矿井瓦斯抽采技术下

2013年9月矿井瓦斯抽采技术中煤科工集团院重庆研究院龙伍见内容提要瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障概述煤层瓦斯基本参数及测定煤矿瓦斯抽采方法及选择煤矿瓦斯抽采系统抽采工程及管理瓦斯抽采达标四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障抽采系统的分类及选择泵站系统及安全设施瓦斯管路系统及控制装置四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障1、抽采系统的分类及建立的条件（1）分类按泵站安设地点不同，瓦斯抽采系统分为三类：地面固定瓦斯抽放系统、井下固定瓦斯抽放系统和井下移动式瓦斯抽采系统。按抽采管路负压大小不同，瓦斯抽采系统分为两类：高负压抽采系统（孔口抽采负压大于等于10kPa）低负压抽采系统（孔口抽采负压小于10kPa）四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障（2）建立瓦斯抽采系统的条件①高瓦斯矿井。②一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，且用通风方法解决瓦斯问题不合理的矿井。③矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件：a.大于或等于40m3/min;b.年产量（1.0~1.5）Mt的矿井，大于30m3/min；c.年产量（0.6~1.0）Mt的矿井，大于25m3/min；d.年产量（0.6~1.0）Mt的矿井，大于20m3/min；e.年产量（0.4~0.6）Mt的矿井，大于15m3/min。④开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障（3）建立地面固定瓦斯抽采系统的条件a.开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井；b.瓦斯抽采系统设计抽采量大于或等于2m3/min的矿井。（4）建立高、低负压抽采系统的条件地面固定式瓦斯抽采系统宜根据下列具体情况分别布置高负压或低负压瓦斯抽采系统：a.采用采空区抽采方法的矿井宜采用低负压抽采系统；b.采用本煤层预抽、边采边抽、边掘边抽、邻近层卸压抽采等方法的矿井，宜采用高负压抽采系统。c.上述两类抽采方法均采用的矿井，且矿井设计抽采量大于或等于10m3/min时，宜采用两套管路分别建立高、低负压抽采系统。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障2.泵站系统及安全设施（1）瓦斯泵站设计的技术要求①地面瓦斯泵站1)泵站设计的一般要求：a.瓦斯抽放泵站宜设在回风井工业广场内，泵站距井口和主要建筑物以及居住区应不小于50m。b.泵站和泵站周围20m范围内禁止有明火。c.泵站建筑必须用阻燃材料建造，周围用围墙或栅栏保护。d.泵站建筑面积应为以后可能更换或增加设备留有余地。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障2)瓦斯泵站的设计原则a.泵房建筑必须采用不燃性材料，耐火等级应为一级或二级；b.泵房内的电气设备和照明灯具均应为防爆型，否则必须采取安全措施和有效的隔离；c.泵房内要有专门的供电系统，采用独立的双回路电源，并有可靠的供水系统；d.抽放泵(真空泵或鼓风机等)及其附属设备至少要设置两套，其中一套备用；e.泵房内通风、照明设施良好，房顶应设天窗，冬季寒冷地区要有供热取暖设施；四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障f.泵房通讯设备完好，并有直通矿井调度室和变电所的电话；g.泵房内应配备必要的检测仪表，如压力计、负压计，瓦斯浓度测定仪、流量计、温度计或综合参数测定仪等；h.机械室、电气室和司机室都要有单独房间，避免相互干扰，同时司机室的地面最好略高于机房地面，以便观察；i.泵站应设避雷装置，避雷装置要高于瓦斯放空管；j.泵房建筑面积要考虑更换设备或扩建的可能性。k.干式抽放瓦斯泵吸气侧管路系统中必须装设有防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置，并定期检查，保持性能良好，抽瓦斯泵站放空管的高度应超过泵房房顶3m。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障3）地面瓦斯泵站的位置选择a.泵站应设置在不受洪涝威胁且工程地质可靠地带，并应避开滑坡、溶洞、断层、破碎带、塌陷区及高压线等。b.泵站宜设置在回风井工业广场内，抽采泵站距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m。c.泵站宜设置在靠近公路和有水源的地点。d.泵站宜留有扩建的余地。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障4)泵站的给排水及采暖通风a.泵站应有供水系统，泵房设备冷却水宜采用开路循环，站内应设置消防水池，且应与循环水池分建。b.对硬度较大的冷却水应进行软化处理。c.污水应设置地沟排放。e.泵站采暖与通风应符合现行国家标准《煤炭工业矿井设计规范》的有关规定。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障5)泵站消放及环保a.泵站应有消防设施和器材，并应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》的有关规定。b.地面泵房和泵房周围20m范围内，严禁堆积易燃易爆物和有明火。c.废水、噪声和对空排放瓦斯不得超过工业卫生规定的指标，超过时，应采取治理措施。d.泵站场地应绿化。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障1）井下固定瓦斯抽采泵站位置选择a.井下固定瓦斯抽采泵站应选择在稳定、坚硬的岩层中，并宜避开较大的断层、含水层、松软岩层、煤与瓦斯突出煤层，不应受采动影响，并应采用不燃性材料支护。b.泵站与井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室，以及影响全矿井或多个采区通风的风门的法线距离不应低于60m。c.泵站与行人巷道的法线距离不应低于35m。d.泵站与地面或上下巷道的法线距离不应低于30m。②井下固定抽采泵站的技术要求瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障a.必须采用独立的通风系统b.必须有两个供人员撤离的安全出口。c.出口应设置向外开启的防火、防爆门。e.泵站内除应设置消防管路系统，还应配备消防器材。f.应设置完备的照明设施。g.硐室的规格尺寸应符合泵站设备的运输、安装、工艺系统布置及检修的要求。h.泵站的输出管路宜通过矿井回风系统与地面泵房管路系统或放空管路连接。i.当抽出的瓦斯采用直接排空方式时，放空地点应根据矿井抽采系统的具体情况，结合地面的建筑设施确定。放空地点距井口和主要建筑物的距离不应小于50m，放空地点附近20m以内严禁堆积易燃物和有明火。在排空管附近应设避雷针和防爆、防回火等安全装置。四、煤矿瓦斯抽采系统2）泵站硐室布置的要求瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障③井下移动瓦斯抽采泵站1）井下移动瓦斯抽采泵站应设在抽采瓦斯地点附近的全负压通风新鲜风流中，安设位置应满足泵站运输、安装及检修的要求。2）移动泵站抽出的瓦斯不并入矿井固定抽采系统的管道内时，在抽采管路出口应设置栅栏和悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧应为管路出口外推5m，上、下风侧栅栏间距不得小于35m，栅栏内严禁人员通行及作业。3）移动泵站抽出的瓦斯排放到地面时，应符合井下固定抽采泵站关于地面排空管布置的相关规定。4）移动泵站抽采的瓦斯在井下应引排到总回风巷、一翼回风巷或分区回风巷，并应保证稀释后风流中的瓦斯浓度符合现行《煤矿安全规程》的有关规定。四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统(2)瓦斯抽采泵选型设计①矿井瓦斯泵的选型及要求选择瓦斯泵首先是选型，然后是选择容量。1）瓦斯泵的选型原则a.瓦斯泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽出量的要求；b.在抽放期间，瓦斯泵的负压必须能克服管路系统的最大阻力；c.瓦斯泵要具备良好的气密性。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统2）瓦斯泵的选型计算①瓦斯泵的选型计算必须具备下列资料：a.抽放管路所经过的巷道系统图，并标明巷道长度；b.预计的矿井抽放瓦斯总量和各个分区的抽放瓦斯量(纯瓦斯)；c.预计的矿井和各个分区的抽放瓦斯浓度：矿井利用瓦斯时瓦斯浓度不低于30％，不利用瓦斯而又采用干式抽放泵时，应不低于25％，预抽煤层瓦斯时瓦斯浓度不低于30%；d.瓦斯综合利用的特殊要求等。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障②瓦斯泵的流量计算Q＝式中Q——瓦斯泵的额定流量，m3/min；Qz——矿井抽放瓦斯总量(纯量)，m3/min；X——矿井抽放瓦斯浓度，％；K——抽放能力富裕系数，K＝1.2~1.8；η——瓦斯泵的机械效率，一般取0.8矿井抽放瓦斯总量是指矿井整个服务期间最大的瓦斯抽放量。四、煤矿瓦斯抽采系统XKQz100瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统③瓦斯泵的压力计算瓦斯泵的压力包括井下抽放钻孔所需负压和地面用户所需正压，以及需要克服瓦斯从井下钻孔口起，经瓦斯管路到抽放泵，再送到用户所产生的全部阻力损失。H=（Hr＋Hc）KHr＝hzk＋hrm＋hrjHc＝hcm＋hcj＋hzh式中H——瓦斯泵的压力，Pa；Hr——井下负压管路的全部阻力损失，Pa；瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统hzk——抽放钻孔所需负压，Pa；hrm——井下负压管路的摩擦阻力损失，Pa；hrj——井下负压管路的局部阻力损失，Pa；hcm——地面正压管路的摩擦阻力损失，Pa；hcj——地面正压管路的局部阻力损失，Pa；hzh——用户所需正压，Pa；K——抽放能力富裕系数，取1.2～１.8。预抽瓦斯孔口负压不低于13kPa，卸压抽采孔口负压7~10kPa，采孔区抽采孔孔负压不大于5kPa。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统④泵的工况流量计算抽采瓦斯泵的工况流量按下式计算：Qg=P=Pd-HrT=273+t式中Qg——工况状态下的抽采泵流量，m3/min；Qb——标准状态下的抽采泵流量，m3/min；P——抽采泵入口瓦斯绝对压力，Pa；T——抽采泵入口瓦斯绝对温度，℃；t——抽采泵入口瓦斯温度，℃。00PTTPQb瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统⑤抽采泵选型根据上面计算的抽采泵的工况流量和入口绝对压力，查有关生产厂家的真空泵曲线，进行瓦斯抽采泵选型。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统（3）抽放管路防爆、防回火装置目前，国内外使用的防爆、防回火装置主要有：①由颗粒材料（如不锈钢球、玻璃球、石英砂等）装入容器内构成的阻火防爆装置；②由金属网构成的阻火防爆装置；③由波纹板缠绕形成的阻火防爆装置；④自动蝶阀加消火系统构成的防爆装置；⑤水封式防爆、防回火装置。国内多采用水封式与金属网(铜网)式防爆、防回火装置。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统①水封式防爆、防回火装置1)工作原理在正常抽放时，瓦斯通过水封面抽出或排出，一旦管内发生瓦斯爆炸或燃烧，由于火焰被水封隔绝，同时，爆炸波将防爆盖冲开或把胶皮板冲破，爆炸能量得到释放，故可保护井下、地面用户或泵房的安全。2）适用条件及使用要求该装置需按《煤矿安全规程》的规定安设。一般安装在瓦斯泵的出口和入口附近的地面管路上。对于干式抽放泵吸气侧管路必须装设这种设置，而湿式抽放泵吸气侧管路系统中可以不装设，但在利用瓦斯系统中必须装设。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统a.上图左侧所示的水封器，是使用在瓦斯管路内的最大压力（正压或负压）不大于5000Pa的情况下，超过此值时水封槽易漏气，若再加深水封槽则造成加工困难。水封环形槽应加工平直，槽宽80～100mm。防爆盖为2mm厚的钢板加工而成，要求平整圆滑，质量不宜超过50kg，以便检修，需增加质量时可用配重块调整。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障四、煤矿瓦斯抽采系统b.上图右侧的水封防爆、防回火装置是将防爆盖用2mm厚的胶皮板制成，较前者制作简单，效果良好，一般中、小型抽放瓦斯矿井用之较多。c.使用过程中水封器应经常补充水，保证水封罐中的水位。d.寒冷地区应考虑冬季防冻保温措施，可将其置入专门砌筑的暗井或房廊之中。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障②铜网式防爆、防回火装置四、煤矿瓦斯抽采系统铜网式防爆、防回火装置（1）1－挡圈；2－铜丝网；3－活法兰盘1）作用原理利用铜网的散热作用