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120202工作面瓦斯抽放设计方案及安全技术措施华晋明珠矿二O一三年五月二十四2审批签字栏：总工程师：年月日采煤副总：年月日通风副总：年月日机电副总：年月日调度室：年月日安监处：年月日生产科：年月日机电科：年月日通风区：年月日地测科：年月日综采队：年月日编制:年月日320202工作面瓦斯抽放设计方案及安全技术措施会审会审人员意见会审结论4前言一、设计的主要依据1、《采矿工程设计手册》2003版煤炭工业出版社2、《煤矿瓦斯抽放规范》AQ1027--20063、《煤矿安全规程》（2011）国家煤矿安全监察局4、河南理工大学编制的《山西华晋明珠煤业有限责任公司矿井瓦斯涌出量预测（2#煤层）》（2011.5）5、阳煤设计研究院编制的《固定瓦斯抽放初步设计》（2011.11）二、设计的主要技术指标1）抽放纯量：3.0m3/min左右；2）抽放瓦斯浓度：实验性，根据以往和其它矿抽放资料显示，采面隅角埋管抽放时最高浓度5%，平均1.5%。煤层预抽浓度有待实验结论。3）孔口负压：(待抽放系统运行仪器检测）4）抽放管路的最远距离预计：1600m。三、设计的指导思想1、在符合规范要求、满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；2、设备、管材选型留有余地，能充分满足矿井安全生产5的需要（采掘）；3、采用的工艺技术具有简单、易操作、先进性，且符合实际。4、参考其他同类矿井经验，选取相关设备。6第一章矿井及工作面概况1、开拓方式矿井立井-单水平开拓方式,开采2号煤层。2、矿井巷道布置情况矿井设计单水平开采2号煤层，水平标高+838m。全井田划分为3个采区（分别为一采区、二采区、三采区）。分东、西两翼布置，布置三条大巷，其中一条做为专用回风巷，两条进风巷（东轨、东皮巷）。采煤工作面采用U型通风方式。3、采煤方法与顶板管理采煤方法为走向倾斜长壁仰斜综采一次采全高。采用全部垮落法管理顶板。4、工作面概况20202工作面两顺槽采用锚杆+锚索+金属网+钢筋梯子梁联合支护，断面14.0m2。工作面两顺槽超前支护采用单体液压支柱加“π”型梁进行维护，柱距为800mm。超前距离不小于70m,距采面10m范围为“一梁三柱”，其余为“一梁二柱”。工作面切眼采用ZY4800/20/40型掩护式液压支架100架；上下端头选择ZZ6000/22/45型支撑掩护式液压支架各10架。割煤使用MG300/700-WD型双滚筒无链电牵引采煤机。装煤由螺旋滚筒装入SGZ764/500型可弯曲刮板运输机，顺7槽采用SZZ764/132型桥式转载机、PCM110型破碎机、DSJ-1000/2×250型胶带输送机及SZZ764/200型平铺转载机运煤。工作面煤层厚度3.20～4.01m，平均3.60m，煤层倾角1°～18°，平均9°。工作面整体呈单斜构造，煤层总体走向为北东，倾向北西，倾角一般在8～16°，根据现有地质资料，20202回采工作面内未发现断层、陷落柱等其他地质构造；工作面外存在F2逆断层，落差约45m。2012年矿井瓦斯等级鉴定情况为：矿井相对瓦斯涌出量为4.80m3/t，绝对瓦斯涌出量为8.67m3/min；二氧化碳相对涌出量为1.88m3/t，二氧化碳绝对涌出量为3.40m3/min，瓦斯涌出形式为普通涌出，矿井为瓦斯矿井。参照20201工作面回采时期最大瓦斯绝对涌出量3.61m3/min，该工作面绝对瓦斯涌出量预计大于20201工作面绝对瓦斯涌出量。煤层自燃等级为Ⅲ级，属不自燃煤层。煤尘具有爆炸危险性。第二章瓦斯抽放方法的选择采面回风隅角埋管抽放、钻孔预抽本煤层瓦斯是瓦斯抽放的主要方法，在其他矿井都有十分成熟的技术和经验。采面上隅角埋管抽放能够防止回风隅角瓦斯积聚、降低采面回风流中的瓦斯浓度。钻孔预抽本煤层瓦斯能够降低煤层瓦斯含量，减少采掘作业时向采掘工间涌出的瓦斯量。采面回风8隅角瓦斯抽放属于半封闭式瓦斯抽放，如果加强管理，一定会取得较为理想的效果。根据本工作面目前情况，本工作面主要采用上隅角埋管抽放，解决工作面上隅角瓦斯问题。第三章回风隅角插管抽放法回风隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区，使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合，由抽放管路抽走，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅（或微风）引起的瓦斯超限，还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用较长的软管与主抽放管路相连接（管径与主管相匹配），将软管的一端插入上隅角，为保证软管吸入口能处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高）可将抽放软管与木棒绑在一起（避免软管口下耷），用铁丝吊挂在切顶处。随着工作面的推进，逐节回收主抽放管路，移动软管的连接，直至回采结束。抽放软管伸入上隅角的长度及位置应根据实际抽放效果不断调整，得到合理的参数。为确保抽放效果达到预期目标，在主抽放管路末端可设置一个分流器，分支出几个支管，插入隅角的不同位置进行抽放。但是，该抽放方法的采用必须是在有严密的组织、安全、9施工措施，确保施工安全的前提下进行。第四章抽放浓度及抽放量一、抽放浓度根据目前矿井的具体情况，我矿为瓦斯矿井，抽放浓度采取上隅角插管抽放时预计不会超过5%。二、瓦斯涌出量计算设计根据矿井相对瓦斯涌出量和平均绝对瓦斯涌出量，预计瓦斯抽放绝对量2-3m3/min，即能满足要求。第五章抽放系统及设备选型第一节抽放管路系统布置在选择瓦斯抽放管路系统时，抽放管路应尽量选择铺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，首选回风巷内铺设，还要考虑运输、安装、维修、供电10供水方便。抽放泵站布置在井下时，应靠近抽放地点，安装在进风硐室中。井下抽放泵站布置在井下靠近抽放地点的进风风流中，这样可以大大减少管路长度，可以根据抽放地点的改变移动抽放泵，可以节省管路投资，前提条件是抽放管路排出的瓦斯必须排放到采区专用回风巷或总回风巷，经稀释使瓦斯浓度不超限。根据我矿现场实际情况，目前将瓦斯抽放泵站设在东翼采区变电所（未安装使用），其位置符合规程和相关要求。20202采煤工作面抽放管路布置为：上隅角支管→回风顺槽→东翼回风巷→瓦斯抽放泵站→东翼回风巷。11抽放管路瓦斯排放处栅栏抽放管路抽放软管抽放管路第二节瓦斯抽放管路的联接与敷设一、管路敷设煤矿井下的环境条件较恶劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受压变形，空气湿润易锈蚀等，为此对煤矿井下抽放瓦斯管路的敷设有如下要求：1、瓦斯管路应采取防腐、防锈蚀措施；2、倾斜巷道的瓦斯管路，应用卡子将管道固定在巷道支护上，以免下滑；123、管路敷设要求平直，尽量避免急弯；4、管路敷设时，要考虑流水坡度，要求坡度尽量一致，避免高低起伏；瓦斯管道吊挂式安装图（U型钢巷道挂在巷道卡兰上下的位置）5、新敷设的管路要进行气密性检验；二、管路安装瓦斯抽放管路在20202胶带顺槽采用吊挂敷设，东翼回风巷采用支座敷设在巷道底板；瓦斯管路安设要求尽可能直，并靠帮、靠顶。有合理的流水坡度，吊丝，支座齐全牢固，在低洼的地点设置放水装置，插管、孔壁不漏，经常有专人检查维护。ａ、检查吊丝、支座是否齐全、牢固，发现缺吊丝、少支座或不牢固时，应及时补齐或紧固，防止管线塌落。ｂ、检查管路是否移动、漏气和水堵（积水），一经发现移动、漏气和水堵要立即处理。ｃ、检查安设瓦斯管线的巷道是否安全，发现问题不能正常进行检查时。必须即时报告有关部门处理。2、瓦斯管材必须采用国家定型管材。3、管道安装：（1）管道必须根据现场条件采用各种可靠装置固定，13既要保证巷道不因管道敷设影响安全生产，又要保证巷道在使用中不危及管道的安全使用。（2）管道安装平直，变径地点采用过渡接头。（3）主干管离地高度要求0.5米。（4）管道与巷帮壁的距离应大于0.3米。（5）严禁与带电物体接触。4、管路安装完毕后必须用高压水或压风进行排渣冲洗并进行漏气试验，试验压力应达到抽放设备能力的2倍。严禁采用负压漏气试验。第三节抽放管路的附属装置在抽放主管上安装孔板流量计、观测嘴，用来观测瓦斯浓度、压力、流量。同时需要安设瓦斯浓度传感器1个、流量传感器1个、温度传感器1个、压力传感器1个、一氧化碳传感器1个及阀门开关传感器。此外，在瓦斯泵房内管路上还安设有防爆、防回火装置等。第四节瓦斯泵选择一、瓦斯泵流量计算瓦斯泵流量应能满足抽放瓦斯系统服务年限内最大抽放量的需要。瓦斯泵流量按下式计算：14Q泵=Q·K/（C·η）式中Q泵——瓦斯抽放泵的额定流量，m3/min；Q——最大抽放瓦斯纯量，m3/min；取3m3/minC——瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，10%；η——瓦斯泵的机械效力，取80%；K——瓦斯抽放综合系数，取K=1.2Q泵=Q·K/C·η=3×1.2/（0.1×0.8）=45m3/min二、瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵压力，必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证抽放有足够的负压，以及泵的出口正压的需求。按以下公式计算：H泵=（H总+H孔+H正）·K式中H泵——瓦斯泵的压力，Pa；H总——抽放管路总阻力损失，Pa；H孔——抽放钻孔所需负压，一般取H孔=15000Pa；H正——瓦斯泵出口正压，一般取H正=500Pa；K——抽放备用系数，取K=1.2H泵=（H总+H孔+H正）·K=（8864+15000+500）×1.2=24364Pa三、瓦斯泵选型15通过以上计算,在进行市场调查和对设备参数对照的结果,瓦斯泵决定选择型水环式真空泵,其中一台运转,一台备用。本设计选用2ZEC42型移动瓦斯抽放泵，最大抽放量为30m3/min，电机型号YBK2315/L1-4型，电机功率160Kw，电压660/1140V。第五节瓦斯泵的附属安全装置瓦斯泵进出口段的管路上均要设置防回火、防回气、防爆炸的安全装置，有铜网式和水封式两种，以防止井下管路瓦斯爆炸燃烧波及范围扩大，其主要作用是熄灭燃烧火焰和释放爆炸能量。由于我矿属井下移动抽放泵站抽放，其瓦斯不利用，因此选用水封式防爆防回火装置。见下图：水封式防爆、防回火装置8排水孔7支撑柱6水位计5注水管4防爆阀3水封罐2排气管1进气管87654321900+D14,69D30035010016第六章瓦斯抽放泵站由于我矿属瓦斯矿井，仅是工作面上隅角需要抽放，因此选择井下移动抽放泵站即可满足要求。根据井下移动瓦斯抽放泵站相关要求，结合我矿实际，确定前期先将移动抽放瓦斯泵站安装在东翼采区变电所（目前该变电所因尚未安设任何机电设备，已形成独立通风系统），采用双回路供电。后期待20205工作面皮带顺槽联络巷旁移动瓦斯抽放泵站硐室建成后，移至该硐室。一、抽放规范要求：井下移动抽放泵站布置在井下靠近抽放地点的进风风流中，这样可以大大减少管路长度，可以根据抽放地点的改变移动抽放泵，可以节省管路投资，前提条件是抽放管路排出的瓦斯必须排放到采区专用回风巷或总回风巷，经稀释使瓦斯浓度不超限。1、泵房内有良好的通风照明设备并设有直通矿井调度室的电话。2、泵房的建筑面积应根据设备尺寸决定，设备之间的距离符合《采矿工程设计手册》的规定。3、泵房内电气设备、照明和其他电气、检测仪表均采用矿用防爆型。4、泵房附近管路设置放水器及防爆、防回火、防回气17装置，并设置压力、流量、浓度测定装置以及采样孔、阀门等附属装置。5、在瓦斯抽放泵输入管路中安设温度传感器、瓦斯流量传感器、管道压差传感器、高瓦斯浓度传感器。二、泵站具体要求和设施1、泵站给排水给水采用地面净化水系统或建立井下净化水系统，供水量要大于真空泵说明书要求。对泵供水有两个作用，一个是使泵产生真空，另一个是冷却轴承温度。水环泵正常工作时必须供水，供水水流应稳定、持久。供水水质应为不含颗粒的清洁水（PH值6～8），若水质不纯（含有颗粒物），应考虑在水流入口端加过滤装置。2、抽放泵站供电泵站供电参照掘进工作面局扇的供电管理，要求“三专”，即专用变压器、专用线路、专用开关。“两闭锁”即“水电闭锁”，当瓦斯泵供水压力不够或无水时，能自动切断瓦斯泵的电源。“瓦斯电闭锁”即当该峒室瓦斯浓度达到0.5%时，能自动切断瓦斯泵站内的一切电源。根据目前矿井的供电情况，采用114