瓦斯课程设计.

1综采工作面瓦斯抽放设计班级：安全工程定单2011姓名：杨德淼学号：201101031836山东科技大学2目录：第一章综采工作面概况..........................................................4第一节采区位置范围、地质条件和煤层综合柱状图第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数第三节采区和工作面巷道布置、采煤方法第二章瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证.......................6第一节煤层瓦斯储量计算第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证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第二节抽放钻孔参数确定第三节绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图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第二节抽放管路的计算和选择第五章瓦斯泵选型................................................................133第一节抽放系统管道阻力计算第二节瓦斯泵流量和压力计算第三节瓦斯泵选型确定第六章工作面瓦斯抽放安全技术措施.................................164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开采煤层为13#煤层，煤层厚度为4.8-6.2m平均厚度5.5m;赋存稳定，倾角为12-15°顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，距11煤8-10m，顶部为12煤层，煤层在本区域内厚度0-0.4m为不可采煤层。采区内有小断层，对开采影响不大。第二节煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数本工作面位于标高-650m水平，煤层瓦斯含量为9m³/t,煤的密度为1.46t/m³，有突出危险，经预测工作面绝对瓦斯涌出量Q为19.5m³/min。经实测煤层透气性系数λ=0.01123（㎡/Mpa2.d）,如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽和量为0.01m³/min。hm。如果卸压浅孔抽放瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为1.0m³/min。hm，5同时λ值提高到27.6（㎡/Mpa2.d）；如用卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽放量为0.05-0.1m³/min。hm;（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2.7m。6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W1=K1K2Σ(AiXi)＝0.15×1.3×26.45×9＝46.42Mm³式中：W1-煤层瓦斯储量；K1-围岩瓦斯储量系数，一般取0.05到0.20，这取0.15K2-不可开采邻近煤层瓦斯储量系数，可取1.2-1.4，取1.3；Ai-第i可采煤层煤炭地质储量，万吨A13＝走向长度×工作面长度×煤厚×煤密度×煤层瓦斯含量＝1830×200×5.5×1.46×9＝26.45Mm³2.按采高计算W2=K1K2Σ（AiXi）＝0.15×1.3×﹙292×1.496﹚＝85.18Mm³式中：W2-按采高计算煤层瓦斯储量；Ai-采面长度×煤的密度7A13＝200×1.46＝292t/m³Xi-采面长度×采面走向长×采高×煤的密度X13＝200×1830×2.8×1.46＝1.496Mt第二节工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证工作面瓦斯抽放率d=100﹪·q纯/QCH4＝100﹪×10.5／19.5＝53.8﹪式中：d-工作面瓦斯抽放率（％）q纯-工作面瓦斯可抽放量供风量为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﹪=9m3/min。所以q纯＝19.5﹣9＝10.5m3/minQCH4-工作面绝对瓦斯涌出量，19.5m3/min工作面瓦斯可抽放量W3W3=W2d＝85.18×53.8﹪＝45.83Mm³式中W3-工作面瓦斯可抽放量m³/minW2-按采高计算煤层瓦斯储量m³/mind-工作面瓦斯抽放率8抽放瓦斯的必要性和可行性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﹪=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为19.5m3/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=19.5-9=10.5m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6％2.抽放的可行性根据经验，本矿区综采面采用卸压浇孔抽放瓦斯技术，可以实现安全高产高效，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，如某综采面应用浅孔抽放技术,钻孔直径为89mm，钻孔间为0.1m,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，又如另一综采面钻孔直径为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，边抽边放；（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。92.经济技术比（1）煤层透气性系比较：未卸压顺层长孔抽放时,煤层透气性系数入值为原始值，即0.0276。卸压钻孔抽放入值可提高（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0.01m/min·km，卸压钻孔抽放时可达到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）操作移动不变。封孔方法用水泥、沙浆或聚胺脂操作比较复杂。而卸压钻孔抽放用QFZ-22轻便是防突钻机，用CF-Z型等胶囊封孔器，操作极为简便。3.采用卸压浅孔抽放瓦斯第二节抽放钻孔参数确定主要参数的确定（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﹚+1＝﹙200﹣10／2﹚＋1＝96（3）钻孔总长度为M：M=钻孔深度×N(m)10＝9×96＝864m（4）工作面每分钟可抽放量q纯q纯=M×百米钻孔可抽放量(m3/min)＝864×1÷60＝14.4m3/min第三节绘制抽放钻孔布置平面图第四章综采工作面瓦斯抽放系统第一节工作面瓦斯抽放设施的配置和布置根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》，对瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1条：抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主11干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应符合下列要求：——抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直，转弯时角度不应大于50°；——抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m；——当抽放设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内；——尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁；——管径要统一，变径时必须设过渡节。第5.4.2条：抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算，并与抽放设备能力相适应，抽放管路按安全流速为5~15m/s和最大通过流量来计算管径，抽放系统管材的备用量可取10％。第5.4.3条：当采用专用钻孔敷设抽放管路时，专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm；当沿竖井敷设抽放管路时，应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。第5.4.4条：抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算；局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10％~20％。第5.4.5条：地面管路布置：12——不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内；——主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合；——抽放管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距，应符合《工业企业总平面设计规范》的有关规定；——瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。第二节抽放管路的计算和选择1.瓦斯抽放管径选择选择瓦斯管径，可按下式计算：VQ0.1457D＝437mm式中D—瓦斯管内径，m；Q—管内瓦斯流量，m3/min；Q=q纯／c＝72m3/min13q纯—工作面纯瓦斯抽放量c—管道内瓦斯浓度20﹪V—瓦斯在管路中的经济流速，m/s，一般取V＝6~10m/s，这里取8m/s2.管道材料及壁厚考虑运输安装方便，目前广泛采用玻璃钢管时Φ300~500壁厚为16mm第五章瓦斯泵选型第一节抽放系统管道阻力计算1.摩擦阻力计算计算直管摩擦阻力，可按下式计算：502zDkQ9.8LH＝2985.83Pa式中H——阻力损失，Pa；L——直管长度，m；γ——混合瓦斯对空气的密度比.管内浓度为20﹪时，γ=0.91c——管路内瓦斯浓度c=20﹪Q——瓦斯流量，m3/h；D——管道内径，cm；k0——系数，见表5-1；所以k0＝0.71表5-1不同管径的系数K0值14通称管径(mm)152025224050K0值0.460.470.480.490.500.52通称管径(mm)7080100125150150K0值0.550.570.620.670.700.712.局阻力计算按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力HrHr=Hz×15%=447.87Pa3.抽放管道总阻力Hc=Hz+Hr＝3433.70PaHc——瓦斯抽放管道总阻力Hz——管路摩擦阻力第二节瓦斯泵流量和压力计算1.瓦斯泵流量计算＝108m3/min式中:Q泵-瓦斯抽放泵额流，m3/min；15Q纯-工作面抽放纯瓦斯含量，m3/min；C-瓦斯泵入口处纯瓦斯浓度，取20%；η-瓦斯泵机械效率，取80%；k-瓦斯抽放综合系统，取K=1.2。2.瓦斯泵压力计算H泵=（H总+H孔）K备＝（3433.7+12000）×1.2＝18520.44Pa＝18.52KPa式中：H泵-瓦斯泵压力PaH总-瓦斯管路总阻力损失（排出段与吸入段阻力损失之和）；H孔-抽放钻孔所需的负压，对钻孔抽放H孔取12000Pa；K备-抽放备用系数K取1.2。第三节瓦斯泵选型确定选出的泵的压力≥计算出来的H泵;流量≥计算出来的Q泵选CBF410-2型﹙330r／min﹚水泵CBF410-2型水环真空泵环境适应性强,并可靠,安全,高效地长期运行.其核心部分---水环式真空泵,是根据煤矿对瓦斯泵的特殊要求而设计的.其使用性能,排气量,真空度,安全性,可靠性,外形,安装尺寸等具体指标,均优于普通真空泵.整个泵站系统可配套南京富邺科技实业有限公司KJ-91瓦斯抽放泵站监控系统.该系统提供瓦16斯超限断电声光报警,停水断电,恒水位控制,抗结垢水质磁化,流量,检测,其中供电系统具有过载,过电压及短路保护,电机电缆漏电闭锁等功能。第六章工作面瓦斯抽放安全技术措施1.应根据实际情况制定出如