矿井瓦斯防治设计
矿井瓦斯防治课程设计
课程名称: 瓦斯抽采设计
指导教师:
姓 名:
班 级: 通 风
时 间:
重庆工程职业技术学院
前 言
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,严重威胁着煤矿
的安全生产,威胁着煤矿千千万万工人的生命安全,所以矿井瓦斯防
治成了煤矿重中之重,只有把煤矿瓦斯处理好了,煤矿才有得效益可
言。为了煤矿事业的安全发展,我们做了这个瓦斯防治课程设计,希
望能为煤矿事业做出贡献。本次矿井瓦斯防治课程设计主要根据《煤
矿安全规程》(2011年版)、《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026-2006)、
《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ1027-2006)、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规
定》《煤 矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026-2006)
此次设计的主要内容:松藻煤矿矿井概况、矿井瓦斯储量及可抽
量预测、矿井瓦斯抽采的必要性和可行性分析、瓦斯抽采系统设计、
瓦斯抽采系统与设备选型、安全技术措施。绘制抽采系统图、钻孔布
置图。
本次设计在陈老师指导下顺利完成,由于编制时间有限以及编者
水平有限,所以此次瓦斯防治设计存有错误,望老师、领导批评指正。
目录
第一章 矿井概况 ........................................................................................................................... 1
一、地形地貌 ........................................................................................................................... 1
二、气候 ................................................................................................................................... 1
三、地层煤质 ........................................................................................................................... 1
四、松藻煤矿 ......................................................................................... 错误!未定义书签。
第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测 ............................................................................................. 2
第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性 ..................................................................................... 4
一、矿井瓦斯来源分析 ........................................................................................................... 4
二、矿井瓦斯抽采的必要性 ................................................................................................... 4
三、瓦斯抽采的的可行性 ....................................................................................................... 6
第四章 瓦斯抽采系统设计 ............................................................................................................. 7
一、抽采方式 ........................................................................................................................... 7
二、瓦斯抽采方法 ................................................................................................................... 7
三、抽采瓦斯方法选择 ........................................................................................................... 7
四、施工方法 ........................................................................................................................... 8
五、抽采参数的确定 ............................................................................................................... 9
第五章 瓦斯抽采系统与设备选型 ............................................................................................... 10
一、瓦斯泵的选型 ................................................................................................................. 10
二、抽放管道的选择 ............................................................................................................. 11
三、瓦斯管道阻力计算 ......................................................................................................... 12
四、抽放管道敷设 ................................................................................................................. 13
五、钻机及封孔泵选型 ......................................................................................................... 13
六、检测设备 ......................................................................................................................... 14
第六章 安全技术措施 ................................................................................................................... 16
第一章 矿井概况
1.矿井基本情况
松藻煤矿1957年6月建井,井田南北长9.2km,东西宽2.5km,面积17.01km2,
2005年矿井核定生产能力为1000kt/a。,2013年矿井瓦斯等级鉴定结果为煤与
瓦斯突出矿井,矿井有K1、K2b、K3b三层煤可采,K1、K3b为强突出层,K2b为不突
出层,作为保护层开采,煤层厚度分别为1.15、0.85、1.20m,倾角45°。煤层
为不易自燃煤层,煤尘均有爆炸危险性。K1煤层瓦斯含量为18.65m/min,K2b煤
层瓦斯含量为9.63m3/t,K3b煤层瓦斯含量为29.16m3/t ,矿井利用穿层钻孔进
行瓦斯抽采。
2.地形地貌
松藻矿区位于渝东南边缘与贵州高原的过渡地带,山脉走向与构造线方向基
本一致,地势由东向西逐渐降低,地形最高点山羊洞标高122760m,最低点为西
缘松坎河赵家坎附近,标高约300m,相对高差约900m左右,属中山到低山地形
中切割区地形坡角10~30°,一般20°。其中,松藻煤矿两端被河流所切,整
个煤矿为一侵蚀剥蚀类型的河间地块,地貌单元两侧地形陡峻呈山高谷深的V
型地貌,煤矿中部被沿地层倾向发育的马家沟和杨家沟切割,展现呈岗岭状梁状
中低山地貌。
3.气候
本区属亚热带湿润气候温湿多雨,阴雨天占全年的50%左右,冬季山上时有
积雪 ,气温年平均在,降雨量年总量在957.7~1129.5mm间。
相对湿度年平均为78~80 %
绝对湿度年平均为17.4~18.1mg/m3
4.地层煤质
地区煤层属中灰-高灰,富硫-高硫,低磷的无烟煤,煤炭地质储量12.5亿
t,工业储量9.8亿t。
3
第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测
矿井瓦斯储量为矿井可采煤层的瓦斯储量、受才动影响后能够向开采空间排
放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少,同
时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标,可按下式计算:
Wk=W1+W2+W3
式中:Wk——矿井瓦斯储量,Mm3;
W1——可采煤层的瓦斯储量,Mm3;
W1=∑A1i×X1i(Mm3)
A1i—矿井可采煤层i的地质储量,Mt;
X1i—矿井可采煤层i的瓦斯储量,M3/t;
W2—受采动影响后能够想开采空间排放瓦斯的各部可采煤层的总瓦
斯储量,
W2=∑A2i×X2i(Mm3)
A2i--受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量,Mt;
X2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含
量,M3/t;
W3—受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量,Mm3,实测可
按下式计算
W3=K(W1+W2)
K—围岩瓦斯储量系数,取K=0.1
AL1 =17.01×1.15×1.38×106t=2.6×107t
AL2=17.01×0.85×1.38×10t=2.0×10t
AL3=17.01×1.20×1.38×106t=2.8×107t
W1=2.6×18.65+2.0×9.063+2.8×39.16×107t=1.78×109m3
W3=0.1×1.78×109=1.78×108m3
Wk=(1.78+0.178)×109t=1.96×109m3
矿井可开发瓦斯量(或称可抽放量)是指在既定的开采技术条件下,按目前67
的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井瓦斯资源的开发程度,与
其抽放工艺和抽放能力密切相关,一般按下式计算:
Wkc=ηk×Wk
式中:Wkc—矿井可抽瓦斯量,Mm3;
ηk—矿井瓦斯抽放率,按我国目前的技术水平,取30%;
Wk--矿井瓦斯储量,Mm3;
Wkc=0.3×1.958×109=3.29×108m3
因此,该矿的瓦斯储量为1.96×109m3,可抽瓦斯量为3.29×108m3。
第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性
1.矿井瓦斯来源分析
重庆松藻煤电公司松藻煤矿开采的K1、K3b为强突出层,K2b为不突出层,
作为保护层开采。
矿井瓦斯来源分析
(1)临近煤层卸压瓦斯涌出,由于矿井煤层间距小,保护层开采后,本层
和上、下邻近层卸压瓦斯会大量涌向保护层采煤工作面。工作面受到采动影响,
瓦斯大量涌向工作面。
(2)煤岩壁瓦斯涌出,揭露煤层后,煤暴露的自由面大而且分布广,从自
由面向媒体深处瓦斯压力呈上升趋势,媒体中形成瓦斯压力梯度,从而瓦斯由媒
体深处向煤壁方向。
(3)掘进工作面瓦斯涌出,由于掘进巷道时破坏了煤层原始应力平衡状态
和媒体瓦斯压力平衡,在媒体中形成了较大的瓦斯压力梯度。使瓦斯向煤壁大量
涌出。
(4)采空区瓦斯涌出,受到采动影响的卸压邻近层(包括上下邻近层,不可
采层及围岩)以及开采层本身丢煤(包括煤柱)涌出瓦斯。
2.矿井瓦斯抽采的必要性
瓦斯抽采的目有:为了确保矿井安全生产,防止或减少瓦斯浓度超限;为了
开发利用瓦斯资源,变害为利。矿井瓦斯抽采的的意义:
(1) 煤矿安全生产治本之策;
(2) 增加能源有效供给有效措施;
(3) 减少环境污染重要举措;
(4) 煤炭工业的可持续发展需要;
(5) 一个新的经济增长点。
对于一个矿井或一个采区(工作间)是否必要抽采瓦斯,首先要从安全生产
的角度考虑,即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能或不合理时,就应
采取抽采措施;其次,应从改善职工劳动条件和充分利用瓦斯资源等方面综
合考虑抽采的必要性,当然,也包括经济上的合理性。
(一)从安全生产角度衡量瓦斯抽采的必要性
衡量一个瓦斯矿井是否有必要抽采,可以根据以下几点:
(1)对于生产矿井,由于矿井的通风能力已经确定,故矿井瓦斯涌出量超
过通风所能稀释瓦斯量时,即应考虑抽采瓦斯;
对于新建矿井,当采煤工作面瓦斯涌出量大于5m³/min,掘进工作面瓦斯涌
出量大于3m³/min,采用通风方法解决瓦斯问题不合理时,应该抽采瓦斯;对于
全矿井,一般认为,绝对瓦斯涌出量大于30m³/min,或相对瓦斯涌出量大于15 ~
25m³/t时应抽采瓦斯;开采保护层时应考虑抽采保护层瓦斯;对于突出煤层,可
以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。
《煤矿安全规程》第145条规定,有下列情况之一的矿井,必须建立地面永
久抽采瓦斯系统或井下临时抽采系统:
(1)一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m³/min或一个掘进工作面瓦斯涌
出量大于3m³/min,用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
(2)矿井绝对瓦斯量达到以下条件:
①大于或等于40m³/min。
②年产量1.0~1.5Mt的矿井,大于30m³/min。
③年产量0.6~1.0Mt的矿井,大于25m³/min。
④年产量0.4~0.6Mt的矿井,大于20m³/min。 ⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井,大于15m³/min。
(3)开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
综合本矿井实际,松藻煤电公司松藻煤矿属于煤与瓦斯突出矿井,K1、K3ƅ
为强突出层,煤矿所属煤层透气性差,且煤层埋深增加,瓦斯赋存量大,煤与瓦
斯突出危险性严重,根据矿井瓦斯涌出量预测结果,K1煤层瓦斯含量为
18.65m³/min,K2ƅ煤层瓦斯含量为9.63m³/t,K3ƅ煤层瓦斯含量为29.16m³/t。受
工作面风速影响已经无法再增加风量,为了确保矿井的安全生产。按照《煤矿安
全规程》的相关规定,矿井必须进行瓦斯抽采,且必须建立地面永久抽采系统。
(二)从资源和环保的角度衡量瓦斯抽采的必要性
瓦斯是一种优质的能源,与人工制气相比,利用瓦斯具有成本低,清洁安全,
使用方便等显著的优势,如果将抽采出的瓦斯加以利用,可以变害为宝,有效改
善能源结构。另外,通过抽采和瓦斯利用,可减少瓦斯对大气的污染(据相关资料分析研究表明,CH4对臭氧层的破坏比CO2大16倍),对保护人类生存环境具有
至关重要的作用。
因此,瓦斯抽采具有显著的经济效益和社会效益。
3.瓦斯抽采的的可行性
开采层瓦斯抽采的可行性,是指煤层在天然透气性条件下进行预抽的可能性。衡量其抽采难易程度的指标有两个,一是煤层的透气性系数λ,二是钻孔瓦斯流量衰减系数α。见下表
煤层透气性系数λ及钻孔瓦斯流量衰减系数α
煤层抽采瓦斯难易程度分级表
重庆松藻煤电有限公司松藻煤矿属于“煤与瓦斯突出矿井”。K1、K3ƅ为强突出层,K2ƅ为不突出层,作为保护层开采。
在2013年的矿井瓦斯等级鉴定中,煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯难易程度的标志之一。钻孔流量衰减系数在0.003~0.05之间,属于可以抽采;煤层透气性系数在10~0.1之间,属于可以抽采。
根据上述分析,煤矿可以进行煤层瓦斯抽采。
第四章 瓦斯抽采系统设计
1.抽采方式
目前所采用的煤层气抽采方式主要分为两种,一是采用地面钻孔煤层气排采技术从地面对煤层气进行抽采,二是在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。
由于重庆松藻煤电公司松藻煤矿为生产矿井,属于“煤与瓦斯突出矿井”。K1、K2b、K3b煤层都是煤与瓦斯突出煤层。必须进行瓦斯抽采降低瓦斯浓度。因此
才在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。
2.瓦斯抽采方法
瓦斯是一种优质的能源,与人工制气相比,利用瓦斯具有成本低,清洁安全,使用方便等显著的优点。如果将抽出的瓦斯加以利用,可以变害为宝,有效改善能源结构,近年来,随着煤矿开采深度增大和开采强度的提高,矿井瓦斯涌出量增大,抽采瓦斯已越来越成为高瓦斯煤层开采的一个必不可少的重要环节,并为煤矿瓦斯利用提供了重要条件。
3.抽采瓦斯方法选择
(1) 选择抽采瓦斯方法的原则
抽采瓦斯方法的选择,主要是根据矿井(或采区、工作面)瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽采瓦斯方法主要有:开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等,选择具体抽采瓦斯方法时根据煤与瓦斯突出矿井的特点,应遵循如下原则:
①抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。 ②应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析,有针对性地选择抽采瓦斯方法,以提高瓦斯抽采效果。
③巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下,应尽可能利用生产巷道,以减少抽采工程量。
④选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。
⑤选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果,降低瓦斯抽采成本。
⑥抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的布置,有利于增加钻孔的抽采时间。
⑦坚持“应抽尽抽、先抽后掘、先抽后采”的瓦斯抽采原则。
⑧坚持“本层抽采、邻近层抽采、采空区抽采和岩溶瓦斯抽采”相结合的综合抽采原则。
⑨坚持掘前预抽、采前预抽、卸压抽采、残抽等综合抽采原则。 ⑩坚持“多钻孔、高负压、严封闭、长期抽”的原则。
11坚持“大流量、大管径、高抽泵、多回路”的抽采原则。 ○
12在关键的地点、○工期紧的地点要选择深孔预裂爆破等方法增加煤层的透气
性。
13坚持试验、推广新技术、新工艺、新钻机、新钻具等将钻孔穿透工作面,○
消除抽采空白带。
14坚持高效抽、有利于开发的原则。 ○
2. 抽采瓦斯方法概述
瓦斯抽采工作经过几十年的不断发展和提高,人们也提出了各种各样的瓦斯抽采方法。一般按不同的条件进行不同的分类,其主要有:
(1)按抽采瓦斯来源分类,可分为本煤层瓦斯抽采、临近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采和围岩瓦斯抽采;
(2)按抽采瓦斯的煤层是否卸压分类,可分为未卸压煤层抽采和卸压煤层抽采;
(3)按抽采瓦斯与采掘时间关系分类,可分为煤层预抽瓦斯、边采(掘)边抽和采后抽采瓦斯;
(4)按抽采工艺分类,可分为穿层钻孔抽采、巷道抽采和钻孔巷道混合抽采。
4.施工方法
根据矿井瓦斯赋存及涌出特点,考虑矿井煤层透气性系数低,结合矿井多年来的抽采经验,以及松藻煤电有限公司所属各矿井的生产经验,同时考虑到矿井开拓煤层开采顺序,煤层厚薄不均,煤层顶底板多为泥岩、粉砂岩,遇水易膨胀等因素,矿井的瓦斯抽采方法设计采用穿层钻孔进行瓦斯抽采方法。具体如下:
穿层钻孔抽采
利用本层运输、回风巷对应的茅口灰岩中的专用瓦斯抽采巷,向上打穿层密
集网格式钻孔,对K2b和K3b等煤层分别进行预抽和卸压抽采。
钻场设在开采层运输、回风巷对应的茅口灰岩中的专用瓦斯抽采巷中,由钻场向开采煤层打穿层钻孔,抽采邻近层中的瓦斯。其优点有:一是抽采钻孔可实现一孔多用,抽采时间一般较长,既可对首采层及下邻近层实行预抽和卸压抽采,还可用作首采层回采后的采空区抽采;二是钻场处于主要岩石巷道内,故而相对的减少了巷道的维修工作量;三是抽采设施的施工和维护也较方便;四是多条并联的专用瓦斯巷减小矿井通风阻力。
K2保护层穿层抽采
K2b煤层为薄煤层,与K3b煤层相比较,突出危险性相对较弱,本次设计将K2b煤层作为保护层首先开采。
K2b煤层为突出煤层,必须进行大面积预抽,作为开采K2b煤层的区域性防突措施,以保证开采K2b保护层的安全。
矿井煤层为近水平煤层,K2b煤层平均厚度0.85m,提前掘进专用底板瓦斯抽采巷,利用抽采巷布置煤层穿层钻孔大面积预抽K2b煤层瓦斯。间距50m,在瓦斯巷内每隔5m布置钻场,由钻场向开采煤层施工穿层钻孔。
K3煤层为本矿井主采层,突出危险性较大,因此考虑抽采K3煤层的卸压瓦斯,以消除K3煤层突出危险性,保证保护层工作面顺利推进。提前掘进专用底板瓦斯抽采巷,利用抽采巷布置煤层穿层钻孔大面积抽K3煤层瓦斯。专用瓦斯抽采巷布置在茅口灰岩中,在瓦斯巷内每隔5m布置钻场,由钻场向开采煤层施工穿层钻孔,贯穿煤层全厚。
5.抽采参数的确定 (1)钻场位置
钻场布置在水平口茅口大巷,南翼全长5km。 (2)钻孔参数 封孔长度:5-8m。 钻孔抽采半径:5m。
封孔方式:聚胺酯封孔或者用一定比例的石膏水泥沙浆进行机械封孔。 钻场间距:50m,阶段垂高120m。
钻孔布置方式:采用多排扇形布置,均匀布孔,钻孔分别终孔于K1 ,K3煤层。
第五章 瓦斯抽采系统与设备选型
1.瓦斯泵的选型
1.1抽采瓦斯泵能力核定及设备选型 (1) 抽采瓦斯泵压力计算
1抽采泵吸气侧管内绝对压力 ○
抽采瓦斯泵吸气侧管内绝对压力按下式计算: HX-PO-HZ,kPa
式中:HX—瓦斯泵吸气侧绝对压力,kPa PO—泵站当地大气压,kPa;取98.5~99kPa
HZ—泵站负压端总阻力,kPa。
经计算得,矿部泵站瓦斯抽采泵吸气侧管内绝对压力为和46.43kPa。
2抽采泵工作压力 ○
在选择抽采泵时,泵的工作压力既要考虑系统管路沿途阻力损失(摩擦阻力和局部阻力)、抽采孔孔口负压、送气端正压,还要考虑一定备用系数。抽采瓦斯泵工作压力按下式计算:
Hg=(Hz+Hy)k,kPa
式中:Hg—抽采额定工作压力,kPa,
Hz—抽采泵送气端正压力,kPa;取10kPa; Hy—备用系数,一般取1.2~1.3.
计算得,矿部泵站抽采瓦斯泵额定压力为75.08kPa。 1.2抽采瓦斯泵流量核定 抽采瓦斯泵流量按下式计算:
Qc
Qg=c∙η×k, m3/min
式中:Qg—抽采瓦斯泵在矿井标准状态下的额定流量,m3/min; Qc— 抽采泵吸气侧瓦斯纯流量,m3/min; C—抽采泵吸气侧瓦斯浓度;
η-抽采泵机械效率,一般取80%; K-备用系数,一般取1.2~1.3
经计算,矿部泵站瓦斯泵在标准状态下的额定流量为和153m3/min。 由于目前我国的真空泵性能曲线都是按工况状态下的流量绘制的,所以还需要把标准状态下泵的流量换算成工况状态下的流量。工况流量按下式计算:
101.325T
..Qgp293Qg=, m3/min
式中:Qg—抽采瓦斯泵在矿井标准状态下的额定流量,m3/min; T—抽采泵吸气侧管内温度,K:取平均值20℃,T=293(K); P—瓦斯泵吸气侧绝对压力,KPa:按⑧式计算。
计算得,矿部泵站抽采瓦斯泵工况流量为333.9m3/min。经查矿部泵性能特性曲线,矿部泵站SKA420瓦斯已不能满足矿井延深三水平瓦斯抽采的需要。
2.1抽采瓦斯泵瓦斯泵选型
根据上述计算,矿部站现用SKA420泵需要更换,所选瓦斯抽采泵要求在吸气侧绝对压力为46.43KPa下,额定压力不少于75.08KPa,流量不少于333.9m/min。经查2BEC50型水环式真空泵性能曲线,该泵能够满足矿井抽采瓦斯泵的需要,故可选择2BEC50型泵2台,其中1台工作,1台备用。电机选用315KW/6000V的配套电动机。
2010年4月前将+100水平抽放主管改造完成,并形成三水平首采面的抽放系统,2012年改造矿部420抽放泵。
3
2.抽放管道的选择
瓦斯抽采管路选择
抽采瓦斯管内径按以下式计算:
QD=0.145×v,m
式中:Q—管道内混合瓦斯流量(矿井标准状态),m3/min; V—管道内瓦斯平均流速,m/s,取合理平均流速10~15/s. 将三水平各管路流量代入 式进行计算,则三水平瓦斯抽采管路系统内径为:
105
主管内径:D+=0.1457×15=0.385(m)
71.64
干管内径:DT=0.1457×15=0.318(m) 37.5
分管内径:D分=0.1457×15=0.230(m) 31.25
支管内径:D支=0.1457×15=0.12.(m)
管径计算均按通过的最大流量计算。考虑与成品管道配套,拟选择主管管径Ф426×7、干管为Ф325×6(其中—300m茅口大巷使用Ф377+6)、分管为Ф273×5、支管为Ф217×5(其中钻场使用Ф159×4)的钢管。
3.瓦斯管道阻力计算
抽采管路阻力计算
计算管路阻力损失以泵站计算,以泵站抽采的生产水平最远抽采点为计算依据,管路系统阻力损失包括沿途摩擦阻力和局部阻力。
(1)瓦斯抽采管路摩擦阻力损失 按下式计算:
LQ2
5
H摩=35.28×KD,kPa
式中:H摩—抽采管道摩擦阻力。kPa; L—管道长度,m; D—管道内径,cm;
K—系数,D为10、15、>15(cm)时分别取0.62、0.7、0.71; Δ—管道内混合瓦斯对空气的相对密度,按下式计算:
p2931
Δ=101.325×T×1.293×[0.716c+1.293(1-c)]…………
P—管内绝对瓦斯压力,kPa,井下大气压取常年平均值97kPa; T—管内温度,取平均值20℃,T=293(K) C—管内瓦斯浓度。
将抽采系统中阻力最大、线路最长的各段管路已知数据带入式②、③,计算后逐段相加,即得系统最大摩擦阻力。
经计算,矿部泵站瓦斯抽采管路系统最多摩擦阻力为34.41kPa. (2)瓦斯抽采管路摩擦阻力损失
瓦斯抽采管路局部阻力取直管段的15%计算。则管路系统沿途阻力(即抽采管道总阻力)为:
Hg=1.15×HTG,kPa
式中:Hg—抽采管路沿途阻力,kPa。 经计算,矿部泵站沿途阻力损失为:
矿部泵站系统:Hg2=1.15×31.89=39.57(kPa)。 (3)瓦斯抽采泵站总阻力(总负压)按下式计算 HZ=Hg+HK,kPa
式中:HZ—泵站负压端总阻…力,kPa; HK—抽采钻孔孔口负压,kPa,取13kPa。
计算得,矿部泵站抽采系统总阻力为52.57kPa,能够满足抽采瓦斯的需要。
4.抽放管道敷设
瓦斯抽采泵设在主平硐地面,矿部泵站安装SKA-420型(160kw)水环式真空泵2台,1台运行。1台运行,1台备用。
5.钻机及封孔泵选型
(1)钻机
本矿瓦斯抽采采用以底板岩巷穿层网格预抽为主的综合抽采方法,钻孔较长且多穿岩层布置。根据目前国内各生产厂家的各种钻机型号、性能、使用环境及价格等进行调研后,穿层钻孔和本层钻孔全部采用重庆煤科分院生产的ZYG—150型系列钻机施工,该钻机设计能力150m,配套钻杆直径Φ42mm(ZYG—150钻机主要性能参数见表3-1),钻头采用YG6硬质合金,穿层钻孔终孔孔径一般为Φ65mm,全部采用水排粉,水压在4Kg左右,本层钻孔终孔孔径为Φ86mm,采用螺旋加压风排粉。该钻机具有功率大、操作简单、体积小、重量轻、解体性能好、搬运安装方便、传动效率高、不卡钻、进退自由等优点。
表3-1 ZYG—150型主要性能参数表
矿井配置钻机ZYG—150型钻机20台,其中使用17台,3台备用。 (2)封孔泵
采用机械封孔泵封孔,封孔长度容易达到设计要求,封孔效率高,
钻孔封孔效果好。瓦斯抽采钻孔推荐采用TBW型矿用封孔泵进行封孔。TBW型矿用封孔泵主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔,该泵自身具有搅拌、输送高稠度浆料功能,封孔质量可靠,封孔工艺简单,使用方便,易于维护。
表3-2 TBW型矿用封孔机参数表
6.检测设备
为保证瓦斯抽采系统安全运行和达到较好抽采效果,对抽采实施检测。
(1)抽采泵站必须安设瓦斯浓度检测装置及仪器,实现自动连续检测。瓦斯浓度超限,能够自动报警,瓦斯泵站瓦斯超限时,还能自动切断电源停机。
(2)对于对于水环式真空泵必须设置缺水保护装置,在抽采泵冷却水不足或断水时,能报警并自动停机。
(3)抽采泵吸气侧应安设防护网,防止杂物进入泵内而损坏设备。 (4)抽采瓦斯系统投入运行后,对瓦斯抽采参数(如抽采负压、抽采流量、瓦斯浓度等)应进行连续性检测,其具体功能和要求如下:
①以分、时、班、天为单位,检测并统计瓦斯抽采的混合量和蠢量; ②应根据瓦斯抽采参数的变化(如钻孔抽采衰减趋势,抽采负压和流量的相互关系等),及时对抽采系统进行相应调整货采取有效技术措施,提高抽采效果;
③及时发现瓦斯抽采系统及抽采泵站存在的故障和隐患。
(5)在瓦斯抽采系统的主管、支路和钻场管路上安设孔板流量计,配合相应的仪器、仪表,可以对其抽采负压、瓦斯浓度、流量进行定期检测。
(6)在瓦斯抽采硐室顶部应悬挂安设便携式瓦斯监测报警仪,对硐室瓦斯浓度进行检测。
(7)抽采钻场应设置瓦斯传感器,对其瓦斯浓度进行连续检测。有自燃发火的煤层,还应设置温度传感器和CO传感器。
(8)瓦斯抽采泵站值班人员,应对抽采泵的运行状况(如电机温度、各部轴承温度、冷却水进出水温等)以及抽采泵周围进行巡查监视,发现不安全隐患和异常现象,及时向矿调度室汇报,并积极采取措施进行处理和防范。
第六章 安全技术措施
1、抽放容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时,必须经常检查一氧化碳浓度和气体温度参数的变化,发现有自然发火征兆时,应当立即采取措施。
2、井上下敷设的瓦斯管路,不得与带电物体接触并应当有防止砸坏管路的措施。
3、采用干式抽放瓦斯设备时,抽放瓦斯浓度不得低于25%。
4、利用瓦斯时,在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防回风和防爆炸作用的安全装置。
5、抽采的瓦斯浓度低于30%时,不得作为燃气直接燃烧;用于内燃机发电或作其他用途时,瓦斯的利用、输送必须按有关标准的规定,并制定安全技术措施。
6、瓦斯抽采泵站司机及维修人员,必须经过培训合格取得合格证,做到持证上岗。
7、抽采泵站的司机及值班人员要熟悉瓦斯抽采的有关规定,掌握各种安全监控仪表和设备的用途及其操作程序。
8、瓦斯抽采泵等设备和管路系统要进行日常的检查,并做好记录。 9、要配有专人对抽采管路上安设的瓦斯流量、浓度、负压、温度等检测装置和瓦斯断电系统定期进行巡回检测,掌握不同时间的抽采状况和监测装置的运行情况。
10、要配有专人对管路进行采水和管路维护、处理管路积水和漏气等,以保证管路畅通无阻。定期用草酸对泵体除垢。
11、瓦斯抽采检测仪表齐全,定期校正。
12、瓦斯抽采系统运行前,必须对瓦斯抽采泵及管路系统进行全面检查,检查的内容主要有:瓦斯抽采泵电气设备的完好、水电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统、正负压侧管路的密封、管路内的锈垢等,在确认无问题后方可正常运行。
13、 瓦斯抽采泵运行过程中,严格按照抽采泵的操作规程操作,严格执行现场交接班制度。
14、瓦斯抽采泵运行过程中,抽采泵司机必须认真观察抽采泵的运行情况,做好运行状况记录。要加强瓦斯抽采参数(抽采量、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、负压、温度、氧气)测定。人工测定时,泵站内每小时测定1次,抽采管路内每班至少测定1次。
15、抽采地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌,实行巡回检查,每班检查次数不少于2次,间隔时间要均衡。
16、抽采泵司机要携带便携式瓦斯监测报警仪,随时检查抽采泵站处瓦斯浓度,达到0.5%,必须断电停泵。
17、抽采泵站周围20m范围内电气设备防爆性能良好,不得有易燃、易爆物品,杜绝一切引爆火源,并要设置2只干粉灭火器和不少于0.2m3的黄沙,并设置两把防火锨等消防材料、设备。
18、抽采泵及开关附近20m范围内瓦斯浓度达到0.5%不得开泵;在抽采泵上方距顶板300mm处安装一个甲烷传感器,其断电浓度为T CH4≥0.5%,复电浓度为T CH4<0.5%,断电范围为抽采泵及开关电源。
19、抽采管路不得与带电体接触。必须保护好瓦斯抽采管路,严禁砸撞管路,一旦撞坏,必须立即通知泵站司机停泵,并汇报调度室通知有关人员进行处理。
20、加强瓦斯抽采泵正、负压侧管路的检查和维护,每天安排专人对所有管路及采水处进行巡回检查,发现问题及时处理,确保抽采管路处于完好状况。
21、拆开管路时,要先停机30分钟以后,再先慢慢拆开一至二个螺丝边检查瓦斯浓度,边释采瓦斯,禁止不检查瓦斯盲目拆卸阀门管路,防止高浓度瓦斯大量涌出。
22、加强瓦斯抽采泵站的检查和管理,瓦斯抽采泵站内必须配备《抽采泵司机岗位责任制》、《抽采泵司机操作规程》、《瓦斯抽采管理制度》、《抽采系统图》、交接班记录、设备运行记录、抽采参数记录等。
23、瓦斯抽采泵站的电气设备必须完好,达到防爆要求。设置完善的水电闭所、风电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统等。
24、每班必须有专人检查电缆及电器设备,不得有失爆现象。用于抽采瓦斯的器材必须阻燃、抗静电。
25、禁止带电检修设备,打开电器设备检修前,必须检查瓦斯,瓦斯浓度超过0.5%,禁止打开。
26、严格按照程序进行瓦斯抽采泵的操作:
①启动:开启吸气闸阀及排气闸阀;开启进水闸阀供水当水环真空泵自动排水阀有水流出时,关闭进水闸阀;启动电机,马上打开进水闸阀,调节供水阀门使水环真空泵的供水符合规定的流量要求;运转过程中,检查水环真空泵填料松紧程度是否合适,以水滴连续流下为宜;检查压力表压差是否稳定;检查抽采泵运转声音是否正常;泵是否振动;检查气水分离器水位是否稳定;检查排水温度是否正常,一般不超过供水温度11℃,供水水压符合泵站说明书要求。 ②停机:关闭进气闸阀;关闭电动机;关闭供水闸阀。
27、瓦斯抽采泵站内必须设有直通调度室的电话。
28、抽采泵进气口端,应装上20-30目/英寸铜质过滤网。过滤网装夹在管路法兰之间,过滤网外圆周要留有一定的装夹余量,以免吸入泵体,过滤网至少每班清一次,发现负压过高,电机声音异常,及时停泵清网。
29、对采空区抽采负压, 温度, 气体成分严格控制. 当温度超过50℃或CO浓度超过0.005%时,要及时采取措施,或停止抽采
30、其它按照《煤矿安全规程》、《煤矿安全技术操作规程》、《矿井瓦斯抽采管理规范》执行。
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