瓦斯抽放系统阻力测试与改进设计方案

I目录目录....................................................................I第一章绪论.............................................................11.1课题来源及意义......................................................11.2国内外瓦斯研究及抽放现状............................................11.2.1国外瓦斯抽放现状................................................11.2.2我国煤矿瓦斯研究及抽放现状......................................21.3瓦斯抽放系统........................................................4第二章矿井概况.........................................................72.1井田概况............................................................72.1.1位置与交通......................................................72.1.2井田范围和煤炭储量..............................................72.2屯留3#矿井基本参数.................................................82.2.1矿井3#煤层瓦斯基本参数测定情况.................................82.2.2矿井3#煤层瓦斯赋存规律.........................................92.2.3瓦斯可抽量.....................................................112.3矿井瓦斯涌出量计算.................................................122.3.1预测数学模型...................................................122.3.2综放工作面瓦斯涌出量预测.......................................152.3.3掘进工作面瓦斯涌出量预测.......................................162.4抽放参数的确定.....................................................172.4.1抽放率的确定...................................................172.4.2根据煤层可抽性及抽放实践确定的抽放率...........................212.4.3矿井３＃煤层采掘面设计的抽放率.................................222.4.4抽放时间......................................................23第三章管道阻力损失计算理论............................................243.1管道阻力分类.......................................................243.1.1沿程阻力与沿程损失.............................................243.1.2局部阻力与局部损失.............................................253.1.3总阻力与总能量损失.............................................253.2管路中的局部损失...................................................253.2.1管道截面突然扩大...............................................263.2.2弯管..........................................................283.2.3流阀门........................................................30II3.2.4非圆截面管路沿程损失的计算.....................................303.2.5减小局部损失的措施.............................................323.3管路计算...........................................................323.3.1简单管路......................................................353.3.2串联管路......................................................353.3.3并联管路......................................................363.3.4管网..........................................................38第四章瓦抽放系统计算及设备选型.........................................414.1抽放管路系统的选择及计算...........................................414.1.1抽放管路系统的选择.............................................414.1.2瓦斯抽放管路系统选择原则.......................................414.1.3瓦斯抽放管路系统的组成及布置...................................424.2瓦斯管径计算.......................................................424.2.1抽放管材的选择和管径确定.......................................434.3抽放管路阻力计算...................................................444.3.1直管阻力损失计算...............................................444.3.2局部阻力损失计算...............................................464.4管路敷设及附属装置.................................................464.5抽放设备选型计算...................................................474.5.1瓦斯泵流量计算.................................................474.5.2瓦斯泵压力计算.................................................484.5.3抽放泵选型.....................................................494.6泵房布置...........................................................50第五章结论............................................................51致谢...................................................................52参考文献...............................................................531第一章绪论1.1课题来源及意义所谓矿井瓦斯抽放，就是在矿井中利用专门的巷道系统将瓦斯抽排至地面或井下回风巷道的安全地点，从而达到减少矿井瓦斯涌出量，实现安全生产的目的。我国是世界上最大的产煤国，同时也是发生煤矿灾害事故最严重的国家。瓦斯灾害是造成我国煤矿灾害事故严重的主要原因，预防瓦斯灾害对煤矿安全生产具有十分重要的意义。随着矿井开采深度与开采强度的增加，矿井瓦斯涌出量日益增大，仅用通风办法稀释瓦斯，有时不仅在经济上不合算，在技术上也不合理。抽放瓦斯可以降低采区及工作面瓦斯涌出量，能有效地解决瓦斯浓度超限，提高矿井安全性，降低通风费用，因此矿井瓦斯抽放是治理瓦斯的有效手段，而瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，所以，对瓦斯抽放系统的研究具有很重要的意义。本课题通过对##井田瓦斯抽放的研究设计，分析出瓦斯抽放系统存在的问题，提出明确的设计方法与观点，对该问题进行数学分析和建立数学公式，为#矿区采空区瓦斯抽放提供一个科学的、量化的参考依据，进而解决屯留矿区瓦斯抽放的基本问题。1.2国内外瓦斯研究及抽放现状1.2.1国外瓦斯抽放现状早在1907年美国学者Chamberlin和Darton研究概括出了甲烷聚集和运移的机理。1910年为促进安全生产，减少甲烷灾害，美国成立了矿业局这一专门的政府机构。1928年Rice提出了在采煤前采用垂直钻孔从煤层中除去甲烷的设想。然而，在随后的40年里，控制甲烷的通用做法仍然是降低煤炭产量和建立复杂的通风系统。1964年Lindine等根据所观察到的气含量和残余气含量与深度之间存在的非线性函数关系，提出了第一2个预测生产矿井瓦斯涌出量的经验模型。1968年，Airey从理论上推导出第一个预测矿井静止工作面瓦斯释放量的偏微分方程，采用解析法求解，建立了一维、单孔隙、气相的产量预测解析模型。1972年Price-Abdalla提出了二维、单孔隙、气一水两相综合性产量预测的数学模型和有限差分的数值模型，该模型能求解具不规则边界条件和模拟工作面推进的移动内边界问题，并且开发了相应的计算机软件工NTERCOMP-1。经过长期的矿井瓦斯抽放工作实践，人们逐渐认识到煤层气既是影响煤矿生产的灾害性气体，同时也是一种高效洁净的替代能源。1969年美国矿业局钻出了第一个采空区瓦斯抽放井。1973年石油禁运引发的能源危机，强化了对煤层气资源的需求，由此在美国掀起了煤层气地面垂直井开发试验的热潮。1949~1950年间，比利时和英国先后进行工业规模的瓦斯抽放，年抽放量达5700m3。1951~1987年间，世界煤矿瓦斯抽放量呈线性增加，自1951年的1.246亿扩增至1987年的54.31亿m3，抽放瓦斯的矿井由68个增加到619个，单个抽放矿井的平均年抽放量由1951年的198万m3/井，增至1987年的877万m3/井。到目前为止，世界上己有17个采煤国家进行了瓦斯抽放，年抽放量超过1亿扩的国家有10个，如原苏联、德、英、中、法、美、波、日、澳等。其中原苏联抽放瓦斯量最多，达21.2亿扩，德、英年抽放瓦斯量均在5亿扩以