【正文】 約定： (1) 回風(fēng)大巷、回風(fēng)井及地面瓦斯抽放管為干管； (2) 預(yù)抽煤層瓦斯抽放管為支管 1； (3) 掘進(jìn)工作面瓦斯抽放管為支管 2； (4) 回采工作面瓦斯抽放管為支管 3。鉆孔封孔器與抽放管路的連接見(jiàn)圖 52 所示,為減小孔板阻力，不影響鉆孔流量，可在管路中并聯(lián)一個(gè)旁通管。 5 礦井瓦斯抽放方案選取 瓦斯來(lái)源分析 在己二采區(qū)對(duì)己 15 煤層而言，直接頂為砂質(zhì)條帶泥巖夾炭質(zhì)泥巖及己 14 煤線，厚約 8 米，頂板類型較好，老頂為砂巖，富含白云母，厚約 15 米，其偽底為極易水化成泥的泥巖或劣質(zhì)煤，厚約 ～ 米，直接底為含多層煤線及炭質(zhì)泥巖的泥巖，厚約 ～9 米（采區(qū)東薄西厚） ，松軟極易底鼓。 ????式中： —礦井（采區(qū)或工作面）的瓦斯涌出量， ；min3 —通風(fēng)所能承擔(dān)的最大瓦斯涌出量， ；f v—通風(fēng)巷道（或工作面）允許的最大風(fēng)速，v=3 ；s S—通風(fēng)巷道（或工作面）斷面積，S= ；2mC—《煤礦安全規(guī)程》允許的風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?，C=1；K—瓦斯涌出不均衡系數(shù)，~,取K=代入數(shù)據(jù)計(jì)算如表411。c tm3由此計(jì)算得工作面瓦斯涌出量見(jiàn)表321。 (3) 巖溶地下水的補(bǔ)給、逕流及排泄平頂山礦區(qū)作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，幾乎不受單元以外的地下水補(bǔ)給，礦區(qū)地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要有：礦區(qū)西南部的七礦、五礦、十一礦淺部灰?guī)r露頭的降水補(bǔ)給和第四系、新近系含水層地下水的下滲補(bǔ)給。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說(shuō)明》的規(guī)定：井田中只要有一個(gè)煤樣有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，該井田就應(yīng)評(píng)價(jià)為有煤塵爆炸危險(xiǎn)性的井田，因此本礦為有煤塵爆炸危險(xiǎn)性的礦井，應(yīng)采取措施控制煤塵量，確保安全生產(chǎn)。礦區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造為一樞紐向北西傾伏的寬緩向斜—李口向斜，向斜兩翼傾角一般為 5176。斷層有三組：北西向、近南北向、近東西向斷層。地表水系經(jīng)井田由北流向南部。設(shè)計(jì)的過(guò)程是一次理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的過(guò)程，是理論與實(shí)踐升華的過(guò)程；更是自己的思想成熟的過(guò)程！在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別是在確定系統(tǒng)抽放方案的時(shí)候，我曾經(jīng)退縮過(guò)、曾經(jīng)彷徨和懊惱過(guò),曾遇到了很多棘手的問(wèn)題,在老師和同學(xué)們的幫助下都得以順利解決。在開拓采掘部署上 ,要優(yōu)先考慮瓦斯抽放,將其納入正常生產(chǎn)工藝流程,這樣既抽出了瓦斯,又能保障安全生產(chǎn)。西安分院研制開發(fā)的 MK 系列鉆機(jī),打出了超過(guò) 700m 的本煤層長(zhǎng)鉆孔。一些企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo) “安全第一”的觀念還沒(méi)有牢固樹立,對(duì)抽放瓦斯重要性的認(rèn)識(shí)仍然不夠 ,對(duì)抽放瓦斯裝備等的投入不能滿足實(shí)際工作的需要,有些地方仍然維持在 20 世紀(jì) 80 年代的水平,須盡快轉(zhuǎn)變觀念,加快抽放瓦斯系統(tǒng)建設(shè)及更新改造。二、存在問(wèn)題及差距 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 3我國(guó)煤礦的瓦斯災(zāi)害是比較嚴(yán)重的,高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井基本上都具有煤塵爆炸危險(xiǎn), 更加劇了瓦斯的威脅。我國(guó)最早記載煤礦排放瓦斯是在宋應(yīng)星所著《天工開物》 （1637 年）中，當(dāng)時(shí)記載了利用竹管排煤礦瓦斯的方法。1938 年撫順龍鳳礦進(jìn)行了具有工業(yè)規(guī)模的機(jī)械抽放瓦斯實(shí)驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì), 在1991～2022 年間,瓦斯事故死亡人數(shù)總體呈上升趨勢(shì)。只有這樣才能從根本上提高抽放瓦斯的能力,減少瓦斯事故的發(fā)生 ,提高安全生產(chǎn)水平。還有如中美合作開采的大寧煤礦(山西晉城) ,將美國(guó)的長(zhǎng)鉆孔及拐彎鉆孔等工藝技術(shù)推廣應(yīng)用到了我國(guó),取得了好的抽放效果。預(yù)計(jì)卸壓瓦斯抽放方法將在所有高瓦斯、突出煤層群開采礦井普及,到2022 年礦井瓦斯抽放率將超過(guò) 50 %。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)不但是對(duì)自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)的檢驗(yàn),更是對(duì)多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用能力的一個(gè)考查,并要把實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)賦予到當(dāng)中去，這三者的有機(jī)結(jié)合在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使我受益匪淺。 氣象屬 暖 溫 帶 大 陸 性 半 濕 潤(rùn) 氣 候 ， 四 季 分 明 ， 春 季 多 風(fēng) 干 旱 ， 夏 季 炎 熱多 雨 ， 秋 季 晴 朗 、 日 照 充 足 ， 冬 季 寒 冷 少 雪 。震旦紀(jì)以后，沉積蓋層與基底構(gòu)造線方向明顯不同，褶皺為軸向北西、兩翼近于對(duì)稱而開闊的背、向斜?！?5176。 (4) 煤的自燃傾向性本礦主要可采煤層屬自燃及容易自燃煤層，應(yīng)采取措施，防止自燃事故的發(fā)生。北干渠河床直接揭露新近系系泥灰?guī)r，渠水下灌新近系泥灰?guī)r，進(jìn)而補(bǔ)給石炭系和寒武系灰?guī)r含水層。表321 十礦己二采區(qū)采區(qū)回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)值瓦斯涌出量預(yù)測(cè)采區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量（萬(wàn)t /a）瓦斯含量（ ）tm3t3min3己二采區(qū)回采工作面60 — ～ ～ 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)時(shí)煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出： （3—2）LBJq??式中: —掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量， ；Jqmin3 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 23—煤壁瓦斯涌出量， ；Bqmin3—落煤瓦斯涌出量， 。表411 通風(fēng)處理瓦斯量核定采面設(shè)計(jì)產(chǎn)量(萬(wàn)t/a)瓦斯含量( )tm3瓦斯涌出量q，( in3)風(fēng)排瓦斯量，（fq）mi3是否需要抽放瓦斯己二采區(qū)回采工作面60 — ～ 需要抽放 防止煤與瓦斯突出看瓦斯抽放的必要性根據(jù)中平能化十礦己二采區(qū)瓦斯突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)研究報(bào)告，十礦己二采區(qū)具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，進(jìn)行煤體瓦斯預(yù)抽是防止煤與瓦斯突出的有效措施，可以消除或削弱瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，從而達(dá)到防突的效果。所以己二采區(qū)煤層瓦斯的來(lái)源主要是回采工作面，掘進(jìn)工作面和采區(qū)。 圖 52 鉆孔與抽放瓦斯管路連接示意圖 邊掘邊抽巷道在掘進(jìn)時(shí)，由于瓦斯涌出量超過(guò)規(guī)定，因此需進(jìn)行瓦斯抽放，可以采用邊掘邊抽的方式。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 40表 611 瓦斯抽放管管徑計(jì)算選擇結(jié)果抽放管類別純瓦斯抽放量( )min3瓦斯?jié)舛?(%) 混合瓦斯抽放 量( )min3計(jì)算管內(nèi)徑 (mm) 選擇管徑 (mm)干管 40 338 380支管 1 50 122 200支管 2 45 138 260 支管 3 30 167 260從表 611 可以看出，選擇管徑比計(jì)算管徑略大，主要考慮抽放管路留有一定的備用系數(shù)。 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。鉆孔與管路連接處應(yīng)設(shè)置流量計(jì)和閥門。 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。 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。預(yù)測(cè)過(guò)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， 。(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。(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。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。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。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。有煤 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 7層群開采條件的高瓦斯突出礦井,應(yīng)徹底轉(zhuǎn)變觀念,充分利用鄰近層的有利條件,實(shí)現(xiàn)煤、氣兩個(gè)資源共采。近幾年由于鉆機(jī)研究開發(fā)的突破,使得打本煤層長(zhǎng)鉆孔成為可能。另外 ,我國(guó)抽放瓦斯的發(fā)展亦不平衡,有些礦區(qū)頻繁發(fā)生瓦斯爆炸,也從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明瓦斯抽放工作搞得不好,不能滿足安全生產(chǎn)的要求。瓦斯抽放率在 %以上的有：撫順老虎臺(tái)礦、雞西張新礦、雞西城子河礦、鶴崗振興礦、陽(yáng)泉三礦豎井、陽(yáng)泉五礦、銅川下石節(jié)礦、松藻同華礦 8 個(gè)礦井。80mm，瓦斯排放量達(dá)16000m3/d 。1940 年，該礦在地面建立了一座 100m3的儲(chǔ)瓦斯罐，用瓦斯泵將采空區(qū)的瓦斯經(jīng)管路抽到罐內(nèi)，供當(dāng)?shù)鼐用袷褂谩?991 年,一次死亡 3 人以上瓦斯事故死亡 1364 人,2022 年死亡 2662 人,10 年中增加近一倍。三、抽放瓦斯方法的發(fā)展隨著采煤方法的發(fā)展以及瓦斯涌出量的增加,抽放瓦斯方法也出現(xiàn)了相應(yīng)的變化,雖然從形式上看抽放瓦斯方法并沒(méi)出現(xiàn)新的方法 ,但從實(shí)質(zhì)內(nèi)容上看確有許多創(chuàng)新之處,如淮南在開采 13＃ 煤層時(shí), 在 11＃ 煤層(距 13＃ 煤層平均間距 70m) 底板 10～20m 處掘一抽放瓦斯巷, 向 11＃ 煤層打穿層鉆孔抽放 11＃ 煤層的瓦斯。再如采空區(qū)抽放,過(guò)去一直沒(méi)有克服抽放濃度低、抽放量小的瓶頸。對(duì)于開采層、鄰近層、采空區(qū)瓦斯涌出量都比較大的礦井,將各種抽放瓦斯方法進(jìn)行有機(jī)的組合綜合運(yùn)用(即綜合抽放) 是發(fā)展方向,象撫順老虎臺(tái)礦就是這樣做的。 此外,通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了自己獨(dú)力學(xué)習(xí)和查閱資料的能力,為今后的得心應(yīng)手的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。氣溫：據(jù)平頂山氣象站資料：一年之中，最高溫度出現(xiàn)在 7 月，最低溫度出現(xiàn)在 1 月。斷層亦分為三組：近東西向、北西向及北東向斷層。 ，次級(jí)褶皺較發(fā)育，并伴有相配套的斷裂構(gòu)造。 井田水文地質(zhì)(1) 礦區(qū)水文地質(zhì)特征 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 18平頂山礦區(qū)屬伏牛山東北側(cè)構(gòu)造復(fù)雜的水文地質(zhì)區(qū)，韓梁～平頂山水文地質(zhì)亞區(qū)，以鍋底山斷層為界，分十一礦——七礦及平頂山——首山水文地質(zhì)段?；?guī)r隱伏露頭可接受第四系含水層“天窗” 補(bǔ)給。L(1)掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯涌出量 在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，巷道周圍煤層中的瓦斯壓力平衡狀態(tài)遭到破壞，煤體內(nèi)部到煤壁間存在著壓力梯度，瓦斯就會(huì)沿煤體裂隙及孔隙向巷道泄出。因此為防止瓦斯突出，十礦己二采區(qū)必須進(jìn)行瓦斯抽放，且本煤層瓦斯預(yù)抽率要超過(guò) 30％。 瓦斯抽放方法選擇目前國(guó)內(nèi)礦井常用的瓦斯抽放方法主要有本煤層抽放、鄰近層抽放和采空區(qū)抽放。對(duì)于低透氣性煤巷掘進(jìn)，為提高瓦斯抽放率，設(shè)計(jì)采取“鉆墻”布孔高效邊掘邊抽瓦斯方法。 管網(wǎng)阻力計(jì)算抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。如圖 551— 集氣孔段； 2—聚氨酯封孔段； 3—水泥砂漿封孔段；4—套管圖 55 瓦斯抽放鉆孔封孔示意圖 1 2 3 4 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 396 瓦斯抽放系統(tǒng)管路設(shè)計(jì) 抽放瓦斯管路選擇 瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則 (1)抽放管路應(yīng)敷設(shè)在巷道曲線段少和距離最短的路線；(2)盡量避開運(yùn)輸繁忙巷道，首選回風(fēng)巷內(nèi)鋪設(shè)；(3)考慮安裝、檢修方便；(4)管路發(fā)生故障，管道內(nèi)的瓦斯不至于進(jìn)入采掘工作面、機(jī)房或機(jī)電硐室等；(5)抽放管路系統(tǒng)中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、測(cè)定、防爆、防回火裝置。預(yù)抽時(shí)間最少 6個(gè)月以上。 目前國(guó)內(nèi)主要使用的瓦斯泵類型（1）離心式瓦斯泵；（2）回轉(zhuǎn)式瓦斯泵(包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)、葉式鼓風(fēng)機(jī)、滑板式壓氣機(jī)等)；（3）水環(huán)式真空泵。（3）開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。設(shè)計(jì)中平能化十礦己二采區(qū)煤礦開采煤的工作面的平均采高為，工作面長(zhǎng) 120m，走向長(zhǎng)度 1100m ,日推進(jìn) ,煤層瓦斯含量— m3/t。汝河、北干渠