【正文】 ....................................................... 34 抽采管路管徑計(jì)算及管材選擇 .......................................... 34 瓦斯管徑計(jì)算 ..................................................... 34 抽采管材的選擇和管徑確定 ........................................ 35 抽采管路阻力計(jì)算 .................................................... 35 抽采規(guī)模 ............................................................ 36 按瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算瓦斯抽采量 ........................................ 36 按《煤礦瓦斯抽采 指標(biāo)》計(jì)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(yàn)收 ............................................ 38 6 抽采設(shè)備選型 ............................................................ 40 選型原則 ............................................................ 40 瓦斯泵流量計(jì)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(xiàn) .............................................................. 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(guó)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(duì)礦井瓦斯抽放的必要性與可行性進(jìn)行了分析；運(yùn)用分源預(yù)測(cè)法計(jì)算礦井瓦斯涌出量，并分析 了 不同的瓦斯抽放方法，設(shè)計(jì)了礦井的瓦斯抽放工藝；通過(guò)對(duì)井下環(huán)境的分析和抽采管徑的計(jì)算，確定 了 抽采管路系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；在計(jì)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(hào)。這些血淋淋的事實(shí)無(wú)不說(shuō)明了瓦斯事故是制約煤礦安全生產(chǎn)的 “ 頭號(hào)大敵 ” [1]。并且該礦井通過(guò)通風(fēng)方式無(wú)法消除瓦斯隱患，安全難以得到保證，所以本次對(duì) XX 煤礦進(jìn)行的瓦斯抽放設(shè)計(jì)，具有防止該煤礦發(fā)生瓦斯事故，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)該煤礦本質(zhì)安 全化的重要作用。 3 總體來(lái)說(shuō)，國(guó)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(jìn)過(guò)程中抽放瓦斯，回采過(guò)程中邊采邊抽和采空區(qū)抽放千方百計(jì)增加瓦斯抽放量，提高瓦斯抽放率，同時(shí)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(yàn)區(qū)取得了提高瓦斯抽放量的效果，但仍處于試驗(yàn)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(jìn)，鉆場(chǎng)和鉆孔 也向前排列。 使用較少， 陽(yáng)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(shí)達(dá)到 90％以上。我國(guó)抽放率低的原因主要有幾點(diǎn)[11]： ① 抽放不穩(wěn)定，利用閑難。目前，中國(guó)的瓦斯綜合利用工程只是針對(duì)瓦斯抽放礦井，實(shí)際上全國(guó)每年有 90%的來(lái)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(jì)算得出的結(jié)論（瓦斯涌出來(lái)源、瓦斯涌出量等）結(jié)合礦井生產(chǎn)的實(shí)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(hào) 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(jiǎn)單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖 12 0～ （ 53） ～ （ 42） 簡(jiǎn)單 不穩(wěn)定 大部可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖 21 0～ （ 52） ～ （ 20） 簡(jiǎn)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(jiǎn)單 不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖、細(xì)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(xì) 砂巖 5 0～ （ 64） ～ （ 59） 簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)單 較穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、泥巖 8 0～ （ 39） ～ （ 17） 簡(jiǎn)單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì) 泥巖 9 0～ （ 37） ～ （ 16） 簡(jiǎn)單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖 10 0～ （ 42） ～ （ 30） 簡(jiǎn)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(chǎng)地位于井田東北部，加 4 與 4 勘探線之間的地勢(shì)較為平坦的場(chǎng)地內(nèi)，場(chǎng)地內(nèi)布置有主、副斜井和斜風(fēng)井。 礦井改擴(kuò)建后新鮮風(fēng)流由主斜井、副斜井及行人進(jìn)風(fēng)斜井進(jìn)入，經(jīng)副斜井區(qū)段石門車場(chǎng)、 +1682m水平井底車場(chǎng)、到達(dá)工作面運(yùn)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(fù)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(hào)、 5號(hào)煤層本煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)表 煤層 回采率 煤層厚度 （ m） 采高（ m） 工作面長(zhǎng)度（ m） 瓦斯含量（ m3/t） 殘存瓦斯含量（ m3/t） 相對(duì)瓦斯涌出量 （ m3/t） 1號(hào) 95% 140 5號(hào) 95% 140 根據(jù)煤層特征表中各煤層的間距，受 1號(hào)煤層開采影響的鄰近煤層有 21號(hào)、 22號(hào)煤層；受 5號(hào)煤層開采影響的鄰近煤層有 3號(hào)、 4號(hào)、 6號(hào)、 7號(hào)煤層。 根據(jù)公式 （ 32）、（ 33） 對(duì) 4號(hào)煤層和 6號(hào)煤層開采層進(jìn)行瓦斯涌出預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)計(jì)算如表 。 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出 量 掘進(jìn)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?jī)刹糠纸M成，其絕對(duì)瓦斯涌出量按下式確定： 43 Q ??掘 (35) 式中 Q掘 ——掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量， m3/min； Q3——掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min，見式 36； Q4——掘進(jìn)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(zhǎng)度， m。 礦井瓦斯涌出量 礦井瓦斯涌出預(yù)測(cè)的計(jì)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(guó)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(shí)抽放瓦斯系統(tǒng)： （ 1）高瓦斯礦井 （ 2） 1 個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5m3/min 或者 1 個(gè)掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量大于 3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問(wèn)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(hào)煤層屬于可以抽采煤層，從煤層透氣性系數(shù)分析， 5號(hào)煤層屬于容易抽采煤層 ，綜合兩項(xiàng)參數(shù)分析， 5號(hào)煤層屬于容易抽采煤層。礦井瓦斯可抽量計(jì)算如表 。 （ 5） 抽采方法應(yīng)有利于抽采巷道的布置和維護(hù)。同側(cè)相鄰兩個(gè)鉆場(chǎng)的間距為 60m，異側(cè)相鄰兩個(gè)鉆場(chǎng)間距為 10m。 27 圖 掘進(jìn)抽。 設(shè)計(jì)為在 煤巷掘進(jìn)工作面后方兩側(cè)各施工一個(gè)鉆場(chǎng)。 （ 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(jì)算 可抽瓦斯量是指瓦斯儲(chǔ)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(lái)源于開采層的 煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分來(lái)源于采空區(qū)和鄰近層的涌出。其計(jì)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(duì)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(jìn)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(gè)回采工作面和四 個(gè)掘進(jìn)工作面時(shí)采區(qū)瓦斯涌出量，回采工作面布置在 1號(hào)、 4號(hào)煤層時(shí)，掘進(jìn)工作面分別布置在 1號(hào)、 5號(hào)煤層中，根據(jù)公式（ 39）采區(qū)瓦斯涌出量，見表 表 布置兩個(gè)回采工作面時(shí)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(hào) 1636 3636 4號(hào) 1636 3636 注：兩個(gè)回采工作面年產(chǎn)量之和按 ，掘進(jìn)面年產(chǎn)量按 ，年工作日 330d計(jì)算 。 通過(guò)表 、表 、表 看出， 4號(hào)煤層相對(duì)瓦斯涌出量為 Q 4采 =+= m3/t， 6號(hào)煤層相對(duì)瓦斯涌出量Q 6采 =+= m3/t。 6號(hào)煤層與 5號(hào)煤層的間距為 ，按圖 ，5號(hào)煤層開采時(shí) 6號(hào)煤層的瓦斯排放率為 30%，則 6號(hào)煤層的殘余瓦斯含量為 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于緩傾斜煤層受開采采動(dòng)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