河南理工大学瓦斯抽采课程设计

编号：《矿井瓦斯防治技术》课程设计题目：矿井瓦斯抽采系统管路选择及阻力计算学生姓名学号学院：专业名称班级指导老师：年月日2目录一、采面概况···························4二、13号煤层抽放难易程度判段·····················6三、不同主巷道段的纯抽采量与平均浓度·····················7四、瓦斯抽放管径选择··························7五、管路摩擦阻力计算·························9六、瓦斯抽放管路布置图（附图）3前言预防煤矿瓦斯在巷道和工作面的聚集形成危害，有两个相互补充的技术条件；1、利用矿井主扇，把瓦斯冲淡到安全浓度并把烷空混合物从矿井排放到地面大气中；2、利用瓦斯泵抽采瓦斯，在负压下人工抽高浓度瓦斯并把它通过管路与巷道隔离运送到地面。抽采瓦斯变废为宝，预防瓦斯超限、确保矿井安全。当矿井、采煤工作面、采区等瓦斯浓度较低，无法用抽采的方法抽采瓦斯时，可以用通风方法将瓦斯冲淡到《煤矿安全规程》规定的浓度以内；当开采解放层并且具有抽采瓦斯系统的矿井，应抽采被解放层的卸压瓦斯。抽采近距离解放层的瓦斯，可减少卸压瓦斯涌入解放层工作面和采空区、保证解放层安全顺利的回采；抽采远距离被解放层的瓦斯，可以扩大解放范围与程度，并于事后在被解放层内进行掘进和回采时，瓦斯涌出量会明显减少。对于无解放层可以抽采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施；开发利用瓦斯资源，保护大气环境，变害为利。4一、采煤概况某矿一采区采用上山开采13号煤层，已知煤层透气性系数=0.1045m2/MPa2·d，百米钻孔初始瓦斯涌出强度为0.011(m3/min.100m)，钻孔自然瓦斯流量衰减系数0.0324(d-1)。采区内布置有1个回采工作面、1个准备工作面和3个掘进工作面，如图所示。回采工作面在上、下顺槽分别施工煤层顺层钻孔边采边抽回采区域瓦斯；准备回采工作面采用上、下顺槽分别施工煤层顺层钻孔预抽煤层瓦斯；掘进工作面采用巷帮钻场施工煤层巷帮钻孔配合正前煤层顺层钻孔预抽煤巷条带区域瓦斯，掘进期间巷帮钻孔边掘边抽。已知各段巷道的长度为：巷道段编号长度（m）管路类型抽采纯量（m3/min）平均浓度（%）1~2200主管2~31500主管3~4230主管4~530主管5~6230主管6~730主管7~8230主管8~930主管3~101350支管7.0504~111350支管7.0505~121800支管7.0506~131800支管7.0507~14960支管5.0408~151750支管5.0409~16800支管5.040请依据《AQ1027-2006矿井瓦斯抽放规范》判断13号煤层抽放难易程度，分别选取主管和支管（管径）并添加在图中，然后计算抽放系统各段管路的抽放5阻力。图1矿井瓦斯抽采方法示意图参考资料：标准抽放管路内径规格序列12345678910内径mm25385075100125150175200225序列11121314151617181920内径mm250275300325350375400425450475提示：1．同一趟管路中流量不同时，按管路中最大流量计算管径及阻力；2．多趟管路混合后的浓度，按总纯流量和总混合流量计算混合浓度。6二、13号煤层抽放难易程度判断《AQ1027-2006矿井瓦斯抽放规范》把末卸压煤层，煤层瓦斯抽放的难易程度可划分为三类,见表1表1煤层瓦斯抽放难易程度表类别钻孔流量衰减系数d-1煤层透气性系数㎡／Mpa2·d容易抽数0.00310可以抽放0.003～0.0510～0.1较难抽放0.050.1已知条件：13号煤层，已知煤层透气性系数=0.1045m2/MPa2·d，百米钻孔初始瓦斯涌出强度为0.011(m3/min.100m)，钻孔自然瓦斯流量衰减系数0.0324(d-1)。对照煤层瓦斯抽放难易程度表13号煤层的抽放难易程度为：可以抽放对煤层的不同抽放难易程度应采取不同的瓦斯抽放方法。1、煤层透气性较好、容易抽放的煤层，宜采用本层预抽方法，可采用顺层或穿层布孔方式。2、煤层透气性较差、采用分层开采的厚煤层。可利用先采分层的卸压作用抽放来采分层的瓦斯。3、单一低透气性高瓦斯煤层．可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制顶裂爆破等方法强化抽放。煤与瓦斯突出危险严重煤层，应选择穿层网格布孔方式。4、煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。7三、不同主巷道段的纯抽采量与平均浓度根据矿井巷道布置图，分支管道与主管道的汇合关系，当多趟管路混合时其浓度，按总纯流量和总混合流量计算混合浓度。计算结果如下表：巷道区段1~22~33~44~55~66~77~88~9纯抽采量（m3/min）434336292215105.0平均浓度（%）464645.344.342.7404040四、瓦斯抽放管径选择可按下式计算：D=145.7VQ式中：D——瓦斯管内径，mm；Q——管内瓦斯流量，m3/min；V——瓦斯在管路中的平均流速，m/s，一般取V＝10m/s～15m/s。管内瓦斯流量Q，并不是纯瓦斯抽采量而是纯瓦斯抽采量与平均浓度的比值即瓦斯的混合流量，这里V取值为10m/s。资料查的标准抽放管路内径规格如下表：8序列12345678910内径mm25385075100125150175200225序列11121314151617181920内径mm250275300325350375400425450475对于计算值要根据标准抽放管路内径规格选取合理的管路内径。由以上计算结果如下：巷道段编号抽采纯量（m3/min）管道内瓦斯平均浓度（%）管内瓦斯流量（m3/min）瓦斯管内径计算值（mm）瓦斯管内径对应标准值（mm）1~2434693.54464752~3434693.54464753~43645.379.54114254~52944.365.53733755~62242.751.53313256~7154037.52823007~8104025.02302508~95.04012.51631753~107.05014.01721754~117.05014.01721755~127.05014.01721756~137.05014.01721757~145.04012.51631758~155.04012.51631759~165.04012.51631759五、管路摩擦阻力计算计算直管摩擦阻力，可按下式计算：H=DQ52KL8.9V式中：H——阻力损失，Pa；L——管路长度，m；Q——瓦斯流量，m3/h；D——管道内径，cm；k——与管径有关的系数，见表D.1;v——混合瓦斯对空气的相对，见表D.2表D.1不同管径的系数k值通称管径mm152025324050K值0.460.470.480.490.500.52通称管径mm7080100125150180以上K值0.550.570.620.670.700.71由于所取管径均大于150管径的系数k值都取0.7表D.2在0℃及105Pa气压时的v值瓦斯浓度0123456789010.9960.9910.9870.9820.9780.9730.9690.9540.960100.9550.9510.9470.9420.9380.9330.9290.9240.9200.91510200.9110.9060.9020.8980.8930.8890.8810.8800.8750.871300.8660.8620.8570.8530.8480.8440.8400.8350.8310.826400.8220.8170.8130.8080.8400.7990.7950.7910.7860.782500.7770.7730.7560.7640.7590.7550.7500.7460.7420.737600.7330.7280.7240.7190.7150.7100.7060.7010.6970.693700.6880.6840.3790.6750.6700.6660.6610.6570.6250.648800.6140.6390.6350.6300.6260.6210.6170.6120.6080.603900.5990.5950.5900.5860.5810.5770.5720.5680.5630.5591000.554——————————————————巷道段编号直管路长度（m）管内瓦斯流量（m3/h）管内瓦斯流量的平方（m3/h）2管道内径（cm）管道内径的五次方（cm）5管道内瓦斯的平均浓度（%）所在瓦斯浓度下的v值管路摩擦阻损失(Pa)1~220056103147210047.5241806543460.795285.62~3150056103147210047.5241806543460.7952142.33~423047702275290042.5138657910.245.30.799416.24~53039301544490037.574157714.8444.30.84072.45~62303090954810032.536259082.0342.70.808675.56~7302250506250030.024300000400.82270.97~82301500225000025.09765625400.822601.28~93075056250017.51641308.594400.822116.73~10135084070560017.51641308.594500.7776224.34~11135084070560017.51641308.594500.7776224.35~12180084070560017.51641308.594500.7778299.1116~13180084070560017.51641308.594500.7778299.0737~1496075056250017.51641308.594400.8223732.98~15175075056250017.51641308.594400.822680.479~1680075056250017.51641308.594400.8223110.7总和47076.0对于转弯处的局部阻力可用估算法计算，一般摩擦阻力的10%～20%。管路系统长，网络复杂或主管管径较小者，可按上限取值，反之则按下限取值。对以上综合考虑这里取15%由于主要管道的管径有差别，在接口处及支管与主管汇流拐弯处引起的局部摩擦阻力(Pa)计算如下：1~22~33~44~55~66~73~1042.8321.362.410.9101.310.6933.64~115~126~137~148~159~16总和933.61244.91244.9559.91020.7466.67061.4管道总阻力∑Hi=∑H管道+∑H局部阻力=47076+7061.4=54137.4（Pa）