【正文】 的有利條件,實(shí)現(xiàn)煤、氣兩個(gè)資源共采。(3) 安全科研方面的成績(jī)。 (4) 地方煤礦將有較大發(fā)展。瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及煤礦開采學(xué)、井巷工程、礦井通風(fēng)與安全、礦山環(huán)保等諸多技術(shù)科學(xué)的系統(tǒng)工程，雖然本次設(shè)計(jì)題目中存在一些理想化的條件，但是通過這次設(shè)計(jì)，我已經(jīng)基本掌握了煤礦瓦斯抽放設(shè)計(jì)的方法和步驟，培養(yǎng)了搜集、整理、運(yùn)用科技資料和生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的能力，提高了撰寫技術(shù)文件和解決實(shí)際問題的能力。其主要內(nèi)容包括：礦井概況及井田地質(zhì)特征；礦井瓦斯賦存；瓦斯抽放方法及抽放量的設(shè)計(jì)；管網(wǎng)阻力計(jì)算；設(shè)備選型；泵站附屬設(shè)施及其安全等幾個(gè)方面。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 9本設(shè)計(jì)以《畢業(yè)設(shè)計(jì)論文大綱》為依據(jù)，按照《煤礦安全規(guī)程》和《礦井抽放瓦斯工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，經(jīng)過查閱相關(guān)資料和老師的精心指導(dǎo)而完成,由于本人知識(shí)結(jié)構(gòu)的限制和設(shè)計(jì)能力有限，設(shè)計(jì)中難免有不妥和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)審閱老師批評(píng)指正。 地形與地貌及河流平頂山礦區(qū)地處汝河以南、沙河之北的伏牛山東段余脈的低山丘陵地帶，地勢(shì)西北高東南低。沙河、汝河流經(jīng)平頂山礦區(qū)的南部和北部邊緣。該河受大氣降水補(bǔ)給，冬季河床干涸斷流，雨季呈涓涓細(xì)水，大雨時(shí)山洪暴發(fā)，經(jīng)沖溝匯入河中，汛期歷史最高洪水位可達(dá)+92m，最大洪水流量 8000m3/h。最高氣溫 ℃(1968 年 7 月 18 日)，最低氣溫℃(1955 年 1 月 30 日 )，年平均氣溫 ℃。最大年降水量(1964 年)，最小年降水量 (1966 年)，年平均降水量。 地震資料有史記載，從公元前到 2022 年，平頂山地區(qū)共發(fā)生地震 84 次，河南省發(fā)生的 8 次大地震中，七次對(duì)區(qū)內(nèi)有較大破壞，其中有 5 次，發(fā)生于 1522 年 1 月 28 日、1524 年 2 月 14 日、1556 年 1 月、1558 年和1820 年 8 月 4 日，有民舍傾覆，傷人無(wú)數(shù)的記載。前震旦紀(jì)基底褶皺一般呈北西西向，為一緊密的形態(tài)復(fù)雜的線性褶皺。并有中、酸性巖漿巖的侵入和噴出。加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果造成了志留紀(jì)（S）、泥盆紀(jì)（D）、奧陶紀(jì)（O）地層的缺失。沉積蓋層產(chǎn)生了開闊的背、向斜褶皺，同時(shí)伴以相當(dāng)發(fā)育的各組斷層，破壞了地層的完整性。平頂山礦區(qū)位于平頂山煤田東部，其構(gòu)造特征是區(qū)內(nèi)整體隆起，四周分別為凹陷：西部是以郟縣正斷層為界的汝州凹陷、北部是以襄郟正斷層為界的襄城凹陷、南部是以葉魯正斷層為界的舞陽(yáng)凹陷、東部是以洛崗正斷層為界的周口凹陷。該向斜軸在十礦、十二礦、八礦深部經(jīng)鉆探和三維地震勘探，軸部的具體位置、形態(tài)已嚴(yán)密控制。共劃分為九個(gè)煤段，自下而上為上石炭統(tǒng)太原組—一煤段；二疊系下統(tǒng)山西組—二煤段；二疊系下統(tǒng)下石盒子組，劃分為三、四、五、六共 4 個(gè)煤段；二疊系上統(tǒng)上石盒子組，劃分為七、八、九共三個(gè)煤段。各煤層的甲烷成分及含量總體隨深度的增加而增大，由于樣點(diǎn)分布不均，瓦斯分帶尚無(wú)法合理劃分。(3) 煤塵十礦分別在主要煤層的采面、風(fēng)巷、切眼中取樣進(jìn)行煤塵爆炸性鑒定（表 ） ，測(cè)定的火焰長(zhǎng)度達(dá) 300mm 以上，測(cè)定煤塵爆炸指數(shù)為%～%，具有爆炸危險(xiǎn)性。平頂山——首山水文地質(zhì)段北西、南西、北及北東和南及南東部分別以郟縣斷層、鍋底山斷層、洛崗斷層、襄郟斷層和洛崗斷層為界，形成地壘構(gòu)造，十礦位于該水文地質(zhì)段南部。 李 口 向 斜 軸 南翼 ， 以 紅 石 山 、 龍 山 擂 鼓 臺(tái) 、 落 鳧 山 、 平 頂 山 、 馬 棚 山 、 焦 贊 寨 等 低 山組 成 地 表 分 水 嶺 ， 標(biāo) 高 +300～ +506m。沙河距礦區(qū)最近，最大洪峰流量 3300m3/s，旱季流量 。(2) 區(qū)域含水巖組依據(jù)地層巖性、巖溶、裂隙發(fā)育特征、水力性質(zhì)和富水特征，將平頂山礦區(qū)含水層（組）自上而下劃分為五大含水巖組，即新生界第四系松散類孔隙含水層和新近系泥灰?guī)r巖類巖溶裂隙含水層組成的孔隙、巖溶含水巖組、二疊系碎屑巖類裂隙含水巖組、石炭系碎屑巖夾碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組、寒武系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組、變質(zhì)巖巖類裂隙含水巖組。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 20在山坡、山腳處，大氣降水通過坡積層、洪積層補(bǔ)給有關(guān)煤系砂巖含水層。 開采方式采區(qū)上、下山單翼或雙翼布置，走向長(zhǎng)臂后退式自由冒落采煤法，分區(qū)抽出式通風(fēng)，石門聯(lián)絡(luò)開采五、四、二煤段煤層。 通風(fēng)方式 礦井通風(fēng)方式為分區(qū)抽出式。預(yù)測(cè)過程如下： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 （3—1）??CoWKq???321涌式中: —開采層瓦斯涌出量， ；涌 tm—圍巖涌出系數(shù)，；1K —采面回采率倒數(shù)，；2，L—工作面長(zhǎng)度，取 L=120m；??h3??h—巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，取h=10m —煤層瓦斯原始含量，— m 3/t；oW —運(yùn)出工作面煤的煤層殘存瓦斯含量， 。單位時(shí)間內(nèi)單位面積暴露煤壁泄出的瓦斯量（煤壁瓦斯涌出速度）隨著煤壁暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。Bqmin3 (2)掘進(jìn)工作面落煤瓦斯涌出量 （3—5） )X(vS10L????q式中 —掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量， ；L min3 v—巷道平均掘進(jìn)速度，m/min，v 取 ；iS—掘進(jìn)巷道斷面積，m 2，S 取 ；γ—煤的密度，γ= ；3mtX0—煤層原始瓦斯含量， ，X 0取 ；intm3X1—煤層殘存瓦斯含量， ，X 1取 。m3A=采區(qū)走向（m） 采區(qū)寬度（m） 采高（m） 煤密度( ) ??3mt =1900 870 = 萬(wàn) tWk= 8291400 ? =19850 萬(wàn) 3m 可抽瓦斯量可抽量是指礦井瓦斯儲(chǔ)量中能被抽出的瓦斯量，由下式計(jì)算： （3—7） kkcW???式中：Wkc ——礦井瓦斯可抽量，萬(wàn) m3；η k ——礦井瓦斯抽放率，按照生產(chǎn)礦井的現(xiàn)狀預(yù)計(jì)，η k =38～42%，取平均值 η k = 40%；Wk ——礦井瓦斯儲(chǔ)量，萬(wàn) m3。 從礦井通風(fēng)能力來(lái)看瓦斯抽放的必要性采掘工作面實(shí)行瓦斯抽放的必要性判斷標(biāo)準(zhǔn)是：采掘工作面設(shè)計(jì)風(fēng) 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 27量小于稀釋瓦斯所需要的風(fēng)量，即下式成立時(shí)，抽放瓦斯才是必要的。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 從資源利用和環(huán)保的角度來(lái)看瓦斯抽放的必要性瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)的能源，與人工制氣相比，利用瓦斯具有成本低，質(zhì)量高清潔安全，使用方便等顯著的優(yōu)點(diǎn)。因此，從資源利用和環(huán)保的角度來(lái)看，十礦己二采區(qū)也有必要進(jìn)行瓦斯抽放。d； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 29鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為 －1 ，從表 4—2—1 可以看出己二采區(qū)煤層應(yīng)屬于容易抽放煤層，具備良好的本煤層瓦斯抽放的條件，目前進(jìn)行的瓦斯抽放試驗(yàn)的結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。 從安全角度考慮，抽放瓦斯泵站位置應(yīng)滿足條件（1）泵站最好設(shè)在回風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，泵房距井口和主要建筑物以及居民點(diǎn)不得小于 50m，并用柵欄和圍墻保護(hù)；（2）泵房?jī)?nèi)和泵房周圍 20m 內(nèi)嚴(yán)禁明火；（3）泵站位置應(yīng)考慮到便于利用和敷設(shè)管路；（4）泵站位置應(yīng)選擇在運(yùn)輸、供水和供電方便的地點(diǎn)；（5）泵站應(yīng)設(shè)在不受洪澇災(zāi)害威脅且工程地質(zhì)條件可靠地帶，應(yīng)避開滑坡、溶洞、斷層破碎帶及塌陷區(qū)等； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 30（6）泵站位置還應(yīng)考慮瓦斯利用的方便。己二采區(qū)煤層屬于高瓦斯低透氣性煤層，根據(jù)《AQ10272022煤礦瓦斯抽放規(guī)范》 ，決定采用本煤層預(yù)抽、邊掘邊抽和邊采邊抽相結(jié)合的綜合瓦斯抽放方法，選擇具體抽放瓦斯方法時(shí)應(yīng)遵循如下原則：（1）選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件；（2）應(yīng)根據(jù)瓦斯來(lái)源及涌出構(gòu)成進(jìn)行，盡量采取綜合抽放瓦斯方法，以提高抽放瓦斯效果； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 31（3）有利于減少井巷工程量，實(shí)現(xiàn)抽放巷道與開采巷道相結(jié)合；（4）選擇的抽放瓦斯方法應(yīng)有利于抽放巷道布置與維修、提高瓦斯抽放效果和降低抽放成本； （5）所選擇的抽放方法應(yīng)有利于抽放工程施工、抽放管路敷設(shè)以及抽放時(shí)間增加。i3掘進(jìn)工作面瓦斯預(yù)抽量預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)掘進(jìn)時(shí)絕對(duì)瓦斯涌出量將達(dá)到 ，掘進(jìn)巷道計(jì)劃分min3配風(fēng)量 500 ，巷道瓦斯?jié)舛茸罡卟怀^ 1%，則該面的瓦斯抽放min3量為 ，抽放瓦斯?jié)舛劝?45%計(jì)算，則抽放系統(tǒng)混合氣體流量為 。抽出量可表示為： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 33 （5—1）11LDKDlnKSQ???????式中: Q—鉆孔瓦斯抽出量， ；mi3S—鉆孔暴露煤壁表面積， ；2—鉆孔煤壁瓦斯涌出速度， ；1Kin23?D—鉆孔直徑；L—鉆孔有效抽放總長(zhǎng)度；—單一鉆孔有效抽放長(zhǎng)度，140m；ln—鉆孔個(gè)數(shù)。鉆孔與管路連接處應(yīng)設(shè)置流量計(jì)和閥門。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 35煤礦回采工作面順槽實(shí)行雙巷掘進(jìn)，掘進(jìn)工作面的最大邊掘邊抽瓦斯量由下式計(jì)算： （5—2）teQLNQtj /)1(10321 ?????式中: Q 1 —掘進(jìn)工作面邊掘邊抽瓦斯量， ；min3N —每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)邊掘邊抽鉆孔數(shù)，N＝4；L2 —掘進(jìn)工作面平均走向長(zhǎng)度，m，L 2=1000m；L3—鉆場(chǎng)間距，m；L1 —單孔有效抽放長(zhǎng)度，m；Qj—百米鉆孔瓦斯極限抽放量，m 3，Q j =73000 m3；Α—鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，d 1，α= 1；t—巷道掘進(jìn)期間邊掘邊抽鉆孔平均抽放瓦斯時(shí)間，在巷道平均長(zhǎng)度為 1000m，掘進(jìn)速度 150m/mon 條件下，t＝200d。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 36圖 53 邊掘邊抽鉆孔布置示意圖 邊采邊抽回采工作面可以利用回采工作面前方泄壓帶透氣性增大的有利條件，提高抽放率，因此采用在開采層機(jī)巷和風(fēng)巷向工作面前方泄壓區(qū)打鉆抽放瓦斯的方法，根據(jù)相鄰采區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，瓦斯抽放鉆孔布置如圖 54 所示，鉆孔布置參數(shù)如下：鉆孔長(zhǎng)度 110m；鉆孔直徑 ф90mm； 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 37上下鉆孔夾角 1～2176。卷纏藥液法封孔操作程序?yàn)椋合确Q出封一個(gè)孔的甲、乙組成藥液，分別裝入兩個(gè)容器，再將藥液同時(shí)倒入混合桶，立即用木棒快速攪拌均勻，當(dāng)藥液由黃褐色變?yōu)槿榘咨珪r(shí)，停止攪拌，將藥液均勻倒在毛巾布上，邊倒藥液邊向抽放管上卷纏毛巾布，并把卷纏好藥液的封孔管迅速插入鉆孔，大約 5 分鐘后，藥液開始發(fā)泡膨脹，20 分鐘后停止發(fā)泡，逐漸硬化固結(jié)。 抽放管路的選型1)瓦斯抽放管徑選擇選擇瓦斯管徑，可按下式計(jì)算： （6—1）?式中: D—瓦斯管內(nèi)徑，m；Q—管內(nèi)瓦斯流量，m 3/min；V—瓦斯在管路中的經(jīng)濟(jì)流速，m/s，取 V＝12m/s。計(jì)算管網(wǎng)阻力應(yīng)在抽放管網(wǎng)系統(tǒng)敷設(shè)線路確定后，按其最長(zhǎng)的線路和抽放最困難時(shí)期的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，己二采區(qū)瓦斯抽放管路為：工作面→瓦斯專用巷→己二北部瓦斯專用回風(fēng)巷→己二北部總回風(fēng)→己四風(fēng)井→泵房，其中地面50m，回風(fēng)井 400m，回風(fēng)巷（己二瓦斯專用巷至己四風(fēng)井）按 3000m計(jì)算，支管最長(zhǎng)長(zhǎng)度取支管 1 長(zhǎng)為 1200m，支管 3 長(zhǎng)為 1000m。管路系統(tǒng)長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜或主管管徑較小者，可按上限取值，反之則按下限取值。表 621 不同管徑的系數(shù) K0 值通稱管徑(mm) 15 20 25 22 40 50K0 值 通稱管徑(mm) 70 80 100 125 150 150K0 值 表 622 在 0℃及 105 Pa 氣壓時(shí)的 值?瓦斯?jié)舛? 0 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 10 20 30 40 0 786 50 60 70 0．666 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 4280 0．621 0．612 90 100 表 623 瓦斯抽放系統(tǒng)最困難管網(wǎng)阻力計(jì)算結(jié)果 抽放管類 別Q（m 3/h） γL（m） K0D（cm）（Pa）zH支管 1 504 1200 1021支管 2 648 1000 380支管 3 1000 902回風(fēng)巷干管 3000 6430己四回風(fēng)井干管 400 857地面干管 50 107所以，抽放系統(tǒng)最大阻力線路為：支管 1（1200m）→回風(fēng)巷干管(3000m)→中央回風(fēng)井(400m)→泵房(50m)。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 40