高濃度瓦斯傳感器、瓦斯抽放管道流量計、差壓、溫度傳感器等，輸入管路中的瓦斯濃度低於25％或一氧化碳超限等情況時，能立即發出聲、光報警信號，並能對瓦斯抽放泵主電源斷電。
　　此外，監測抽放泵出口壓力、泵機入口負壓以及泵機的溫度等，當瓦斯超限時，能立即發出聲、光報警信號，並能對瓦斯抽放泵主電源斷電。
　　⑵、監測監控的自動化程度及設備選型
　　在本礦井安全監測監控係統中，設有抽放瓦斯監測子係統。監測係統采用多參數監控係統。監控係統能連續監測抽放係統管道內的瓦斯濃度、流量、壓力、一氧化碳、泵機出口壓力、泵機入口負壓、泵房內泄漏瓦斯濃度以及泵機的溫度等。該係統將各傳感器采集來的信號送給檢測子係統主機，計算機以巡檢方式收集各通道信息，經過數據處理填寫在顯示器上對應的表格內，並與設定值比較，如有超限或故障立即發出聲光報警信號，並打印顯示報警信息。係統具有純瓦斯抽放量累計及顯示，數據自動存盤，日報表打印，曲線圖形顯示等功能。
　　⑶、檢測儀器儀表的配備
　　在抽放瓦斯管路的各分管、支管及其與鑽場連接場處，設計有瓦斯測量裝置，並配了便攜式數字瓦斯綜合參數測試儀，以測量管路內的瓦斯濃度、流量、壓力溫度等參數。
　　在瓦斯抽放泵房內，配備了瓦斯抽放管道流量計，用於檢測抽放瓦斯量。
　　瓦斯抽放泵站配備的檢測儀器儀表，均采用礦用防爆型。
　　6、瓦斯抽放站場地建築及環境保護
　　瓦斯抽放站場地布置，采取了相關的環保措施，采取措施後可達到國家有關標準要求。
　　7、給排水、采暖及供熱
　　利用工業場地給排水、采暖及供熱設施。
　　七、安全
　　1、抽放係統安全措施
　　⑴、抽放站場、鑽孔施工防治瓦斯措施
　　在準備抽放站場和鑽孔施工的過程中，要按照煤巷掘進的安全措施管理。
　　⑵、管路防腐蝕、防漏氣、防砸壞、電氣防爆、防靜電、防帶電、防底鼓措施
　　抽放管路防腐蝕、防漏氣、防砸壞、防底鼓等措施前麵已作說明。
　　抽放管路上的電氣設備和電氣儀表，均采用礦用隔爆型。
　　抽放管路，做防雷、防靜電接地、防漏電保護，防止由於管路雷擊、靜電感應或帶電引起瓦斯爆炸。同時，井上下敷設的瓦斯管路，采取適當措施，避免與帶電物體接觸。
　　2、瓦斯抽放站安全措施
　　⑴、瓦斯抽放泵前後防回火、防爆炸、電氣防爆、防靜電措施
　　瓦斯抽放泵前後均設有防回火、防爆等裝置。
　　瓦斯抽放泵房內和抽放瓦斯管道上的電氣設備和電氣儀表，均采用礦用防爆型。
　　站房附近管道，做防雷、防靜電接地、防漏電保護，防止由於管路雷電波侵入、靜電感應或帶電，引起瓦斯爆炸。
　　⑵、瓦斯抽放站防雷電、防火災、防洪澇、防凍措施
　　地麵瓦斯抽放泵房建築物，做防雷接地。抽放站放空管為防止雷擊，裝設獨立避雷針保護。為防止由於雷電波侵入、靜電感應、管路帶電等引起瓦斯爆炸，泵房內的所有電氣設備、管道，均按規範要求做接地處理。
　　抽放站按易燃易爆區進行防火設計，建築耐火等級為二級，均采用不燃材料建築，站房周圍50m內無其他建築，周圍20m內禁止有明火，另備有滅火器、砂箱等滅火器材設備，監測係統也可進行火災的連續監測等多種防火措施，站房同時具備消防用水，交通也較為方便。
　　⑶、抽放瓦斯濃度規定及在規定濃度下的防爆措施
　　抽放管路、抽放鑽孔應做好密封措施保證瓦斯抽放濃度大於30%，堅決控製瓦斯濃度在爆炸範圍之外，設計已安設高濃度瓦斯傳感器、瓦斯抽放管道流量計、差壓、溫度傳感器等，輸入管路中的瓦斯濃度低於25%或一氧化碳超限等情況時，能立即發出聲、光報警信號，並能對瓦斯抽放泵主電源斷電。同時在瓦斯泵前後的管道上安設有防爆、防回火等安全裝置，並在一定範圍內禁止一切火源，電氣設備也均采取了防爆措施。
　　⑷、安全管理措施
　　在生產中對抽放的各崗位，各工作場所，各項施工，各種巡回檢測等，按01manbetx 規範製定相應的規章製度和01manbetx 01manbetx ，並經常進行培訓和教育，嚴禁任何人違反所製定的規章製度，所有施工均應按01manbetx 進行。總之，礦井安全管理嚴格以製度和法規管理。
　　八、瓦斯綜合利用
　　瓦斯是一種高效、潔淨的能源，瓦斯的綜合利用即解決了瓦斯排放造成大氣汙染問題，又充分利用了資源。其利用方式基本可分為兩大類型：一種是直接民用燃料；另一種是作工業燃料，在工業上可用於燒鍋爐、發電、幹燥室烘幹和化工原料。
　　本礦井的抽放量約為33.3m3/min（混合氣），日抽氣量為47952m3（混合氣），供氣損失按5%考慮，日供氣量45554.4m3。這些瓦斯考慮用於工業場地、生活區食堂用氣，以及周圍居民用氣。