抽放瓦斯系统工程设计.doc

⒈ 抽放瓦斯系统工程设计 xx矿井为煤与瓦斯突出矿井，根据规程第一百四十五条第三款的规定，该矿井必须建立瓦斯抽放系统，采取瓦斯抽放措施实现防止突出和降低采掘工作面瓦斯浓度目的。 1）设计基础资料及抽放瓦斯的可行性 矿井主采5煤层，煤层均厚2.06m，2、6煤层局部可采，煤层均厚分别为0.68m 、0.97m，平均倾角23，容重1.45t/m3，据矿井的开采技术条件和投产以来实际生产能力，本次瓦斯抽放系统暂按15万t/a生产能力设计，-150m水平矿井相对瓦斯涌出量为51.42m3/t，5煤层瓦斯压力为1.35MPa，经计算，5煤层瓦斯含量为31.5m3/t，煤层透气性系数为0.065m2/MPa2d，属较难抽放煤层，但据本矿井抽放瓦斯经验，对于低透气性煤层采取密集钻孔的抽放方法是可行的，并能取得很好的效果。 2）抽放瓦斯方法及钻孔布置方式 ⑴ 矿井抽放瓦斯方法选择 ① 考虑到主采煤层透气性系数小，瓦斯资源可靠，储量丰富，服务年限长，根据矿井瓦斯抽放管理规范第9、10条要求，采用地面集中式瓦斯抽放系统； ② 根据采掘布置，矿井瓦斯抽放系统需满足二个回采工作面和二个半煤巷掘进工作面的防突要求，根据矿井现有的钻孔施工水平和现场实际经验，设计考虑在煤巷掘进工作面掘进作业前进行底板岩巷“掘前预抽”，在回采工作面回采作业前进行顺层“采前预抽”，采用的抽放方法为开采层未卸压抽放的方法； ③ 设计对该矿井石门揭煤采取抽放瓦斯的防突措施，抽放瓦斯管路接入所在采区抽放系统。 ⑵ 抽放钻场布置 回采工作面设计仅在回采工作面的运输巷内按27m间距布置钻场，为保证采抽平衡，每一个抽放循环共需布置5个钻场，控制长度为135m，每个钻场宽3m，深2，内3个钻孔向煤体在煤层倾斜面上呈扇形布置，钻孔底间距9m，孔底距上区段底板瓦斯抽放巷掘前预抽控制区2.2m斜长，按工作面平均长度125m计算，钻孔长度分别为108300 mm、108000 mm、108300mm，总长324600mm。钻场钻孔布置详见图C0325-173.7-2。 煤巷掘进工作面沿煤层走向，与煤层底板水平距离30m，布置底板预抽巷，在该巷道内，按21m间距布置钻场，为保证采抽平衡，每一个抽放循环共需布置21个钻场，控制长度为441m；每个钻场宽2.5m，深2 m，从上而下布置4排钻孔，其中第三排钻孔设计位于运巷靠顶板的上角部位，每排3个钻孔，在煤层倾斜面上向着掘进推进方向呈扇形布置，中间钻孔在倾斜面上，钻孔底过煤层顶板500 mm，钻孔底在煤层顶板层面上的间距为7m，详见图C0325-173.7-3；按图编号，钻孔K1K12长度分别为13067 mm、11282 mm、13067 mm、12755 mm、11041 mm、12755 mm、13717 mm、12146 mm、13717 mm、17747 mm、16575 mm、17747 mm，总长165616mm，钻孔K1K12过煤层段长度分别为2997 mm、2571 mm、2997 mm、2426 mm、2087 mm、2426 mm、2551 mm、2248 mm、2551 mm、3128 mm、2915 mm、3128 mm，过煤层段长度总长32025mm。 瓦斯抽放系统所需的井巷工程量如表3-1-1。 该矿井各抽放地点钻场、钻孔的参数见表3-1-2。 石门见煤钻场布置 i、岩柱厚度大于或等于3m； ii、抽放时间不少于3个月； iii、钻孔布置参数抽放钻直径75mm，钻孔开口间距400mm，孔底间距按2m在石门周边3～5m的煤层范围内均匀布孔，共布孔26个。钻孔布置详见图C0325-173.7-4。 ⑶ 抽放钻孔封孔方法 抽放钻孔封孔方法为采用专用封孔装置压注聚氨酯药液法封孔，每个煤层钻孔封孔长度为5m，岩层钻孔封孔长度为3m。 矿井安全改造井巷工程量表 表3-1-1 顺 序 工程名称 煤岩 长度（m） 断面（m2） 支护型式 体积（m3） 水沟 硬度 表 土 岩 煤 小计 净 掘进 型式 厚度 支架 净 掘进 断面 f 巷道 基础 材料 mm 间距 表土 岩 煤 小计 m2 一 地面集中瓦斯抽放系统 1 2151采面底板瓦斯抽放巷 4～6 220.0 220.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1390.40 1643.40 1643.40 0.04 2 2152采面底板瓦斯抽放巷 4～6 280.0 280.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1769.60 2091.60 2091.60 0.04 3 21采区通风上山25。 230.0 230.0 3.98 6.15 0.17 棚 0.8 915.40 1453.60 1453.60 4 2153采面底板瓦斯抽放巷 4～6 100.0 100.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 632.00 747.00 747.00 0.04 5 2154采面底板瓦斯抽放巷 4～6 100.0 100.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 632.00 747.00 747.00 0.04 6 2251采面底板瓦斯抽放巷 4～6 280.0 280.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1769.60 2091.60 2091.60 0.04 7 2252采面底板瓦斯抽放巷 4～6 280.0 280.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1769.60 2091.60 2091.60 0.04 8 2451采面底板瓦斯抽放巷 4～6 290.0 290.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1832.80 2166.30 2166.30 0.04 9 2452采面底板瓦斯抽放巷 4～6 270.0 270.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1706.40 2016.90 2016.90 0.04 10 1652采面底板瓦斯抽放巷 4～6 270.0 270.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 1706.40 2016.90 2016.90 0.04 11 2462采面底板瓦斯抽放巷 4～6 100.0 100.0 6.32 7.30 0.17 锚喷 100 0.8 632.00 747.00 747.00 0.04 12 24采区边界上山25。 230.0 230.0 3.98 6.15 0.17 棚 0.8 915.40 1453.60 1453.60 0.04 13 底板瓦斯抽放钻场 4～6 50.0 50.0 5.56 6.50 0.17 锚喷 100 0.8 278.00 333.50 333.50 小计 2700.0 2700.0 15949.60 19600.00 19600.00 二 压风自救系统 1 16采区40m避灾硐室 4～6 40.0 40.0 6.50 8.93 0.17 碹 250 260.00 364.00 364.00 2 16采区0m避灾硐室 4～6 40.0 40.0 6.50 8.93 0.17 碹 250 260.00 364.00 364.00 3 24采区-50m避灾硐室 4～6 40.0 40.0 6.50 8.93 0.17 碹 250 260.00 364.00 364.00 小计 120.0 120.0 780.00 1092.00 1092.00 合计 2820.0 2820.0 16729.60 20692.00 20692.00 ⑷ 抽放效果预测 设计类比采用该矿现有的抽放瓦斯基础数据进行抽放效果预测，计算钻场个数、抽放最大纯瓦斯量和抽放瓦斯时间。 ① 抽放瓦斯计算参数 根据矿井以往抽放瓦斯的实测数据，百米钻孔瓦斯初始流量为0.18m3/min100m，抽放半径为5m，钻孔成孔率取80。 表3-1-2计算结果表明本矿井装备一套瓦斯抽放系统，同时存在31个钻场，抽放最大纯瓦斯量为5.561m3/min。 ② 抽放瓦斯时间 根据矿井瓦斯抽放经验,采煤工作面、掘进工作面的预抽时间分别的150d和300d。 取采煤工作面、掘进工作面的预抽时间T分别为165d、330d，在该时间内需要预抽的采煤、掘进工作面长度分别为220m、440m，设计采煤、掘进工作面钻场每一个抽放循环控制长度分别为135m、441m，能满足采、掘、抽平衡。 3）抽放瓦斯设备选型 ⑴ 抽放瓦斯管道内径 根据矿井采区布置，本设计计算1652工作面预抽系统投产时的管路阻力，并以此作为后续设计的依据。 抽放瓦斯管道内径可按下式进行计算 式中 d抽放瓦斯管道内径，mm； Q抽放管内气体流量，m3/min； V抽放管内气体流速，取10m/s。 抽放管内瓦斯浓度按40进行计算，抽放管材选用热扎无缝钢管；采掘工作面运巷瓦斯抽放支管选用外径为108mm、壁厚为4.0mm的热轧无缝钢管；运输石门瓦斯抽放分支管选用外径为121mm、壁厚为5.0mm的热轧无缝钢管；轨道下山、采区车场瓦斯抽放分支管和运输大巷瓦斯抽放主管选用外径为146mm、壁厚为5.0mm的热轧无缝钢管；井底车场、副斜井、地面泵站瓦斯抽放总干管选用外径为194mm，壁厚为6.0mm的热轧无缝钢管，具体计算见表3-1-3。 ⑵ 抽放瓦斯管路阻力计算 抽放管路摩擦阻力可用下式计算 式中 hf 抽放管路摩擦阻力Pa； L管道长度，m； △抽放管内气体对空气的相对密度，△＝0.8212； Q抽放管内气体流量，m3/h； K0系数； d抽放管内径，cm。 抽放瓦斯参数表 表3-1-2 抽放 区域 抽放地点 抽放区 钻场 钻孔开 钻孔开 累计钻 累计有效 抽放最大 预计平均 域长度 个数 口直径 口间距 孔长度 孔长度 纯瓦斯量 抽放时间 m 个 mm mm m m m3/min d 矿井 1652采煤工作面 135 5 89 1000 1623.000 1208.400 2.175 165 2151采煤工作面 135 5 89 1000 1623.000 1208.400 2.175 165 24采区-50m运输巷 441 21 89 750 3477.936 672.525 1.211 330 小 计 31 6723.936 3089.325 5.561 抽放瓦斯系统管路阻力计算表 表3-1-3 顺 序 抽放管路地点 管长 混合瓦斯 混合瓦斯 抽放管内 管路计算 管路选择 管路选择 抽放管内 管路 管路阻力 L 对空气的 流量Q 初定流速 内径 内径 外径 实际流速 系数 hf m 相对密度△ m3/h Vm/s dmm dmm dmm Vm/s K0 Pa 1 1652运输巷 135 0.8212 326.25 12.00 98.08 100 108 11.54 0.62 1866.4 2 联络斜巷 15 0.8212 326.25 12.00 98.08 100 108 11.54 0.62 207.4 3 1652底板预抽巷 143 0.8212 326.25 12.00 98.08 100 108 11.54 0.62 1977.0 4 0m五石门 195 0.8212 326.25 10.00 107.44 111 121 9.37 0.64 1549.9 5 24采区上部车场 22.2 0.8212 507.90 10.00 134.05 136 146 9.72 0.70 141.6 6 0m大巷 1398 0.8212 507.90 10.00 134.05 136 146 9.72 0.70 8917.3 7 副斜井井底车场 144 0.8212 834.15 10.00 171.79 182 194 8.91 0.71 569.1 8 副斜井 630 0.8212 834.15 10.00 171.79 182 194 8.91 0.71 2489.9 9 地面泵站 300 0.8212 834.15 10.00 171.79 182 194 8.91 0.71 1185.7 10 摩擦阻力小计 18904.2 11 局部阻力 2835.6 13 管路沿程阻力合计 21739.9 14 孔口负压 13000 15 瓦斯管出口正压 500 16 泵的抽放负压 42287.9 局部阻力取hf的15，则抽放管路沿程总阻力Hi为1.15hf，钻孔抽放负压取13kPa，瓦斯管出口正压取500Pa。 阻力计算结果详见表3-1-3。系统最大阻力路线为1652回采工作面运输巷→0m五石门→0m水平大巷→副斜井井底车场→副斜井→地面泵站。 ⑶ 抽放瓦斯泵选型 ① 泵的抽放负压及流量 泵的真空度ηZ按下式计算 ηZ＝（HC/101.3）100 ＝41.75 式中 HC泵的抽放总负压，HC＝42.29kPa。 瓦斯泵流量Q按下式计算 ＝5.5611.2/（0.40.8） ＝20.85m3/min 式中 ΣQC 抽放期间内抽出的最大纯瓦斯量之和，m3/min； K抽放备用系数，取1.2； X瓦斯泵入口处瓦斯浓度，取0.4； η瓦斯泵机械效率，取0.8。 ② 泵型 根据上述泵的抽放负压及流量结果，地面泵站选择45kW液环式真空泵共2台，其中，1台使用，1台备用。 4）泵站供电、供水 ① 泵站供电 ② 泵站供水 5）瓦斯抽放系统配套设备、煤与瓦斯突出预测预报及效果检验装备 设计根据有关标准对瓦斯抽放系统进行配备，同时配备了瓦斯突出综合预测仪和瓦斯传感器，备用量按有关标准执行。详见瓦斯抽放系统配套装备表（表3-1-4）。 抽放瓦斯配套装备表 表3-1-4 序号 名 称 型号及规格 单位 数量 备注 1 抽放瓦斯泵 2BE1 252型45KW 台 2 2 负压自动放水器 CWG-FY 台 50 3 正压自动放水器 CWG-ZY 台 5 4 聚氨脂快速封孔剂 FYS-3 kg 680 5 聚氨酯压注封孔器 FKG 台 4 6 流量计 FKL 套 90 7 四通阀两用压差计 UP-2 套 4 8 高负压瓦斯采样器 FW-1 只 4 9 瓦斯检定器 LRD-8 台 4 10 瓦斯检定器 W821 台 4 11 闸阀 Z80X-2.5Q￠25 个 340 12 闸阀 Z80X-2.5Q￠60 个 38 13 闸阀 Z80X-2.5Q￠108 个 8 14 闸阀 Z80X-2.5Q￠121 个 5 15 闸阀 Z80X-2.5Q￠146 个 3 16 闸阀 Z80X-2.5Q￠194 个 10 17 管道快速接头 CDU￠60 套 29 18 管道快速接头 CDU￠108 套 361 19 管道快速接头 CDU￠121 套 121 20 管道快速接头 CDU￠146 套 721 21 管道快速接头 CDU￠194 套 265 22 抽放瓦斯胶管 ￠30 m 600 23 抽放瓦斯导管 ￠252.5无缝钢管 m 1800 24 抽放瓦斯汇流管 ￠604无缝钢管 m 120 25 抽放瓦斯支管 ￠1084无缝钢管 m 1500 26 抽放瓦斯支管 ￠1215无缝钢管 m 500 27 抽放瓦斯分支管 ￠1465无缝钢管 m 3000 28 抽放瓦斯总干管 ￠1946无缝钢管 m 1100 29 入口放空管 ￠180 根 1 30 出口放空管 ￠180 根 1 31 防爆阻火器 KB-250-1 台 2 32 水泵 YB90L-2 2.2KW 台 2 33 钻机 ZL－500型5.5kW 台 4 每台配100m钻 杆，100个钻头 34 突出综合预测仪 MZJWF 台 1 6）抽放孤岛的处理 根据采煤工作面钻场及钻孔的布置形式，在两钻场之间形成了一个三角形的抽放孤岛。为解决孤岛范围开采过程中因为未抽放瓦斯导致的瓦斯浓度超标问题，根据经验，设计拟对该部分进行自然排放处理，即对该范围打钻孔，利用瓦斯压力将其中瓦斯排出，降低其含量。根据矿区资料，钻孔排放半径为0.6m，设计对每一个孤岛布置3个钻孔进行自然排放，孔径89mm，间距1.0m。若实际生产中经检验效果不佳，可适当增加孔数或考虑进行瓦斯抽放。 7）石门揭煤防突 突出矿井石门揭煤历来易发生突出，危害大，生产中在实施本设计前要严格执行规程第二百条规定，进行必要的探测检测工作，抽放后经检验措施有效，可用远距离爆破揭煤，若检验措施无效，应补充防突措施直至有效。设计确定抽放效果及指标为在抽放钻孔控制范围内瓦斯压力小于0.74MPa或预测指标在突出临界值以下经效果检验有效。