义马煤矿瓦斯抽放设计(编辑修改稿)

义马煤矿瓦斯抽放设计(编辑修改稿)内容摘要：

煤层 表 2－ 2 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果 生产 时期 煤层 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 中期 后期 7 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 70t/d，瓦斯涌出量为：初期 ，中期，后期 m3/min. 瓦斯抽放的必要性 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 600Mt/年 , 目前生产能力达到 1000Mt/年 . 从瓦斯涌出量预测结果 来看，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达 m3/min, 单纯靠通风系统来稀释瓦斯是不可能的 . 因此，必须建立瓦斯抽放系统 . 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 , 该矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量已经超过 5m3/min. 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) CK /  ………………………………… 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 K=； C 《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度， %，取 C=1. 8 3 矿井瓦斯抽放方案初步设计 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 . 在二 1和二 3 煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行高位抽放或本煤层预抽、对大多数的掘进 工作面进行瓦斯预抽放 . 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。 ⑶ .采用高位钻孔抽放回采工作面及采空区瓦斯 . 由于 某 矿煤层具有自燃倾向性 , 不宜采用采用采空区抽放 . 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 60100 m； 钻孔直径 ∮ 75 mm； 相邻孔间夹角 3176。 ～ 5176。 ； 钻场间距 50 m； 钻场内钻孔数 3 个； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔 . 抽放 钻孔 钻场 掘进 工作面 9 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 4050m. 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 69 个钻孔 , 钻孔深度 5060m, 每个循环间距 4050m, 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, 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 . 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 . 抽放量预计及抽放服务年限 回采工作面本煤层预抽量预计 由于二 1 和二 3 煤层的透气性低及回采工作面巷道面积较小等原因 , 尽量不采用边采边抽的方式 , 而着重考虑采用高位钻孔抽放的方式 . 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，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： 14 40//)1(100 /1321 teQLLLNQ tj  (31) 式中 : Q1 单巷掘进工作面边掘边抽瓦斯量， m3 /min； 10 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， L2=20xxm； L3 钻场间距， m， L3=100m； L1 单孔有效抽放长度， m， L1=95m； 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， d1，α =； 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 Q1=按全矿 4 个单巷掘进工作面考虑，边掘边抽瓦斯总量为 矿井瓦斯抽放量预计 当矿井实施高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽等措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以 达到 、日抽放 24 小时计算，矿井年最大年瓦斯抽放量可以达 到 6086448m3. 抽放服务年限 由于矿井瓦斯抽放方式为高位钻孔抽放、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 . 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 30%.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 . 11 瓦斯抽放钻孔施工及设备 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). 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 煤矿的钻孔数量不大 , 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 36m即可符合要求 . 虽然聚胺脂封孔 (见图 34)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 34 聚胺脂封孔示意图 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 . 井下抽放支管和地面主管都应装备管道监测系统 , 并将其尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统 . 1 2 3 4 12 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型 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两个回采工作面 (目前只布置一个回采工作面 )和三个掘进工作面 , 纯瓦斯抽放量取 (将来最大瓦斯抽放量 ). 瓦斯抽放浓度按 30%计算 . 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算 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 煤矿开采服务年限长，工作面到新材料井井口的距离较短 , 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新材料井附近且地势平坦 , 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 . 根据 某 煤矿的井下开拓巷道和地表设施的具体情况 ,考虑了两种井下管道布置最长路线 . 方案 1: 21171 工作面顺槽  二一区专用回风下山  东轨大巷  材料立井  抽放 13 泵房  放空管。 方案 2: 21171 工作面 顺槽  二一区轨道下山  东轨大巷  材料立井  抽放泵房  放空管。 如果把主管道延伸到 21171 工作面回风顺槽与二一区专用回风下山汇合处 , 两个方案的井下主管道长度基本相同 , 即 1280m. 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： VQD / ………………………………（ 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＝ 515m/s, 取 V=7 m/s. 约定：  采区、回风井及地面瓦斯抽放管为干管；  综采综放工作面瓦斯抽放管为支管 1；  (将来 )综采工作面瓦斯抽放管为支管 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 30 Φ402 10 支管 1 30 Φ 275 7 支管 2 30 Φ 275 7 备注：边掘边抽瓦斯管留做工作面高位瓦斯抽放管 . 考虑将来有可能布置两个工作面 , 故选支管 1 与支管 2 同径 . 抽放管材均选择无缝钢管 , 经过计算得出主管直径 D = , 支管 1 直径 D = 14 , 支管 2直径 D = . 故主管选择直径为 Φ 402mm的无缝钢管 , 壁厚可选择 9mm 或 10mm. 掘进及回采工作面支管可选择直径为 Φ 275mm。