【正文】 ....................................................... 34 抽采管路管徑計算及管材選擇 .......................................... 34 瓦斯管徑計算 ..................................................... 34 抽采管材的選擇和管徑確定 ........................................ 35 抽采管路阻力計算 .................................................... 35 抽采規(guī)模 ............................................................ 36 按瓦斯儲量計算瓦斯抽采量 ........................................ 36 按《煤礦瓦斯抽采 指標(biāo)》計算瓦斯抽采量 ............................ 38 抽采規(guī)模的確定 .................................................. 38 附屬裝置 ............................................................ 38 瓦斯管路的敷設(shè)及質(zhì)量驗收 ............................................ 38 6 抽采設(shè)備選型 ............................................................ 40 選型原則 ............................................................ 40 瓦斯泵流量計算 ...................................................... 40 瓦斯泵壓力 .......................................................... 40 抽采泵選型 .......................................................... 41 7 主要結(jié)論及展望 .......................................................... 43 主要結(jié)論 ............................................................ 43 展望 ................................................................ 43 5 致謝 ...................................................................... 44 主要參考文獻 .............................................................. 45 1 1 緒論 選題背景及研究意義 “ 安全第一、預(yù)防為主 ” 是我國各行各業(yè)都要遵循的安全生產(chǎn)方針。 本文介紹了礦井的基本概況，對礦井瓦斯抽放的必要性與可行性進行了分析；運用分源預(yù)測法計算礦井瓦斯涌出量，并分析 了 不同的瓦斯抽放方法，設(shè)計了礦井的瓦斯抽放工藝；通過對井下環(huán)境的分析和抽采管徑的計算，確定 了 抽采管路系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；在計算抽放系統(tǒng)的管道阻力和瓦斯 泵的流量與壓力的基礎(chǔ)上，選擇了合適的瓦斯泵型號。這些血淋淋的事實無不說明了瓦斯事故是制約煤礦安全生產(chǎn)的 “ 頭號大敵 ” [1]。并且該礦井通過通風(fēng)方式無法消除瓦斯隱患，安全難以得到保證，所以本次對 XX 煤礦進行的瓦斯抽放設(shè)計，具有防止該煤礦發(fā)生瓦斯事故，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)該煤礦本質(zhì)安 全化的重要作用。 3 總體來說，國外瓦斯抽放技術(shù)已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)在主要采用綜合的總體抽放方式，在掘進過程中抽放瓦斯，回采過程中邊采邊抽和采空區(qū)抽放千方百計增加瓦斯抽放量，提高瓦斯抽放率，同時建立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井的安全生產(chǎn)提供保障。 ② 鄰近層卸壓瓦斯抽放階段。多數(shù)方法在試驗區(qū)取得了提高瓦斯抽放量的效果，但仍處于試驗階段，沒有大范圍推廣應(yīng)用。 指采用巷道或打鉆孔的方式在開采前抽放開采煤層內(nèi)含有的瓦斯的方法，可以分為巷道預(yù)抽和鉆孔預(yù)抽。隨著工作面的推進，鉆場和鉆孔 也向前排列。 使用較少， 陽泉礦是鄰近層巷道抽放瓦斯方式的先驅(qū)，瓦斯抽放效果也最為顯著，工作面瓦斯抽放率普遍高于 70％，最高時達到 90％以上。我國抽放率低的原因主要有幾點[11]： ① 抽放不穩(wěn)定，利用閑難。目前，中國的瓦斯綜合利用工程只是針對瓦斯抽放礦井，實際上全國每年有 90%的來自回風(fēng)流中的濃度低于 l％的瓦斯被直接排放到空氣中。 （ 2）抽采方法的優(yōu)選： 根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料（煤層賦存狀況、瓦斯賦存規(guī)律、巷道布置、地質(zhì)條件、開采技術(shù)等）和分析計算得出的結(jié)論（瓦斯涌出來源、瓦斯涌出量等）結(jié)合礦井生產(chǎn)的實際情況，選取最優(yōu)的回采工作面瓦斯抽放方法、采空 區(qū)瓦斯抽放方法和工作面上隅角瓦斯抽放方法，使煤礦的整體效益最大化。礦區(qū)自西向東分布有 2130 煤礦、 1930 煤礦及 XX 煤礦。58′58″。巖煤層傾角一般 7176。 20～ 50m 6 線 1～ 6 煤層，破壞深度逐層加大 F41 上 逆斷層 南傾 33176。 40～ 50m 3 線以東 8～ 10 煤層，破壞深度逐層加大 F6 逆斷層 南傾 25176。 10 表 主要可采煤層特征表 煤層編號 煤 層 夾 矸 全區(qū)厚度 (m) 可采范圍厚度 (m) 結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性 可采性 層數(shù) 巖 性 兩極值 平均值 兩極值 平均值 11 0～ （ 51） ～ （ 23） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖 12 0～ （ 53） ～ （ 42） 簡單 不穩(wěn)定 大部可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖 21 0～ （ 52） ～ （ 20） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖 22 0～ （ 52） ～ （ 50） 中等 穩(wěn)定 全區(qū)可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖 3 0～ （ 33） ～ （ 21） 簡單 不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖、細砂巖 4 0～ （ 51） ～ （ 37） 中等 不穩(wěn)定 大部可采 03 炭質(zhì)泥巖、泥巖、細 砂巖 5 0～ （ 64） ～ （ 59） 簡單 較穩(wěn)定 大部可采 01 炭質(zhì)泥巖、泥巖、 粉砂巖、粗砂巖 6 0～ （ 65） ～ （ 61） 簡單 較穩(wěn)定 大部可采 03 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、 粗砂巖 7 0～ （ 45） ～ （ 37） 簡單 較穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、泥巖 8 0～ （ 39） ～ （ 17） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì) 泥巖 9 0～ （ 37） ～ （ 16） 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖 10 0～ （ 42） ～ （ 30） 簡單 較穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖 井田內(nèi)各煤層物理性質(zhì)和宏觀煤巖類型基本相似。各煤層顯微煤巖類型基本一致，多屬亮煤型。 礦井工業(yè)場地位于井田東北部，加 4 與 4 勘探線之間的地勢較為平坦的場地內(nèi)，場地內(nèi)布置有主、副斜井和斜風(fēng)井。 礦井改擴建后新鮮風(fēng)流由主斜井、副斜井及行人進風(fēng)斜井進入，經(jīng)副斜井區(qū)段石門車場、 +1682m水平井底車場、到達工作面運輸順槽， 沖洗工作面 后的乏風(fēng)經(jīng)回風(fēng)順槽，區(qū)段回風(fēng)石門最終從斜風(fēng)井排到地面。礦井15123 工作面在新建瓦斯抽采泵站低負壓系統(tǒng)投入使用前，工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛纫恢陛^高，上隅角瓦斯超限嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。 表 1號、 5號煤層本煤層瓦斯涌出量預(yù)測表 煤層 回采率 煤層厚度 （ m） 采高（ m） 工作面長度（ m） 瓦斯含量（ m3/t） 殘存瓦斯含量（ m3/t） 相對瓦斯涌出量 （ m3/t） 1號 95% 140 5號 95% 140 根據(jù)煤層特征表中各煤層的間距，受 1號煤層開采影響的鄰近煤層有 21號、 22號煤層；受 5號煤層開采影響的鄰近煤層有 3號、 4號、 6號、 7號煤層。 根據(jù)公式 （ 32）、（ 33） 對 4號煤層和 6號煤層開采層進行瓦斯涌出預(yù)測，其預(yù)測計算如表 。 掘進工作面瓦斯涌出 量 掘進工作面的瓦斯涌出量由落煤瓦斯涌出量和煤壁瓦斯涌出量兩部分組成，其絕對瓦斯涌出量按下式確定： 43 Q ??掘 (35) 式中 Q掘 ——掘進工作面絕對瓦斯涌出量， m3/min； Q3——掘進巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min，見式 36； Q4——掘進巷道落煤瓦斯涌出量， m3/min，見式 37； )12(Q 03 ???? vLQvD (36) Q4＝ S vγ(W0Wc) (37) 式中 17 D——巷道斷面內(nèi)暴露煤面的周邊長度， m。 礦井瓦斯涌出量 礦井瓦斯涌出預(yù)測的計算公式通常采用： 19 ??????? n1iin1iinAAQkQ采區(qū)礦 （ 310） 式中 Q礦 ——礦井瓦斯涌出量， m3/t； Q采區(qū) ——第 i采區(qū)瓦斯涌出量， m3/t； Ai——第 i采區(qū)日平均煤炭產(chǎn)量， t Kn——已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取 。 瓦斯抽采的必要性 根據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局于 2020 年頒布的《煤礦安全規(guī)程》第 145 條規(guī)定：有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時抽放瓦斯系統(tǒng)： （ 1）高瓦斯礦井 （ 2） 1 個采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m3/min 或者 1 個掘進工作面的瓦斯涌出量大于 3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的。d ，從鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)分析，一 XX5號煤層屬于可以抽采煤層，從煤層透氣性系數(shù)分析， 5號煤層屬于容易抽采煤層 ，綜合兩項參數(shù)分析， 5號煤層屬于容易抽采煤層。礦井瓦斯可抽量計算如表 。 （ 5） 抽采方法應(yīng)有利于抽采巷道的布置和維護。同側(cè)相鄰兩個鉆場的間距為 60m，異側(cè)相鄰兩個鉆場間距為 10m。 27 圖 掘進抽。 設(shè)計為在 煤巷掘進工作面后方兩側(cè)各施工一個鉆場。 （ 3） 優(yōu)先采用先抽后采、先抽后掘的方法，優(yōu)先考慮開發(fā)、利用瓦斯資源。 瓦斯可抽量計算 可抽瓦斯量是指瓦斯儲量中在當(dāng)前技術(shù)水平能被抽出的最大瓦斯量。 21 表 開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表 抽放難易程度 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) ? (d1 ) 煤層透氣性系數(shù) ? (m2 /MPa2 從表 、表 和表 中可以看出，工作面瓦斯一部分來源于開采層的 煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來源于采空區(qū)和鄰近層的涌出。其計算公式為： 0n1in1i iii AQ1440AQK ）（ 掘采采采區(qū)? ?? ????Q (39) 式中 Q采區(qū) ——采區(qū)瓦斯涌出量， m3 /t； K采 ——采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)； Q i采 ——第 i回采工作面相對瓦斯涌出量， m3 /t； Ai ——第 i回采工作面平均日產(chǎn)量， t/d； Q i掘 ——第 i掘進工作面瓦斯涌出量， m3/min； A0 ——采區(qū)平均日產(chǎn)量 ,t/d； 礦井布置兩個回采工作面和四 個掘進工作面時采區(qū)瓦斯涌出量，回采工作面布置在 1號、 4號煤層時，掘進工作面分別布置在 1號、 5號煤層中，根據(jù)公式（ 39）采區(qū)瓦斯涌出量，見表 表 布置兩個回采工作面時采區(qū)瓦斯涌出量表 回采 煤層 Q i采 ( m3 /t) Ai ( t/d) Q i掘 (m3/min) K采 A0 (t/d) Q采區(qū) (m3/t) Q采區(qū) (m3/min) 1號 1636 3636 4號 1636 3636 注：兩個回采工作面年產(chǎn)量之和按 ，掘進面年產(chǎn)量按 ，年工作日 330d計算 。 通過表 、表 、表 看出， 4號煤層相對瓦斯涌出量為 Q 4采 =+= m3/t， 6號煤層相對瓦斯涌出量Q 6采 =+= m3/t。 6號煤層與 5號煤層的間距為 ，按圖 ，5號煤層開采時 6號煤層的瓦斯排放率為 30%，則 6號煤層的殘余瓦斯含量為 。根據(jù)經(jīng)驗，對于緩傾斜煤層受開采采動影響，上鄰近層能向工作面涌出卸壓瓦斯 的巖層破壞范圍取 100m；下鄰近層能向工作面涌出卸壓瓦斯的巖層破壞范圍取 60m。根據(jù)鄰近礦井一九三〇煤礦、二一三〇煤