采煤工作面移动式瓦斯抽采系统设计.pdf

收稿日期２０１９􀆽 １２􀆽 １８ 基金项目甘肃省青年科技计划项目１８ＪＲ３ＲＭ２４０ꎻ甘肃省高等学校创新能力提升项目２０１９Ｂ －１５４ꎻ 甘肃省安全生产科技项目ＧＡＪ０００１１ꎻ中国煤炭工业协会科学技术研究指导性计划项目 ＭＴＫＪ２０１８ －２７９ꎻ 陇东学院青年科技创新项目ＸＹＺＫ１６１０ 作者简介张巨峰１９８３ － ꎬ男ꎬ山西应县人ꎬ博士研究生ꎬ副教授ꎬ从事矿井“一通三防”方面的教学科研工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０５. ００２ 采煤工作面移动式瓦斯抽采系统设计 张巨峰１ꎬ２ꎬ谢亚东３ꎬ张建江３ꎬ杨峰峰１ꎬ马德奇１ꎬ苗在全３ １. 陇东学院 能源工程学院ꎬ甘肃 庆阳 ７４５０００ꎻ２. 湖南科技大学 资源环境与安全工程学院ꎬ 湖南 湘潭 ４１１２０１ꎻ ３. 靖远煤电股份有限公司 魏家地煤矿ꎬ甘肃 白银 ７３０９１３ 摘 要针对靖远煤电公司魏家地煤矿 ２１０５ 综放工作面瓦斯治理的难题ꎬ介绍了工作面移动式瓦斯抽采 泵站的选址方案ꎬ对移动式瓦斯抽采管路的管径选择、管路阻力验算、管线敷设要求等进行了计算分析ꎬ并 基于矿井综放工作面瓦斯抽采现状对移动式瓦斯抽采系统进行了说明ꎬ给出了移动式瓦斯抽采过程的具 体注意事项和安全技术措施ꎮ 通过实施采煤工作面瓦斯移动式抽采ꎬ并与地面永久式瓦斯抽采系统协同 运行ꎬ工作面瓦斯抽采率得到了较大提高ꎬ避免了瓦斯超限事故发生ꎬ保证了工作面安全回采ꎮ 关键词高瓦斯工作面ꎻ移动式瓦斯抽采ꎻ管径选择ꎻ阻力验算 中图分类号ＴＤ７１２. ６ 文献标识码Ａ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００５􀆽 ０００５􀆽 ０３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ Ｇａｓ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｆａｃｅ ＺＨＡＮＧ Ｊｕ􀆽 ｆｅｎｇ１ꎬ２ꎬＸＩＥ Ｙａ􀆽 ｄｏｎｇ３ꎬＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ􀆽 ｊｉａｎｇ ３ꎬＹＡＮＧ Ｆｅｎｇ􀆽 ｆｅｎｇ１ꎬＭＡ Ｄｅ􀆽 ｑｉ１ꎬＭＩＡＯ Ｚａｉ􀆽 ｑｕａｎ３ １. Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｏｎｇｄｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＱｉｎｇｙａｎｇ ７４５０００ꎬＣｈｉｎａꎻ ２. Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｉａｎｇｔａｎ ４１１２０１ꎬＣｈｉｎａꎻ ３. Ｗｅｉｊｉａｄｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｏｆ Ｊｉｎｇｙｕａｎ Ｃｏａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔｅｄ ＣｏｍｐａｎｙꎬＢａｉｙｉｎ ７３０９１３ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｇａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ２１０５ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｆａｃｅ ｏｆ Ｗｅｉｊｉａｄｉ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｏｆ Ｊｉｎｇｙｕａｎ Ｃｏａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙꎬｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｉｔｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｕｍｐｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅꎬｃａｌｃｕｌａｔｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎꎬｐｉｐｅｌｉｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌａｙｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎ￣ ａｇｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅꎬａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎬｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ. Ｉｔ ｉｓ ｃｌｅａｒ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ. Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｆａｃｅ ｇａｓ ｍｏｂｉｌｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎꎬａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｇａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅ ｇａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄꎬｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｄｉｄ ｎｏｔ ｏｃｃｕｒ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ￣ ｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｍｉｎｉｎｇ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｈｉｇｈ ｇａｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅꎻｍｏｂｉｌｅ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅꎻｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎꎻｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 瓦斯抽采是瓦斯矿井治理瓦斯灾害最为有效的 措施之一ꎬ瓦斯抽采系统的设计对瓦斯抽采效果至 关重要[１ －２]ꎮ 根据煤矿安全规程和煤与瓦斯突 出防治规定相关要求ꎬ高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井 必须建立瓦斯抽采系统ꎮ 目前ꎬ国内大多数高瓦斯 矿井建立了瓦斯抽采系统[３ －６]ꎬ一些高瓦斯矿井因 地面瓦斯抽采系统能力不足以及其他条件限制等特 殊原因ꎬ不能满足井下瓦斯抽采要求ꎬ需要对个别采 煤工作面进行移动式瓦斯抽采ꎬ即在井下建立移动 式瓦斯抽采泵站ꎬ通过移动式瓦斯抽采泵将抽出的 低浓度瓦斯直接排入采区回风巷、一翼回风或矿井 总回风巷ꎬ以解决工作面瓦斯超限问题ꎬ保障工作面 安全回采ꎮ １ 工作面概况及瓦斯抽采问题 １. １ 工作面概况 靖远煤电股份有限公司魏家地煤矿 ２１０５ 综放 工作面位于西二采区东翼中部 １ 号煤层ꎮ 工作面东 ５ 试试验验研研究究 总第 ２４９ 期 部为西一、西二采区保护煤柱和已回采的西一采区 １０６、１０８、１３０８ 和 １３０６ 工作面ꎬ西部以一片煤厚小于 ０. ８ ｍ 的薄煤区邻接西二采区系统上山保护煤柱ꎬ 南部为未采动的 １ 号煤层ꎬ北部为正在回采的 １ 号 煤层 ２１０３ 工作面ꎮ 工作面走向长 ７１７ ｍꎬ倾斜宽 １５０ ｍꎬ面积 １０７ ５５０ ｍ２ꎬ工业储量 ８３. ７２ 万 ｔꎬ 可采 储量７１. １６ 万 ｔꎬ工作面标高１ ２０４ １ ２４３ ｍꎬ对应地 面标高 １ ６２０ １ ６５２ ｍꎮ 煤尘具有爆炸性ꎬ挥发分 含量为 ２９. ３３％ꎬ爆炸指数为 ３１. ６４％ꎮ 工作面区域内 １ 号、３ 号煤层的层间距约 ５０ ｍꎬ 因此ꎬ２１０５ 工作面瓦斯涌出主要受处于原始状态的 本煤层瓦斯涌出的影响ꎬ其次受 ２１０３ 工作面及西一 采区 １０６、１０８、１３０８ 和 １３０６ 工作面的开采影响ꎬ回 采过程中瓦斯涌出量较大ꎮ １. ２ 瓦斯抽采问题的提出 魏家地煤矿地面永久式瓦斯抽采系统采用一台 ＳＫＡ －１２０ 型真空泵和一台 ２ＢＥＰ － ６７ 型水环式真 空泵 并 联 抽 采 整 个 矿 井 瓦 斯ꎬ 配 用 Ｄ３２５ ｍｍ、 Ｄ４２６ ｍｍ两趟主管路工作ꎬ混合瓦斯抽采流量为 ２３０ ２５０ ｍ３/ ｍｉｎꎬ 抽 采 区 域 最 低 抽 采 负 压 为 １. ３６ ｋＰａꎬ煤矿瓦斯抽采达标暂行规定第 １５ 条规 定ꎬ预抽瓦斯钻孔孔口负压不得低于 １３ ｋＰａꎬ卸压瓦 斯抽采钻孔孔口负压不得低于 ５ ｋＰａꎮ 而井下局部 区域预抽瓦斯钻孔孔口负压低于 １３ ｋＰａꎬ矿井主抽 采系统能力不足ꎬ因此ꎬ综放工作面必须通过井下移 动式抽采系统实施工作面区域瓦斯抽采ꎮ ２１０５ 综放工作面为 １３１０ 综放工作面的接续工 作面ꎬ回采前预抽采时间仅为 ４ 个月ꎬ采前预抽不充 分ꎬ工作面仍留有瓦斯抽采空白带ꎬ煤体残余瓦斯含 量高ꎬ回采期间有瓦斯超限的可能ꎮ 为了加强 ２１０５ 综放工作面瓦斯抽采ꎬ保障工作面安全回采ꎬ决定实 施工作面移动式瓦斯抽采解决工作面回采过程中的 瓦斯超限问题ꎮ ２ 工作面移动式瓦斯抽采设计 ２. １ 工作面移动式瓦斯抽采设计参数 １ 移动式瓦斯抽采泵技术参数ꎮ ２１０５ 工作 面安装型号为 ＢＷＹ －８５ 型水环式移动真空泵ꎬ外形 尺寸 长 宽 高 ＝ ４ １００ ｍｍ １ ４００ ｍｍ ２ ２００ ｍｍ包括电机及直联传动装置ꎬ进、排气口 管路直径为 ３２５ ｍｍꎬ极限真空度为 １４. ６７ ｋＰａꎬ最大 排气量为８５ ｍ３/ ｍｉｎꎬ耗水量为１４. ４ ｍ３/ ｈꎬ配用功率 为 １１０ ｋＷ 的电机ꎮ ２ ２１０５ 工作面运输巷、回风巷各敷设一趟 Ｄ１５９ ｍｍ 无缝钢管作为瓦斯抽采管ꎬ运输巷预计抽 采 １３ 个钻场共 １１７ 个钻孔ꎬ回风巷预计抽采 ２８ 个 钻场共 ２５２ 个钻孔ꎬ共计抽采钻孔 ３６９ 个ꎮ ３ 根据与 ２１０５ 综放工作面条件相似的 ２１０３ 工作面和２１０４ 工作面瓦斯抽采资料ꎬ２１０５ 工作面瓦 斯抽采的流量为 ５ １０ ｍ３/ ｍｉｎꎬ瓦斯浓度为 ６％ １５％ꎮ ２. ２ 移动式瓦斯抽采泵安装方案 煤矿安全规程第 １４７ 条规定ꎬ临时瓦斯抽采 泵站应安装在抽采瓦斯地点附近的新鲜风流中ꎬ抽 出的瓦斯可引排到地面、总回风巷、一翼回风巷或分 区回风巷ꎮ 因此ꎬ２１０５ 工作面移动式瓦斯抽采泵安 装位置有以下三种方案 方案Ⅰ继续安装在西二回风上山底弯道原 ２３０２ 工作面移动式瓦斯抽采泵安装位置ꎮ 优点不需要新建瓦斯抽采泵站ꎬ能兼顾工作面 运输巷及回风巷钻孔抽采ꎬ同时ꎬ可以继续用于 ２３０４ 工作面回采过程中的移动式瓦斯抽采ꎬ能较好 地实现与地面抽采泵的并网联合抽采ꎮ 缺点路线距离长ꎬ达 １ ９６０ ｍꎬ管道阻力大ꎬ抽 采负压消耗大ꎬ致使最远处钻孔瓦斯抽采负压小ꎬ瓦 斯抽采效果不佳ꎮ 方案Ⅱ在 １２００ 回风联巷口新建移动式瓦斯抽 采泵站ꎮ 优点抽采距离较近ꎬ约为 １ ４４０ ｍꎬ同时ꎬ可以 兼顾工作面运输巷及回风巷的钻孔抽采ꎬ可以继续 用于 ２３０４ 工作面回采期间的移动式瓦斯抽采ꎬ能实 现与地面抽采泵间的并网联合抽采ꎮ 缺点需新建泵站ꎬ泵站处原来设置的隔绝风门 需改造为调节风门ꎮ 方案Ⅲ在 ２１０５ 回风联巷口新建移动式瓦斯抽 采泵站ꎮ 优点抽采距离近ꎬ约为 １ ０７０ ｍꎮ 缺点不能兼顾工作面运输巷及回风巷的钻孔 抽采ꎬ且不能继续为 ２３０４ 工作面回采期间的移动式 瓦斯抽采服务ꎬ不能实现与地面抽采泵间的并网联 合抽采ꎮ ２１０５ 移动式抽采系统方案选择平面示意见图１ꎮ 图 １ ２１０５ 工作面移动抽采系统方案选择示意 ６ ２０２０ 年 ５ 月 张巨峰等采煤工作面移动式瓦斯抽采系统设计 第 ２９ 卷第 ５ 期 为了兼顾后期 ２３０４ 工作面移动式瓦斯抽采的 需要ꎬ以及考虑投资、瓦斯抽采效果等方面ꎬ最终选 择方案Ⅱꎮ 移动泵站平面布置见图 ２ꎮ 图 ２ 移动泵站平面布置 ２. ３ 移动式瓦斯抽采泵管径选择 瓦斯抽采管径的选择对瓦斯抽采效果及抽采系 统的建设投资至关重要ꎮ 管径太小ꎬ管路阻力大ꎬ瓦 斯抽采效果差ꎻ管径太大ꎬ投资成本高ꎬ不经济ꎮ 根 据瓦斯抽采泵的实际抽采能力ꎬ借鉴瓦斯地质赋存 条件相似的工作面ꎬ２１０５ 工作面移动式瓦斯抽采浓 度约 １５％、混合瓦斯抽采量约 ３４ ｍ３/ ｍｉｎꎬ纯瓦斯抽 采量约 ５ ｍ３/ ｍｉｎꎬ计算瓦斯抽采管路管径为[７ －８] Ｄ ＝０. １４５ ７ Ｑ ｖ ＝０. １４５ ７ ３４ １５ ＝０. ２２ ｍ 式中Ｄ 为抽采管直径ꎬｍꎻＱ 为瓦斯抽采管内流 量ꎬｍ３/ ｍｉｎꎬ根据同地质条件工作面抽采纯瓦斯 ５ ｍ３/ ｍｉｎ、抽采浓度 １５％ 计算ꎬ抽采混合流量为 ３４ ｍ３/ ｍｉｎꎻｖ 为抽采管内流速ꎬ一般取 ５ １５ ｍ/ ｓꎬ 移动抽采线路取值 １５ ｍ/ ｓꎮ 根据计算取值应选择 Ｄ２２０ ｍｍ 管路ꎬ但与矿井 日常使用的 Ｄ２１９ ｍｍ 管路规格不符ꎬ且抽采最大瓦 斯量出现在工作面中段ꎬ考虑适用性和成本等因素ꎬ 选取 Ｄ２１９ ｍｍ 常用管路ꎮ 抽采管路内摩擦阻力[７ －８]为 Ｈｆ＝ ９. ８１Ｑ２γＬ ＫＤ２ ＝ ９. ８１ ２ ０４０２０. ９３３ １ ５００ ０. ７１ ２０５ ＝２５ １４７. ４ Ｐａ 式中Ｈｆ为抽采管路内摩擦阻力ꎬＰａꎻＬ 为管路 长度ꎬｍꎻ约１ ５００ ｍꎻＫ 为与管径有关的系数ꎬ查表可 知ꎬ管径大于 １５０ ｍｍꎬ取 ０. ７１ꎻＤ 为瓦斯管内径ꎬ Ｄ２１９ ｍｍ 管路的内径为 ２０ ｃｍꎻＱ 为抽采混合瓦斯 量ꎬ取 ３４ ｍ３/ ｍｉｎꎬ即 ２ ０４０ ｍ３/ ｈꎻγ 为混合瓦斯对空 气的密度比ꎬ按 １５％ 的瓦斯浓度ꎬ查表可知ꎬ 取 ０. ９３３ꎮ 根据文献[７]ꎬ瓦斯抽采管路的局部阻力按摩擦 阻力的 １５％计算ꎬ则瓦斯抽采管路的局部阻力为 Ｈｌ＝０. １５Ｈｆ＝０. １５ ２５ １４７. ４ ＝３ ７７２. １ Ｐａ 瓦斯抽采管路的总阻力为 Ｈｔ＝ Ｈｆ＋ Ｈｌ＝２５ １４７. ４ ＋３ ７７２. １ ＝２８ ９１９. ５ Ｐａ≈２８. ９２ ｋＰａ 移动式瓦斯抽采泵最大排气量为８５ ｍ３/ ｍｉｎꎬ抽 采系统预计流量为 ３４ ｍ３/ ｍｉｎꎬ因此ꎬ移动泵在高负 压状态下运行ꎬ抽采能力充分ꎬ移动式抽采泵的极限 真空度为 １４. ６７ ｋＰａꎬ２１０５ 工作面移动式瓦斯抽采 泵的最大抽采负压为 ７３. ６９ ｋＰａꎬ大于抽采管路系统 阻力 ２８. ９２ ｋＰａꎬ因此ꎬ抽采管路可以满足瓦斯抽采 系统的要求ꎮ ２. ４ 移动式瓦斯抽采设计说明 ２１０５ 移动式瓦斯抽采泵站设在 １２００ 回风联巷 口ꎬ采空区半封闭式瓦斯抽采管、顺层钻孔瓦斯抽采 管通过 Ｄ２１９ ｍｍ 的抽采管与移动式瓦斯抽采泵连 接ꎬ抽出的低浓度瓦斯通过 Ｄ２１９ ｍｍ 排气管排入采 区回风或总回风巷中ꎬ具体见图 ３ꎮ 图 ３ 瓦斯抽采管路连接示意 为便于工作面移动式瓦斯抽采负压调节ꎬ保证 移动瓦斯抽采泵与矿井地面永久式主抽采泵协同运 行ꎬ对移动抽采系统调控阀 Ｋ１ Ｋ６作用说明如下ꎬ 并应正确操作 １ Ｋ１为移动式瓦斯抽采移动泵 Ｄ２１９ ｍｍ 进 气管调节控制阀ꎬ系统抽采时打开ꎬ否则为关闭状 态ꎮ ２ Ｋ２为运输巷与回风巷间 Ｄ２１９ ｍｍ 连通管 路的调节控制阀ꎬ两巷道的两路抽采系统独立抽采 时为关闭状态ꎬ两路抽采系统同时通过移动式抽采 泵抽采或地面永久泵抽采时为打开状态ꎮ ３ Ｋ３为 接 入 地 面 永 久 瓦 斯 抽 采 泵 的 Ｄ２１９ ｍｍ顺层改造抽采管路的控制阀ꎬ进行地面永 久泵抽采时打开ꎬ否则为关闭状态ꎮ ４ Ｋ４为 Ｄ１０８ ｍｍ 的移动抽采配空气阀ꎬ移 动抽采泵启动前打开ꎬ启动正常后关闭ꎻ在移动抽采 泵抽采负压过高时ꎬ可少许打开调压ꎬ使移动抽采泵 负压保持在安全范围ꎬ但必须立即通知有关人员进 行系统故障检查、处理ꎮ ５ Ｋ５为移动抽采向西一下部总回风巷排放 瓦斯的 Ｄ２１９ ｍｍ 排空阀ꎬ抽出瓦斯排入回风巷时打 开ꎬ否则为关闭状态ꎮ ６ Ｋ６为移动抽采 Ｄ２１９ ｍｍ 顺层抽采管与改 造 Ｄ２１９ ｍｍ 抽采管路串接控制阀ꎬ抽出瓦斯并入地 面永久瓦斯抽采系统时打开ꎬ否则为关闭状态ꎮ ７ 抽采管路与电缆不能布置 下转第 １２ 页 ７ ２０２０ 年 ５ 月 张巨峰等采煤工作面移动式瓦斯抽采系统设计 第 ２９ 卷第 ５ 期 [１８] 张 慧. 煤孔隙的成因类型及其研究[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ ２００１ꎬ２６１４０ －４４. [１９] 曾 勇ꎬ屈永华ꎬ宋金宝. 煤层裂隙系统及其对煤层气 产出的影响[Ｊ]. 地质学刊ꎬ２０００ꎬ２４２９１ －９４. [２０] 胡耀青ꎬ赵阳升ꎬ杨 栋ꎬ等. 煤体的渗透性与裂隙分 维的关系[Ｊ]. 岩石力学与工程学报ꎬ２００２ꎬ２１１０２０ －２４. [２１] 陶 树ꎬ王延斌ꎬ汤达祯ꎬ等. 沁水盆地南部煤层孔隙 － 裂隙系统及其对渗透率的贡献[Ｊ]. 高校地质学报ꎬ ２０１２ꎬ１８３１２０ －１２５. [２２] 胡咤咤ꎬ黄文辉ꎬ刘素平ꎬ等. 沁水盆地南部煤储层显 微裂隙发育的影响因素[Ｊ]. 煤田地质与勘探ꎬ２０１６ꎬ ４４５１ －８. [２３] Ｋｅｎｄａｌｌ Ｐ ＥꎬＢｒｉｇｇｓ Ｈ. Ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｃｋ ｊｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｌｅａｔ ｏｆ ｃｏａｌ[Ｊ]. Ｐｒｏｃ Ｒ. Ｓｏｃ. Ｅｄｉｎｂｕｒｇｈ １９３３５３ １６４ －１８７. [２４] 苏现波ꎬ冯艳丽ꎬ陈江峰. 煤中裂隙的分类[Ｊ]. 煤田地 质与勘探ꎬ２００２ꎬ３０４２１ －２４. [２５] 程庆迎ꎬ黄炳香ꎬ李增华. 煤岩体孔隙裂隙实验方法研 究进展[Ｊ]. 中国矿业ꎬ２０１２ꎬ２１１１１５ －１１８. [２６] 霍永忠ꎬ张爱云. 煤层气储层的显微孔裂隙成因分类 及其应用[Ｊ]. 煤田地质与勘探ꎬ１９９８ꎬ２６６２９ －３３. [２７] 张 慧ꎬ王晓刚ꎬ员争荣ꎬ等. 煤中显微裂隙的成因类 型及其研究意义[Ｊ]. 岩石矿物学杂志ꎬ２００２ꎬ２１３ ２７８ －２８４. [２８] 康天合ꎬ靳钟铭ꎬ赵阳升. 煤体内裂隙的结构特征与分 布规律研究[Ｊ]. 西安矿业学院学报ꎬ１９９４ꎬ１４４３１８ －３２３. [２９] 刘 慧ꎬ冯小英ꎬ张 浩ꎬ等. 煤层气多尺度裂缝预测 技术在沁南东三维区的应用[Ｊ]. 中国煤层气ꎬ２０１８ꎬ １５２３０ －３３. [３０] 孙月龙ꎬ崔洪庆ꎬ关金锋. 基于图像识别的煤层井下宏 观裂隙观测[Ｊ]. 煤田地质与勘探ꎬ２０１７ꎬ４５５１９ － ２２. [３１] 杜志立ꎬ王继尧ꎬ方俊华ꎬ等. 基于分形理论的煤层微 观裂隙复杂程度评价[Ｊ]. 黑龙江科技学院学报ꎬ ２０１０ꎬ２０４５ －９. [责任编辑路 方] 􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏􀤏 上接第 ７ 页在巷道的同侧ꎬ并尽量减少交叉ꎮ ３ 工作面移动式瓦斯抽采安全技术措施 １ ２１０５ 工作面移动式瓦斯抽采管路瓦斯排 放口应设在矿井西一下部总回风巷内ꎬ并在管口上 风流 ５ ｍ、下风流 ３０ ｍ 间设置栅栏、提示警标ꎬ以防 人员误入ꎬ造成人员窒息等伤亡事故ꎮ ２ 根据煤矿安全规程规定ꎬ移动式瓦斯抽 采泵下风流 ３ ５ ｍ 处需安装低浓度硐室环境监测 瓦斯传感器ꎬ报警浓度值为 ０. ５％ꎬ断电值 ０. ５％ꎬ 断电范围为瓦斯抽采泵站及其回风流内全部非本质 安全型电器设备ꎬ复电值 ０. ７５％ꎬ断电范围为移动式瓦斯抽采泵站内全部 非本质安全型电器设备ꎬ复电值 ０. ７５％ꎮ ３ 瓦斯抽采管路应平直吊挂在巷帮中线以上 部位ꎬ要求附件齐全、接头严密、吊挂稳固、区段安装 平直ꎬ瓦斯抽采管路的每个区段低点处均应安装放 水器ꎬ以防管路内积水影响瓦斯抽采效果ꎮ ４ 移动式瓦斯抽采泵进、排气管上应安装瓦 斯抽采流量、负压、正压、温度、管道瓦斯等监测装 置、仪表ꎬ并在移动式瓦斯抽采泵房配置能直通调度 信息中心的电话ꎮ ５ 为了避免无计划停电影响工作面瓦斯抽 采ꎬ移动式瓦斯抽采泵站应由采区变电所双回路直 接供电ꎮ ６ 移动式瓦斯抽采泵站内应配有 Ｄ６０ ｍｍ 清 水管ꎬ以便瓦斯抽采泵冷却水池补充或更换清水ꎮ ４ 结 语 魏家地煤矿 ２１０５ 工作面通过建立井下移动式 瓦斯抽采系统ꎬ并与地面永久式瓦斯抽采系统协同 运行ꎬ抽采能力得到了较大提高ꎬ工作面未出现瓦斯 超限现象ꎬ上隅角瓦斯浓度一直处于 ０. ８％ 以下ꎬ回 风巷瓦斯浓度基本在 ０. ５％ 以下ꎮ 瓦斯抽采系统运 行平稳、技术可行、经济合理ꎬ为矿井安全、高效生产 提供了保障ꎮ 参考文献 [１] 林柏泉. 矿井瓦斯防治理论与技术[Ｍ]. 徐州中国矿 业大学出版社ꎬ２０１０. [２] 袁 亮. 松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[Ｍ]. 北 京煤炭工业出版社ꎬ２００４. [３] 袁 亮. 卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术 研究[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２００９ꎬ３４１１ －８. [４] 张巨峰ꎬ马志鹏ꎬ杨峰峰ꎬ等. 低渗厚煤层开采采空区瓦 斯分布规律数值模拟研究[Ｊ]. 陇东学院学报ꎬ２０１９ꎬ３０ ５３５ －３９. [５] 张巨峰ꎬ余 岚ꎬ杨日丽ꎬ等. 高瓦斯煤层顺层钻孔瓦斯 抽采与注水防尘一体化技术实践[Ｊ]. 煤炭技术ꎬ２０１８ꎬ ３７４１５９ －１６０. [６] 张巨峰ꎬ杨峰峰ꎬ雷武林ꎬ等. 低透气性高瓦斯长距离工 作面瓦斯综合防治技术[Ｊ]. 陇东学院学报ꎬ ２０１６ꎬ２７ ３１０１ －１０５.下转第 ２２ 页 ２１ ２０２０ 年 ５ 月 尹艳飞新元矿 ３ 号煤微孔裂隙特征研究 第 ２９ 卷第 ５ 期 率ꎬ就必须在初始设计、安装以及后期的维护检修过 程中ꎬ对其关键步骤进行强化管理ꎮ 首先要增加零 线的机械强度ꎬ在选择零线线材时ꎬ除满足基本载流 量和绝缘性要求之外ꎬ要优先选择截面积相对较大 的线材ꎮ 其次要重视零线接头和端子接头处的连 接ꎬ每一个部位的连接处都要仔细检查ꎬ确保连接可 靠ꎬ接触良好ꎻ在完成连接作业后ꎬ需要对其工作温 度进行判定ꎬ要求工作温度应低于最高限制ꎮ 最后 在零线上禁止串接熔断器ꎬ如果熔断器安装在零线 上ꎬ很容易误判为断零电器故障ꎬ而真正的故障被隐 藏ꎬ造成影响范围和程度的持续增加ꎮ ２. ３ 过载故障及防护措施 ２. ３. １ 过载故障 过载是指配电线路负载过大ꎮ 当线路出现过载 时ꎬ由于热效应会产生大量热量ꎬ如果这些热量无法 得到及时的散发ꎬ就会导致线路材料的温度持续升 高ꎬ造成绝缘材料的老化ꎬ降低绝缘材料的使用性能 和使用寿命ꎻ更为严重的是线路上负荷太重ꎬ导致 线路上电流过大ꎬ线路发热太大ꎬ使线路绝缘老化或 线路劳损ꎬ甚至还会出现严重的火灾事故ꎮ ２. ３. ２ 过载故障的防护措施 在低压配电线路上一般会安装过载保护器ꎬ对 过载情况进行干预和防护ꎮ 如果线路中出现过载情 况ꎬ过载保护器会开始记录过载时间ꎬ当超过设定值 时保护器会自动切断电源并报警ꎮ ２. ４ 接地故障及防护措施 ２. ４. １ 接地故障 接地故障指导体与大地的意外连接ꎮ 线路所设 置的过电流保护兼作接地故障保护ꎬ可以利用零序 电流或剩余电流来实现接地故障保护ꎮ 之所以会出 现接地故障ꎬ主要是线路在运行过程中ꎬ其绝缘材料 的性能降低ꎬ导致线路对地的泄漏电流增加ꎬ经长时 间积累后造成单向接地短路故障ꎮ 而造成绝缘性能 降低的原因ꎬ可能是绝缘层老化ꎬ有可能是受外力影 响ꎬ造成绝缘层剥落或破坏ꎮ 当出现接地故障时ꎬ其 主要的表现形式有两种ꎬ第一种是故障点部位的象 限和接地导体之间直接接触ꎬ导线直接融化在一起ꎬ 使得这个位置的电阻值降为零ꎬ接地电流激增为无 限大ꎻ另一种情况是出现电弧性短路ꎬ就是故障点部 位的象限和接地导线之间断续联通ꎬ连接处出现火 花放电ꎬ形成电弧ꎬ瞬间温度达到几千度ꎬ对于周围 环境造成严重威胁ꎮ ２. ４. ２ 接地故障的防护措施 １ 过电流保护ꎮ 这种保护方式因利用所控 制的线路断路器ꎬ在不增设其他装置就可以实现接 地故障保护功能ꎬ所以方便易行ꎬ但应能满足规范所 要求的断路器切断故障电流的允许时间ꎮ ２ 零序电流保护ꎮ 三相四线制配电线路正 常运行时ꎬ如果三相负载完全平衡ꎬ无谐波电流ꎬ忽 略正常泄漏电流ꎬ则流过中性线 Ｎ 的电流为 ０ꎬ即零 序电流为 ０ꎻ如果三相负载不平衡ꎬ则产生零序电 流ꎬ如果某一相发生接地故障时ꎬ零序电流将大大增 加ꎬ因此ꎬ利用检测零序电流值发生的变化ꎬ可取得 接地故障的信号ꎮ 所以ꎬ利用零序电流来实现接地 故障保护ꎬ其动作电流一般大于三相不平衡电流ꎮ ３ 剩余电流保护ꎮ 剩余电流保护所检测的 是三相电流中性线电流的向量和ꎬ三相四线配电线 路正常运行时ꎬ即使三相负载不平衡ꎬ剩余电流只是 线路泄漏电流ꎬ配电线路在没有发生接地故障时ꎬ三 相负荷电流与中性线电流的矢量和无论三相负荷电 流平衡与否ꎬ它们的电流均为零ꎬ零序电流保护一般 适用于 ＴＮ 接地系统ꎮ ３ 结 语 低压配电线路对于维持区域正常供电具有重要 作用ꎬ在使用过程中容易受到所在区域各种因素的 影响ꎬ为避免出现事故ꎬ应加强管理ꎬ确保系统的安 全、稳定运行ꎮ [责任编辑路 方] 􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐􀤐 上接第 １２ 页 [７] 李国雄ꎬ孙德宁ꎬ王洪存ꎬ等. 瓦斯抽放管路系统的设计 及其设备的配套选型[Ｊ]. 工矿自动化ꎬ２０１２２７８ － ８０. [８] 俞启香ꎬ程远平. 矿井瓦斯防治[Ｍ]. 徐州中国矿业大 学出版社ꎬ２０１２. [责任编辑路 方] ２２ ２０２０ 年 ５ 月 崔 俊低压配电线路常见故障及防护措施 第 ２９ 卷第 ５ 期