矿井瓦斯抽采系统设计专题

1矿井瓦斯抽采系统设计（专题）2主要内容矿井概况1矿井瓦斯抽采必要性及可行性2矿井瓦斯抽采管网的设计4矿井瓦斯抽采方法及参数选择3矿井瓦斯抽采系统选型5矿井瓦斯抽采系统配套装置6矿井瓦斯抽采系统管理73矿井概况第一章4（1）矿井概况矿井煤炭储量及勘探程度、煤层赋存条件、煤层瓦斯赋存条件、矿井生产能力、巷道布置、开采方法、通风状况、瓦斯来源分析、特殊瓦斯涌出情况、煤与瓦斯突出情况、瓦斯危害安全生产严重程度等。对于需要进行抽采系统升级改造的，还应包括矿井原有的瓦斯抽采系统及抽采系统存在的问题分析。2.1主要需要的资料1、矿井概况5（2）矿井瓦斯基础参数煤层瓦斯压力煤层瓦斯含量煤层透气性系数矿井瓦斯等级鉴定结果矿井瓦斯涌出量百米钻孔流量其它1、矿井概况6矿井瓦斯抽采必要性及可行性第二章7(1)国家安全生产监督管理总局、国家发展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿安全监察局.煤矿瓦斯抽采达标暂行规定，（安监总煤装〔2011〕163号）(2)国家安全监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定，2009年(3)国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程，2011年(4)国家安全生产监督管理总局.煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006），2006年(5)国家安全生产监督管理总局.煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006），2006年2.1瓦斯抽采设计的依据2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性8开采有煤与瓦斯突出危险煤层采煤面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min掘进面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min矿井产量/万t100~15060~10040~60=40绝对瓦斯涌出量(m3/min)30252015矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于40m3/min将“采用通风解决不合理”删掉2.2瓦斯抽采的必要性论证2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性9开采层邻近层邻近层邻近层分源预测法2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性10回采工作面瓦斯涌出量112301()mqKKKXXM（1）薄及中厚煤层不分层开采时•K1—围岩瓦斯涌出系数，为1.1～1.3；•K2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；•K3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数；•m—开采层厚度，m；•M—工作面采高，m；•X0—煤层原始瓦斯含量，m3/t；•X1—煤的残存瓦斯含量，m3/t。1）开采层瓦斯涌出量2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性111）开采层相对瓦斯涌出量3112301()1.21.050.913.53.97/mqKKKXXmtM=4.91m3/t2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性12112301()fqKKKKXX（2）厚煤层分层开采时Kf—取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数；1）开采层瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性13211()nioiiiimqXXM—第i个邻近层煤层厚度，m；—工作面采高，m；—第i个邻近层瓦斯涌出率，%；当邻近层位于冒落带中时，当采高4.5m时(图)，当采高4.5m时，imMi1000.4784.04iiihhML1iiphh1i2）邻近层瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性14回采工作面瓦斯涌出量1—上邻近层；2—缓倾斜煤层下邻近层；3—倾斜、急倾斜煤层下邻近层邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性15掘进工作面瓦斯涌出量•D—巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；•v—巷道平均掘进速度，m/min；•L—巷道长度，m；•q0—煤壁瓦斯涌出强度，m3/(m2·min)，•Vz—煤中挥发分含量，%；•X0—煤层原始瓦斯含量，m3/t。1）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量3(21)oLqDvqvQSQTq4q302016.0)(0004.0026.0XVqr2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性16•S—掘进巷道断面积，m2；•v—巷道平均掘进速度，m/min；•—煤的密度，t/m3；•X0—煤层原始瓦斯含量，m3/t；•X1—煤的残存瓦斯含量，m3/t。2）掘进落煤的瓦斯涌出量401()qSvXX01(21)()oLqDvqSvXXv掘QSQTq4q3掘进工作面瓦斯涌出量2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性17•K’—生产采区内采空区瓦斯涌出系数，1.25～1.45；•q采i—第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；•Ai—第i个回采工作面的日产量，t；•q掘i—第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；•A0—生产采区平均日产量，t。'110(1440)nniiiiiKqAqqA掘采区采区瓦斯涌出量2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性18矿井瓦斯涌出量•K’’—已采采空区瓦斯涌出系数，1.15～1.25；•q区i—第i个采区相对瓦斯涌出量，m3/t；•A0i—第i个采区的日产量，t。nioinioiiAAqKq11)(区井2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性19（1）可行性《矿井瓦斯抽放管理规范》根据煤层透气性系数和钻孔流量衰减系数，将未卸压原始煤层的抽采难易程度划分为三类，即容易抽采、可以抽采和较难抽采。类别百米钻孔流量衰减系数（d-1）煤层透气性系数（m2/MPa2·d）容易抽采＜0.003＞10可以抽采0.003～0.0510～0.1较难抽采＞0.05＜0.12、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性2.3瓦斯抽采的可行性论证20（2）可抽采量2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性212.4瓦斯抽采系统要求煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井必须建立地面固定抽采瓦斯系统，其他应当抽采瓦斯的矿井可以建立井下临时抽采瓦斯系统同时具有煤层瓦斯预抽和采空区瓦斯抽采方式的矿井，根据需要分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。高负压=10kPa低负压10kPa2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性22《规程》规定：利用瓦斯时瓦斯浓度不得低于30%，且在利用瓦斯的系统中设有防回火、防回气和防爆炸的安全装置。不利用瓦斯、采用干式抽采设备时，抽采瓦斯浓度不得低于25%。瓦斯抽采泵和管网必须留有足够的富余系数2、矿井瓦斯抽采的必要性及可行性23矿井瓦斯抽采方法及参数选择第三章24突出矿井的突出煤层，采前必须抽采煤层瓦斯，以区域性消除煤层的突出危险性。突出煤层采前井下常用的抽采瓦斯方法及参数建议值煤与瓦斯突出矿井预抽方法及抽采参数3、矿井瓦斯抽采方法及参数选择25每隔30m掘一的钻场，每一钻场向煤层打3~5孔，呈扇形布置，孔间距小于于极限抽放半径，钻孔直径70~100mm，穿层后进入顶板0.5~1m。抽采泵抽采巷抽采钻孔穿层钻孔预抽瓦斯方法3、矿井瓦斯抽采方法及参数选择26扇形钻孔回风顺槽进风顺槽斜向钻孔平行钻孔优点：钻进速度快抽放有效孔段长缺点：封孔不易严密，松软煤层打钻易塌孔和卡钻抽采钻孔巷道抽采泵顺层钻孔预抽瓦斯方法3、矿井瓦斯抽采方法及参数选择27高瓦斯回采工作面瓦斯涌出来源主要有2种情况：一是瓦斯涌出主要来源于开采煤层；二是瓦斯涌出主要来源于邻近煤岩层。如果瓦斯涌出主要来源于开采煤层，则必须采用采前抽采的方法，即在工作面开采前，根据工作面的设计产量，将开采煤层的可解吸瓦斯含量降到《抽采指标》规定的指标以下。采前抽采煤层瓦斯可以采用地面钻井，也可以采用井下顺层钻孔。高瓦斯矿井预抽方法及参数3、矿井瓦斯抽采方法及参数选择28断裂带垮落带弯曲带底鼓变形带底鼓裂隙带卸压区应力集中区应力集中区保护层远距离被保护层超远距离被保护层下被保护层穿层钻孔高抽巷地面钻井采空区抽采3、矿井瓦斯抽采方法及参数选择29如果瓦斯涌出主要来源于邻近煤岩层，则需要选择采中瓦斯抽采方法。采中瓦斯抽采方法及对应的抽采参数根据矿井的实际抽采情况选取，也可参照表12-3中的经验值选取。采中抽采方法及参数3、矿井瓦斯抽采方法及参数选择30矿井瓦斯抽采管网设计第四章31（1）若煤层赋存较浅（＜800m），煤层较厚，或煤层层数较多，层间距较近，且首采层以为中、下部煤层，地面又较平坦，可采用地面钻孔抽采系统。（2）若煤层透气性较低，地面地形条件复杂，不适宜采用地面钻孔抽采，则应设立矿井集中抽采系统。（3）不具备建立全矿井抽采瓦斯系统的矿井，个别区域瓦斯涌出量达到3~5m3/min，可采用局部抽采措施。4.1选择原则5、矿井瓦斯抽采管网设计32（1）瓦斯管路应敷设在曲线段最少、距离最短的巷道。（2）瓦斯管路要敷设在矿车不经常通过得巷道中，避免撞坏漏气，故一般放在回风系统的巷道中为宜。若设在运输巷道中，应将管路架设一定高度并加以固定，防止机车或矿车一旦掉道撞坏管子。（3）所布置的抽采设备或管路一旦发生故障，管路内瓦斯不至于流入采、掘工作面和井下硐室。（4）管路布置应考虑到运输、安装、维修和日常检查的方便。4.2抽采系统布置原则5、矿井瓦斯抽采管网设计33矿井瓦斯抽采系统选型第五章345.1瓦斯管径的选择5、矿井瓦斯抽采系统选型35（1）选择规定负压抽采时，可不计算管材壁；正压输送时，聚乙烯管材时，按公称压力选择；金属管材时，一般选定国家定型产品，如热轧无缝钢管、冷拨无缝钢管和焊接钢管等；抗静电、耐腐蚀、阻燃、抗冲击、安装维护方便等5.2瓦斯管材的选择][2dP5、矿井瓦斯抽采系统选型36（1）摩擦阻力抽采管路摩擦阻力计算公式（根据管径、流量的不同应分段计算）：5.3管路阻力计算25081.9QdKLh摩5、矿井瓦斯抽采系统选型375、矿井瓦斯抽采系统选型38（2）局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的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。（3）管网总阻力H（总）=H摩+H局5、矿井瓦斯抽采系统选型39（1）瓦斯泵流量计算额定流量计算公式：5.4瓦斯抽采泵选型5、矿井瓦斯抽采系统选型40（2）瓦斯泵压力瓦斯抽采泵的压力是克服瓦斯从井下抽采孔口起，经负压抽采管路到抽采泵，再由正压抽采管到释放点所产生的全部阻力损失。5、矿井瓦斯抽采系统选型41（3）瓦斯泵的真空度计算i=100H泵绝/101325其中：抽采泵入口的绝对压力：H泵绝＝98300-38670.84＝59629.16Pa（抽采泵所放位置大气压力大约98300Pa），实际取泵入口的绝对压力为60kPa。5、矿井瓦斯抽采系统选型42（4）抽采泵选型因为目前我国的真空泵曲线都是按工况状态的流量绘制的，所以还要把标准状态下的抽采泵流量换算成工况状态下的流量。00PTTPQQ泵泵工＝5、矿井瓦斯抽采系统选型43矿井瓦斯抽采配套系统第六章446.1供电系统及通讯系统井下移动瓦斯抽采站的供电电源取自三一采区变电室，在采区变电室用电缆引入井下移动瓦斯抽采站。采用双回路供电。在泵站安装直达矿调度电话一部。6、矿井瓦斯抽采系统配套装置456.2泵站给排水系统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。6、矿井瓦斯抽采系统配套装置46移动抽采站的供水系统可采用的形式主要有二种：（1）供水采用地面的静压水对泵供水用水管与泵进水管相连，直接对水环泵进行供水，水环泵内水经气水分离器后，由回水管流出，回水管流出的水不再利用，由水管排到水仓。其优点是，由于水没有循环使用（回水管流出的水在冷却泵后水温升高），水温较低，不易结垢，但耗水量较大。6、矿井瓦斯抽采系统配套装置47（2）采用循环水对泵供水泵站附近设一蓄水池，潜水泵放在水池中，用潜水泵向抽采泵供水，经气水分离器由回水管流出的水汇集到水池内形成循环水，水池容积大小可根据情况设计（最好水池容积大些，分成两部分，便于冷却和沉淀），必要时还要用水源对水池内的水进行补充。该供水方式优点是水可循环利用，可节约用水。但是由于循环水的温度可能相对较高，易结垢，损坏泵体。因此须加强水的冷却，必要时对水进行