瓦斯課程設(shè)計(jì)

1、綜采工作面瓦斯抽放設(shè)計(jì) 班級：安全工程定單2011 姓名：楊德淼 學(xué)號：201101031836山東科技大學(xué)目錄：第一章 綜采工作面概況 . 4第一節(jié)采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件和煤層綜合柱狀圖 第二節(jié)煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù) 第三節(jié)采區(qū)和工作面巷道布置、采煤方法 第二章 瓦斯儲量計(jì)算、抽放瓦斯必要性論證 . 6第一節(jié)煤層瓦斯儲量計(jì)算 第二節(jié)工作面可抽放量計(jì)算和抽放必要性可行性論證 第三章 煤層瓦斯抽放方法設(shè)計(jì) . 8第一節(jié) 抽放方法的比較和選擇 第二節(jié) 抽放鉆孔參數(shù)確定 第三節(jié) 繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖 第四章 綜采工作面瓦斯抽放系統(tǒng) . 10第一節(jié) 工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置 第二節(jié)

2、 抽放管路的計(jì)算和選擇 第五章 瓦斯泵選型 . 13第一節(jié) 抽放系統(tǒng)管道阻力計(jì)算 第二節(jié) 瓦斯泵流量和壓力計(jì)算 第三節(jié) 瓦斯泵選型確定 第6章 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施. 16第一章 綜采工作面概況 第一節(jié)采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件和煤層綜合柱狀圖 開采煤層為13#煤層，煤層厚度為4.8-6.2m平均厚度5.5m;賦存穩(wěn)定，傾角為12-15°頂板為砂質(zhì)泥巖，巖層不能致密，距11煤8-10m，頂部為12煤層，煤層在本區(qū)域內(nèi)厚度0-0.4m為不可采煤層。采區(qū)內(nèi)有小斷層，對開采影響不大。 第二節(jié)煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù) 本工作面位于標(biāo)高-650m水平，煤層瓦斯含量為9m³/t,煤

3、的密度為1.46t/m³，有突出危險，經(jīng)預(yù)測工作面絕對瓦斯涌出量Q為19.5m³/min。 經(jīng)實(shí)測煤層透氣性系數(shù)=0.01123（/Mpa2.d）,如用未卸壓長鉆孔預(yù)測抽煤層瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽和量為0.01m³/min。hm。如果卸壓淺孔抽放瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽放量為1.0m³/min。hm，同時值提高到27.6（/Mpa2.d）；如用卸壓長鉆孔預(yù)測抽煤層瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽放量為0.05-0.1m³/min。hm;（1）卸壓淺孔抽放時，抽放影響半徑為0.8m，鉆孔所需要的抽放孔口負(fù)壓為12Kpa，邊采煤邊抽瓦斯。（2）未卸壓長鉆孔抽放：鉆孔

4、抽放半徑為2.5m，鉆孔孔口需負(fù)壓為20Kpa，掘進(jìn)期間邊掘進(jìn)邊抽放瓦斯。(3)卸壓長鉆孔抽放，鉆孔抽放影響半徑為2.5m，鉆孔孔口需要負(fù)壓為20Kpa，邊采煤邊抽放。第三節(jié)采區(qū)和工作面巷道布置、采煤方法 采用走向長壁全部跨落頂板管理法，工作面后退式傾斜分層開采，上分層采用綜合機(jī)械化采煤，采高為2.8m采用兩班采煤，一班抽放瓦斯，工作面日推進(jìn)度為3m,下分層采高為2.7m。第2章 瓦斯儲量計(jì)算、抽放瓦斯必要性論證第一節(jié)煤層瓦斯儲量計(jì)算 1.按煤層全厚計(jì)算W1=K1K2(AiXi)0.15×1.3×26.45×946.42 Mm³式中：W1-煤層瓦斯儲量；

5、K1-圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般取0.05到0.20，這取0.15K2-不可開采鄰近煤層瓦斯儲量系數(shù)，可取1.2-1.4，取1.3；Ai-第i可采煤層煤炭地質(zhì)儲量，萬噸A13走向長度×工作面長度×煤厚×煤密度×煤層瓦斯含量 1830×200×5.5×1.46×9 26.45 Mm³2.按采高計(jì)算W2=K1K2（AiXi） 0.15×1.3×292×1.496 85.18 Mm³式中：W2-按采高計(jì)算煤層瓦斯儲量；Ai-采面長度×煤的密度A13200×

6、1.46292 t/m³Xi-采面長度×采面走向長×采高×煤的密度 X13200×1830×2.8×1.461.496 Mt第2節(jié) 工作面可抽放量計(jì)算和抽放必要性可行性論證工作面瓦斯抽放率d=100·q純/QCH4 100×10.519.5 53.8式中：d-工作面瓦斯抽放率（）q純-工作面瓦斯可抽放量供風(fēng)量為1500m3/min，工作面瓦斯?jié)舛劝?.6計(jì)算風(fēng)排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6=9m3/min。所以q純19.5910.5 m3/minQCH4-工作面絕對瓦斯涌出量，

7、19.5 m3/min工作面瓦斯可抽放量W3W3=W2d 85.18×53.8 45.83 Mm³式中W3-工作面瓦斯可抽放量m³/minW2-按采高計(jì)算煤層瓦斯儲量m³/mind-工作面瓦斯抽放率抽放瓦斯的必要性和可行性      1.抽放瓦斯的必要性     根據(jù)供風(fēng)量為1500m3/min，工作面瓦斯?jié)舛劝?.6計(jì)算風(fēng)排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6=9m3/min。而工作面絕對瓦斯涌出量為19.5m3/min，如不可抽放瓦斯，則工作面的瓦斯?jié)舛葘⒊蓿?/p>

8、尚需抽放瓦斯量QCH4-Qp=19.5-9=10.5m3/min工作面瓦斯?jié)舛炔拍芫S持0.62.抽放的可行性     根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本礦區(qū)綜采面采用卸壓澆孔抽放瓦斯技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益的情況，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為淺孔抽放瓦斯方案是完全可行的，如某綜采面應(yīng)用淺孔抽放技術(shù),鉆孔直徑為89mm，鉆孔間為0.1m,鉆孔深度為10m，平均瓦斯抽放量為0.8m3/min，最高日產(chǎn)量達(dá)到8.4萬t，又如另一綜采面鉆孔直徑為89mm，鉆孔間距為1.5m，鉆孔深度為6m,平均瓦斯抽放量為2.13.2m3/min，最高日產(chǎn)量達(dá)到4.9萬噸。第三章 煤層瓦斯抽放方法設(shè)計(jì) 第

9、一節(jié) 抽放方法的比較和選擇 1.本工作面采用本煤層瓦斯抽放有三種方式可供選擇 （1）本煤層未卸壓長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，邊抽邊放； （2）本煤層卸壓淺孔預(yù)抽瓦斯，邊采煤，邊抽放。（兩班采煤，一班抽放）； （3）本煤層未卸壓長鉆孔抽放，邊采邊抽。 2.經(jīng)濟(jì)技術(shù)比    （1）煤層透氣性系比較：未卸壓順層長孔抽放時,煤層透氣性系數(shù)入值為原始值，即0.0276。卸壓鉆孔抽放入值可提高（1001000）倍，達(dá)到27.6(m2/MPa2·d)   （2）百米鉆孔抽放量比較：未卸壓順層長孔抽放時為0.01m/min·km，卸壓鉆孔

10、抽放時可達(dá)到13m3/min·km，卸壓長鉆孔抽放為0.050.1m3/min·km。    （3）抽放工藝比較：未卸壓長孔抽放和卸壓長孔抽放，需要MK系列大鉆機(jī)（30KW）操作移動不變。封孔方法用水泥、沙漿或聚胺脂操作比較復(fù)雜。而卸壓鉆孔抽放用QFZ-22輕便是防突鉆機(jī)，用CF-Z型等膠囊封孔器，操作極為簡便。  3.采用卸壓淺孔抽放瓦斯第二節(jié) 抽放鉆孔參數(shù)確定 主要參數(shù)的確定    （1）鉆孔直徑為89mm；鉆孔深度為9m；鉆孔距為2m；鉆孔抽放影響半徑=2×0.8=1.6m。  

11、  （2）鉆孔數(shù)N     N工作面長度-10（m）/孔距+1 2001021 96    （3）鉆孔總長度為M：        M=鉆孔深度×N(m) 9×96864m    （4）工作面每分鐘可抽放量q純      q純=M×百米鉆孔可抽放量(m3/min) 864×1÷60 14.4 m3/m

12、in第三節(jié) 繪制抽放鉆孔布置平面圖第四章 綜采工作面瓦斯抽放系統(tǒng) 第一節(jié) 工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置 根據(jù)AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規(guī)范，對瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1條：抽放管路系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)井下巷道的布置、抽放地點(diǎn)的分布、瓦斯利用的要求以及礦井的發(fā)展規(guī)劃等因素確定，避免或減少主干管路系統(tǒng)的頻繁改動，確保管道運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便，并應(yīng)符合下列要求：抽放管路通過的巷道曲線段少、距離短，管路安裝應(yīng)平直，轉(zhuǎn)彎時角度不應(yīng)大于50°；抽放管路系統(tǒng)宜沿回風(fēng)巷道或礦車不經(jīng)常通過的巷道布置；若設(shè)于主要運(yùn)輸巷內(nèi)，在人行道側(cè)其架設(shè)高度不應(yīng)小于1.8m，并固定在巷道壁上，與巷道壁的距離應(yīng)

13、滿足檢修要求；抽放瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m；當(dāng)抽放設(shè)備或管路發(fā)生故障時，管路內(nèi)的瓦斯不得流入采掘工作面及機(jī)電硐室內(nèi)；盡可能避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁；管徑要統(tǒng)一，變徑時必須設(shè)過渡節(jié)。第5.4.2條：抽放瓦斯管路的管徑應(yīng)按最大流量分段計(jì)算，并與抽放設(shè)備能力相適應(yīng)，抽放管路按安全流速為515m/s和最大通過流量來計(jì)算管徑，抽放系統(tǒng)管材的備用量可取10。第5.4.3條：當(dāng)采用專用鉆孔敷設(shè)抽放管路時，專用鉆孔直徑應(yīng)比管道外形尺寸大100mm；當(dāng)沿豎井敷設(shè)抽放管路時，應(yīng)將管道固定在罐道梁上或?qū)Ｓ霉芗苌稀５?.4.4條：抽放管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負(fù)壓瓦斯管路阻

14、力公式計(jì)算；局部阻力可用估算法計(jì)算，一般取摩擦阻力的1020。第5.4.5條：地面管路布置：不得將抽放管路和自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜及通訊電纜等敷設(shè)在同一條地溝內(nèi)；主干管應(yīng)與城市及礦區(qū)的發(fā)展規(guī)劃和建筑布置相結(jié)合；抽放管道與地上、下建(構(gòu))筑物及設(shè)施的間距，應(yīng)符合工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；瓦斯管道不得從地下穿過房屋或其它建(構(gòu))筑物，一般情況下也不得穿過其它管網(wǎng)，當(dāng)必須穿過其它管網(wǎng)時，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定采取措施。第2節(jié) 抽放管路的計(jì)算和選擇 1.瓦斯抽放管徑選擇選擇瓦斯管徑，可按下式計(jì)算： 437mm式中 D瓦斯管內(nèi)徑，m；Q管內(nèi)瓦斯流量，m3/min；Q=q純c72m3

15、/minq純工作面純瓦斯抽放量c管道內(nèi)瓦斯?jié)舛?0V瓦斯在管路中的經(jīng)濟(jì)流速，m/s，一般取V610m/s，這里取8m/s2. 管道材料及壁厚考慮運(yùn)輸安裝方便，目前廣泛采用玻璃鋼管時300500壁厚為16mm 第五章 瓦斯泵選型 第一節(jié) 抽放系統(tǒng)管道阻力計(jì)算1.摩擦阻力計(jì)算計(jì)算直管摩擦阻力，可按下式計(jì)算： 2985.83 Pa 式中 H阻力損失，Pa；L直管長度，m；混合瓦斯對空氣的密度比. 管內(nèi)濃度為20時，=0.91c管路內(nèi)瓦斯?jié)舛?c=20Q瓦斯流量，m3/h；D管道內(nèi)徑，cm；k0系數(shù)，見表5-1；所以k00.71表5-1 不同管徑的系數(shù)K0值通稱管徑(mm)152025224050K0

16、值0.460.470.480.490.500.52通稱管徑(mm)7080100125150>150K0值0.550.570.620.670.700.712.局阻力計(jì)算按經(jīng)驗(yàn)值，取沿段管道總摩擦阻力的15%作為局部阻力HrHr=Hz×15%=447.87Pa3.抽放管道總阻力Hc=Hz+Hr 3433.70PaHc瓦斯抽放管道總阻力Hz管路摩擦阻力第二節(jié) 瓦斯泵流量和壓力計(jì)算1.瓦斯泵流量計(jì)算 108m3/min式中:Q泵-瓦斯抽放泵額流，m3/min；     Q純-工作面抽放純瓦斯含量，m3/min；     C-

17、瓦斯泵入口處純瓦斯?jié)舛龋?0%；     -瓦斯泵機(jī)械效率，取80%；     k-瓦斯抽放綜合系統(tǒng)，取K=1.2。 2.瓦斯泵壓力計(jì)算     H泵=（H總+H孔）K備 （3433.7+12000）×1.2 18520.44Pa 18.52KPa    式中：H泵-瓦斯泵壓力Pa    H總-瓦斯管路總阻力損失（排出段與吸入段阻力損失之和）；     H孔-抽放鉆孔所需的負(fù)壓，對鉆孔抽放H孔取12000

18、Pa；     K備-抽放備用系數(shù)K取1.2。第3節(jié) 瓦斯泵選型確定選出的泵的壓力計(jì)算出來的H泵; 流量計(jì)算出來的Q泵選CBF410-2型330rmin水泵 CBF410-2型水環(huán)真空泵環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng), 并可靠, 安全, 高效地長期運(yùn)行. 其核心部分-水環(huán)式真空泵, 是根據(jù)煤礦對瓦斯泵的特殊要求而設(shè)計(jì)的. 其使用性能, 排氣量, 真空度, 安全性, 可靠性, 外形, 安裝尺寸等具體指標(biāo), 均優(yōu)于普通真空泵. 整個泵站系統(tǒng)可配套南京富鄴科技實(shí)業(yè)有限公司KJ-91瓦斯抽放泵站監(jiān)控系統(tǒng). 該系統(tǒng)提供瓦斯超限斷電聲光報警, 停水?dāng)嚯? 恒水位控制, 抗結(jié)垢水質(zhì)磁化, 流量,

19、 檢測, 其中供電系統(tǒng)具有過載, 過電壓及短路保護(hù), 電機(jī)電纜漏電閉鎖等功能。第6章 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施 1.應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定出如下安全措施：a.抽放鉆場、鉆孔施工防治瓦斯措施。b.管路防腐蝕、防漏氣、防砸壞、電氣防爆、防靜電、防帶電、防底鼓措施。c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防凍措施。2.井下移動抽放瓦斯泵站，應(yīng)遵從以下要求：井下移動抽放瓦斯泵站應(yīng)安裝在抽放瓦斯地點(diǎn)附近的新鮮風(fēng)流中。抽出的瓦斯必須引排到地面、總回風(fēng)道或分區(qū)回風(fēng)道；已建永久抽放系統(tǒng)的礦井，移動泵站抽出的瓦斯可直接送至礦井抽放系統(tǒng)的管道內(nèi)，但必須使礦井抽放系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛确厦旱V安全規(guī)程第一百四十八條規(guī)定。移動泵站抽出的瓦斯排至回風(fēng)道時，在抽放管路出口處必須采取安全措施，設(shè)置櫥欄、懸掛警戒牌。柵欄設(shè)置的位置，上風(fēng)側(cè)為管路出口外推5m，上下風(fēng)側(cè)柵欄間距不小于35m。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。移動抽放泵站排到巷道內(nèi)的瓦斯，其濃度必須在30m以內(nèi)被混合到煤礦安全規(guī)程允許的限度以內(nèi)。柵欄處必須設(shè)警戒牌和瓦斯監(jiān)測裝置，巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迗缶瘯r，應(yīng)斷電、停止抽放瓦斯、進(jìn)行處理。監(jiān)測傳感器的位