【導讀】山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書。煤炭科學研究總院撫順分院。劉志忠科研中心主任工程高工

　　

【正文】 2m3/min 計算， 瓦斯抽放濃度 均 按 35%計算 ， 全礦井 抽放瓦斯的混合量為，取 26m3/min。 （ 2）工作 面瓦斯抽放率 工作面的瓦斯抽放率為 抽 放量占工作面瓦斯總涌出量的百分比，計算公式： fccqq q?? 100? 式中 η — 工作面 瓦斯抽放率， %； qc— 工作面 瓦斯抽放量， m3/min； qf— 工作面 風排瓦斯量， m3/min。 根據(jù)礦方提供的資料， 工作面 瓦斯 涌出 量為 ， 工作 瓦斯抽放量為 7m3/min 左右，抽放率為 28％。 (3) 礦井的瓦斯抽放率 fccqq q?? 100? 式中 η — 礦井瓦斯抽放率， %； qc— 礦井瓦斯抽放量， m3/min； qf— 礦井風排瓦斯量， m3/min。 礦井的瓦斯涌出量為 m3/min，抽放量為 9m3/min，礦井的瓦斯抽放率為28％。 抽放施工設備、檢測儀表及施工量 從 常順 煤礦所采用的抽放瓦斯方法來看， 需要開掘鉆場，在頂板的巖石內(nèi)打鉆孔，打鉆工程所需的設備為： 一、鉆機 頂板水平長鉆孔一般要求鉆孔長度在 100m 以上。因此，推薦選用 ZYG150 系山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 27 列液壓鉆機。配備兩臺鉆機，其中一臺工作，一臺備用 。配套鉆桿選用φ 50mm，每節(jié)長度 的鉆探鉆桿，鉆頭選用三翼合金鉆頭及金剛石鉆頭。打鉆施工供水采用由地面向采區(qū)直接敷設管路，利用靜壓水直接供水，供水管路采用高壓膠管供水。頂板水平長鉆孔封孔 可 采用水泥沙漿封孔。封孔長度，孔口巖石完整 致 密，長度 3m，巖石比較松軟破碎，長度 5m以上。 二、主要檢測儀器、儀表配置 井下抽放瓦斯主要檢測儀器、儀表包括孔板流量計、 U 型水柱計（汞柱計）、瓦斯?jié)舛葯z定器和高負壓取樣器等。 三、施工量 初期采用尾巷仰角鉆孔抽放采空區(qū)，孔深 35m，鉆孔間距為 5m，工作面長 1200m，則需 布置鉆孔 240 個，鉆孔施工總長度為 8400m； 老采空區(qū)抽放需要打密閉墻 ， 為了保證瓦斯抽放效果，投入的抽放工程必須達到要求。 礦井抽放瓦斯服務年限 礦井瓦斯抽放服務年限，就抽放開采層瓦斯而論，其服務年限與礦井開采年限一致。 5 瓦斯抽放管路系統(tǒng) 抽放瓦斯管路選擇 一、瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇 瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇原則 1)抽放管路應敷設在巷道曲線段少和距離最短的線路； 2)盡量避開運輸繁忙巷道，首選回風巷內(nèi)鋪設； 3)考慮安裝、檢修方便； 4)管路發(fā)生故障，管道內(nèi)的瓦斯不至于進入采掘工作面 、機房或機電硐室等； 5)抽放管路系統(tǒng)中必須安裝調(diào)節(jié)、控制、測定、防爆、防回火裝置。 二、瓦斯管路敷設路線 常順 煤礦抽放瓦斯泵站選擇在 回風立 井 井 口附近的 工業(yè)場地內(nèi) ， 采用一條抽放管路通往井下 ， 主要 利用 高抽巷 抽放鄰近層瓦斯 。 抽放初期瓦斯管網(wǎng)敷設路線為： 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 28 高抽巷 →工作面回風巷→采區(qū)回風 上山 → 回風大巷→ 回風立井→地面抽放瓦斯管路→抽放泵站→放空（或 利用 ） 礦井抽放管網(wǎng)敷設系統(tǒng)示意見附圖 CSDMAZ01 和 CSJXAZ02。 三、抽放瓦斯管徑選擇 瓦斯抽放管徑選擇合理否，對抽放瓦斯系統(tǒng)的建設投資及抽放系統(tǒng)效果 有很大影響。直徑太大，投資費用增加；直徑過細，管路阻力損失大，同時參照抽放泵的實際能力使之留有備用量。 為說明方便，將地面、風井、集中回風下山、采區(qū)回風大巷的瓦斯抽放管路稱為主管，工作面回風巷的瓦斯管路稱為支管， 管路選擇 一般采用下式計算： D=（ Q/V） 1/2 式中 D— 抽放瓦斯管內(nèi)徑， m； Q— 瓦斯管中混合瓦斯流量， m3/min； V— 瓦斯管中混合瓦斯平均流速，一般 V=5～ 15m/s，取 10m/s。 依據(jù)礦井工作面的瓦斯抽放量預計結(jié)果，按上式計算并留有一定余量，瓦斯抽放管徑，見表 51 所示。 表 51 抽放瓦斯管徑選擇結(jié)果 類別 抽放純量（ m3/min） 瓦斯?jié)舛? ％ 混合流量（ m3/min） 計算管徑（ mm） 選擇管徑（ mm） 壁厚 （ mm） 材質(zhì) 主管 9 35 26 234 273 6 螺旋焊縫管 或 PE管 支管 1 7 35 20 181 219 6 螺旋焊縫管 或 PE管 支管 2 2 35 6 113 159 4 螺旋焊縫管或 PE管 抽放主管 選擇 外徑為 273mm的鋼管， 支管 1選擇外徑為 219mm的 螺旋焊縫鋼 管 ，支管 2選擇外徑為 159mm的螺旋焊縫鋼管， 為了運輸安裝方便支管路也可選 用 PE管，PE 管 應 為雙抗管（阻燃、抗靜電）。 由于管路直徑較大，在巷道、通風設計時應考慮管路對通風及運輸?shù)挠绊憽? 四、瓦斯管的連接方式 鋼管采用法蘭盤螺栓緊固連接或快速管接頭連接； PE 管均采用與所選 PE管配套的法蘭盤連接。 五、管網(wǎng)阻力計算 抽放瓦斯管路阻力包括摩擦阻力和局部阻力。計算管網(wǎng)阻力應在抽放管網(wǎng)系統(tǒng)山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 29 敷設線路確定后，按其最長的線路和抽放最困難時期的管網(wǎng)系統(tǒng)進行計算。根據(jù) 常順煤礦巷道布置情況，抽放最困難時期抽放瓦斯管路長 3000m。 摩擦阻力計算 5 KD LQH ??摩 式中 H 摩 — 管路的摩擦阻力， Pa； L— 管路長度， m； γ — 混合瓦斯對空氣的密度比； K— 與管徑有關系數(shù)； D— 瓦斯管內(nèi)徑， cm； Q— 抽放混合瓦斯量， m3/h。 1）地面和 井下 管路的摩擦阻力（ H 主 ） ）（）（ PaKD LQH 主 4 2 9 1 8 0 08 4 5252 ?? ?????? ? ）（）（ PaKD LQH 支 9 4 4 1 2 0 08 4 5252 ?? ?????? ? PaHHH 支主 1374594464299 ?????摩 局部阻力（ H 局 ） 抽放管網(wǎng)系統(tǒng)中管件局部阻 力（ H 局 ），按管道總摩擦力阻力的 15％考慮，則： H 局 = H 摩 H 局 = 13745=2062(Pa) 瓦斯抽放管網(wǎng)系統(tǒng)的總阻力（ H 總 ）為： H（總） =H 摩 +H 局 =13745+2062=15807 (Pa) 六 、管路敷設及附屬裝置 一）、管路敷設要求 地面管路 地面敷設管路除符合井下管路的有關要求外，尚需符合下列要求： (1)冬季寒冷地區(qū)應采取防凍措施； (2)瓦斯管路不宜沿車輛來往繁忙的主要交通干線敷設； (3)瓦斯管路不允許與自來水管、暖氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜和電話電纜等敷 設于一個地溝內(nèi)； 山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 30 (4)在空曠地帶敷設瓦斯管路時，應考慮到未來的發(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 距動力電纜大于 1m，距水管和排水溝大于，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，其垂直距離大于 ，與動力、照明電纜及電話線大于 2m 范圍內(nèi)，管路不準有接頭和布置管件； (7)瓦斯管不準在地下穿過房屋和其它建筑物，以及同其它建筑物位于同一平面位置，即上下重疊； (8)瓦斯管不準穿過其它管路，確需穿過，應加鋼套管。 根據(jù)上述要求，結(jié)合 常順 煤礦的實際情況，選擇管路敷設方式和附屬裝置如下： 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，空氣濕潤易銹蝕等，為此對煤礦井下抽放瓦斯管路的敷設有如下要求： (1)瓦斯管路應采取防腐、防銹蝕措施； (2)管路底部應墊木墊，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，應用卡子將管道固定在巷道支護上，以免下滑； (4)管路敷設要求平直，盡量避免急彎； (5)主要運輸巷道中的瓦斯管路架設高度不小于 ； (6)管路敷設 時，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)新敷設的管路要進行氣密性。 二）管路安裝 地面管路安裝 常順 煤礦抽放瓦斯泵房位于 回風井井口 附近 一塊空地上，距風井 口 距離 50mm以上 。地面管路安裝采用沿山坡地表架空敷設方式，架空高度 ，每隔 6m設置一個支撐架，并在支撐架上設有半圓形管卡固定管路，防止管路下滑。 支撐架設計和地面管路安裝敷設方式詳見附圖 CSDMAZ0 CSDMAZ0CSDMAZ10。 井下管路安裝 井下抽放瓦斯管路包括風井管路、采區(qū)管 路和工作面管路。風 立 井管路沿井筒敷設，采用托掛安裝方式 ） ；采區(qū)回風 上 山管路采用沿巷道底板敷設 或吊掛敷設 ；工作山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 31 面管路采用巷道側(cè)幫吊掛安裝方式。 1）風井抽放瓦斯管路安裝選擇沿井筒托掛敷設方式。每隔 100m 在風井壁安裝一個托梁支撐抽放瓦斯管路，并且抽放瓦斯管路固定在風井梯子的橫梁上（間距 6m），以便扶正抽放瓦斯管路。 風 井 抽 放 瓦 斯 管 路 安 裝 施 工 設 計 見 風 井 抽 放 瓦 斯 管 路 安 裝 圖CSJXAZ03~CSJXAZ08。 2） 回風大巷及采區(qū)回風 上山 管路安裝 管路敷設采用沿巷道側(cè)邦敷設。管路用混凝土支撐墩墊起，墩高 ，管路距側(cè)幫 ，每隔 6m設一個墩， 12m設一個并用半圓卡固定支撐墩上，防止管路下滑?；仫L大巷抽放瓦斯管路安裝詳見附圖 CSJXGCSZ。 3）工作面抽放瓦斯管路安裝 工作面抽放瓦斯管路安裝采用側(cè)幫吊掛方式。用 細鋼索 將抽放瓦斯管路吊掛在側(cè)幫錨桿上。 工作面抽放瓦斯管 吊掛方式安裝詳見附圖 CSJXAZ12。 管路防腐、防銹 地面和井下金屬管路外表均要先涂刷二層樟丹，地面管路再涂刷一層油性調(diào)和漆；埋入土壤的管路再涂一層熱瀝青，外纏玻璃絲布和聚氯乙烯；井下管路再涂二層煤焦瀝青漆。 附屬裝置 管路附 屬主要包括如下設備： 抽放管路低洼處要安裝放水器。 抽放管路上配置控制閥門、測壓嘴、孔板流量計（移動泵自帶）等。 泵站配置型管汞柱計、瓦斯檢定器、高負壓取樣器、氣壓計等檢測儀。 具體如下： (1) 閥門：在瓦斯抽放管路鉆孔與支管的連接處或合并處，均需安設閥門，主要用于調(diào)節(jié)與控制各個獨立抽放地點的抽放負壓、瓦斯?jié)舛?、抽放量等，同時修理和更換瓦斯管時可關閉閥門切斷回路。設計選用的閥門為截止閥。 (2) 測壓嘴：在抽放管路的適當位置上應設置測壓嘴，以便經(jīng)常觀測抽放管內(nèi)的壓力。測壓 孔高度設計為 20mm，選用內(nèi)徑 6mm 的紫銅管，在安裝管路之前預先焊上，平時用密封罩罩住或用細膠管套緊捆死，以防漏氣。測壓嘴還可作為取氣樣孔，取出山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 32 氣體進行氣體成分分析或測定瓦斯?jié)舛取? (3) 計量裝置：瓦斯流量是瓦斯抽放工作中的一個重要參數(shù)，移動泵站配套了孔板流量計作為計量裝備?？装辶髁坑嬘靡詼y定瓦斯抽放管路中的瓦斯流量。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 51所示。當氣體經(jīng)管路通過孔板時，在孔板兩側(cè)產(chǎn)生壓差，通過壓差可以計算出管路中氣體的流量。在連接孔板流量計時，其較短一部分的管路與泵體聯(lián)接。 1 2 3 4 5 6 77 8654321 孔板 橡膠 墊圈 螺母 排氣 管 紫銅 管 管接 頭卡環(huán) 螺栓8孔板法蘭9圖 51 孔板流量計結(jié)構(gòu)原理圖 經(jīng)過推導，標準孔板瓦斯混合流量的一般公式為： TPhbKQ ?? ?????混 式中 Q 混 — 抽放的瓦斯混合量， m3/min； ???h 孔板兩端水柱差， mm 水柱。 K—— 實際孔板流量特性系數(shù)； δ T— 溫度校正系數(shù)； δ P— 壓力校正系數(shù)； t 176。 — 測點管內(nèi)溫度， ℃； 293176。 — 標準絕對溫度， ℃； PT— 孔板上風端測得的絕對壓力，毫米水銀柱； 760—— 標準大氣壓，毫米水銀柱； 760273293TPTPt??? ?????山西盂縣常順煤礦抽放瓦斯工程初步設計說明書 33 b—— 瓦斯?jié)舛刃Ｕ禂?shù)； γ 空標 —— 在 760 毫米水銀柱、 20℃時的空氣容重，為 ； γ 標