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1、庆荣煤矿瓦斯抽采设计庆荣煤矿瓦斯抽采设计纳雍县庆荣煤矿纳雍县庆荣煤矿20132013年年3 3月月1 1日日前前言言庆荣煤矿设计技改生产能力为9万 t/a 生产矿井，煤矿现在进行二采区施工建设，随着开采深度的增加，矿井采掘工作面瓦斯涌出量也将有所增加。煤矿必须进一步完善矿井瓦斯抽采系统，坚持开展瓦斯抽放工作，解决矿井采、掘工作面瓦斯问题，特编制矿井瓦斯抽采设计。一、设计的主要依据1、矿井抽放瓦斯工程设计规范（MT5018-96）中华人民共和国煤炭工业部1997年1月；2、矿井瓦斯抽放管理规范中华人民共和国煤炭工业部 1997年4月；3、煤矿安全规程煤矿安全监察局2010年3月1日；4、纳雍县庆
2、荣煤矿二采区安全设施设计。二、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的需要；3、采用的工艺技术具有先进性，且符合实际。三、设计的主要内容设计的主要内容为：1、煤矿瓦斯赋存情况、抽放瓦斯的可行性及必要性、抽放量预计；2、瓦斯抽放方法及抽放工艺设计，抽放瓦斯钻场与钻孔参数设计；3、地面抽放泵站的泵房布置、供电、供水、通讯等设计；4、工程中所需设备、仪器、仪表及附属装置等选型及安装设计；5、抽放泵站及井下管路的检测、监控布置；6、抽放瓦斯管理措施及安全措施；7、抽放所需主要设备及材料清单及工程投资概算；一、
3、矿井概况一、矿井概况1、井田概况、井田概况1.1.1交通位置交通位置庆荣煤矿位于纳雍县城南西的鬃岭镇境内，煤矿有水毕公路经过矿山南侧，矿山距纳雍县城17Km，距滥坝火车站56Km，交通方便。1.2 地形、地貌及河流地形、地貌及河流矿区属云贵高原中高山地形，地势北东高南西低，海拔最高位于北东角为 2186.6 米，最低位于南西角海拔标高为 1800 米，相对高差 386.6 米。矿区地表水系属长江水系乌江支流，矿井范围内无大的河流，仅见季节性小冲沟，地下水动态随季节性变化较为明显。1.1.3 气象情况气象情况本区内气候温和湿润，属亚热带高原性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛，季节性分区不明
4、显。年平均降雨量1238.8mm，年平均气温14度。1.1.4 水源情况水源情况矿井生活用水取自附近泉井水，生产用水可取自井田泉井水及井下水利用。1.2地层特征及地质构造地层特征及地质构造1.2.1 地层特征煤矿区域内出露地层从新到老：第四系（Q）;三叠系中、下统，二叠统上统茅口组（P1m），二叠系上统龙潭组（P2l）、长兴组（P2c）。现简述如下：（1）二叠系上统峨眉山玄武岩组（P3）：厚200300m，岩性。玄武岩（2）二叠系上统龙潭组（P2l）厚250320m，由矿岩、页岩及少量灰岩和煤层组成。（3）二叠系上统长兴组（P2l）厚2040m，一般为34m。岩性为燧石灰岩夹砂泥岩。（4）、三
5、叠系下统（T1）厚600800m，岩性为灰岩、泥（页）岩（5）三叠系中统（T1）厚度不祥。岩性为灰岩。（6）第四系（Q）厚010m，岩性为佛浮土。1.2.2 地质构造地质构造煤矿井田位于织纳煤田西部阿嘎背斜北东翼南段，地层倾角9度，矿区内有2米左右的地层，未发现大的地层构造，地质构造条件简单。矿区北部山高坡陡，易形成滑坡、崩塌等地质灾害。1.2.3煤层及煤质煤层及煤质矿区内含可采煤层50余层，有编号的18层，煤层总厚25.04米，根据地质报告，其主采煤层为28#、31#、32#煤层。各煤层特征如下：（1）、28#煤层28#煤：位于煤系地层下部，煤层厚度为1.31.5m，全区可采。顶板为浅灰、灰
6、绿色中厚层细砂岩，底板为灰白色至灰黄色页岩及砂质页岩。下距31#煤层20-32米。（2）31#煤层31#煤层：结构简单，煤层厚度为1.01.6m，含夹矸1层，全区可采。顶板为黄绿色细砂岩，底板为白色页岩岩。（3）32#煤层32#煤层：位于龙潭组下段上部，煤层厚度为1.882.0m，为区内主要可采煤层。全区可采；结构较复杂，常含一至二层厚0.10 m 的粘土岩夹矸。顶板为黄绿色砂质页岩，底板为砂质页岩。各可采煤层的主要特征见表1-2-1：可采煤层主要特征表可采煤层主要特征表表1-2-1煤 层 编号煤层平均厚度(m)煤层倾角()煤层平均间距(m)煤层结构煤层稳定性顶底板岩性备 注顶 板底 板28#
7、1.4926简单稳定细砂岩页岩31#1.649简单稳定细砂岩页岩1032#1.949含1层夹矸稳定砂质页岩泥质页岩1.2.4 煤尘、煤层自燃倾向及煤与瓦斯突出情况煤尘、煤层自燃倾向及煤与瓦斯突出情况1、瓦斯根据贵州省动能煤炭局文件黔煤行管字2011792号文对毕节地区煤矿2011年矿井瓦斯等级鉴定报告的批复，庆荣煤矿矿井绝对瓦斯涌出量为9.24方/t，相对瓦斯涌出量为45.14m3/min，绝对二氧化碳涌出量为0.33m3/min。瓦斯等级为高瓦斯矿井。2、煤尘爆炸性根据贵州省六枝工矿集团恒达勘察设计有限公司实验室对31#、32#煤，所作的鉴定报告，31#、32#煤层煤尘无爆炸性。3、自燃发火
8、倾向根据贵州省六枝工矿集团恒达勘察设计有限公司实验室对 32#煤，所作的鉴定报告，32#煤层自燃倾向性为三类，即不易自燃煤层。1.3矿井概况矿井概况1.3.1 矿井开拓开采矿井开拓开采矿井采用斜井开拓方式，主斜井主要用于运煤；副斜井主要用于运材料、进风，敷设管线；回风井回风。采煤方法采用走向长壁后退式采煤法，在工作面回采的同时，布置两个顺槽掘进头，形成完整的生产系统。采用单体支柱和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板。采用钻眼爆破法落煤。1.3.2 矿井通风矿井通风矿井通风系统为中央并列抽出式通风，主、副斜井进风，回风斜井回风。主扇配FBCD6-.16型轴流式风机2台（1台备用），电机功率27
9、5Kw，目前主通风机叶片运行角度为20度，矿井风量为41m3/s。1.4抽放工作面概况抽放工作面概况23201采煤工作面开采32号煤层，平均采高1.8 m 左右，工作面采长85m，走向长度余350m，采用爆破落煤，工作面采用单体液压支拄和金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板，工作面采用 U 型通风，配风量450m3/min，回风巷瓦斯浓度平均0.15左右。采空区有定的瓦斯涌出量，瓦斯浓度一般1左右，采取瓦斯抽放措施。二、二、矿井瓦斯抽放的必要性与可行性矿井瓦斯抽放的必要性与可行性2.1瓦斯抽放必要性瓦斯抽放必要性瓦斯抽放旨在保障矿井安全生产，同时也是解决瓦斯的基本手段。众所周知，加强通风是处理
10、瓦斯的最有效方法，而当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时就应当采取抽放瓦斯措施，对于局部区域的瓦斯超限（如上隅角等），采用通风方法可能无法解决瓦斯问题或采用通风方法不合理时，也必须采取瓦斯抽放措施。庆荣煤矿23201采煤工作面采空区瓦斯涌出量不大，上隅角浓度经常达到1左右，采取瓦斯抽放，解决上隅角瓦斯超限问题。此外，为预防32煤层在掘进期间瓦斯超限，考虑掘进工作面超前预抽、边采边抽和本煤层预抽。2.2 瓦斯抽放的可行性瓦斯抽放的可行性瓦斯抽放的可行性应以是否能抽出瓦斯或能否获得较好地抽放效果来评价。开采层瓦斯抽放（未卸压）的可行性是指在原始透气性条件进行预抽的可能性。最常用的衡量煤层瓦斯
11、抽放难易程度的指标是煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。庆荣煤矿没有进行过抽放可行性研究工作，但根据煤层硬度作经验分析，煤层透气性一般，本煤层预抽可行。邻近层和采空区（上隅角）瓦斯抽放是属于卸压瓦斯抽放，抽放效果一般较好，邻近层抽放一般浓度较高，而采空区抽放量一般较大，采空区抽放与煤层预抽及邻近层抽放相比抽放浓度较低。抽放实践已证明，在煤层群开采时，邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放效果一般都比较好，故左家营煤矿进行邻近层或采空区瓦斯抽放技术上是可行的，同时瓦斯抽放能保证正常生产，所以经济上也是合理的。三、三、瓦斯抽放方法与工艺瓦斯抽放方法与工艺3.1工作面瓦斯来源分析工作面瓦斯来源分析采煤工作
12、面瓦斯涌出包括三部分，即落煤、煤壁及采空区瓦斯涌出。采落煤及煤壁瓦斯涌出来自开采煤体，采空区瓦斯涌出则可包括以下几部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出等。对于23201采面来讲，由于开采层上部有邻近层，受采动影响，32#层瓦斯卸压，和围岩瓦斯涌出及丢煤瓦斯涌出一起构成采空区瓦斯，由于采空区内存在着漏风，漏风流携带高浓度瓦斯从上隅角附近涌入到工作面，往往造成工作面上隅角瓦斯超限。初步估算，23201工作面采空区瓦斯涌出量占整个工作面瓦斯涌出量的50左右，是工作面瓦斯涌出的来源之一,采空区瓦斯涌出中有一部分来上自邻近层。3.2 瓦斯抽放方法选择瓦斯抽放方法选择3.2
13、.1 瓦斯抽放方法概述瓦斯抽放方法概述3.2.1.1 开采层瓦斯抽放开采层抽放包括预抽、边采边抽和强化抽放等方式，预抽主要采用钻孔预抽，是在工作面开采前预先抽放煤体中的瓦斯，属于未卸压煤层的瓦斯抽放，对于透气性及其它预抽条件较好的煤层，预抽会取得较好效果。边采边抽利用工作面开采时的卸压效应抽放本层瓦斯，当工作面推进时，工作面前方煤体由于卸压，透气性大大增加，抽放效率大幅度提高，采用斜向孔或交叉钻孔，抽放工作面前方煤体的卸压瓦斯。3.2.1.2 邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯抽放就是通常所说的卸压层瓦斯抽放。在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近层煤层得到卸压，而产生膨胀变形，煤层透气
14、性大幅度提高。此时煤层与岩层之间形成的空隙与裂缝，不仅可储存卸压瓦斯，而且也是良好的瓦斯流动通道，为防止邻近层瓦斯向开采层工作面涌出就应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。实践证明，邻近层瓦斯抽放不仅容易，而且效果好。3.2.1.3 采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放具有抽放量大、来源稳定等特点，23201工作面采空区有一定的瓦斯涌出量，围岩及丢煤瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量稍大，具备进行采空区瓦斯抽放的条件。3.2.2 瓦斯抽放方法确定瓦斯抽放方法确定抽放瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽放瓦斯方法主要
15、有：开采层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放，选择具体抽放瓦斯方法时应遵循如下原则：1、抽放瓦斯方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件；2、应根据瓦斯来源及涌出构成进行，尽量采取综合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果；3、有利于减少井巷工程量，实现抽放巷道与开采巷道相结合；4、选择的抽放瓦斯方法应有利于抽放巷道布置与维修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本；5、所选择的抽放方法应有利于抽放工程施工、抽放管路敷设以及抽放时间增加。根据上述选择瓦斯抽放方法的原则，结合左家营煤矿煤层的赋存、瓦斯来源等特点，决定采取邻近层或采空区瓦斯抽放的方法，本煤层打钻孔预抽等方法。表3-1可
16、行的抽放方案抽放方法抽放工艺理由备注采空区瓦斯抽放上隅角浅部插管上隅角瓦斯浓度较高工艺简单，可解决上隅角附近小范围瓦斯超限问题。打木垛深部插管采空区瓦斯涌出量大需打木垛，如上隅角浅部的抽效果不好，再考虑采用。采空区埋管采空区瓦斯涌出量大前两种方法无法解决问题时考虑采用。埋入管道难以回收，投资大。老塘（已采采空区）密闭抽放老塘瓦斯涌出量大防止老塘瓦斯向外涌出邻近层瓦斯抽放高位钻孔抽放邻近层瓦斯邻近层较多且瓦斯涌出量较大抽放效果一般较好，但需打岩石钻孔，施工及管理难度较大。本煤层预抽在掘进巷道打顺层钻孔本煤层瓦斯涌出量大可边掘边抽或先抽后掘根据左家营煤矿的情况，采煤工作面实行顺层预抽，采空区瓦斯抽
17、放投资小，操作简单，采取采空区瓦斯抽放，采用上隅角插管抽放。掘进工作面煤层本煤层瓦斯预抽，实行先抽后掘。3.3 抽放瓦斯工艺设计抽放瓦斯工艺设计3.3.1上隅角插管抽放瓦斯上隅角插管抽放瓦斯上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（或无风）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6m 长的负压软管与主抽放管路上的三通连接，将负压软管插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅角的上部（上部瓦斯浓度较高），用铁丝吊挂在
18、支架上，为提高抽放浓度，上隅角处应采用挡风帘，提高抽放效果。随着工作的推进，主管路三通上的负压软管移往前面的三通上联接，后面主管路上余出来的三通上加蜂窝管，采用打隔离墙保护不被跨落矸石压死。如此反复。抽放工艺如图3-1所示。软管可采用4寸管。抽放管伸入上隅角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。3.3.2 采空区埋管抽放采空区埋管抽放对于采空区瓦斯涌出量较大的工作面，也可以采取采空区埋管抽放的方式，随着工作面不断向前推进，沿回风巷将管路埋入采空区。采空区埋管抽放见图 3-1。1201回风巷1201回风巷采空区AA挡风帘隔离挡墙三通抽放管图3-1上隅角插管抽放示意上隅角A-A剖
19、面蜂窝立管木垛3.3.3 已采的老采空区瓦斯抽放已采的老采空区瓦斯抽放对于已采完的采空区如果瓦斯涌出量大，向邻近工作场所涌出瓦斯，也需要进行密闭插管抽放，见图3-2。图3-2已采老采空区插管抽放瓦斯示意图3.3.4 掘进工作面预抽掘进工作面预抽3.3.4.1 掘进工作面先抽后掘庆荣煤矿掘进工作面进行先抽后掘或边掘边抽。抽放方法抽放方法：在掘进工作面向迎头打顺层钻孔，在工作面掘进前进行预抽，降低掘进工作面瓦斯涌出量。抽放钻孔布置抽放钻孔布置：抽放钻孔布置见图3-3，钻孔技术参数见表3-1。3200mm2200mm2000mm1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#掘进工作面钻孔布置断面图1#、
20、6#2#、7#3#、8#4#、9#5#、10#掘进工作面钻孔布置俯视平面图图3-3掘进工作面钻孔布置示意图注：上图仅供参考，钻孔开孔位置应避开破碎处，钻孔的个数可以根据瓦斯及断面情况布置8-10个左右，可根据抽放情况增减。表3-1掘进面先抽后掘钻孔技术参数表钻孔类别钻孔与巷道中心线夹角（）钻孔与水平面夹角（）孔深（m）钻孔直径（mm）开孔间距（m）迎头钻孔810同煤层倾角大于60750.3注：钻孔深度可根据煤层情况确定，条件允许情况下，深度越大效果越好封孔工艺封孔工艺：钻孔采用聚氨酯封孔，聚氨酯是聚氨荃甲酸酯的简称。对于井下封孔而言，主要要求聚氨酯在发泡后，其内所形成的孔为封闭孔，即各孔之间互
21、不连通，另外对发泡时间、发泡倍数、固化后的强度，可塑性等均有一定的要求。可选用煤科总院抚顺分院研制生产的聚氨酯封孔材料，在钻孔内810m 深度封孔，钻孔密封段长度仅2m，既能保证密封严密，又可节省封孔材料。该聚氨酯封孔材料膨胀倍数20倍以上，聚氨酯发泡均匀、细小，孔隙又不联通，还有可塑性，适于动压区封孔；在抽放瓦斯负压6080KPa、正压2MPa 下，钻孔密封严实不漏气。聚氨酯封孔采用卷缠药液法,缠药方法及钻孔内封孔管结构如图3-4所示。抽放管为内径25mm 的 pv 管，长为910m，管前端1m 段加工有小蜂窝，在前端1.5m处套上橡胶垫圈，后端用铁线缠紧固定棉纱布1.5m 卷缠药液法封孔操
22、作程序为：先称出封一个孔的甲、乙组成药液，分别装入两个容器，再将药液同时倒入混合桶，立即用棒快速搅拌均匀，当药液由黄褐色变为乳白色时，停止搅拌，将药液均匀倒在棉纱布上，边倒药液边向抽放管上卷缠棉纱布，并把卷缠好药液的封孔管迅速插入钻孔，大约5分钟后，药液开始发泡膨胀，20分钟后停止发泡，逐渐硬化固结。为了避免封孔管晃动影响封孔质量，孔口处用木塞楔紧。封一个钻孔的聚氨酯用量约为1Kg 左右。钻孔与管路的连接聚氨酯封孔1小时后，便可与抽放管路连接（水泥砂浆封孔不但麻烦，还需经25小时后才可与抽放管路连接）。钻孔与管路连接处应设置流量计和阀门。钻孔封孔器与抽放管路的连接如图3-4所示。瓦斯预抽一定时
23、间后，根据抽放量的大小决定停止抽放的时间，继续向前掘进，掘进到距原钻孔底5m 左右的超前距时，停止掘进，重新打钻孔抽放瓦斯，如此反复循环。图3-8 掘进工作面钻孔与抽放瓦斯管路连接示意图抽放管阀门弯头封孔管观测咀钻孔孔板主抽放管路阀门胶管封孔铁管铠装胶管封孔材料抽放钻孔观测咀3-4抽放管联接示意图3.3.4.23.3.4.2掘进工作面边掘边抽除采取迎头打钻孔抽放外，可以边掘边抽，其优点抽放时不影响掘进，且抽放效果较好，缺点是需掘钻场，增加工程量，见图3-5，钻场规格宽2m，长4m，高与掘进巷道相同。封孔工艺与先抽后掘的钻孔封孔方法相同。1#2#3#4#5#6#1#2#3#4#5#6#图3-5掘
24、进工作面边掘边抽示意图以上两种方法中，掘进工作面先抽后掘影响掘进的进度，而边掘边抽虽不影响掘进速度，但需打钻场增加工程量，可以通过现场使用比较，选择效果较好的一种抽放方法。3.43.4采煤工作面顺层钻孔预抽煤层瓦斯采煤工作面顺层钻孔预抽煤层瓦斯采用地面瓦斯抽放泵，按设计首采煤层为1号煤层，将采煤工作面的运输巷作为瓦斯抽放巷道，在煤层沿倾斜方向打顺层钻孔，抽放煤层瓦斯，并通过抽放管路将抽出的瓦斯排放到地面空气中安全放空，降低回采工作面的瓦斯涌出量。采煤工作面运输巷作为瓦斯抽放巷道，钻孔终孔距回风巷约10米左右，钻孔直径75毫米，钻孔间距5米左右，钻孔超前回采工作面20米左右。顺层钻孔抽放瓦斯的主
25、要优点是钻孔施工速度快，钻孔全长均在煤层中，抽放面积大，若封孔质量好，不漏气，能取得较好的抽放效果。回采工作面瓦斯抽放布置如图示。3.5 瓦斯抽放量预计瓦斯抽放量预计庆荣煤矿进行瓦斯抽放，没有进行过上隅角及采空区的瓦斯浓度分布测定工作。3.6 采空区插管抽放的安全管理采空区插管抽放的安全管理1）所有参加采空区插管（埋管）抽放的工作业人员必须掌握操作的作业标准，熟知瓦斯的基本知识，严格遵守规程，安全负责现场把关。2）撤装管路时回风巷瓦斯浓度不得超过0.8%，否则必须停工，采取措施处理瓦斯。3）插管抽放时，插入上隅角的管路应为软管，可避免撞击，同时软管应阻燃防静电。4）.回风巷的抽放管路安装及拆除
26、时应轻拿轻放，施工作业时要使用铜质工具，以免产生火花,避免碰撞。5）应在上隅角设挡风帘或隔离墙，并调整插管的位置和深度，以保证抽放浓度较高。6）抽放泵必须为水环真空泵，不能采用干式泵。四、四、瓦斯抽放管路系统瓦斯抽放管路系统4.1抽放瓦斯管路选择抽放瓦斯管路选择4.1.1 抽放管路及抽放泵位置选择原则抽放管路及抽放泵位置选择原则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，首选回风巷内铺设，还要考虑安装、检修方便。抽放管路系统与抽放泵的位置有很大关系，抽放泵站布置在地面，选在回风井附近，泵房20m 内严禁明火，运输及供水、供水要方便。4.1.2 抽放泵位置选择抽
27、放泵位置选择抽放泵站的位置，一般有两种选择，一种是泵站布置在井下靠近抽放地点的进风流中，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排放到采区专用回风巷或总回风巷后，经稀释瓦斯浓度不超限。另一种泵站位置选择方案是将泵放在地面，一般是由于矿井总回风巷瓦斯浓度较高或总回风巷行人，抽出的瓦斯不能排放到总回风巷内，必须排放到地面。这样泵站即使布置在井下也不能缩短抽放管路的长度，而且布置在井下需打硐室，供电及供水都不如地面方便，因此这种情况下，泵站一般都布置在地面。庆荣煤矿总回风巷瓦斯浓度为0.2左右，泵站安装到地面，抽放管路从回风斜井通到地
28、面。4.1.3 抽放管路敷设路线抽放管路敷设路线庆荣煤矿进行上隅角瓦斯抽放、掘进工作面预抽和边抽边掘，瓦斯抽放泵站选择在地面，抽放管路从回风井敷设到地面，上隅角瓦斯抽放管敷设路线为：23201工作面上隅角23201工作面回风巷回风下山总回风斜井地面管路瓦斯抽放泵房放空管。23202运输巷、23202回风巷掘进工作面预抽和边抽边掘抽放管敷设路线为：23202运输巷、23202回风巷工作面回风下山总回风斜井地面管路瓦斯抽放泵房放空管。4.1.4 抽放瓦斯管径选择抽放瓦斯管径选择瓦斯抽放管径选择合理与否，对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放系统效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；直径过细，管路阻力损失
29、大。故一般采用下式计算，并参照抽放泵的实际能力使之留有备用量，同时尚需考虑运输和安装方便。管径按下式计算：120.1457QDV式中D抽放瓦斯管内径，m;Q瓦斯管中混合瓦斯流量，m3/min;V瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般 V=515m/s。当管中瓦斯流速取10m/s，抽放管路中混合流量按16m3/min 计算：D=205mm，因此可管路选择内径为200mm 的8寸管，一般选用无缝钢管，由于矿井规模较小，为节省投资，也可采用焊缝铁管，壁厚3-4mm，如考虑安装及运输方便，也可采用玻璃钢管。为说明方便将工作面回风巷段管路称为支管，出工作面以后的管路称为主管，将抽放管吸入口到抽放泵站段抽放管路称
30、为负压段，将抽放泵站至瓦斯排放口段抽放管路称为正压段。瓦斯抽放管径选择如表4-1 所示。表4-1抽放瓦斯管径选择结果类别材料选择管径（内径）（mm）壁厚(mm)抽放主管路焊缝铁管2003抽放支管路焊缝铁管20034.1.5 瓦斯管的连接方式瓦斯管的连接方式井下管路均采用法兰某螺栓紧固连接，中间夹橡胶密封圈，为安装方便起见，抽放管路中拐弯等处也可采用铠装胶管代替铁管。4.1.6 管网阻力计算管网阻力计算抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。计算管网阻力应在抽放管网系统敷设线路确定后，按其最长的线路和抽放最困难时期的管网系统进行计算，根据庆荣煤矿采掘布置情况，最长管路长度1000m 左右，计算管
31、路的阻力。摩擦阻力计算：5281.9KDLQH摩式中H摩管路的摩擦阻力，Pa;L管路长度，m;约1000m。混合瓦斯对空气的密度比，浓度取10，查表得0.955K与管径有关系数；D瓦斯管内径，cm;Q抽放混合瓦斯量，m3/h。1、管路阻力（H摩）计算）（）（PaKDLQH59382071.01000955.0602081.981.952522、局部阻力（H局）抽放管网系统中管件局部阻力（H局），按管道总摩擦力阻力的15考虑。H局=0.15H摩=0.155938=891(Pa)3、管网总阻力（H总）故瓦斯抽放管网系统的总阻力（H总）为：H（总）=H摩+H局=5938+891=6829(Pa)4.
32、1.7 管路敷设及附属设施管路敷设及附属设施4.1.7.1 管路敷设要求1、地面管路地面敷设管路除符合井下管路的有关要求外，尚需符合下列要求：(1)冬季寒冷地区应采取防冻措施；(2)瓦斯管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设；(3)瓦斯管路不允许与自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆和电话电缆等敷设于一个地沟内；(4)在空旷地带敷设瓦斯管路时，应考虑到未来的发展规划和建筑物的布置情况；(5)瓦斯主管距建筑物的距离大于5m 距动力电缆大于1m，距水管和排水沟大于1.5m，距铁路大于4m，距木电线杆大于2m；(6)瓦斯管路与其它建筑物相交时，其垂直距离大于0.15m，与动力、照明电缆及
33、电话线大于0.5m 且距相交构筑物2m 范围内，管路不准有接头和布置管件；(7)瓦斯管不准穿过其它管路，确需穿过，应加钢套管。2、井下管路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；(3)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，低洼处需安装放水器；(5)新敷设的管路要进行气密性维护检查。4.1.7.24.1.7.2 管路安装一、地面管路安装敷设煤
34、矿抽放瓦斯泵房位于工业广场以北的一块平地上，地面管路安装采用沿地表架空敷设方式，架空高度0.3m，每隔6m 设置一个支撑架，也可采用地面支撑墩，必要时在支撑上设有半圆形管卡固定管路，防止管路下滑。4.1.7.3管路防腐、防锈地面和井下金属管路外表均要先涂刷二层樟丹，防锈地面管路再涂刷一层油性调和漆。井下管路再涂一层煤焦沥青漆。采用焊缝铁管管壁较薄，管道内有水，因此管内部应刷漆防锈。4.1.7.4附属装置管路附属设施主要包括如下设备：1、抽放管路低洼处要安装放水器。2、抽放管路上配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计等。3、泵站配置 U 型管水柱计、瓦斯检定器（100）、高负压取样器、气压计等检测仪。
35、具体如下：(1)阀门：在瓦斯抽放管路上和钻孔的连接处，均需安设阀门，主要用于调节与控制各个独立抽放地点的抽放负压、瓦斯浓度、抽放量等，同时修理和更换瓦斯管时可关闭阀门切断回路。设计选用的阀门为截止阀。(2)在抽放管路以及钻孔连接装置上均应设置测压嘴，采空区抽放各支路上以便经常观测抽放管内的压力。测压管高度设计为20mm，选用内径6mm 的紫铜管，在安装管路之前预先焊上，平时用密封罩罩住或用细胶管套紧捆死，以防漏气。测压嘴还可作为取气样孔，取出气体进行气体成分分析。(3)计量装置：瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一个重要参数，孔板流量计用以测定瓦斯抽放管路中的瓦斯流量。其结构简图如图4-6所示。当气体
36、经管路通过孔板时，在孔板两侧产生压差，通过压差可以计算出管路中气体的流量。图4-2 孔板流量计结构原理图采用下列公式对管路抽气量进行计算：qv=Kh式中：qv气体体积流量，m3/s；K 孔板系数（出厂时测定，给用户提供的 K 值）；hU 型管水柱压差，mm。(4)放水装置放水装置的种类很多，可分为自动放水器和人工放水器两种，自动放水器可分为正压自动放水器和负压自动放水器，由于煤矿主要是瓦斯预抽，钻孔及抽放管路内可能有涌水，庆荣矿井下均为负压管路，需安装负压放水器，也可安装自动放水器，人工放水器结构及安装见图4-3。瓦 斯 抽 放 管 路放 水 管阀 门水 箱阀 门阀 门图4-3人工放水器结构及
37、其与抽放管路连接4.2抽放泵选型抽放泵选型4.2.1选型原则选型原则1、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需求；2、瓦斯泵的负压能克服管路系统的最大阻力；3、具有良好的真空度；4、抽放设备配备的电机必须防爆。4.2.2 抽放泵流量计算抽放泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放期间最大抽放量的需要。Q泵=100QZK/（x）式中：Q泵抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min;QZ抽放瓦斯总量（纯量），m3/min，取5m3/min;x掘进面、煤体及采空区抽放瓦斯浓度；，取20K备用系数，K=1.2；瓦斯抽放泵的抽放效率，取0.8。经计算，抽放泵所需的额定流量为37.5m3/min。4.
38、2.3 抽放瓦斯泵压力计算抽放瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起，经负压抽放管路到抽放泵，再由正压抽放管到释放点所产生的全部阻力损失，即：H泵=K（H总+H孔+H正）式中 H泵瓦斯抽放压力，Pa;H总抽放系统管网总阻力，Pa；H孔抽放管口所需负压，采空区抽放取10000Pa;H正瓦斯泵出口正压，取5000pa;K压力备用系数，K=1.2。按上式计算：瓦斯抽放泵的最大压力：H泵=1.2（6829+10000+5000）=26195Pa4.2.4 抽放泵选型抽放泵选型根据前面的计算结果，所需 Q泵、H泵，可选抚顺分院生产的2BEA-303型和2BA-253型抽放泵站，根据泵的
39、特性曲线，泵抽气量能满足抽放需求。为确保瓦斯抽放工作的正常进行，采用四台抽放泵，两台工作，两台备用。今后抽放规模扩大时，也可六台泵并联运行，提高抽放量。如考虑今后扩大抽放规模，也可考虑选用 sk-120型抽放泵，最大抽气量120m3/min。以下设计按选择2BEA-303型和2BEA-253型泵进行设计。2BEA-303、2BEA-253型泵的性能规格见表4-1。表4-1抽放泵性能规格表4.2.5 抽放瓦斯泵房主要附属设施抽放瓦斯泵房主要附属设施抽放瓦斯泵站除应配置管路系统的控制阀门、测压嘴、孔板流量计和放水器等附属设施外，还应配置下列附属设施：1、瓦斯泵的进、出气端的管道上，设置防回火装置与
40、水封式防爆器以防止井下管路瓦斯爆炸或地面防空管雷击燃烧波及范围扩大，因此在泵进气及泵出气口选用防回火装置与水封式防爆器以熄灭燃烧火焰和释放爆炸能量，减小波及范围。装置结构如图4-4和图4-5所示。型号最大抽气量(m3/min)极限真空度(KPa)耗水量(L/min)电机功率(KW)供电电压(V)外形尺寸(m)长宽高2BEA-30355-819175380/6602.71.321.502BEA-25335-818050380/6603.01.51.50图4-4 铜网式防爆、防回火装置图4-5水封式防爆、防回火装置铜 丝 网挡 圈活 法 兰 接 头4350300900+D2D4250D入 口 瓦
41、斯 管2 出 口 瓦 斯 管3 水 封 罐4 防 爆 阀5 注 水 管6 水 位 计7 支 撑 柱2、泵站的出气端设置放空管，用来排放泵站抽出的瓦斯。安设放空管应注意以下几点：(1)放空管直径不得小于瓦斯泵出、入口的主管直径，设计选用208mm 的铁管；(2)为防止雨水或其它杂物进入防空管，其上端管口应设防护罩；(3)放空管周围不允许有易燃物；(4)放空管的高度需超过泵房屋脊3m 以上，与泵房墙壁距离一般不超过5m。放空管的施工安装见附图1。3、地面管路需安装正、负压放水器，负压放水器安装同井下见图4-3，正压端低洼处要安装正压放水器，其安装方法见图4-6，可安装人工放水器代替自动放水器。图4
42、-6 正压放水器与抽放管路连接图4、在泵房内抽放管路上配置控制阀门、测压嘴、孔板流量计（抽放泵站自带），对抽放瓦斯系统进行计量和测定，计量装置的安装与井下管路相类似，见正 压 放 水 器排 瓦 斯 管三 通活 接 头闸 阀 22管法 兰图4-2。移动泵站抽气量计算方法同永久泵一样：5、泵房和放空管附近设置避雷装置，本设计中放空管高度不高，泵房所占面积较小，采用单针避雷，单支避雷针保护范围计算如下：单针在地面的保护半径 r 为1.5h（h 是避雷针的高度）。从针顶点向下作45斜线，构成圆锥形的上半部；从距离针脚1.5h 处向上再作斜线与前一斜线在 h/2处相交，交点以下构成圆锥形的下半部。在任一
43、高度 hx的 x-x 平面上，保护半径可由下式确定：当 hxh/2时，rx=(h-hx)P式中rx在 hx的高度上保护范围的半径，放空管与避雷针间距离小于5m；h避雷针高度，m；hx被保护物的高度，放空管取7m；P修正系数，取1。单支避雷针保护放空管其保护范围如图4-7所示。根据避雷针保护范围和放空管的高度 hx，计算当避雷针距放空管距离小于5m 时，避雷针高度为14m 足以满足要求。图4-7 单支避雷针保护范围示意图因此选用高度为14m 的避雷针。6、泵房外设高、低位水池各一座。7、抽放泵自带停水断电装置，停水断电是用于监测水源供水的情况，避免泵站在无水情况下空转，损坏泵体。停水断电原理如图
44、4-8所示。1 外壳2浮漂3导向管4 微动开关图4-8停水断电装置原理图8、泵房内配置检测和监控装置除 U 型管水柱计、U 型管汞柱计、瓦斯检定器、气压计等检测仪表外，还配备瓦斯抽放泵站监测系统，设立检测分站，对抽放瓦斯浓度、负压和流量等进行自动监测，如图4-9所示。如不安装瓦斯抽放自动检测系统，则采用孔板流量计进行人工测量。监测监控装置包括瓦斯环境瓦斯浓度监测，有条件的还可以安装泵开停及轴温等传感器，抽放泵体本身自带一个环境瓦斯浓度传感器和瓦斯警报断电仪，可以监测泵环境周围的瓦斯浓度。9、泵房内照明可利用泵自带的防爆照明灯；10、泵房内配置砂箱、灭火器等灭火器材。图4-9 泵站瓦斯抽放监测系
45、统示意图五、五、瓦斯抽放泵房瓦斯抽放泵房5.1 抽放泵房场地平面布置抽放泵房场地平面布置抽放场地的布置原则应严格按照国家所颁布相关法律、法规执行，不占用良田，有效利用现有的场地，平面布置整齐、合理，便于安装与维修。5.1.15.1.1 抽放泵房位置选择抽放泵房位置选择瓦斯泵房属有爆炸危险的厂房；要求周围50m 范围内无居民，20m 范围内无明火，同时，应选择交通便利，地势平坦的开阔地，有利于建筑物施工，抽放管路和电缆敷设。抽放泵、水泵供电方便，管路通过风井进入井下，安装较方便，安全系数高。5.1.2 泵房结构泵房结构1、抽放泵站由瓦斯泵房、值班室组成，瓦斯泵房长6m，宽3m，高3.5m，；值班
46、室233m。防回火装置、防爆装置安装在泵房外，装置上面应有简易棚，避免雨淋。监测分站 c2000负压管路压差传感器负压传感器浓度传感器温度传感器调度室甲烷传感器泵房环境2、围墙（或栅栏）：防止闲杂人员进入。5.2 瓦斯抽放泵房建筑及环境保护瓦斯抽放泵房建筑及环境保护5.2.1场地基础资料场地基础资料建议场地内所有建筑物及构筑物均按当地地震裂度6度计算。5.2.2 建筑物和构筑物建设建筑物和构筑物建设抽放站是有爆炸危险性的甲类厂房，设计考虑门窗作为泄压面积，泄压面积与厂房体积比应在0.051.22之间，抽放站内的建筑物和构筑物须选用不燃性材料建设。抽放瓦斯泵房的土建工程设计与施工由矿方自行完成。
47、5.35.3 瓦斯泵房设备布置瓦斯泵房设备布置抽放瓦斯泵房的主体设备2BEA-303、2BEA-253型瓦斯抽放泵站（包括电机、气水分离器、检测、监测等设备）、管路、控制阀门等；主要附属设备有放水器、防爆和防回火装置、放空管、计量检测装置及避雷装置等。瓦斯抽放泵无需打基础，利用泵原有的底座，将泵整体平放到泵房内，防爆、防回火装置、放空管、避雷针都须做基础，基础可采用混凝土捣制。5.4 泵站的供电系统及通讯泵站的供电系统及通讯5.4.1 供电系统供电系统1、供电系统总则：泵站供电管理参照掘进面的局扇的供电管理，要求“三专”，即专用变压器、专用线路、专用开关。根据矿井目前供电情况，由地面变压器对瓦
48、斯抽放泵供电，电压为380伏，开关采用矿用防爆磁力起动器，供电采用专用电缆。2、供电计算1）瓦斯泵供电电缆选择cos31000exegUKpI)(1288.0380310009.075Aep泵额定功率；Ue 电压；xK 需用系数，取0.9，cos电机的加权平均功率因数，取0.8。现选用 U：35mm2四芯电缆，其长期允许负荷电流值为138A128A，满足要求。2）潜水泵电缆选择潜水泵因功率较小，可选用10mm2电缆。3)开关泵站自带磁力起动器。4）电气系统接线按380伏电压接线。5.4.2 泵站通讯泵站通讯在泵站安装直达矿调度电话一部。5.55.5 泵站给排水系统泵站给排水系统泵房有三部分用水
49、，抽放泵循环冷却用水，生活用水和消防用水。对泵供水有两个作用，一个是使泵产生真空，同时起冷却轴温的作用。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水，供水水压不能超过1MPa，若超过，应在泵站进水口处加减压阀；若水质不纯（含有颗粒物）应在水流入口端加过滤装置，2BEA-303、2BEA-253型瓦斯抽放泵用水量5.5m3/h。泵房内用水均取自生活水源。2BEA-303、2BEA-253型瓦斯抽放泵用水量5.5m3/h，矿井现有生产供水能力能满足抽放瓦斯系统用水量的要求，不需另开辟新的水源。瓦斯抽放泵给排水系统采用循环供水，采用独立加压供水方式，设立高、低位水池，高
50、位水池设在山坡，低位水池内安装潜水泵，利用潜水泵从低位水池向高位水池供水，高位水池再向泵供静压水，同时抽放泵内通过气水分离器排出的水通过排水管流入低位水池，形成循环水。低位水池容积为25m3左右，高位水池容积为14m3左右，施工中容积可根据实际情况有所改动。如不设高位水池，只设一个低位水池，用水泵直接对抽放泵供水，抽放泵的回水再流到低位水池，对水的冷却效果不如高、低位水池，循环水的温度可能相对较高，易结垢，时间长了可能损坏泵体。此外要求不间歇供水，对水泵性能要求较高。因此推荐采用高、低位水池供水方式，高、低位水池工程施工方法。如果矿井水源非常丰富，也可只建高位水池，不设低位水池，用生活水水源对