某煤矿瓦斯抽放设计设计.doc

某煤矿瓦斯抽放设计_毕业论文设计

摘要
某矿设计年产煤炭能力15万t，该矿不仅工作面满足瓦斯抽放条件，而且该矿井为煤与瓦斯突出矿井，仅采用通风方法难以解决瓦斯超限问题，从而严重制约正常的生产能力；因此，为了减少和消除瓦斯威胁，保证安全生产，建立了井下瓦斯抽放系统，年抽放量可达几百万立方米。
本文介绍了该井田基本概况，计算了瓦斯的储量，对抽放瓦斯必要性进行了论证，同时陈述了其可行性。通过对抽放方法的比较及抽放管路的计算和选择，初步设计了瓦斯抽放的方法和初步确定了工作面瓦斯抽放系统，选择了顺层钻孔先抽后采的瓦斯抽放方法和矿井永久抽放系统，又根据抽放系统管道阻力和瓦斯泵流量和压力，选择了合适的瓦斯泵型号。最后介绍了工作面瓦斯抽放安全技术措施。

关键词：煤与瓦斯突出、瓦斯抽放、先抽后掘、安全技术措施

I

目录
1井田概况 1
1.1工作面概况 1
1.2矿井通风系统与部分巷道配风量 1
1.3矿井瓦斯等级及其划分和瓦斯抽放的条件 1
1.4煤层瓦斯参数 1
2瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证 1
2.1煤层瓦斯储量 1
2.2煤层瓦斯瓦抽放率和可抽放量 1
2.3抽放必要性论证 1
2.4抽放瓦斯的可行性 1
3煤层瓦斯抽放方法设计 1
3.1抽放方法的比较和选择 1
3.1.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放 1
3.1.2 掘进工作面瓦斯抽放 1
3.1.3 回采工作面高位抽放 1
3.2抽放施工 1
3.2.1抽放钻孔布置 1
3.2.2 抽放钻孔参数确定 1
3.3封孔方法 1
3.3.1《设计规范》规定 1
3.3.2抽放钻孔封孔方法的确定 1
4工作面瓦斯抽放系统 1
4.1 矿井永久抽放系统 1
4.2工作面瓦斯抽放设施的配置和布置 1
4.3 抽放管路的计算和选择 1
5瓦斯泵选型 1
5.1抽放系统管道阻力计算 1
5.2瓦斯泵流量和压力计算 1
5.3瓦斯泵选型确定 1
5.4附属装置 1
6工作面瓦斯抽放安全技术措施 1
6.1主要安全技术措施 1
6.2具体安全技术措施 1
参考文献 1
致谢 1

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某煤矿瓦斯抽放设计
1井田概况
1.1工作面概况
该矿设计年产煤炭能力15万t，单一煤层开采，全矿有1个采煤工作面采用一次采全高方法生产，另有2个掘进工作面正常掘进。煤层赋存条件较好。矿井为煤与瓦斯突出矿井，掘进工作面采用JBT52型局部通风机供风，最长通风距离500m，测得掘进工作面瓦斯浓度在0.4%～0.6%之间；采煤工作面日产煤炭量400t，瓦斯浓度一般在0.4%～0.6%之间。煤层自燃倾向性为不易自燃，煤尘爆炸指数为20%，水文条件简单，无突水危险。
1.2矿井通风系统与部分巷道配风量

1.3矿井瓦斯等级及其划分和瓦斯抽放的条件
（1）矿井瓦斯等级及其划分（依据和等级）
1）矿井瓦斯等级划分及其意义
根据绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量的大小，及有无瓦斯动力现象，将矿井瓦斯等级划分为低瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井三个等级。
①低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。
②高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。
③煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井：一个矿井只要发生1次几经国家授权单位核实的煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出动力现象，该矿井即定为煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。
低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯喷出的个别区域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区应按高瓦斯矿井管理。
（2）建立瓦斯抽放系统的基本条件：
1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题很困难。
2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：
A 大于或等于40m3/min；
B 年产量1.0～1.5Mt的矿井， Qg大于30m3/min；
C 年产量0.6～1.0Mt的矿井， Qg大于25m3/min；
D 年产量0.4～0.6Mt的矿井， Qg大于20m3/min；
E 年产量≤0.4Mt的矿井， Qg大于15m3/min；
3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层。
1.4煤层瓦斯参数
（1）掘进工作面
第一掘进工作面绝对瓦斯涌出量：Qg=Q×C=8.424×60×0.6%=3.03 m3/min
第一掘进工作面相对瓦斯涌出量: qg= Qg/Ag=3.03×1440/400=10.9 m3/t
第二掘进工作面绝对瓦斯涌出量：Qg=Q×C=4.317×60×0.6%=1.56 m3/min
第二掘进工作面相对瓦斯涌出量: qg= Qg/Ag=1.56×1440/400=5.62 m3/t
（2）采煤工作面
15107采煤工作面绝对瓦斯涌出量：Qg=Q×C=9.458×60×0.6%=3.405m3/min
15107采煤工作面相对瓦斯涌出量：qg= Qg/Ag=3.405×1440/400=12.258 m3/t

2瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证
2.1 煤层瓦斯储量
根据已知条件：煤层走向长1800m，煤层倾向长160m，煤层厚度为4m，煤层瓦斯含量为11.8m3/t，煤的密度为1.42t/m3，水分1.2%、灰分16%、挥发份18%，煤层透气性系数λ=0.0276（㎡/MPa2·d）。可以得到原始瓦斯含量，公式如下：

式中：Q原——矿井原始瓦斯含量，m³/t;
Q可燃基——可燃基瓦斯含量，m³/t;
Mad——水分；
Ad——灰分。
可得： Q原=11.8×（100-1.2-18）/100=9.54
可采层瓦斯储量：W= Q原×L×H×D×ρ
式中：Q原——煤层原始瓦斯含量，m³/t；
L——煤层工作面走向长度，m；
H——煤层厚度，m；
D——煤层倾向长度，m；
ρ——煤层的密度，t/m³。
可得： W= Q原×L×H×D×ρ
=9.54×1800×4×160×1.42
=1560.6万m3
2.2煤层瓦斯瓦抽放率和可抽放量
1. 工作面开采层(本煤层)抽放率

或
式中 dgK—工作面(开采层)抽放率，%；
Qg— 在一定时间内工作面(开采层)抽出的总瓦斯量，Mm3；
Wg—工作面(开采层)的瓦斯储量，Mm3；
QgC—从工作面(开采层)抽出的瓦斯量，m3/min；
qgy—从工作面(开采层)涌出的瓦斯量，m3/min。
《矿井瓦斯抽放规范》要求：回采工作面抽出率不小于25%。
经计算得，回采工作面的抽出率为32%。
2.工作面的瓦斯可抽放量
WK=W×dK
式中 WK—煤层瓦斯可抽放量m3；
W—煤层瓦斯储量m3；
 dK—煤层瓦斯抽放率（%）
可得：Wk =1560.6×32%
=499.4万m3
预抽纯量Q纯: Q纯=Wk/(24×60×330)= 10.51(m³/min)
抽放量：Q= Q纯/0.4= 26.3(m³/min)

2.3抽放必要性论证
1.矿井瓦斯抽放规定
（1）有下列情况的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采瓦斯系统：
（2）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的；
（3）矿井绝对瓦斯涌出量≥40m3/min或矿井相对瓦斯涌出量≥10m3/t.d的；
（4）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
2.工作面抽放瓦斯的必要性
该矿采煤工作面煤层开采瓦斯涌出量QCH4=3.405m3/min、qCH4=12.258m3/t，第二掘进工作面瓦斯涌出量QCH4=3.03m3/min、qCH4=10.9m3/t，又该矿为煤与瓦斯突出矿井。综合分析：工作面瓦斯涌出量较大，如不抽放煤层瓦斯，仅采用通风方法难以解决瓦斯超限问题，从而严重制约正常的生产能力；因此，只有进行工作面煤层瓦斯抽放，才是解决瓦斯超限问题本质的最有效方法。
2.4抽放瓦斯的可行性
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).
目前，某煤矿基本没有测定钻孔瓦斯流量衰减系数和百米钻孔瓦斯极限抽放量，但煤层透气性系数λ=0.0276m2/MP2·d；依据《矿井瓦斯抽放设计规范》划分的抽放瓦斯难易程度分类标准（表2—4），对比分析××工作面归属×抽放瓦斯煤层；并结合工作面开采煤层瓦斯抽放必要性的分析，采用煤层瓦斯抽放开采，是可行性的安全保障措施。
按λ、α和Qj判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2－4示.

表2-4抽放瓦斯难易程度分类
类别
钻孔流量衰减系数
(d-1)
百米钻孔瓦斯极限抽放量(m3)
煤层透气性系数
(m2/Mpa2·d)
容易抽放
0.003
>14400
＞10
可以抽放
0.003～0.05
14400-2880
10～0.1
较难抽放
＞0.05
<2880
＜0.1

3煤层瓦斯抽放方法设计
3.1抽放方法的比较和选择
（1）抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定：
a.按抽出瓦斯来源分：本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采。
b.按被抽采煤层的卸压状况分：原始煤体未卸压预抽瓦斯；煤层卸压后抽瓦斯。
c.按抽采瓦斯源的汇集工程方法分：抽采瓦斯钻孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯钻孔巷道综合法。
根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：
a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道；
b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件；
c)有利于提高瓦斯抽放率；
d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；
e)尽量采用综合抽放；
f)抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。
瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：
（a）分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。
（b）抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：
分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。
矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。
一套抽放瓦斯系统难以满足要求。
根据本煤层的特点，我们选取抽采瓦斯钻孔法，而钻孔抽采瓦斯的方法又有穿层钻孔抽采瓦斯、顺层钻孔抽采和边采边抽。
(2)瓦斯抽放方法的比较和选择
根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件，我们最终选择顺层钻孔抽采，因为顺层钻孔抽采的适用条件是：①单一煤层；②煤层透气性较小但应有抽放可能；③煤层赋存条件稳定，地质变化小；④钻孔要提前打好，有较长的预抽时间；⑤突出危险煤层（密集钻孔），而我们要设计的煤层就是单一煤层但应有抽放可能，煤层赋存条件稳定，地质变化小，有突出危险的煤层。
3.1.1 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 80-100m；
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.
3.1.2 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大,采用先抽后掘比较合适。
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。
3.1.3 回采工作面高位抽放
采用高位抽放就把回采工作面上部煤层中和部分采空区中的瓦斯通过钻孔和瓦斯抽放管道排放到地表或井下回风巷中。 图3-3为回采工作面高位钻孔布置示意图。

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抽放施工
3.2.1抽放钻孔布置
1.钻场钻孔布置
(1）一般规定
1)钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔，保证抽放效果。
2)尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场。
3)对开采层未卸压抽放，除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外，应尽量增大钻孔的见煤长度。
4)邻近层卸压抽放，应将钻孔打在采煤工作面所形成的裂隙带内，并避开冒落带。
5)强化抽放布孔方式应根据所采取的措施确定，除应取得好的抽放效果外，还应考虑施工方便。
6)采取边采边抽时，宜让钻孔方向与开采推进方向相迎，避免采动首先破坏孔口或钻场。
7)钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理。
8)穿层钻孔终孔位置，应在穿过煤层顶（底）板0.5m处
9)穿层钻孔抽放，钻孔见煤点间距参照数据：容易抽放煤层15～20m；可以抽放煤层10～15m；较难抽放煤层8～10m。
10)顺层抽放钻孔的吨煤钻孔量（m/t）：

表4—1 吨煤钻孔量 m/t
煤层类别
薄煤层
中厚煤层
厚煤层
容易抽放
0.05
0.03
0.01
可以抽放
0.05～0.1
0.03～0.05
0.01～0.03
较难抽放
＞0.1
＞0.05
＞0.03

2.钻场布置
根据具体条件，钻场位置选定于开采煤层的回风巷道内。钻场位于回风巷的优点是钻孔长度比较短，因为工作面上半段的围岩移动比下半段好，再加上在瓦斯的浮力作用下，抽出的瓦斯比较多；可减少工作面上隅角的瓦斯积聚；打钻与管路铺设不影响运输；抽放系统发生故障时，对回采影响较小，回风巷道内气温较稳定，瓦斯管内凝结的水分比较少。缺点是打钻时供电、供水和钻场通风都比运输巷道内困难，巷道的维护费用增大等。
3.钻孔布置形式
根据选定煤层抽放方法选择平行钻孔。

3.2.2 抽放钻孔参数确定
(1)钻孔直径
钻孔直径大，暴露煤壁面积就大，瓦斯涌出量相应也大，但二者增长并非线性关系，在煤层条件不同的情况下，瓦斯涌出量并不随孔径的增大而成比例增大。据测定结果，孔径由73mm提高到300mm，钻孔的暴露面积增至4倍，而钻孔抽放量仅增至2.7倍，而日本赤平煤矿孔径由65mm增至120mm ，抽放瓦斯量增加到3.5倍。孔径应根据钻机性能，施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定，目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为60～110mm。根据本煤层的特性，选取钻孔直径为90mm。
（2）钻孔长度
据实测结果，单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系，因此在钻机性能与施工技术水平允许的条件下，尽可能采用长钻孔以增加抽放量和效益。本煤层的倾向长度为120m，为了达到好的抽放效果，我们把钻孔从进风巷和回风巷顺煤层打入，进风巷打入的钻孔的长度为60m，回风巷打入的钻孔的长度为70m。
(3)钻孔间距与抽放时间
2号煤层透气性系数λ＝0.0276（m2/MPa2.d)，根据表3-2，我们选取钻孔间距为3m。

表3-2 钻孔间距选用参考值表
煤层透气性系数
(m2/(MPa2•d))
钻孔间距(m)
备 注
＜10-3
---
先采取卸压增透措施后，才能抽放
10-3～10-2
2～5
10-2～10-1
5～8
10-1～10
8～12
＞10
＞10

根据课程设计给的条件，我们可知抽放时间为一年。
(4)抽放负压与封孔长度
钻孔抽放负压一般选用13.3～26.6kPa(即100～200mmHg)，但最低不宜小于6.7kPa（50mmHg）。一些矿井提高抽放负压，抽放瓦斯量增大，但是也有的矿井抽放负压增加，抽放量变化不大。
封孔长度既应保证不吸入空气又应使封孔长度尽量缩短，一般情况下岩孔应不小于2～5m，煤孔应不小于4～10m。
3.3封孔方法
3.3.1《设计规范》规定
1.钻孔封孔设计
应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。
2.封孔方法选择
应根据抽放方法及孔口所处煤（岩）层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜地选用新方法、新工艺、并应符合下列要求：
（1）岩壁钻孔，宜采用封孔器封孔。
（2）煤壁钻孔，宜采用充填材料进行压风封孔。
3.封孔材料选择
应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等新型材料。
4.封孔长度Lf
应根据钻孔孔口段煤（岩）性质、裂隙发育程度及孔口负压等因素确定，并应符合下列要求：
（1）孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时，封孔长度可取3～5m。
（2）孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压很高时，封孔长度可取5～8m。
（3）对于在煤壁开孔的钻孔，封孔长度可取8～10m。
（4）采用聚氨酯封孔选择长度，表4—2。

表4—3聚氨酯封孔参数

封孔材料
钻孔条件
钻孔深度/m
封孔段长度/m
聚氨酯
孔口段较完整
3～5
0.8
聚氨酯
孔口段较破碎
4～6
1.0

3.3.2抽放钻孔封孔方法的确定
根据工作面煤层性质和选择的瓦斯抽放方法，拟定采用聚胺脂封孔方法。封孔长度Lf=10m。

4工作面瓦斯抽放系统
根据矿井现阶段生产布局和今后生产发展规划的需要，提出矿井瓦斯抽放系统方案。通过“科学合理、安全可靠、经济效益”的优化设计比较，确定出最佳实施方案。
4.1矿井永久抽放系统
《矿井瓦斯抽放管理规范》规定：符合下列条件的矿井应建立永久瓦斯抽放系统：
（1）回采面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方式解决不合理的；
（2）矿井绝对瓦斯涌出量大于15m3min，年产量等于或小于40万t；
（3）矿井绝对瓦斯涌出量大于20m3/min，年产量等于或小于60万t；
（4）矿井绝对瓦斯涌出量大于25m3/min，年产量等于或小于100万ｔ；
（5）矿井绝对瓦斯涌出量大于30m3/min，年产量等于或小于150万ｔ；
（6）矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min；
（7）开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。
根据条件，本矿为煤与瓦斯突出危险煤层，所以本矿井应选永久抽放系统。
4.2工作面瓦斯抽放设施的配置和布置
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》，对瓦斯抽放管路有如下要求：
第5.4.1条：抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应符合下列要求：
抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直，转弯时角度不应大于50°；
抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m；
当抽放设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内；
尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁；
管径要统一，变径时必须设过渡节。
第5.4.2条：抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算，并与抽放设备能力相适应，抽放管路按安全流速为5~15m/s和最大通过流量来计算管径，抽放系统管材的备用量可取10％。
第5.4.3条：当采用专用钻孔敷设抽放管路时，专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm；当沿竖井敷设抽放管路时，应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。
第5.4.4条：抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算；局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10％～20％。
第5.4.5条：地面管路布置：
不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内；
主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合；
抽放管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距，应符合《工业企业总平面设计规范》的有关规定；
瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。
4.3抽放管路的计算和选择
⑴瓦斯抽放管径选择
选择瓦斯管径，可按下式计算：

式中 D—瓦斯管内径，m；
Q—管内瓦斯流量，m3/min；
V—瓦斯在管路中的经济流速，m/s，一般取V＝10~15m/s，在此取10m/s。
可得：

=0.24m

(2)选择
根据计算主管选择直径为Φ25无缝钢管, 壁厚可选择9mm或10mm.

5瓦斯泵选型
5.1抽放系统管道阻力计算
（1）摩擦阻力计算
计算直管摩擦阻力，可按下式计算：

式中 H——阻力损失，Pa；
L——直管长度，m；
γ——混合瓦斯对空气的密度比. γ=1-0.446c/100=0.91
c——管路内瓦斯浓度，此处c取20
Q——瓦斯流量，m3/h；
D——管道内径，cm；
k0——系数，见表5-1；

表5-1 不同管径的系数K0值
通称管径(mm)
15
20
25
22
40
50
K0值
0.46
0.47
0.48
0.49
0.50
0.52
通称管径(mm)
70
80
100
125
150
>150
K0值
0.55
0.57
0.62
0.67
0.70
0.71
则：
L=900+1800+1800=4500m

=9.8×（900+1800+1800）×0.91×（26.3×60）2/（0.71×1000×255）
=14.4（KPa）

（2）局阻力计算
管路系统的局部阻力Hr一般不进行个别计算，其一般为摩擦阻力Hz的10%～20%，即
Hr=（10%～20%）Hi
按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力Hr
Hr=Hz×15%=2.16KPa
（3）抽放管道总阻力
Hc=Hz+Hr+Hf
Hc——瓦斯抽放管道总阻力
Hz——管路摩擦阻力
Hf——抽放瓦斯管口处负压取8 kPa
Hc =14.4+2.16+8=24.56 kPa
（4）瓦斯压送及管路总阻力
地面瓦斯压送及管路总阻力取经验数值5kpa
5.2瓦斯泵流量和压力计算
⑴瓦斯泵流量计算
抽放瓦斯泵流量必须满足抽放系统服务年限之内最大抽放量的需要。

式中 ——抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min；
——矿井瓦斯最大抽放总量（纯量），m3/min；
X——矿井抽放瓦斯浓度，％；
η——瓦斯抽放泵的机械效率，一般取0.8；
K——备用系数，K=1.2。

= 100×10.51×1.2/（20×0.8）
=78.83m3/min

（2）瓦斯泵压力计算
瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起，经抽放管路到抽放泵，再到释放点所产生的全部阻力损失。
Hp= (Hc+Hv)kB
Hp——瓦斯泵的压力
kB——备用系数，一般取1.2
Hp =(24.56+5) ×1.2=35.472kPa
5.3瓦斯泵选型确定
(1)瓦斯泵类型：
目前国内使用的瓦斯泵类型主要有：
a．离心式鼓风机；
b.回转式鼓风机(包括罗茨鼓风机、叶式鼓风机、滑板式压气机等)；
c.水环真空压缩机；
d.往复式压气机(只用于地面正压输送瓦斯)。
(2)根据比较选用水环式真空压缩机
1、真空度高,且可正压输出;
2、工作水不断带走气体压送时产生的热量,泵题不会升温发;,当抽出瓦斯浓度达到爆炸界限时,也没有爆炸危险;
3、结构简单,运转可靠,平稳,供气均匀;
4、将负压抽出和正压输出合二为一,一般不需另设正压输出设备
5、单机瓦斯抽出量由1.8~450 m3/min,适用范围广,煤层透气性低,管路阻力大,需要高负压抽放的矿井;
6、适用于负压抽出瓦斯;
7、适用于瓦斯浓度经常变化的矿井,特别适用于浓度变化较大的邻近层抽放矿井
结合上述情况，选择SK一85型水循环式真空泵，其吸入负压气量在54.5-85m3/min，泵的压力为650mmHg，均大于设计要求，符合条件，满足使用要求。适用于此工作面的瓦斯抽放系统。
根据SK一85型水循环式真空泵的转速365r/ mi n和功率130KW，选择合适的电动机与之配合。

5.4附属装置
1.阀门
在瓦斯总和、分管、支管等需要的点，都必须设置阀门，以便调节各个抽放区抽放量、浓度和负压。此外阀门还用于管路维修、更换、连接时的局部关闭系统。矿井抽放瓦斯管路常用阀门有闸阀、蝶阀和截止阀等。
2.放水器
瓦斯管路中的水需要定期或随时排出，以防止管中积水过多影响瓦斯流动，常用的放水器有人工放水器和自动放水器等。
3. 管路防爆、防回火装置：
为了防止管路万一损坏漏气、堵塞、突然停泵时遇到火源、电缆漏电等情况下引导瓦斯爆炸，《煤矿安全规程》规定瓦斯管路必须设置防回火、防爆炸装置。
（1）水封式防爆、防回火器：该装置在正常抽放时，瓦斯通过水封被抽出，一但发燃烧或爆炸，爆炸波和火焰被水封隔绝，同时防爆盖胶板被冲开或破裂，爆炸能量被释放，从而可保护泵站的的安全。
（2）钢网式防爆、防回火器，该装置是通过利用钢网散热隔绝火焰传播，适用于瓦斯输出管路中
4. 计量装置及抽放参数测定
在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安装一套WYS型管道气体参数监测仪, 计量各支管的瓦斯流量。在抽放系统的主管道和各支管上安装一套WYS型管道气体参数监测仪,计量整个抽放系统的瓦斯抽放量。应用便携式孔板流量计测定单孔瓦斯流量。
也可以使用板流量计来测定管道中气体的流量。在使用孔板流量计时要注意孔板与瓦斯管道的同心度, 不能装偏。在钻场内使用孔板流量计时, 应保证孔板前后各1m段平直, 不要有阀门和变径管。 在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时, 应保证孔板前后各5m段平直, 不要有阀门和变径管。
测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计, 测定抽放管路中的抽放负压可采用水银计, 抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。
孔板流量计两侧的测压孔使用胶管分别与U形压差计(煤矿自备,长800mm)连接。根据水银压差计测定的负压, 压差和高浓度瓦斯检测仪监测的抽放管路内的瓦斯浓度就可以通过公式来计算瓦斯抽放量。
除孔板流量计外, 也可以使用煤气表或瓦斯抽放管道监测系统作为流量测量装置。煤气表的量程应根据预计的单孔瓦斯流量确定。一般本煤层预抽钻孔使用J2.5型煤气表, 其最大允许的瓦斯流量为66L/min, 最小流量在1L/min以下。
测仪器的主要特点是: 1)仪器本身自带涡街量传感器, 自成一体, 无需另外配备孔板, 均速管道或皮托管, 流量系数直接固化在软件中, 用户无法改变, 这可避免因输错系数而造成测定数据不准确的问题。2)使用方便. 用户只需要软管与仪器连接好既可进行测量工作。3)阻力损失小, 对气体流场影响小。 4)稳定可靠, 测量精度高。

6 工作面瓦斯抽放安全技术措施

6.1主要安全技术措施
(1)在瓦斯抽放系统运行前, 必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面细致的检查, 包括水电闭锁, 风电闭锁, 供水和排水系统等;
(2)瓦斯抽放泵运行前, 应在负压侧低洼点安装负压放水器;
(3)管路在使用前用压风冲刷, 安装过滤网;
(4)瓦斯抽放泵在运行过程中, 抽放泵司机应认真观察运行情况, 做好记录, 发现异常即使处理, 并向调度室汇报;
(5)应确保有取得合格证的专门瓦斯抽放泵司机值班;
(6)加强抽放地点的管理;
(7)抽放地点设立专门的记录牌, 记录瓦斯抽放数据;
(8)瓦斯抽放泵20m范围内, 不得有明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配置4支干粉式灭火器和不少于0.5m3的黄砂;
(9)加强瓦斯抽放泵管路检查的维修;
(10)加强瓦斯抽放泵室的检查和管理, 必须配备: 《抽放泵司机岗位责任》，《抽放泵司机操作规程》，《瓦斯抽放管理制度》，《抽放系统图》，设备运行记录等;
(11)非工作人员不得进入瓦斯抽放泵室;
(12)瓦斯抽放泵的操作程序为:
开启:检查 à 供水 à 启动泵站 à 检查运行方向 à 检查水位 à 启动电机 à 打开阀门.
停泵:关闭闸门 à 停电机 à 停水
6.2具体安全技术措施
（1）应根据实际情况制定出如下安全措施：
a.抽放钻场、钻孔施工防治瓦斯措施。
b.管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施。
c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。
d.地面管路防冻措施。
（2）井下移动抽放瓦斯泵站，应遵从以下要求：
井下移动抽放瓦斯泵站应安装在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；已建永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可直接送至矿井抽放系统的管道内，但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合《煤矿安全规程》第一百四十八条规定。
移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安全措施，设置橱栏、悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30m以内被混合到《煤矿安全规程》允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止抽放瓦斯、进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。
井下移动瓦斯抽放泵站必须实行“三专”供电，即专用变压器、专用开关、专用线路。
（3）地面抽放瓦斯站安全措施
抽放瓦斯站安全措施，应遵从以下要求：
在一个抽放站内，抽放瓦斯泵及附属设备只有一套工作时，应备用一套；两套或两套以上工作时，其备用量可按工作数量的60%计。钻机备用量按工作台数的60%计；
抽放站位置应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等；宜设在回风井工业场地内，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m；
站房及站房周围20m范围内禁止有明火；
站房应建在靠近公路和有水源的地方；
站房应考虑进出管敷设方便：有利瓦斯输送，并尽可能留有扩能的余地；
抽放站建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级；
站房周围必须设置栅栏或围墙；
站房附近管道应设置放水器及防爆、防回火、防回水装置，设置放空管及压力、流量、浓度测量装置，并应设置采样孔、阀门等附属装置。放空管设置在泵的进、出口，管径应大于或等于泵的进、出口直径，放空管的管口要高出泵房房顶3m以上。
泵房内电气设备、照明和其它电气、检测仪表均应采用矿用防爆型；
站房必须有直通矿调度室的电话；
抽放站应有供水系统。站房设备冷却水一般采用闭路循环。给水管路及水池容积均应考虑消防水量。污水应设置地沟排放。
抽放瓦斯泵必须有前后防回火、爆炸、电气防爆、防静电措施。
抽放瓦斯站必须有防雷电、防火灾、防洪涝、防冻措施。
必须有抽放瓦斯浓度规定及在规定浓度下的防爆措施。
必须有安全管理措施。
参考文献
1.《矿井抽放瓦斯工程设计规范》(MT95018-96),中华人民共和国煤炭工业部,1997年.
2.《矿井抽放瓦斯管理规范》,中华人民共和国煤炭工业部,1997年.
3.《煤矿安全规程》,国家煤矿安全监察局,2004年.
4.《防治煤与瓦斯突出细则》,中华人民共和国煤炭工业部,1995年.
5.《通风安全学》（修订版），中国矿业大学出版社，2007年.
6. 某煤矿提供的通风,生产,瓦斯地质等相关资料.

致谢
本设计的完成，代表我的矿山安全技术课程学习暂时告一段落。在此，我要要感谢倪文耀老师，这一学期以来不仅教会了我很多矿山安全知识，而且教会了我很多做人、做学问的方式，倪老师待人和蔼、严肃治学的态度值得我的学习。我相信，这一学期矿山安全技术的学习，我将受益终身。在此，谨向倪老师表示我最真诚的感谢！
感谢我的舍友及同门，感谢我身边的每位朋友，感谢华北科技学院安全工程学院给我们安排了这么好的老师，培育之恩，恒久难忘。
目 录

第一章 总论 1
1.1项目提要 1
1.2结论与建议 3
1.3 编制依据 4
第二章 项目建设背景与必要性 5
2.1项目背景 5
2.2 项目建设必要性 7
第三章 市场与需求预测 8
3.1 优质粮食供求形势分析 8
3.2 本区域市场需求预测 8
3.3 服务功能 10
3.4 市场竞争力和市场风险预测与对策 10
第四章 项目承担单位情况 12
4.1 基本情况 12
4.2 主要业务范围和业务能力 12
4.3 人员构成 12
4.4 主要技术成果获奖情况及转化能力 13
4.5 现有基础和技术条件 15
4.6 资产与财务状况 16
4.7 项目技术协作单位情况 16
第五章 建设规模与产品方案 17
5.1建设规模确定的原则和依据 17
5.2建设规模及服务种类 18
第六章 项目选址与建设条件 19
6.1 项目选址原则与要求 19
6.2 项目建设用地情况 19
6.3项目用地位置 20
6.4自然与资源条件 20
6.5水资源优势 21
6.6 社会经济条件 22
6.7 粮田基本情况 22
6.8项目实施的有利条件 26
6.9 对环境的影响 26
第七章 工艺技术方案和设备选型 27
7.1 工艺技术方案 27
7.2 设备选型 29
第八章 项目建设方案与建设内容 32
8.1 项目建设方案 32
8.2 项目建设内容与规模 34
第九章 环境保护与安全生产 36