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1、本科论文摘 要我国虽然是煤炭生产大国，但由于瓦斯抽采率的低下及排放量的偏高，导致煤矿的安全事件经常发生，不得不引起我们的重视。我国许多煤矿在开采过程都存在各式各样的瓦斯突出和煤层自燃等危险情况，如果在瓦斯抽采过程中任一方面发生一些问题，那么矿井的作业环境会更加的危险，为了能安全的生产，我们要建立一个安全的抽采系统。本文针对山西柳林碾焉煤矿的瓦斯抽采技术进行研究，通过研究碾焉煤矿的可采煤层及其理化性质，进而选取本矿的开采方式。通过对瓦斯涌出量进行预测，为碾焉煤矿选择合适的抽采系统。该煤矿适合采用井下移动式瓦斯抽采技术，使用此方法能够进一步完善和强化碾焉煤矿的瓦斯抽采工作，进而有效的消除瓦斯超限和
2、煤层自燃等重大安全隐患，大大的增加了井下作业的安全系数，有效的确保生产能够在安全的情况下正常进行。关键词：瓦斯突出；瓦斯抽采技术；安全隐患；井下移动式瓦斯抽采技术AbstractAlthough China is a big coal producer, due to the low gas extraction rate and high emissions, the safety incidents of coal mines often occur, which has to be paid attention to.Many coal mines in our country have
3、 various kinds of dangerous situations such as gas outburst and coal seam spontaneous combustion in the mining process. If there are some problems in any aspect of the gas extraction process, the working environment of the mine will be more dangerous. In order to be able to work safely, factor of un
4、derground operation, and effectively ensure the normal operation of safety production. In this paper, the gas extraction technology of NianYan coal mine in Liulin, Shanxi Province is studied. Through studying the coal seam and its physical and chemical properties, the mining method of the mine is se
5、lected. Through the prediction of gas emission, the suitable extraction system is selected for NianYan coal mine. This coal mine is suitable for adopting the underground mobile gas extraction technology. Using this method can further improve and strengthen the gas extraction work of NianYan coal min
6、e, and then effectively eliminate the major safety hazards such as gas overrun and coal seam spontaneous combustion, greatly increase the safety factor of underground operation, and effectively ensure the normal operation of safety production.Key words：gas outburst；gas drainage technology； hidden da
7、nger； underground mobile gas drainage technology本科论文目 录第1章 矿井概况11.1 位置与交通11.2 自然地理11.2.1 地形地貌及水文简况11.2.2 气象、地震11.3 矿井地质21.4 煤层赋存及煤质31.4.1 含煤性41.4.2 可采煤层41.4.3 煤质41.4.4 工业用途51.5 瓦斯、煤尘和煤的自燃51.6 矿井开拓与开采61.6.1 矿井开拓与开采形式61.6.2 采煤方法6第2章 矿井瓦斯涌出量预测72.1 煤层瓦斯基础参数72.2 瓦斯涌出量预测72.2.1影响矿井瓦斯涌出量的主要因素72.2.2瓦斯涌出量预测方法
8、82.2.3预测条件92.2.4 回采工作面瓦斯涌出量预测82.3工作面瓦斯来源分析11第3章 瓦斯抽采量计算133.1 瓦斯抽采方法的选择依据133.2 瓦斯抽采方法的确定133.3 采空区抽采瓦斯143.3.1 插管抽采方法143.3.2 埋管、高位钻孔抽采方法（瓦斯涌出异常时使用）153.3.3 现采空区抽采防灭火措施163.4 抽采瓦斯效果预计163.4.1抽采量预计163.4.2 瓦斯抽采量173.4.3 工作面瓦斯抽采率173.4.4 回采工作面配风量173.4.5 回风巷瓦斯排放口配风量183.5 建立抽采系统的类型183.6 抽采检测仪表18第4章 瓦斯抽采管路系统及抽采泵选型
9、194.1抽采管路布置及选型194.1.1瓦斯抽采管路系统的选择原则194.1.2 瓦斯管路敷设路线194.1.3 瓦斯抽采管径选择204.1.4 瓦斯管的连接方式214.1.5 管路敷设及附属装置214.2 抽采设备布置及选型234.3 抽采管路、设备的安装要求294.4 瓦斯抽采泵站30第5章 结论32参考文献33致 谢34附录一 中文译文35附录二 英文原文第1章 矿井概况1.1 位置与交通碾焉矿全名为山西柳林碾焉煤矿有限责任公司，坐落于柳林县王家沟乡碾焉村，该村主要产业就是煤炭行业，为此全村人民大力支持扩建交通公路工作，使村里快速的连接上县城的交通网络，可以通过高速公路、307国道和三
10、条铁路通往全国各地。另外其太原、中卫、银川三线铁路，吕梁-临县-孟门柳林县煤焦专用交通线已投入使用，交通四通八达，方便向全国各地输送煤炭，其地理位置详见图1-1。1.2 自然地理1.2.1 地形地貌及水文简况碾焉煤矿属于黄土高原地貌，且呈南北高，中部低的地貌特征，但其两端的高度差相差不多，对开采没有太大影响1。碾焉煤矿属于黄河流域黄河水系。井田内本身没有河流形成，但部分沟谷会因降水量的增多而产生季节性流水的现象，在降水量多时沟谷有流水，最终会流入黄河，当降水量低时沟谷内的流水就会干枯2。1.2.2 气象、地震碾焉煤矿所在地区为大陆性季风气候，昼夜温差大，四季分明，全年多为半干旱的状态。第一季度
11、和第四季度基本是西北风，平均风力为二级，最大风力达到过9级烈风，属于极少情况。降水量十分少，最少时仅有3.6mm。第二季度和第三季度降水量偏多，是全年的主要降水来源，最多时达到1299mm，偶尔会出现暴雨导致的洪水灾害。年平均气温为8.8，一月份平均温度为零下8.7，是近几年来的最低温度；七月份平均温度为23.8，属年度最高温度，平均温差32.5，多年来的平均蒸发量为2143.5mm。通常情况下10月份气温会降至0，4月中旬会回升到0以上。在11月上旬井田内的土地上冻，进入冻土期，翌年4月上旬冰雪消融，冻土期结束，最大冻土深度达到112cm。霜期为10月上旬至第二年的3月中旬结束。根据GB50
12、011-2001要求，碾焉煤矿的抗震设防烈度为6度，基本地震加速度值为0.05g，历史上从未发生过大型地震，鲜有几次由于其它地区的小型地震导致的余震，可以忽略不计3。图1-1 山西柳林碾焉煤矿交通位置图1.3 矿井地质1.3.1 地层碾焉煤矿井田表层基本为黄土，极少部分有出露的基岩4。井田内部地层的地层岩性十分丰富。根据相关资料，现将井田内部按地层层序、煤层厚度、含有煤层、岩性成分叙述如表1-1：表1-1 地层信息一览表地层组厚含有煤层岩性最小最大/平均奥陶系中统峰峰组（O2f）0102m/51m无灰色石灰岩，黄灰色泥质石灰岩、灰色中厚层花斑状灰岩、白云岩等石炭系中统本溪组（C2b）约18.6
13、644.20m/31.10m。无铁铝岩，铝土质泥岩、粘土岩、灰黑色石灰岩石炭系上统太原组（Ct）约85.2088.13m/为86.67m左右。6、7、8、9、10号五层煤黑色泥岩、砂质泥岩、中粗粒砂岩、灰色石灰岩二叠系下统山西组（Ps）约65.2088.90/77.10m3、4上、4、5号4层煤长石石英砂岩、泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩二叠系下统下石盒子组（P1x）约104.30-126.20m/115.25m含有少量的不稳定的12层薄煤层灰-灰绿色陆相碎屑岩二叠系上统上石盒子组（P2s）约71m/35m无黄绿色砂岩，砂质泥岩、粉砂岩及紫色泥岩上第三系上新统（N2）约0-59.85m/29.93m
14、无暗红色、棕红色亚粘土，夹有半胶结状砾石层第四系中上更新统（Q2+3）和全新统（Q）约0-88.75m/44.38m无土黄色晋砂土、晋粘土1.4 煤层赋存及煤质1.4.1 含煤性本文的地层中主要有两部分可用于煤矿开采，详见表1-2：表1-2 地层含煤性一览表地层煤层号煤层厚度（m）可采性含煤系数煤层厚度平均厚度太原组（Ct）6上0.000.460.18不可采4%60.300.780.47不可采70.000.340.17不可采80.000.130.07不可采91.453.002.17可采山西组（Ps）030.001.030.37不可采5.9%10.000.140.25不可采20.001.270.
15、66不可采30.001.180.45不可采40.724.051.71可采50.001.970.46不可采1.4.2 可采煤层（1）4号煤层4号煤层其构造较为简单，由泥岩、砂质泥岩组成其顶板，泥岩、细砂岩组成其底板，位属于山西组的下半部分，十分适合开采，所以是该井田稳定的全区可采煤层。根据钻孔资料发现5号煤层略微不稳定所以不可采，进而将5号煤层合并到4号煤层一并开发，以确保井田的安全性。（2）9号煤层9号煤层位属于太原组最下部分，其顶板和底板均由泥岩、砂质泥岩组成，结构较简单，适合开采，井田状态稳定，属于全区可采煤层。1.4.3 煤质物理性质及煤岩特征其物理性质基本相同，一般为黑色粉末状固体或碎
16、块状固体，且表面呈强玻璃关泽。碎块的条痕呈棕色、棕黑色，且硬度小、脆度大，导致煤岩内部会产生裂痕，其断口呈参差不齐的现象。（1）宏观煤岩特征本矿的煤大多为半亮型的亮煤，还有少部分暗淡型的暗煤和光亮型的镜煤。虽然煤岩组分有所差异，但其宏观特征基本相同。（2）显微煤岩特征其中含有镜质组、半镜质组、丝质组的有机组分，且占百分之八十以上，剩余部分为无机组分的粘土、硫化镁类，分别占34.5-70.40%、20.0-47.8%、6.4-18.60%、0-2.5%。所以其显微特征也大致相同。 根据本煤矿上述的可采煤层显微组分的煤岩特征资料，可将其类型确定为微镜堕煤型。1.4.4 工业用途井田内的4号煤层、9
17、号煤层均为焦煤，是适宜的炼焦用煤。1.5 瓦斯、煤尘和煤的自燃（1）瓦斯根据查阅相关资料可知：4号煤层的甲烷平均含量为0，每克煤炭中一氧化碳平均含量为0.15毫升，碳含量为0，每克煤炭中氮含量平均0.548毫升；甲烷占瓦斯成分为0，二氧化碳占21.48%，氮气占78.52%。9号煤层的甲烷含量基本为0，每克煤炭中一氧化碳含量为0.070.23毫升，平均每克煤炭中为0.15毫升，碳含量为0，每克煤炭中氮气含量为1.4220.175毫升，平均为每克煤炭中0.799毫升，瓦斯的成分中不含有甲烷，一氧化碳占21.25%，氮气占78.76%。（2）煤尘爆炸对4、9号煤层进行爆炸分析，运用特定高速拍照设备
18、在标准条件下进行试验测得其火焰长度分别为134mm和147mm，抑制现场由煤尘导致的爆炸所需要的岩粉量最低限度都为70%。由以上数据可知本井田的两个全区可采煤层都有可能发生由现场煤尘导致的爆炸事件，对人身安全，财产损失造成伤害。（3）煤的自燃倾向性从内部因素和外部因素对4号煤层、9号煤层进行综合考虑，确定它们的吸氧量分别为0.61cm3/g、0.63cm3/g，由此可知其自燃等级都为II级，全部具有自然倾向性5。1.6 矿井开拓与开采1.6.1 矿井开拓与开采形式根据上述材料，本矿井适合采用同时使用主斜井和副立井共同进行开拓的混合开采方式，此方法需要在本矿的作业面内布置三个井筒，分别是主斜井，
19、副立井和回风立井，且三者通过机械抽风的方法共同完成两进一回的通风任务，其主要作用如下所述：（1）主斜井：负责提升整个矿井的煤炭及其他产物，同时也负责本矿井的进风任务，确保井下空气畅通，保证矿井的通风安全。（2）副立井：负责矿井中操作工、使用的机械工具、和产出的残渣等物品的辅助提升任务，并进行辅助进风作业，满足矿井需要的最大进风量，兼做一个安全出口，确保作业人员的安全。（3）回风立井：负责整个矿井的回风作业，并在发生突发情况时可以作为矿井的另一个安全出口，保证作业人员的快速疏散6。1.6.2 采煤方法根据上文的数据可知，两个可采煤层的厚度相差不大，故判断碾焉煤矿适合采用一次采全高采煤法。使用此方
20、法本矿井只需要一个工作面作业，其生产能力便可以满足本矿的生产需要，达到了多方面节约成本的作用。第2章 矿井瓦斯涌出量预测2.1 煤层瓦斯基础参数表2-1 4号煤层井下实测瓦斯含量结果煤层测定地点坐标地面标高（m）底板标高（m）埋深（m）原煤瓦斯含量（m3/t）XY4号煤层1980回风顺槽 200m处x=4164951.47y=19486929.498305702602.831980回风顺槽 550m处x=4163576.47y=19488599.518255651692.251980皮带顺槽 300m处x=4161011.45y=19489449.528055422632.911980回风顺槽
21、口400m处x=4164501.47y=19487229.507455202252.322.2 瓦斯涌出量预测2.2.1 影响矿井瓦斯涌出量的主要因素（1）煤层因素。其他煤层的瓦斯可能会涌入开采层中，导致瓦斯涌出量增多，例如可采的煤层、不可采的煤层、围岩，它们的瓦斯含量与矿井的瓦斯涌出量呈正比例关系，随着自然因素中的瓦斯含量的增加本矿井的瓦斯涌出量也会增加。现阶段大部分矿井将煤层、围岩的瓦斯含量作为瓦斯涌出量的主要预测依据。（2）技术因素。包括本矿井能够开采的最大深度，具体应该在哪些部位进行开拓开采作业以及本矿井在现有设备下能够产出多少原煤。不断增加的开采深度，在不同地点进行开采作业甚至不同开
22、采设备的开采能力的差异，都会对瓦斯涌出量造成不同程度的影响7。（3）开采因素。在开采首采煤层时，首采层的上下临近层中的部分瓦斯会随着首采层的瓦斯一同涌出，导致首采煤层的瓦斯涌出量超高。由此侧面证明丢煤中所含的大多数瓦斯最终会涌入巷道，所以回采率与瓦斯涌出量呈反比关系。2.2.2 瓦斯涌出量预测方法 分源预测法预测采区和瓦斯涌出量可以使用分源预测法，由于煤层和矿井的瓦斯量存在着的特殊关系，通过对瓦斯的涌出来源和当前开采水平的结合，可以计算出工作面瓦斯的涌出量，就可以完成对其的预测8。2.2.3 预测条件（1）一采区4号煤层，煤层平均厚度是1.71m，一采区的年产量为0.6Mt/a9。 （2）回采
23、工作面长度为150m，回采率为95%。 （3）瓦斯含量：根据开拓布置图及瓦斯等值线图,一采区回采工作面瓦斯含量取 2.1m3/t。残存量取1.37m3/t。 2.2.4 回采工作面瓦斯涌出量预测由开采层瓦斯涌出量和邻近层瓦斯涌出量与回采工作面的瓦斯涌出量三者的关系详见公式2-110 。 2-1式中： ,m3/t； ,m3/t； ,m3/t。 （1）工作面开采层瓦斯涌出量（包括围岩）按下式计算： 2-2式中：,m3/t； ； ，,取 =1.0511； ； 2-3式中： 工作面长度；,取14.2m； ； 表2-2 开采层相对瓦斯涌出量预测表采区K1K2K3瓦斯含量（m3/t）残存量(m3/t)相对
24、涌出量(m3/t)一1.301.050.812.11.370.81（2）邻近层瓦斯涌出量 2-4式中：,m3/t； ,m；,m；,m3/t； ,m3/t； 具体取值查图2-2。图2-2 邻近层的瓦斯排放率与层间距地关系表2-3 4号煤层各邻近层瓦斯涌出量计算表煤层名称煤厚采厚瓦斯含量残存瓦斯含量距4号煤层的距离瓦斯排放率相对瓦斯涌出量备注mmm3/tm3/tm%m3/t3上0.552.11.378.24870.18上临近层31.072.11.374.27840.3541.711.712.11.37开采层50.352.11.371.63820.33下临近层合计0.86（3）回采工作面涌出的瓦斯量
25、，见表2-4。表2-4 回采面瓦斯涌出量预测结果表采区瓦斯含量（m3/t）日产量（t/d）瓦斯涌出量开采层（m3/t）邻近层（m3/t）合计相对瓦斯涌出量（m3/t）绝对瓦斯涌出量（m3/min）一2.122400.810.861.672.672.3工作面瓦斯来源分析根据回采工作面瓦斯涌出量所得到的预测结果，工作面的瓦斯涌出量构成如下内容，见表2-5。表2-5 工作面瓦斯涌出量构成预测结果表采区瓦斯涌出区域工作面涌出量开采层邻近层一瓦斯涌出量（m3/min）2.671.111.56所占比例（%）1004258对表2-5进行分析，可以得出以下结论：（1）开采一采区回采工作面时，开采层占42%，邻
26、近层占58%。（2）开采层的瓦斯涌出量中不仅含有回采面落煤中的瓦斯涌出还有采空区的丢煤中的瓦斯涌出和围岩的瓦斯涌出，根据式2-2可知：落煤瓦斯涌出量为，采空区丢煤，围岩瓦斯涌出的具体值为12。开采层瓦斯涌出量构成预测结果，见表2-6。表2-6 开采层瓦斯涌出构成预测结果采区瓦斯涌出区域开采层开采层落煤围岩、丢煤（现采空区）一瓦斯涌出量（m3/min）1.110.590.52所占比例（%）1005347第3章 瓦斯抽采量计算3.1 瓦斯抽采方法的选择依据确定瓦斯抽采的方法，除了要考虑开采设备、开采顺序、管道安装位置，还要考虑开采的地质条件、煤的含量情况和瓦斯的来源等因素。因此，综合以上情况：（1
27、）煤层的含煤量多少、井下抽采管路如何敷设、矿山开采的难易程度和施工程序及设备情况是选择瓦斯抽采方法应最先考虑的问题；（2）应进行多方面排查检测，将邻近层或其它层的瓦斯涌出考虑在内，可以给选择采取方法提供更准确的基础资料，可以大大的提高瓦斯抽采效率；（3）减少井下管路安装的工程量，合理利用开采巷道，增加二者的通用率，可以使井巷工程量减小，同时做好巷道的布置和维修工作，使投资金额减小，从而达到降低成本和提升瓦斯抽采效率的效果；（4）应选择作业程序简单、抽采管道架设方便以及能延长系统使用寿命的抽采方法，使其利用率达到最高。综上所述碾焉煤矿适合选择综合抽放瓦斯法，此方法是把瓦斯抽放量及抽放率达到最高的
28、方法。该方法是将多种操作如开采前的检测、对抽采后的空间进行卸压、工作面回采等操作结合使用的一种抽采方法，其最突出的特点是能够节约时间和经济成本。在适宜情况下，应对被保护层卸压用来减少邻近煤层的卸压瓦斯涌出量，可以有效降低保护层的瓦斯突出危险性，确保了系统的安全性。另外此方法是将多种抽放方法相结合并能同时使其进行作业的高效抽采方法。通过这种方法可以在相同的作业体积下，用最少的时间完成更多的工作任务，最大程度的提高工作效率，可为其他工作的进行抢下丰富的时间资源。3.2 瓦斯抽采方法的确定根据上文的综合分析可知，山西柳林碾焉煤矿回采工作面的设计风量可以满足回采风排瓦斯要求。其主要问题是在现有的作业条
29、件下，回采工作面上隅角的瓦斯积聚程度难以控制，并且现有的通风方式不足以解决该问题，所以本煤矿回采工作面上隅角瓦斯有超限的风险13。因此，本次设计只考虑回采工作面上隅角瓦斯抽采，不考虑其他因素。根据上述四点的选择原则，再结合山西柳林碾焉矿煤层赋存、瓦斯来源等特点，抽采方法技术、经济因素对比如表3-1。表3-1 抽采方法技术、因素对比表方案方案一：高抽巷抽采方案二：高位钻孔抽采方案三：采空区插管优点1.抽采量大；2.抽采稳定；管理方便；3.管路敷设距离短1.在工作面回风顺槽直接施工钻场进行打孔；2.可根据效果调整钻孔角度，抽采效果好；3.管理方便。1.不受工作面影响；2.资金投入小缺点1.施工成本
30、高，周期长。2.受作业面影响较大1.施工成本高，周期长；2.钻孔有效长度短。1.经常根据抽采效果及瓦斯涌出情况，调整抽采参数，管理不便；2.抽采管路需要进行回撤。费用概算885万180万90万建议进行专项技术研究后，根据成果确定。进行专项技术研究后，根据成果确定。应用3.3 采空区抽采瓦斯3.3.1 插管抽采方法 由于现采空区和工作面共用一个通风系统，因此，在某些情况下现采空区瓦斯通过共用的通风系统涌入工作面，二者经过混合叠加后再通过通风系统的回风井一同排出，当采空区的瓦斯积存过多或者工作面涌出的瓦斯过多时，尤其是二者中的任一部分发生塌陷情况，引起邻近层的瓦斯在短时间内大量涌入开采层，则通风系
31、统会因超出排放流量的上限而导致上隅角的瓦斯超限或在通风系统内积存的瓦斯超限，增大了爆炸事故发生的可能性，严重的威胁了安全生产的进行。为了使上隅角瓦斯能正常抽放和保证回采过程能够安全进行，本次设计采用插管抽采方法完成对现采空区瓦斯的抽采任务。此方法是通过对工作面上隅角采空区进行插管并完成抽采，在采空区内制造一个负压区，这样有助于瓦斯向此区域快速汇集，在此混合后的瓦斯在压强的作用下，通过插入的管路排出，快速解决瓦斯因通风效率低而造成的积聚问题，确保本系统的安全性。抽采示意图，见图3-1。图3-1 采空区插管抽采瓦斯方法示意图3.3.2 埋管、高位钻孔抽采方法（瓦斯涌出异常时使用）考虑顶板周期性压差
32、变化等情况，其导致瓦斯涌出量出现异常增大的情况。此时插管抽采方法已经无法解决工作面上隅角瓦斯超限的问题时，便可以选用高位钻孔或抽采埋管的方法，将超限的瓦斯排出，确保工作面瓦斯能够安全、高效的排放14。高位钻孔抽采方法、埋管抽采方法见图3-2、3-3所示。图3-2 采空区埋管抽采瓦斯示意图图3-3 采空区高位钻孔系统示意图3.3.3 现采空区抽采防灭火措施在进行抽采作业时应注意采空区消防方面的问题，必须加强防灭火预测预报和防灭火措施。（1）需要建立火灾预防检测系统。在井下安装多类型的火灾探测器，多方面检测火灾发生的可能性，争取将损失降到最低限度。（2）在井下建立气体检测系统，通过预先安装束管的方
33、法，对井下密闭空间是否存在漏风现象及密闭内外瓦斯，甲烷、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气、温度、内外压差等是否存在异常情况进行检测，并对井下作业空间内所有的气体进行分析检测，如发现危险性气体浓度过高时，立刻触发报警装置，工作人员可以采取相对应的应急措施，防止危险进一步扩大。（3）防灭火措施：利用山西柳林碾焉矿井现有的防灭火措施，包括喷洒阻化剂、挂设挡风帘、构筑阻燃墙、注黄泥浆、凝胶防灭火法等。3.4 抽采瓦斯效果预计3.4.1抽采量预计根据工作面瓦斯来源分析，现采空区瓦斯涌出量为围岩、丢煤与邻近层采空区瓦斯之和，0.52+1.56=2.08m3/min。碾焉煤矿采用采空区插管抽放的方
34、法抽采回采工作面现采空区瓦斯，通过查阅相关实验数据，此方法在采空区的抽采率为50%70%之间，本文取其中间值进行预测，则本次预计结果为每分钟有1.25 m3的瓦斯被抽出。3.4.2 瓦斯抽采量矿井设计年抽采瓦斯量计算式为： 3-1式中：，Mm3/a；，Mm3/d；，d。：。3.4.3 工作面瓦斯抽采率工作面瓦斯抽采率是指工作面瓦斯抽采量占工作面瓦斯总涌出量的百分比，计算公式： 3-2式中：，%；，m3/min；，m3/min。通过计算可以得出碾焉煤矿的回采面瓦斯抽采率约为47%。虽然碾焉煤矿属于低瓦斯矿井，本不需要建立瓦斯抽采系统。但其回采工作面的通风系统比较落后，通风能力不强，导致工作面回采
35、过程中一些容易出现瓦斯积存的部位发生瓦斯超限等问题，故碾焉煤矿决定采取瓦斯抽采措施，建立抽采系统用来解决局部瓦斯的相关问题，做好瓦斯防治工作，保证工作面的安全回采工作正常进行。3.4.4 回采工作面配风量根据上文计算，回采工作面每分钟有的风排瓦斯量为1.42m3的瓦斯由排风系统排出，回采工作面最大需风量可按式3-3计算： 3-3式中：，m3/min； ，m3/min； %，C0.8。经计算230.75 m3/min，实际配风量可以满足本通风系统排放瓦斯的需要。3.4.5 回风巷瓦斯排放口配风量碾焉煤矿井下移动瓦斯抽采泵站的管路每分钟有1.25 m3的瓦斯抽出，需在一采区回风巷瓦斯排放口排放；同
36、时一采区回风巷的每分钟排出1.42m3的瓦斯根据相关规定的要求，瓦斯排放口至少需配风量为800m3/min才能达到安全生产的标准。3.5 建立抽采系统的类型碾焉煤矿建立井下移动抽采系统解决一采区工作面（上隅角）瓦斯问题，服务范围为一采区工作面。抽采系统应布置在回风大巷与轨道大巷之间的联络巷内。3.6 抽采检测仪表抽采系统所需的常用检测仪器见表3-2。表3-2 抽采系统常用检测仪器览表仪表类型数量仪表有孔板流量计若干U型水柱计若干瓦斯浓度检定器若干高负压取样器若干汞柱计若干第4章 瓦斯抽采管路系统及抽采泵选型4.1抽采管路布置及选型4.1.1瓦斯抽采管路系统的选择原则本煤矿抽采管路系统的选择应考
37、虑资金投入、施工周期、未来的规划等多方面因素，为了减少系统不必要的浪费，尽量做到抽采管路一次成型，不做二次改动，还要考虑到管道连接的密闭性及其功能性的完整，和保证设备安装、维护的方便性，应遵循以下六点原则：（1）使巷道的曲线段部分尽可能的少，转弯时角度不应过大确保在50以内，并且在与巷道最短的距离内安装抽采管路。（2）为了不影响其他方面的效率，最好应选择在运输作业较少的位置安装管路，例如回风巷；当必须将其敷设在运输，通行繁忙的巷道时，应将其固定在上方高度不小于于1.9m的巷道壁上，以确保材料输送速度及作业的人员能够顺利通行并且头部不会发生磕碰等情况。抽采管路与巷道壁的距离应大于10cm，用来给
38、抽采管路的附件等物品预留出足够的检修、维护距离。（3）当管道在发生意外故障时，严格控制住管道内的瓦斯流向，要求系统可通过操作使向远离采掘工作面、矿井机房或机电硐室内的方向疏散，以确保作业环境和人员的安全。（4）应按照工业企业总平面设计规范的有关规定，严格控制抽采管道井下建（构）筑物及设施的间距。（5）为系统选用合适的管路管径，以此来杜绝因为管路的直径过大或者过小而造成不必要的能量损耗、效率过低等现象发生。（6）在系统中安装能对管路进行调节、控制、测定的防回气装置，严防瓦斯回流造成经济财产损失及人员伤亡的事件发生15。4.1.2 瓦斯管路敷设路线碾焉煤矿的管路敷设路线如图4-1：图4-1 瓦斯管
39、路敷设路线图4.1.3 瓦斯抽采管径选择合理的选择瓦斯抽采管路的直径是建设碾焉矿系统中的重要因素，它不仅对抽采系统的经济投资有很大影响，而且对抽采系统的效果同样影响颇深。如果直径太大，导致投资费用增加，多做了许多无用功；如直径过小，则由于管路阻力所造成的损失过大，因此应根据抽采泵的实地使用数据源考虑设置一定的备用量，确保抽采管路的物尽其用。抽采管路的直径选用一般采用下式计算： 4-1式中 ，m；，m3/min；。根据其他煤矿的经验再结合本煤矿的实际情况，由于瓦斯涌出量为预测值，则在进行抽采管路直径的选择时，同样应为其留有余量，详见表4-1。表4-1 抽采系统抽采瓦斯管径选择结果类别抽采纯量（m
40、3/min）瓦斯浓度（%）备用系数混合流量（m3/min）平均流速（m/s）计算管径（mm）选择管径（mm）壁厚（mm）材质负压顺槽支管路（抽采孔口到抽采泵站段抽采管路）1.2531.340103784265焊缝钢管（1.0MPa）续表4-1 抽采系统抽采瓦斯管径选择结果类别抽采纯量（m3/min）瓦斯浓度（%）备用系数混合流量（m3/min）平均流速（m/s）计算管径（mm）选择管径（mm）壁厚（mm）材质负压硐室主管路（管口到抽采泵站段抽采管路）1.2531.34093914265焊缝钢管（1.0MPa）正压主管路（抽采泵站至排放口抽采管路）1.2531.34093914265焊缝钢管（1
41、.0MPa）4.1.4 瓦斯管的连接方式此次设计，抽采主、支管路选用焊缝钢管，采用配套法兰连接。4.1.5 管路敷设及附属装置（1）井下管路敷设要求根据碾焉煤矿井下的具体环境条件，在对煤矿井下抽采瓦斯管路进行装设的过程中要满足以下六点要求： 在主要管路上涂刷防腐、防锈漆，管路附件一律采用防腐、防锈蚀的管件，延长管路的使用年限； 为了防止管路下滑，应在巷道支护上用卡子将其固定； 敷设平直的管道，如果实在没有安装平直管道的条件时，应避免安装的角度过大； 瓦斯管路在主要运输巷道中的敷设高度应在1.8m以上，确保作业人员能流畅通过； 管路敷设时，要求流水坡度应尽可能保持一致，避免高低波动、参差不齐，在低洼处应该装设放水器进行辅助工作； 要求新敷设管路的气密性必须符合国家要求的标准，并进行检验，发现不合格的部位立即向上级汇报，修整合格后方能投入使用16。（2）井下管路安装碾焉煤矿抽采支管路采用井字架支撑敷设，每根管路支撑井字架，离地高度大于300mm。（3）附属装置 阀门安装在瓦斯抽采管道上，用于随时解决各个抽采地点因不同气体而发生的问题以及在发生紧急事件和或管线进行升级、维护时可用于保证管线停止运作的阀门，本煤矿适合使用蝶阀。 测压表用于观测抽采管内的压力。 计量装置在不同的环境和背景下使用不同的计量方法