某矿井综采面瓦斯抽放系统设计-课程设计

前言《矿山安全技术》课程设计是学生学习该课程理论学习结束后进行的一项实践教学环节，是课程体系的主要组成部分。其目的是通过课程设计加深对《矿山安全技术》和其它课程所学专业理论知识的理解。综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计的能力为毕业设计奠定基础。一矿戊9-1032101工作面开采戊9-10煤层，煤层厚度为4.8－5.2m平均厚度为5m；赋存稳定，倾角为2～5°。顶板为砂质泥岩，岩层不很致密，距戊9-108～10m，顶部为戊8煤层，该煤层在本区域内厚度0～0.4m为不可采煤层。本区域有小断层，对开采影响不大。编制设计方案的依据（1）《矿井抽采瓦斯工程设计规范》MT5018-96中华人民共和国煤炭工业部；（2）《矿井瓦斯抽采管理规范》1997中华人民共和国煤炭工业部；（3）《煤矿安全规程》(2006)国家煤炭安全监察局；（4）《采矿工程设计手册》煤炭工业出版社；（5）《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）中华人民共和国安全生产行业标准；（6）《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1027-2006）中华人民共和国安全生产行业标准；河南理工大学课程设计1目录第一章综采工作面概况-----------------------------------------------------------3第一节采区位置范围、地质条件和煤层综合柱状图--------------------3第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数--------------------------------------4第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法--------------------------------4附：综采工作面巷道布置范围--------------------------------------------------5第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证------------------------------5第一节煤层瓦斯储量计算-----------------------------------------------------7第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证-----------------7第三章煤层瓦斯抽放方法设计------------------------------------------------8第一节抽放方法的比较和选择------------------------------------------------8第二节抽放钻孔参数确定-------------------------------------------------------9第三节绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图-----------------------9第四章综采工作面瓦斯抽放系统---------------------------------------------10第一节工作面瓦斯抽放设施的配置和布置---------------------------------10第二节抽放管路的计算和选择--------------------------------------------------11第五章瓦斯泵选型---------------------------------------------------------------12第一节抽放系统管道阻力计算------------------------------------------------12第二节瓦斯泵流量和压力计算------------------------------------------------13第三节瓦斯泵选型确定-----------------------------------------------------------14第六章工作面瓦斯抽放安全技术措施---------------------------------------14河南理工大学课程设计2第一章综采工作面概况第一节采区位置范围、地质条件和煤层综合柱状图地质条件本采区开采戊9-10煤层，煤层厚度为4.8－5.2m平均厚度为5m；赋存稳定，倾角为2～5°。顶板为砂质泥岩，岩层不很致密。顶部为戊8煤层，距戊9-10煤层8～10m，该煤层在本区域内厚度0～0.4m，为不可采煤层。本区域有小断层，对开采影响不大。地层代号柱状1:100层厚(m)累厚(m)岩性特征............................................综合柱状图1.2-3.02.614.411.04-18.93-64.511.97..................................................................................................................................................上部为泥岩，砂质泥岩互叠层，下部为灰色及深灰色细砂岩，底部夹有薄层的黑灰色粉砂岩，靠近煤处变为黑灰色、黑色泥岩中夹煤线，富含植物化石。2-3煤层，黑色，以暗煤为主，夹亮煤条带，沥青光泽，煤较酥软。上部煤层较好，下部次之，灰分较高。该面煤厚11.04--18.9m，储量利用厚度平均14.4m，煤层结构复杂，含夹矸3--4层，均为泥岩，不稳定，累厚0.5--1.6m左右。炭质泥岩、泥岩互叠层，灰及灰黑色，易碎。细粒砂岩、粉砂岩互叠层，灰色、黑灰色，局部含炭屑。391.6406410.5422.47河南理工大学课程设计3第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数主要瓦斯参数本工作面位于标高－650水平，为矿井开采第三水平，煤层瓦斯含量为11m3/t，煤的密度为1.45t/m3，预测有突出危险，经预测工作面绝对瓦斯涌出量QCH4为19m3/min。已知抽放瓦斯参数：经实测煤层透气性系数λ＝0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽出量为0.01m3/min·hm；如用卸压浅孔抽放瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为1.0m3/min·hm，同时λ值提高到27.6（m2/MPa2.d)；如用卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.05~0.1m3/min·hm；可根据以上测定的抽放参数选择抽放方法。（1）卸压浅孔抽放时，抽放影响半径为0.8m，钻孔所需要的抽放孔口负压为12KPa，边采煤边抽放瓦斯。（2）未卸压长钻孔抽放：钻孔抽放半径为2.5m，钻孔孔口需负压为20KPa，掘进期间边掘进边抽放瓦斯。（3）卸压长钻孔抽放，钻孔抽放影响半径为2.5m，钻孔孔口需要负压为20KPa，边采煤边抽放。第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜分层开采，上分层采用综合机械化采煤，采高为2.8m采用两班采煤，一班抽放瓦斯，工作面日推进度为3m；下分层采高为2.2m。巷道布置如图1所示。河南理工大学课程设计4附：综采工作面巷道布置范围第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证第一节煤层瓦斯储量计算1.按煤层全厚计算（即戊9-10煤层全厚）式中：W1—戊9-10煤层瓦斯储量,万m3；k1—围岩瓦斯储量系数可取1.1~1.3；k2—不可采邻近煤层瓦斯储量系数,可取1.2~1.4；Ai—第i可采煤层煤炭地质储量,万吨；Xi—第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。由于储量的计算关系到生产和瓦斯抽放的准确性，因此，在选择K1、K2的修正值时选取中间数值，即：K1=1.2，K2=1.3;采煤层煤炭地质储量，（万吨）河南理工大学课程设计5A=1500×200×5×1.45=217.5万吨瓦斯总储量W1=1.2*1.3*(1500*200*5*1.45*11)=3732.3000万m32.按采高计算：式中:W2－按采高计算煤层瓦斯储量，万m3；Xi—第i可采煤层平均瓦斯含量,m3/t。；Ai－采面长度（m)×采面走向长（m)×采高（m)×煤的密度（t/m3）上分层采高2.8m，煤层瓦斯储量：W2=1.2×1.3×1500×200×2.8×1.45×11×10-4=2090.088万m3下分层采高2.2m，煤层瓦斯储量：W2＝1.2×1.3×200×1500×2.2×1.45×11×10-4＝1642.212万m33.工作面瓦斯抽放率式中:d－工作面瓦斯抽放率（％）q纯－工作面瓦斯可抽放量Q·CH4－工作面绝对瓦斯涌出量d=100*10.368/19=54.57%4．工作面瓦斯可抽放量W3式中W3－工作面瓦斯可抽放量m3/min河南理工大学课程设计6W2－按采高计算煤层瓦斯储量m3/mind－工作面瓦斯抽放率（％）上分层瓦斯可抽放量W3：W3＝W2d＝2090.088×54.57％＝1140.56万m3下分层瓦斯可抽放量W3：W3＝W2d＝1642.212×54.57％＝776.05万m3第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证1.抽放瓦斯的必要性根据供风量为1500m3/min，工作面瓦斯浓度按0.6％计算风排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为19m3/min，如不可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量＝QCH4-Qp=19-9=10m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6％2.抽放的可行性本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性，衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个：煤层透气性系数（λ），钻孔瓦斯流量衰减系数（α）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（Qj）。按λ、α和Qj判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-2示。表2-2本煤层预抽瓦斯难易程度分类表根据已知条件，煤层透气性系数λ=0.0276（㎡/MPa2·d）,2号煤属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，河南理工大学课程设计7我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。根据我局四矿、八矿、十矿综采面采用卸压浅孔抽放瓦斯技术，实现了安全。高产。高效，取得了良好的经济效益的情况，应当认为浅孔抽放瓦斯方案是完全可行的，如八矿戊9-10—12170综采面应用浅孔抽放技术,钻孔直径为89mm，钻孔间距为1.0m,钻孔深度为10m，平均瓦斯抽放量为0.8m3/min，最高日产量达到8.4万t，又如十矿戊9-10—21170综采面钻孔直径为89mm，钻孔间距为1.5m，钻孔深度为6m,平均瓦斯抽放量为2.1~3.2m3/min，最高日产量达到4.9万吨。第三章煤层瓦斯抽放方法设计第一节抽放方法的比较和选择1.本工作面采用本煤层瓦斯抽放有三种方式可供选择（1）本煤层未卸压长钻孔预抽煤层瓦斯，边掘边抽；（2）本煤层卸压浅孔预抽瓦斯，边采煤，边抽放。（两班采煤，一班抽放）；（3）本煤层未卸压长钻孔抽放，边采边抽。2．经济技术比较（1）煤层透气性系数比较：未卸压顺层长孔抽放时,煤层透气性系数λ值为原始值，即0.0276。卸压钻孔抽放λ值可提高（100—1000）倍，达到27.6(m2/MPa2·d)（2）百米钻孔抽放量比较：未卸压顺层长孔抽放时为0.01m3/min·km，卸压浅孔抽放时可达到1~3m3/min·km，卸压长钻孔抽放为0.05~0.1m3/min·km。（3）抽放工艺比较：未卸压长孔抽放和卸压长孔抽放，需要MK系列大钻机（30KW）操作移动不便。封孔方法用水泥、沙浆或聚胺脂操作比较复杂。而卸压浅孔抽放用QFZ-22轻便防突钻机，用CF-Z型等胶囊封孔器，操作极为简便。（4）采用卸压浅孔抽放瓦斯。河南理工大学课程设计8第二节抽放钻孔参数确定1）主要参数的确定（1）钻孔直径为89mm；钻孔深度为9m；钻孔距为2m；钻孔抽放影响半径=2×0.8=1.6m。（2）钻孔数NN=工作面长度-10（m）/孔距+1N＝﹙200－10﹚／2﹢1＝96个因为采高5米，所以布置四层钻孔钻孔总数96×4=384（3）钻孔总长度为M