1、目錄第一章工作面概況1第一節采區位置范圍、地質條件1第二節煤層瓦斯參數和抽放瓦斯參數1第三節采區和工作面巷道布置、采煤方法1第二章瓦斯儲量計算、抽放瓦斯必要性論證1第一節煤層瓦斯儲量計算1第二節工作面可抽放量計算和抽放必要性可行性論證2第三章煤層瓦斯抽放方法設計3第一節抽放方法的比較和選擇3第二節抽放鉆孔參數確定4第三節繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖4第四章工作面瓦斯抽放系統5第一節工作面瓦斯抽放設施的配置和布置5第二節抽放管路的計算和選擇5第五章瓦斯泵選型6第一節抽放系統管道阻力計算6第二節瓦斯泵流量和壓力計算7第三節瓦斯泵選型確定7第六章工作面瓦斯抽放安全技術措施8摘要： 抽采瓦

2、斯變廢為寶，預防瓦斯超限、確保礦井安全。當礦井、采煤工作面、采區等瓦斯濃度較低，無法用抽采的方法抽采瓦斯時，可以用通風方法將瓦斯沖淡到煤礦安全規程規定的濃度以內；當開采解放層并且具有抽采瓦斯系統的礦井，應抽采被解放層的卸壓瓦斯。抽采近距離解放層的瓦斯，可減少卸壓瓦斯涌入解放層工作面和采空區、保證解放層安全順利的回采；抽采遠距離被解放層的瓦斯，可以擴大解放范圍與程度，并于事后在被解放層內進行掘進和回采時，瓦斯涌出量會明顯減少。對于無解放層可以抽采的礦井，預抽瓦斯可作為區域性或局部防突措施；開發利用瓦斯資源，保護大氣環境，變害為利。關鍵詞：瓦斯儲量計算 、抽放方法、抽放系統、泵選型、技術措施第一章

3、 工作面概況第一節 采區位置范圍、地質條件本煤采區開采某煤層（2號），煤層厚度為5m；賦存穩定，傾角為15°頂板為砂質泥巖，巖層不能致密，上覆1號煤層50m，煤厚2m。本區域本區有小斷層，對開采影響不大。工作面走向長度1500m、傾向長度120m，停采線至回風上山距離150m，采區回風上山長度1800m。局部彎頭長度100m，工作面日產量3000t。第二節 煤層瓦斯參數和抽放瓦斯參數（1）煤層瓦斯參數1號煤層瓦斯含量為12m3/t.r，煤的密度為1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、揮發份15%；2號煤層瓦斯含量為11.5m3/t.r，煤的密度為1.32t/m3，水分1.2%、

4、灰分18%、揮發份17%。（2）抽放瓦斯參數2號煤層透氣性系數0.0276（m2/MPa2.d)，如用未卸壓長鉆孔預測抽煤層瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽和量為0.01m3/min·hm。第三節 采區和工作面巷道布置、采煤方法采用走向長壁全部跨落頂板管理法，工作面后退式傾斜一次開采，巷道布置如圖1所示。第二章 瓦斯儲量計算、抽放瓦斯必要性論證第一節 煤層瓦斯儲量計算根據已知條件：2號煤層瓦斯含量為11.5m3/t.r，煤的密度為1.32t/m3，水分1.2%、灰分18%、揮發份17%； 1號煤層瓦斯含量為12m3/t.r，煤的密度為1.45t/m3，水分0.2%、灰分21%、揮發份1

5、5%。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，m³/t; Q可燃基可燃基瓦斯含量，m³/t.r; Mad水分； Ad灰分。可得： 可采層瓦斯儲量：式中：Q原22號煤原始瓦斯含量，m³/t； L2號煤工作面走向長度，m； H煤層厚度，m； D2號煤傾向長度，m；2號煤的密度，t/m³。可得： =9.292×1500×5×120×1.32 =1104（萬t）第二節 工作面可抽放量計算和抽放必要性可行性論證(1)工作面可抽放量計算相對瓦斯涌出量q可由以下公式求得：式中：WC可燃基殘存量，m³

6、/t可燃基殘存量可根據表2-1查取表2-1q=× (100-1.2-18)/100=6.7064可采抽瓦斯總含量W可： W可=q×L×H×D× =6.7064×1500×5×120×1.32 =7967203.2（m³）預抽純量Q純: Q純=W可/(24×60×330)= 16.766(m³/min)抽放量Q: Q= Q純/0.4= 41.915(m³/min)（2）瓦斯抽放的必要性可行性論證1.抽放瓦斯的必要性根據供風量為1500m³/min,

7、工作面瓦斯濃度按0.6計算風排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。而工作面絕對瓦斯涌出量為16.766m3/min，如不可抽放瓦斯，則工作面的瓦斯濃度將超限，尚需抽放瓦斯量QCH4-Qp=16.766-9=7.766m3/min工作面瓦斯濃度才能維持0.6 2.抽放的可行性 本煤層瓦斯抽放的可行性是指在自然透氣條件下進行預抽的可能性，衡量本煤層瓦斯預抽可行性指標有三個：煤層透氣性系數（），鉆孔瓦斯流量衰減系數（）和百米鉆孔瓦斯極限抽放量衰減系數（Qj）。按、和Qj判斷本煤層瓦斯抽放可行性標準如表2-2示。表2-2 本煤層預抽瓦斯難易程度分類表根據已

8、知條件，2號煤層透氣性系數=0.0276（/MPa2·d）,2號煤屬于較難抽采煤層，如不采取其他技術措施，基本不具備預抽本煤層瓦斯的可能性，因此，我們要選取合適的抽采方法來治理工作面的瓦斯超限。第三章 煤層瓦斯抽放方法設計第一節 抽放方法的比較和選擇（1）抽放方法的分類和選擇瓦斯抽放方法的規定：a.按抽出瓦斯來源分：本煤層抽采、鄰近層抽采、采空區抽采。b.按被抽采煤層的卸壓狀況分：原始煤體未卸壓預抽瓦斯；煤層卸壓后抽瓦斯。c.按抽采瓦斯源的匯集工程方法分：抽采瓦斯鉆孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯鉆孔巷道綜合法。根據MT5018-96礦井瓦斯抽放工程設計規范第4.1.1條規定：選擇抽放

9、瓦斯方法，應根據煤層賦存條件、瓦斯來源、巷道布置、瓦斯基礎參數、瓦斯利用要求等因素經技術經濟比較確定。并應符合下列要求：a)盡可能利用開采巷道抽放瓦斯，必要時可設專用抽放瓦斯巷道；b)適應煤層的賦存條件及開采技術條件；c)有利于提高瓦斯抽放率；d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和濃度盡可能滿足利用要求；e)盡量采用綜合抽放；f)抽放瓦斯工程系統簡單，有利于維護和安全生產，建設投資省，抽放成本低。根據AQ1027-2006煤礦瓦斯抽放規范第7.1.2條規定：按礦井瓦斯來源實施開采煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放、采空區瓦斯抽放和圍巖瓦斯抽放；第7.1.3條規定：多瓦斯來源的礦井，應采用綜合瓦斯抽放方法。瓦

10、斯抽放系統選擇還應注意以下問題：（a）分期建設、分期投產的礦井，抽放瓦斯工程可一次設計，分期建設、分期投抽。（b）抽放瓦斯站的建設方式，應經技術經濟比較確定。一般情況下，宜采用集中建站方式。當有下列情況之一時，可采用分散建站方式：分區開拓或分期建設的大型礦井，集中建站技術經濟不合理。礦井抽放瓦斯量較大且瓦斯利用點分散。一套抽放瓦斯系統難以滿足要求。根據本煤層的特點，我們選取抽采瓦斯鉆孔法，而鉆孔抽采瓦斯的方法又有穿層鉆孔抽采瓦斯、順層鉆孔抽采和邊采邊抽。(2)瓦斯抽放方法的比較和選擇根據鉆孔抽采瓦斯的優缺點及適用條件，我們最終選擇順層鉆孔抽采，因為順層鉆孔抽采的適用條件是：單一煤層；煤層透氣性

11、較小但應有抽放可能；煤層賦存條件穩定，地質變化小；鉆孔要提前打好，有較長的預抽時間；突出危險煤層（密集鉆孔），而我們要設計的煤層就是煤層透氣性較小但應有抽放可能，煤層賦存條件穩定，地質變化小。第二節 抽放鉆孔參數確定(1)鉆孔直徑鉆孔直徑大，暴露煤壁面積就大，瓦斯涌出量相應也大，但二者增長并非線性關系，在煤層條件不同的情況下，瓦斯涌出量并不隨孔徑的增大而成比例增大。據測定結果，孔徑由73mm提高到300mm，鉆孔的暴露面積增至4倍，而鉆孔抽放量僅增至2.7倍，而日本赤平煤礦孔徑由65mm增至120mm ，抽放瓦斯量增加到3.5倍。孔徑應根據鉆機性能，施工速度與技術水平、抽放瓦斯量、抽

12、放半徑等因素確定，目前一般采用抽放瓦斯鉆孔直徑為60110mm。根據本煤層的特性，選取鉆孔直徑為90mm。（2）鉆孔長度據實測結果，單一鉆孔的瓦斯抽放量與其孔長基本上成正比關系，因此在鉆機性能與施工技術水平允許的條件下，盡可能采用長鉆孔以增加抽放量和效益。本煤層的傾向長度為120m，為了達到好的抽放效果，我們把鉆孔從進風巷和回風巷順煤層打入，進風巷打入的鉆孔的長度為60m，回風巷打入的鉆孔的長度為70m。(3)鉆孔間距與抽放時間2號煤層透氣性系數0.0276（m2/MPa2.d)，根據表3-1，我們選取鉆孔間距為3m。表3-1 鉆孔間距選用參考值表煤層透氣性系數(m2/(MPa2d)鉆孔間距(

13、m)備 注10-3-先采取卸壓增透措施后，才能抽放10-310-22510-210-15810-1108121010根據課程設計給的條件，我們可知抽放時間為一年。(4)抽放負壓與封孔長度鉆孔抽放負壓一般選用13.326.6kPa(即100200mmHg)，但最低不宜小于6.7kPa（50mmHg）。一些礦井提高抽放負壓，抽放瓦斯量增大，但是也有的礦井抽放負壓增加，抽放量變化不大。封孔長度既應保證不吸入空氣又應使封孔長度盡量縮短，一般情況下巖孔應不小于25m，煤孔應不小于410m。第三節 繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖第四章 工作面瓦斯抽放系統第一節 工作面瓦斯抽放設施的配置和布置根據AQ102

14、7-2006煤礦瓦斯抽放規范，對瓦斯抽放管路有如下要求：第5.4.1條：抽放管路系統應根據井下巷道的布置、抽放地點的分布、瓦斯利用的要求以及礦井的發展規劃等因素確定，避免或減少主干管路系統的頻繁改動，確保管道運輸、安裝和維護方便，并應符合下列要求：抽放管路通過的巷道曲線段少、距離短，管路安裝應平直，轉彎時角度不應大于50°；抽放管路系統宜沿回風巷道或礦車不經常通過的巷道布置；若設于主要運輸巷內，在人行道側其架設高度不應小于1.8m，并固定在巷道壁上，與巷道壁的距離應滿足檢修要求；抽放瓦斯管件的外緣距巷道壁不宜小于0.1m；當抽放設備或管路發生故障時，管路內的瓦斯不得流入采掘工作面及機

15、電硐室內；盡可能避免布置在車輛通行頻繁的主干道旁；管徑要統一，變徑時必須設過渡節。第5.4.2條：抽放瓦斯管路的管徑應按最大流量分段計算，并與抽放設備能力相適應，抽放管路按安全流速為515m/s和最大通過流量來計算管徑，抽放系統管材的備用量可取10。第5.4.3條：當采用專用鉆孔敷設抽放管路時，專用鉆孔直徑應比管道外形尺寸大100mm；當沿豎井敷設抽放管路時，應將管道固定在罐道梁上或專用管架上。第5.4.4條：抽放管路總阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低負壓瓦斯管路阻力公式計算；局部阻力可用估算法計算，一般取摩擦阻力的1020。第5.4.5條：地面管路布置：不得將抽放管路和自來水管、暖

16、氣管、下水道管、動力電纜、照明電纜及通訊電纜等敷設在同一條地溝內；主干管應與城市及礦區的發展規劃和建筑布置相結合；抽放管道與地上、下建(構)筑物及設施的間距，應符合工業企業總平面設計規范的有關規定；瓦斯管道不得從地下穿過房屋或其它建(構)筑物，一般情況下也不得穿過其它管網，當必須穿過其它管網時，應按有關規定采取措施。第二節 抽放管路的計算和選擇、瓦斯抽放管徑選擇選擇瓦斯管徑，可按下式計算：式中 D瓦斯管內徑，m；Q管內瓦斯流量，m3/min；V瓦斯在管路中的經濟流速，m/s，一般取V1015m/s，在此取10m/s。可得： (2)、選擇根據計算主管選擇直徑為325無縫鋼管, 壁厚可選擇9mm或

17、10mm.第五章 瓦斯泵選型第一節 抽放系統管道阻力計算（1）、摩擦阻力計算計算直管摩擦阻力，可按下式計算：式中 H阻力損失，Pa；L直管長度，m；混合瓦斯對空氣的密度比. =1-0.446c/100=0.8216c管路內瓦斯濃度 % c=40Q瓦斯流量，m3/h；D管道內徑，cm；k0系數，見表5-1；表5-1 不同管徑的系數K0值通稱管徑(mm)152025224050K0值0.460.470.480.490.500.52通稱管徑(mm)7080100125150>150K0值0.550.570.620.670.700.71則（2）、局阻力計算按經驗值，取沿段管道總摩擦阻力的15%作

18、為局部阻力HrHr=Hz×15%=1.424KPa（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抽放瓦斯管口處負壓 取10 kPaHc =9.495+1.424+10=20.92 kPa（4）、斯壓送及管路總阻力地面瓦斯壓送及管路總阻力取經驗數值5kpa第二節 瓦斯泵流量和壓力計算瓦斯泵流量計算抽放瓦斯泵流量必須滿足抽放系統服務年限之內最大抽放量的需要。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礦井抽放瓦斯濃度，；瓦斯抽放泵的機械效率，一般取0.8；K備用系數，K=1.2。（2）瓦斯泵壓力計算瓦斯抽

19、放泵的壓力是克服瓦斯從井下抽放孔口起，經抽放管路到抽放泵，再到釋放點所產生的全部阻力損失。Hp= (Hc+Hv)kBHp瓦斯泵的壓力kB備用系數，一般取1.2Hp =(20.92+5) ×1.2=31.104kPa第三節 瓦斯泵選型確定瓦斯泵類型：目前國內使用的瓦斯泵類型主要有：a離心式鼓風機；b.回轉式鼓風機(包括羅茨鼓風機、葉式鼓風機、滑板式壓氣機等)；c.水環真空壓縮機；d.往復式壓氣機(只用于地面正壓輸送瓦斯)。根據比較選用水環式真空壓縮機1、真空度高,且可正壓輸出;2、工作水不斷帶走氣體壓送時產生的熱量,泵題不會升溫發;,當抽出瓦斯濃度達到爆炸界限時,也沒有爆炸危險;3、結

20、構簡單,運轉可靠,平穩,供氣均勻;4、將負壓抽出和正壓輸出合二為一,一般不需另設正壓輸出設備5、單機瓦斯抽出量由1.8450 m3/min,適用范圍廣,煤層透氣性低,管路阻力大,需要高負壓抽放的礦井;6、適用于負壓抽出瓦斯;7、適用于瓦斯濃度經常變化的礦井,特別適用于濃度變化較大的鄰近層抽放礦井最后選定SK85 其吸入負壓氣量在54.5-85m3/min.電機功率為130KW將來技術進步抽放率提高，還可以繼續使用。第六章 工作面瓦斯抽放安全技術措施（1）應根據實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

21、.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防凍措施。（2）井下移動抽放瓦斯泵站，應遵從以下要求：井下移動抽放瓦斯泵站應安裝在抽放瓦斯地點附近的新鮮風流中。抽出的瓦斯必須引排到地面、總回風道或分區回風道；已建永久抽放系統的礦井，移動泵站抽出的瓦斯可直接送至礦井抽放系統的管道內，但必須使礦井抽放系統的瓦斯濃度符合煤礦安全規程第一百四十八條規定。移動泵站抽出的瓦斯排至回風道時，在抽放管路出口處必須采取安全措施，設置櫥欄、懸掛警戒牌。柵欄設置的位置，上風側為管路出口外推5m，上下風側柵欄間距不小于35m。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業。移動抽放泵站排到巷道內的瓦斯，其濃度必須在30m以內被

22、混合到煤礦安全規程允許的限度以內。柵欄處必須設警戒牌和瓦斯監測裝置，巷道內瓦斯濃度超限報警時，應斷電、停止抽放瓦斯、進行處理。監測傳感器的位置設在柵欄外1m以內。兩柵欄間禁止人員通行和任何作業。井下移動瓦斯抽放泵站必須實行“三專”供電，即專用變壓器、專用開關、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，應遵從以下要求：在一個抽放站內，抽放瓦斯泵及附屬設備只有一套工作時，應備用一套；兩套或兩套以上工作時，其備用量可按工作數量的60%計。鉆機備用量按工作臺數的60%計；抽放站位置應設在不受洪澇威脅且工程地質條件可靠地帶，應避開滑坡、溶洞、斷層破碎帶及塌陷區等；宜設在回風井工業場地內，站房距井口和主要建筑物及居住區不得小于50m；站房及站