康華2012年煤礦瓦斯抽放系統方案設計
康華煤礦
2012年元月
目 錄
一、 康華煤礦瓦斯抽放的必要性與可行性----------------------5
二、 瓦斯抽放方案的初步設計----------------------------------------6
三、 瓦斯抽放鉆孔施工及設備----------------------------------------9
四、 瓦斯抽放管網系統-------------------------------------------------11
五、 瓦斯抽放泵的選型-------------------------------------------------15
六、 瓦斯抽放系統的安裝---------------------------------------------18
礦井基本情況
鄭新康華(新密)煤業有限公司原名鄭州康華實業貿易有限公司， 2010年9月與鄭煤集團鄭新煤業有限責任公司兼并重組而成，位于新密市牛店鎮譚村灣村境內，礦井屬六證齊全合法生產礦井。井田面積0.7174平方公里，開采二1煤層，地質儲量148.6萬噸，可采儲量62萬噸，設計生產能力15萬噸/年，設計服務年限3.54年。礦井水文地質類型屬中等，礦井設計正常涌水量30m3/h，最大涌水量60m3/h。煤層傾角2°—10°之間，平均厚度3m，屬III類不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性，爆炸性指數14.12﹪。井田范圍內除主副井筒及工業廣場保護煤柱、風井保護煤柱外，其它區域開采屬復采區域，煤層瓦斯已得到有效釋放，煤層瓦斯含量較小，屬低瓦斯區域。
礦井采用三立井單水平上下山開拓，通風方式為中央分列式，通風方法為機械抽出式，主通風機安裝在風井井口地面附近，副立井升降人員、物料兼做進風井，主立井提煤兼做進風井，風井專用回風，主井、風井均安裝有行人梯子間作為安全出口。主提升采用1.5t非標箕斗，井下運輸采用膠帶運輸機配刮板運輸機運輸，副提升采用0.75t非標罐籠提升。
礦井供電實現雙回路供電，地面主副井各建一個變電所，實現分區域供電，主要通風機、提升絞車等重點設備實現雙回路供電。
目前，礦井有兩個采區兩個采煤工作面、三個掘進工作面，分別為：11采區和21采區， 兩個采區交替生產，現有11001和21001兩個回采工作面，有11012皮帶巷、11012回風巷、21001上副巷改造巷三個掘進工作面。采煤方法為走向長壁手鎬配風鎬落煤煤采煤法，回采工作面采用單體液壓支柱配合π型鋼梁支護。
編制本設計方案的依據：
1. 《礦井抽放瓦斯工程設計規范》。
2. 《礦井抽放瓦斯管理規范》。
4. 《防治煤與瓦斯突出規定》。
5.《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》。
6.《“一通三防”管理手冊》第四章(鄭煤集團公司)。
7. 康華煤礦生產、通風、瓦斯、地質等相關資料。
8.關于鄭煤集團公司2011年度礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結果的報告 。
9. 《煤礦瓦斯抽采監控系統通用技術條件》。
10. 《建筑物防雷設計規范》(2000)。
一 康華礦瓦斯抽放的必要性與可行性
根據《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的第14條規定 “煤與瓦斯突出礦井及高瓦斯礦井必須建立地面固定瓦斯抽采系統”。
《煤礦安全規程》、《礦井瓦斯抽放管理規范》以及《煤炭工業設計規范》有關條款規定: 當一個回采工作面的絕對瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通風方法解決瓦斯問題不可能或不合理時應采用瓦斯抽放措施。
1 瓦斯抽放的必要性
(1)相關法規的要求
按照《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》的第14條規定 “煤與瓦斯突出礦井及高瓦斯礦井必須建立地面固定瓦斯抽采系統”。
(2)采掘工作面瓦斯治理的需要
《煤礦安全規程》、《礦井瓦斯抽放管理規范》以及《煤炭工業設計規范》有關條款規定：當一個回采工作面的絕對瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通風方法解決瓦斯不可能或不合理時應采用瓦斯抽放措施。康華礦11001回采工作面、21001回采工作面，在回采期間為預防瓦斯超限，將瓦斯濃度控制0.5%以下，減輕礦井通風壓力，必須建立瓦斯抽放系統。
2 瓦斯抽放的可行性
康華煤礦二1煤層透氣性差，鉆孔瓦斯流量衰減系數大，屬較難抽放煤層。但可以通過采取措施提高煤體透氣性來進行煤體預抽瓦斯，也可以利用采動影響進行動壓區抽放和采空區隅角抽放，還可以在回采工作面進行頂板巖石鉆孔瓦斯抽放。
二 礦井瓦斯抽放方案初步設計
1 抽放系統簡圖
附后
2 抽放方法選擇的原則
選擇礦井瓦斯抽放方法應根據礦井煤層賦存條件、瓦斯基本參數、 瓦斯來源、巷道布置、 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素來確定, 并應遵守以下原則：
(1).抽放方法應適合煤層賦存狀況、巷道布置、地質條件和開采技術條件。
(2). 應根據礦井瓦斯涌出來源及涌出量構成分析, 有針對性地選擇抽放瓦斯方法, 以提高瓦斯抽放效果。
(3). 在滿足瓦斯抽放的前提下, 應盡可能地利用生產巷道, 以減少抽放工程量。
(4). 選擇的抽放方法應有利于抽放管道的布置和維護。
(5). 選擇的抽放方法應有利于提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本。
(6). 瓦斯抽放應有利于鉆場、鉆孔的施工和抽放系統管網的設計, 有利于增加鉆孔的抽放時間。
3 抽放瓦斯方法選擇
康華煤礦抽放瓦斯的目的是消除或緩解瓦斯突出的危險性及使工作面的瓦斯涌出量降低到通風能解決的水平或減輕礦井通風負擔。 因此, 確定礦井抽放瓦斯的方法為開采層抽放(包括開采工作面和掘進工作面抽放)和采空區抽放等方式。
所有的回采工作面必須進行采前預抽、邊采邊抽和高位抽放，對掘進工作面進行掘前瓦斯預抽和邊掘邊抽。 選擇的瓦斯抽放方法如下：
⑴.回采工作面：采前預抽、動壓區抽放、頂板巖石高位鉆孔抽放和隅角埋管抽放相結合;
⑵.掘進工作面：掘前預抽和邊掘邊抽相結合;
⑶.開展采空區瓦斯抽放。
4 掘進工作面瓦斯抽放
掘進工作面抽放瓦斯的方法有邊掘邊抽和先抽后掘瓦斯抽放兩種方式。采用邊掘邊抽時, 抽放鉆孔布置方式如圖所示。
鉆孔布置參數如下：
鉆孔長度 60m;
鉆孔直徑 ∮89 mm;
鉆孔方位 控制巷道兩幫各15米;
鉆場間距 40 m;
鉆場內鉆孔數 9個;
封孔深度 18m;
封孔方式 聚胺脂封孔.
掘進工作面邊掘邊抽瓦斯鉆孔布置示意圖
鉆孔布置及參數：每個鉆場內布置9個鉆孔,孔徑不小于89mm,孔深60m，呈兩列三排布置,上排孔開孔位置距巷底1.5m,中排開孔位置距巷底1.0m,下排開孔位置距巷底0.5m;并做到全層位控頂控底，即：上排鉆孔終孔于煤層頂板巖石0.5m深度處，中排鉆孔終孔位于煤層中部，下排鉆孔終孔打至煤層底板巖石0.5m深度處。
5 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層中和部分采空區中的瓦斯通過鉆孔和瓦斯抽放管道排放到地表或井下回風巷中。 下圖為回采工作面高位鉆孔布置示意圖。
采煤工作面高位鉆孔布置示意圖
需要注意的是，本設計中的瓦斯抽放鉆孔參數應根據現場實際情況及時進行必要的調整，以達到最佳的抽放效果。
三 瓦斯抽放鉆孔施工及設備
1 鉆機的選擇
選擇鉆機需要考慮的因素包括: 1).鉆進深度; 2).鉆進速度; 3).鉆孔直徑; 4).給進、起拔能力; 5).鉆機體積; 6).液壓系統; 7).性價比。
康華煤礦現有鉆機一部,是重慶煤科分院生產的ZYG系列全液壓鉆機，這種鉆機均為分體式結構, 具有體積小、重量輕、便于拆裝、移動安裝方便、機械效率高等優點，完全能夠滿足井下瓦斯抽放鉆孔鉆進的要。
除了采取鉆孔施工技術的一般安全措施(略)外, 還必須采取以下特殊措施:
(1). 在施鉆地點附近安設1部電話;
(2). 調整通風系統, 使采煤工作面回風不直接流經打鉆地點, 開始打鉆以前要完成打鉆區域通風系統調整;
(3). 采掘工作面放炮時, 撤出打鉆人員至安全地點, 放炮期間, 所有人員均不得進入回風系統;
(4). 放炮后, 待打鉆現場瓦斯不超限, 整個區域無安全異常, 才能恢復正常打鉆;
(5). 若打鉆現場發生安全異常, 必須立即按安全路線撤離。
3 鉆孔封孔
(一)底板巖巷穿層鉆孔采用合格礦用樹脂材料和水泥聯合封孔技術，要求封孔至煤巖交界處，封孔管進入煤層不小于1m或進入煤層的中部，進入煤層段封孔管為花管。
(二)普通順層鉆孔采用“兩堵一注”封孔方式，鉆孔封孔深度不小于15m，封孔段長度不小于12m;或采用其他經試驗有效的封孔材料及方法。封孔段長度以不漏氣為準。
為防止鉆孔塌孔，影響抽采效果，順層抽采鉆孔應下封孔管伸入煤層不小于鉆孔深度的二分之一，封孔段以里的封孔管全部為花管，封孔管與花管連接緊密可靠。
1— 集氣孔段 2—聚氨酯封孔段 3—水泥砂漿封孔段
4—雙抗封孔管
圖3-4 聚胺脂封孔示意圖
四 瓦斯抽放管網系統
在選擇瓦斯抽放管路系統時, 主要根據抽放泵站位置, 開拓巷道布置, 管路安裝條件等進行確定。抽放管路應盡量選擇敷設在巷道曲線段少和距離短的線路中, 盡可能避開運輸繁忙巷道, 同時還要考慮供電, 供水, 運輸方便。
4.1瓦斯抽放管管徑計算及管材選擇
瓦斯抽放管管徑按下式計算：
式中 D-----瓦斯抽放管內徑，m;
Q-----抽放管內混合瓦斯流量，m3/min;
V-----抽放管內瓦斯平均流速，經濟流速V=5-15m/s, 取V=7 m/s.
根據鄭煤集團公司2011年度礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結果的報告提供康華礦全礦井相對量涌出量：5.29 m3/min，絕對量：1.53 m3/t。按抽放率30%，最低抽采濃度為2%計算。
采動煤量的抽出量應為：1.53 m3/t×30%=0.459 m3/t
礦井班生產能力按300噸計算，每班需采出純瓦斯量為：
0.459 m3/t×300=137.7 m3
每分抽出純量為：137.7 m3/(8×60)=0.28 m3/min
最低抽出濃度按2%計算，混合量為：14 m3/min
約定：
為全礦井服務的井筒及地面瓦斯抽放管為主管;
為一個采煤工作面服務的瓦斯抽放管為支管1;
為一個掘進工作面服務的瓦斯抽放管為支管2。
根據各瓦斯抽放管內預計的瓦斯流量，按式(4-1)計算選擇的瓦斯抽放管管徑如表4-1示。
表4-1 瓦斯抽放管管徑計算選擇結果
式中 D-----瓦斯抽放管內徑，m;
Q-----抽放管內混合瓦斯流量，m3/min;
V-----抽放管內瓦斯平均流速，經濟流速V=5-15m/s, 取V=7 m/s.
根據鄭煤集團公司2011年度礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結果的報告提供康華礦全礦井相對量涌出量：5.29 m3/min，絕對量：1.53 m3/t。按抽放率30%，最低抽采濃度為2%計算。
采動煤量的抽出量應為：1.53 m3/t×30%=0.459 m3/t
礦井班生產能力按300噸計算，每班需采出純瓦斯量為：
0.459 m3/t×300=137.7 m3
每分抽出純量為：137.7 m3/(8×60)=0.28 m3/min
最低抽出濃度按2%計算，混合量為：14 m3/min
約定：
為全礦井服務的井筒及地面瓦斯抽放管為主管;
為一個采煤工作面服務的瓦斯抽放管為支管1;
為一個掘進工作面服務的瓦斯抽放管為支管2。
根據各瓦斯抽放管內預計的瓦斯流量，按式(4-1)計算選擇的瓦斯抽放管管徑如表4-1示。
表4-1 瓦斯抽放管管徑計算選擇結果
⑵.局部阻力(Hj)計算
管路局部阻力損失按直管阻力損失的15%計算，則抽放管路系統的局部阻力損失為:
Hj =0.15 Hm = 0.15 x 4524.3 = 678.6 Pa.
(3). 總阻力(H)計算
H = Hm + Hj
= 4524.3 + 678.6 = 52029 Pa
4.2.1、瓦斯抽放管路與瓦斯抽放鉆孔的連接
用埋線管將鉆孔封孔管與布置在巷道中的瓦斯抽放支管相連接，連接處要用抱箍固定，或用鐵絲捆扎。 瓦斯抽放主干管和支管均采用法蘭盤螺栓緊固連接, 中間夾橡膠密封圈。
4.2.2、抽放泵附件
鉆場支管安設單孔測量裝置,鉆場總管安設總測量裝置,抽放泵站安設總測量裝置。叉口設置閘門，低洼處設置放水器。
五、瓦斯抽放泵選型
瓦斯抽放泵的選型原則有兩個：
①泵的流量應滿足抽放系統服務期間可能達到的最大瓦斯抽放量;
②泵的壓力能克服最困難路線的管網阻力，使抽放鉆孔達到足夠的負壓，并滿足
瓦斯抽放泵流量計算方法
……………………………(5-1)
式中:
Q — 瓦斯抽放泵所需額定流量，m3/min;
Q z — 礦井抽放系統最大瓦斯抽放純量，為0.28m3/min;
X — 礦井抽放瓦斯濃度，為2%;
K — 備用系數，K=1.20;
η— 抽放泵機械效率，η=0.80.
本抽放系統設計抽放量為14m3/min，則瓦斯抽放泵所需額定流量計算如下:
Q = 14/0.80 =17.5m3/min
瓦斯抽放泵選型
根據上述計算結果, 查國內有關廠家的真空泵曲線, 即可確定瓦斯抽放泵的型號. 由于目前我國的真空泵曲線都是按工況狀態下的流量繪制的, 所以還需要按下列公式把標準狀態下的瓦斯流量換算成工況狀態下的流量.
Q泵工 = Q泵
(5-2)
式中:
Q泵工 – 工況狀態下的瓦斯泵流量, m3/min;
Q泵 – 標準狀態下的瓦斯流量, m3/min;
P0 – 標準大氣壓力(P0=101325Pa), Pa;
P – 瓦斯泵入口絕對壓力, Pa; 取60000 Pa
T - 瓦斯泵入口瓦斯的絕對溫度(T=273+t), K;
T0 – 按瓦斯抽放行業標準規定的標準狀態下絕對溫度(T0=273+20), K;
t - 瓦斯泵入口瓦斯的溫度, ºC.
取瓦斯泵入口溫度t = 20ºC, 則:
Q泵工 = 17.5×
= 29.9 m3/min
根據上述計算結果, 使用額定流量大30 m3/min，結合集團公司有關規定和礦井后期生產按排，確保礦井安全生產，建議使用額定流量為90 m3/min抽放泵兩臺。
1 瓦斯抽放泵站供電
抽放泵供電系統實現雙回路供電，照明等設備供電符合《煤礦瓦斯抽采工程設計規范》的要求。根據煤炭工業礦井設計規范GB-5012-94, 瓦斯抽放站的電力負荷為一級負荷, 必須保證有兩個電源供電.
2 瓦斯抽放泵給排水
(1). 給水
瓦斯抽放泵的供水采用地面清潔水(PH值6-8). 建造循環系統使用軟化水裝置,供水量大于12m3/h.要求供水壓力大于200mbar即可。
(2). 排水
水環式真空泵排出的水收集后排入礦井蓄水池或循環使用.
(3)斷水保護，當抽放泵供水系統斷水時能切斷抽放泵的電源，保證抽放安全運行。
3 瓦斯抽放泵站照明
在瓦斯抽放泵站內的照明燈具選用隔爆型.
4 抽放泵監控系統
為保證瓦斯抽放系統的安全運行和礦井的安全生產, 瓦斯抽放系統設計時必須具備完善的安全監測系統, 對泵站的環境瓦斯濃度, 真空泵供水, 抽放瓦斯濃度, 抽放量, 負壓, 溫度, 排放口的正壓, 瓦斯濃度等參數進行監測. 建議南京科強科技實業有限公司生產的WYS型管道氣體參數監測儀和KJ-91泵站監測系統.
泵站控制系統及管道參數監測系統符合《煤礦瓦斯抽采監控系統通用技術條件》的要求及集團公司有關規定。
5瓦斯抽放泵站通訊
在瓦斯抽放泵站應設置有到礦調度室的防爆型電話分機.
6 防雷設施
在瓦斯抽放泵站房頂上設置避雷針, 并接地.
根據《建筑物防雷設計規范》(2000), 設避雷線保護瓦斯排放管, 在瓦斯抽放站房頂設置避雷帶防感應雷. 在變電所設工作接地, 接地電阻<4Ω; 在瓦斯抽放站分別設防雷接地. 接地電阻均<10 Ω.
設計放空管的高度為7m, 在距放空管5m之內設一高度為14m的避雷針.
1). 放空管應高于房脊4m以上, 放空管與避雷針距離小于5m;
2). 泵房房頂應安放雷網;
3). 避雷針接地電阻不得大于4Ω, 達不到要求的要增加接地極;
4). 瓦斯抽放泵房內所有設備的金屬外殼都應接地, 金屬走線架, 水管等金屬物必須接地;
5). 為防止井下瓦斯抽放管路帶電, 瓦斯抽放管也需接地;
6). 瓦斯抽放泵供電采用四芯電纜, 其中一芯接地;
應由具有防雷專業資質的相關部門或設計單位進行設計, 安裝.
7 泵房采暖, 通風
當地冬天最低氣溫可以達到-8ºC以下, 應該在泵房和值班室安裝采暖和通風系統.門窗及排氣口合計的泄壓面積要符合要求.
六 瓦斯抽放系統的安裝
1 瓦斯抽放系統安裝的基本要求
瓦斯抽放系統的安裝, 調試和運行等必須遵守《煤礦安全規程》和《礦井瓦斯抽放管理規范》的有關規定.
瓦斯抽放系統安裝所使用的材料必須為煤礦井下所允許使用的產品, 并具備煤礦安全產品標志準用證.
2 瓦斯抽放泵的安裝
瓦斯抽放泵應安裝在專門的瓦斯抽放泵房內, 泵房內必須有足夠的照明, 消防等設施, 嚴禁堆放易燃物品, 嚴禁無關人員進入瓦斯抽放泵房內.
3 瓦斯抽放, 排放管路及附屬設施安裝
瓦斯抽放, 排放主管路采用無縫鋼管, 法蘭連接, 安裝時采用錨桿吊掛在巷道頂部, 也可以采用其他支撐方式安裝在巷道壁上, 但不能影響車輛和行人. 管路應盡量避免與電纜安裝在同一巷邦上, 管路全程嚴禁與帶電物體接觸, 并在管路上安設可靠的接地措施.
抽放主管路每隔200-400m安裝一調節閘閥, 在管路的低洼處安裝人工或自動負壓放水器, 定期放水. 抽放支管安裝閥門, 流量計和放水器等.
瓦斯抽放用所有金屬部件均須防腐處理, 管路安裝完畢要進行密閉性試驗, 并進行吹掃處理, 以免管路漏氣和內存雜物. 封閉性能實驗使用水試壓, 壓力為0.2MPa, 一小時內壓降不超過10%.試壓后, 管路涂紅色漆.
4、電氣部分安裝由礦上設計并安裝
4 瓦斯抽放管路管理
(1). 新安瓦斯管路, 必須進行管路設計. 設計內容包括: 設計條件和管路設計;
(2). 瓦斯抽放管材必須采用煤礦安全準用材料;
(3). 管道安裝平直, 穩定可靠, 變徑地點采用過渡節. 主干管離地高度0.5m. 受巷道高度限制的支管離地墊高大于0.3 m.
(4). 管道與巷壁距離大于0.3 m.
(5). 嚴禁帶電物體接觸;
(6). 管道安裝完畢, 要進行吹洗和漏氣試驗. 實驗壓力為0.2MPa, 10min內無壓力變化.
(7). 管道安裝完畢, 要進行防腐處理.
七 主要安全技術措施
(1). 在瓦斯抽放系統運行前, 必須對瓦斯抽放泵及管路系統進行全面細致的檢查, 包括水電閉鎖, 風電閉鎖, 供水和排水系統等;
(2). 瓦斯抽放泵運行前, 應在負壓冊低洼點安裝負壓放水器;
(3). 管路在使用前用壓風沖刷, 安裝過濾網;
(4) 瓦斯抽放泵在運行過程中, 抽放泵司機應認真觀察運行情況, 做好記錄, 發現異常即使處理, 并向調度室匯報;
(5). 應確保有取得合格證的專門瓦斯抽放泵司機值班;
(6). 加強抽放地點的管理;
(7). 抽放地點設立專門的記錄牌, 記錄瓦斯抽放數據;
(8). 瓦斯抽放泵20m范圍內, 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). 加強瓦斯抽放泵管路檢查的維修;
(10). 加強瓦斯抽放泵室的檢查和管理, 必須配備: 《抽放泵司機崗位責任》，《抽放泵司機操作規程》，《瓦斯抽放管理制度》，《抽放系統圖》，設備運行記錄等;
(11). 非工作人員不得進入瓦斯抽放泵室;
(12). 瓦斯抽放泵的操作程序為:
開啟: 檢查 à 供水 à 啟動泵站 à 檢查運行方向 à 檢查水位 à 啟動電機 à 打開閥門。
停泵: 關閉閘門 à 停電機 à 停水。
八瓦斯抽放泵司機作業操作規程
附抽放泵說明書
附抽放系簡圖
