《瓦斯防治技術(shù)》課程設(shè)計

1、<p>　　《瓦斯防治技術(shù)》課程設(shè)計</p><p>　　專 業(yè) 安全工程 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　課程名稱 瓦斯防治技術(shù) <

2、;/p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　2019年12月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 綜采工作

3、面概況2</p><p>　　第一節(jié) 采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件和煤層綜合柱狀圖2</p><p>　　第二節(jié)　煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù)3</p><p>　　第三節(jié) 采區(qū)和工作面巷道布置、采煤方法3</p><p>　　第二章 瓦斯儲量計算、抽放瓦斯必要性論證4</p><p>　　第一節(jié)　煤層瓦斯儲量計算

4、4</p><p>　　第二節(jié)　工作面可抽放量計算和抽放必要性可行性論證 6</p><p>　　第三章 煤層瓦斯抽放方法設(shè)計7</p><p>　　第一節(jié) 抽放方法的比較和選擇7</p><p>　　第二節(jié) 抽放鉆孔參數(shù)確定8</p><p>　　第三節(jié) 繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖8</p>

5、;<p>　　第四章 綜采工作面瓦斯抽放系統(tǒng)9</p><p>　　第一節(jié) 工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置 9</p><p>　　第二節(jié) 抽放管路的計算和選擇 10</p><p>　　第五章 瓦斯泵選型11</p><p>　　第一節(jié) 抽放系統(tǒng)管道阻力計算 11</p><p>　　第二節(jié)

6、瓦斯泵流量和壓力計算 13</p><p>　　第三節(jié) 瓦斯泵選型確定13</p><p>　　第六章 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施14</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　本采區(qū)開采煤層厚度為4.8~5.2m，平均厚度為5m；賦存穩(wěn)定，傾角為2~5°頂板為砂質(zhì)泥巖，巖層不能

7、致密，距開采層 8~10m，頂部位上鄰近層，該煤層在本區(qū)域內(nèi)厚度0~0.4m為不可采煤層。本采區(qū)內(nèi)有小斷層，對開采影響不大。</p><p><b>　　編制設(shè)計方案的依據(jù)</b></p><p>　　（1）《礦井抽采瓦斯工程設(shè)計規(guī)范》MT5018-96中華人民共和國煤炭工業(yè)部；</p><p>　?。?）《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》1997中華人

8、民共和國煤炭工業(yè)部；</p><p>　?。?）《煤礦安全規(guī)程》(2006)國家煤炭安全監(jiān)察局；</p><p>　?。?）《采礦工程設(shè)計手冊》煤炭工業(yè)出版社；</p><p>　?。?）《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006）中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標準；</p><p>　　（6）《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1027-2006）

9、中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標準；</p><p>　　第一章 綜采工作面概況</p><p>　　第一節(jié) 采區(qū)位置范圍、地質(zhì)條件和煤層綜合柱狀圖 </p><p><b>　　地質(zhì)條件 </b></p><p>　　本采區(qū)開采煤層厚度為4.8~5.2m，平均厚度為5m；賦存穩(wěn)定，傾角為2~5°頂板為砂質(zhì)泥巖，

10、巖層不能致密，距開采層 8~10m，頂部位上鄰近層，該煤層在本區(qū)域內(nèi)厚度0~0.4m為不可采煤層。本采區(qū)內(nèi)有小斷層，對開采影響不大。</p><p>　　第二節(jié)　煤層瓦斯參數(shù)和抽放瓦斯參數(shù) </p><p>　　主要瓦斯參數(shù)   本工作面位于標高－650水平，為礦井開采第三水平，煤層瓦斯含量為10m3/t，煤的密度為1.45t/m3，預(yù)測有突出危險，經(jīng)預(yù)測工作面絕對瓦

11、斯涌出量QCH4為12m3/min。</p><p>　　已知抽放瓦斯參數(shù)：   經(jīng)實測煤層透氣性系數(shù)λ＝1（m2/MPa2.d)，如用未卸壓長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽出量為0.01m3/min·hm；如用卸壓淺孔抽放瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽放量為1.0m3/min·hm，同時λ值提高到27.6（m2/MPa2.d)；如用卸壓長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，百米鉆孔瓦斯抽放量為0

12、.05~0.1m3/min·hm；可根據(jù)以上測定的抽放參數(shù)選擇抽放方法</p><p>　?。?）卸壓淺孔抽放時，抽放影響半徑為1.2m，鉆孔所需要的抽放孔口負壓為15KPa，邊采煤邊抽放瓦斯。 </p><p>　?。?）未卸壓長鉆孔抽放：鉆孔抽放半徑為2.0m，鉆孔孔口需負壓為25KPa，掘進期間邊掘進邊抽放瓦斯。</p><p>　?。?）卸壓長鉆孔

13、抽放，鉆孔抽放影響半徑為2.5m，鉆孔孔口需要負壓為20KPa，邊采煤邊抽放。</p><p>　　第三節(jié) 采區(qū)和工作面巷道布置、采煤方法 </p><p>　　采用走向長壁全部跨落頂板管理法，工作面后退式傾斜分層開采，上分層采用綜合機械化采煤，采高為2.8m采用兩班采煤，一班抽放瓦斯，工作面日推進度為3m；下分層采高為2.2m。巷道布置如圖所示。</p><p>

14、　　附：綜采工作面巷道布置范圍</p><p>　　第二章 瓦斯儲量計算、抽放瓦斯必要性論證</p><p>　　第一節(jié)　煤層瓦斯儲量計算 </p><p>　　1.按煤層全厚計算        式中：W1—戊9-10煤層瓦斯儲量,萬m3；    k1

15、—圍巖瓦斯儲量系數(shù)可取1.1~1.3；     k2—不可采鄰近煤層瓦斯儲量系數(shù),可取1.2~1.4；</p><p>　　Ai—第i可采煤層煤炭地質(zhì)儲量,萬噸；     Xi—第i可采煤層平均瓦斯含量,m3/t。</p><p>　　由于儲量的計算關(guān)系到生產(chǎn)和瓦斯抽放的準確性，因此，在選擇K1 、K2的修

16、正值時選取中間數(shù)值，即：K1 =1.2，K2 =1.3;</p><p>　　采煤層煤炭地質(zhì)儲量，（萬噸）</p><p>　　A=1500×200×5×1.45=217.5萬噸</p><p><b>　　瓦斯總儲量</b></p><p>　　W1=1.2*1.3*(1500*200*5

17、*1.45*12)=4071.60萬m3</p><p>　　2.按采高計算：        式中:W2－按采高計算煤層瓦斯儲量，萬m3；    Xi—第i可采煤層平均瓦斯含量,m3/t。；    Ai－采面長度（m)×采面走向長（m)×采高（m)×煤的密

18、度（t/m3）</p><p>　　上分層采高2.8m，煤層瓦斯儲量：</p><p>　　W2 =1.2×1.3×1500×200×2.8×1.45×12×10-4=2280.096萬m3</p><p>　　下分層采高2.2m，煤層瓦斯儲量：</p><p>　　W2＝

19、1.2×1.3×200×1500×2.2×1.45×12×10-4＝1791.504萬m3 </p><p>　　3.工作面瓦斯抽放率        式中:d－工作面瓦斯抽放率（％）    q純－工作面瓦斯可抽放量   

20、0;Q·CH4－工作面絕對瓦斯涌出量 </p><p>　　d=100*10.368/19=54.6%  4．工作面瓦斯可抽放量W3     式中W3－工作面瓦斯可抽放量m3/min   W2－按采高計算煤層瓦斯儲量m3/min   d－工作面瓦斯抽放率（％） 上

21、分層瓦斯可抽放量W3：</p><p>　　W3＝W2d＝2280.096×54.6％＝1244.96萬m3</p><p>　　下分層瓦斯可抽放量W3： </p><p>　　W3＝W2d＝1791.504×54.6％＝978.16萬m3</p><p>　　第二節(jié)　工作面可抽放量計算和抽放必要性可行性論證 </p

22、><p>　　1.抽放瓦斯的必要性 </p><p>　　根據(jù)供風(fēng)量為1500m3/min，工作面瓦斯?jié)舛劝?.6％計算風(fēng)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19m3/min，如不可抽放瓦斯，則工作面的瓦斯?jié)舛葘⒊蓿行璩榉磐咚沽浚絈CH4-Qp=19-9=10m3/min工作面瓦斯?jié)舛炔拍芫S持0.6％ </p&g

23、t;<p><b>　　2.抽放的可行性 </b></p><p>　　本煤層瓦斯抽放的可行性是指在自然透氣條件下進行預(yù)抽的可能性，衡量本煤層瓦斯預(yù)抽可行性指標有三個：煤層透氣性系數(shù)（λ），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）和百米鉆孔瓦斯極限抽放量衰減系數(shù)（Qj）。</p><p>　　按λ、α和Qj判斷本煤層瓦斯抽放可行性標準如表2-2示。</p>

24、<p>　　表2-2 本煤層預(yù)抽瓦斯難易程度分類表</p><p>　　根據(jù)已知條件，煤層透氣性系數(shù)λ=1（㎡/MPa2·d）,本煤層屬于可以抽采煤層，應(yīng)采取其他技術(shù)措施，基本具備預(yù)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。</p><p>　　第三章 煤層瓦斯抽放方法設(shè)計</p><p>　　第一節(jié) 抽放

25、方法的比較和選擇</p><p>　　本工作面采用本煤層瓦斯抽放有三種方式可供選擇   （1）本煤層未卸壓長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，邊掘邊抽；   （2）本煤層卸壓淺孔預(yù)抽瓦斯，邊采煤，邊抽放。（兩班采煤，一班抽放）；   （3）本煤層未卸壓長鉆孔抽放，邊采邊抽。2．經(jīng)濟技術(shù)比較   （1）煤層透氣性系數(shù)比較：未卸壓順層長孔抽放時,煤層透氣性系數(shù)λ值為原始值，即1。卸壓

26、鉆孔抽放λ值可提高（10—100）倍，達到27.6(m2/MPa2·d)  （2）百米鉆孔抽放量比較：未卸壓順層長孔抽放時為0.01m3/min·km，卸壓淺孔抽放時可達到1~3m3/min·km，卸壓長鉆孔抽放為0.05~0.1m3/min·km  （3）抽放工藝比較：未卸壓長孔抽放和卸壓長孔抽放，需要MK系列大鉆機（30KW）操作移動不便。封孔方法用水泥、沙漿或聚胺脂操

27、作比較復(fù)雜。而卸壓淺孔抽放用QFZ-22輕便防突鉆機，用CF-Z型等膠囊封孔器，操作極為簡便。 （4）采用卸壓淺孔抽放瓦斯。</p><p>　　第二節(jié) 抽放鉆孔參數(shù)確定 </p><p><b>　　主要參數(shù)的確定 </b></p><p>　　（1）鉆孔直徑為89mm；鉆孔深度為9m；鉆孔距為2m；鉆孔抽放影響半徑=2×1

28、=2m。</p><p>　?。?）鉆孔數(shù)N     N=工作面長度-10（m）/孔距+1</p><p>　　N＝﹙200－10﹚／2﹢1＝96個</p><p>　　因為采高5米，所以布置四層鉆孔</p><p>　　鉆孔總數(shù)96×4=384</p><p&

29、gt;　?。?）鉆孔總長度為M：      M=鉆孔深度×N(m)</p><p>　　M＝9×384＝3456m</p><p>　?。?）工作面每分鐘可抽放量q純      q純=M×百米鉆孔可抽放量(m3/min) q純＝3456×3

30、/1000＝10.368m3 ／min</p><p>　　第三節(jié) 繪制抽放鉆孔布置平面圖和剖面圖 </p><p><b>　　繪制鉆孔布置圖 </b></p><p>　　根據(jù)選擇的卸壓抽放瓦斯方法，繪制鉆孔布置施工圖。</p><p><b>　　抽放鉆孔布置平面圖</b></p>

31、<p><b>　　抽放鉆孔布置剖面圖</b></p><p>　　第四章 綜采工作面瓦斯抽放系統(tǒng)</p><p>　　第一節(jié) 工作面瓦斯抽放設(shè)施的配置和布置 </p><p>　　根據(jù)巷道長度和巷道布置，繪制抽放瓦斯管道系統(tǒng)圖。 </p><p>　　（1）系統(tǒng)圖必須繪制閥門，流量計和放水器位置注明各巷道

32、管道的管徑和長度，包括吸入段和排出段管道布置；管道長度應(yīng)根據(jù)巷道長度來確定；根據(jù)巷道布置可知，風(fēng)巷長度為1500m,采區(qū)軌道上山長度為500m(至泵站位置)，采區(qū)軌上山瓦斯泵站距離為20m;采區(qū)回風(fēng)上山長度為550m,采區(qū)總回風(fēng)巷長度瓦斯管道終端為50m,瓦斯泵站至采區(qū)回風(fēng)上山斜巷長度為30m。</p><p>　?。?）抽放管道吸入段長度=風(fēng)巷長度+采壓軌道上山至泵站長度+采區(qū)軌道上山（至泵站位置）長度。 &l

33、t;/p><p>　?。?）抽放管道排出段長度=泵站至回風(fēng)上山距離+采區(qū)回風(fēng)上山長度+采區(qū)回風(fēng)巷長度（瓦斯管道終端）。 </p><p>　　第二節(jié) 抽放管路的計算和選擇 </p><p>　　1、管道內(nèi)徑計算          式中：D內(nèi)—瓦斯管道內(nèi)徑m    Q—管道混

34、合瓦斯流量m3/min    V—管道中混合瓦斯的經(jīng)濟流速，m/s，一般取6~10m/s，考慮到管道內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?0%。      Q混= q純/C    式中：Q混—管道混合瓦斯流量m3/min     q純—工作面純瓦斯可抽放量，m3/min；     C—管道內(nèi)純

35、瓦斯?jié)舛葹?0%</p><p>　　根據(jù)以上公式可以計算：</p><p>　　管道內(nèi)管道混合瓦斯流量的大?。?lt;/p><p>　　Q混＝q純／C＝10.368／20％＝51.84m3 ／min</p><p><b>　　管道內(nèi)徑的大??；</b></p><p>　　D內(nèi)＝0.1457﹙Q／V

36、﹚1／2 ＝0.1457×﹙51.84／8﹚1／2 ＝0.371 m=371mm</p><p>　　根據(jù)條件    根據(jù)以上公式可以計算管道內(nèi)徑的大??；根據(jù)流速流量，選擇合適內(nèi)徑的管材。 </p><p>　　內(nèi)徑選擇375mm  2、管道材料及壁厚 </p><p>　　考慮運輸安裝方便，目前廣泛采用玻璃鋼管

37、時Φ300~500壁厚為16mm 則，根據(jù)以上計算可初步選定管道內(nèi)為375管材為玻璃鋼.</p><p><b>　　第五章 瓦斯泵選型</b></p><p>　　第一節(jié) 抽放系統(tǒng)管道阻力計算 </p><p>　　1．抽放阻力計算    （1）直管阻力損失計算：   H真＝9.81﹙L

38、△Q2混／K0D5內(nèi)﹚    式中：H直—瓦斯管道直管阻力損失，Pa；     L—瓦斯管道直管長度，m；     △—混合瓦斯對空氣的相對密度，管道內(nèi)純瓦斯?jié)舛葹?0%時，△=0.91；     Q混—管道混合瓦斯流量m3/h，由指導(dǎo)書可知，單位必須換算成m3/h ；</p><p>

39、　　K0—管路系數(shù)，取0.71；     D內(nèi)——瓦斯管道內(nèi)徑mm由指導(dǎo)書可知，單位必須換算成cm，才能代入公式。 </p><p>　　根據(jù)計算公式列表計算管道吸入段及排出段的阻力損失：</p><p>　　直管阻力損失=吸入段阻力+排出段阻力損失 </p><p>　?。?）局部阻力損失計算（管路局部阻力損失按直管阻力損失15%計

40、算）     總局部阻力損失     H局總＝H直總×0.15﹙Pa﹚</p><p>　　總局部阻力損失＝4345.73×0.15＝651.86Pa</p><p>　?。?）抽放系統(tǒng)總阻力計算：     抽放系統(tǒng)總阻力損失     H總＝

41、H直總＋H局總﹙Pa﹚ 抽放系統(tǒng)總阻力損失＝4345.73＋651.86＝4997.59Pa</p><p>　　第二節(jié) 瓦斯泵流量和壓力計算 </p><p><b>　　瓦斯泵流量計算 </b></p><p>　　Q泵＝q純·K／Cη    式中:Q泵-瓦斯抽放泵額流，m3/min；

42、     Q純-工作面抽放純瓦斯含量，m3/min；     C-瓦斯泵入口處純瓦斯?jié)舛龋?0%；     η-瓦斯泵機械效率，取80%；     k-瓦斯抽放綜合系統(tǒng)，取K=1.2。 </p><p>　　Q泵 ＝q純·K／Cη</p><p>　　

43、＝10.368*1.2/0.2/0.8=77.76m3/min</p><p><b>　　瓦斯泵壓力計算 </b></p><p>　　H泵=（H總+H孔）K備     式中：H泵-瓦斯泵壓力Pa    H總-瓦斯管路總阻力損失（排出段與吸入段阻力損失之和）；     H

44、孔-抽放鉆孔所需的負壓，對液孔抽放H孔取12000Pa；     K備-抽放備用系數(shù)K取1.2。</p><p>　　H泵＝﹙4997.59＋12000﹚×1.2＝20397.1 Pa</p><p>　　第三節(jié) 瓦斯泵選型確定 </p><p>　　按教材P164表2-95選（注意表中1mbar=102Pa）ZBE1系列水

45、環(huán)式真空泵選型的原則：     選出的泵的壓力≥計算出來的H泵;     流量≥計算出來的Q泵。</p><p>　　結(jié)合上述情況，選擇SK-85型水循環(huán)式真空泵，起工作流量為85 m3/min，泵的壓力為650mmHg，均大于設(shè)計要求，符合條件，滿足使用要求。適用于此工作面的瓦斯抽放系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)SK-85

46、型水循環(huán)式真空泵的轉(zhuǎn)速365r／min和功率130KW，選擇合適的電動機與之配合。</p><p>　　第六章 工作面瓦斯抽放安全技術(shù)措施</p><p>　　1、瓦斯管路在運輸巷道內(nèi)，應(yīng)架設(shè)一定的高度并固定在巷道壁上，避免被車輛撞壞漏氣。</p><p>　　瓦斯管路不得與帶電物體接觸，在工作面巷道中應(yīng)與電纜分開鋪設(shè)，若分開有困難，二者間距不得小于300mm，且瓦

47、斯管路必須在上方。</p><p>　　施工單位在運輸時，應(yīng)注意保護瓦斯抽放管路，嚴禁人員隨意破壞或車輛撞壞，一旦損壞應(yīng)立即通知通風(fēng)區(qū)，并向礦調(diào)度室匯報，由相關(guān)單位及時派人采取措施處理。</p><p>　　瓦斯管路吊掛牢固、整齊，并要對瓦斯管路加強日常檢查、維修和更換。</p><p>　　工作面瓦斯抽放過程中，上隅角編織袋墻要打嚴密，防止大量氣體溢出</p

48、><p><b>　　。</b></p><p>　　抽出的瓦斯排入回風(fēng)巷時，在管路出口上風(fēng)側(cè)5m以外，下風(fēng)側(cè)30m以外處必須設(shè)置隔離柵欄，懸掛警標，禁止人員入內(nèi)，兩柵欄間禁止任何作業(yè)。</p><p>　　在瓦斯抽放站內(nèi)安裝一瓦斯監(jiān)測探頭，報警濃度為0.5%。</p><p>　　在排瓦斯管路出口下風(fēng)側(cè)柵欄外設(shè)置一瓦斯監(jiān)測

49、探頭，報警斷電點均為1％，復(fù)電濃度為小于1%，當(dāng)瓦斯超限時，能自動切斷抽放瓦斯泵電源，停止瓦斯抽放工作。</p><p>　　安設(shè)瓦斯抽放監(jiān)測裝置一套，對抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛龋髁康葏?shù)進</p><p>　　每班加強瓦斯抽放管路中CO濃度及溫度檢查，發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，立即向通風(fēng)調(diào)度匯報，并停止抽放。</p><p>　　要經(jīng)常檢查抽放管路系統(tǒng)中的防回火、防回氣

50、、防爆炸等安全措施，使其保持良好狀態(tài)。</p><p>　　對測量氣體濃度、溫度的測定孔，平常不用時要用塞子堵嚴，防止漏氣。</p><p>　　瓦斯泵房內(nèi)的電氣設(shè)備和照明都要采用防爆型。</p><p>　　在瓦斯泵房外制作一個容積為3m3的鐵水箱，并利用潛水泵向箱體內(nèi)供水，平時要保持箱體內(nèi)有足夠的容水量，一旦大巷內(nèi)無水，可做為抽放泵的備用水源使用。</p&

51、gt;<p>　　抽放硐房內(nèi)要有專人值班，每小時檢查記錄一次有關(guān)參數(shù)，如瓦斯?jié)舛?、CO濃度及抽放負壓等。</p><p>　　在抽放過程中，隨著工作面的推進，要及時移動上隅角抽放管路，確保抽氣端彈簧管不打死彎和埋管深度符合要求。</p><p>　　要加強對上隅角周圍巷道的支護工作，防止巷道落碴砸壞抽放管路，影響抽放工作。</p><p>　　抽放硐室

52、內(nèi)應(yīng)配備一部直通礦調(diào)度室的專用電話和做記錄用的桌椅。</p><p>　　硐室內(nèi)的消防器材應(yīng)不低于《規(guī)程》的規(guī)定值。</p><p>　　硐室值班人員要加強責(zé)任心，密切關(guān)注泵的運轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報處理，并現(xiàn)場交接班。</p><p>　　煤與瓦斯突出礦井在開采一礦戊9-1032101工作面的年度作業(yè)計劃及月作業(yè)計劃中必須明確瓦斯抽放工程計劃。</p>

53、;<p>　　煤與瓦斯突出礦井必須根據(jù)該礦的年度作業(yè)計劃在安全技術(shù)措施、資金及維檢工程中排足瓦斯抽放工程計劃所需的瓦斯抽放資金。</p><p>　　規(guī)范瓦斯抽放設(shè)計。根據(jù)不同地點的地質(zhì)情況，采取有針對性的設(shè)計方案。消除瓦斯抽放空白帶。</p><p>　　在過小斷層時，必須按規(guī)定報批施工設(shè)計和防突措施。鉆孔控制范圍、數(shù)量達到《煤礦瓦斯抽采基本指標》和《防突細則》要求。<