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1、瓦斯抽放设备及附属设施设计 所要求的第五节瓦斯抽采设备本矿按煤与瓦斯突出矿井设计，本矿井须安装瓦斯抽采系统。在风井工业场地附近建瓦斯抽放站的集中抽放方式，设置高低负压抽放系统，抽放主管通 过风井下井。一、设计依据1、根据瓦斯涌出量预测结果，未进行抽采达标前矿井绝对瓦斯涌出量为 11.34m3/min。经高负压抽采达标后进行预测计算得矿井绝对瓦斯涌出量为35.97m /min2、 根据本章第一节瓦斯抽采分析计算得高负压抽放率为35%、低负压抽放率为35%。3、瓦斯抽放浓度高负压30%，低负压15%。二、矿井瓦斯抽放流量计算本矿设计高、低负压抽采系统。(1) 矿井高负压抽采量根据本章第一节矿井瓦斯
2、涌出量预测计算， 煤层瓦斯含量在5.688.49m3/t 之间，按未抽采达标进行预测计算得矿井绝对瓦斯涌出量为11.34m3/min，矿井高负压瓦斯抽出率为35%，并考虑1.5富余系数：则矿井高负压瓦斯抽米量 Q矿井高负压抽采量=11.34 x 35%x 1.5 = 5.9 ( m/min )， 因考虑到预抽与边抽同步进行以及实际抽采难度等因素，取15 m3/min。高负压系统：抽采瓦斯纯量按15.0m3/min，瓦斯浓度按30%计，则混合量约为50nVmin ;孔口负压为15kPa,出口压力4kPa。(2) 矿井低负压抽采量根据本章第一节矿井瓦斯涌出量预测计算， 煤层瓦斯含量在5.688.4
3、9m3/t 之间，经高负压抽采达标后进行预测计算得矿井绝对瓦斯涌出量为5.97m3/mi n矿井低负压瓦斯抽出率为35%，并考虑1.5富余系数：则矿井低负压瓦斯抽采量 Q矿井低负压抽采量=5.97 x 35%x 1.5 = 3.1 (nmin )， 因考虑到预抽与边抽同步进行以及实际抽采难度等因素，取10 m3/min。抽采瓦斯纯量为10.0m3/min，瓦斯浓度按15%计，则混合量约为67m/min ；孔口负压为5kPa,出口压力4kPa。（一）高负压抽放设备1、设计依据 抽放瓦斯纯量：Q= 15.0m3/min ; 抽放瓦斯浓度：30%; 抽采瓦斯混合量：50.0m/min ； 孔口负压：
4、15kPa； 泵出口正压：4kPa；2、选型计算1）、抽放管径计算：根据瓦斯抽放管路服务的范围和所负担抽放混合量的大小，其管径按下式 计算: 主管路管径计算d 0.1457. kQ 0.1457 50 vVi0=0.325m式中：K-计算高、低负压主管径时流量系数，按煤矿瓦斯抽采工程设计规范（GB50471-2008） K 为 1.2- 1.8,取 K=1.5。d瓦斯管内径，m;Q瓦斯管内流量，m3min ;抽出瓦斯浓度按30%计；V 瓦斯管内流速，一般取 515m/s；取10 m/s；选用 351X5型焊接钢管作为瓦斯抽放主管。 支管路管径计算按抽放回采工作面的瓦斯流量计算：d 0.1457
5、=0.252m式中：K-计算高、低负压主管径时流量系数，按煤矿瓦斯抽采工程设计规范(GB50471-2008) K 为 1.2- 1.8,取 K=1.5。d瓦斯管内径，m;Q瓦斯管内流量，m3min ;抽出瓦斯浓度按30%计；V 瓦斯管内流速，一般取 515m/s；取10m/s；故选用 278X5型焊接钢管作为回采工作面瓦斯抽放支管。 掘进工作面支管径直201457 冶21md 0.1457式中：K-计算高、低负压主管径时流量系数，按煤矿瓦斯抽采工程设计规范(GB50471-2008) K 为 1.2- 1.8,取 K=1.5。d瓦斯管内径，m;Q瓦斯管内流量，m3min ;抽出瓦斯浓度按30
6、%计，两个掘进面抽放；V瓦斯管内流速，一般取 515m/s；取10m/s；考虑到掘进移交回采后，掘进抽放管作为回采抽放管，故选用 278X5型焊 接钢管作为掘进工作面瓦斯抽放支管。2) 、抽放管材的选择和管径的确定抽放管材均选择焊接钢管。经计算得主管直径D=0.325m回采工作面支管直径D=0.252m掘进工作面支管直径D=0.21m。故主管可选择 351X5焊接钢管，回采工作面支管可选择 278X5焊接钢管，掘进工作支管可选择 278X5焊接钢管。3) 管道阻力损失计算： 管道阻力损失按下式计算：H=9.81 (LCfA /K0D5)式中H阻力损失PaL管道长度mQ 混合气体流量m/hD管道
7、有效直径cmK 0阻力系数(查表)混合瓦斯对空气的相对密度 = ini2n 2_.715 0.30 1.293 0.7=0 871.293式中：p瓦斯密度，取0.715kg/m3;ni混合瓦斯中瓦斯浓度，30% ;p空气密度，取1.293kg/m3;n2混合瓦斯中空气浓度70%。表5-5-10不同管径的系数K)值通称管轻mm1520253240500,46DJ70.480,490. 500.52通称管轻mm70酬10012&1501制以上陷值0.550.570,620.670. 700.71瓦斯管道阻力损失计算应选择抽放系统服务年限内阻力最大的一条抽放管路进行计算。根据本矿开拓布置，到矿井下煤
8、组东翼资源开采区 +1250m水平深 部边界的瓦斯管路最长，因此按从地面泵站到井下 +1250m水平深部边界的瓦斯 抽放主管路长1000m支管路长600m计算抽放管道阻力损失。主管道从抽放泵站经总回风井、回风下山、回风大巷。管道长约1000m其阻力为：H=9.81 X 1000X( 1.5 X 10十 0.30 X 60) 2 X 0.87/ (0.71 X 34.1 5)=2346.4Pa支管从回风大巷至回采工作面回风顺槽。管道长约600m其阻力为：H=9.81 X 600X( 1.5 X 6.7 - 0.30 X 60) 2 X 0.87/ (0.71 X 26.85)=2107.6Pa抽
9、放管道系统的管道阻力损失：H=h+H=2346.4+2107.6=4454Pa 局部阻力损失计算局部阻力按管道阻力损失的15%考虑即：H 局=H15%=445官 15%=668.1Pa 总阻力损失计算H 总=H+H=5122.1Pa4) 瓦斯抽放泵选择 瓦斯抽放泵压力计算瓦斯抽放泵压力，必须能克服抽放管道总阻力损失和保证钻孔有足够的负压，以及能满足泵出口正压的需求。计算公式：H泵=(H总+H孔+H正)K式中：H泵瓦斯抽放泵的压力 kPaH总一一抽放管道总阻力损失 5.1221kPaH孔抽放钻孔所需负压，取 15kPaH正抽放泵出口正压，取 4kPaK备用系数则:H泵=(5.1221+15+4)
10、 X 1.2=28.9kPa 瓦斯泵真空度计算计算公式：nzm= ( H 泵/P) X100%H泵一瓦斯泵全负压，Pa；P 标准大气压力，101325pa;高负压系统：nzm= (28900/101325) X00%= 28.5 % 瓦斯泵需要的绝对压力H泵绝=P -H泵式中：H泵绝瓦斯泵的压力，Pa；H泵一一抽放管路总阻力损失，高负压系统为28900Pa；P当地压力。压力瓦斯泵房安设地点标高+1585m，查得压力为83753Pa；高负压：H 泵绝=83753-28900=54853(Pa) 瓦斯抽放泵流量计算瓦斯抽放泵流量应满足抽放瓦斯系统服务年限内最大抽放量的需要计算公式：Q m=Q纯K/
11、X n式中：Q泵瓦斯泵的额定流量m3/minQ 纯最大抽放瓦斯纯量m3/mi nK瓦斯抽放备用系数，取1.5X 瓦斯泵入口处的瓦斯浓度，取 30%n瓦斯泵的机械效率，80%则瓦斯抽放泵流量：Q泵=10X 1.5/（0.3 X 0.8）=62.5m 3/min 瓦斯泵需要的流量较正根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，即可确定抽采泵的型号。 因目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需按下式把 标准状态下的抽采泵流量换算成工况状态下的流量。P0 TQ泵工 Q泵 H泵绝T0式中 Q泵工工况状态下的瓦斯泵流量，m3/min ；Q泵标准状态下的瓦斯流量，m3/min ；P0大气压力
12、（P0=1O1325）, Pa；H泵绝瓦斯泵入口绝对压力，高负压系统为54853Pa；T瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度（T=273+t），K；T0按瓦斯抽采行业标准规定的标准状态绝对温度（T0=273+20），K ；t 瓦斯泵入口瓦斯的温度，C。取瓦斯泵入口温度t=22C,将有关数据代入上式计算得：高负压瓦斯泵流量为116.2m3/min。 瓦斯泵选型根据上述计算结果，高负压抽放泵所需真空绝对压力54853Pa，流量为116.2m3/min。设计高负压抽放系统抽放泵选用2BE1 405-0 （转速420r/min-1）型水环式真空泵各2套（其中各1套备用），见其性能曲线图。根椐性能曲线得知，2BE1
13、 405-0 （转速420r/min-1）型抽放泵在真空压力54853Pa压力下，其抽气量为126.75m3/min），轴功率为127kW。满足高负压系统抽放要求。A、抽放泵电机功率选型根椐性能曲线，高负压抽放泵电机轴功率为127kW。计算电机功率为 Ne= N轴ke/驴中式中：ke电动机容量备用系数（ke=1.11.2）,取1.15；n电动机效率，取0.98；高负压抽放泵电机功率：Ne= 1.15 127/0.98=149.03（kW）故电动机选用型号为 YB355M-8，电压660V,功率160kW。B、确定抽放泵设计高负压抽放系统抽放泵选用 2BE1 405-0 （转速420r/min-
14、1）型水环式真 空泵各2套（其中各1套备用），电动机选用型号为YB355M-8，电压660V，功 率 160kW。（二）低负压抽放系统1、 设计依据 抽放瓦斯纯量：Q= 10nVmin ； 抽放瓦斯浓度：15%; 抽采瓦斯混合量：10/15 % =67nVmin ; 孔口负压：5kPa； 泵出口正压：4kPa；2、选型计算1）抽放管径计算：根据瓦斯抽放管路服务的范围和所负担抽放混合量的大小，其管径按下式 计算： 主管管径计算根据巷道的布置，主管从抽放泵站至回风石门，按总流量计算。式中：d瓦斯管内径，m；Q瓦斯管内流量，m3min ;抽出瓦斯浓度按15%计;V 瓦斯管内流速，一般取 515m/s；取10m/s；选用 402X5型焊接钢管作为低负压瓦斯抽放管 支管路管径计算该矿设计一个盘区一个回采工作面达产，只布置一个回采工作面，因此低 负压管路直接到达回采面回风顺槽，后以不安设低负压支管。2）抽放管材的选择和管径的确定抽放管材均选择焊接钢管。经计算得主管直径D=0.377m故主管可选择402X5型焊接钢管。3）管道阻力损失计算
