【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 12煤層工作面需要抽放的瓦斯量。鉆孔抽放瓦斯量預(yù)計(jì)北采區(qū)煤層采用下階段巷道鉆孔抽放瓦斯開(kāi)采層瓦斯方法，主要是利用采動(dòng)影響使煤層透氣性系數(shù)增大原理，重點(diǎn)抽放下階段煤層卸壓瓦斯。一般情況下，煤層卸壓后，透氣性系數(shù)增加幾十倍，甚至幾千倍，抽放率能達(dá)到50~80%。按照我國(guó)目前抽放本煤層瓦斯技術(shù)水平和工作面瓦斯來(lái)源構(gòu)成， ，假設(shè)工作面日產(chǎn)量6500t/d，鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯涌出量80%計(jì)算。掘進(jìn)工作面抽放瓦斯量預(yù)計(jì)根據(jù)對(duì)烏東煤礦開(kāi)采+400m標(biāo)高時(shí)，靠通風(fēng)能解決掘進(jìn)工作面回風(fēng)瓦斯超限問(wèn)題比較困難時(shí)，應(yīng)考慮掘進(jìn)工作面抽放，掘進(jìn)工作面抽放瓦斯量按2 m3/min預(yù)留。由于礦井采用本煤層預(yù)抽、邊采邊抽、邊掘邊抽和采空區(qū)抽放相結(jié)合的抽放方法，其抽放服務(wù)根年限與礦井生產(chǎn)服務(wù)年限相當(dāng)。，三個(gè)采區(qū)4個(gè)綜采工作面同時(shí)開(kāi)采。根據(jù)礦井開(kāi)拓布置情況，各采區(qū)之間距離較遠(yuǎn)，特別是西采區(qū)距北采區(qū)距離10km左右，采用一套系統(tǒng)抽放管路較長(zhǎng)，管網(wǎng)阻力損失較大。從目前礦提供的礦井瓦斯資料結(jié)果分析，西采區(qū)、南采區(qū)開(kāi)采煤層瓦斯含量較低，大部分煤層處在瓦斯風(fēng)化帶范圍內(nèi)，對(duì)目前工作面安全開(kāi)采沒(méi)有構(gòu)成威脅，暫不考慮建立地面瓦斯抽放系統(tǒng)。北采區(qū)目前工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)結(jié)果看，進(jìn)入一水平深部靠通風(fēng)方法不能解決工作面瓦斯超限問(wèn)題，應(yīng)建立抽放瓦斯系統(tǒng)。根據(jù)前面對(duì)工作面抽放瓦斯量預(yù)計(jì)，北采區(qū)煤層采用下階段巷道鉆孔抽放瓦斯開(kāi)采層瓦斯方法基本上能解決工作面瓦斯超限問(wèn)題，但遇到瓦斯涌出異常區(qū)時(shí)，采用單一的抽放方法不能解決工作面瓦斯超限問(wèn)題，需采用綜合抽放措施，根據(jù)烏東煤礦北采區(qū)工作面的實(shí)際情況分析，采用下階段鉆孔抽放卸壓煤層瓦斯和采用上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯是可行的?？紤]到下階段鉆孔抽放卸壓煤層瓦斯需要高負(fù)壓抽放，而上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯需低負(fù)壓抽放，因此北采區(qū)應(yīng)建立兩套獨(dú)立抽放瓦斯系統(tǒng)，一套高負(fù)壓抽放系統(tǒng)服務(wù)下階段巷道鉆孔預(yù)抽開(kāi)采階段煤層和下階段煤層瓦斯方法，一套低負(fù)壓抽放系統(tǒng)服務(wù)上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯。由于B36煤層瓦斯涌出量大，本次預(yù)計(jì)抽放量按兩個(gè)工作面都布置在B36煤層，即采區(qū)瓦斯涌出量最大的時(shí)候，再考慮掘進(jìn)工作面異常涌出區(qū)需抽放瓦斯2m3/min，按4個(gè)掘進(jìn)面計(jì)算。烏東煤礦依據(jù)《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》第9條的規(guī)定，目前從采掘工作面的瓦斯涌出量還是礦井瓦斯涌出量都已經(jīng)滿足建立抽放系統(tǒng)的必要條件，前面已經(jīng)論述過(guò)，這里就不再重復(fù)。因此，從北采區(qū)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，有必要建立地面瓦斯永久抽放系統(tǒng)。根據(jù)《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》第10條規(guī)定：“建立永久瓦斯抽放系統(tǒng)的礦井，應(yīng)同時(shí)具備下列2個(gè)條件：（1）瓦斯抽放系統(tǒng)的抽放量可穩(wěn)定在2m3／min以上；（2）瓦斯資源可靠、儲(chǔ)量豐富，預(yù)計(jì)瓦斯抽放服務(wù)年限在10年以上?！睆膶?duì)烏東煤礦的瓦斯抽放量預(yù)計(jì)及瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果可以看出，抽放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2m3／min，同時(shí)瓦斯資源可靠、儲(chǔ)量豐富，瓦斯抽放服務(wù)年限與礦井的服務(wù)年限相當(dāng)，大于10年，所以建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)是完全可行的。5 瓦斯抽放管網(wǎng)系統(tǒng) 抽放瓦斯泵房位置及管網(wǎng)敷設(shè)路線 抽放瓦斯泵房位置選擇抽放瓦斯場(chǎng)地的布置原則應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家所頒布的相關(guān)法律、法規(guī)執(zhí)行，不占用良田，有效利用現(xiàn)有的場(chǎng)地，平面布置整齊、合理，便于安裝與維修。瓦斯泵房屬有爆炸危險(xiǎn)的廠房，要求周圍50m范圍內(nèi)無(wú)居民，遠(yuǎn)離井口，20m范圍內(nèi)無(wú)明火，同時(shí)，應(yīng)選擇交通便利，地勢(shì)平坦的開(kāi)闊地，有利于建筑物施工、抽放管路和電纜敷設(shè)。從利用角度考慮，距離工業(yè)區(qū)不能太遠(yuǎn)，以減少利用成本。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察和征求礦方的意見(jiàn)，并考慮井下與地面瓦斯抽放管路距離的遠(yuǎn)近，地面抽放瓦斯泵房選擇在立風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)附近，瓦斯抽放泵站占地面積長(zhǎng)80m、寬50m。 抽放瓦斯管網(wǎng)敷設(shè)路線選擇⑴ 方案提出沈陽(yáng)研究院科研人員根據(jù)烏東煤礦井下巷道的布置和地面工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)各種設(shè)施的分布情況，提出了兩種抽放瓦斯管網(wǎng)敷設(shè)路線方案，分別是：方案一：泵房選擇在主井工業(yè)廣場(chǎng)附近，抽放管路通過(guò)主井（或副井）進(jìn)入井下；方案二：泵房選擇在立風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)附近，抽放管路通過(guò)立風(fēng)井進(jìn)入井下。⑵ 方案比較：方案一：優(yōu)點(diǎn)是泵房在主井工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，便于管理。缺點(diǎn)是由于井筒內(nèi)安裝的管路較多，而瓦斯抽放管路管徑又比較大，若要安裝抽放管路，需對(duì)原有的電纜等設(shè)施進(jìn)行重新布置，工作量大，并且在重新布置及安裝期間影響正常提升及運(yùn)輸。另外，有的井筒有礦車通過(guò)，如發(fā)生跑車易碰壞管路，有可能引起管路內(nèi)的瓦斯泄露，存在安全隱患。再者，在這種方式下，管路通過(guò)的距離較長(zhǎng)，不但管路安裝的經(jīng)濟(jì)投入和維護(hù)成本較高，而且增加了管網(wǎng)阻力，降低了抽放泵的實(shí)際抽放能力，還使抽放管理的難度加大。方案二：優(yōu)點(diǎn)是泵房在風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)，有利于瓦斯抽放管理。管路安裝路徑短，經(jīng)濟(jì)上比較合算。再者，井下管路均安裝在回風(fēng)巷道內(nèi)，安全系數(shù)高。缺點(diǎn)是管路在風(fēng)井內(nèi)安裝時(shí)，需要進(jìn)行燒焊等作業(yè)，將會(huì)影響正常通風(fēng)和井下生產(chǎn)作業(yè)。另外，在安裝管路以后，井筒的凈斷面會(huì)減小，將影響礦井的通風(fēng)能力。⑶ 方案確定通過(guò)上述方案比較，從安全的角度、對(duì)礦井生產(chǎn)的影響程度和工程投資三個(gè)方面綜合考慮，選擇方案二比較合理，即地面永久瓦斯抽放泵站選擇在立風(fēng)井廣場(chǎng)附近。 抽放瓦斯管路選擇 瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則⑴ 瓦斯抽采管路系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)礦井開(kāi)拓部署、井下巷道布置、抽采地點(diǎn)分布、瓦斯利用要求，以及礦井的發(fā)展規(guī)劃等因素確定，并避免或減少主干管路系統(tǒng)的改動(dòng)；⑵ 管路的敷設(shè)宜減少曲線，并宜使管路長(zhǎng)度較短；⑶ 管路宜敷設(shè)在礦車不經(jīng)常通過(guò)的巷道中，應(yīng)首選在回風(fēng)巷內(nèi)敷設(shè)。若必須敷設(shè)在運(yùn)輸巷道內(nèi)時(shí)，應(yīng)采取必要的安全措施；⑷ 如抽采設(shè)備或管路發(fā)生故障，應(yīng)使管道內(nèi)溢出的瓦斯不流入采、掘工作面及機(jī)電硐室內(nèi)；⑸ 抽采管路系統(tǒng)宜符合管道運(yùn)輸、安裝和維護(hù)方便的要求；⑹ 抽采管路系統(tǒng)中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、檢測(cè)、防爆、防回火裝置；⑺ 抽采瓦斯管路的管徑應(yīng)按最大流量分段計(jì)算，并與抽采設(shè)備能力相適應(yīng)，抽采管路按安全流速為5～15 m/s和最大通過(guò)流量來(lái)計(jì)算管徑；⑻ 抽采系統(tǒng)管材的備用量可取10%；⑼ 礦井抽采系統(tǒng)的總阻力，必須按管網(wǎng)最大阻力計(jì)算，抽采瓦斯系統(tǒng)應(yīng)不出現(xiàn)正壓狀態(tài)。抽采管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負(fù)壓瓦斯管路阻力公式計(jì)算；局部阻力可用估算法計(jì)算，一般取摩擦阻力的10%～20%。 瓦斯管路敷設(shè)路線烏東煤礦北采區(qū)抽放瓦斯泵站選擇在風(fēng)井廣場(chǎng)附近，抽放管路通過(guò)立風(fēng)井進(jìn)入井下。管網(wǎng)系統(tǒng)敷設(shè)路線為： 采用下階段巷道鉆孔預(yù)抽開(kāi)采階段煤層和下階段煤層瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)路徑：下階段巷道鉆孔→下階段工作面回風(fēng)巷→工作面回風(fēng)聯(lián)巷→采區(qū)回風(fēng)石門→回風(fēng)井→抽放瓦斯泵站→利用用戶（或放空）采用上隅角插管抽放采空區(qū)瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)路徑：采空區(qū)→工作面回風(fēng)巷→工作面回風(fēng)聯(lián)巷→采區(qū)回風(fēng)石門→回風(fēng)井→抽放瓦斯泵站→利用用戶（或放空） 瓦斯抽放管管徑計(jì)算及管材選擇瓦斯抽放管路管徑選擇得合理與否，對(duì)抽放瓦斯系統(tǒng)的工程投資及抽放系統(tǒng)抽放瓦斯效果有很大影響。直徑太大，投資費(fèi)用增加；管徑過(guò)細(xì)，管路阻力損失大。按照預(yù)測(cè)的烏東煤礦工作面瓦斯涌出量和工作面的通風(fēng)能力情況，，管徑選擇一般采用下式計(jì)算： 式中：D—瓦斯抽放管內(nèi)徑，m；Q—抽放管內(nèi)混合瓦斯流量，m3/min；V—抽放管內(nèi)瓦斯平均流速，m/s。為說(shuō)明方便對(duì)抽放瓦斯管道名稱作如下約定：采區(qū)石門、回風(fēng)井及地面瓦斯抽放管為干管；工作面抽放管為支管。根據(jù)預(yù)計(jì)的瓦斯流量，按上式計(jì)算選擇的抽放管直徑如表51所示。表51 抽放系統(tǒng)瓦斯抽放管管徑計(jì)算結(jié)果及選擇結(jié)果 類別抽放純量（m3/min）瓦斯?jié)舛龋?）混合瓦斯量（m3/min）流速（m/s）計(jì)算內(nèi)徑（mm）選擇管內(nèi)徑（mm）干管121010151200支管2012472600地面抽放瓦斯泵房?jī)?nèi)管道選用無(wú)縫鋼管，其它管路均選用PE管。管道采用法蘭盤(pán)連接，中間夾石棉橡膠墊。 瓦斯抽放管管網(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。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。根據(jù)烏東煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6Mt/a，?？紤]到抽放瓦斯系統(tǒng)的服務(wù)年限，本次設(shè)計(jì)的抽放瓦斯管網(wǎng)系統(tǒng)只服務(wù)到一水平，故管網(wǎng)阻力計(jì)算到一水平最困難時(shí)期。按照烏東礦抽放瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)路徑，各分段管道長(zhǎng)度按如下長(zhǎng)度計(jì)算分段阻力：工作面抽放瓦斯管道長(zhǎng)度：取3000m一水平回風(fēng)上山抽放瓦斯管道長(zhǎng)度：300m一水平回風(fēng)石門抽放瓦斯管道長(zhǎng)度：140m回風(fēng)立井抽放瓦斯管道長(zhǎng)度：163m地面和抽放瓦斯泵站內(nèi)抽放瓦斯管道長(zhǎng)度：500m（1）摩擦阻力（Hm） （52）式中：Hm—管路摩擦阻力，Pa；L—管路長(zhǎng)度，m；Q—抽放管內(nèi)混合瓦斯流量，m3/h；γ—混合瓦斯對(duì)空氣的密度比；K—與管徑有關(guān)的系數(shù)；D—抽放管內(nèi)徑，cm。（2）局部阻力計(jì)算（Hj）局部阻力按摩擦阻力的15%計(jì)算，即Hj=，Pa。抽放管線阻力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表52 所示。表52 抽放管線阻力計(jì)算結(jié)果 抽放管類別Q（m3/h）γL（m）KD（cm）Hm（Pa）HJ（Pa）主管291421103120支管7542300060小計(jì)總計(jì)。 瓦斯抽放泵選型 瓦斯抽放泵的選型原則（1）泵的流量應(yīng)滿足抽放系統(tǒng)服務(wù)期間可能達(dá)到的最大瓦斯抽放量；（2）泵的壓力能克服最困難路線管網(wǎng)阻力，使抽放鉆孔達(dá)到足夠負(fù)壓，并滿足抽放泵出口正壓需求；（3）瓦斯抽放泵要具備良好的氣密性；（4）抽放設(shè)備配套電機(jī)必須防爆。 瓦斯抽放泵流量的計(jì)算瓦斯抽放泵的流量用下式計(jì)算：式中：Q—瓦斯抽放泵所需額定流量，m3/min；Qz—礦井抽放系統(tǒng)最大瓦斯純量，m3/min；X—礦井抽放瓦斯?jié)舛龋?2，%；K—備用系數(shù)，；η—抽放泵機(jī)械效率，取80%。按上式計(jì)算的北采區(qū)瓦斯泵所需的流量為： Q=789m3/min 瓦斯抽放泵壓力的計(jì)算瓦斯抽放泵的壓力是克服瓦斯從抽放鉆孔口起，經(jīng)抽放管路到抽放泵，再到釋放點(diǎn)所產(chǎn)生的全部阻力損失，即： 式中：—瓦斯抽放泵的壓力，Pa；—抽放系統(tǒng)管網(wǎng)總阻力，Pa；—抽放鉆孔所需負(fù)壓，本煤層預(yù)抽取15000Pa，采空區(qū)抽放取10000Pa；—瓦斯泵出口正壓，取5000Pa；—壓力備用系數(shù)，取K=。按上式計(jì)算抽放瓦斯泵的最大壓力：高負(fù)壓抽放系統(tǒng)： 瓦斯泵的真空度計(jì)算 抽放泵選型根據(jù)抽放泵的選型原則和前面計(jì)算的瓦斯泵所需抽放流量（）、泵壓力（）和真空度（i），選擇水環(huán)式真空泵。按上述計(jì)算結(jié)果，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，抽放系統(tǒng)抽放瓦斯泵所需流量=789m3/min，考慮到抽放瓦斯泵吸氣端是在負(fù)壓狀態(tài)下，需將抽放管路內(nèi)實(shí)際流過(guò)的瓦斯量換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下流量，按照氣體壓力與流量的變化關(guān)系換算為：抽放瓦斯系統(tǒng)抽放瓦斯泵在，真空度28%的條件下，抽放瓦斯泵抽放量大于1096m3/min； 根據(jù)計(jì)算出抽放瓦斯泵所需的流量，選擇淄博水環(huán)真空泵廠有限公司（供參考）生產(chǎn)的2BEC110礦用瓦斯抽放泵，共兩套系統(tǒng)，每套各2臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。水環(huán)式真空泵性能規(guī)格見(jiàn)表53。表53 水環(huán)式真空泵性能規(guī)格表型 號(hào)抽氣量(m3/min)最大軸功率（kw）轉(zhuǎn) 速(r/min)備注2BEC11011101300170水環(huán)式真空泵的配套防爆電機(jī)工作電壓為10kV、配套電機(jī)的功率、減速器型號(hào)由供應(yīng)商確定。⑴ 井下管路煤礦井下的環(huán)境條件較惡劣，且巷道高低不平，坡度大小不一，巷道受壓變形，空氣濕潤(rùn)易銹蝕等，為此對(duì)煤礦井下抽放瓦斯管路的敷設(shè)有如下要求：① 瓦斯管路鋼管部分應(yīng)采取防腐、防銹蝕措施；② 管路底部應(yīng)墊木墊，墊起高度不低于30cm，以防止底鼓損壞管路；③ 傾斜巷道的瓦斯管路，應(yīng)用卡子將管道固定在巷道支護(hù)上，以免下滑；④ 管路敷設(shè)要求平直，盡量避免急彎；⑤ ；⑥ 管路敷設(shè)時(shí)，要考慮流水坡度，要求坡度盡量一致，避免高低起伏，低洼處需安裝放水器；⑦ 新敷設(shè)的管路要進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)。⑵ 地面管路地面管路敷設(shè)除要符合井下管路的有關(guān)要求外，尚需符合下列要求：① 冬季寒冷地區(qū)應(yīng)采取防凍措施；② 瓦斯管路不宜沿車輛來(lái)往繁忙的主要交通干線敷設(shè)；③ 瓦斯管路不允許與自來(lái)水管、暖氣管、下水道管、動(dòng)力電纜、照明電纜和電話電纜等敷設(shè)于一個(gè)地溝內(nèi)；④ 在空曠地帶敷設(shè)瓦斯管路時(shí)，應(yīng)考慮到未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃和建筑物的布置情況；⑤ 瓦斯主管距建筑物的距離大于5m，距動(dòng)力電纜大于1m，距鐵路大于4m，距木電線桿大于2m；⑥ 瓦斯管路與其它建筑物相交時(shí)，與動(dòng)力、 范圍內(nèi)，管路不準(zhǔn)有接頭和布置管件；⑦ 瓦斯管不準(zhǔn)在地下穿過(guò)房屋和其它建筑物，以及同其它建筑物位于同一平面位置，即上下重疊；⑧ 瓦斯管不準(zhǔn)穿過(guò)其它管路，確需穿過(guò)，應(yīng)加套管。⑴ 地面管路安裝烏東煤礦北采區(qū)抽放瓦斯泵房位于立風(fēng)井廣場(chǎng)附近，地面管路安裝采用沿地表架空敷設(shè)方式，每6m設(shè)一個(gè)地面管路支架。管道安裝流水坡度取3‰。抽放瓦斯泵房?jī)?nèi)管路安裝詳見(jiàn)附圖C100329901和C100329902。⑵ 井下管路安裝①立風(fēng)井內(nèi)的瓦斯抽放主管，采用沿梯子間托梁托掛敷設(shè)，由于立風(fēng)井施工完畢，通風(fēng)系統(tǒng)形成，無(wú)法進(jìn)行井下焊接作業(yè)，故管路鏈接全部采用法蘭盤(pán)鏈接。管路用托梁支撐，托架采用40＃工字梁，每隔50m設(shè)一托梁，每隔5m用管箍固定在導(dǎo)向梁上。②回風(fēng)上、下山內(nèi)管路安裝采用沿巷道側(cè)幫敷設(shè)，管路用鋼制支架支撐，每隔4m設(shè)一個(gè)，每隔12m設(shè)一個(gè)防滑支撐墩并用一個(gè)半圓卡固定管路，以防止管路滑動(dòng)。③回風(fēng)大巷內(nèi)及工作面順槽管路安裝采用