地面瓦斯抽放系统方案设计

地面瓦斯抽放系统方案设计内容摘要：

； 钻场间距 40m； 钻场内钻孔数 6个； 封孔深度 8m； 15 封孔方式 聚胺脂封孔 . 图 3－ 2 掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图 相邻钻场间距（巷道同一帮）为 40m，在巷道两帮交替布置。 钻场深度 4m，采用 (腿梁 )工字钢支护 ,对棚架设，棚距 ，迎头工字钢、荆笆、椽杆背实、背严。 钻孔布置及参数：每个钻场内布置 6 个钻孔 ,孔径不小于 75mm,孔深 60m，呈两排 三 列 布置 ,上排孔开孔位置距巷底 ,下排开孔位置距巷底。 靠近巷道的 2 个钻孔距巷道轮廓线的距离为 2m， 钻场内侧 2 个钻孔距巷道轮廓线的距离为 8m,并做到全层位控顶控底，即：上排钻孔终孔于煤层顶板岩石 ，下排钻孔终孔打至煤层底板岩石。 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。 回采工作面高位抽放 采用高位抽放就把回采工作面上部煤层中和部分采空区中的瓦斯通过钻孔和瓦斯抽放管道排放到地表 . 图 33 为回采工作面高位钻孔布置示意图。 抽放 钻孔 钻场 掘进 工作面 16 在生产实际中 , 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。 抽放量预计及抽放服务年限 回采工作面本煤层预抽量预计 由于二 1煤层的透气性低及回采工作面巷道面积较 小等原因 ，回采工作面顺层 边采边抽 和高位抽放相结合 ， 瓦斯抽放量预计。 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计 马池 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： Q1= N*L2 * L1* Qj/L3 (31) 式中 : Q1 单巷掘进工作面边掘边抽瓦斯量， m3 /min； N 每个钻场内边掘边抽钻孔数， N＝ 6； L2 掘进工作面平均走向长度， m， L2=600m； L3 钻场间距， m， L3=40m； L1 单孔有效抽放长度， m， L1=52m； Qj 百米钻孔瓦斯极限抽放量， m3/min； 代入各参数值，计算得 /min。 17 根据郑州矿区实际情况，取 m3/ 2 个单巷掘进工作面考虑，边掘边抽瓦斯总量为 1m3/min. 矿井瓦斯抽放量预计 当矿井实施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以达到 、日抽放 24 小时计算，矿井最大 月 瓦斯抽放量可以达到 205632m3。 抽放服务年限 由于矿 井瓦斯抽放方式为高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同。 抽放参数的确定 根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法 , 设计矿井的瓦斯抽放浓度为 8%. 回采面的预抽时间大于 3 个月 , 回采面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔 , 当采煤工作面推进至该孔孔口附近时 , 拆除钻孔 . 瓦斯抽放实践证明 , 由于预抽煤体瓦斯 , 使煤体发生收缩变形 , 当煤体原来占据的空间体积相等时 , 煤体的收缩既使原有的裂隙加大 , 又可以产生新的裂隙 . 从而使煤层的透气性增加 , 提高瓦斯抽放效果。 瓦斯抽放钻孔施工及设备 钻机的选择 选择钻机需要考虑的因素包括 : 1).钻进深度。 2).转速范围。 3).给进 , 起拔能力。 4).液压系统。 5).价格 . 马池 矿现在使用的钻机采用整体箱式结构 , 具有体积小 , 重量轻 , 移动安装方便 , 机械效率高等优点 ,完全能够满足井下瓦斯抽放钻孔钻进的要求 . 该钻机主要用于井下钻探深度为 50m100m 的各种角度的瓦斯抽放钻孔 、 勘探钻孔等多用途工程施工。 钻孔施工技术安全措施 除了采取钻孔施工技术的一般安全措施 (略 )外 , 还必须采取以 下特殊措施 : (1) 在施钻地点附近安设一组 (5 个 )压风自救器和一台电话。 (2) 调整通风系统 , 使采煤工作面回风不直接流经施钻地点。 (3) 采煤工作面放炮时 , 撤出施钻人员至安全地点 , 放炮期间 , 所有人员均不得 18 进入回风系统。 (4) 放炮后 , 待施钻现场瓦斯不超限 , 整个区域无安全异常 , 则可保持正常施钻。 (5) 若施钻现场发生安全异常 , 则立即按安全路线撤离。 钻孔封孔 抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔 , 人工水泥沙浆封孔和聚胺脂封孔等 . 在岩层中封孔长度不小于 5m. 在煤层中封孔长度不小于 8m。 考虑到 马池 煤矿的钻孔数量不大 , 没有必要购买价格昂贵的封孔泵或采用人工水泥沙浆封孔 . 因为使用水泥沙浆封孔 , 凝固时间长 , 对于倾斜钻孔不易充满 . 因此 , 应该使用人工聚胺脂封孔。 聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封钻孔。 聚胺脂封孔操作简单 , 省时省力 , 气密性好 , 抽放效果好 ， 适用于 马池 煤矿 . 1— 集气孔段 2— 聚氨酯封孔段 3— 水泥砂浆封孔段 4— 双抗封孔管 图 34 聚胺脂 封孔示意图 瓦斯抽放参数监测 采用孔板或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪对钻孔或采空区抽放管进行监测 . 除此之外 , 在抽放巷道口设瓦斯抽放监测传感器 , 对抽放管道的负压 , 瓦斯浓度 , 瓦斯流量 , 温度进行监测。 地面主管应装备管道监测系统 , 并将其尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统。 19 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型 矿井瓦斯抽放设计参数 根据煤矿提供的地质资料和矿井设计资料 , 马池 煤矿的设计瓦斯抽放量按一台抽放泵同时服务 一 个回采工作面和 二 个掘进工作面 , 纯瓦斯 抽放量取 (将来最大瓦斯抽放量 ). 瓦斯抽放浓度按 8%计算。 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算 瓦斯抽放管网系统 在选择瓦斯抽放管路系统时 , 主要根据抽放泵站位置 , 开拓巷道布置 , 管路安装条件等进行确定 . 抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中 , 尽可能避开运输繁忙巷道 , 同时还要考虑供电 , 供水 , 运输方便。 马池矿属于技术改造矿井 ,技术改造后生产能力为 30 万吨 /年 ,根据上级文件要求 抽放泵的位置 必须 布置在地面。 根据矿井采掘工作面的具体位置及开拓布置 , 马池矿井抽放泵站位置 有 两个 方案可选 : [方案一 ] 抽放泵站选择在曹村回风井工业广场附近，路线如下（ 附 图 41）： 11041工作面下付巷  11采区专回下山  +84总回风大巷  回风斜井  抽放泵房  放空管。 该方案的井下主管道长度为 1750m。 图 方案一 瓦 斯抽放 系统示意图 [ 方案 二 ] 地面永久瓦斯抽放站布置在马池主井附近的山坡上 （附图 42） ： 11041 工作面顺槽 11 采区专回下山  φ 300mm 地面钻孔  抽放泵房  放空管。 该方案的井下主管道长度为 750m。 图 41 方案一抽放系统示意图 21 图 42 方案二抽放系统示意图 22 瓦 斯抽放管管径计算及管材选择 瓦斯抽放管管径按下式计算： VQD / „„„„„„„„„„„„（ 4－ 1） 式中 D瓦斯抽放管内径， m； Q抽放管内混合瓦斯流量， m3/min； V抽放管内瓦斯平均流速，经济流速 V＝ 515m/s, 取 V=15m/s. 约定：  采区、回风井及地面瓦斯抽放管为干 管；  回采 工作面瓦斯抽放管为支管 1；  掘进 工作面瓦斯抽放管为支管 2。 根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按式（ 4－ 1）计算选择的瓦斯抽放管管径如表 4－ 1 示。 表 4－ 1 瓦斯抽放管管径计算选择结果 抽放管 类别 纯瓦斯抽放量 （ m3/min） 瓦斯浓度 （ %） 混合瓦斯抽放量 （ m3/min） 计算管内径 （ m） 选择管径 （ mm） 干管 12 Φ300 支管 1 12 Φ200 支管 2 Φ200 支管 3 Φ 159 备注：边掘边抽瓦斯管留做工作面高位瓦斯抽放管 . 考虑将来有可能布置两个工作面 , 故选支管 1 与支管 2 同径 . 主 抽放管材均选择 螺旋管 , 经过计算得出主管直径 D = , 支管 1 直径 D =, 支管 2 直径 在掘进形成采面后进行本煤层抽放，管径同支管 1. 故主管选择直径为 Φ 300mm 的 螺旋管 . 掘进及回采工作面支管可选择直径为 Φ 159mm 的 钢 管。 . 管网阻力计算 ⑴ . 摩擦阻力（ Hm）计算 )/( 52 DKLQH m   „„„„„„„ (3－ 6) 23 式中 : Hm — 管路摩擦阻力， Pa； L — 负压段管路长度， m； Q — 抽放管内混合瓦斯流量， m3/h； γ — 混合瓦斯对空气的密度比； K — 与管径有关的系数； D — 抽放管内径， cm. 为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力。 由于矿井的服务年限较长，且中后期开采的采区煤层瓦斯含量高，考虑到瓦斯抽放泵的有效使用年限仅为 10 年左右，根据矿井前期采掘接替安排，确定的瓦斯抽放系统最困难管线如下： [方案一 ]最 困难抽放管 网 阻力计算结果 为 如表 4－ 2 示。 [方案二 ]最 困难抽放管 网 阻力计算结果 为 如表 4－ 3 示 表 4－ 2 [方案一 ]最困难 抽放管 网阻力计算结果 （曹村） 抽放管 类 别 Q （ m3/min） γ L （ m） K D （ cm） Hm （ Pa） 干管 1750 30 支管 660 20 合计 表 4－ 3 [方案二 ] 最困难 抽放管 网阻力 计算结果（马池北山） 抽放管 类 别 Q （ m3/min） γ L （ m） K D （ cm） Hm （ Pa） 干管 580 30 支管 660 20 合计 ⑵ 局部阻力（ Hj） 24 管路局部阻力损失按直管阻力损失的 15%计算，则抽放管路系统的局部阻力损失为 : Hj 曹村 = Hm = =. Hj 马池 = Hm = =. （ 3) 总阻力（ H） H 曹村 = Hm + Hj = + = Pa H 马池 = Hm + Hj =+= 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接 用软管将钻孔套管与钻场钻场瓦斯管连接 , 然后钻场瓦斯管与布置在巷道中的瓦斯抽放支管相连接 . 瓦斯抽放主管均采用法兰盘螺栓紧固连接 , 中间夹橡胶密封圈。 瓦斯抽放管路敷设 1) 瓦斯抽放 管路敷设的一般要求 由于煤矿井下的环境条件比较恶劣 , 巷道变形较大高低不平 , 坡度大小不一 , 空气潮湿管路易生锈 , 为此对煤矿井下瓦斯抽放管路的敷设有如下要求 : (1) 瓦斯抽放管路应采取防腐 , 防锈蚀措施。 (2) 在倾斜巷道中 , 应用卡子把瓦斯抽放管道固定在巷道支架上 , 以免下滑。 (3) 瓦斯抽放管路敷设要求平直 , 尽量避免急弯。 (4) 瓦斯抽放管路敷设时要考虑流水坡度 , 要求坡度尽量一致 , 避免由于高低起伏引起的局部积水 . 在低洼处需要安装放水器。 (5) 新敷设的管路要进行气密性试验 . 地面敷设的管道除了满足井下管路的有关要求外 , 还需要符合以下要求 : (1) 在冬季寒冷地区应采取防冻措施。 (2) 瓦斯抽放管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设。 (3) 瓦斯抽放管路不允许与自来水管 , 暖气管 , 下水道管 , 动力电缆 , 照明电缆和电话线缆等敷设于一个地沟内。 (4) 在空旷的地带敷设瓦斯抽放管路时 , 应考虑未来的发展规划和建筑物的布 25 置情况。 (5) 瓦斯抽放主管路距建筑物的距离大于 5m, 距动力电缆大于 1m, 距水管和排水沟大于 5m, 距铁路大于 4m, 距木电线杆大于 2m。 (6) 瓦斯抽放管路与其他建筑物相交时 , 其垂直距离大于 , 与动力电缆 , 照明电缆和电话线大于 , 且距相交建筑物 2m范围内 , 管路不准有接头。 2) 管路安装 井下瓦。