康华煤矿瓦斯抽放系统方案设计[1]

康华煤矿瓦斯抽放系统方案设计康华煤矿2012年元月目录一、康华煤矿瓦斯抽放的必要性与可行性----------------------5二、瓦斯抽放方案的初步设计----------------------------------------6三、瓦斯抽放钻孔施工及设备----------------------------------------9四、瓦斯抽放管网系统-------------------------------------------------11五、瓦斯抽放泵的选型-------------------------------------------------15六、瓦斯抽放系统的安装---------------------------------------------18矿井基本情况郑新康华（新密）煤业有限公司原名郑州康华实业贸易有限公司，2010年9月与郑煤集团郑新煤业有限责任公司兼并重组而成，位于新密市牛店镇谭村湾村境内，矿井属六证齐全合法生产矿井。井田面积0.7174平方公里，开采二1煤层，地质储量148.6万吨，可采储量62万吨，设计生产能力15万吨/年，设计服务年限3.54年。矿井水文地质类型属中等，矿井设计正常涌水量30m3/h，最大涌水量60m3/h。煤层倾角2°—10°之间，平均厚度3m，属III类不易自燃煤层，煤尘具有爆炸性，爆炸性指数14.12﹪。井田范围内除主副井筒及工业广场保护煤柱、风井保护煤柱外，其它区域开采属复采区域，煤层瓦斯已得到有效释放，煤层瓦斯含量较小，属低瓦斯区域。矿井采用三立井单水平上下山开拓，通风方式为中央分列式，通风方法为机械抽出式，主通风机安装在风井井口地面附近，副立井升降人员、物料兼做进风井，主立井提煤兼做进风井，风井专用回风，主井、风井均安装有行人梯子间作为安全出口。主提升采用1.5t非标箕斗，井下运输采用胶带运输机配刮板运输机运输，副提升采用0.75t非标罐笼提升。矿井供电实现双回路供电，地面主副井各建一个变电所，实现分区域供电，主要通风机、提升绞车等重点设备实现双回路供电。目前，矿井有两个采区两个采煤工作面、三个掘进工作面，分别为：11采区和21采区，两个采区交替生产，现有11001和21001两个回采工作面，有11012皮带巷、11012回风巷、21001上副巷改造巷三个掘进工作面。采煤方法为走向长壁手镐配风镐落煤煤采煤法，回采工作面采用单体液压支柱配合π型钢梁支护。编制本设计方案的依据：1.《矿井抽放瓦斯工程设计规范》。2.《矿井抽放瓦斯管理规范》。3.《煤矿安全规程》。4.《防治煤与瓦斯突出规定》。5.《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》。6.《“一通三防”管理手册》第四章（郑煤集团公司）。7.康华煤矿生产、通风、瓦斯、地质等相关资料。8．关于郑煤集团公司2011年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的报告。9.《煤矿瓦斯抽采监控系统通用技术条件》。10.《建筑物防雷设计规范》(2000)。一康华矿瓦斯抽放的必要性与可行性根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的第14条规定“煤与瓦斯突出矿井及高瓦斯矿井必须建立地面固定瓦斯抽采系统”。《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5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min,采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。1瓦斯抽放的必要性（1）相关法规的要求按照《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的第14条规定“煤与瓦斯突出矿井及高瓦斯矿井必须建立地面固定瓦斯抽采系统”。（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5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/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。康华矿11001回采工作面、21001回采工作面，在回采期间为预防瓦斯超限，将瓦斯浓度控制0.5%以下，减轻矿井通风压力，必须建立瓦斯抽放系统。2瓦斯抽放的可行性康华煤矿二1煤层透气性差，钻孔瓦斯流量衰减系数大，属较难抽放煤层。但可以通过采取措施提高煤体透气性来进行煤体预抽瓦斯，也可以利用采动影响进行动压区抽放和采空区隅角抽放，还可以在回采工作面进行顶板岩石钻孔瓦斯抽放。二矿井瓦斯抽放方案初步设计1抽放系统简图附后2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、巷道布置、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、巷道布置、地质条件和开采技术条件。(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管道的布置和维护。(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抽放瓦斯方法选择康华煤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。所有的回采工作面必须进行采前预抽、边采边抽和高位抽放，对掘进工作面进行掘前瓦斯预抽和边掘边抽。选择的瓦斯抽放方法如下：⑴.回采工作面：采前预抽、动压区抽放、顶板岩石高位钻孔抽放和隅角埋管抽放相结合；⑵.掘进工作面：掘前预抽和边掘边抽相结合；⑶.开展采空区瓦斯抽放。4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。采用边掘边抽时,抽放钻孔布置方式如图所示。钻孔布置参数如下：钻孔长度60m；钻孔直径∮89mm；钻孔方位控制巷道两帮各15米；钻场间距40m；钻场内钻孔数9个；封孔深度18m；封孔方式聚胺脂封孔.掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图钻孔布置及参数：每个钻场内布置9个钻孔,孔径不小于89mm,孔深60m，呈两列三排布置,上排孔开孔位置距巷底1.5m,中排开孔位置距巷底1.0m,下排开孔位置距巷底0.5m;并做到全层位控顶控底，即：上排钻孔终孔于煤层顶板岩石0.5m深度处，中排钻孔终孔位于煤层中部，下排钻孔终孔打至煤层底板岩石0.5m深度处。5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。下图为回采工作面高位钻孔布置示意图。采煤工作面高位钻孔布置示意图需要注意的是，本设计中的瓦斯抽放钻孔参数应根据现场实际情况及时进行必要的调整，以达到最佳的抽放效果。三瓦斯抽放钻孔施工及设备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).钻进速度;3).钻孔直径；4).给进、起拔能力;5).钻机体积；6).液压系统;7).性价比。康华煤矿现有钻机一部,是重庆煤科分院生产的ZYG系列全液压钻机，这种钻机均为分体式结构,具有体积小、重量轻、便于拆装、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。2钻孔施工安全技术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1部电话;(2).调整通风系统,使采煤工作面回风不直接流经打钻地点,开始打钻以前要完成打钻区域通风系统调整;(3).采掘工作面放炮时,撤出打钻人员至安全地点,放炮期间,所有人员均不得进入回风系统;(4).放炮后,待打钻现场瓦斯不超限,整个区域无安全异常,才能恢复正常打钻;(5).若打钻现场发生安全异常,必须立即按安全路线撤离。3钻孔封孔（一）底板岩巷穿层钻孔采用合格矿用树脂材料和水泥联合封孔技术，要求封孔至煤岩交界处，封孔管进入煤层不小于1m或进入煤层的中部，进入煤层段封孔管为花管。（二）普通顺层钻孔采用“两堵一注”封孔方式，钻孔封孔深度不小于15m，封孔段长度不小于12m；或采用其他经试验有效的封孔材料及方法。封孔段长度以不漏气为准。为防止钻孔塌孔，影响抽采效果，顺层抽采钻孔应下封孔管伸入煤层不小于钻孔深度的二分之一，封孔段以里的封孔管全部为花管，封孔管与花管连接紧密可靠。1—集气孔段2—聚氨酯封孔段3—水泥砂浆封孔段4—双抗封孔管图3-4聚胺脂封孔示意图四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置,开拓巷道布置,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。4.1瓦斯抽放管管径计算及管材选择瓦斯抽放管管径按下式计算：VQD/1457.0…………………………（4－1）式中D-----瓦斯抽放管内径，m；Q-----抽放管内混合瓦斯流量，m3/min；V-----抽放管内瓦斯平均流速，经济流速V＝5-15m/s,取V=7m/s.根据郑煤集团公司2011年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的报告提供康华矿全矿井相对量涌出量：5.29m3/min，绝对量：1.53m3/t。按抽放率30%，最低抽采浓度为2%计算。采动煤量的抽出量应为：1.53m3/t×30%＝0.459m3/t矿井班生产能力按300吨计算，每班需采出纯瓦斯量为：0.459m3/t×300＝137.7m3每分抽出纯量为：137.7m3/（8×60）＝0.28m3/min最低抽出浓度按2%计算，混合量为：14m3/min约定：为全矿井服务的井筒及地面瓦斯抽放管为主管；为一个采煤工作面服务的瓦斯抽放管为支管1；为一个掘进工作面服务的瓦斯抽放管为支管2。根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按式（4－1）计算选择的瓦斯抽放管管径如表4－1示。表4－1瓦斯抽放管管径计算选择结果抽放管类别纯瓦斯抽放量（m3/min）瓦斯浓度（%）混合瓦斯抽放量（m3/min）计算管内径（m）选择管径（mm）主管0.282140.21Φ300支管10.14270.144Φ250支管20.14270.141Φ250备注：因郑煤集团公司规定：井下抽放最小直径为200mm以上，故支管选用Φ250mm。抽放管材尽量选用无缝钢管,特别主干管必须选择无缝钢管。经过计算得出主管直径D=300mm,支管直径D=250mm,也可选参数符合要求的其它管材。4.2管网阻力计算⑴.摩擦阻力（Hm）计算)/(81.952DKLQHm…………………(4－2)式中:Hm—管路摩擦阻力，Pa；L—负压段管路长度，m；Q—抽放管内混合瓦斯流量，m3/h；γ—混合瓦斯对空气的密度比；K—与管径有关的系数；D—抽放管内径，cm.为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力。根据矿井采掘接替安排，确定的瓦斯抽放系统最困难管路如下：地面抽放泵站主管(长度为100m)地面钻孔主管(长度为260m)25采区抽放干管(长度为700m)工作面抽放支管(长度为1000m).最困难抽放管路阻力计算结果如表4－2示.表4－2瓦斯抽放系统最困难管网阻力计算结果抽放管类别Q（m3/min）γL（m）KD（cm）Hm（Pa）主管140.86610600.7130368.3支管170.86610000.71252078支管270.86610000.71252078合计4524.3⑵.局部阻力（Hj）计算管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则抽放管路系统的局部阻力损失为:Hj=0.15Hm=0.15x4524.3=678.6Pa.(3).总阻力（H）计算H=Hm+Hj=4524.3+678.6=52029Pa4.2.1、瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接用埋线管将钻孔封孔管与布置在巷道中的瓦斯抽放支管相连