采煤工作面瓦斯抽放技术设计.docx
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采煤工作面瓦斯抽放技术设计
采煤工作面瓦斯抽放技术设计
专业:
通风与安全系
班级:
09通风
(2)班
姓名:
张学伟
指导老师:
姚向荣
淮南职业技术学院通风与安全系
2011年6月
1地质概况:
本工作面走向长度1500m、倾向长度120m,停采线至回风上山距离150m,采区回风上山长度1800m。
局部弯头长度100m,工作面日产量3000t。
本煤采区开采某煤层(2号),煤层厚度为5m;赋存稳定,倾角为15°顶板为砂质泥岩,岩层不能致密,上覆1号煤层50m,煤厚2m。
本区域本区有小断层,对开采影响不大。
2煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数:
2.1煤层瓦斯参数:
1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r,煤的密度为1.45t/m3,水分0.2%、灰分21%、挥发份15%;2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r,煤的密度为1.32t/m3,水分1.2%、灰分18%、挥发份17%。
2.2抽放瓦斯参数:
2号煤层透气性系数λ=0.0276(m2/MPa2.d),如用未卸压长钻孔预测抽煤层瓦斯,百米钻孔瓦斯抽和量为0.01m3/min·hm。
3瓦斯储量计算:
3.1煤层瓦斯储量计算:
根据已知条件:
2号煤层瓦斯含量为11.5m3/t.r,煤的密度为1.32t/m3,水分1.2%、灰分18%、挥发份17%; 1号煤层瓦斯含量为12m3/t.r,煤的密度为1.45t/m3,水分0.2%、灰分21%、挥发份15%。
可以得到原始瓦斯含量,公式如下:
式中:
Q原——矿井原始瓦斯含量,m³/t;
Q可燃基——可燃基瓦斯含量,m³/t.r;
Mad——水分;
Ad——灰分。
可得:
可采层瓦斯储量:
式中:
Q原2——2号煤原始瓦斯含量,m³/t;
L——2号煤工作面走向长度,m;
H——煤层厚度,m;
D——2号煤倾向长度,m;
ρ——2号煤的密度,t/m³。
可得:
=9.292×1500×5×120×1.32
=1104(万t)
3.2工作面可抽量计算:
相对瓦斯涌出量q可由以下公式求得:
式中:
WC——可燃基残存量,m³/t
可燃基残存量可根据表2-1查取
表2-1
q=9.292-3.2×(100-1.2-18)/100=6.7064
可采抽瓦斯总含量W可:
W可=q×L×H×D×ρ
=6.7064×1500×5×120×1.32
=7967203.2(m³)
预抽纯量Q纯:
Q纯=W可/(24×60×330)=16.766(m³/min)
抽放量Q:
Q=Q纯/0.4=41.915(m³/min)
4瓦斯抽放的必要性可行性论证:
4.1瓦斯抽放的必要性:
根据供风量为1500m³/min,工作面瓦斯浓度按0.6%计算风排瓦斯量Qp=Q×C=1500×0.6/100=9m3/min。
而工作面绝对瓦斯涌出量为16.766m3/min,如不可抽放瓦斯,则工作面的瓦斯浓度将超限,尚需抽放瓦斯量=QCH4-Qp=16.766-9=7.766m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6%
4.2、瓦斯抽放的可行性:
本煤层瓦斯抽放的可行性是指在自然透气条件下进行预抽的可能性,衡量本煤层瓦斯预抽可行性指标有三个:
煤层透气性系数(λ),钻孔瓦斯流量衰减系数(α)和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数(Qj)。
按λ、α和Qj判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2-2示。
表2-2本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
根据已知条件,2号煤层透气性系数λ=0.0276(㎡/MPa2·d),2号煤属于较难抽采煤层,如不采取其他技术措施,基本不具备预抽本煤层瓦斯的可能性,因此,我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。
5瓦斯抽放方法设计:
5.1、瓦斯抽放方法分类与选择规定:
a.按抽出瓦斯来源分:
本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采。
b.按被抽采煤层的卸压状况分:
原始煤体未卸压预抽瓦斯;煤层卸压后抽瓦斯。
c.按抽采瓦斯源的汇集工程方法分:
抽采瓦斯钻孔法、抽采瓦斯巷道法和抽采瓦斯钻孔巷道综合法。
根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第4.1.1条规定:
选择抽放瓦斯方法,应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。
并应符合下列要求:
a)尽可能利用开采巷道抽放瓦斯,必要时可设专用抽放瓦斯巷道;
b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件;
c)有利于提高瓦斯抽放率;
d)抽放效果好,抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求;
e)尽量采用综合抽放;
f)抽放瓦斯工程系统简单,有利于维护和安全生产,建设投资省,抽放成本低。
根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第7.1.2条规定:
按矿井瓦斯来源实施开采煤层瓦斯抽放、邻近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放;第7.1.3条规定:
多瓦斯来源的矿井,应采用综合瓦斯抽放方法。
瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题:
(a)分期建设、分期投产的矿井,抽放瓦斯工程可一次设计,分期建设、分期投抽。
(b)抽放瓦斯站的建设方式,应经技术经济比较确定。
一般情况下,宜采用集中建站方式。
当有下列情况之一时,可采用分散建站方式:
——分区开拓或分期建设的大型矿井,集中建站技术经济不合理。
——矿井抽放瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。
——一套抽放瓦斯系统难以满足要求。
根据本煤层的特点,我们选取抽采瓦斯钻孔法,而钻孔抽采瓦斯的方法又有穿层钻孔抽采瓦斯、顺层钻孔抽采和边采边抽。
5.2、瓦斯抽放方法的比较和选择
根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件,我们最终选择顺层钻孔抽采,因为顺层钻孔抽采的适用条件是:
①单一煤层;②煤层透气性较小但应有抽放可能;③煤层赋存条件稳定,地质变化小;④钻孔要提前打好,有较长的预抽时间;⑤突出危险煤层(密集钻孔),而我们要设计的煤层就是煤层透气性较小但应有抽放可能,煤层赋存条件稳定,地质变化小。
图——回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置示意图
5.3、抽放钻孔的参数:
5.3.1钻孔直径:
钻孔直径大,暴露煤壁面积就大,瓦斯涌出量相应也大,但二者增长并非线性关系,在煤层条件不同的情况下,瓦斯涌出量并不随孔径的增大而成比例增大。
据测定结果,孔径由73mm提高到300mm,钻孔的暴露面积增至4倍,而钻孔抽放量仅增至2.7倍,而日本赤平煤矿孔径由65mm增至120mm ,抽放瓦斯量增加到3.5倍。
孔径应根据钻机性能,施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定,目前一般采用抽放瓦斯钻孔直径为60~110mm。
根据本煤层的特性,选取钻孔直径为90mm。
5.3.2钻孔的长度:
据实测结果,单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本上成正比关系,因此在钻机性能与施工技术水平允许的条件下,尽可能采用长钻孔以增加抽放量和效益。
本煤层的倾向长度为120m,为了达到好的抽放效果,我们把钻孔从进风巷和回风巷顺煤层打入,进风巷打入的钻孔的长度为60m,回风巷打入的钻孔的长度为70m。
5.3.3钻孔的间距与抽放时间:
2号煤层透气性系数λ=0.0276(m2/MPa2.d),根据表3-1,我们选取钻孔间距为3m。
表3-1钻孔间距选用参考值表
煤层透气性系数
(m2/(MPa2•d))
钻孔间距(m)
备注
<10-3
---
先采取卸压增透措施后,才能抽放
10-3~10-2
2~5
10-2~10-1
5~8
10-1~10
8~12
>10
>10
根据课程设计给的条件,我们可知抽放时间为一年。
5.3.4抽放负压与钻孔长度:
钻孔抽放负压一般选用13.3~26.6kPa(即100~200mmHg),但最低不宜小于6.7kPa(50mmHg)。
一些矿井提高抽放负压,抽放瓦斯量增大,但是也有的矿井抽放负压增加,抽放量变化不大。
封孔长度既应保证不吸入空气又应使封孔长度尽量缩短,一般情况下岩孔应不小于2~5m,煤孔应不小于4~10m。
6工作面瓦斯抽放系统:
6.1、抽采管路系统选择的原则:
6.1.1抽采管路系统应根据矿井开拓部署、井下巷道布置、抽采地点分布、瓦斯利用要求,以及矿井的发展规划等因素确定,并宜避免或减少主干管路系统的改动。
6.1.2管路的敷设宜减少曲线,并宜使管路的长度较短。
6.1.3管路宜敷设在矿车不经常通过的巷道中。
若必须敷设在运输巷道内时,应采取必要的安全措施。
6.1.4当抽采设备或管路发生故障时,应使管道内溢出的瓦斯不流入采、掘工作面及机电硐室内。
6.1.5抽采管路系统宜符合管道运输、安装和维护方便的要求。
6.2抽采管路管径、壁厚计算及管材选择:
6.2.1抽采管径选择:
选择瓦斯管径,可按下式计算:
式中D—瓦斯管内径,m;
Q—管内瓦斯流量,m3/min;
V—瓦斯在管路中的经济流速,m/s,一般取V=10~15m/s,在此取10m/s。
可得:
6.2.2抽采管路壁厚选择:
选择管路壁厚可按下式计算:
(6.2.2)
式中:
δ——管路壁厚(mm);
P——管路最大工作压力(MPa);
d——管路内径(mm);
[σ]——容许压力(MPa),可取屈服极限强度的60%;缺少比值时,铸铁管可取20MPa,焊接钢管可取60MPa,无缝钢管可取80MPa。
管路最大工作取5Mpa,容许压力取80Mpa,
δ=P*d/2[σ]=5*300/2*80=10mm
6.2.3抽采管路管材应符合抗静电、耐腐蚀、阻燃、抗冲击、安装维护方便等要求。
6.3抽采设备选型:
6.3.1抽采设备选型应符合下列规定。
1瓦斯抽采泵应选用湿式。
2抽采设备应配备防爆电气设备及防爆电动机。
3备用的抽采泵及附属设备应与抽采设备具有同等能力。
6.3.2标准状态下抽采系统压力可按下列公式计算:
H=(Ht+Hc)·K(6.6.2-1)
Hr=hrm+hrj+hk(6.6.2-2)
Hc=hcm+hcj+hz(6.6.2-3)
式中H——抽采系统压力(Pa);
Hr——抽采设备出口侧(负压段)10~15年内管路最大阻力损失(Pa);
Hc——抽采设备出口侧(正压段)管路阻力损失(Pa);
K——抽采系统压力富余系数,可取1.2~1.8;
hrm——入口侧(负压段)管路最大摩擦阻力(Pa);
hrj——入口侧(负压段)管路局部阻力(Pa);
hk——井下抽采钻孔的设计孔口负压(Pa);
hcm——出口侧(正压段)管路最大摩擦阻力(Pa);
hrj——出口侧(正压段)管路局部阻力(Pa)
hz——出口侧(正压段)的出口正压(Pa);出口进入瓦斯储气罐,可取3500~5000Pa。
6.3.3抽采泵工况压力可按下式计算:
Pg=Pd-H(6.6.3)
Pg——抽采泵工况压力(Pa);
Pd——抽采泵站的大气压力(Pa);
6.3.4标准状态下抽采泵流量可按下式计算:
(6.6.4)
式中Qb——标准状态下抽采泵的计算流量(m3/min);
Q——10~15年内最大的设计瓦斯抽采量(m3/min);
X——抽采泵入口处预计的瓦斯浓度(%);
η——泵的机械效率(%),可取80%;
K——抽采能力富余系数,可取1.2~1.8。
6.3.5抽采泵工况流量可按下列公式计算:
(6.6.5-1)
P=Pd-Hr(6.6.5-2)
T=273+t(6.6.5-3)
式中:
Qg——工况状态下的抽采泵流量(m3/min);
Qb——标准状态下的抽采泵的计算流量(m3/min);
P——抽采泵入口绝对压力(Pa);
T——抽采泵入口瓦斯的绝对温度(K);
t——抽采泵入口瓦斯的温度(℃)。
6.4抽采附属装置和设施:
6.
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- 采煤 工作面 瓦斯 技术设计