瓦斯抽采系统设计.doc

瓦斯防治与综合利用 课程设计（设计）论文（设计）题目：贵州省D5煤矿瓦斯抽采系统设计系：矿业工程系专 业：安全工程班 级：学 号：学生姓名：指导教师：2015年 11 月 15 日课程设计任务书学生信息学号系矿业工程系班级姓名专业安全工程教师信息姓名职称学历任务书 发出时间设计题目贵州省D5煤矿瓦斯抽采系统设计论文（设计）起止时间 共需周数主要内容:瓦斯防治与综合利用课程设计是学生学习该课程结束后进行的一项实践教学环节，是课程体系的主要组成部分。通过课程设计加深对瓦斯防治与综合利用和其它课程所学专业理论知识的理解，综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计能力，为毕业设计奠定基础。1、进一步巩固和加深所学的瓦斯防治理论知识，培养学生设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。2、培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。3、培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。课程设计主要包括2部分内容，即：1、说明书部分：主要包括（1）综采工作面概况；（2）瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证，包括煤层瓦斯储量计算和工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证；（3）煤层瓦斯抽放方法设计，包括抽放方法的比较和选择、抽放钻孔参数确定以及绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图；（4）综采工作面瓦斯抽放系统，包括工作面瓦斯抽放设施的配置和布置、抽放管路的计算和选择；（5）瓦斯泵选型，包括计算抽放管道阻力，并对瓦斯抽放泵进行选型。2、图纸部分：采煤工作面瓦斯抽放系统图；瓦斯抽放钻孔布置平面图和剖面图。主要要求:瓦斯防治与综合利用课程设计是学生学习该课程结束后进行的一项实践教学环节，是课程体系的主要组成部分。通过课程设计加深对瓦斯防治与综合利用和其它课程所学专业理论知识的理解，综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计能力，为毕业设计奠定基础。1、进一步巩固和加深所学的瓦斯防治理论知识，培养学生设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。2、培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。3、培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。4、说明书的格式参照六盘水师范学院本科毕业论文（设计）工作指南中的要求。5、图纸要求：CAD绘图比例若为1：1000，则CAD出图打印比例为1：2，纸质图比例尺为1：2000。预期目标:1、矿井瓦斯防治与综合利用课程设计说明书一份；2、图纸2张，即采煤工作面瓦斯抽放系统图、瓦斯抽放钻孔布置平面图和剖面图。计划进程: 1、2015.11.2-2015.11.4 矿井瓦斯防治设计资料整理及前期准备工作；2、2015.11.5-2015.11.7 矿井概况、瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证；3、2015.11.8-2015.11.9 抽放方法的比较和选择、抽放钻孔参数确定；4、2015.11.10-2015.11.11 回采工作面瓦斯抽放设施的配置和布置、抽放管路的计算和选择；5、2015.11.12-2015.11.13 计算抽放管道阻力，并对瓦斯抽放泵进行选型；6、2015.11.14-2015.11.15 设计说明书、图纸修正，打印。主要参考文献:1 张荣立,何国纬,李铎.采矿工程设计手册（上册）M. 北京：煤炭工业出版社,2003年.2 张荣立,何国纬,李铎.采矿工程设计手册（中册）M. 北京：煤炭工业出版社,2003年.3 张荣立,何国纬,李铎.采矿工程设计手册（下册）M. 北京：煤炭工业出版社,2003年.4 徐永圻.煤矿开采学（修订本）M. 徐州：中国矿业大学出版社,2008年.5 煤矿安全规程M.北京：煤炭工业出版社.2011年.6 张荣立.采矿工程设计手册M煤炭工业出版社,2003年.7 AQ 1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法,国家安全生产监督管理局.8 AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标,国家安全生产监督管理局.9 AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范,国家安全生产监督管理总局.10 GB50471-2008煤矿瓦斯抽采工程设计规范,中华人民共和国住房和城乡建设部.11 防治煤与瓦斯突出规定（2009版）,国家安全生产监督管理总局.12 中华人民共和国矿山安全发,全国人民代表大会常务委员会.13 煤矿安全规程(2011版),国家安全生产监督管理局（国家煤矿安全监察局）.14 煤矿瓦斯抽采达标暂行规定,安监总煤装2011163号,国家安全生产监督管理总局、国家发展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿安全监察局. 15 李广涛.煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究J魅力中国出版,2011年. 16 黄鑫业,蒋承林.本煤层瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究J煤炭科学技术出版,2011年.17 林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术M中国矿业大学出版社,2010年.前 言本设计依据国家和行业有关规程、规范，按照设计题目所给已知条件，结合瓦斯防治与综合利用相关理论知识，对贵州省D5煤矿瓦斯抽采系统进行了初步设计。本设计主要围绕以下五个方面进行：（1）综采工作面概况；（2）瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证，包括煤层瓦斯储量计算和工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证；（3）煤层瓦斯抽放方法设计，包括抽放方法的比较和选择、抽放钻孔参数确定以及绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图；（4）综采工作面瓦斯抽放系统，包括工作面瓦斯抽放设施的配置和布置、抽放管路的计算和选择；（5）瓦斯泵选型，包括计算抽放管道阻力，并对瓦斯抽放泵进行选型。矿井瓦斯抽采设计既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能，更是保障煤矿安全生产的重要前提，必须按照能抽尽抽的原则，对设计煤层瓦斯进行综合治理，并且使抽采的瓦斯浓度符合设计要求，满足矿区瓦斯直接利用或瓦斯发电等需求。在设计瓦斯抽采系统的同时要力求设计的抽采系统简单、可靠性高、布置经济合理。贵州省D5煤矿瓦斯抽采系统设计摘 要矿井瓦斯抽放系统是煤矿“一通三防”重要组成部分，其设计合理与否对全矿井的安全生产以及经济效益具有长期而重要的影响。根据D5煤矿现有的各项地质资料以及矿井瓦斯状况，对该矿井进行了瓦斯储量计算、工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证，该矿井瓦斯储量为1595.88万m，工作面理论最大瓦斯涌出量为11840400m3，工作面绝对瓦斯涌出量为24.92m/min，而风排瓦斯量仅为12m/min，该矿井可以而且必须进行瓦斯抽采工作。因此，本设计针对这一条件，对该矿井进行瓦斯抽采设计，根据钻孔抽采瓦斯的优缺点及适用条件，最终选择顺层钻孔抽采，钻孔直径为89mm，进风巷打入的钻孔长度为80m，回风巷打入的钻孔长度为90m。钻孔间距为2m，封孔长度为6m，单排钻孔数646，钻孔3排，总钻孔数3876，钻孔总长度为329460m，百米钻孔瓦斯抽放量为3.9210-3m3/min.hm，机巷和风巷支管管径均为200无缝钢管，壁厚10mm，采区回风巷干管直径为275无缝钢管, 壁厚10mm，抽放管道总阻力为34.597kpa，抽放瓦斯泵的额定流量为158.14m3/min，瓦斯泵的压力为47.52kpa，本设计最后选用2BE1 356-1型瓦斯泵，其吸入负压气量最大105.8 m3/min，电机功率为185KW，配套电机型号Y315L2-4，设计抽放时间为一年，通过本设计使得该矿井的瓦斯治理工作能够得到科学管理，生产工作能够达到安全高效的水平。并绘制了采煤工作面瓦斯抽放系统图、瓦斯抽放钻孔布置平面图和剖面图。关键词：瓦斯抽采系统，顺层钻孔，钻孔参数，瓦斯泵类型Gas extraction system design to D5 coal mine of Gui Zhou provinceABRSACT Mine gas drainage system is an important part of the coal mine on the three prevention, the rational design of the whole mine safety production and economic efficiency has a long and important influence. According to the D5 the geological data of mine gas and existing condition of coal mine, the mine was the gas reserves calculation, the working face can smoke volume calculation and drainage feasibility necessity, the mine gas reserves of 15.9588 million m after, face theory of gas emission is 11840400 m3, biggest face absolute gas emission is 24.92 m after/min, and the wind gas drainage quantity is only after 12 m/min, the mine gas extraction can and must be carried out. Aiming at this condition, therefore, this design of the mine gas extraction design, according to the advantages and disadvantages of extraction gas drilling and the suitable conditions, the final choice bedding extraction from drilling, hole diameter is 89 mm, into the wind lane into borehole length of 80 m, return air lane into borehole length of 90 m. Borehole spacing of 2 m, hole sealing length is 6 m, single row number 646 drilling, drilling 3, 3876, the total number of borehole drilling a total length of 329460 m, hundreds of meters drill gas drainage volume of 3.92 x 10-3 m3 / min. Hm, branch pipe diameter and wind machine lane lane are 200 seamless steel tube, wall thickness of 10 mm, mining return air lane main 275 seamless steel tube diameter, wall thickness of 10 mm, drainage pipeline total resistance is 34.597 kpa, drainage gas rated flow of pump is 158.14 m3 / min, the gas pump pressure of 47.52 kpa, this design finally choose 2 be1 type 356-1 The suction negative pressure gas maximum 105.8 m3 / min. Motor power is 185 kw, motor models Y315L2-4, the design of drainage time of a year, in this design makes the coal mine gas control work can get scientific management and production work to achieve safe and efficient level. The mining face and draw the gas drainage system drawing; The gas drainage borehole layout plan and section.Key words: Gas extraction system, bedding drilling, drilling parameters, gas pump type目 录摘 要IIIABRSACTV1 采区工作面概况11.1 采区位置范围、地质条件11.2 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数11.3 采区和工作面巷道布置、采煤方法12 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证32.1 煤层瓦斯储量计算32.2 工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证32.2.1 采煤工作面可抽放量计算32.2.2 瓦斯抽放的必要性可行性论证43 煤层瓦斯抽放方法设计73.1 抽放方法的比较和选择73.1.1 抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定73.1.2 瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题73.1.3 瓦斯抽放方法的比较和选择83.2 抽放钻孔参数确定83.2.1 钻孔直径83.2.2 钻孔长度83.2.3 钻孔间距与抽放时间83.2.4 抽放负压与封孔长度93.2.5 单排钻孔数93.2.6钻孔排数Np93.2.7 顺层抽放钻孔总数93.2.8 钻孔总长度为93.2.9 百米钻孔瓦斯抽放量103.3 绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图104 采掘工作面瓦斯抽放系统114.1 采掘工作面瓦斯抽放设施的配置和布置134.2 抽放管路的计算和选择144.2.1 机巷瓦斯抽放分管管径选择144.2.2 风巷瓦斯抽放分管管径选择144.2.3 采区回风巷干管管径选择155 瓦斯泵选型175.1 抽放系统管道阻力计算175.1.1 直管摩擦阻力计算175.1.2 局部阻力计算185.1.3 抽放管道总阻力185.2 瓦斯泵流量和压力计算195.2.1 瓦斯泵流量计算195.2.2 瓦斯泵压力计算205.3 瓦斯泵选型确定205.3.1 瓦斯泵类型206 工作面瓦斯抽放安全技术措施236.1 应根据实际情况制定出安全措施236.2 井下移动抽放瓦斯泵站要求236.3 地面抽放瓦斯站安全措施23结 论25参考文献27附 录291 采区工作面概况1.1 采区位置范围、地质条件D5矿1#煤层平均厚度为4m，赋存稳定，平均倾角为10。顶板厚度一般15m，上部为泥质粉砂岩及粉砂质泥岩；下部为粉砂岩或泥质粉砂岩，局部粉砂质泥岩。底板为含根泥岩、粉砂质泥岩，局部粉砂岩、泥质粉砂岩。本区域本区有小断层，对开采影响不大。1.2 煤层瓦斯参数和抽放瓦斯参数本煤层瓦斯含量为15.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3。水分1.3%、灰分15%、挥发分12%。煤层透气性系数0.05（m2/MPa2.d)。工作面供风量1500m3/min,回风流中瓦斯浓度要求控制在0.8%以下，经实测回风巷和运输巷瓦斯抽采支管内瓦斯浓度为35%，选取混合瓦斯气体在管道内经济流速10m/s，瓦斯密度0.715和空气密度1.293，局部阻力经验值百分比为15%，保证瓦斯抽采管口不小于13kpa的抽采负压。1.3 采区和工作面巷道布置、采煤方法采区采面工作面采用走向长壁全部跨落顶板管理法，工作面后退式倾斜一次采全高，巷道布置如图1.1所示。根据煤矿实际情况，已在1#煤层中布置1101工作面，工作面走向长度1300m，倾向长度150m。其中连接1101回风巷平硐长度为120m，采区回风上山长度1800m。工作面日产量2600t。图1.1 巷道布置图2 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证2.1 煤层瓦斯储量计算根据已知条件：1#煤层原始瓦斯含量为15.5m3/t，煤的密度为1.32t/m3，可以得到可采层瓦斯储量，公式如下：可采层瓦斯储量： （2-1）式中：W本工作面瓦斯储量；Q1号煤原始瓦斯含量，15.5m/t；L1号煤工作面走向长度，1300m；H煤层厚度，4m；D1号煤倾向长度，150m；1号煤的密度，1.32t/m。 =15.5130041501.32 =1595.88（万m）2.2 工作面可抽放量计算和抽放必要性可行性论证2.2.1 采煤工作面可抽放量计算相对瓦斯涌出量q可由以下公式求得： （2-2）式中：W0 煤层原始瓦斯含量，15.5m/t；q 煤层理论相对瓦斯涌出量，m/t；Wc瓦斯残存量，m/t。吨煤瓦斯残存量可根据表2.1查取。表2.1 纯煤的残存瓦斯含量取值8挥发分（Vr）/%6881212181826263535424256Wcm3/（t.r）-196644332222 注：煤的残存瓦斯量亦可近似地按煤在0.1MPa压力下的瓦斯吸附量取值。1#煤挥发分为12%，参照表2.1我们取1#煤残存瓦斯量为4 m/t 。q=15.5-4=11.5 m/t本工作面理论最大瓦斯涌出量可用下面公式计算：QMax =qLHD （2-3）式中：QMax 工作面理论最大瓦斯涌出量，m3；q 煤层理论相对瓦斯涌出量，11.5 m/t；L1号煤工作面走向长度，1300m；H煤层厚度，4m；D1号煤倾向长度，150m；1号煤的密度，1.32t/m。QMax =11.5130041501.32=11840400（m）则工作面绝对瓦斯涌出量：Q绝= QMax /(2460330) （2-4）Q绝 工作面绝对瓦斯涌出量，m/minQMax工作面理论最大瓦斯涌出量，11840400m3Q绝=11840400 /(2460330)= 24.92(m/min)2.2.2 瓦斯抽放的必要性可行性论证一、AQ 10272006煤矿瓦斯抽放规范中规定：凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下移动泵站瓦斯抽放系统9。（一）一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3 /min或一个掘进工作面绝对瓦斯出量大于3m3 /min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。（二）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3 /min；年产量1.0Mt1.5Mt的矿井，大于30 m3 /min；年产量0.6Mt1.0Mt的矿井，大于25 m3 /min；年产量0.4Mt1.0Mt的矿井，大于25 m3 /min；年产量等于或小于0.4Mt的矿井，大于15 m3 /min。（三） 开采具有煤与瓦斯突出危险煤层。综上所述，本矿井设计工作面的绝对瓦斯涌出量为24.92 m/min，根据煤矿瓦斯抽放规范中第一条规定，需要进行瓦斯抽放。二、采掘工作面抽放瓦斯的必要性采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是：在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量，抽放瓦斯才是必要的10。（一）采掘工作面最大供风量计算根据采煤工作面巷道面积S=9.51m2和最大限定风速4m/s，计算理论最大供风量。为1500m/min。（二）采煤工作面最大风排瓦斯量计算工作面回风流瓦斯浓度按0.8%，计算风排瓦斯量Qp。Qp=Q供C =15000.8% =12m3/min而采煤工作面绝对瓦斯涌出量为24.92m3/min，如不抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量Q剩Q绝-Qp=24.92-12=12.92m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.8%。三、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是否可行可参照下表：按、和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8煤层抽放瓦斯难易程度钻孔流量衰减系数（d-1）煤层透气性系数（m2/Mpa2d）容易抽放10可以抽放0.0030.05100.1较难抽放0.05150K0值0.550.570.620.670.700.71由于所选管径都大于150mm，所以k0取0.71。机巷支管段与运输联络巷支管段阻力：风巷支管段与运输联络巷支管段阻力：采区回风巷干管段阻力：抽放管道直管段总阻力：HZ=H机+H风+H采回=5.73+6.51+6.54=18.78（kPa）5.1.2 局部阻力计算按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力Hr。Hr=Hz15%=2.817kPa5.1.3 抽放管道总阻力Hc=Hz+Hr+Hf (5-3)式中：Hc瓦斯抽放管道总阻力；Hz直管路段摩擦阻力；Hr管道局部摩擦阻力；Hf抽放瓦斯管口处负压 取13 kPa；Hc =18.78+2.817+13=34.597kPa5.1.4 瓦斯压送及管路总阻力地面瓦斯压送及管路总阻力取经验数值5kpa图5.1 瓦斯抽采系统图5.2 瓦斯泵流量和压力计算5.2.1 瓦斯泵流量计算抽放瓦斯泵流量必须满足抽放系统服务年限之内最大抽放量的需要。 （5-4）式中： Qps抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min；Qemax矿井瓦斯最大抽放总量，m3/min；Xe矿井抽放瓦斯浓度，取35；瓦斯抽放泵的机械效率，取0.8；K备用系数，K=1.2。Qemax =Q混总 = Q混机+ Q混风 =17.36 m3/min+19.54 m3/min =36.9 m3/min 5.2.2 瓦斯泵压力计算瓦斯抽放泵的压力是克服瓦斯从井下抽放孔口起，经抽放管路到抽放泵，再到释放点所产生的全部阻力损失17。Hp= (Hc+Hs)k