采煤工作面瓦斯抽放技术设计

专业：通风与安全系

班级：09通风（2）班

姓名：张学伟

指导老师：姚向荣

淮南职业技术学院通风与安全系

2011年6月

1地质概况：

本工作面走向长度1500m 、倾向长度120m ，停采线至回风上山距离150m ，采区回风上山长度1800m 。局部弯头长度100m ，工作面日产量3000t 。本煤采区开采某煤层（2号），煤层厚度为5m ；赋存稳定，倾角为15°顶板为砂质泥岩，岩层不能致密，上覆1号煤层50m ，煤厚2m 。本区域本区有小断层，对开采影响不大。

2煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数：

2.1煤层瓦斯参数：

1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r ，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%；2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r ，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。

2.2抽放瓦斯参数：

2号煤层透气性系数λ＝0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯，百米钻孔瓦斯抽和量为0.01m3/min·hm。

3瓦斯储量计算：

3.1煤层瓦斯储量计算：

根据已知条件：2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r ，煤的密度为1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、挥发份17%； 1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r ，煤的密度为1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、挥发份15%。可以得到原始瓦斯含量，公式如下：

100/100A M Q Q d ad ）（可燃基原--?=

式中：Q 原——矿井原始瓦斯含量，m 3/t;

Q 可燃基——可燃基瓦斯含量，m 3/t.r;

Mad ——水分；

Ad ——灰分。

可得： 292.9100/182.11005.11Q 2=--?=）（原

可采层瓦斯储量：ρ????=D H L Q W 22原

式中：Q 原2——2号煤原始瓦斯含量，m 3/t ；

L ——2号煤工作面走向长度，m ；

H ——煤层厚度，m ；

D ——2号煤倾向长度，m ；

ρ——2号煤的密度，t/m 3。

可得： ρ????=D H L Q W 2

2原 =9.292×1500×5×120×1.32

=1104（万t ）

3.2工作面可抽量计算：

相对瓦斯涌出量q 可由以下公式求得：

100/100A M Q d ad ）（原---=W c q

式中：W C ——可燃基残存量，m 3/t

可燃基残存量可根据表2-1查取

表2-1

q=9.292-3.2× (100-1.2-18)/100=6.7064

可采抽瓦斯总含量W 可： W 可=q ×L ×H ×D ×ρ

=6.7064×1500×5×120×1.32

=7967203.2（m 3）

预抽纯量Q 纯: Q 纯=W 可/(24×60×330)= 16.766(m 3/min)

抽放量Q: Q= Q

/0.4= 41.915(m3/min)

纯

4瓦斯抽放的必要性可行性论证：

4.1瓦斯抽放的必要性：

根据供风量为1500m3/min,工作面瓦斯浓度按0.6％计算风排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。而工作面绝对瓦斯涌出量为16.766m3/min，如不可抽

-Qp=16.766-9=7.766m3/min 放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量＝Q

CH4

工作面瓦斯浓度才能维持0.6％

4.2、瓦斯抽放的可行性：

本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性，衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个：煤层透气性系数（λ），钻孔瓦斯流量衰减系数（α）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（Qj）。

按λ、α和Qj判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-2示。

表2-2 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表

根据已知条件，2号煤层透气性系数λ=0.0276（㎡/MPa2·d）,2号煤属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。

5瓦斯抽放方法设计：

5.1、瓦斯抽放方法分类与选择规定：

a.按抽出瓦斯来源分：本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采。

b.按被抽采煤层的卸压状况分：原始煤体未卸压预抽瓦斯；煤层卸压后抽瓦斯。

c.按抽采瓦斯源的汇集工程方法分：抽采瓦斯钻孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯钻孔巷道综合法。

根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第4.1.1条规定：选择抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：

a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯，必要时可设专用抽放瓦斯巷道；

b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件；

c)有利于提高瓦斯抽放率；

d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；

e)尽量采用综合抽放；

f)抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。

根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定：按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；第7.1.3条规定：多瓦斯来源的矿井，应采用综合瓦斯抽放方法。

瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：

（a）分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。（b）抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：

——分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理。

——矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。

——一套抽放瓦斯系统难以满足要求。

根据本煤层的特点，我们选取抽采瓦斯钻孔法，而钻孔抽采瓦斯的方法又有穿层钻孔抽采瓦斯、顺层钻孔抽采和边采边抽。

5.2、瓦斯抽放方法的比较和选择

根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件，我们最终选择顺层钻孔抽采，因为顺层钻孔抽采的适用条件是：①单一煤层；②煤层透气性较小但应有抽放可能；③煤层赋存条件稳定，地质变化小；④钻孔要提前打好，有较长的预抽时间；⑤突出危险煤层（密集钻孔），而我们要设计的煤层就是煤层透气性较小但应有抽放可能，煤层赋存条件稳定，地质变化小。

图——回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图

5.3、抽放钻孔的参数：

5.3.1钻孔直径：

钻孔直径大，暴露煤壁面积就大，瓦斯涌出量相应也大，但二者增长并非线性关系，在煤层条件不同的情况下，瓦斯涌出量并不随孔径的增大而成比例增大。据测定结果，孔径由73mm提高到300mm，钻孔的暴露面积增至4倍，而钻孔抽放量仅增至2.7倍，而日本赤平煤矿孔径由65mm增至120mm ，抽放瓦斯量增加到3.5倍。孔径应根据钻机性能，施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定，目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为60～110mm。根据本煤层的特性，选取钻孔直径为90mm。

5.3.2钻孔的长度：

据实测结果，单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系，因此在钻机性能与施工技术水平允许的条件下，尽可能采用长钻孔以增加抽放量和效益。本煤层的倾向

长度为120m，为了达到好的抽放效果，我们把钻孔从进风巷和回风巷顺煤层打入，进风巷打入的钻孔的长度为60m，回风巷打入的钻孔的长度为70m。

5.3.3钻孔的间距与抽放时间：

2号煤层透气性系数λ＝0.0276（m2/MPa2.d)，根据表3-1，我们选取钻孔间距为3m。

表3-1 钻孔间距选用参考值表

根据课程设计给的条件，我们可知抽放时间为一年。

5.3.4抽放负压与钻孔长度：

钻孔抽放负压一般选用13.3～26.6kPa(即100～200mmHg)，但最低不宜小于6.7kPa （50mmHg）。一些矿井提高抽放负压，抽放瓦斯量增大，但是也有的矿井抽放负压增加，抽放量变化不大。

封孔长度既应保证不吸入空气又应使封孔长度尽量缩短，一般情况下岩孔应不小于2～5m，煤孔应不小于4～10m。

6工作面瓦斯抽放系统：

6.1、抽采管路系统选择的原则：

6.1.1 抽采管路系统应根据矿井开拓部署、井下巷道布置、抽采地点分布、瓦斯利用要求，以及矿井的发展规划等因素确定，并宜避免或减少主干管路系统的改动。

6.1.2 管路的敷设宜减少曲线，并宜使管路的长度较短。

6.1.3 管路宜敷设在矿车不经常通过的巷道中。若必须敷设在运输巷道内时，应采取必要的安全措施。

6.1.4 当抽采设备或管路发生故障时，应使管道内溢出的瓦斯不流入采、掘工作面及机电硐室内。

6.1.5 抽采管路系统宜符合管道运输、安装和维护方便的要求。

6.2抽采管路管径、壁厚计算及管材选择：

6.2.1抽采管径选择：

选择瓦斯管径，可按下式计算：

V Q

0.1457D =

式中 D —瓦斯管内径，m ；

Q —管内瓦斯流量，m 3/min ；

V —瓦斯在管路中的经济流速，m/s ，一般取V ＝10~15m/s ，在此取10m/s 。可得：)(3.010

915.411457.01457.0m V Q D === 6.2.2抽采管路壁厚选择：

选择管路壁厚可按下式计算：

]

[2σδd P ?= （6.2.2）

式中:δ——管路壁厚（mm）；

P——管路最大工作压力（MPa）；

d——管路内径（mm）；

［σ］——容许压力（MPa），可取屈服极限强度的60％；缺少比值时，铸铁

管可取20MPa，焊接钢管可取60MPa，无缝钢管可取80MPa。

管路最大工作取5Mpa,容许压力取80Mpa,

δ=P*d/2[σ]=5*300/2*80=10mm

6.2.3 抽采管路管材应符合抗静电、耐腐蚀、阻燃、抗冲击、安装维护方便等要求。

6.3抽采设备选型：

6.3.1 抽采设备选型应符合下列规定。

1 瓦斯抽采泵应选用湿式。

2 抽采设备应配备防爆电气设备及防爆电动机。

3 备用的抽采泵及附属设备应与抽采设备具有同等能力。

6.3.2 标准状态下抽采系统压力可按下列公式计算：

H=（Ht+Hc）·K (6.6.2-1)

Hr= h

rm +h

+ h

(6.6.2-2)

Hc= h

cm +h

+ h

(6.6.2-3)

式中 H ——抽采系统压力（Pa）;

Hr——抽采设备出口侧（负压段）10～15年内管路最大阻力损失（Pa）;

——抽采设备出口侧（正压段）管路阻力损失（Pa）;

K——抽采系统压力富余系数，可取1.2～1.8；

——入口侧（负压段）管路最大摩擦阻力（Pa）;

——入口侧（负压段）管路局部阻力（Pa）;

——井下抽采钻孔的设计孔口负压（Pa）;

——出口侧（正压段）管路最大摩擦阻力（Pa）;

h rj ——出口侧（正压段）管路局部阻力（Pa ）

h z ——出口侧（正压段）的出口正压（Pa ）；出口进入瓦斯储气罐，可

取3500～5000 Pa 。

6.3.3 抽采泵工况压力可按下式计算：

P g =P d －H （6.6.3）

P g ——抽采泵工况压力（Pa ）；

P d ——抽采泵站的大气压力（Pa ）；

6.3.4 标准状态下抽采泵流量可按下式计算：

K X Q Q b η=

(6.6.4) 式中Q b ——标准状态下抽采泵的计算流量（m 3/min ）;

Q ——10～15年内最大的设计瓦斯抽采量（m 3/min ）;

X ——抽采泵入口处预计的瓦斯浓度（%）；

η——泵的机械效率（%），可取80%；

K ——抽采能力富余系数，可取1.2～1.8。

6.3.5 抽采泵工况流量可按下列公式计算：

0PT T P Q Q b g = (6.6.5-1) P=P d －H r (6.6.5-2)

T=273+t (6.6.5-3)

式中：Q g ——工况状态下的抽采泵流量（m 3

/min ）;

Q b ——标准状态下的抽采泵的计算流量（m 3/min ）;

P ——抽采泵入口绝对压力（Pa ）;

T ——抽采泵入口瓦斯的绝对温度（K ）；

t ——抽采泵入口瓦斯的温度（℃）。

6.4抽采附属装置和设施：

6.4.1 主管、干管、钻场及其他必要地点应装设瓦斯量测定装置。

6.4.2 钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处应设置放水器，管路宜每隔200～300设置一个放水器，最大不应超过500m。

6.4.3 在管路的适当部位设置除渣装置和测压装置。

6.4.4 管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与安装地点的管径相匹配。

6.4.5 地面主管上的阀门应设置在观察井内，观察井应位于地表以下，并应采用不燃性材料砌成，且不应透水。

6.4.6 干式瓦斯抽采泵吸气侧管路中，应装设具有防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置。

7、工作面瓦斯抽放安全技术措施：

7.1应根据实际情况制定出如下安全措施：

a.抽放钻场、钻孔施工防治瓦斯措施。

b.管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施。

c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。

d.地面管路防冻措施。

7.2井下移动抽放瓦斯泵站，应遵从以下要求：

――井下移动抽放瓦斯泵站应安装在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；已建永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可直接送至矿井抽放系统的管道内，但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合《煤矿安全规程》第一百四十八条规定。

――移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安全措施，设置橱栏、悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯，其

浓度必须在30m以内被混合到《煤矿安全规程》允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止抽放瓦斯、进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。

――井下移动瓦斯抽放泵站必须实行“三专”供电，即专用变压器、专用开关、专用线路。

7.3地面抽放瓦斯站安全措施：

抽放瓦斯站安全措施，应遵从以下要求：

――在一个抽放站内，抽放瓦斯泵及附属设备只有一套工作时，应备用一套；两套或两套以上工作时，其备用量可按工作数量的60%计。钻机备用量按工作台数的60%计；

――抽放站位置应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等；宜设在回风井工业场地内，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m；

――站房及站房周围20m范围内禁止有明火；

——站房应建在靠近公路和有水源的地方；

——站房应考虑进出管敷设方便：有利瓦斯输送，并尽可能留有扩能的余地；

――抽放站建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级；

——站房周围必须设置栅栏或围墙；

――站房附近管道应设置放水器及防爆、防回火、防回水装置，设置放空管及压力、流量、浓度测量装置，并应设置采样孔、阀门等附属装置。放空管设置在泵的进、出口，管径应大于或等于泵的进、出口直径，放空管的管口要高出泵房房顶3m以上。

――泵房内电气设备、照明和其它电气、检测仪表均应采用矿用防爆型；

――站房必须有直通矿调度室的电话；

――抽放站应有供水系统。站房设备冷却水一般采用闭路循环。给水管路及水池容积均应考虑消防水量。污水应设置地沟排放。

――抽放瓦斯泵必须有前后防回火、爆炸、电气防爆、防静电措施。

――抽放瓦斯站必须有防雷电、防火灾、防洪涝、防冻措施。

――必须有抽放瓦斯浓度规定及在规定浓度下的防爆措施。

――必须有安全管理措施。

1地质概况： (2)

2煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数： (2)

2.1煤层瓦斯参数： (2)

2.2抽放瓦斯参数： (2)

3瓦斯储量计算： (2)

3.1煤层瓦斯储量计算： (2)

3.2工作面可抽量计算： (3)

4瓦斯抽放的必要性可行性论证： (4)

4.1瓦斯抽放的必要性： (4)

4.2、瓦斯抽放的可行性： (4)

5瓦斯抽放方法设计： (5)

5.1、瓦斯抽放方法分类与选择规定： (5)

5.2、瓦斯抽放方法的比较和选择 (6)

5.3、抽放钻孔的参数： (6)

5.3.1钻孔直径： (6)

5.3.2钻孔的长度： (6)

5.3.3钻孔的间距与抽放时间： (7)

5.3.4抽放负压与钻孔长度： (7)

6工作面瓦斯抽放系统： (8)

6.1、抽采管路系统选择的原则： (8)

6.2抽采管路管径、壁厚计算及管材选择： (8)

6.2.1抽采管径选择： (8)

6.2.2抽采管路壁厚选择： (8)

6.2.3 抽采管路管材应符合抗静电、耐腐蚀、阻燃、抗冲击、安装维护方便等要求。 (9)

6.3抽采设备选型： (9)

6.3.1 抽采设备选型应符合下列规定。 (9)

6.3.2 标准状态下抽采系统压力可按下列公式计算： (9)

6.3.3 抽采泵工况压力可按下式计算： (10)

6.3.4 标准状态下抽采泵流量可按下式计算： (10)

6.3.5 抽采泵工况流量可按下列公式计算： (10)

6.4抽采附属装置和设施： (11)

7、工作面瓦斯抽放安全技术措施： (11)

7.1应根据实际情况制定出如下安全措施： (11)

7.2井下移动抽放瓦斯泵站，应遵从以下要求： (11)

7.3地面抽放瓦斯站安全措施： (12)

参考文献 (14)

参考文献

陈学吾等.煤矿安全.徐州：中国矿业大学出版社，1993

煤矿瓦斯抽采工程设计规范，GB 50471－2008

王省身.矿井灾害防治理论与技术.徐州.中国矿业大学出版社，1986王大曾.瓦斯地质.北京：煤炭工业出版社，1991

致谢：在姚老师的精心指导之下我顺利的完成了这份课程设计，没有姚老师的指导我是不可能那么顺利完成课程设计的，在此非感

谢姚老师在百忙之中抽出时间对我的指导。评语：

成绩：