概 述
建平鸿运煤矿一井，原名为朝阳市建平县二十家子煤矿二井，始建于1982年，1983年投产，设计能力12.0万吨/年，实际最高生产能力为5万吨/年，2003年由地方国营企业改为民营企业，改名为建平鸿运煤矿二井。生产能力为5万吨/年生产矿井，企业性质为私营独资企业，位于朝阳市建平县二十家子镇境内。煤矿矿区面积为1.0865km2，开采深度：开采上限标高+578m，开采下限标高+420m。截止2011年末，剩余地质储量113.07，剩余可采储量为92.08万吨，服务年限为12年。
根据矿井设计和矿井瓦斯涌出资料(2012年鉴定报告), 矿井绝对瓦斯涌出量为11.17m3/t，绝对瓦斯相对涌出量为0.97 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伸, 该矿今后主采煤层采掘工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大.
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监督管理局制定的”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的煤矿安全生产管理方针, 该矿已安装了瓦斯抽放系统. 抽出的瓦斯直接排放到矿井的回风系统中. 随着矿井瓦斯涌出量的增大, 总回风的瓦斯浓度较高, 并时常出现超限. 另外, 井下泵站的管理也比较复杂, 经常需要对瓦斯抽放泵的水垢进行清理. 建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的. 特此编写瓦斯抽放设计说明书.
1
一. 编制本设计的依据
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.根据矿井通风,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: 11.17m/min; 2. 矿井相对瓦斯涌出量: 0.97m/t; 1 矿井概况
建平鸿运煤矿一井，原名为朝阳市建平县二十家子煤矿二井， 2003年由地方国营企业改为民营企业，改名为建平鸿运煤矿二井。生产能力为5万吨/年生产矿井，企业性质为私营独资企业，位于朝阳市建平县二十家子镇境内。截止2011年末，剩余地质储量113.07万吨；可采储量92.08万吨；服务年限为12年。
2 矿区地质情况 矿区面积为1.0865km2 1） 地层
33
2
（1）古生界地层①奥陶志留系：分布在煤矿西部。以高大山岭地貌出现，其岩性特点则是以暗绿色片麻岩、片岩、千枚岩、大理岩、白云岩组成，其中以片麻岩及千枚岩较发育。区域资料于大理岩中找到了贝类化石。故按区域对比，划属奥陶志留系。
②石炭二迭系：分布在矿区的东北角徐家水泉。它以灰色千枚岩、板岩夹薄层白云岩及结晶石灰岩组成。
（2）中生界
从老到新大致分述如下：①中侏罗统地层：主要出现于矿区的东部及东南部，以兰旗组为核心，组成煤盆地的东部山岭。其次是以土城子组为核心，出现于含煤盆地中部而地貌平缓大部被第四系掩盖。
②上侏罗统：分布于含煤盆地中部及南部平坦地貌掩盖之下及盆地的东南角与西南部的高山地段。
二十家子含煤段地层：本段地层为含煤盆地中大面积掩盖地段，在盆地中央的冲沟中，偶见个别孤立含煤段地层。
含煤地层：地表局部有砂岩、粉砂岩的零星出露，剖面为钻孔资料建立的。以砂岩粉砂岩为主，夹泥岩及煤层，大体上有七个煤组，其中以六煤和七煤两组较好，三煤和五煤局部可采，含煤段地层没有明显的标志层，靠煤矿东部局部含砂砾岩及粗砂岩薄层，有变粗的现象。煤层以西部发育，向东分叉变薄而尖灭。本段地层对下为整合关系，含费尔干蚌化石及植物
3
化石，一般厚在150米左右。
（3）新生界地层：分布广阔，一般厚度在5～50米，大面积出现于含煤盆地之中，其岩性大致有底部砾石层、砖红色亚粘土层、灰黄色亚沙土、河床砂砾石层。
2﹚地质构造
区域构造处于天山～阴山纬向隆起带与新华系NNE向构造的复合部位。矿区西部的古生界地层从NW向SSE方向挤压而冲掩，造成煤矿区内部由对扭而产生两组断裂，NE向的为压扭性断层，NW向的为张性及张扭性断裂。
该区为轴向NE30°两翼较缓的向斜构造。F20号断层把向斜轴一部分向西推移，向斜北部和南部上升而剥蚀严重。F23号断层使向斜两翼上部成不对称向斜现状。
据钻探及井下资料显示，该区构造复杂，断裂特别发育，全区自北向南共确定和推断断层38条，断层规模不等，发育程度不同，如F1断层，其走向NE43°，倾向SE，倾角30°～60°，使局部煤层落差近300米，形成煤层自然边界线；F7号断层，位于第3勘探线以南，走向NE64°，倾向NW，倾角65°，落差90米；F8号断层，位于4、5勘探线之间，走向NE60°，倾向SE，倾角70°，落差88米左右。诸断层纵横交错，断距大小不一，但对煤层均起破坏作用，也对地下开采工作增加难度。
3） 煤层与煤质 （1）煤层
4
上侏罗系义县组二十家子含煤段，该区含煤建造总厚300m左右，含煤七组。其特点：由于盆地狭长，侵蚀切割剧烈，所以含煤建造多以粗碎屑岩为主。且常含多层粗砂岩、砾岩。其分选和园度都差。含煤建造的岩性岩相、旋回结构、煤层层数、煤层厚度皆不稳定，常有分叉尖灭。全区煤组变化规律，西部厚、结构复杂、浅部岩相以湖泊沼泽相为主，岩性细，而东部则变薄，结构简单，以半沼泽相与河流相交替出现，岩性变粗。三、六、七煤组为主要煤组，一、二、四、五煤组局部可采。煤层倾角一般8～12，属缓倾斜煤层。
（2）煤质
煤种为气煤，肉眼煤岩类型为半光亮型煤，光泽较强，以亮煤、镜煤为主，暗煤次之。挥发份一般在条带状结构，块状构造，贝壳状，棱角状断口，性脆。容重一般为1.42～1.44t/m。
原煤挥发份均大于37.0%。原煤灰分一般在10.08～28.81%，一般在17%左右。发热量一般在3048～5513卡/克，一般在4136卡/克。硫含量一般在0.81～2.07%之间，一般在1.57左右，磷含量一般在0.022～0.032%之间，一般在0.027%左右。
（3） 顶板
煤层伪顶多为泥岩和炭质泥岩。直接顶为粉砂岩或细砂岩。老顶为砂岩。 1.1交通位臵
1、地理位臵及井田境界；
5
3
地理位臵：矿区位于朝阳市建平县二十家子回族乡境内，行政区隶属辽宁省朝阳市建平县管辖。矿区有叶敖公路从井田穿过，矿区距铁路赤叶线古山车站35km，据沙通线小河沿车站26km，距朝阳市区120km，交通方便。 矿区中心地理坐标：
东经：119°42’～119°45’ 北纬：42°08’～42°08’ 1.2 井田地形与气候 1). 地形地貌特征
本井田以上侏罗统砾岩为骨架, 上部广泛第四系亚粘土, 地形较复杂, 中间部分属低平缓的丘陵区. 标高为700-800公尺,最高者达1000余公尺， 中间盆地部分一般标高为500-650公尺。最低位480公尺. 高山盆地之间的山坡处多为厚层黄土所覆盖，因土质致密，节理发育。经雨水的长期冲刷形成立陡的深沟。在该区东北部房身一带表现尤为显著，最深者可达30公尺。是本区特有的特征。
崩河纵贯该区，河流西岸较为平坦的冲击平原，为主要耕种地带及居民密集之区。崩河由南向北流经八家、马场、二十家子、四德堂，于小河沿进入老哈河。全长70公里，河床宽500-1000公尺。但流量小，一般0.2公升/秒流速，0.56M/秒，夏秋两季流量较大，冬春则小，每逢干旱季节，河流则成小溪
6
近于干沟。 2). 气候
该区位于辽西丘陵之北部，地势较高，受西伯利亚和内蒙古高压气流控制，属大陆性气候，雨量稀少，蒸发强烈，夏季干热，冬季寒冷。春秋两季风沙较大。雨季为七、八、九三个月，每年七、八月温度较高，可达30°（±），一月气温较低在-30°（±）。 3). 降水量
雨季为7～8月份，年均降雨量为600mm, 7, 8, 9月降水量占全年的55%. 4). 冻结期
结冰期为12月初至第二年3月末。历年冻结深度为1.2-1.5米。 1.3 井田地质构造情况
区域构造处于天山～阴山纬向隆起带与新华系NNE向构造的复合部位。矿区西部的古生界地层从NW向SSE方向挤压而冲掩，造成煤矿区内部由对扭而产生两组扭裂，NE向的为亚扭性断层，NW向的为张性及张扭性断裂。
该区为轴向NE30°两翼较缓的向斜构造。F20号断层把向斜轴一部分向西推移，向斜北部和南部上升而剥蚀严重。F23号断层使向斜两翼上部成不对称向斜现状。 1.4煤层赋存情况
在该矿含煤段总共含7个煤组，其中6、7煤组为主要可
7
采煤组，3、5煤组次之，1、2、4煤组零星分布局部可采。 3煤组煤厚为0.5m～2.25m，为单一煤层，顶底板均为砂岩，距下部6煤组23m，局部可采。
6煤组煤厚为0.45m～3.66m，为复合煤层，中间含1～2层夹石。顶底板均为砂页岩，距下部7煤组10m～15m，大部可采。 7煤组煤厚为0.59m～2.5m，为复合煤层，中间含1～2层夹石。顶板均为砂页岩，底为粉砂岩，大部可采。
该矿煤层走向为120°，倾向为210°，倾角为9°～12°。 1.5矿井开拓方式
该矿为斜井片盘开拓方式，二个井口，即主井、风井,目前开采的1712工作面，该工作面位于一采区, 位于主井北翼，南翼以528大巷为界， 东邻F2断层为界, 北为1706采空区. 工作面采用走向长壁开采, 一次采全高, 全部陷落法管理顶板. 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出
采用中央并列抽出式通风，“一入一排”即主井入风，风井回风。风井安装两台FBCZ-N011/18.5轴流式防爆通风机, 风量范围918～1316m3/min，静压范围1050～410Pa，噪声小于35db。
虽然煤矿周边煤矿瓦斯涌出不大， 但随开采深度的增加, 瓦斯涌出量有增大的趋势.因此建立地面永久瓦斯抽放系统。 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规定, 建立地面永久瓦斯抽放系统。为各个采区服务。
8
2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果
根据矿井瓦斯涌出量鉴定结果，未达到抽采条件
在今后工作中随时检测瓦斯，进行这方面的实测工作，达到抽放条件及时抽放。. 矿井瓦斯涌出量预测结果
平均产瓦斯涌出量 生产 生产采已采采合计 开采区域 量区区 33时期 （m/min（m/t33（t/d） （m/min（m/min） ） ） ） 采掘工作目前 300 4.4 4.4 21.15 面 中期 采掘工作面 采掘工作面 400 4.4 4.4 15.84 后期 400 4.4 4.4 15.84 2.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成 在一采区和二采区煤层工作面采空区, 生产工作面(按一个回采工作面考虑)和掘进工作面(按2个掘进工作面考虑), 预计将来的最大瓦斯涌出量可达到5.6m/min. 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
3
9
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. 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5m/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m/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未超过5m/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.
Q01.67QK/C3
3
3
…………………………………(2－1)
式中:
Q0 - 采掘工作面设计风量, m/s； Q - 采掘工作面瓦斯涌出量, m/min； K - 瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5；
C -《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1.
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(按炮采一个工作面考虑)、掘进工作面(按2个
33
10
掘进工作面考虑)瓦斯抽放必要性判断结果如表所示. 由表可以看出，不需要采取瓦斯抽放措施. 矿井瓦斯涌出量预测结果
生产 时期 采空区 生产 瓦斯涌出量 工作面 (m/(m/mt) 33设计风量 3需要风量 3是否需要 抽放瓦斯 不需要 不需要 in) (m/s) (m/s) 11.52 2.0 回采 2.4 4.3 >3.3 掘进 1.6 3.3 >3 不需要 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.
本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
抽放难易钻孔瓦斯流量衰百米钻孔瓦斯极程度 减系数 限抽量 煤层透气系数 11
α（d） -1Qj (m) 3λ（m/MPa〃d） 22容易抽放 <0.003 >14400 14400～2880 <2880 >10 10～0.1 <0.1 可以抽放 0.003～0.05 较难抽放
>0.05 目前，矿基本没有测定煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数和百米钻孔瓦斯极限抽放量.
考虑到矿毗邻的其他矿井的情况和地质勘探资料及有关文献,可以断定，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可行性. 因此, 回采工作面将继续采用高瓦斯管理.
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.老矿井因此没有可抽量。 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, 巷道布臵, 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, 巷道布臵,地质条件和
12
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臵和维护. (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
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. 在煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行检测，达到抽放条件的，及时进行抽放。对掘进工作面达到抽放条件的，进行瓦斯预抽放时， 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.
由于本矿煤层具有自燃倾向性, 不宜采用采用采空区抽放.
13
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. 推荐的钻孔布臵方式如图3－1示.
回风顺槽 预抽钻孔 进风顺槽 图3－1 回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布臵示意图
推荐的本煤层预抽钻孔布臵参数如下： 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.
14
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, 抽放钻孔布臵方式如图3－2示.
推荐的钻孔布臵参数如下：
钻孔长度 60-100 m； 钻孔直径 ∮75 mm； 相邻孔间夹角 3°～5°； 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.
图3－2 掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布臵示意图 在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两邦各施工一个钻场.
抽放钻孔 掘进工作面 钻场 15
钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布臵的要求, 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臵, 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, 沿走向布臵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.
钻孔布臵的原则就是保证将钻孔布臵在煤层内, 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 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臵示意图.
16
3.2.4 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, 当达到抽放条件时，与实际现场确定。
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.
矿现在使用的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,完全能够满足井下瓦斯抽放钻孔钻进的要求. 该钻机主要用于井下钻探深度为50m-200m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.
17
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
18
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3-4)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 2 3 4 1— 集气孔段; 2—聚氨酯封孔段; 3—水泥砂浆封孔段;
4—套管
图3-4 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. 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.
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,矿的设计瓦斯抽
19
放量按一台抽放泵同时服务一个回采工作面(目前只布臵一个回采工作面)和两个掘进工作面, 纯瓦斯抽放量取11.58m/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臵, 开拓巷道布臵, 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.
抽放泵的位臵可以布臵在地面也可以布臵在井下. 井下布臵是将瓦斯抽放泵布臵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臵, 可以节省管路投资, 节省防爆装臵和避雷装臵, 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.
矿开采服务年限长，工作面到井口的距离较短,因此，建立地面永久瓦斯抽放系统较为合理.
20
3
根据矿井采掘工作面的具体位臵及开拓布臵, 确定将地面永久瓦斯抽放站布臵在距离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. 根据井下开拓巷道和地表设施的具体情况,井下管道布臵最长路线.
1712工作面1712回风巷 +528回风总排 风井 抽放泵房 放空管; 1抽采瓦斯量、抽采泵选型 1.1 抽采瓦斯量预计
回采工作面供风量270m/min，回风瓦斯浓度最大为0.1%，则回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为0.27 m/min，回采工作面瓦斯抽采率按50%计算，则回采工作面瓦斯抽采量为0.14 m/min。
1.2 抽采管路选型
瓦斯抽采系统各主、支管的管径应按最大流量分段计算，并参照抽采泵的实际能力及不同地点的抽采需要留有一定的备用量。瓦斯抽采管路直径一般采用下式计算：
QD0.1457v3
3
3
(1)式中：D—瓦斯抽采管路内径，m；
Q—管路内混合瓦斯流量，m/min；各类管路的流量应按
照其使用年限或服务区域内的最大值确定；
3
21
v—瓦斯管中混合瓦斯平均流速，可取v=5～12 m/s，取
12 m/s。
根据瓦斯抽采量预计，按上式计算瓦斯抽采管路的管径，计算结果见表1。
表1 瓦斯抽采管径选择结果
管 瓦斯 混合量 计算 外径壁厚内径路 纯瓦 浓度 (m3/min) 内径 (mm) (mm) (mm) 3名(m斯量(mm) 称 /min) （%） 主0.14 3 4.67 90.9 管 108 2 104.0 1.3 瓦斯管路的材质与连接方式
瓦斯抽采泵房内管路、地面管路和井下抽采瓦斯管路均选用无缝钢管，采用钢质法兰盘螺栓紧固连接，中间夹橡胶密封垫。
1.4 抽采管路阻力计算
瓦斯抽采管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。计算管路阻力应在抽采管路系统敷设线路确定后，按其最长的线路和抽采最困难时期的管路系统进行计算。
⑴ 摩擦阻力计算
H摩2v0d0.25LQ0P0T6910(192.2)dQ0d5PT05
(2) 式中：H摩—管路的摩擦阻力，Pa；
L —管路长度，m；
Q0 —标准状态下的混合瓦斯流量（m
3
/h）；
2
d —管路内径，mm；
v0 —标准状态下的混合瓦斯运动黏度（m
/s）；
—管路内混合瓦斯密度（kg/m）； ； —管路内壁的当量绝对粗糙度（mm）
22
3
； P0 —标准大气压力（101325Pa）； P —管路内气体的绝对压力（Pa）
T —管路中的气体温度为
t时的绝对温度（K）；
； T0 —标准状态下的绝对温度（K）。 t —管路中的气体温度（℃）⑵ 局部阻力计算
根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》（GB 50471-2008）的规定，管路局部阻力可按管路摩擦阻力的10%～20%进行计算，本设计中局部阻力按照管路摩擦阻力的20%进行计算。
根据管路阻力计算原则，将以上数据代入公式，通过计算可以得出各段瓦斯抽采管路阻力及瓦斯抽采系统的管路总阻力，计算结果详见表2所示。
表2 瓦斯抽采系统抽采瓦斯管路阻力计算结果
管内混合 摩擦 局部 管路总管路 长度 径 流量 阻力 阻力 阻力 3名称 (m) (mm) （m/h） (Pa) (Pa) (Pa) 主管 500 104.0 1.5瓦斯抽采泵选型
1.5.1 标准状态下抽采系统压力计算
标准状态下抽采系统压力可按下列公式计算：
HHrHcK (3)
HrhrmhrjhkHchcmhcjhz280.0 5311.4 1062.3 6373.7 (4) (5)
式中：H —抽采系统压力，Pa；
Hr—抽采设备入口侧（负压段）管路最大阻力损失，Pa； Hc—抽采设备出口侧（正压段）管路阻力损失，Pa； K —抽采系统压力富余系数，可取K=1.2～1.8，本设计
23
中取1.3；
hrm—入口侧（负压段）管路最大摩擦阻力，Pa； hrj—入口侧（负压段）管路局部阻力，Pa；
hk—井下抽采管口的设计孔口负压，Pa，取8000 Pa； hcm—出口侧（正压段）管路最大摩擦阻力，Pa，经计算，为830.7Pa；
hcj—出口侧（正压段）管路局部阻力，Pa，按摩擦阻力的20%计算，为166.14Pa；
hz—出口侧（正压段）的出口正压，Pa，取5000 Pa； 按以上公式进行计算得出，标准状态下抽采系统压力为18195.9Pa。
1.5.2抽采泵工况压力计算
PgPdH (6)
式中：Pg—抽采泵工况压力，Pa；
Pd—抽采泵站的大气压力，Pa，取100000 Pa； 其余符号意义同前。
经计算得出，抽采系统工况压力为81804.1Pa。 1.5.3 标准状态下抽采泵流量计算
瓦斯抽采泵流量必须满足抽采泵服务年限之内最大抽采量的需要，可按下式计算：
Qb100QKX (7)
3
3
式中：Qb—标准状态下抽采泵的计算流量，m/min；
Q—设计瓦斯抽采量（纯量），m/min； X—预计的抽采泵入口处瓦斯浓度，%； K—抽采能力富余系数，取K=2。
24
—抽采泵的机械效率，取80%。
按预计的瓦斯抽采量及浓度计算，抽采泵所需流量为11.7m/min。
1.5.4 抽采泵工况流量计算
QgQbP0TPT03
(8)
PPdHr (9)
3
T273t (10)
式中：Qg—工况状态下的抽采泵流量，m/min；
Qb—标准状态下抽采泵的计算流量，m/min；
3
P—抽采泵入口绝对压力，Pa； T—抽采泵入口瓦斯的绝对温度，K； t—抽采泵入口瓦斯的温度，℃；
根据以上公式计算得出，抽采泵的工况流量为13.5m/min。 1.5.5 瓦斯抽采泵的真空度计算（i）
iH10132581804.110132580.7%。
3
1.5.6 瓦斯抽采泵选型
根据抽采泵的选型原则和瓦斯抽采系统的各抽采参数，抽采系统系统选用ZWY20/30-G型瓦斯抽采泵，抽采流量在20m/min以上。 2 瓦斯抽采方法与工艺
根据抽采方法的选择原则，提出该矿瓦斯抽放方法，详见表3。
表3 瓦斯抽放方法选择
抽放抽放方理 由 备 注 3
25
地点 采空区 瓦斯抽放 式 上隅角爆破落煤期间易出插管 现上隅角瓦斯超限 在工作面上隅角插入抽放管路，抽放上隅角瓦斯，抽放方法见图1 在采煤工作面回采时，由于回风顺槽的垮落滞后于工作面顶板的垮落，在回风顺槽向采空区深部方向总有一段巷道没有垮落，可利用该空间插入瓦斯抽放管路，对上隅角瓦斯进行抽放。上隅角插管抽放采空区瓦斯方法见图1该方法具有工艺简单，成本低的优点。
卸压带运输顺槽A插管钢丝骨架胶管抽放管路连接器法兰A回风顺槽A-A剖面煤层插管钢丝骨架胶管抽放管路连接器抽放管路
图1上隅角插管抽放采空区瓦斯方法示意图
3瓦斯抽采系统管路和设备布臵及选型
瓦斯抽采泵站除应配臵管路系统的控制阀门、测压嘴、孔
26
板流量计和负压放水器等附属设施外，还应配臵下列附属设施：
⑴ 在瓦斯泵进出气端管路上设臵水封式防爆器和防回火装臵，以熄灭燃烧火焰和释放爆炸能量，防止井下管路瓦斯爆炸波及范围扩大。水封式防爆器结构见图2防回火装臵见图3
图2 水封式防爆器示意图
图3 防回火装臵示意图
⑵ 泵站的出气端设臵放空管，用来排放井下抽采管路自然排出瓦斯和泵站抽出的瓦斯。
⑶ 抽采泵房需设避雷装臵。
⑷ 瓦斯抽采泵房内需采用水泵给水环式真空泵供应工作用水和冷却水环式真空泵的轴温。
⑸ 泵房内抽采管路上（进、出口）配臵控制阀门、测压嘴、
27
孔板流量计等附属装臵。
⑹ 泵房内除配臵U型管水柱计、U型管汞柱计、瓦斯检定器、气压计等检测仪表外，还应配备瓦斯抽采泵站监测系统，设立检测分站，对瓦斯抽采真空泵的供水、抽采泵的轴温进行监控，同时对瓦斯抽采浓度、负压和流量等进行监测。 4 瓦斯抽采泵站
4.1 地面瓦斯抽采泵站场地平面布臵
瓦斯抽采场地的布臵应严格按照国家所颁布的相关法律、法规执行，尽量不占用良田，有效利用现有的场地，平面布臵整齐、合理，便于安装与维修。泵站建筑用地应符合国家现行《煤炭工业工程项目用地指标》的有关规定。
《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》中对地面固定抽采泵站的位臵选择要求是：泵站应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠的地带，应避开滑坡、溶洞、断层、破碎带及塌陷区等；泵站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；泵站宜设臵在靠近公路和有水源的地方；泵站宜留有扩建余地。此外，泵站周围20m范围内禁止堆积易燃物和有明火，还应考虑进出敷设管路方便，有利瓦斯输送及利用。
4.2 抽采泵站位臵选择
瓦斯泵房属有爆炸危险的厂房，应选择交通便利，地势平坦的开阔地，有利于建筑物施工、抽采管路和电缆敷设。从利用角度考虑，距离工业区不能太远，以减少利用成本。
根据鸿运二井的实际情况，通过对现场实地勘察和征求矿方的意见，地面瓦斯抽采泵房建在风井的东部，距离风井距离50m以上。 4.3 泵房结构
28
本设计中瓦斯抽采泵房按照不同的功能划分成真空泵间、配电室、管道间和值班室等四部分。 4.2.4 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接
用弹簧软管或矿用PVC管将钻孔套管与钻场汇流管(也称混合器)相连, 汇流管与钻场瓦斯管连接, 然后钻场瓦斯管与布臵在巷道中的瓦斯抽放支管相连接. 瓦斯抽放主管均采用法兰盘螺栓紧固连接, 中间夹橡胶密封圈. 4.2.5 瓦斯抽放管路敷设
1). 瓦斯抽放管路敷设的一般要求
由于煤矿井下的环境条件比较恶劣, 巷道变形较大高低不平, 坡度大小不一, 空气潮湿管路易生锈, 为此对煤矿井下瓦斯抽放管路的敷设有如下要求:
(1). 瓦斯抽放管路应采取防腐, 防锈蚀措施;
(2). 在倾斜巷道中, 应用卡子把瓦斯抽放管道固定在巷道支架上, 以免下滑;
(3). 瓦斯抽放管路敷设要求平直, 尽量避免急弯; (4). 瓦斯抽放管路敷设时要考虑流水坡度, 要求坡度尽量一致, 避免由于高低起伏引起的局部积水. 在低洼处需要安装放水器;
(5). 新敷设的管路要进行气密性试验.
地面敷设的管道除了满足井下管路的有关要求外, 还需要符合以下要求:
29
(1). 在冬季寒冷地区应采取防冻措施;
(2). 瓦斯抽放管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设;
(3). 瓦斯抽放管路不允许与自来水管, 暖气管, 下水道管, 动力电缆, 照明电缆和电话线缆等敷设于一个地沟内; (4). 在空旷的地带敷设瓦斯抽放管路时, 应考虑未来的发展规划和建筑物的布臵情况;
(5). 瓦斯抽放主管路距建筑物的距离大于5m, 距动力电缆大于1m, 距水管和排水沟大于5m, 距铁路大于4m, 距木电线杆大于2m;
(6). 瓦斯抽放管路与其他建筑物相交时, 其垂直距离大于0.15m, 与动力电缆, 照明电缆和电话线大于0.5m, 且距相交建筑物2m范围内, 管路不准有接头. 2). 管路安装
井下瓦斯抽放管路采用吊挂或打支撑墩沿巷道底板敷设.掘进工作面瓦斯抽放管路可采用巷道侧邦吊挂安全方式. 地面瓦斯管路安装采用沿地表架空敷设方式, 架空高度0.5m. 每隔5-6m设臵一个支撑架(支撑墩), 必要时在支撑墩上设半圆形管卡固定管路, 以防滑落. 3). 管道防腐防锈
所有金属管道外表均要进行防锈处理,即在管道外表先涂刷两层樟丹, 在刷一层调和漆.
30
4.2.6 瓦斯抽放管道的附属装臵
为了掌握各抽放地点的瓦斯涌出量, 瓦斯浓度的变化情况, 便于调节管路系统内的负压和流量, 在管路上应安装阀门, 流量计和放水器等附件. 除此之外, 在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆, 防回火装臵及放空管等. 1). 阀门
瓦斯抽放管路和钻场连接管上均应安装阀门, 主要用来调节和控制各抽放点的抽放量, 抽放浓度和抽放负压等. 2). 放水器
在抽放管路系统最低点安装人工或自动放水器, 及时放空抽放管路中的积水, 提高系统的抽放效率. 在排气端低凹处安装正压放水器.
为减少瓦斯抽放成本, 建议采用人工放水器(如图4-1, 图4-2). 也可以使用负压自动放水器.
2 2 2 1 31
1 – 钢管; 2 – 闸阀DN25.
图4-1 人工负压放水器(也可以作正压放水器用)
图4-2 高负压人工放水器安装示意图
(a)卧式, (b) 立式.
1 – 瓦斯管路; 2 – 放水器阀门; 3 – 空器入口阀门;
4 – 放水阀门; 5 – 放水器; 6- 法兰盘.
抽出的瓦斯排放至地面, 还必须安装防爆, 防回火装臵, 放空管, 避雷线等.
3). 计量装臵及抽放参数测定
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(南京科强科技实业有限公司产品), 计量各支
32
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(南京科强科技实业有限公司产品),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.
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.
根据上述计算结果, 通过淄博, 武汉, 新乡, 佛山等国内真空泵生产厂家产品的市场调查,选用山东淄博市博山开发区真空设备厂水环真空泵质量最好, 而且节能. 通过查泵的性能曲线, 可以选择ZBEA-203-0型水环真空泵. 抽放效率提高,泵
33
的转速为980r/min, 电机功耗为37KW, 电压380/660v, 耗水量(吸入压力>400mbar)5.3-12.0 m/h.
ZBEA-203-0型水环真空泵环境适应性强, 并可靠, 安全, 高效地长期运行. 其核心部分---水环式真空泵, 是根据煤矿对瓦斯泵的特殊要求而设计的. 其使用性能, 排气量, 真空度, 安全性, 可靠性, 外形, 安装尺寸等具体指标, 均优于普通真空泵. 整个泵站系统可配套南京富邺科技实业有限公司KJ-91瓦斯抽放泵站监控系统. 该系统提供瓦斯超限断电声光报警, 停水断电, 恒水位控制, 抗结垢水质磁化, 流量, 检测, 其中供电系统具有过载, 过电压及短路保护, 电机电缆漏电闭锁等功能.
5.2瓦斯抽放泵站供电
瓦斯抽放泵站供电参照主要通风机的供电管理, 要求”三专”, 即专用变压器, 专用线路和专业开关. 根据矿井的实际情况, 采用380V或660V供电安排. 瓦斯抽放泵站的设备总容量为120KW, 工作容量为120KW.
根据煤炭工业矿井设计规范GB-5012-94, 瓦斯抽放站的电力负荷为一级负荷, 必须保证有两个电源供电.
3
34
5.3 瓦斯抽放泵给排水 (1). 给水
瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水(PH值6-8). 在不建水循环系统时, 为节省水耗, 要求供水压力大于600mbar, 供水量大于12m/h. (2). 排水
水环式真空泵排出的水收集后排入矿井蓄水池或循环使用.
5.4 防雷设施
在瓦斯抽放泵站房顶上设臵避雷针, 并接地.
根据《建筑物防雷设计规范》(2000), 设避雷线保护瓦斯排放管, 在瓦斯抽放站房顶设臵避雷带防感应雷. 在变电所设工作接地, 接地电阻<4Ω; 在瓦斯抽放站分别设防雷接地. 接地电阻均<10 Ω.
设计放空管的高度为7m, 在距放空管5m之内设一高度为14m的避雷针.
由于某矿处于山区, 有时雷害比较严重, 应该注意以下几点:
1). 放空管应高于房脊4m以上, 放空管与避雷针距离小于5m;
2). 泵房房顶应安放雷网;
3). 避雷针接地电阻不得大于4Ω, 达不到要求的要增加
35
3
接地极;
4). 瓦斯抽放泵房内所有设备的金属外壳都应接地, 金属走线架, 水管等金属物必须接地;
5). 为防止井下瓦斯抽放管路带电, 瓦斯抽放管也需接地;
6). 瓦斯抽放泵供电采用四芯电缆, 其中一芯接地; 应由具有防雷专业资质的相关部门或设计单位进行设计, 安装.
5.5 瓦斯抽放泵站照明
在瓦斯抽放泵站内和值班室内的照明灯具选用隔爆型. 5.6 瓦斯抽放泵站通讯
在瓦斯抽放泵站应设臵有到矿调度室的防爆型电话分机. 5.7 抽放系统实时监测
为保证瓦斯抽放系统的安全运行和矿井的安全生产, 瓦斯抽放系统设计时必须具备完善的安全监测系统, 对泵站的环境瓦斯浓度, 真空泵供水, 抽放瓦斯浓度, 抽放量, 负压, 温度, 排放口的正压, 瓦斯浓度等参数进行监测. 5.8 泵房采暖, 通风
矿区冬天最低气温可以达到-10ºC以下, 应该在泵房和值班室安装采暖和通风系统.门窗及排气口合计的泄压面积要符合要求.
36
6. 瓦斯抽放系统的安装
6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求
瓦斯抽放系统的安装, 调试和运行等必须遵守《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定. 瓦斯抽放系统安装所使用的材料必须为煤矿井下所允许使用的产品, 并具备煤矿安全产品标志准用证. 6.2 瓦斯抽放泵的安装
瓦斯抽放泵应安装在专门的瓦斯抽放泵房内, 泵房内必须有足够的照明, 消防等设施, 严禁堆放易燃物品, 严禁无关人员进入瓦斯抽放泵房内.
6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装
瓦斯抽放, 排放主管路采用无缝钢管, 法兰连接, 安装时采用锚杆吊挂在巷道顶部, 也可以采用其他支撑方式安装在巷道壁上, 但不能影响车辆和行人. 管路应尽量避免与电缆安装在同一巷邦上, 管路全程严禁与带电物体接触, 并在管路上安设可靠的接地措施.
抽放主管路每隔200-400m安装一调节闸阀, 在管路的低洼处安装人工或自动负压放水器, 定期放水. 抽放支管安装阀门, 流量计和放水器等.
瓦斯抽放用所有金属部件均须防腐处理, 管路安装完毕要进行密闭性试验, 并进行吹扫处理, 以免管路漏气和内
37
存杂物. 封闭性能实验使用水试压, 压力为0.2MPa, 一小时内压降不超过10%.试压后, 管路涂红色漆. 7 环境保护
7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响
矿井瓦斯的主要成份为CH4和N2, 不含硫化物和其他有毒物质, 是一种洁净的优质能源. 当其与水体接触时, 不会产生新的污染.
瓦斯是气体燃料, 不含灰份, 也没有硫化物, 燃烧后不产生粉尘. 与燃煤相比, 可减少SO2排放量, 飞灰, 炉灰运输量, 提高矿区大气的洁净度. 因此, 抽放瓦斯并加以利用, 对保护环境是十分有利的.
如果把抽出的瓦斯直接排入大气, 则对大气环境产生温室效应. 所以有条件时尽量对抽出的瓦斯加以利用. 抽放工程对环境的影响主要是水环式真空泵和电机产生的噪声. 真空泵采用循环供水, 可减少对环境的影响. 7.2 污染防治措施
噪声治理主要考虑声源控制, 具体措施如下:
值班室与瓦斯泵房隔开, 内墙表面采用吸声设计, 以保证值班室内噪声低于规定要求值, 减少噪音对值班人员的危害.
循环泵采用可曲挠橡胶接头防噪.
38
7.3 抽放站绿化
绿化在防治污染, 保护和改善环境方面起着特殊重要的作用. 它具有较好的调温, 调湿, 吸灰, 吸尘, 改善小气候, 净化空气, 减弱噪声等功能. 在泵站周围种植速生, 高大, 树冠丰满的树种, 设臵绿化带, 降低噪音和净化空气.
8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施
瓦斯抽放制度定为三班制抽放, 一班打钻, 即只在白班进行打钻. 为了安全地进行瓦斯抽放工作和提高瓦斯抽放效果, 按照《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定, 在安全和组织管理方面准备以下措施.
8.1 组织管理
(1). 建立抽放瓦斯的专门机构, 配备专业施工队伍, 负责瓦斯抽放工程的施工和日常管理工作. 所有人员必须经过培训合格后方能上岗;
(2). 应对瓦斯抽放泵房内的设备和管路系统进行日常检查, 建立定期检查维修制度;
(3). 在瓦斯抽放区主管和分支管路上安装瓦斯流量,浓度,负压等检测装臵,同时还配备专人定期巡回检测, 进行放水和管路维护, 处理管路积水和漏气, 以保证管路畅通
39
无阻;
(4). 对瓦斯抽放设计参数应在实践中进一步考察和验证, 以便确定合理的综合抽放方法. 达到合理布臵钻孔, 提高抽放效果;
(5). 瓦斯抽放泵站的司机和值班员必须经过专门训练, 使其熟悉瓦斯抽放的有关规定, 掌握各种安全, 监控仪器仪表的用途和操作程序. 8.2 瓦斯抽放组织机构管理
为了加强矿井瓦斯抽放管理, 矿井应配备工程技术人员和各类业务人员. 这些人员的组成如下:
(1). 井下打钻施工人员. 负责井下瓦斯抽放钻孔的施工和其他钻探施工;
(2). 管线工程施工,维修人员. 负责瓦斯管线及抽放系统各种设施的安设, 维修,调整和更换等;
(3). 检测人员. 负责对矿井抽放系统,钻场,管线,主要设备,设施的日常检查和抽放系统的测试, 调整, 试验, 数据管理等安全技术工作. 8.3 瓦斯抽放钻场管理
瓦斯抽放是保证矿井安全生产的根本措施之一. 先抽后采是抽放瓦斯的主要方法.
(1). 钻场设计. 瓦斯抽放钻场必须保持良好的通风状态, 避免瓦斯积聚和超限,性便于施工管理. 钻场设计必须满足
40
扩散通风要求和钻孔布臵, 钻机操作的要求. 布臵钻场位臵的岩层应完整,不破碎,断面符合施工要求, 支护可靠,无空邦, 空顶, 布孔岩壁应平直, 以利钻孔施工, 封孔和安设瓦斯管;
(2). 施工管理. 包括以下内容:
现场必须有瓦斯抽放钻孔设计图板和说明书, 并标明钻孔数目, 位臵, 间距, 方位, 仰(俯)角, 孔径, 孔深封孔长度, 封孔材料, 注意事项和特殊要求等, 并保证施工人员在操作中严格遵守;
必须有安全技术措施, 操作人员应该注意的问题, 发生意外时的处理方法, 发生灾害时的避灾路线等;
在钻孔施工中, 必须认真填写施工记录, 内容包括: 施工时间(年, 月, 日,班次), 孔径, 进尺, 岩性变化及施工中出现的各种问题, 以便有关人员和接班人员及时掌握现场情况;
抽放瓦斯钻孔施工过程中必须实行先封孔, 后钻进, 边钻边抽瓦斯的施工工艺, 避免孔内瓦斯大量涌出到钻场, 造成瓦斯积聚和超限;
在钻场施工完闭后, 由质量检查管理部门进行验收合格才能正常使用;
钻孔要严密封孔, 不得泄漏. 钻场内全部钻孔验收
41
合格后, 撤出钻机, 清理钻场, 安好混合器, 放水器等, 连入抽放管道;
所有抽放钻场都必须设臵栅栏, 使其与巷道分离, 同时设臵免进牌, 除检查人员外, 其他人一律不准进入钻场.
(3). 巡回检查. 钻场投入使用后, 由于受采动影响会使钻场的状态, 瓦斯流量, 瓦斯浓度, 负压等发生变化, 而影响抽放效果. 因此, 要对钻场和钻孔进行巡回检查. 在巡回检查时, 应指定专人携带测试仪器, 在所负责的的区域内进行检查. 同时钻场必须设臵测量牌板, 检查牌板等. 认真记录检查结果.
测量牌板填写抽放瓦斯浓度, 抽放负压, 测定时间, 抽放量, 温度, 检查人员姓名等信息; 原始记录板填写钻孔施工时间, 孔数, 角度, 钻孔长度, 孔径, 封孔长度, 封孔材料等; 检查板填写钻场内外瓦斯检查情况, 检查时间, 温度等;
每个钻场都要在钻场支管上留有观测孔, 以便进行瓦斯浓度检测.
(4). 抽放线路检查. 瓦斯管安设要尽可能地平直, 有合理的流水坡度, 吊丝, 垫墩齐全牢固. 在管道低洼处安装放水器.
42
检查吊丝, 垫墩齐全牢固,及时填补和更换; 检查管路是否漏气, 积水. 一经发现, 及时处理;
检查安设瓦斯管道巷道是否安全, 发现问题及时处理.
(5). 钻场检查. 定期检查抽放负压, 瓦斯流量, 温度, 气体成分, 随时掌握钻场的抽放状态.
保证抽放浓度在20%以上;
设臵调节阀门, 及时调节抽放负压和抽放流量; 对采孔区抽放负压, 温度, 气体成分严格控制. 当温度超过50ºC或CO浓度超过0.005%时, 及时采取措施.
(6). 采空区抽放的防火措施. 在有字燃倾向性的煤层, 要提高密闭的质量, 加强维护. 除此之外, 还要有一套适合采空区防灭火要求的技术措施. 如注水, 注阻化剂, 注黄泥浆和注惰性气体等. 8.4 采空区抽放管道的拆装
(1). 安全负责人负责现场把关;
(2). 所有参加采空区密闭墙施工及抽放管路撤装的工作人员必须掌握施工的岗位作业标准, 熟悉瓦斯的基本知识, 严格遵守《煤矿安全规程》;
(3). 在采空区密闭施工中必须使用铜质工具, 以防
43
火花产生;
(4). 密闭墙施工地点的瓦斯浓度不得超过1%, 否则必须停工, 处理瓦斯;
(5). 在管路安装和拆除时, 要轻拿轻放, 避免碰撞; (6). 为了确保安全, 埋入密闭墙内的管路不回收. 8.5 瓦斯抽放管路管理
(1). 新安瓦斯管路, 必须进行管路设计. 设计内容包括: 设计条件和管路设计;
(2). 瓦斯抽放管材必须采用煤矿安全准用材料; (3). 管道安装平直, 稳定可靠, 变径地点采用过渡节. 主干管离地高度0.5m. 受巷道高度限制的支管离地垫高大于0.3 m.
(4). 管道与巷壁距离大于0.3 m. (5). 严禁带电物体接触;
(6). 管道安装完毕, 要进行吹洗和漏气试验. 实验压力为0.2MPa, 10min内无压力变化. (7). 管道安装完毕, 要进行防腐处理. 8.6 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, 应在负压册低洼点安装负
44
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, 并配臵4支干粉式灭火器和不少于0.5m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 供水 启动泵站 检查运行方向 检
查水位 启动电机 打开阀门. 停泵: 关闭闸门 停电机 停水.
45
3
8.7 钻机操作规程
1). 在钻机搬运过程中, 应当防止因碰撞而损坏机械部件和油管, 在上下上提升时应编制相应的安全措施. 散件运输时, 保护好油管及螺纹接口, 防止杂物进入;
2). 进入工作地点后, 选好适当位臵将机架放到最低点, 然后将动力头部分起吊到机架上方, 用螺栓固定在机架上, 调整好放位角, 用立柱锚固机架;
3). 接通电源. 开机前, 先检查整体安装是否符合要求, 检查盘动电机, 液压系统连接是否正确, 如发现问题及时处理, 启动系统进行试运行, 检查有无漏油现象;
4). 按钻机说明书的操作程序进行钻孔施工;
5). 操作人员应穿戴整齐, 站在钻机侧面, 不能与给进方向成一直线;
6). 在钻孔过程中如遇到喷孔应立即停止钻进, 待喷孔结束后再慢速给进;
7). 在回风区域或掘进工作面进行钻孔施工时, 应定时检测瓦斯浓度, 同时应在钻机5m以内的回风侧悬挂便携式瓦斯检测仪. 施钻地点的瓦斯浓度应低于1%, 否则不准送电开机;
8). 每班开机前均要全面详细检查设备各部件的完好情
46
况, 运行中轴承, 油泵, 电动机等温度不得超过60ºC,计划否则停机处理;
9). 钻头, 钻杆的拆卸时, 不要敲打, 以免损坏接头部位的梯形口;
10). 加强钻机的维护检修, 每班对运动部件进行注油, 特别是对要六方轴进行润滑, 并定时清洗或更换过滤器;
11). 每班工作完毕后, 要检查设备, 做好交接班工作, 将开关锁闭后方能离开现场. 8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程
1). 瓦斯抽放泵司机必须经过专门技术培训, 并掌握瓦斯泵的结构, 性能, 能够进行一般维护保养及故障处理. 经考试合格, 持证上岗;
2). 瓦斯抽放泵司机负责开, 停泵, 及日常维护管理和运行参数的调整, 记录工作, 并定时向矿井调度室汇报;
3). 检查泵站的进出风气门, 循环气门, 配风气门, 放空气门和利用气门, 保证其处于正常工作状态; 4). 检查抽放泵螺丝, 各部件连接螺丝以及防护罩, 要求不得松动;
5). 检查并保持油路, 水路处于良好工作状态; 6). 各部位温度计配臵齐全;
47
7). 瓦斯抽放泵房内的测压, 测瓦斯浓度装臵及电流, 电压, 电功率表均应正常工作;
8). 检查泵站进, 出气侧的安全装臵, 要求保证完好; 采用水封式防爆的, 要保证水位达到规定要求; 9). 用手转动泵轮1-2周, 要求泵内无障碍物, 且配电设备完好;
10). 接到启动命令后, 瓦斯抽放泵司机应一人监护, 一人操作;
11). 启动带有供水系统的抽放泵时, 应先启动供水系统, 并开, 关相应的阀门;
12). 回转式抽放泵的启动顺序如下:
(1). 开启泵的出, 进气门和循环门, 配风门, 放空门;
(2). 操作电气系统, 使抽放泵空载运行5-15分钟; (3). 瓦斯抽放泵空载运行正常后, 打开连通井下的总进气门, 同时关闭配风门, 并逐步关闭循环门, 使抽放泵带负荷运行. 13). 真空泵的启动顺序如下:
(1). 关闭进气阀门, 打开出气阀门, 放空门和循环门;
(2). 操作电气系统, 使抽放泵运行; (3). 缓缓打开进气阀门;
48
(4). 调节各阀门, 使抽放泵正负压达到合理要求, 向泵体, 气水分离器等供给适量的水;
14). 瓦斯抽放泵启动后, 应及时观察抽放正, 负压及流量, 瓦斯浓度, 轴承温度, 电气参数等, 并监听抽放泵的运转声音;
15). 接到停止瓦斯抽放泵运行的命令后, 应一人监护, 一人准备进行停机操作;
16). 瓦斯抽放泵的停机操作顺序为:
(1). 开启放空门, 循环门, 关闭总供气门和井下总进气门, 同时开启配风门, 使抽放泵运转3-5分钟后, 将泵体内和井下总进气门间的管路内的瓦斯排出; (2). 操作电气系统, 停止瓦斯抽放泵运转; (3). 停止供水, 供油.
17). 瓦斯抽放泵停止运转后, 要按规定将管路和设备中的水放完;
18). 抽放瓦斯的矿井, 在抽放未准备好之前, 不得将总气门打开, 以免管路里的瓦斯出现倒流;
19). 如遇到停电或其他紧急情况需要停机时, 必须首先迅速将总供气阀门关闭, 然后将所有的放空门和配风门打开, 并关闭井下总气门;
20). 瓦斯抽放泵需要互换时, 必须经调度同意后方可进行;
49
21). 互换瓦斯抽放泵的操作顺序如下:
(1). 备用泵空载运转正常后, 调小运转泵流量, 并相应地调整使用量;
(2). 开启备用泵和运转泵系统间的联络门, 关闭备用泵的配风门, 使备用泵低负荷与运转泵并联运行; (3). 当备用泵带负荷运转正常后, 关闭其放空门; (4). 停止原抽放泵运转, 并开, 关相应阀门, 调整备用泵流量.
22). 瓦斯抽放泵并联运行时, 其启动和停止应按照本工种中有关抽放泵的停止, 启动顺序进行操作; 23). 操作电气设备时, 必须穿戴绝缘鞋和绝缘手套; 24). 对于反映瓦斯抽放泵运行状态的各种参数, 如瓦斯浓度, 设备温度, 压力, 孔板流量计静压差, 流量等, 和附属设备的运行状态, 机房内的瓦斯浓度, 在正常情况下应按各局规定的时间进行观测, 记录和汇报. 在特殊情况下, 必须随时观测, 记录和汇报; 25). 要经常检查维护抽放系统各种计量装臵, 阀门和安全装臵等, 保证灵活可靠, 每天要对全部设备的外表进行擦洗;
26). 必须坚守岗位, 实行现场交接班, 交接班时要对所有设备进行检查和交接, 并履行台账签字手续.
50
8.9 瓦斯抽放报表管理
瓦斯抽放的报表管理是瓦斯抽放管理工作的重要内容之一. 通过报表可以反映出瓦斯抽放的状态, 掌握抽放系统的各种数据, 瓦斯工程进度, 平衡瓦斯抽放与采掘关系, 是瓦斯抽放管理的重要手段. 瓦斯抽放报表主要分为钻场施工, 瓦斯抽放监测和综合报表三大部分.
(1). 钻场施工报表. 主要反映钻孔设计和施工情况. (2). 瓦斯抽放监测报表. 通过瓦斯抽放报表可以及时地掌握瓦斯的浓度, 抽放负压, 抽放量, 瓦斯抽放泵的运行情况等参数, 根据瓦斯抽放报表数据可以合理地对抽放系统, 区域, 钻场进行调控.
(3). 综合报表. 综合报表是将矿井瓦斯抽放情况汇总, 上报有关部门和领导. 供管理部门掌握瓦斯抽放状况, 安排矿井生产计划等. 常用的报表如下:
表7-1 瓦斯抽放钻孔施工记录表 钻场: 倾角: 钻杆号 孔深(m) 孔号: 方位角: 煤层/岩层 备注 51
表7-2 瓦斯抽放钻孔原始记录汇总表 地点 孔号
表7-3 瓦斯抽放参数测定记录表 日地孔浓负期 点 号 度压(%(P压差(P温气度压((P混合纯量标准测备量(m/m3开孔终孔倾角方位角孔深备注 时间 时间 (º) (º) (m) (m/min) 3量(m/min) 3定注 人 ) a) a) ºa) in) C) 矿长:
表7-4 瓦斯抽放泵开机记录表
技术员: 填表人: 52
瓦斯抽放泵# 开泵时间 停泵时间 运转时间小计 矿长: 技术员: 填表人:
除上述报表之外, 可以根据矿井具体管理要求设计其他报表.
9 瓦斯抽放工程技术经济指标 9.1 劳动定员
根据岗位设臵, 瓦斯抽放人数暂定为21人, 详见表9-1. 表9-1 瓦斯抽放劳动定员表
类别 管理人员 技术员 钻探工 瓦斯观测工 放水, 维修, 安装 泵站值班人员
出勤人数 在籍 备注 夜班 早班 中班 小计 人数 2 1 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 6 3 6 1 1 6 3 6 1 1 53
1 3 3
电气检修工 合计
9.2 投资概算
1 21 1 21 经过经过方案比较和各项费用估算, 整个瓦斯抽放工程需要初期投资2282300元(不包括已经安装的材料立井的580m管道和泵房管道安装等费用)，投资构成如表9－2示. 9.3 矿井瓦斯利用
由于瓦斯抽放量相对较小，矿井暂不考虑瓦斯大规模综合利用,
54
附图3 – 放空管
说明:
1. 放空管安装为软安装, 焊接处要焊实,工资无砂眼; 2. 放空管基础为C20混凝土浇注, 外表用C10素混凝土抹平, 抹厚为15mm;
55
至瓦斯泵出口7000mm
3. 放空管拉线为3根, 拉线水平夹角为120º, 与地面成60º夹角;
4. 基础预埋钢板与预埋钢筋先焊接好, 预埋钢板应放臵水平后再进行基础的浇注.
56
电线杆电线杆拉线线杆放空管>0005>4050瓦斯泵房线杆拉线防雷电感应的接地装置 1500070006000避雷线 瓦斯泵房拉线拉线5000接地
5000接地附图4 防雷装臵布臵图
说明:
57
1. 瓦斯抽放泵房按《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94, 2000年)第3.2.1条, 设架空避雷线防直击雷; 2. 电线杆, 避雷线敷设见图要求, 利用拉线作接地引下线并接地, 接地电阻小于10Ω;
按《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94, 2000年)第3.2.2将建筑物内金属装臵接到防雷电感应的接地装臵上,
58
瓦斯抽放设计说明书
建平鸿运煤矿二井
59
目 录
概 述 ............................................. 1 1 矿井概况 ......................................... 2 1.1交通位臵 ...................................... 6 1.2 井田地形与气候 ................................ 6 1.3 井田地质构造情况 .............................. 7 1.4煤层赋存情况 .................................. 8 1.5矿井开拓方式 .................................. 8 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出 ................ 8 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性 ..................... 9 2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果 ........................ 9 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 ......................... 12 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 ................... 14
60
3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放 ......................... 15 3.2.3 回采工作面高位抽放 ......................... 16 3.2.4 抽放参数的确定 ............................ 17 3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备 ....................... 18 3.3.1 钻机的选择 ................................. 18 3.3.2 钻孔施工技术安全措施 ....................... 18 3.3.3 钻孔封孔 ................................... 19 3.3.4 瓦斯抽放参数监测 ........................... 19 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 ............... 20 4.2.1 瓦斯抽放管网系统 ........................... 20 4.3瓦斯抽放泵选型计算 ........................... 21 4.3.1 瓦斯抽放管路选型 ........................... 22 4.3.2 瓦斯管路的材质与连接方式 ................... 22 4.3.3 瓦斯抽采管路阻力计算 ....................... 22 4.3.4 瓦斯抽放泵选型 ............................. 26 4.3.5瓦斯抽放泵站布臵 .......................... 29 4.3.6 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接 ........... 29 4.3.7 瓦斯抽放管路敷设 ........................... 29 4.3.8 瓦斯抽放管道的附属装臵 ..................... 31
61
5.1瓦斯抽放泵供电 ............................... 35 5.2 瓦斯抽放泵给排水 ............................. 35 5.3 防雷设施 .................................... 35 5.4瓦斯抽放泵站照明 ............................. 36 5.5 瓦斯抽放泵站通讯 ............................. 36 5.6抽放系统实时监测 ............................. 36 5.7泵房采暖, 通风 ............................... 36 6. 瓦斯抽放系统的安装 .............................. 38 6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求 ................... 38 6.2 瓦斯抽放泵的安装 ............................. 38 6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装 ............. 38 7 环境保护 ......................................... 39 7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响 ..................... 39 7.2 污染防治措施 ................................. 39 7.3 抽放站绿化 .................................. 39 8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施 ............... 39 8.1 组织管理 .................................... 39 8.2 瓦斯抽放组织机构管理 ......................... 40 8.3 瓦斯抽放钻场管理 ............................. 40 8.4 采空区抽放管道的拆装 ......................... 43
62
8.5 瓦斯抽放管路管理 ............................. 44 8.6 主要安全技术措施 ............................. 44 8.7 钻机操作规程 ................................. 46 8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程 ................... 48 8.9 瓦斯抽放报表管理 ............................. 52 9 瓦斯抽放工程技术经济指标 ....................... 53 9.1 劳动定员 .................................... 54 9.2 投资概算 .................................... 55 9.3 矿井瓦斯利用 ................................. 54
63
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容