1、摘要某礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)煤炭能力15萬t，該礦不僅工作面滿足瓦斯抽放條件，而且該礦井為煤與瓦斯突出礦井，僅采用通風(fēng)方法難以解決瓦斯超限問題，從而嚴(yán)重制約正常的生產(chǎn)能力；因此，為了減少和消除瓦斯威脅，保證安全生產(chǎn)，建立了井下瓦斯抽放系統(tǒng)，年抽放量可達(dá)幾百萬立方米。本文介紹了該井田基本概況，計(jì)算了瓦斯的儲(chǔ)量，對抽放瓦斯必要性進(jìn)行了論證，同時(shí)陳述了其可行性。通過對抽放方法的比較及抽放管路的計(jì)算和選擇，初步設(shè)計(jì)了瓦斯抽放的方法和初步確定了工作面瓦斯抽放系統(tǒng)，選擇了順層鉆孔先抽后采的瓦斯抽放方法和礦井永久抽放系統(tǒng)，又根據(jù)抽放系統(tǒng)管道阻力和瓦斯泵流量和壓力，選擇了合適的瓦斯泵型號(hào)。最后介紹了工作面瓦斯抽放安全技術(shù)

2、措施。關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出、瓦斯抽放、先抽后掘、安全技術(shù)措施I目錄1井田概況11.1工作面概況11.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)與部分巷道配風(fēng)量11.3礦井瓦斯等級(jí)及其劃分和瓦斯抽放的條件21.4煤層瓦斯參數(shù)32瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算、抽放瓦斯必要性論證42.1煤層瓦斯儲(chǔ)量42.2煤層瓦斯瓦抽放率和可抽放量42.3抽放必要性論證52.4抽放瓦斯的可行性53煤層瓦斯抽放方法設(shè)計(jì)73.1抽放方法的比較和選擇73.1.1 回采工作面本煤層瓦斯抽放83.1.2 掘進(jìn)工作面瓦斯抽放83.1.3 回采工作面高位抽放93.2抽放施工103.2.1抽放鉆孔布置103.2.2 抽放鉆孔參數(shù)確定113.3封孔方法123.3.1設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)

3、定123.3.2抽放鉆孔封孔方法的確定134工作面瓦斯抽放系統(tǒng)144.1 礦井永久抽放系統(tǒng)144.2工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置144.3 抽放管路的計(jì)算和選擇155瓦斯泵選型165.1抽放系統(tǒng)管道阻力計(jì)算165.2瓦斯泵流量和壓力計(jì)算175.3瓦斯泵選型確定185.4附屬裝置186工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施206.1主要安全技術(shù)措施206.2具體安全技術(shù)措施20參考文獻(xiàn)22致謝23- 1 -1井田概況1.1工作面概況 該礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)煤炭能力15萬t，單一煤層開采，全礦有1個(gè)采煤工作面采用一次采全高方法生產(chǎn)，另有2個(gè)掘進(jìn)工作面正常掘進(jìn)。煤層賦存條件較好。礦井為煤與瓦斯突出礦井，掘進(jìn)工作面采用J

4、BT52型局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，最長通風(fēng)距離500m，測得掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛仍?.4%0.6%之間；采煤工作面日產(chǎn)煤炭量400t，瓦斯?jié)舛纫话阍?.4%0.6%之間。煤層自燃傾向性為不易自燃，煤塵爆炸指數(shù)為20%，水文條件簡單，無突水危險(xiǎn)。1.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)與部分巷道配風(fēng)量 1.3礦井瓦斯等級(jí)及其劃分和瓦斯抽放的條件（1）礦井瓦斯等級(jí)及其劃分（依據(jù)和等級(jí)）1）礦井瓦斯等級(jí)劃分及其意義 根據(jù)絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量的大小，及有無瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，將礦井瓦斯等級(jí)劃分為低瓦斯礦井、高瓦斯礦井和煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井三個(gè)等級(jí)。低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且礦井絕對瓦斯涌

5、出量小于或等于40m3/min。高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井：一個(gè)礦井只要發(fā)生1次幾經(jīng)國家授權(quán)單位核實(shí)的煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出動(dòng)力現(xiàn)象，該礦井即定為煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井。低瓦斯礦井中，相對瓦斯涌出量大于10m3/t或有瓦斯噴出的個(gè)別區(qū)域（采區(qū)或工作面）為高瓦斯區(qū)，該區(qū)應(yīng)按高瓦斯礦井管理。（2）建立瓦斯抽放系統(tǒng)的基本條件：1）一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題很困難。2）礦井絕對瓦斯涌出量達(dá)到以下條件的：

6、 A 大于或等于40m3/min； B 年產(chǎn)量1.01.5Mt的礦井， Qg大于30m3/min； C 年產(chǎn)量0.61.0Mt的礦井， Qg大于25m3/min； D 年產(chǎn)量0.40.6Mt的礦井， Qg大于20m3/min； E 年產(chǎn)量0.4Mt的礦井， Qg大于15m3/min；3）開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層。1.4煤層瓦斯參數(shù)（1）掘進(jìn)工作面第一掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量：Qg=QC=8.424600.6%=3.03 m3/min第一掘進(jìn)工作面相對瓦斯涌出量: qg= Qg/Ag=3.031440/400=10.9 m3/t第二掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量：Qg=QC=4.317600.6%=

7、1.56 m3/min第二掘進(jìn)工作面相對瓦斯涌出量: qg= Qg/Ag=1.561440/400=5.62 m3/t（2）采煤工作面15107采煤工作面絕對瓦斯涌出量：Qg=QC=9.458600.6%=3.405m3/min15107采煤工作面相對瓦斯涌出量：qg= Qg/Ag=3.4051440/400=12.258 m3/t2瓦斯儲(chǔ)量計(jì)算、抽放瓦斯必要性論證2.1 煤層瓦斯儲(chǔ)量根據(jù)已知條件：煤層走向長1800m，煤層傾向長160m，煤層厚度為4m，煤層瓦斯含量為11.8m3/t，煤的密度為1.42t/m3，水分1.2%、灰分16%、揮發(fā)份18%，煤層透氣性系數(shù)=0.0276（/MPa2

8、d）。可以得到原始瓦斯含量，公式如下：式中：Q原礦井原始瓦斯含量，m/t; Q可燃基可燃基瓦斯含量，m/t; Mad水分； Ad灰分。可得： Q原=11.8（100-1.2-18）/100=9.54可采層瓦斯儲(chǔ)量：W= Q原LHD式中：Q原煤層原始瓦斯含量，m/t； L煤層工作面走向長度，m； H煤層厚度，m； D煤層傾向長度，m； 煤層的密度，t/m。可得： W= Q原LHD =9.54180041601.42 =1560.6萬m32.2煤層瓦斯瓦抽放率和可抽放量1. 工作面開采層(本煤層)抽放率 或 式中 dgK工作面(開采層)抽放率，%； Qg 在一定時(shí)間內(nèi)工作面(開采層)抽出的總瓦斯量

9、，Mm3； Wg工作面(開采層)的瓦斯儲(chǔ)量，Mm3； QgC從工作面(開采層)抽出的瓦斯量，m3/min； qgy從工作面(開采層)涌出的瓦斯量，m3/min。礦井瓦斯抽放規(guī)范要求：回采工作面抽出率不小于25%。經(jīng)計(jì)算得，回采工作面的抽出率為32%。2.工作面的瓦斯可抽放量 WK=WdK式中 WK煤層瓦斯可抽放量m3；W煤層瓦斯儲(chǔ)量m3；dK煤層瓦斯抽放率（%）可得：Wk =1560.632% =499.4萬m3預(yù)抽純量Q純: Q純=Wk/(2460330)= 10.51(m/min)抽放量：Q= Q純/0.4= 26.3(m/min)2.3抽放必要性論證1.礦井瓦斯抽放規(guī)定（1）有下列情況的

10、礦井，必須建立地面永久抽采瓦斯系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽采瓦斯系統(tǒng)：（2）一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通風(fēng)方法解決瓦斯問題不合理的；（3）礦井絕對瓦斯涌出量40m3/min或礦井相對瓦斯涌出量10m3/t.d的；（4）開采有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)煤層的。2.工作面抽放瓦斯的必要性該礦采煤工作面煤層開采瓦斯涌出量QCH4=3.405m3/min、qCH4=12.258m3/t，第二掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量QCH4=3.03m3/min、qCH4=10.9m3/t，又該礦為煤與瓦斯突出礦井。綜合分析：工作面瓦斯涌出量較大，如不抽放煤層瓦斯，僅采用通風(fēng)方法

11、難以解決瓦斯超限問題，從而嚴(yán)重制約正常的生產(chǎn)能力；因此，只有進(jìn)行工作面煤層瓦斯抽放，才是解決瓦斯超限問題本質(zhì)的最有效方法。2.4抽放瓦斯的可行性本煤層瓦斯抽放的可行性是指在自然透氣條件下進(jìn)行預(yù)抽的可能性.衡量本煤層瓦斯預(yù)抽可行性指標(biāo)有三個(gè)：煤層透氣性系數(shù)()，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（）和百米鉆孔瓦斯極限抽放量衰減系數(shù)(Qj).目前，某煤礦基本沒有測定鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)和百米鉆孔瓦斯極限抽放量，但煤層透氣性系數(shù)=0.0276m2/MP2d；依據(jù)礦井瓦斯抽放設(shè)計(jì)規(guī)范劃分的抽放瓦斯難易程度分類標(biāo)準(zhǔn)（表24），對比分析工作面歸屬抽放瓦斯煤層；并結(jié)合工作面開采煤層瓦斯抽放必要性的分析，采用煤層瓦斯抽放開

12、采，是可行性的安全保障措施。按、和Qj判定本煤層瓦斯抽放可行性標(biāo)準(zhǔn)如表24示.表2-4抽放瓦斯難易程度分類類別鉆孔流量衰減系數(shù)(d-1)百米鉆孔瓦斯極限抽放量(m3)煤層透氣性系數(shù)(m2/Mpa2d)容易抽放0.0031440010可以抽放0.0030.0514400-2880100.1較難抽放0.05150K0值0.550.570.620.670.700.71則：L=900+1800+1800=4500m =9.8（900+1800+1800）0.91（26.360）2/（0.711000255） =14.4（KPa）（2）局阻力計(jì)算管路系統(tǒng)的局部阻力Hr一般不進(jìn)行個(gè)別計(jì)算，其一般為摩擦阻力

13、Hz的10%20%，即 Hr=（10%20%）Hi按經(jīng)驗(yàn)值，取沿段管道總摩擦阻力的15%作為局部阻力HrHr=Hz15%=2.16KPa（3）抽放管道總阻力Hc=Hz+Hr+HfHc瓦斯抽放管道總阻力Hz管路摩擦阻力Hf抽放瓦斯管口處負(fù)壓取8 kPaHc =14.4+2.16+8=24.56 kPa（4）瓦斯壓送及管路總阻力地面瓦斯壓送及管路總阻力取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值5kpa5.2瓦斯泵流量和壓力計(jì)算瓦斯泵流量計(jì)算抽放瓦斯泵流量必須滿足抽放系統(tǒng)服務(wù)年限之內(nèi)最大抽放量的需要。 式中 抽放瓦斯泵的額定流量，m3/min；礦井瓦斯最大抽放總量（純量），m3/min；X礦井抽放瓦斯?jié)舛龋煌咚钩榉疟玫臋C(jī)械效率，

14、一般取0.8；K備用系數(shù)，K=1.2。 = 10010.511.2/（200.8）=78.83m3/min（2）瓦斯泵壓力計(jì)算瓦斯抽放泵的壓力是克服瓦斯從井下抽放孔口起，經(jīng)抽放管路到抽放泵，再到釋放點(diǎn)所產(chǎn)生的全部阻力損失。Hp= (Hc+Hv)kBHp瓦斯泵的壓力kB備用系數(shù)，一般取1.2Hp =(24.56+5) 1.2=35.472kPa5.3瓦斯泵選型確定(1)瓦斯泵類型：目前國內(nèi)使用的瓦斯泵類型主要有：a離心式鼓風(fēng)機(jī)；b.回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)(包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)、葉式鼓風(fēng)機(jī)、滑板式壓氣機(jī)等)；c.水環(huán)真空壓縮機(jī)；d.往復(fù)式壓氣機(jī)(只用于地面正壓輸送瓦斯)。(2)根據(jù)比較選用水環(huán)式真空壓縮機(jī)1、真空

15、度高,且可正壓輸出;2、工作水不斷帶走氣體壓送時(shí)產(chǎn)生的熱量,泵題不會(huì)升溫發(fā);,當(dāng)抽出瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸界限時(shí),也沒有爆炸危險(xiǎn);3、結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,平穩(wěn),供氣均勻;4、將負(fù)壓抽出和正壓輸出合二為一,一般不需另設(shè)正壓輸出設(shè)備5、單機(jī)瓦斯抽出量由1.8450 m3/min,適用范圍廣,煤層透氣性低,管路阻力大,需要高負(fù)壓抽放的礦井;6、適用于負(fù)壓抽出瓦斯;7、適用于瓦斯?jié)舛冉?jīng)常變化的礦井,特別適用于濃度變化較大的鄰近層抽放礦井結(jié)合上述情況，選擇SK一85型水循環(huán)式真空泵，其吸入負(fù)壓氣量在54.5-85m3/min，泵的壓力為650mmHg，均大于設(shè)計(jì)要求，符合條件，滿足使用要求。適用于此工作面的瓦

16、斯抽放系統(tǒng)。根據(jù)SK一85型水循環(huán)式真空泵的轉(zhuǎn)速365r/ mi n和功率130KW，選擇合適的電動(dòng)機(jī)與之配合。5.4附屬裝置1.閥門在瓦斯總和、分管、支管等需要的點(diǎn)，都必須設(shè)置閥門，以便調(diào)節(jié)各個(gè)抽放區(qū)抽放量、濃度和負(fù)壓。此外閥門還用于管路維修、更換、連接時(shí)的局部關(guān)閉系統(tǒng)。礦井抽放瓦斯管路常用閥門有閘閥、蝶閥和截止閥等。2.放水器瓦斯管路中的水需要定期或隨時(shí)排出，以防止管中積水過多影響瓦斯流動(dòng)，常用的放水器有人工放水器和自動(dòng)放水器等。3. 管路防爆、防回火裝置：為了防止管路萬一損壞漏氣、堵塞、突然停泵時(shí)遇到火源、電纜漏電等情況下引導(dǎo)瓦斯爆炸，煤礦安全規(guī)程規(guī)定瓦斯管路必須設(shè)置防回火、防爆炸裝置。

17、（1）水封式防爆、防回火器：該裝置在正常抽放時(shí)，瓦斯通過水封被抽出，一但發(fā)燃燒或爆炸，爆炸波和火焰被水封隔絕，同時(shí)防爆蓋膠板被沖開或破裂，爆炸能量被釋放，從而可保護(hù)泵站的的安全。（2）鋼網(wǎng)式防爆、防回火器，該裝置是通過利用鋼網(wǎng)散熱隔絕火焰?zhèn)鞑ィm用于瓦斯輸出管路中4. 計(jì)量裝置及抽放參數(shù)測定在井下與主管道匯合的各抽放支管處各安裝一套WYS型管道氣體參數(shù)監(jiān)測儀, 計(jì)量各支管的瓦斯流量。在抽放系統(tǒng)的主管道和各支管上安裝一套WYS型管道氣體參數(shù)監(jiān)測儀,計(jì)量整個(gè)抽放系統(tǒng)的瓦斯抽放量。應(yīng)用便攜式孔板流量計(jì)測定單孔瓦斯流量。也可以使用板流量計(jì)來測定管道中氣體的流量。在使用孔板流量計(jì)時(shí)要注意孔板與瓦斯管道的

18、同心度, 不能裝偏。在鉆場內(nèi)使用孔板流量計(jì)時(shí), 應(yīng)保證孔板前后各1m段平直, 不要有閥門和變徑管。 在抽放瓦斯管末端安裝孔板流量計(jì)時(shí), 應(yīng)保證孔板前后各5m段平直, 不要有閥門和變徑管。測定孔板兩端的壓差可采用傾斜水柱計(jì), 測定抽放管路中的抽放負(fù)壓可采用水銀計(jì), 抽放管路中的瓦斯?jié)舛瓤刹捎秘?fù)壓吸氣筒和高濃度瓦斯檢定器。孔板流量計(jì)兩側(cè)的測壓孔使用膠管分別與U形壓差計(jì)(煤礦自備,長800mm)連接。根據(jù)水銀壓差計(jì)測定的負(fù)壓, 壓差和高濃度瓦斯檢測儀監(jiān)測的抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛染涂梢酝ㄟ^公式來計(jì)算瓦斯抽放量。除孔板流量計(jì)外, 也可以使用煤氣表或瓦斯抽放管道監(jiān)測系統(tǒng)作為流量測量裝置。煤氣表的量程應(yīng)根據(jù)預(yù)

19、計(jì)的單孔瓦斯流量確定。一般本煤層預(yù)抽鉆孔使用J2.5型煤氣表, 其最大允許的瓦斯流量為66L/min, 最小流量在1L/min以下。測儀器的主要特點(diǎn)是: 1)儀器本身自帶渦街量傳感器, 自成一體, 無需另外配備孔板, 均速管道或皮托管, 流量系數(shù)直接固化在軟件中, 用戶無法改變, 這可避免因輸錯(cuò)系數(shù)而造成測定數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。2)使用方便. 用戶只需要軟管與儀器連接好既可進(jìn)行測量工作。3)阻力損失小, 對氣體流場影響小。 4)穩(wěn)定可靠, 測量精度高。6 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施6.1主要安全技術(shù)措施(1)在瓦斯抽放系統(tǒng)運(yùn)行前, 必須對瓦斯抽放泵及管路系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的檢查, 包括水電閉鎖,

20、風(fēng)電閉鎖, 供水和排水系統(tǒng)等;(2)瓦斯抽放泵運(yùn)行前, 應(yīng)在負(fù)壓側(cè)低洼點(diǎn)安裝負(fù)壓放水器;(3)管路在使用前用壓風(fēng)沖刷, 安裝過濾網(wǎng);(4)瓦斯抽放泵在運(yùn)行過程中, 抽放泵司機(jī)應(yīng)認(rèn)真觀察運(yùn)行情況, 做好記錄, 發(fā)現(xiàn)異常即使處理, 并向調(diào)度室匯報(bào);(5)應(yīng)確保有取得合格證的專門瓦斯抽放泵司機(jī)值班;(6)加強(qiáng)抽放地點(diǎn)的管理;(7)抽放地點(diǎn)設(shè)立專門的記錄牌, 記錄瓦斯抽放數(shù)據(jù);(8)瓦斯抽放泵20m范圍內(nèi), 不得有明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配置4支干粉式滅火器和不少于0.5m3的黃砂;(9)加強(qiáng)瓦斯抽放泵管路檢查的維修;(10)加強(qiáng)瓦斯抽放泵室的檢查和管理, 必須配備: 抽放泵司機(jī)崗位責(zé)任，

21、抽放泵司機(jī)操作規(guī)程，瓦斯抽放管理制度，抽放系統(tǒng)圖，設(shè)備運(yùn)行記錄等;(11)非工作人員不得進(jìn)入瓦斯抽放泵室;(12)瓦斯抽放泵的操作程序?yàn)?開啟:檢查 供水 啟動(dòng)泵站 檢查運(yùn)行方向 檢查水位 啟動(dòng)電機(jī) 打開閥門.停泵:關(guān)閉閘門 停電機(jī) 停水6.2具體安全技術(shù)措施（1）應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定出如下安全措施：a.抽放鉆場、鉆孔施工防治瓦斯措施。b.管路防腐蝕、防漏氣、防砸壞、電氣防爆、防靜電、防帶電、防底鼓措施。c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防凍措施。（2）井下移動(dòng)抽放瓦斯泵站，應(yīng)遵從以下要求：井下移動(dòng)抽放瓦斯泵站應(yīng)安裝在抽放瓦斯地點(diǎn)附近的新鮮風(fēng)流中。抽出的瓦斯必須引排到地面、

22、總回風(fēng)道或分區(qū)回風(fēng)道；已建永久抽放系統(tǒng)的礦井，移動(dòng)泵站抽出的瓦斯可直接送至礦井抽放系統(tǒng)的管道內(nèi)，但必須使礦井抽放系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛确厦旱V安全規(guī)程第一百四十八條規(guī)定。移動(dòng)泵站抽出的瓦斯排至回風(fēng)道時(shí)，在抽放管路出口處必須采取安全措施，設(shè)置櫥欄、懸掛警戒牌。柵欄設(shè)置的位置，上風(fēng)側(cè)為管路出口外推5m，上下風(fēng)側(cè)柵欄間距不小于35m。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。移動(dòng)抽放泵站排到巷道內(nèi)的瓦斯，其濃度必須在30m以內(nèi)被混合到煤礦安全規(guī)程允許的限度以內(nèi)。柵欄處必須設(shè)警戒牌和瓦斯監(jiān)測裝置，巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迗?bào)警時(shí)，應(yīng)斷電、停止抽放瓦斯、進(jìn)行處理。監(jiān)測傳感器的位置設(shè)在柵欄外1m以內(nèi)。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業(yè)。井下移動(dòng)瓦斯抽放泵站必須實(shí)行“三專”供電，即專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路。（3）地面抽放瓦斯站安全措施抽放瓦斯站安全措施，應(yīng)遵從以下要求：在一個(gè)抽放站內(nèi)，抽