瓦斯抽放设计课程设计

I目录第一章工作面概况.......................................................................................................................1第一节采区位置范围、地质条件...............................................................................1第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数.......................................................................1第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法...............................................................1第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证...........................................................................1第一节煤层瓦斯储量计算...........................................................................................1第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证...........................................2第三章煤层瓦斯抽放方法设计...................................................................................................3第一节抽放方法的比较和选择...................................................................................3第二节抽放钻孔参数确定...........................................................................................4第三节绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图...............................................................4第四章工作面瓦斯抽放系统.......................................................................................................5第一节工作面瓦斯抽放设施的配置和布置...............................................................5第二节抽放管路的计算和选择...................................................................................5第五章瓦斯泵选型.........................................................................................................................6第一节抽放系统管道阻力计算.....................................................................................6第二节瓦斯泵流量和压力计算.....................................................................................7第三节瓦斯泵选型确定.................................................................................................7第六章工作面瓦斯抽放安全技术措施.......................................................................................81第一章工作面概况第一节采区位置范围、地质条件本煤采区开采某煤层（2号），煤层厚度为5m；赋存稳定，倾角为15°顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，上覆1号煤层50m，煤厚2m。本区域本区有小断层，对开采影响不大。工作面走向长度1500m、倾向长度120m，停采线至回风上山距离150m，采区回风上山长度1800m。局部弯头长度100m，工作面日产量3000t。第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数（1）煤层瓦斯参数1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。（2）抽放瓦斯参数2号煤层透气性系数λ＝0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽和量为0.01m3/min·hm。第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜一次开采，巷道布置如图1所示。第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证第一节煤层瓦斯储量计算根据已知条件：2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%；1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%。可以得到原始瓦斯含量，公式如下：100/100AMQQdad）（可燃基原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.r;Mad——水分；Ad——灰分。可得：292.9100/182.11005.11Q2）（原2可采层瓦斯储量：DHLQW22原式中：Q原2——2号煤原始瓦斯含量，m³/t；L——2号煤工作面走向长度，m；H——煤层厚度，m；D——2号煤倾向长度，m；ρ——2号煤的密度，t/m³。可得：DHLQW22原=9.292×1500×5×120×1.32=1104（万t）第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证(1)工作面可抽放量计算相对瓦斯涌出量q可由以下公式求得：100/100AMQdad）（原Wcq式中：WC——可燃基残存量，m³/t可燃基残存量可根据表2-1查取表2-1q=9.292-3.2×(100-1.2-18)/100=6.7064可采抽瓦斯总含量W可：W可=q×L×H×D×ρ=6.7064×1500×5×120×1.32=7967203.2（m³）预抽纯量Q纯:Q纯=W可/(24×60×330)=16.766(m³/min)抽放量Q:Q=Q纯/0.4=41.915(m³/min)（2）瓦斯抽放的必要性可行性论证1.抽放瓦斯的必要性根据供风量为1500m³/min,工作面瓦斯浓度按0.6％计算风排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为16.766m3/min，如不可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量＝QCH4-Qp=16.766-9=7.766m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6％2.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判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-2示。表2-2本煤层预抽瓦斯难易程度分类表3根据已知条件，2号煤层透气性系数λ=0.0276（㎡/MPa2·d）,2号煤属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。第三章煤层瓦斯抽放方法设计第一节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》第4.1.1条规定：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。4(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煤层透气性较小但应有抽放可能，煤层赋存条件稳定，地质变化小。第二节抽放钻孔参数确定(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3-1，我们选取钻孔间距为3m。表3-1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10-3～10-22～510-2～10-15～810-1～108～12＞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13.3～26.6kP