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瓦斯抽放系统设计.docx
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瓦斯抽放系统设计
集贤煤矿中一采区左四片瓦斯抽放措施
2007-12-08
编制人:
肖占胜
3604工作面瓦斯抽放系统设计
第一部分矿井概况
集贤煤矿是全国煤炭工业现代化矿井之一,是双鸭山矿业集团主
力生产矿井。
集贤煤矿位于双鸭山市东部,合江煤田西部,东西走向
9km,南北倾向4.5km。
面积40.5km。
1974年10月1日简易生产,
后经过两次改造年设计能力为120万吨。
现核定年生产能力为180万
吨。
矿井开拓方式为立井分水平开拓,立井贯穿各煤层底板,岩石运
输大巷,采区集中石门开拓,上下山同时开采。
矿井分两个水平开采,
一水平标高-150米,二水平标高为-450米。
目前,集贤煤矿开采处
于一水平向二水平过渡时期,一水平(-150水平)有生产采区4个,
准备采区4个,主要是一水平下山遗留的开采比较困难的块段;二水
平于2003年开始延伸开拓,2005年4月完成-370中一采区九层煤的
开采。
二水平有一个生产采区、一个准备采区。
集贤煤矿现有采煤工
作面4个,掘进工作面22个,硐室17个,其他供风点4个。
矿井的通风方式为两翼对角抽出式通风,由东风井和北风井回风,
从斜井和付井入风。
目前,矿井总入风量为10841m3/min,总排风量
为11692m3/min。
现有主备风扇4台,两台运行,两台备用。
北风井主备扇型号为BDK-6-№22,配备YBF450-SI-6型电动机,
电动机功率为250×2KW,主扇叶片角度一级320、270,等级孔2.2m2,
3
工作风量为6327m/min,负压230mmHO转速990r/min.服务于二段
下延采区和西二采区。
东风井主备扇型号BDK-6-№21,配备YBF450-M2-6型电动机,电
动机功率220×2KW,等级孔1.7m2,工作风量5365m3/min,负压
240mmHO。
转速990r/min.服务于南三采区和东翼采区。
井田内可采
煤层有3、5、16、17层,共四组煤。
煤种属于气煤,煤层不易自燃,
属于低瓦斯矿井。
第二部分抽放的可行性和必要性
2008年矿井瓦斯鉴定结果,瓦斯绝对涌出量为15.7m3/min,相对涌出量为5.23m3/T,矿井为低瓦斯矿井。
由于集贤矿中一下采区开采
深度延深,瓦斯含量逐步升高,2006-2008年开采以来,通过对中一
采区上山区一片和下山区零片、一片、二片、三片工作面进行回采的
实践,根据中一采区回采工作面初采、采面延伸瓦斯涌出的统计,回
采工作面瓦斯绝对涌出量达到5.8~9.12m3/min,其相对涌出量达到
4.4~6.9m3/T,接近于高沼气工作面。
按照《煤矿安全规程》必须进
行采煤工作面瓦斯抽放。
第三部分中一采区左四片工作面概况
中一采区左四片工作面即3604工作面,位于中一采区下山区,左
部为采空区,右部为未开采区,工作面为九层煤。
采面走向长度1020
米,倾斜长200米,埋藏深度为680米~580米,煤层倾角5度,煤
层平均厚度为1.6米,其上接伪顶为0.7米厚的粉沙岩,自由顶为
3.1
米厚的细纱岩,老顶为10.5米厚的粉沙岩。
回采工作面掘进时揭露
1.2
米以下断层5条,煤层不易自然,该工作面瓦斯绝对涌出量达到
5.8~
9.12m3/min,瓦斯相对涌出量(
3
4.4~6.9)m/T,回采工作面为重点瓦
斯工作面。
3604采煤工作面采用U型上行风通风方法。
供风量600~700
m3/min。
根据中一下山区几个工作面回采规律,随着工作面的回采,
瓦斯涌出量呈逐步增长趋势,特别是工作面推进到近1/2走向长度时,
瓦斯涌出强度增加较明显,有时回风瓦斯浓度达到(0.8-1)%左右,
工作面上偶角瓦斯时有超限。
严重影响工作面正常回采。
由于集贤煤矿开采煤层的透气性很低,煤层中的瓦斯主要以吸附状态存在,游离瓦斯较少,采用本煤层瓦斯抽放方法抽取煤层中的瓦斯较困难,该方法只能做为回采工作面抽放瓦斯的辅助方法。
通过前期瓦斯抽放的实践,以及回采煤层赋存地质条件,可以知道:
集贤煤矿3604采煤工作面(左四片)的瓦斯来源——回采工作面瓦斯的涌出、回采遗煤瓦斯的解析、围岩瓦斯的逸出及邻近采空区瓦斯的涌入。
除一小部分被工作面风流带出外,其余大部分瓦斯聚集于采空区内,工作面回采时,采空区的瓦斯被漏风风流带出,造成上
偶角和回风流瓦斯超限。
因此,根据前几个工作面回采治理瓦斯经验,应采取以仰角钻孔采空区抽放瓦斯方法为主,以本煤层瓦斯抽放和抽放邻近采空区瓦斯为辅,建立综合治理瓦斯的抽放措施。
根据3604工作面的条件,设计在回风巷(下料道)一侧开拓钻场,
钻场间距45-50米,第一个钻场距切眼40米,设计8个仰角钻孔,孔深40米;其余各钻场设计8个仰角钻孔,孔深90米,孔径94毫米。
设计施工参数见附图。
同时,每个钻场设计施工本煤层瓦斯抽放钻孔5个,孔径94毫米,设计施工参数见附图。
各钻场开拓规格为长4.5米、宽3米、高2.2米,钻场的顶板采用锚杆支护。
封口措施——钻场的钻孔施工完成后,应用∮
128毫米的钻头扩
孔,仰角钻孔扩孔深
5米,使用
4英寸套管,长度
3米,封口有效长
度为
1.5
米,必须封在岩石内。
本煤层钻孔必须扩孔
7米,使用
4英
寸的套管,长度
6米,封口的有效长度不小于
5米。
封口材料使用麻
袋、聚氨酯胶。
钻孔参数的设计
仰角瓦斯抽放钻孔可用计算参数和施工参数来表述。
我们建立仰角钻孔的数学几何模型如下图:
1)计算参数
X—钻孔在风巷方向投影的长度;米
H—钻孔终孔点距煤层顶界的高度:
米
Y—钻孔终孔点距回风巷水平投影长度:
米
2)L—钻孔深度;米
α—钻孔水平投影线与风巷的夹角;度
β—钻孔与顶板的夹角;度
L1—钻孔封口长度;米
仰角钻孔设计的计算及施工参数表
参数
LαβXHYL1
孔号
1
90m
9°
6°
88.4
9.4
14
3m
2
90m
15°
6°
86.4
9.4
23.3
3m
3
90m
21°
6°
83.5
9.4
32.2
3m
4
90m
24°
6°
81.7
9.4
36.6
3m
5
90m
30°
8°
77.7
12.5
45
3m
6
90m
35°
8°
73.3
12.5
51.6
3m
7
90m
40°
8°
68.9
12.5
57.8
3m
8
90m
45°
8°
63.7
12.5
63.7
3m
关于3604初采采用下行风及皮带道沿空留巷瓦斯治理措施
根据集贤煤矿3604工作面初采时,新面采取下行通风。
而且,
3604新面的皮带道根据采煤设计要求,采取沿空留巷工艺。
为解决留
巷及下偶角瓦斯超限,特制定以下瓦斯抽放安全技术措施。
1、为解决下偶角及留巷瓦斯超限,应在留巷发碹柱体内埋管,
埋管能够有效连通采空区和留巷,以便于抽放空区瓦斯。
2、埋管技术要求:
埋管使用直径275毫米的瓦斯抽放管,所埋
管的长度应略长于所发碹墙体宽度,空区一侧管口处与
墙体平齐,应有防堵塞措施,留巷一侧埋管需长出15-20
厘米,且带有法兰盘。
3、埋管使用的铁管,应采用抗静电材料包裹,防止撞击产生火
花,发生瓦斯爆炸事故。
4、根据实际需要,应在左四片皮带道铺设一条瓦斯抽放管路,
管路直径275毫米,铺设的管路应吊挂在下山靠近左帮
的顶板上。
5、吸气管路与两台瓦斯抽放泵站连接,泵站型号为ZDW-85/160
型。
6、管路的铺设必须执行瓦斯抽放管路规定的安全技术措施。
管
路的铺设见瓦斯抽放系统图。
第五章瓦斯抽放管路设计
一、抽放管路内直径的选择
根据上一工作面瓦斯绝对涌出量为
9.12m3/min
,配风量为
600~
700m3/min
,抽放瓦斯浓度平均为
20%,设计管路流量为
Q=30m3/min
,
理想及安全流速为V=15m3/min。
由公式:
D=0.1415(Q/V)1/2
=0.1415(28/15)
1/2
=0.1933m
=193.3mm
可选直径为200mm的瓦斯抽放管。
二、根据井下、井上方便运输和便于安装的要求选择每节长度为5米的抽放管。
三、管路阻力计算
1、管路阻力
△H=Q2ρL/KD5
=(30×60)2×0.716×1204/0.71×205
=1204.8mmH2O
=12KPa
Q——抽放管内瓦斯流量,m3/min;
ρ——管内混合气体密度,kg/m3;
L——抽放瓦斯管长度,m;
K——系数,取K=0.71;
D——瓦斯抽放管内直径,cm。
2、管路的局部阻力
△h=△H20%=12×20%=2.4KPa
3、管路的总阻力
△R=△H+△h=12KPa+2.4KPa=14.4KPa
4、抽方泵的负压为;85KPa-14.4KPa=70.6KPa>13KPa
所以满足孔口抽放负压要求。
管路的铺设
下料道吸气管路的铺设:
钻场(左四片下料道)——中一下山采区回
风道——泵站,管路长度1240米;
皮带道吸气管路铺设:
左四片皮带道——中一下山区回风道——泵站
排气管路的铺设:
泵站——中一下山采区回风道,管路长度50米;见
瓦斯抽放系统图。
第六部分瓦斯抽方泵站
1、泵站地点:
设在中一下山采区轨道下山
2、泵站供电:
电源引自中一采区变电所,由两台不同变压器分别为两组四台真空泵提供660伏低压电源供电,见供电系统图。
3、泵站内配置四台真空泵,型号为SKA303真空泵1台,吸气量为
60m3/min,电机功率为110KW;型号为SKA353真空泵3台,吸气量为85m3/min,电机功率为160KW;负压范围-0.1~MPa,孔板系数为3.1789.四台真空泵分两组,两台运行,两台备用。
4、泵站供水:
建一个50立方米的蓄水池,用水泵为真空泵供水,真空泵排水流回蓄水池,实现水的循环利用。
井底供水系统可提供蓄水池水的补给和备用水源。
见供水系统图。
5、泵站内在下风处设置瓦斯监测仪并实现瓦斯电闭锁。
6、泵站应建立联网电话,保证抽方泵站与矿调度、区调度及时、有
效进行联系。
瓦斯抽放泵站安全技术措施
1.泵站司机要经过学习和培训合格后,持证上岗,并按《操作规程》作业。
2.抽放泵要做到三知四会,严格执行现场交接班。
3.抽方泵工作时,严禁擅自离开,如有异常情况,应立即停泵检查,
停泵后,应及时上报区调度。
4.抽方泵站瓦斯抽放参数要按要求每小时记录一次,写好台帐,写清参数。
5.要维护和保养好机器设备、测量仪器、仪表,并按规定定期校验。
6.建立健全抽方泵站司机工作责任制、现场交接班制、认真填写巡管
记录、泵站运行与维修记录。
泵站要配备防火防爆设施和工具。
二、抽放管路铺设安全技术措施
1、瓦斯抽放管路沿着巷道左上方顶板铺设,使用φ6的圆钢把管路
吊挂在锚杆上,吊挂的高度不小于
1.8米。
每隔
4-5
米设一个吊
挂点,吊挂要平直;吸排气管路低处要设置放水和排渣装置。
2、泵站内吸气管路上要有流量计、温度计、负压表、过滤器;排气
管路上要有正压表、瓦斯浓度取样孔。
抽放管路应进行编号、喷
涂警告语言、并标明吸气或排气管路。
3、钻场应设置编号牌、钻孔应设置编号牌、抽放钻场悬挂参数牌板。
钻场分支集气管应安装多参数检定管和自动放水气。
4、抽放管路不能和电缆同侧;
5、抽放管路要垫起或者吊挂,距离地面不得小于30厘米;
6、抽放管路应无损坏、漏气、积水;
7、抽放管路低处应设放水装置并排专人定期巡查管路;
8、移动泵站抽出的瓦斯排至总回风道时,抽房管出口处应设置栅栏,
悬挂警告牌,安设瓦斯传感器。
要求栅栏设置的位置:
上风侧为管路
出口处外推5米,上下栅栏间距不小于30米,两栅栏间禁止人员通
行和任何作业。
钻场钻孔作业安全技术措施
1、抽放段所有参加钻孔施工人员必须经过培合格持证上岗。
所有上
岗人员必须严格执行《煤矿安全规程》
、《煤矿安全技术操作规
程》,杜绝“三违”现象的发生。
2、所有上岗人员必须严格执行岗位责任制,现场交接班制。
3、所有上岗人员作业前必须学习本措施,学习后,作业人员签字后方
可上岗作业。
4、运输钻机及其附件时,
必须由代班段长跟班指挥运输作业。
使用平
板车运输机器设备等物件,必须固定牢靠,做到不超宽不超高。
5、绞车必须由经过专门培训,考试合格,持证上岗的绞车司机操作。
其他人员不得操作绞车。
6、使用绞车运输钻机等设备、物件时,严禁晃灯敲管子、喊话、敲
矿车等方式传递信号。
7、严格执行上山绞车道“行车不行人,行人不行车”制度。
8、在上山绞车道进行运输时,严禁蹬车、放飞车、超规定拉放车。
9、拉放车时,必须使用防脱钩保险鸭嘴,钩头及大绳必须安全牢靠,
钩头要有鸡心环,三环链。
10、打钻作业前,代班段长必须认真检查作业现场的安全情况,严格
执行敲帮问顶制,排除隐患,方可作业。
11、打钻时,必须由一名代班段长跟班作业,作业现场应悬挂便携式
瓦斯检测仪,瓦斯浓度达到1.5%时,立刻停止作业关闭电源,撤
出所有人员到安全地点,通报区调度,等待处理。
12、作业时,操作钻孔机械设备应有带班段长跟班作业指挥,作业用
电设备必须符合煤矿电器防爆要求,执行《煤矿安全规程》。
13、施工前,由专职电气人员接电源开关。
在接电以前必须检查开关
等电器设备是否完好可靠,有无失爆等情况,如有必须处理好后
方可接电,接电时严禁带电作业。
14、打钻前,首先将钻机固定平稳,钻机的四个支柱必须牢靠并用铁
线或安全拉链锁在顶板上,防止支柱滑倒伤人或砸坏机器设备,
检查安全后方可施工。
15、进行钻机作业时,操作人员应不少于3人,严禁单人作业。
操作
人员衣扣要整齐、系严,严禁卧躺。
开钻时除操作人员外其他人不准
靠近钻机。
钻机前严禁站人。
16、施工钻孔时必须严格按照技术人员给定的钻孔参数施工作业。
17、进行钻机作业时,要精力集中,钻进速度要保持平稳,匀速推进,
给进压力不能过大,避免超负荷运转。
以免损坏钻进,造成高压
油管破裂,发生伤人事故。
18、作业时,先使用∮128毫米钻头钻进5米深进行扩孔,然后用∮
94毫米钻头施工钻孔至技术要求的深度,并保持大水量冲孔5分
钟,冲净钻孔内的岩渣后方可撤出钻杆。
19、封孔时准备好封孔用的3米长的四寸管、马力散和麻袋。
20、首先以1:
1比例迅速均匀的拌好马力散,然后快速地浇涂在缠好
麻袋的四寸套管上,边浇涂马力散边卷绕麻袋,要求马力散浇涂均匀,卷绕麻袋后四寸套管的直径刚好能进入钻孔为好,封孔有效长度不小于1.5米,封孔有效长度必须在岩石段。
21、封孔过程作业人员要配合协调,动作迅速,从搅拌马力散到插入孔内,必须在5分钟内完成。
封孔后按要求封闭管口,防止瓦斯泄漏。
22、为尽量防止钻孔弯曲,应按要求安装导向套管。
23、钻机操作人员施工钻孔时,应按钻机操作规程作业,液压系统的安全阀必须由技术人员或维修工进行调整,其它人员不准任意调整。
24、作业时要及时校对钻孔施工参数是否正确,当出现偏差要及时纠正。
25、钻机钻进过程中,如发现钻杆有跑偏现象(例如钻头下垂)应立即停止钻进,撤出钻杆重新开孔打钻,避免由于钻杆受力不在同一轴线上而损坏钻机和钻杆
26、在整个施工过程,必须保证钻机正常供水,如出现停水时,必须停止施工,查明停水原因并立即处理,待恢复供水后方可继续施工。
27、在施工钻孔期间发现异常现象要停止钻机钻进,及时汇报。
待维
修人员维修好后,方可继续施工。
28、钻机操作应由熟练钻工或代班段长操作,钻机不得在无人看管的
情况下运转。
29、在钻机正常运行时,不得任意拨动各种连动手柄,如需要变速、
变向时,必须停钻后进行。
30、人工取下钻杆和装卸水辫时,钻机的控制开关必须处在停止位置。
31、钻进时,发现钻头糊钻、憋泵、转速显著下降时,应立即停钻,
不得随意加大压力强行钻进。
32、严禁用钻头扫出孔内丢失的钻具。
33、钻进过程中,操作人员要精力集中,注意观察钻进情况,严格控制钻进速度,随时注意电动机的负荷情况,不得超载,当发生火花、冒烟或转速降低和发热等情况时,立即断开电路进行检查调整。
34、钻机的油管要理顺整齐,液压油要充足,不变质,没有杂物。
钻杆要摆放整齐,严禁碰伤螺纹。
轴承要保养注油,变速箱应有足够的润滑油。
35、钻孔的施工进度要求施工负责人当场做好记录,并按要求及时汇
报给区调度。
36、在整个施工期间,所有施工人员必须听从代班段长统一指挥,严
禁违规作业。
37、作业时,要保持钻场文明卫生,钻杆、工具要摆放合理整齐。
38、钻孔开孔时,要由代班副段长亲自负责,要严格按技术人员给定
技术参数对钻,并由代班副段长亲自负责,做好记录并向区调度
汇报对钻参数情况。
39、钻孔终孔时,要由代班副段长或由区值班人员现场监督钻杆撤出
情况,做好钻孔进尺记录后,及时汇报给区调度。
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