某煤矿瓦斯抽放设计.doc

某县 某煤矿瓦斯抽放设计 说 明 书 某县 某煤矿瓦斯抽放系统方案设计 说 明 书 年 月 目 录 概 述4 1 矿井概况5 1.1交通位置5 1.2 井田地形与气候5 1.3 井田地质构造情况5 1.4煤层赋存情况6 1.5矿井开拓方式6 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出7 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性7 2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果8 2.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成9 2.3 瓦斯抽放的必要性9 2.3.1 相关法规的要求9 2.3.2 采掘工作面瓦斯治理的需要10 2.4 瓦斯抽放的可行性11 2.5 矿井瓦斯储量与可抽量11 3 矿井瓦斯抽放方案初步设计12 3.1 抽放方法选择的原则12 3.2 抽放瓦斯方法选择13 3.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放13 3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放14 3.2.3 采空区瓦斯抽放15 3.2 抽放量预计及抽放服务年限15 3.2.1 回采工作面本煤层预抽量预计15 3.2.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计16 3.2.3 矿井瓦斯抽放量预计16 3.2.4 抽放服务年限16 3.2.5 抽放参数的确定16 3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备17 3.3.1 钻机的选择17 3.3.2 钻孔施工技术安全措施18 3.3.3 钻孔封孔18 3.3.4 瓦斯抽放参数监测18 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型19 4.1 矿井瓦斯抽放设计参数19 4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算19 4.2.1 瓦斯抽放管网系统19 4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择20 4.2.3 管网阻力计算20 4.2.4 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接22 4.2.5 瓦斯抽放管路敷设22 4.2.6 瓦斯抽放管道的附属装置23 4.3 瓦斯抽放泵选型计算24 4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法25 4.3.2 瓦斯泵压力计算方法25 4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算25 4.3.4 瓦斯抽放泵选型26 5 瓦斯抽放泵站布置27 5.1 瓦斯抽放泵27 5.2瓦斯抽放泵站供电27 5.3 瓦斯抽放泵给排水28 5.4 防雷设施28 5.5 瓦斯抽放泵站照明28 5.6 瓦斯抽放泵站通讯28 5.7 抽放系统实时监测28 6. 瓦斯抽放系统的安装30 6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求30 6.2 瓦斯抽放泵的安装30 6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装30 6.4 环境保护30 7 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施30 7.1 组织管理31 7.2 瓦斯抽放组织机构管理31 7.3 瓦斯抽放钻场管理31 7.4 采空区抽放管道的拆装33 7.5 瓦斯抽放管路管理33 7.6 主要安全技术措施34 7.7 钻机操作规程34 7.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程35 7.9 瓦斯抽放报表管理37 8 瓦斯抽放工程技术经济指标39 8.1 劳动定员39 8.2 投资概算39 8.3 矿井瓦斯利用39 9 结论与建议40 10. 参考文献40 概 述 某煤矿为某县管辖的地方煤矿. 设计生产能力为30kt/年, 煤种为无烟煤. 根据该矿提供的矿井设计和习水县煤炭工业管理局习煤管通字[2004]42号提供的矿井瓦斯涌出资料, 矿井相对瓦斯涌出量为21.50m3/t, 绝对瓦斯涌出量为1.87 m3/min, 属于高瓦斯矿井. 随矿井产量的增加和开采范围的扩大及开采水平的延深, 该矿今后主采煤层回采工作面, 掘进工作面和部分采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大. 该矿在2003年被某县煤炭工业管理局鉴定为高瓦斯矿井. 为贯彻执行党和国家的”安全第一, 预防为主”的安全生产方针和国家安全生产管理局2003年制定的”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的煤矿安全生产管理方针, 根据某省煤炭管理局文件某煤行管字[2004]225号”关于加强中小煤矿瓦斯抽放工作的通知”规定, 凡属于高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井都必须安装瓦斯抽放系统, 并确保正常运行. 特此编写某煤矿瓦斯抽放系统方案设计说明书. 一. 编制本设计方案的依据 1. 矿井抽放瓦斯工程设计规范MT95018-96,1997,中华人民共和国煤炭工业部; 2. 矿井抽放瓦斯管理规范1997,中华人民共和国煤炭工业部; 3. 煤矿安全规程2001,国家煤矿安全监察局; 4. 防治煤与瓦斯突出细则1995,中华人民共和国煤炭工业部; 5. 某煤矿提供的通风,生产,瓦斯地质等相关资料. 二. 设计的主要技术经济指标 1. 矿井绝对瓦斯涌出量 1.87m3/min; 2. 矿井相对瓦斯涌出量 21.50m3/t; 3. 矿井瓦斯抽放量 1.5m3/min 按将来抽放量计算. 三. 存在的主要问题及建议 某煤矿和其他地方煤矿一样, 缺乏必要的煤层瓦斯基本参数煤层瓦斯压力, 瓦斯含量, 煤层透气性系数, 钻孔瓦斯流量衰减系数等. 建议今后进行这方面的测定, 以便为瓦斯抽放管理提供必要的科学依据. 1 矿井概况 某县某煤矿始建于1993年, 于1994年开始出煤. 原设计能力为3万吨/年的规模. 现在已经达到了3-6万吨/年的规模.本矿从建成投产至今已经生产和销售煤炭20多万吨, 经济效益较好. 根据开采范围, 采空面积和煤层厚度计算, 矿井剩余储量为96.72万吨, 均为C级储量. 工业储量96.72万吨. 可采储量为77.37万吨. 1.1交通位置 某煤矿位于某县马临工业经济区,隶属马临工业经济区. 矿区的地理坐标为1069′08″- 10611′32″, 北纬2814′53″- 2814′53″. 矿区距马临工业经济区1.0km, 距习水县城1.0km. 川某铁路距赶水站只有百余公里, 经马临-合江公路直达四川合江各码头, 里程为72公里. 经赤水河船运可直达长江各码头. 交通十分方便. 1.2 井田地形与气候 矿区属中低山河谷地貌, 地形起伏较大,属亚热带温和湿润气候区, 无霜期较长, 雨量充沛, 冬无严寒,夏无酷暑. 根据地矿部门划定的开采范围, 本矿的矿界东西长1.0km, 南北宽0.33 km, 井田面积约0.33 km2. 最低开采标高为1100 m, 最高开采标高为900m. 开采范围拐点坐标如下 X Y 1.3 井田地质构造情况 井田地质构造简单. 地层整体呈单斜产出, 倾角较缓. 一般为4-16. 在下三叠统衣郎组地层中,具有自东西展布的二次褶皱, 背为困山堡背斜, 南为四梗山向斜, 皆为很宽的褶皱,两翼倾角均在13以下. 井田内虽然没有发现落差5m以上的断层, 但从近几年开采实践中发现小断层2m, 小褶曲十分发育, 对开采带来一定的影响. 总体看来, 井田内煤层赋存状态为一近水平煤层群, 地质条件简单. 1.4煤层赋存情况 矿区内含煤岩系为上二叠位龙潭组, 含煤岩系平均厚度在35.7-50.0m之间, 含可采煤层三层. 自上至下分别为C5, C8和C12, 均为全区可采, 可采总厚度为6.7m. 其中C5煤层平均可采厚度为2.00m, 赋存状态稳定, 煤层倾角为14. C5煤层属无烟煤3, 顶板为粉砂质泥岩或粉砂岩; 底板为粘土岩, 碳质泥岩. 顶底板透气性较差, 煤层瓦斯含量较高. C8煤层最大厚度为6.11m, 最小厚度为1.70m, 平均厚度为3.50m, 赋存状态稳定, 煤层倾角与C5煤层基本相同. C8煤层与C5煤层的层间间距为13-17m, 属无烟煤3, 顶板为泥岩, 粉砂岩或粘土岩, 底板为粉砂质泥岩. 顶底板透气性较差, 煤层瓦斯含量较高. C12煤层最大厚度为2.03m, 最小厚度为1.10m, 平均厚度为1.50m, 赋存状态稳定, 煤层倾角为14. C12煤层与C8煤层的层间间距为14-15m, 属无烟煤3, 顶板为细砂质硫铁矿, 底板为粘土质硫铁矿或粉砂岩, 煤层瓦斯含量较低. 1.5矿井开拓方式 某煤矿自1993年9月动工建设, 1994年底开始出煤, 目前已经具备年产3-6万吨的能力. 原矿井为走向平硐上下山开拓, 巷道式或前进式开采,分区式通风. 采用放炮落煤, 人工推车运输, 机械通风, 排水和提升. 主要开拓巷道布置在C5和C12煤层中. 根据C5, C8, C12煤层剩余储量分布情况, 采用的开采顺序为C5, C8, C12, 以免破坏资源. 工作面的开采顺序自上而下. 利用现以形成的C12主付下山和进回风巷, 作进回风石门. C5煤层分层布置主付下山片盘开采, 采完C5煤层后, 再采C8, C12. C8煤层也为分层布置, 布置方式与C5煤层相同. 矿井的年生产能力为6万吨/年, 日生产能力为180t/d. 矿井服务年限为10.75年. 本矿从投产至今, 已经生产和销售煤炭20多万吨. 经济效益较好. 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出 某煤矿目前开采C5和C8煤层. 采用两翼对角抽出式通风，主平硐进风，主风井和专用瓦斯排放风井回风. 主风井采用两台YBF-No.10型风机, 功率为22KW, 风量为650-950m3/min. 专用瓦斯排放风井采用两台JBF-No.9型风机, 功率为15KW, 主要用于排放井下瓦斯. 某煤矿周边煤矿瓦斯涌出较大，大多数为高瓦斯矿井（表1－1），大部分煤矿都在考虑建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动瓦斯抽放系统. 表1－1 邻近矿井瓦斯等级鉴定结果 马临 年度 矿名 瓦斯全矿井 二氧化碳全矿井 鉴定等级 审批等级 绝对量 m3/min 相对量 m3/t 绝对量 m3/min 相对量 m3/t 1.87 21.50 高瓦斯 高瓦斯 3.57 21.80 高瓦斯 高瓦斯 0.67 9.48 低瓦斯 低瓦斯 1.85 16.60 高瓦斯 高瓦斯 6.18 37.20 高瓦斯 高瓦斯 2.36 14.50 高瓦斯 高瓦斯 0.95 9.12 低瓦斯 低瓦斯 1.70 9.93 低瓦斯 低瓦斯 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性 根据国家煤矿安全监察局2001年颁布的煤矿安全规程第一百四十五条和某省煤炭管理局文件规定, 某省所属高瓦斯矿井都必须安装瓦斯抽放系统. 同时, 为贯彻国家安全生产监督管理局”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的安全生产方针, 对于高瓦斯矿井的某煤矿, 为保证矿井的安全生产, 应该建立瓦斯抽放系统, 进行瓦斯抽放. 2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果 表2－1至表2-4是C8煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果［1］，由此可知，无论是生产前期、中期还是后期，某煤矿都属于高瓦斯矿井. 表2－1 回采工作面瓦斯涌出量预测或鉴定结果 生产时期 采区 煤厚m 瓦斯含量m3/t 日产量t/d 开采层瓦斯涌出量 m3/t m3/min 前期 C5煤层 2.00 20 100 20.0 1.39 C8煤层 3.50 20 100 中期 C8煤层 3.50 20 100 20.0 1.39 C12煤层 1.50 20 100 后期 C8煤层 3.50 20 100 20.0 1.39 C12煤层 1.50 20 100 表2－2 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果 生产 时期 采区 煤厚 m 瓦斯含量m3/t 巷长 m 掘进速度m/月 瓦斯涌出量m3/min 煤壁 落煤 合计 前期 C5煤层 2.00 20 200 60.0 0.80 0.40 1.20 C8煤层 3.50 20 200 60.0 中期 C8煤层 3.50 20 200 60.0 0.80 0.40 1.20 C12煤层 1.50 20 200 60.0 后期 C8煤层 3.50 20 200 60.0 0.80 0.40 1.20 C12煤层 1.50 20 200 60.0 备注⑴每个炮掘工作面掘进一条大巷，其瓦斯涌出量为这条大巷的煤壁瓦斯涌出量加上单头掘进落煤瓦斯涌出量；⑵每个炮掘工作面掘进煤量均为21t/d，瓦斯涌出量为初期1.20m3/min，中期1.20m3/min，后期1.20 m3/min. 表2－3 采区瓦斯涌出量预测结果 生产 时期 采区 平均产量t/d 采区瓦斯涌出量 回采 m3/min 掘进m3/min 采空区m3/min 合 计 m3/min m3/t 前期 中期 后期 表2－4 矿井瓦斯涌出量预测结果 生产 时期 开采区域 平均产量（t/d） 瓦斯涌出量 生产采区（m3/min） 已采采区 （m3/min） 合计 （m3/min） （m3/t） 前期 各采区 1.87 21.50 中期 各采区 1.87 21.50 后期 各采区 1.87 21.50 2.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成 在C8和C12煤层工作面采空区, 生产工作面和掘进工作面, 预计绝对瓦斯涌出量将达到2m3/min以上. 2.3 瓦斯抽放的必要性 2.3.1 相关法规的要求 按照煤矿安全规程规程的有关规定及”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统. 某煤矿设计生产能力为3万吨，从瓦斯涌出量预测结果（表2－4）来看，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达2.0 m3/min以上, 单纯靠通风系统来稀释瓦斯比较困难, 尤其是在矿井通风系统变得越来越复杂及采空区面积不断增大的情况下, 控采空区的瓦斯涌出将是瓦斯治理的重点. 因此，必须建立瓦斯抽放系统. 2.3.2 采掘工作面瓦斯治理的需要 煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施. 虽然, 该矿没有达到以上指标, 但产量和瓦斯涌出量都有进一步增加的趋势. 采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是 在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式2－1成立时, 抽放瓦斯才是必要的. 2－1 式中 Q0 - 采掘工作面设计风量, m3/s； Q - 采掘工作面瓦斯涌出量, m3/min； K - 瓦斯涌出不均衡系数,取K1.5； C -煤矿安全规程允许的采掘工作面瓦斯浓度，，取C1. 根据采掘工作面瓦斯涌出量预测结果，由式2－1计算得到的回采工作面、掘进工作面瓦斯抽放必要性判断结果如表2－5所示. 表2－5 矿井瓦斯涌出量预测结果 生产 时期 采区 瓦斯涌出量 设计风量 m3/s 需要风量 m3/s 是否需要 抽放瓦斯 m3/t m3/min 生产 采空区 1.0 0 0 需要 采区 21.50 1.87 300 187 不需要 掘进 21.5 1.2 200 120 可能需要 由表2－5可以看出，对回采工作面和采空区而言，虽然单纯靠通风方法可以解决工作面瓦斯超限问题，但由于小矿生产的不稳定性和地质条件的多变性, 必须采取瓦斯抽放措施；对掘进工作面而言, 部分掘进工作面可能存在供风难的问题, 需要采取瓦斯抽放措施. 2.4 瓦斯抽放的可行性 本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性.衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个煤层透气性系数λ，钻孔瓦斯流量衰减系数（α）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数Qj. 按λ、α和Qj判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2－6示. 表2－6 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表 抽放难易程度 钻孔瓦斯流量衰减系数 α（d-1） 百米钻孔瓦斯极限抽量 Qj m3 煤层透气系数 λ（m2/MPa2d） 容易抽放 14400 10 可以抽放 0.003～0.05 14400～2880 10～0.1 较难抽放 0.05 2880 0.1 目前，某煤矿处于生产初期，从经济上和技术上都不具备实测C8和C12煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数和百米钻孔瓦斯极限抽放量的条件. 考虑到某煤矿毗邻的其他矿井的情况和地质勘探资料及有关文献、.可以推断，某煤矿C8和C12煤层也应属于较难抽放煤层，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可行性. 2.5 矿井瓦斯储量与可抽量 矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量.开采C5, C8和C12煤层时，应该纳入矿井瓦斯储量计算有C5, C8和C12煤层和围岩（含煤线）瓦斯储量，计算公式如下 （2－2） 式中 Wk-----矿井瓦斯储量，万m3； C------围岩瓦斯储量系数 ，取C 1.05； A------3＃煤层工业储量，万吨； X------3＃煤层平均瓦斯含量，m3/t. 可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算 （2－3） 式中 Wkc ----矿井瓦斯可抽量，万m3； ηk ----矿井瓦斯抽放率，按照马临矿区生产矿井的现状预计， ηk 31.24～50.00，取平均值ηk 40； Wk ---- 矿井瓦斯储量，万m3. 矿井瓦斯储量和可抽量计算结果如表2－7所示. 由表可知， 矿井瓦斯储量和可抽取量分别为2093.11万m3和837.25万m3. 表2－7 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果 储量类别 煤层 煤炭工业储量 （万吨） 平均瓦斯含量（m3/t） 瓦斯储量 （万m3） 可抽量 （万m3） 开采层 C5,C8,C12 96.72 20 1993.44 797.38 围岩 99.67 39.87 合计 2093.11 837.25 3 矿井瓦斯抽放方案初步设计 3.1 抽放方法选择的原则 选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件, 瓦斯基本参数, 瓦斯来源, 巷道布置, 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定, 并应遵守以下原则 1.抽放方法应适合煤层赋存状况, 巷道布置,地质条件和开采技术条件. 2. 应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析, 有针对性地选择抽放瓦斯方法, 以提高瓦斯抽放效果. 3. 在满足瓦斯抽放的前提下, 应尽可能地利用生产巷道, 以减少抽放工程量. 4. 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护. 5. 选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本. 6. 瓦斯抽放应有利于钻场, 钻孔的施工和抽放系统管网的设计, 有利于增加钻孔的抽放时间. 3.2 抽放瓦斯方法选择 某煤矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担. 因此, 确定矿井抽放瓦斯的方法为开采煤层抽放包括开采工作面和掘进工作面抽放和采空区抽放等方式. 在C5, C8和C12煤层开采时，必须对所有的回采工作面采空区、大多数的掘进工作面和回采工作面进行瓦斯抽放. 选择的瓦斯抽放方法如下 ⑴.采用边采边抽相结合方式抽放回采工作面采空瓦斯； ⑵.掘进工作面采用边掘边抽方法抽放本煤层瓦斯. 3.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放 由于煤层的透气性低, 采用预抽和边采边抽相结合的抽放方法，即利用工作面胶带顺槽或轨道顺槽向煤层打迎向平行钻孔预抽本煤层瓦斯，并利用回采工作面前方超前卸压效应边采边抽本煤层瓦斯，以提高煤层瓦斯抽放效率. 推荐的钻孔布置方式如图3－1示. 图3－1 回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图 推荐的本煤层预抽钻孔布置参数如下 钻孔长度 50m； 钻孔直径 ∮75mm； 钻孔与工作面夹角 4～6； 钻孔间距 10m； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔. 3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放 掘进工作面抽放瓦斯的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽放两种方式.考虑到某煤矿掘进工作面瓦斯涌出较小,采用边掘边抽比较合适. 采用边掘边抽时, 抽放钻孔布置方式如图3－2示. 推荐的钻孔布置参数如下 钻孔长度 60m； 钻孔直径 ∮75mm； 相邻孔间夹角 3～5； 钻场间距 50m； 钻场内钻孔数 3个； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔. 图3－2 掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图 在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两邦各施工一个钻场. 钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布置的要求, 选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定. 根据该矿的具体情况, 每组钻场在煤巷两侧错开布置, 其规格为 4 x 4 x 2m, 采用木棚支护. 相邻两组钻场之间的间距为40-50m. 在每一钻场内, 沿走向布置3个边掘边抽钻孔, 即左, 右钻场各三个, 孔深60m左右. 掘进工作面先抽后掘就是在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔, 每个循环6-9个钻孔, 钻孔深度50-60m, 每个循环间距40-50m, 预计抽放时间为20左右. 钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m, 2.5m和4m. 钻孔布置的原则就是保证将钻孔布置在煤层内, 钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度向上或下倾斜. 当掘进工作面抽放钻孔数量较多时, 为扩大钻孔覆盖范围, 抽放钻孔应以巷道中线为基准, 向周围煤体呈放散状排列, 以提高抽放效果. 3.2.3 采空区瓦斯抽放 在高瓦斯矿井, 尤其是在开采煤层群时, 临近层, 未采分层, 围岩, 煤柱和工作面的遗留煤炭都会向采空区涌出瓦斯.采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面涌出, 而且在工作面采完密闭后也仍有瓦斯涌出. 在采空区抽放时, 虽然抽放量较大, 但抽放浓度往往较低. 在对有自然发火危险倾向的煤层进行采空区抽放时, 应当经常检查抽放管路内的瓦斯浓度和CO浓度. 当发现有自燃发火征兆时, 应控制抽放流量甚至完全停止抽放. 根据某矿的具体情况, 为降低系统的复杂性, 尽量不采用半封闭式的瓦斯抽放. 需要注意的是设计中的瓦斯抽放钻孔设计仅供该矿工程技术人员参考. 在生产实际中, 应根据现场实际监测参数对抽放钻孔的布置进行调整, 以达到最好的抽放效果. 3.2 抽放量预计及抽放服务年限 3.2.1 回采工作面本煤层预抽量预计 由于C5, C8和C12煤层的透气性较低及回采工作面长度较短等原因. 尽量不采用边采边抽的方式, 而着重考虑采用采空区抽放的方式. 3.2.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计 某煤矿回采工作面顺槽实行单巷掘进，那么，每一条单巷掘进工作面的最大边掘边抽瓦斯量由下式计算 3-1 式中 Q1 - 单巷掘进工作面边掘边抽瓦斯量，m3 /min； N - 每个钻场内边掘边抽钻孔数，N＝3； L2 -掘进工作面平均走向长度，m，L22000m； L3 - 钻场间距，m，L3100m； L1 - 单孔有效抽放长度，m，L195m； Qj - 百米钻孔瓦斯极限抽放量，m3，Qj 67825 m3； α - 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1，α0.0014d-1； t - 巷道掘进期间边掘边抽钻孔平均抽放瓦斯时间，d，在巷道长度为240m（包括联络横贯长度）、掘进速度30m/mon条件下，t＝120d. 代入各参数值，计算得 Q10.691m3/min. 按全矿2个单巷掘进工作面考虑，边掘边抽瓦斯总量为1.382m3/min. 3.2.3 矿井瓦斯抽放量预计 当矿井实施采空区抽放、边采边抽和边掘边抽瓦斯措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到1m3/min.按年抽放365天、日抽放24小时计算，矿井年最大瓦斯抽放量可以达到8760m3. 3.2.4 抽放服务年限 由于矿井瓦斯抽放方式为采空区抽放、边采边抽和边掘边抽，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同. 3.2.5 抽放参数的确定 根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法, 设计矿井的瓦斯抽放浓度为40.设计掘进工作面的预抽尽量不采用预抽时间为20天, 回采面的预抽时间大于3个月, 回采面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔, 当采煤工作面推进至该孔孔口附近时, 拆除钻孔. 瓦斯抽放实践证明, 由于预抽煤体瓦斯, 使煤体发生收缩变形, 当煤体原来占据的空间体积相等时, 煤体的收缩既使原有的裂隙加大, 又可以产生新的裂隙. 从而, 使煤层的透气性增加, 提高瓦斯抽放效果. 3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备 3.3.1 钻机的选择 选择钻机需要考虑的因素包括 1.钻进深度; 2.转速范围; 3.给进, 起拔能力; 4.液压系统; 5.价格. 推荐选用国产的TXU-75D型钻机. 该钻机采用整体箱式结构, 具有体积小, 重量轻, 移动安装方便, 机械效率高等优点. 主要用于井下钻探深度为75m-100m的各种角度的瓦斯抽放钻孔, 勘探钻孔等多用途的工程钻孔施工. TXU-75D钻机基本参数和性能 序号 参数 技术规格 说明 1 钻孔深度 75m 使用Φ42mm钻杆时 2 钻孔直径 Φ65mm 开孔直径Φ89mm 3 钻孔角度 0-360 4 立轴转速 112, 192, 340rpm 5 立轴行程 400mm 6 立轴通径 Φ42mm 7 立轴额定起拔力 12kN 8 额定推进力 9kN 9 油泵型号 YBC-12/80 10 公称流量 L/min 11 公称压力 8 MPa 12 使用电机型号 YB112M-4 防爆标志级别”dI” 13 转速 1440 rpm 14 功率 4kW 15 外形尺寸 1230 x600 x1185 mm l x b x h 16 重量 392 kg 3.3.2 钻孔施工技术安全措施 除了采取钻孔施工技术的一般安全措施略外, 还必须采取以下特殊措施 1. 在施钻地点附近安设一组6个压风自救器和一台电话; 2. 调整通风系统, 使采煤工作面回风不直接流经施钻地点, 开始以前完成该区域通风系统调整; 3. 采煤工作面放炮时, 撤出施钻人员至安全地点, 放炮期间, 所有人员均不得进入回风系统; 4. 放炮后, 待施钻现场瓦斯不超限, 整个区域无安全异常, 则可保持正常施钻; 5. 若施钻现场发生安全异常, 则立即按安全路线撤离. 3.3.3 钻孔封孔 抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔, 人工水泥沙浆封孔和聚胺脂封孔等. 在岩层中封孔长度不小于3m. 在煤层中封孔长度不小于5m. 考虑到某煤矿是个小矿, 钻孔数量不大, 没有必要购买价格昂贵的封孔泵或采用人工水泥沙浆封孔. 因为使用水泥沙浆封孔, 凝固时间长, 对于倾斜钻孔不易充满. 因此, 应该使用人工聚胺脂封孔. 聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔. 聚胺脂封孔采用卷缠药液与压注药液两种工艺方法. 现主要应用卷缠药液法封孔, 封孔深度一般为3-6m即可符合要求. 虽然聚胺脂封孔见图3-3的成本略高于水泥浆封孔, 但聚胺脂封孔操作简单, 省时省力, 气密性好, 抽放效果好, 非常适用于某煤矿. 1 集气孔段; 2聚氨酯封孔段; 3水泥砂浆封孔段; 4套管 图3-3聚胺脂封孔示意图 3.3.4 瓦斯抽放参数监测 采用孔板或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪对钻孔或采空区抽放管进行监测很有必要. 除此之外, 在抽放巷道口设瓦斯抽放监测传感器, 对抽放管道的负压, 瓦斯浓度, 瓦斯流量, 温度进行监测. 如有可能尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统. 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型 4.1 矿井瓦斯抽放设计参数 根据煤矿提供的地质资料和矿井设计资料, 某煤矿的设计瓦斯抽放量按一台抽放泵同时服务一个回采工作面和两个掘进工作面, 纯瓦斯抽放量取1.5m3/min将来最大瓦斯抽放量. 瓦斯抽放浓度按30计算. 4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算 4.2.1 瓦斯抽放管网系统 在选择瓦斯抽放管路系统时, 主要根据抽放泵站位置, 开拓巷道布置, 管路安装条件等进行确定. 抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中, 尽可能避开运输繁忙巷道, 同时还要考虑供电, 供水, 运输方便. 抽放泵的位置可以布置在地面也可以布置在井下. 井下布置是将瓦斯抽放泵布置在井下靠近抽放地点的进风流中, 这样可以减少抽放管路的长度, 并随时根据抽放地点的需要改变抽放泵的位置, 可以节省管路投资, 节省防爆装置和避雷装置, 其必要条件是抽放管路的瓦斯排放到采区回风巷或总回风巷后, 在较小范围内经过稀释达到风流瓦斯浓度不超限. 当矿井总回风巷瓦斯浓度高, 抽出的瓦斯不能排放到总回风巷, 或井下供水,供电及安装成本较高, 或地面距离抽放地点较近时, 把瓦斯抽放泵安装到地面具有明显的经济和管理方面的优势. 某煤矿开采服务年限较长，埋藏深度较浅, 工作面到井口的距离较短, 且工作面需要抽放的瓦斯量较大，因此，建立地面永久瓦斯抽放系统较为合理. 根据矿井采掘工作面的具体位置及开拓布置, 确定将地面永久瓦斯抽放站布置在距离回风井附近且地势平坦, 无地质灾害和洪水影响的地点. 要求瓦斯抽放泵站房50m范围内无主要建筑及民房, 在泵房周围20m设立围墙或栅栏, 并严禁明火. 抽放管路系统确定如下 掘进/回采工作面抽放钻孔/采空区埋管 采区回风下山 总回风巷 回风井 瓦斯抽放泵站. 4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择 瓦斯抽放管管径按下式计算 （3－5） 式中 D-----瓦斯抽放管内径，m； Q-----抽放管内混合瓦斯流量，m3/min； V-----抽放管内瓦斯平均流速，经济流速V＝5-15m/s, 取V8 m/s. 约定 采区、回风井及地面瓦斯抽放管为干管；回采工作面采空区瓦斯抽放管为支管1； 掘进工作面边掘边抽瓦斯管为支管2. 根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按式（3－5）计算选择的瓦斯抽放管管径如表3－2示. 瓦斯抽放管选用无缝钢管. 表3－2 瓦斯抽放管管径计算选择结果 抽放管 类别 纯瓦斯抽放量 （m3/min） 瓦斯浓度 （） 混合瓦斯抽放量 （m3/min） 计算管内径 （m） 选择管径 （mm） 干管 1.5 30 5.00 0.115 Φ1594.5 支管1 1.0 30 3.33 0.0940 Φ 1084 支管2 0.5 30 1.67 0.0665 Φ 1084 备注考虑边掘边抽瓦斯管留做工作面采空区瓦斯抽放管，故选支管2与支管1同径. 抽放管材均选择无缝钢管, 经过计算得出主管D 0.115m, 支管1 D0.094m, 支管2 D0.0665m. 故主管选择直径为Φ159mm的无缝钢管, 壁厚可选择4.5mm. 掘进及回采工作面支管可选择直径为Φ108mm的无缝钢管, 壁厚可选择4mm. 4.2.3 管网阻力计算 ⑴. 摩擦阻力（Hm）计算 3－6 式中 Hm----管路摩擦阻力，Pa； L ----管路长度，m； Q-----抽放管内混合瓦斯流量，m3/h； γ----混合瓦斯对空气的密度比； K----与管径有关的系数； D----抽放管内径，cm. 为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力. 由于矿井的服务年限较长，且中后期开采的采区煤层瓦斯含量高，考虑到瓦斯抽放泵的有效使用年限仅为15年左右，故计算矿井生产时期的瓦斯抽放系统最大阻力. 根据矿井前期采掘接替安排，确定的瓦斯抽放系统最困难管线如下 地面抽放站干管50m回风井抽放干管长度为550m采区抽放干管长度为200m工作面采空区抽放支管长度为200m. 前期最困难抽放管线阻力计算结果如表3－3示. 表3－3 生产前期瓦斯抽放系统最困难管网阻力计算结果 抽放管 类 别 Q （m3/min） γ L （m） K D （cm） Hm （Pa） 干管 5.00 0.866 800 0.70 15 1150.71 支管 3.33 0.866 2