瓦斯抽放系统矿井瓦斯防治课程设计

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1、华北科技学院瓦斯防治课程设计瓦斯抽放系统1 矿井概况某煤矿为某集团公司所属的大型煤矿之一. 1958年投产, 设计生产能力为600kt/年. 1976年进行了生产环节改造, 1980年核定生产能力为1200 kt/年. 根据该矿提供的矿井设计和矿井瓦斯涌出资料(2004年鉴定报告), 矿井绝对瓦斯涌出量为21.84m3/t, 相对瓦斯涌出量为7.49 m3/min, 属于低瓦斯矿井. 由于二区瓦斯较大, 按高瓦斯矿井管理. 随矿井产量的增加和开采范围的扩大及开采水平的延伸, 该矿今后主采煤层采掘进工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大. 该矿已在井下安装了为21181回采工作面服务的移动式瓦

2、斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统. 抽出的瓦斯直接排放到矿井的回风系统中. 随着矿井瓦斯涌出量的增大, 总回风的瓦斯浓度较高, 并时常出现超限. 另外, 井下泵站的管理也比较复杂, 经常需要对瓦斯抽放泵的水垢进行清理. 随着新风井的建成使用, 建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的. 特1.1煤层赋存情况主要可采煤层从上至下分别为5、8、15、17、18、20、31、33号煤层共八层。其中：全区可采7层(5、8、17、18、20、31、33号煤层)、大部可采1层(15号煤层)。可采煤层三层,煤层总厚度为10.07m。表1-1. 某井田可采煤层发育情况地 层煤 层 总 计可 采 煤 层代号平均

3、厚度(m)层数平均厚度(m)含煤系数(%)层数平均厚度(m)含煤系数(%)P3l299.2310-3525.758.6189.113.04P3l 3123.835-148.496.8656.305.09P3l 2106.753-152.362.2110.960.90P3l 168.922-31.852.6821.782.58目前开采的煤层为 上段(P3l3)：B2底界至18号煤层底界。厚度115.81-128.29m，平均123.83m。含煤514层，一般6层左右，煤层全层总厚7.21-9.77 m，平均8.49 m，含煤系数为6.86%；含可采煤层5层（5、8、15、17、18号），可采煤层

4、厚度5.41-8.11m，平均6.30m，可采煤层含煤系数5.09%。中段(P3l 2)：18号煤底界至31号煤顶界。厚度95.58-115.30m，平均106.75m。含煤3-15层，一般10层左右，煤层总厚1.98-3.91 m，平均2.36 m，含煤系数为2.21%；含可采煤层1层（20号），可采煤层厚度0.63-1.56m，平均0.96m，可采煤层含煤系数0.90%。下段(P3l 1)：31号煤顶界至B5底界铝土质泥岩。厚度57.30-78.21m，平均68.92m。含煤2-3层，一般2层，煤层总厚1.37-3.11m，平均1.85m，含煤系数为2.68%；含可采煤层2层（31、33号

5、），可采煤层厚度1.37-3.11m，平均1.78m，可采煤层含煤系数2.58%。1.2矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出 表12 邻近矿井瓦斯等级鉴定结果(2004年8月) 年度矿名瓦斯(全矿井)二氧化碳(全矿井)鉴定等级审批等级绝对量(m3/min)相对量(m3/t)绝对量(m3/min)相对量(m3/t)某 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性根据国家煤矿安全监察局2001年颁布的煤矿安全规程第145条规定, 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min, 无论井型大小, 也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统. 煤矿安全规程, 矿井瓦斯抽放管理

6、规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定: 当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.除此而外,为贯彻国家安全生产监督管理局”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的安全生产方针, 需建立了一个地面抽放瓦斯泵站为抽放瓦斯服务. 2.1 矿井瓦斯涌出量预测结果表21至表2-4是二-1和二-3煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果，由此可知，无论是当前生产时期、中期还是后期，某煤矿都属于低瓦斯矿井.表21给出了回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)

7、结果. 瓦斯含量是根据*工作面的瓦斯涌出统计, *工作面煤样的吸附实验等确定的，建议岩脚田矿将来进行这方面的实测工作.表21 回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果 生产时期采区煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)日产量(t/d)开采层瓦斯涌出量(m3/t)(m3/min)当前时期 煤层 煤层 中期 煤层 煤层 后期 煤层 煤层 表22 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果 生产时期煤层煤厚(m)瓦斯含量(m3/t)巷长(m)掘进速度(m/月)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁落煤合计前期 中期 后期 备注：每个炮掘工作面掘进一条大巷，其瓦斯涌出量为这条大巷的煤壁瓦斯涌出量加上单头掘进落煤瓦斯涌出量；每个炮掘工

8、作面掘进煤量均为70t/d，瓦斯涌出量为：初期2.40m3/min，中期2.40m3/min，后期2.40 m3/min. 2.3 瓦斯抽放的必要性2.3.1 相关法规的要求按照煤矿安全规程规程的有关规定及”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统.某煤矿设计生产能力为600Mt/年, 目前生产能力达到1000Mt/年. 从瓦斯涌出量预测结果 来看，矿井在生产过程中的瓦斯涌出量将达38.6 m3/min, 单纯靠通风系统来稀释瓦斯是不可能的. 因此，必须建立瓦斯抽放系统.2.3

9、.2 采掘工作面瓦斯治理的需要煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定:当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施. 虽然, 该矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量已经超过5m3/min. 产量和瓦斯涌出量都有进一步增加的趋势.采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是: 在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式(21)成立时, 抽放瓦斯才是必要的.(21) 式中: Q0 - 采掘工作面设计风量, m3/s； Q - 采掘工作面

10、瓦斯涌出量, m3/min； K - 瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5； C -煤矿安全规程允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1.3 矿井瓦斯抽放方案初步设计 3.2 抽放瓦斯方法选择某煤矿抽放瓦斯的目的是消除或缓解瓦斯突出的危险性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担. 因此, 确定矿井抽放瓦斯的方法为开采煤层抽放(包括开采工作面和掘进工作面抽放)和采空区抽放等方式.在二-1和二-3煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行高位抽放或本煤层预抽、对大多数的掘进工作面进行瓦斯预抽放. 选择的瓦斯抽放方法如下：.采用边采边抽相结合方式抽放回采工作面采空瓦斯；.掘进工作面采用

11、边掘边抽方法抽放本煤层瓦斯;.采用高位钻孔抽放回采工作面及采空区瓦斯.由于某矿煤层具有自燃倾向性, 不宜采用采用采空区抽放.3.2.2 掘进工作面瓦斯抽放掘进工作面抽放瓦斯的方法有边掘边抽和先抽后掘瓦斯抽放两种方式.考虑到某煤矿掘进工作面瓦斯涌出较小,采用边掘边抽比较合适. 采用边掘边抽时, 抽放钻孔布置方式如图32示.推荐的钻孔布置参数如下： 钻孔长度 60-100 m；钻孔直径 75 mm；相邻孔间夹角 35；钻场间距 50 m；钻场内钻孔数 3个；封孔深度 5m；封孔方式 聚胺脂封孔.掘进工作面后5m处的巷道两邦各施工一个钻场. 钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布置的要求, 选用钻机的外

12、形尺寸及钻杆长度而定. 根据该矿的具体情况, 每组钻场在煤巷两侧错开布置, 其规格为: 4 x 4 x 2m, 采用木棚支护. 相邻两组钻场之间的间距为40-50m. 在每一钻场内, 沿走向布置3个边掘边抽钻孔, 即左, 右钻场各三个, 孔深60m左右. 掘进工作面先抽后掘就是在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔, 每个循环6-9个钻孔, 钻孔深度50-60m, 每个循环间距40-50m, 预计抽放时间为20左右. 钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m, 2.5m和4m.钻孔布置的原则就是保证将钻孔布置在煤层内, 钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度向上或下倾斜. 当掘进工作面抽放钻孔数量较多

13、时, 为扩大钻孔覆盖范围, 抽放钻孔应以巷道中线为基准, 向周围煤体呈放散状排列, 以提高抽放效果.实际中, 应根据现场实际监测参数对抽放钻孔的布置进行调整, 以达到最好的抽放效果.3.2 抽放量预计及抽放服务年限3.2.1 回采工作面本煤层预抽量预计由于二-1和二-3煤层的透气性低及回采工作面巷道面积较小等原因, 尽量不采用边采边抽的方式, 而着重考虑采用高位钻孔抽放的方式.3.2.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计 某煤矿回采工作面顺槽实行单巷掘进，每一条单巷掘进工作面的最大边掘边抽瓦斯量由下式计算： (3-1)式中: Q1 - 单巷掘进工作面边掘边抽瓦斯量，m3 /min；N - 每个钻场

14、内边掘边抽钻孔数，N3；L2 -掘进工作面平均走向长度，m，L2=2000m；L3 - 钻场间距，m，L3=100m；L1 - 单孔有效抽放长度，m，L1=95m；Qj - 百米钻孔瓦斯极限抽放量，m3，Qj =67825 m3； - 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1，=0.0014d-1；t - 巷道掘进期间边掘边抽钻孔平均抽放瓦斯时间，d，在巷道长度为240m（包括联络横贯长度）、掘进速度30m/mon条件下，t120d.代入各参数值，计算得 Q1=0.691m3/min.按全矿4个单巷掘进工作面考虑，边掘边抽瓦斯总量为2.764m3/min. 3.2.3 矿井瓦斯抽放量预计当矿井实施高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽等措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可