郴州启隆煤业有限公司
廖王坪煤矿
说瓦斯抽放设计
明书
目 录
概 述 ................................................................................................................................ 3
1 矿井概况 ........................................................................................................................................ 4 1.1交通位置 ........................................................................................................................................ 4 1.2 井田地形与气候 ........................................................................................................................... 5 1.3 井田地质构造情况 ....................................................................................................................... 6 1.4煤层赋存情况 ................................................................................................................................ 6 1.5矿井开拓方式 ................................................................................................................................ 7 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出 ............................................................................................ 7 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性 ............................................................................... 7 2.1XX煤矿瓦斯治理现状 .................................................................................................................. 2.2矿井通风及瓦斯管理情况 ............................................................................................................ 9 2.3瓦斯最大涌出来源与构成 .......................................................................................................... 10 2.4 瓦斯抽放的必要性 ..................................................................................................................... 10 2.4.1 相关法规的要求 ................................................................................................................ 10 2.4.2 采掘工作面瓦斯治理的需要 ............................................................................................ 10 2.5瓦斯抽放的可行性 ..................................................................................................................... 11 2.6矿井瓦斯储量与可抽量 .............................................................................................................. 12 3 矿井瓦斯抽放方案初步设计...................................................................................... 13 3.1 抽放方法选择的原则 ................................................................................................................. 13 3.2 抽放瓦斯方法选择 .................................................................................................................... 13 3.3 矿井瓦斯抽放量预计 .......................................................................................................... 13 3.4 抽放服务年限 ........................................................................................................................ 13 3.5 抽放参数的确定 .................................................................................................................... 13 3.6 瓦斯抽放参数监测 ................................................................................................................ 14 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型 ....................................................... 14 4.1 矿井瓦斯抽放设计参数 ............................................................................................................. 14 4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算 ......................................................................................... 14 4.2.1 瓦斯抽放管网系统 ............................................................................................................ 14 4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择 .................................................................................... 14 4.2.3 管网阻力计算 .................................................................................................................... 15 4.2.4 瓦斯抽放管路敷设 ............................................................................................................ 16 4.2.5瓦斯抽放管道的附属装置 ................................................................................................. 17 4.3 瓦斯抽放泵选型计算 ............................................................................................................ 19 4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法 ................................................................................................ 19 4.3.2 瓦斯泵压力计算方法 ........................................................................................................ 19 4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算 ........................................................................................................ 20 4.3.4 瓦斯抽放泵选型 ................................................................................................................ 20 5 瓦斯抽放泵站布置 ........................................................................................................................ 21 5.1 瓦斯抽放泵 ................................................................................................................................ 21 5.2瓦斯抽放泵站供电 ..................................................................................................................... 22 5.3 瓦斯抽放泵给排水 .................................................................................................................... 24
5.4 防雷设施 .................................................................................................................................... 24 5.5 瓦斯抽放泵站照明 .................................................................................................................... 24 5.6 瓦斯抽放泵站通讯 .................................................................................................................... 24 5.7 抽放系统实时监测 .................................................................................................................... 25 5.8 泵房采暖, 通风 ........................................................................................................................ 25 6. 瓦斯抽放系统的安装................................................................................................... 25 6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求 ................................................................................................. 25 6.2 瓦斯抽放泵的安装 .................................................................................................................... 25 6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装 .................................................................................... 25 7 环境保护 ........................................................................................................................ 25 7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响 .................................................................................................... 25 7.2 污染防治措施 ............................................................................................................................ 26 7.3 抽放站绿化 ................................................................................................................................ 26 8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施 ................................................................... 26 8.1 组织管理 .................................................................................................................................... 26 8.2 瓦斯抽放组织机构管理 ............................................................................................................ 27 8.3 瓦斯抽放钻场管理 .................................................................................................................... 27 8.4 采空区抽放管道的拆装 ............................................................................................................ 29 8.5 瓦斯抽放管路管理 .................................................................................................................... 29 8.6 主要安全技术措施 .................................................................................................................... 29 8.7 钻机操作规程 ............................................................................................................................ 30 8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程 ................................................................................................ 31 8.9 瓦斯抽放报表管理 .................................................................................................................... 33 9 瓦斯抽放工程技术经济指标...................................................................................... 33 9.1 劳动定员 .................................................................................................................................... 33 9.2 投资概算 .................................................................................................................................... 34 9.3 矿井瓦斯利用 ............................................................................................................................ 34
概 述
郴州市苏仙区西风渡廖王坪煤矿1983年建矿，同年3月破土动工，1984年12月份投产，主采Ⅵ煤，Ⅴ煤局部可采，采用斜井开拓，2010年与原街洞煤矿正源矿整合。2008年5月，由郴州市煤矿设计院进行了技术改造初步设计，2011年4月对技术改造初步设计进行了修改，其设计能力为6万T/a;郴州市煤管局先后用郴煤管字【2008】51号，郴煤管字【2011】71号文对技术改造初步设计及修改进行了批复；郴州监察分局用煤安【2011】97号文对技术改造初步设计修改进行了批复，为股份制民营企业。2013年4月续办了采矿许可证，生产规模为6万T/a。
根据2015年11月由湖南玖鼎矿业技术咨询服务有限公司提供的安全现状评价报告， 矿井绝对瓦斯涌出量为0.92m3/min, 相对瓦斯涌出量为36.00 m3/t, 属于煤与瓦斯突出矿井.煤尘无爆炸危险性，开采煤层为不易自然煤层； 随矿井产量的增加和开采范围的扩大, 该矿今后主采煤层采掘工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大.
为贯彻执行党和国家的”安全第一, 预防为主”的安全生产方针和国家安全生产监督管理局制定的”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的煤矿安全生产管理方针, 廖王坪煤矿已在井上安装了一套为矿井工作面服务的永久式瓦斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统，抽出的瓦斯直接排放到空气中。根据行业管理部门要求, 高瓦斯矿井需要建设高低压两套抽放设施。为此特编写廖王坪煤矿瓦斯抽放系统方案设计说明书.
一. 编制本设计方案的依据
1. 《矿井抽放瓦斯工程设计规范》(MT95018-96),中华人民共和国煤炭工业
部,1997年.
2. 《矿井抽放瓦斯管理规范》,中华人民共和国煤炭工业部,1997年. 3. 《煤矿安全规程》,国家煤矿安全监察局,2011年. 4. 《防治煤与瓦斯突出规定》, 国家煤矿安监总局,2009年.
5. 启隆煤业有限公司廖王坪煤矿的通风、生产、瓦斯地质等相关资料. 二. 设计的主要技术经济指标
1. 矿井绝对瓦斯涌出量: 0.92m3/min（最大时期） 2. 矿井相对瓦斯涌出量: 36.00m3/t;
3. 矿井瓦斯抽放量: 3.23m3/min（最大抽放量）。 三. 矿井煤层瓦斯基础参数测定结果：
郴州启隆煤业有限公司廖王坪煤矿已经对矿井开采煤层瓦斯基础参数进行了测定。其测定结果如下：
郴州市启隆煤业有限公司廖王坪煤矿1983年建矿，1984年12月建成投产,经技改后设计生产能力为60kt/年。
1.1交通位置
郴州市启隆煤业有限公司廖王坪煤矿位于郴州市东南345°方向，直距约20公里处。地理极值座标：东经112°29′45″，北纬25°58′12″，行政区划属苏仙区西凤渡镇凉源村所辖。
矿区范围呈不规则多边形，面积1.3309 平方公里。其矿界拐点坐标见表1.2－1。 郴州市启隆煤业有限公司廖王坪煤矿矿区范围拐点坐标表 表1.2－1
区内交通方便，京广铁路和107国道从井田东面约3公里处通过，简易公路直达矿区。（见交通位置图1）。
1.2 井田地形与气候
1). 地形地貌特征
矿山地貌类型剥蚀浸蚀丘陵地貌，本井山脉走向呈南东－北西向展布。地势总体为北西高、南东低。海拔高程+213.6米，冲沟处最低海拔高程为+146.2米，最大相对高差67.4米，一般为10~50米左右。地形坡度较缓，坡角5°～15°,一般小于10°，植被覆盖率发育，覆盖率约80%左右，多以灌木和草本植物为主，乔木零星分布，侵局部见小面积基岩出露。
2). 气候
区内属北亚热带湿润气候，四季温差变化不大，最低气温-8.3℃，最高气温39.8℃，
年均气温17.9℃。
3). 降水量
每年11月至次年2月为冬季，常出现冰雪天气。雨量充沛，年平均降雨量为1440毫米，降雨多集中在3～5月，8～10月为干旱少雨，霜冻期在11月道翌年2月，年日照1630小时，区内主导风向夏季多东南风，冬季多西北风，年最大风速16米/秒，年平均风速1.5米/秒，年相对湿度65%。
1.3 井田地质构造情况
矿井内除第四系外，主要出露上二叠系大隆组P2d和龙潭组P2l现由老至新分述如下。
龙潭组P2l
矿井内广泛出露，按其岩性及含煤情况可分为上下两段。全组厚560余米。 下段P2l1：多由泥岩，细-粉砂组成，含薄层炭质泥岩1-2层，厚290米左右。 上段P2l2由中粒砂岩、细粒砂岩、岩质泥岩、泥岩及煤炭层组成，厚220-280米。
大隆组P2d
矿井内零星出露，全组厚125米。
下部：为深灰色薄层状硅质泥岩，黑色泥岩，稍含炭质，厚5--7米； 中部：硅质层，黑色，深灰色薄层状，单厚5--8厘米，质密、坚硬，间夹深灰色硅质灰岩与硅质泥岩薄层，厚约70米；
上部：硅质灰岩与硅质层互层，深灰黑色，薄--中厚层状，质密，坚硬，节理发育，含黄铁矿晶粒及方解石脉，厚50米。
第四系Q
分布于丘陵及河溪两畔，主要为冲洪积和残坡积层：灰黄色、黄棕色黏土，砂质黏土、碎石及耕植土，厚1--5米。
1.4煤层赋存情况
矿井内煤层赋存于二叠系上统龙潭组（P2l）中，地层平均总厚400m，主要由泥岩、粉砂岩、细～中粒砂岩及煤层组成，含煤6层。其矿区内含可采和局部可采煤层2层，各可采煤层特征如下：
1、V煤层
分布在含煤岩系的中下部，厚0.48--1.5米，平均厚0.98米，煤层结构复杂，沿走向变化不大，沿倾向方向有厚度变化。煤层的顶板为深灰色厚层状砂岩，厚32.46米，底板为黑色薄层状泥岩，厚0.77米。物理性质为黑色，以暗煤为主，亮煤次之，具成煤结构，一般硬度较大，性碎，近似玻璃光泽，断口平坦状，破碎成粒状。
VI煤层
上距V煤11--45米，一般30米左右，是本区最重要的可采煤层，厚0.24--2.55米，平均厚1.3米，煤层结构简单，沿走向和倾向变化都不大，煤层顶板一般均为泥岩、炭质泥岩和砂质泥岩，底板以砂岩、泥岩为主，部分为岩质泥岩。物理性质为暗黑色，条痕黑色，成分以暗煤为主，亮煤次之，含少量粘土矿物质，粉末状及块状，粉末状之煤约占60%；具土状及颗粒状结构，购软、污手，少量亮煤呈颗粒状分布于暗煤及矿物杂质中，呈不规则的重胶结状态。块状煤约占40%，具层状结构，贝壳状断口，滑动面非常发育，硬度2--3度，比重稍大。
1.5矿井开拓方式
廖王坪煤矿采用斜井开拓方式，工作面采用走向长壁式开采, 一次采全高, 全部垮落法管理顶板。
2008年, 矿井的生产能力达到60kt/年，矿井服务年限大约为20年。
1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出
廖王坪煤矿目前开采V煤和VI煤。矿井通风方法为机械抽出式，通风方式为中央并列式，主井进风，风井回风。风井安装两台YBFe280S--6,45KW型轴流式风机,其中一台工作，一台备用， 风量为1680m3/min，可通过操作控制电屏的反转开关使电机反转直接反风，反风效率在60%以上。
2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性
根据国家煤矿安全监察局2011年颁布的《煤矿安全规程》第145条规定, 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min, 无论井型大小, 也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。
《煤矿安全规程》, 《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定: 当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。
廖王坪煤矿2014年来瓦斯等级鉴定情况表 表2-1
（湘煤行【2008】14号），该矿井属于煤与瓦斯突出矿井，瓦斯相对涌出量为36m3/t.，根据煤矿,《安全规程》、《煤矿安全生产基本条件规定》和郴州市等有关部门的相关规定，必须采取地面瓦斯抽放系统对矿井实行瓦斯抽放。本设计中廖王坪煤矿V、VI煤层历年瓦斯鉴定结果均为突出矿井（原发生过煤与瓦斯突出）。 2.1廖王坪煤矿瓦斯治理现状
2.1.1矿井通风及瓦斯管理情况
矿井采用通风方法为机械抽出式，通风方式为中央并列式，主井进风，风井回风。
风井安装两台YBFe280S--6,45KW型轴流式风机,其中一台工作，一台备用， 风量为1680m3/min，瓦斯浓度为0.02%，二氧化碳浓度为0.04%。
2.1.2工作面供风及瓦斯情况
2151工作面供风及瓦斯情况
主井→-20m水平井底车场→-20m水平运输大巷→-20m水平南翼运输大巷→2151工作面→2151±0m水平回风巷→±0m水平南翼回风石门→总回风巷。风量为890m3/min，实际配风量为1680m3/min，工作面上隅角瓦斯浓度为0.05%，工作面回风巷瓦斯浓度为0.03%。
根据廖王坪煤矿2008-2014年瓦斯治理现场实际情况，廖王坪已总结了一套有效的瓦斯治理工作经验，建设科学合理的通风系统，利用开采保护层、区域性防突措施和局部预突措施相结合，已完全可以治理好廖王坪煤矿瓦斯问题。
根据行业管理部门的相关要求，高瓦斯矿井必须建设地面高低负压抽放设施，本设计不再进行必要性和可行性分析。
根据行业管理部门的要求，廖王坪煤矿2006年已经在井上建立了一套永久抽放瓦斯泵站(两台44 m3/min抽放泵)为廖王坪煤矿回采工作面抽放瓦斯服务。本设计将现有抽放系统作为高压抽放设施使用，只进行低压抽放系统设计。
2.2 矿井煤层瓦斯涌出量预测结果
表2－3至表2-5是V煤和VI煤煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果
表2－1给出了回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果。瓦斯含量是根据2151工作面的瓦斯涌出统计。由于现场的煤层瓦斯含量及瓦斯压力的实测数据有限, 表2-3中的数据只作为设计参考。建议廖王坪煤矿在矿井开采中期及后期持续开展这方面的实测工作，以实测参数作为指导瓦斯抽放的依据。
表2－3 回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果
统计表明,自2008年至今， V煤工作面在回采期间瓦斯绝对涌出量为1.43m3/min，
VI煤工作面在回采期间瓦斯绝对涌出量为2.7m/min；V煤掘进工作面掘进期间的瓦
3
斯绝对涌出量为0.5m3/min，VI煤瓦斯绝对涌出量为0.36m3/min。
2008-2014年，年矿井基本处于半停产状态，矿井在V煤布置1个回采工作面和
1个掘进工作面，VI布置1个掘进工作面。
表2－5 矿井瓦斯涌出量预测结果
2.3瓦斯最大涌出来源与构成
如表2-5，在矿井生产后期，矿井在V煤和VI煤各布置一个炮采采煤工作面的情况下，全矿最大瓦斯涌出量可达到 10.29m3/min。其中回采工作面最大涌出量为7.2 m3/min。具有抽采价值的VI、V煤回采工作面最大涌出量为4.5 m3/min。 2.4 瓦斯抽放的必要性 2.4.1 相关法规的要求
按照《煤矿安全规程》、行业管理部门的有关规定及”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的十二字方针，廖王坪煤矿必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。
廖王坪煤矿设计生产能力为60Kt/年, 目前生产能力未达到60Kt/年.根据当地郴州市苏仙区煤炭管理局要求，凡是确定为高瓦斯矿井，必须安装瓦斯抽放系统，并实现高低负压两套抽放系统抽放。 2.4.2 采掘工作面瓦斯治理的需要
《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。然而, 后期V、VI煤回采工作面绝对瓦斯涌出量4.5m3/mi，不超过5m3/min。因此，本设计以下内容不再对廖王坪煤矿的瓦斯涌出量是否符合抽放标准进行论述。只针对预计瓦斯涌出量及抽放量进行设计。
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,即式(2－1)成立时, 抽放瓦斯才是必要的。
Q01.67QK/C …………………………………(2－1)
式中:
Q0 - 采掘工作面设计风量, m3/s； Q - 采掘工作面瓦斯涌出量, m3/min； K - 瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5；
C -《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1. 根据上式计算，全矿井所有采掘工作面均不需要进行瓦斯抽放。
2.5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判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2－6示。
表2－6 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
目前，廖王坪煤矿已经测定瓦斯压力、瓦斯含量、分析基固定碳、钻孔瓦斯流量衰减系数和煤层透气性系数。
廖王坪煤矿煤层开采瓦斯基础参数测定结果如下：表2-7
因此，廖王坪煤矿属于可以抽放煤层(表2-7)。
但根据廖王坪煤矿生产现场瓦斯治理风排已经达到要求的实际情况，本设计对本煤层抽放不予设计。 2.6矿井瓦斯储量与可抽量
矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量。 开采V煤与VI煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算有V煤与VI煤层和围岩（含煤线）的瓦斯储量，计算公式如下：
WkCAX
式中:
…………………………（2－2）
Wk — 矿井瓦斯储量，万m3；
C — 围岩瓦斯储量系数 ，取C = 1.05； A X
— V煤与VI煤工业储量，万吨； — V煤与VI煤平均瓦斯含量，m3/t.
可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算：
WkckWk ……………………………………（2－3）
式中:
Wkc ---- 矿井瓦斯可抽量，万m3；
ηk ---- 矿井瓦斯抽放率，取ηk = 30%。
表2－8 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果
3 矿井瓦斯抽放方案初步设计
3.1 抽放方法选择的原则
选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件, 瓦斯基本参数, 瓦斯来源, 巷道布置, 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定, 并应遵守以下原则:
(1).抽放方法应适合煤层赋存状况, 巷道布置,地质条件和开采技术条件。 (2). 应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析, 有针对性地选择抽放瓦斯方法, 以提高瓦斯抽放效果。
(3). 在满足瓦斯抽放的前提下, 应尽可能地利用生产巷道, 以减少抽放工程量。 (4). 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。
(5). 选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本。 (6). 瓦斯抽放应有利于抽放系统管网的设计。
3.2 抽放瓦斯方法选择
廖王坪煤矿抽放瓦斯的目的是降低回风流的瓦斯浓度，在风排回风流瓦斯浓度符合煤矿安全规程要求的基础上进一步降低其浓度数值。因此, 确定矿井抽放瓦斯的方法为工作面专用排瓦斯风巷抽放方式。
在V、VI煤煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行对工作面作业头面进行瓦斯抽放。
3.3 矿井瓦斯抽放量预计
当矿井实施工作面抽放措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到3.1m3/min.按年抽放365天、日抽放24小时计算，矿井年最大年瓦斯抽放量可以达到162.41万m3。
3.4 抽放服务年限
由于矿井瓦斯抽放方式为工作面尾巷抽放、边采边抽，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同. 3.5 抽放参数的确定
根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法, 设计矿井的瓦斯抽放浓度为10%。
3.6 瓦斯抽放参数监测
采用孔板或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪尾巷抽放管进行监测很有必要。除
此之外, 在抽放巷道口设瓦斯抽放监测传感器, 对抽放管道的负压, 瓦斯浓度, 瓦斯流量, 温度进行监测。 井下抽放支管和地面主管都应装备管道监测系统, 并将其尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统。
4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型
4.1 矿井瓦斯抽放设计参数
根据煤矿提供的地质资料和矿井设计资料,廖王坪煤矿的设计瓦斯抽放量按一台抽放泵服务V、VI煤回采工作面, 纯瓦斯抽放量取3.1m3/min. 瓦斯抽放浓度按10%计算。
4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算
4.2.1 瓦斯抽放管网系统
在选择瓦斯抽放管路系统时, 主要根据抽放泵站位置, 开拓巷道布置, 管路安装条件等进行确定。 抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中, 尽可能避开运输繁忙巷道, 同时还要考虑供电, 供水, 运输方便。
根据矿井采掘工作面的具体位置及开拓布置, 确定将地面永久瓦斯抽放站布置在主井广场东北约100米处，附近无地质灾害和洪水影响的地点。 要求瓦斯抽放泵站房50m范围内无主要建筑及民房, 在泵房周围20m设立围墙或栅栏, 并严禁明火。
根据廖王坪煤矿的井下开拓巷道和地表设施的具体情况,考虑以下井下管道布置最长路线：
-20m水平2151工作面 ±0m水平2151回风巷 总回风上山 抽放泵房 放空管;
4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择
瓦斯抽放管管径按下式计算：
D0.Q/V ………………………………（3－5）
式中 D-----瓦斯抽放管内径，m；
Q-----抽放管内混合瓦斯流量，m3/min；
V-----抽放管内瓦斯平均流速，经济流速V＝5-15m/s, 取V=7 m/s. 约定：
因只对运输巷进行抽放、采面，采区、回风井及地面瓦斯抽放管选统一管径； 根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按式（3－5）计算选择的瓦斯抽放管管径如表3－2示。 瓦斯抽放管选用无缝钢管。 表3－2 瓦斯抽放管管径计算选择结果
抽放管材均选择无缝钢管, 经过计算得出主管直径D = 0.252m,选择直径为
Φ275mm的无缝钢管, 壁厚可选择9mm或10mm。
4.2.3 管网阻力计算
⑴. 摩擦阻力（Hm）计算
Hm9.81Q2L/(KD5) ………………… (3－6)
式中:
Hm — 管路摩擦阻力，Pa；
L — 负压段管路长度，m； Q — 抽放管内混合瓦斯流量，m3/h； γ — 混合瓦斯对空气的密度比； K — 与管径有关的系数； D — 抽放管内径，cm.
为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力。
由于矿井的服务年限较长，且中后期开采的采区煤层瓦斯含量高，考虑到瓦斯抽放泵的有效使用年限仅为15年左右，故计算矿井生产时期的瓦斯抽放系统最大阻力。 根据矿井前期采掘接替安排，确定的瓦斯抽放系统最困难管线如下： 地面抽放泵站干管(长度为200米)一回风井干管(长度为480米)采区抽放干管(长
度为225m)工作面抽放支管(长度为240m)。 最困难抽放管线阻力计算结果如表3－3示。
表3－3 瓦斯抽放系统最困难管网阻力计算结果
⑵.局部阻力（Hj）计算
管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则抽放管路系统的局部阻力损失为:
Hj =0.15 Hm = 0.15 x4288.08 = 643.21Pa.
(3). 总阻力（H）计算
H = Hm + Hj
= 4288.08 + 643.21 =4931.29Pa
4.2.4 瓦斯抽放管路敷设
1). 瓦斯抽放管路敷设的一般要求
由于煤矿井下的环境条件比较恶劣, 巷道变形较大高低不平, 坡度大小不一, 空
气潮湿管路易生锈, 为此对煤矿井下瓦斯抽放管路的敷设有如下要求:
(1). 瓦斯抽放管路应采取防腐, 防锈蚀措施;
(2). 在倾斜巷道中, 应用卡子把瓦斯抽放管道固定在巷道支架上, 以免下滑; (3). 瓦斯抽放管路敷设要求平直, 尽量避免急弯;
(4). 瓦斯抽放管路敷设时要考虑流水坡度, 要求坡度尽量一致, 避免由于高低
起伏引起的局部积水. 在低洼处需要安装放水器;
(5). 新敷设的管路要进行气密性试验。
地面敷设的管道除了满足井下管路的有关要求外, 还需要符合以下要求:
(1). 在冬季寒冷地区应采取防冻措施;
(2). 瓦斯抽放管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设;
(3). 瓦斯抽放管路不允许与自来水管, 暖气管, 下水道管, 动力电缆, 照明电
缆和电话线缆等敷设于一个地沟内;
(4). 在空旷的地带敷设瓦斯抽放管路时, 应考虑未来的发展规划和建筑物的布
置情况;
(5). 瓦斯抽放主管路距建筑物的距离大于5m, 距动力电缆大于1m, 距水管和
排水沟大于5m, 距铁路大于4m, 距木电线杆大于2m;
(6). 瓦斯抽放管路与其他建筑物相交时, 其垂直距离大于0.15m, 与动力电缆,
照明电缆和电话线大于0.5m, 且距相交建筑物2m范围内, 管路不准有接头。
2). 管路安装
井下瓦斯抽放管路采用吊挂或打支撑墩沿巷道底板敷设。掘进工作面瓦斯抽放管路可采用巷道侧邦吊挂安全方式。 地面瓦斯管路安装采用沿地表架空敷设方式, 架空高度0.5m. 每隔5-6m设置一个支撑架(支撑墩), 必要时在支撑墩上设半圆形管卡固定管路, 以防滑落。
3). 管道防腐防锈
所有金属管道外表均要进行防锈处理,即在管道外表先涂刷两层樟丹, 在刷一层调和漆。
4.2.5瓦斯抽放管道的附属装置
为了掌握各抽放地点的瓦斯涌出量, 瓦斯浓度的变化情况, 便于调节管路系统
内的负压和流量, 在管路上应安装阀门, 流量计和放水器等附件。除此之外, 在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆, 防回火装置及放空管等。
1). 阀门
瓦斯抽放管路和钻场连接管上均应安装阀门, 主要用来调节和控制各抽放点的
抽放量, 抽放浓度和抽放负压等。
2). 放水器
在抽放管路系统最低点安装人工或自动放水器, 及时放空抽放管路中的积水,
提高系统的抽放效率。 在排气端低凹处安装正压放水器。
为减少瓦斯抽放成本, 建议采用人工放水器(如图4-1, 图4-2)。 也可以使用负压
自动放水器。
1 – 钢管; 2 – 闸阀DN25.
图4-1 人工负压放水器(也可以作正压放水器用)
图4-2 高负压人工放水器安装示意图
(a) 卧式, (b) 立式.
1 – 瓦斯管路; 2 – 放水器阀门; 3 – 空器入口阀门;
4 – 放水阀门; 5 – 放水器; 6- 法兰盘.
抽出的瓦斯排放至地面, 还必须安装防爆, 防回火装置, 放空管, 避雷线等。 3). 计量装置及抽放参数测定
在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安装一套WYS型管道气体参数监测仪,
计量各支管的瓦斯流量。 在抽放系统的主管道和各支管上安装一套WYS型管道气体参数监测仪,计量整个抽放系统的瓦斯抽放量。 应用便携式孔板流量计测定单孔瓦斯流量。
也可以使用板流量计来测定管道中气体的流量。 在使用孔板流量计时要注意孔
板与瓦斯管道的同心度, 不能装偏。 在钻场内使用孔板流量计时, 应保证孔板前后
各1m段平直, 不要有阀门和变径管。 在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时, 应保证孔板前后各5m段平直, 不要有阀门和变径管。
测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计, 测定抽放管路中的抽放负压可采用水
银计, 抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。
4.3 瓦斯抽放泵选型计算
瓦斯抽放泵的选型原则有二个：
①泵的流量应满足抽放系统服务期限可能达到的最大瓦斯抽放量； ②泵的压力能克服最困难路线的管网阻力，使抽放钻孔达到足够的负压，并满足抽放泵出口正压需求。
4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法
Q100QZK/(X) ……………………………(3－6)
式中:
Q — 瓦斯抽放泵所需额定流量，m3/min； Q z — 矿井抽放系统最大瓦斯抽放纯量，m3/min； X — 矿井抽放瓦斯浓度，%； K — 备用系数，K=1.20； η— 抽放泵机械效率，η=0.80.
本抽放系统设计抽放量为3.1 m3/min。 则瓦斯抽放泵所需额定流量计算如下:
Q = 100 x3.1x 1.2/(15 x 0.80) = 31 m3/min
4.3.2 瓦斯泵压力计算方法
瓦斯泵压力, 必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压, 以及能满足泵出口正压之需求. 瓦斯泵压力按下式计算:
HK(HzkHrmHrjHc)
式中:
H — 瓦斯抽放泵所需压力，Pa； K — 压力备用系数，K=1.20；
………………………（3－7）
Hzk — 抽放钻孔所需负压，Pa，取=14000Pa，本设计从大考虑；
Hrm — 井下管网的最大摩擦阻力，Pa； Hrj — 井下管网的最大局部阻力，Pa；
Hc — 瓦斯泵出口正压，Pa，考虑今后瓦斯抽放利用的需要，取=15000Pa。
4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算
表3－4 瓦斯泵流量、压力计算结果
H = (14000 + 4288.08 + 643.21 + 15000) x 1.2
= 40717.55 Pa
根据当地气象资料, 地面抽放站的压力为81000Pa, 泵的入口绝对压力为:
81000 – 39667.19 =40282.45Pa, 实际取泵的入口压力为40KPa。
4.3.4 瓦斯抽放泵选型
根据上述计算结果, 查国内有关厂家的真空泵曲线, 即可确定瓦斯抽放泵的型
号。由于目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的, 所以还需要按下列公式把标准状态下的瓦斯流量换算成工况状态下的流量。
Q泵工 = Q泵
式中:
Q泵工 – 工况状态下的瓦斯泵流量, m3/min; Q泵 – 标准状态下的瓦斯流量, m3/min; P0 – 标准大气压力(P0=101325Pa), Pa; P – 瓦斯泵入口绝对压力, Pa;
T - 瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度(T=273+t), K;
T0 – 按瓦斯抽放行业标准规定的标准状态下绝对温度(T0=273+20), K; t - 瓦斯泵入口瓦斯的温度, ºC。
P0T
PT0
(3-8)
取瓦斯泵入口温度t = 20ºC, 则:
Q泵工 = 31 x
101325x293
40000x293
= 78.53 m3/min
根据上述计算结果, 通过淄博, 武汉, 新乡, 佛山等国内真空泵生产厂家产品的
市场调查, 建议选用2台博山真空设备实业有限公司生产的2BE3-355型水环真空泵质量最好, 而且节能。泵的转速为472r/min, 电机功耗为110KW, 电压380/660v。
5 瓦斯抽放泵站布置 5.1 瓦斯抽放泵
根据矿井采掘的具体位置及开拓布置, 确定将抽放泵站设在矿井主井工业广场东北向100米处，且无地质,洪水等灾害影响, 地势平坦的地点，与原矿井瓦斯抽放泵房并列布置。
抽放泵站由瓦斯泵房, 配电值班室组成。 瓦斯泵房长8.0m, 宽6.0m, 高3.5m. 值班室3 x 3 x 3.5m, 3 x 3 x 3.5m。
瓦斯抽放泵房围墙或栅栏的圈定范围应当保障泵房周围50m范围内无居民, 20m内无明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配备至少4只干粉灭火器和大于0.5m3的黄砂. 在泵站周围设有防火栓。 抽放泵站是具有爆炸危险的甲类厂房, 设计门窗作为泄压面积, 泄压与厂房体积比应在0.05-1.22之间, 瓦斯抽放泵房采用不燃性材料构成. 其土建工程设计和施工由廖王坪煤矿自行完成。
地面抽放泵站主要建筑为泵房，抽放泵房内设有配电装置, 瓦斯泵、分水器、管路、阀门等设备。在泵房附近进出口处设有放水器、防爆防火装置(图5-1)、放空管、压力测定、流量测定装置、采样孔、阀门等附属装置。
图5-1 水封式防爆, 防回火装置
1 - 入口瓦斯管; 2 - 出口瓦斯管; 3 - 水封罐; 4 - 橡胶盖(胶皮板);
5 - 注水管口; 6 – 水位计; 7 – 支承柱; 8 – 放水管。
瓦斯抽放泵房内的所有设备和仪表均选用防爆型。 图5-2地面瓦斯抽放泵站布置示意图。
5.2瓦斯抽放泵站供电
瓦斯抽放泵站供电参照主要通风机的供电管理, 要求”三专”, 即专用变压器, 专
用线路和专业开关。 根据矿井的实际情况, 采用380V或660V供电安排。 瓦斯抽放泵站的设备总容量为120KW, 工作容量为120KW。
根据煤炭工业矿井设计规范GB-5012-94, 瓦斯抽放站的电力负荷为一级负荷, 必须保证有两个电源供电。
图5－2
23
5.3 瓦斯抽放泵给排水
(1). 给水
瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水(PH值6-8)。 在不建水循环系统时, 为节省水耗, 要求供水压力大于600mbar, 供水量大于12m3/h。 如果建水循环系统, 最好安装一套除垢装置, 要求供水压力大于200mbar即可。
(2). 排水
水环式真空泵排出的水收集后排入矿井蓄水池。 5.4 防雷设施
在瓦斯抽放泵站房顶上设置避雷针, 并接地。见附图2。
根据《建筑物防雷设计规范》(2000), 设避雷线保护瓦斯排放管, 在瓦斯抽放站房顶设置避雷带防感应雷。 在变电所设工作接地, 接地电阻
设计放空管的高度为7m, 在距放空管5m之内设一高度为14m的避雷针。见附图1。
由于廖王坪煤矿处于山区, 有时雷害比较严重, 应该注意以下几点: 1). 放空管应高于房脊4m以上, 放空管与避雷针距离小于5m; 2). 泵房房顶应安放雷网;
3). 避雷针接地电阻不得大于4Ω, 达不到要求的要增加接地极;
4). 瓦斯抽放泵房内所有设备的金属外壳都应接地, 金属走线架, 水管等金属物必须接地;
5). 为防止井下瓦斯抽放管路带电, 瓦斯抽放管也需接地; 6). 瓦斯抽放泵供电采用四芯电缆, 其中一芯接地;
应由具有防雷专业资质的相关部门或设计单位进行设计, 安装。
5.5 瓦斯抽放泵站照明
在瓦斯抽放泵站内和值班室内的照明灯具选用隔爆型。
5.6 瓦斯抽放泵站通讯
在瓦斯抽放泵站应设置有到矿调度室的防爆型电话分机。
5.7 抽放系统实时监测
为保证瓦斯抽放系统的安全运行和矿井的安全生产, 瓦斯抽放系统设计时必
须具备完善的安全监测系统, 对泵站的环境瓦斯浓度, 真空泵供水, 抽放瓦斯浓度, 抽放量, 负压, 温度, 排放口的正压, 瓦斯浓度等参数进行监测。 5.8 泵房采暖, 通风
廖王坪矿区冬天最低气温可以达到-0ºC以下, 应该在泵房和值班室安装采暖
和通风系统。
6. 瓦斯抽放系统的安装
6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求
瓦斯抽放系统的安装, 调试和运行等必须遵守《煤矿安全规程》和《矿井瓦
斯抽放管理规范》的有关规定。
瓦斯抽放系统安装所使用的材料必须为煤矿井下所允许使用的产品, 并具备
煤矿安全产品标志准用证。 6.2 瓦斯抽放泵的安装
瓦斯抽放泵应安装在专门的瓦斯抽放泵房内, 泵房内必须有足够的照明, 消
防等设施, 严禁堆放易燃物品, 严禁无关人员进入瓦斯抽放泵房内。 6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装
瓦斯抽放, 排放主管路采用无缝钢管, 法兰连接, 安装时采用锚杆吊挂在巷
道顶部, 也可以采用其他支撑方式安装在巷道壁上, 但不能影响车辆和行人. 管路应尽量避免与电缆安装在同一巷邦上, 管路全程严禁与带电物体接触, 并在管路上安设可靠的接地措施。
抽放主管路每隔200-400m安装一调节闸阀, 在管路的低洼处安装人工或自
动负压放水器, 定期放水。 抽放支管安装阀门, 流量计和放水器等。
瓦斯抽放用所有金属部件均须防腐处理, 管路安装完毕要进行密闭性试验,
并进行吹扫处理, 以免管路漏气和内存杂物。 封闭性能实验使用水试压, 压力为0.2MPa, 一小时内压降不超过10%.试压后, 管路涂红色漆。
7 环境保护
7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响
矿井瓦斯的主要成份为CH4和N2, 不含硫化物和其他有毒物质, 是一种洁净
的优质能源。 当其与水体接触时, 不会产生新的污染。
瓦斯是气体燃料, 不含灰份, 也没有硫化物, 燃烧后不产生粉尘。 与燃煤相比, 可减少SO2排放量, 飞灰, 炉灰运输量, 提高矿区大气的洁净度。 因此, 抽放瓦斯并加以利用, 对保护环境是十分有利的。
如果把抽出的瓦斯直接排入大气, 则对大气环境产生温室效应。 所以有条件时尽量对抽出的瓦斯加以利用。
抽放工程对环境的影响主要是水环式真空泵和电机产生的噪声。 真空泵采用循环供水, 可减少对环境的影响。 7.2 污染防治措施
噪声治理主要考虑声源控制, 具体措施如下:
值班室与瓦斯泵房隔开, 内墙表面采用吸声设计, 以保证值班室内噪声低于规定要求值, 减少噪音对值班人员的危害。
循环泵采用可曲挠橡胶接头防噪。 7.3 抽放站绿化
绿化在防治污染, 保护和改善环境方面起着特殊重要的作用。 它具有较好
的调温, 调湿, 吸灰, 吸尘, 改善小气候, 净化空气, 减弱噪声等功能。 在泵站周围种植速生, 高大, 树冠丰满的树种, 设置绿化带, 降低噪音和净化空气。
8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施
瓦斯抽放制度定为三班制抽放。 为了安全地进行瓦斯抽放工作和提高瓦斯抽放效果, 按照《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定, 在安全和组织管理方面准备以下措施。 8.1 组织管理
(1). 建立抽放瓦斯的专门机构, 配备专业施工队伍, 负责瓦斯抽放工程的施
工和日常管理工作. 所有人员必须经过培训合格后方能上岗;
(2). 应对瓦斯抽放泵房内的设备和管路系统进行日常检查, 建立定期检查
维修制度;
(3). 在瓦斯抽放区主管和分支管路上安装瓦斯流量,浓度,负压等检测装置,
同时还配备专人定期巡回检测, 进行放水和管路维护, 处理管路积水和漏气, 以
保证管路畅通无阻;
(4). 对瓦斯抽放设计参数应在实践中进一步考察和验证, 以便确定合理的
综合抽放方法。 达到合理布置钻孔, 提高抽放效果;
(5). 瓦斯抽放泵站的司机和值班员必须经过专门训练, 使其熟悉瓦斯抽放
的有关规定, 掌握各种安全, 监控仪器仪表的用途和操作程序。 8.2 瓦斯抽放组织机构管理
为了加强矿井瓦斯抽放管理, 矿井应配备工程技术人员和各类业务人员。 这
些人员的组成如下:
(1). 井下打钻施工人员。 负责井下瓦斯抽放钻孔的施工和其他钻探施工; (2). 管线工程施工,维修人员。 负责瓦斯管线及抽放系统各种设施的安设,
维修,调整和更换等;
(3). 检测人员。 负责对矿井抽放系统,钻场,管线,主要设备,设施的日常检
查和抽放系统的测试, 调整, 试验, 数据管理等安全技术工作。 8.3 瓦斯抽放钻场管理
瓦斯抽放是保证矿井安全生产的根本措施之一。 先抽后采是抽放瓦斯的主
要方法。
(1). 钻场设计。 瓦斯抽放钻场必须保持良好的通风状态, 避免瓦斯积聚和
超限,性便于施工管理。 钻场设计必须满足扩散通风要求和钻孔布置, 钻机操作的要求。 布置钻场位置的岩层应完整,不破碎,断面符合施工要求, 支护可靠,无空邦, 空顶, 布孔岩壁应平直, 以利钻孔施工, 封孔和安设瓦斯管;
(2)。 施工管理。 包括以下内容:
现场必须有瓦斯抽放钻孔设计图板和说明书, 并标明钻孔数目, 位置, 间距, 方位, 仰(俯)角, 孔径, 孔深封孔长度, 封孔材料, 注意事项和特殊要求等, 并保证施工人员在操作中严格遵守;
必须有安全技术措施, 操作人员应该注意的问题, 发生意外时的处理方法, 发生灾害时的避灾路线等;
在钻孔施工中, 必须认真填写施工记录, 内容包括: 施工时间(年, 月, 日,班次), 孔径, 进尺, 岩性变化及施工中出现的各种问题, 以便有关人员和接班人员及时掌握现场情况;
抽放瓦斯钻孔施工过程中必须实行先封孔, 后钻进, 边钻边抽瓦斯的施工工艺, 避免孔内瓦斯大量涌出到钻场, 造成瓦斯积聚和超限; 在钻场施工完闭后, 由质量检查管理部门进行验收合格才能正常使用;
钻孔要严密封孔, 不得泄漏。 钻场内全部钻孔验收合格后, 撤出钻机, 清理钻场, 安好混合器, 放水器等, 连入抽放管道;
所有抽放钻场都必须设置栅栏, 使其与巷道分离, 同时设置免进牌, 除检查人员外, 其他人一律不准进入钻场。
(3). 巡回检查。 钻场投入使用后, 由于受采动影响会使钻场的状态, 瓦斯流量, 瓦斯浓度, 负压等发生变化, 而影响抽放效果。 因此, 要对钻场和钻孔进行巡回检查。 在巡回检查时, 应指定专人携带测试仪器, 在所负责的的区域内进行检查。 同时钻场必须设置测量牌板, 检查牌板等。 认真记录检查结果。
测量牌板填写抽放瓦斯浓度, 抽放负压, 测定时间, 抽放量, 温度, 检查人员姓名等信息;
原始记录板填写钻孔施工时间, 孔数, 角度, 钻孔长度, 孔径, 封孔长度, 封孔材料等;
检查板填写钻场内外瓦斯检查情况, 检查时间, 温度等; 每个钻场都要在钻场支管上留有观测孔, 以便进行瓦斯浓度检测。
(4). 抽放线路检查。 瓦斯管安设要尽可能地平直, 有合理的流水坡度, 吊丝, 垫墩齐全牢固。 在管道低洼处安装放水器。
检查吊丝, 垫墩齐全牢固,及时填补和更换; 检查管路是否漏气, 积水。 一经发现, 及时处理; 检查安设瓦斯管道巷道是否安全, 发现问题及时处理。
(5). 钻场检查。 定期检查抽放负压, 瓦斯流量, 温度, 气体成分, 随时掌握钻场的抽放状态。
保证抽放浓度在20%以上;
设置调节阀门, 及时调节抽放负压和抽放流量;
对采孔区抽放负压, 温度, 气体成分严格控制。 当温度超过50ºC
或CO浓度超过0.005%时, 及时采取措施。
(6). 采空区抽放的防火措施。 在有自燃倾向性的煤层, 要提高密闭的质量, 加强维护。 除此之外, 还要有一套适合采空区防灭火要求的技术措施。 如注水, 注阻化剂, 注黄泥浆和注惰性气体等。 8.4 采空区抽放管道的拆装
(1). 安全负责人负责现场把关;
(2). 所有参加采空区密闭墙施工及抽放管路撤装的工作人员必须掌握
施工的岗位作业标准, 熟悉瓦斯的基本知识, 严格遵守《煤矿安全规程》;
(3). 在采空区密闭施工中必须使用铜质工具, 以防火花产生;
(4). 密闭墙施工地点的瓦斯浓度不得超过1%, 否则必须停工, 处理瓦斯;
(5). 在管路安装和拆除时, 要轻拿轻放, 避免碰撞; (6). 为了确保安全, 埋入密闭墙内的管路不回收。
8.5 瓦斯抽放管路管理
(1). 新安瓦斯管路, 必须进行管路设计。 设计内容包括: 设计条件和
管路设计;
(2). 瓦斯抽放管材必须采用煤矿安全准用材料;
(3). 管道安装平直, 稳定可靠, 变径地点采用过渡节。 主干管离地高
度0.5m. 受巷道高度限制的支管离地垫高大于0.3 m。
(4). 管道与巷壁距离大于0.3 m。 (5). 严禁带电物体接触;
(6). 管道安装完毕, 要进行吹洗和漏气试验。 实验压力为0.2MPa,
10min内无压力变化。
(7). 管道安装完毕, 要进行防腐处理。
8.6 主要安全技术措施
(1). 在瓦斯抽放系统运行前, 必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面细
致的检查, 包括水电闭锁, 风电闭锁, 供水和排水系统等;
(2). 瓦斯抽放泵运行前, 应在负压册低洼点安装负压放水器; (3). 管路在使用前用压风冲刷, 安装过滤网;
(4) 瓦斯抽放泵在运行过程中, 抽放泵司机应认真观察运行情况, 做好
记录, 发现异常即使处理, 并向调度室汇报;
(5). 应确保有取得合格证的专门瓦斯抽放泵司机值班; (6). 加强抽放地点的管理;
(7). 抽放地点设立专门的记录牌, 记录瓦斯抽放数据;
(8). 瓦斯抽放泵20m范围内, 不得有明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并
配置4支干粉式灭火器和不少于0.5m3的黄砂;
(9). 加强瓦斯抽放泵管路检查的维修;
(10). 加强瓦斯抽放泵室的检查和管理, 必须配备: 《抽放泵司机岗位
责任》，《抽放泵司机操作规程》，《瓦斯抽放管理制度》，《抽放系统图》，设备运行记录等;
(11). 非工作人员不得进入瓦斯抽放泵室; (12). 瓦斯抽放泵的操作程序为:
开启: 检查 供水 启动泵站 检查运行方向 检查水位 启动电
机 打开阀门。
停泵: 关闭闸门 停电机 停水。 8.7 钻机操作规程
1). 在钻机搬运过程中, 应当防止因碰撞而损坏机械部件和油管, 在上下上提升时应编制相应的安全措施。 散件运输时, 保护好油管及螺纹接口, 防止杂物进入;
2). 进入工作地点后, 选好适当位置将机架放到最低点, 然后将动力头部分起吊到机架上方, 用螺栓固定在机架上, 调整好放位角, 用立柱锚固机架;
3). 接通电源。 开机前, 先检查整体安装是否符合要求, 检查盘动电机, 液压系统连接是否正确, 如发现问题及时处理, 启动系统进行试运行, 检查有无漏油现象;
4). 按钻机说明书的操作程序进行钻孔施工;
5). 操作人员应穿戴整齐, 站在钻机侧面, 不能与给进方向成一直线; 6). 在钻孔过程中如遇到喷孔应立即停止钻进, 待喷孔结束后再慢速给进;
7). 在回风区域或掘进工作面进行钻孔施工时, 应定时检测瓦斯浓度, 同时应在钻机5m以内的回风侧悬挂便携式瓦斯检测仪。 施钻地点的瓦斯浓度应低于1%, 否则不准送电开机;
8). 每班开机前均要全面详细检查设备各部件的完好情况, 运行中轴承, 油泵, 电动机等温度不得超过60ºC,计划否则停机处理;
9). 钻头, 钻杆的拆卸时, 不要敲打, 以免损坏接头部位的梯形口;
10). 加强钻机的维护检修, 每班对运动部件进行注油, 特别是对要六方轴进行润滑, 并定时清洗或更换过滤器;
11). 每班工作完毕后, 要检查设备, 做好交接班工作, 将开关锁闭后方能离开现场。
8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程
1). 瓦斯抽放泵司机必须经过专门技术培训, 并掌握瓦斯泵的结构, 性能, 能
够进行一般维护保养及故障处理。 经考试合格, 持证上岗;
2). 瓦斯抽放泵司机负责开, 停泵, 及日常维护管理和运行参数的调整, 记录
工作, 并定时向矿井调度室汇报;
3). 检查泵站的进出风气门, 循环气门, 配风气门, 放空气门和利用气门, 保
证其处于正常工作状态;
4). 检查抽放泵螺丝, 各部件连接螺丝以及防护罩, 要求不得松动; 5). 检查并保持油路, 水路处于良好工作状态; 6). 各部位温度计配置齐全;
7). 瓦斯抽放泵房内的测压, 测瓦斯浓度装置及电流, 电压, 电功率表均应正
常工作;
8). 检查泵站进, 出气侧的安全装置, 要求保证完好; 采用水封式防爆的, 要
保证水位达到规定要求;
9). 用手转动泵轮1-2周, 要求泵内无障碍物, 且配电设备完好; 10). 接到启动命令后, 瓦斯抽放泵司机应一人监护, 一人操作;
11). 启动带有供水系统的抽放泵时, 应先启动供水系统, 并开, 关相应的阀
门;
12). 回转式抽放泵的启动顺序如下:
(2). 操作电气系统, 使抽放泵空载运行5-15分钟;
(3). 瓦斯抽放泵空载运行正常后, 打开连通井下的总进气门, 同时关闭配风门, 并逐步关闭循环门, 使抽放泵带负荷运行。
13). 真空泵的启动顺序如下:
(1)。 关闭进气阀门, 打开出气阀门, 放空门和循环门; (2). 操作电气系统, 使抽放泵运行; (3). 缓缓打开进气阀门;
(4). 调节各阀门, 使抽放泵正负压达到合理要求, 向泵体, 气水分离器等供给适量的水;
14). 瓦斯抽放泵启动后, 应及时观察抽放正, 负压及流量, 瓦斯浓度, 轴承
温度, 电气参数等, 并监听抽放泵的运转声音;
15). 接到停止瓦斯抽放泵运行的命令后, 应一人监护, 一人准备进行停机操
作;
16). 瓦斯抽放泵的停机操作顺序为:
(1). 开启放空门, 循环门, 关闭总供气门和井下总进气门, 同时开启配风门, 使抽放泵运转3-5分钟后, 将泵体内和井下总进气门间的管路内的瓦斯排出;
(2). 操作电气系统, 停止瓦斯抽放泵运转; (3). 停止供水, 供油。
17). 瓦斯抽放泵停止运转后, 要按规定将管路和设备中的水放完;
18). 抽放瓦斯的矿井, 在抽放未准备好之前, 不得将总气门打开, 以免管路
里的瓦斯出现倒流;
19). 如遇到停电或其他紧急情况需要停机时, 必须首先迅速将总供气阀门关
闭, 然后将所有的放空门和配风门打开, 并关闭井下总气门; 20). 瓦斯抽放泵需要互换时, 必须经调度同意后方可进行; 21). 互换瓦斯抽放泵的操作顺序如下:
(1). 备用泵空载运转正常后, 调小运转泵流量, 并相应地调整使用量; (2). 开启备用泵和运转泵系统间的联络门, 关闭备用泵的配风门, 使备用泵低负荷与运转泵并联运行;
(4). 停止原抽放泵运转, 并开, 关相应阀门, 调整备用泵流量。
22). 瓦斯抽放泵并联运行时, 其启动和停止应按照本工种中有关抽放泵的停
止, 启动顺序进行操作;
23). 操作电气设备时, 必须穿戴绝缘鞋和绝缘手套;
24). 对于反映瓦斯抽放泵运行状态的各种参数, 如瓦斯浓度, 设备温度, 压
力, 孔板流量计静压差, 流量等, 和附属设备的运行状态, 机房内的瓦斯浓度, 在正常情况下应按各局规定的时间进行观测, 记录和汇报。 在特殊情况下, 必须随时观测, 记录和汇报;
25). 要经常检查维护抽放系统各种计量装置, 阀门和安全装置等, 保证灵活
可靠, 每天要对全部设备的外表进行擦洗;
26). 必须坚守岗位, 实行现场交接班, 交接班时要对所有设备进行检查和交
接, 并履行台账签字手续。
8.9 瓦斯抽放报表管理
瓦斯抽放的报表管理是瓦斯抽放管理工作的重要内容之一。 通过报表可以反映出瓦斯抽放的状态, 掌握抽放系统的各种数据, 瓦斯工程进度, 平衡瓦斯抽放与采掘关系, 是瓦斯抽放管理的重要手段。 瓦斯抽放报表主要分为钻场施工, 瓦斯抽放监测和综合报表三大部分。
(1). 钻场施工报表. 主要反映钻孔设计和施工情况。
(2). 瓦斯抽放监测报表。 通过瓦斯抽放报表可以及时地掌握瓦斯的浓度, 抽放负压, 抽放量, 瓦斯抽放泵的运行情况等参数, 根据瓦斯抽放报表数据可以合理地对抽放系统, 区域, 钻场进行调控。
(3). 综合报表. 综合报表是将矿井瓦斯抽放情况汇总, 上报有关部门和领导。 供管理部门掌握瓦斯抽放状况, 安排矿井生产计划等。可以根据矿井具体管理要求设计。
9 瓦斯抽放工程技术经济指标
9.1 劳动定员
根据岗位设置, 瓦斯抽放人数暂定为15人, 详见表9-1。 表9-1 瓦斯抽放劳动定员表
9.2 投资概算
经过经过方案比较和各项费用估算, 整个瓦斯抽放工程需要初期投资2104300元。 9.3 矿井瓦斯利用
由于瓦斯抽放量相对较小，矿井暂不考虑瓦斯大规模综合利用。
附图1– 放空管
说明:
1. 放空管安装为软安装, 焊接处要焊实,工资无砂眼;
2. 放空管基础为C20混凝土浇注, 外表用C10素混凝土抹平, 抹
厚为15mm;
3. 放空管拉线为3根, 拉线水平夹角为120º, 与地面成60º夹
角;
4. 基础预埋钢板与预埋钢筋先焊接好, 预埋钢板应放置水平后
再进行基础的浇注。
附图2 防雷装置布置图
说明:
1. 瓦斯抽放泵房按《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94, 2000年)第3.2.1条, 设架空避雷线防直击雷;
2. 电线杆, 避雷线敷设见图要求, 利用拉线作接地引下线并接地, 接地电阻小于10Ω;
3. 按《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94, 2000年)第3.2.2将建筑物内金属装置接到防雷电感应的接地装置上, 接地电阻小于10Ω.
郴州启隆煤业有限公司
廖王坪煤矿
说瓦斯抽放设计
明书
目 录
概 述 ................................................................................................................................ 3
1 矿井概况 ........................................................................................................................................ 4 1.1交通位置 ........................................................................................................................................ 4 1.2 井田地形与气候 ........................................................................................................................... 5 1.3 井田地质构造情况 ....................................................................................................................... 6 1.4煤层赋存情况 ................................................................................................................................ 6 1.5矿井开拓方式 ................................................................................................................................ 7 1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出 ............................................................................................ 7 2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性 ............................................................................... 7 2.1XX煤矿瓦斯治理现状 .................................................................................................................. 2.2矿井通风及瓦斯管理情况 ............................................................................................................ 9 2.3瓦斯最大涌出来源与构成 .......................................................................................................... 10 2.4 瓦斯抽放的必要性 ..................................................................................................................... 10 2.4.1 相关法规的要求 ................................................................................................................ 10 2.4.2 采掘工作面瓦斯治理的需要 ............................................................................................ 10 2.5瓦斯抽放的可行性 ..................................................................................................................... 11 2.6矿井瓦斯储量与可抽量 .............................................................................................................. 12 3 矿井瓦斯抽放方案初步设计...................................................................................... 13 3.1 抽放方法选择的原则 ................................................................................................................. 13 3.2 抽放瓦斯方法选择 .................................................................................................................... 13 3.3 矿井瓦斯抽放量预计 .......................................................................................................... 13 3.4 抽放服务年限 ........................................................................................................................ 13 3.5 抽放参数的确定 .................................................................................................................... 13 3.6 瓦斯抽放参数监测 ................................................................................................................ 14 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型 ....................................................... 14 4.1 矿井瓦斯抽放设计参数 ............................................................................................................. 14 4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算 ......................................................................................... 14 4.2.1 瓦斯抽放管网系统 ............................................................................................................ 14 4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择 .................................................................................... 14 4.2.3 管网阻力计算 .................................................................................................................... 15 4.2.4 瓦斯抽放管路敷设 ............................................................................................................ 16 4.2.5瓦斯抽放管道的附属装置 ................................................................................................. 17 4.3 瓦斯抽放泵选型计算 ............................................................................................................ 19 4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法 ................................................................................................ 19 4.3.2 瓦斯泵压力计算方法 ........................................................................................................ 19 4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算 ........................................................................................................ 20 4.3.4 瓦斯抽放泵选型 ................................................................................................................ 20 5 瓦斯抽放泵站布置 ........................................................................................................................ 21 5.1 瓦斯抽放泵 ................................................................................................................................ 21 5.2瓦斯抽放泵站供电 ..................................................................................................................... 22 5.3 瓦斯抽放泵给排水 .................................................................................................................... 24
5.4 防雷设施 .................................................................................................................................... 24 5.5 瓦斯抽放泵站照明 .................................................................................................................... 24 5.6 瓦斯抽放泵站通讯 .................................................................................................................... 24 5.7 抽放系统实时监测 .................................................................................................................... 25 5.8 泵房采暖, 通风 ........................................................................................................................ 25 6. 瓦斯抽放系统的安装................................................................................................... 25 6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求 ................................................................................................. 25 6.2 瓦斯抽放泵的安装 .................................................................................................................... 25 6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装 .................................................................................... 25 7 环境保护 ........................................................................................................................ 25 7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响 .................................................................................................... 25 7.2 污染防治措施 ............................................................................................................................ 26 7.3 抽放站绿化 ................................................................................................................................ 26 8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施 ................................................................... 26 8.1 组织管理 .................................................................................................................................... 26 8.2 瓦斯抽放组织机构管理 ............................................................................................................ 27 8.3 瓦斯抽放钻场管理 .................................................................................................................... 27 8.4 采空区抽放管道的拆装 ............................................................................................................ 29 8.5 瓦斯抽放管路管理 .................................................................................................................... 29 8.6 主要安全技术措施 .................................................................................................................... 29 8.7 钻机操作规程 ............................................................................................................................ 30 8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程 ................................................................................................ 31 8.9 瓦斯抽放报表管理 .................................................................................................................... 33 9 瓦斯抽放工程技术经济指标...................................................................................... 33 9.1 劳动定员 .................................................................................................................................... 33 9.2 投资概算 .................................................................................................................................... 34 9.3 矿井瓦斯利用 ............................................................................................................................ 34
概 述
郴州市苏仙区西风渡廖王坪煤矿1983年建矿，同年3月破土动工，1984年12月份投产，主采Ⅵ煤，Ⅴ煤局部可采，采用斜井开拓，2010年与原街洞煤矿正源矿整合。2008年5月，由郴州市煤矿设计院进行了技术改造初步设计，2011年4月对技术改造初步设计进行了修改，其设计能力为6万T/a;郴州市煤管局先后用郴煤管字【2008】51号，郴煤管字【2011】71号文对技术改造初步设计及修改进行了批复；郴州监察分局用煤安【2011】97号文对技术改造初步设计修改进行了批复，为股份制民营企业。2013年4月续办了采矿许可证，生产规模为6万T/a。
根据2015年11月由湖南玖鼎矿业技术咨询服务有限公司提供的安全现状评价报告， 矿井绝对瓦斯涌出量为0.92m3/min, 相对瓦斯涌出量为36.00 m3/t, 属于煤与瓦斯突出矿井.煤尘无爆炸危险性，开采煤层为不易自然煤层； 随矿井产量的增加和开采范围的扩大, 该矿今后主采煤层采掘工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大.
为贯彻执行党和国家的”安全第一, 预防为主”的安全生产方针和国家安全生产监督管理局制定的”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的煤矿安全生产管理方针, 廖王坪煤矿已在井上安装了一套为矿井工作面服务的永久式瓦斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统，抽出的瓦斯直接排放到空气中。根据行业管理部门要求, 高瓦斯矿井需要建设高低压两套抽放设施。为此特编写廖王坪煤矿瓦斯抽放系统方案设计说明书.
一. 编制本设计方案的依据
1. 《矿井抽放瓦斯工程设计规范》(MT95018-96),中华人民共和国煤炭工业
部,1997年.
2. 《矿井抽放瓦斯管理规范》,中华人民共和国煤炭工业部,1997年. 3. 《煤矿安全规程》,国家煤矿安全监察局,2011年. 4. 《防治煤与瓦斯突出规定》, 国家煤矿安监总局,2009年.
5. 启隆煤业有限公司廖王坪煤矿的通风、生产、瓦斯地质等相关资料. 二. 设计的主要技术经济指标
1. 矿井绝对瓦斯涌出量: 0.92m3/min（最大时期） 2. 矿井相对瓦斯涌出量: 36.00m3/t;
3. 矿井瓦斯抽放量: 3.23m3/min（最大抽放量）。 三. 矿井煤层瓦斯基础参数测定结果：
郴州启隆煤业有限公司廖王坪煤矿已经对矿井开采煤层瓦斯基础参数进行了测定。其测定结果如下：
郴州市启隆煤业有限公司廖王坪煤矿1983年建矿，1984年12月建成投产,经技改后设计生产能力为60kt/年。
1.1交通位置
郴州市启隆煤业有限公司廖王坪煤矿位于郴州市东南345°方向，直距约20公里处。地理极值座标：东经112°29′45″，北纬25°58′12″，行政区划属苏仙区西凤渡镇凉源村所辖。
矿区范围呈不规则多边形，面积1.3309 平方公里。其矿界拐点坐标见表1.2－1。 郴州市启隆煤业有限公司廖王坪煤矿矿区范围拐点坐标表 表1.2－1
区内交通方便，京广铁路和107国道从井田东面约3公里处通过，简易公路直达矿区。（见交通位置图1）。
1.2 井田地形与气候
1). 地形地貌特征
矿山地貌类型剥蚀浸蚀丘陵地貌，本井山脉走向呈南东－北西向展布。地势总体为北西高、南东低。海拔高程+213.6米，冲沟处最低海拔高程为+146.2米，最大相对高差67.4米，一般为10~50米左右。地形坡度较缓，坡角5°～15°,一般小于10°，植被覆盖率发育，覆盖率约80%左右，多以灌木和草本植物为主，乔木零星分布，侵局部见小面积基岩出露。
2). 气候
区内属北亚热带湿润气候，四季温差变化不大，最低气温-8.3℃，最高气温39.8℃，
年均气温17.9℃。
3). 降水量
每年11月至次年2月为冬季，常出现冰雪天气。雨量充沛，年平均降雨量为1440毫米，降雨多集中在3～5月，8～10月为干旱少雨，霜冻期在11月道翌年2月，年日照1630小时，区内主导风向夏季多东南风，冬季多西北风，年最大风速16米/秒，年平均风速1.5米/秒，年相对湿度65%。
1.3 井田地质构造情况
矿井内除第四系外，主要出露上二叠系大隆组P2d和龙潭组P2l现由老至新分述如下。
龙潭组P2l
矿井内广泛出露，按其岩性及含煤情况可分为上下两段。全组厚560余米。 下段P2l1：多由泥岩，细-粉砂组成，含薄层炭质泥岩1-2层，厚290米左右。 上段P2l2由中粒砂岩、细粒砂岩、岩质泥岩、泥岩及煤炭层组成，厚220-280米。
大隆组P2d
矿井内零星出露，全组厚125米。
下部：为深灰色薄层状硅质泥岩，黑色泥岩，稍含炭质，厚5--7米； 中部：硅质层，黑色，深灰色薄层状，单厚5--8厘米，质密、坚硬，间夹深灰色硅质灰岩与硅质泥岩薄层，厚约70米；
上部：硅质灰岩与硅质层互层，深灰黑色，薄--中厚层状，质密，坚硬，节理发育，含黄铁矿晶粒及方解石脉，厚50米。
第四系Q
分布于丘陵及河溪两畔，主要为冲洪积和残坡积层：灰黄色、黄棕色黏土，砂质黏土、碎石及耕植土，厚1--5米。
1.4煤层赋存情况
矿井内煤层赋存于二叠系上统龙潭组（P2l）中，地层平均总厚400m，主要由泥岩、粉砂岩、细～中粒砂岩及煤层组成，含煤6层。其矿区内含可采和局部可采煤层2层，各可采煤层特征如下：
1、V煤层
分布在含煤岩系的中下部，厚0.48--1.5米，平均厚0.98米，煤层结构复杂，沿走向变化不大，沿倾向方向有厚度变化。煤层的顶板为深灰色厚层状砂岩，厚32.46米，底板为黑色薄层状泥岩，厚0.77米。物理性质为黑色，以暗煤为主，亮煤次之，具成煤结构，一般硬度较大，性碎，近似玻璃光泽，断口平坦状，破碎成粒状。
VI煤层
上距V煤11--45米，一般30米左右，是本区最重要的可采煤层，厚0.24--2.55米，平均厚1.3米，煤层结构简单，沿走向和倾向变化都不大，煤层顶板一般均为泥岩、炭质泥岩和砂质泥岩，底板以砂岩、泥岩为主，部分为岩质泥岩。物理性质为暗黑色，条痕黑色，成分以暗煤为主，亮煤次之，含少量粘土矿物质，粉末状及块状，粉末状之煤约占60%；具土状及颗粒状结构，购软、污手，少量亮煤呈颗粒状分布于暗煤及矿物杂质中，呈不规则的重胶结状态。块状煤约占40%，具层状结构，贝壳状断口，滑动面非常发育，硬度2--3度，比重稍大。
1.5矿井开拓方式
廖王坪煤矿采用斜井开拓方式，工作面采用走向长壁式开采, 一次采全高, 全部垮落法管理顶板。
2008年, 矿井的生产能力达到60kt/年，矿井服务年限大约为20年。
1.6矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出
廖王坪煤矿目前开采V煤和VI煤。矿井通风方法为机械抽出式，通风方式为中央并列式，主井进风，风井回风。风井安装两台YBFe280S--6,45KW型轴流式风机,其中一台工作，一台备用， 风量为1680m3/min，可通过操作控制电屏的反转开关使电机反转直接反风，反风效率在60%以上。
2 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性
根据国家煤矿安全监察局2011年颁布的《煤矿安全规程》第145条规定, 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0m3/min, 无论井型大小, 也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。
《煤矿安全规程》, 《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定: 当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。
廖王坪煤矿2014年来瓦斯等级鉴定情况表 表2-1
（湘煤行【2008】14号），该矿井属于煤与瓦斯突出矿井，瓦斯相对涌出量为36m3/t.，根据煤矿,《安全规程》、《煤矿安全生产基本条件规定》和郴州市等有关部门的相关规定，必须采取地面瓦斯抽放系统对矿井实行瓦斯抽放。本设计中廖王坪煤矿V、VI煤层历年瓦斯鉴定结果均为突出矿井（原发生过煤与瓦斯突出）。 2.1廖王坪煤矿瓦斯治理现状
2.1.1矿井通风及瓦斯管理情况
矿井采用通风方法为机械抽出式，通风方式为中央并列式，主井进风，风井回风。
风井安装两台YBFe280S--6,45KW型轴流式风机,其中一台工作，一台备用， 风量为1680m3/min，瓦斯浓度为0.02%，二氧化碳浓度为0.04%。
2.1.2工作面供风及瓦斯情况
2151工作面供风及瓦斯情况
主井→-20m水平井底车场→-20m水平运输大巷→-20m水平南翼运输大巷→2151工作面→2151±0m水平回风巷→±0m水平南翼回风石门→总回风巷。风量为890m3/min，实际配风量为1680m3/min，工作面上隅角瓦斯浓度为0.05%，工作面回风巷瓦斯浓度为0.03%。
根据廖王坪煤矿2008-2014年瓦斯治理现场实际情况，廖王坪已总结了一套有效的瓦斯治理工作经验，建设科学合理的通风系统，利用开采保护层、区域性防突措施和局部预突措施相结合，已完全可以治理好廖王坪煤矿瓦斯问题。
根据行业管理部门的相关要求，高瓦斯矿井必须建设地面高低负压抽放设施，本设计不再进行必要性和可行性分析。
根据行业管理部门的要求，廖王坪煤矿2006年已经在井上建立了一套永久抽放瓦斯泵站(两台44 m3/min抽放泵)为廖王坪煤矿回采工作面抽放瓦斯服务。本设计将现有抽放系统作为高压抽放设施使用，只进行低压抽放系统设计。
2.2 矿井煤层瓦斯涌出量预测结果
表2－3至表2-5是V煤和VI煤煤层开采时，对应于不同生产时期的回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量鉴定结果
表2－1给出了回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果。瓦斯含量是根据2151工作面的瓦斯涌出统计。由于现场的煤层瓦斯含量及瓦斯压力的实测数据有限, 表2-3中的数据只作为设计参考。建议廖王坪煤矿在矿井开采中期及后期持续开展这方面的实测工作，以实测参数作为指导瓦斯抽放的依据。
表2－3 回采工作面瓦斯涌出量预测(或鉴定)结果
统计表明,自2008年至今， V煤工作面在回采期间瓦斯绝对涌出量为1.43m3/min，
VI煤工作面在回采期间瓦斯绝对涌出量为2.7m/min；V煤掘进工作面掘进期间的瓦
3
斯绝对涌出量为0.5m3/min，VI煤瓦斯绝对涌出量为0.36m3/min。
2008-2014年，年矿井基本处于半停产状态，矿井在V煤布置1个回采工作面和
1个掘进工作面，VI布置1个掘进工作面。
表2－5 矿井瓦斯涌出量预测结果
2.3瓦斯最大涌出来源与构成
如表2-5，在矿井生产后期，矿井在V煤和VI煤各布置一个炮采采煤工作面的情况下，全矿最大瓦斯涌出量可达到 10.29m3/min。其中回采工作面最大涌出量为7.2 m3/min。具有抽采价值的VI、V煤回采工作面最大涌出量为4.5 m3/min。 2.4 瓦斯抽放的必要性 2.4.1 相关法规的要求
按照《煤矿安全规程》、行业管理部门的有关规定及”先抽后采, 以风定产, 监测监控”的十二字方针，廖王坪煤矿必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。
廖王坪煤矿设计生产能力为60Kt/年, 目前生产能力未达到60Kt/年.根据当地郴州市苏仙区煤炭管理局要求，凡是确定为高瓦斯矿井，必须安装瓦斯抽放系统，并实现高低负压两套抽放系统抽放。 2.4.2 采掘工作面瓦斯治理的需要
《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施。然而, 后期V、VI煤回采工作面绝对瓦斯涌出量4.5m3/mi，不超过5m3/min。因此，本设计以下内容不再对廖王坪煤矿的瓦斯涌出量是否符合抽放标准进行论述。只针对预计瓦斯涌出量及抽放量进行设计。
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,即式(2－1)成立时, 抽放瓦斯才是必要的。
Q01.67QK/C …………………………………(2－1)
式中:
Q0 - 采掘工作面设计风量, m3/s； Q - 采掘工作面瓦斯涌出量, m3/min； K - 瓦斯涌出不均衡系数,取K=1.5；
C -《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1. 根据上式计算，全矿井所有采掘工作面均不需要进行瓦斯抽放。
2.5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判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表2－6示。
表2－6 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表
目前，廖王坪煤矿已经测定瓦斯压力、瓦斯含量、分析基固定碳、钻孔瓦斯流量衰减系数和煤层透气性系数。
廖王坪煤矿煤层开采瓦斯基础参数测定结果如下：表2-7
因此，廖王坪煤矿属于可以抽放煤层(表2-7)。
但根据廖王坪煤矿生产现场瓦斯治理风排已经达到要求的实际情况，本设计对本煤层抽放不予设计。 2.6矿井瓦斯储量与可抽量
矿井瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所储存的瓦斯量。 开采V煤与VI煤时，应该纳入矿井瓦斯储量计算有V煤与VI煤层和围岩（含煤线）的瓦斯储量，计算公式如下：
WkCAX
式中:
…………………………（2－2）
Wk — 矿井瓦斯储量，万m3；
C — 围岩瓦斯储量系数 ，取C = 1.05； A X
— V煤与VI煤工业储量，万吨； — V煤与VI煤平均瓦斯含量，m3/t.
可抽量是指矿井瓦斯储量中能被抽出的瓦斯量，由下式计算：
WkckWk ……………………………………（2－3）
式中:
Wkc ---- 矿井瓦斯可抽量，万m3；
ηk ---- 矿井瓦斯抽放率，取ηk = 30%。
表2－8 矿井瓦斯储量及可抽取量计算结果
3 矿井瓦斯抽放方案初步设计
3.1 抽放方法选择的原则
选择矿井瓦斯抽放方法应根据矿井煤层赋存条件, 瓦斯基本参数, 瓦斯来源, 巷道布置, 抽放瓦斯的目的及瓦斯利用等因素来确定, 并应遵守以下原则:
(1).抽放方法应适合煤层赋存状况, 巷道布置,地质条件和开采技术条件。 (2). 应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析, 有针对性地选择抽放瓦斯方法, 以提高瓦斯抽放效果。
(3). 在满足瓦斯抽放的前提下, 应尽可能地利用生产巷道, 以减少抽放工程量。 (4). 选择的抽放方法应有利于抽放巷道的布置和维护。
(5). 选择的抽放方法应有利于提高瓦斯抽放效果, 降低瓦斯抽放成本。 (6). 瓦斯抽放应有利于抽放系统管网的设计。
3.2 抽放瓦斯方法选择
廖王坪煤矿抽放瓦斯的目的是降低回风流的瓦斯浓度，在风排回风流瓦斯浓度符合煤矿安全规程要求的基础上进一步降低其浓度数值。因此, 确定矿井抽放瓦斯的方法为工作面专用排瓦斯风巷抽放方式。
在V、VI煤煤层开采时，必须对所有的回采工作面进行对工作面作业头面进行瓦斯抽放。
3.3 矿井瓦斯抽放量预计
当矿井实施工作面抽放措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到3.1m3/min.按年抽放365天、日抽放24小时计算，矿井年最大年瓦斯抽放量可以达到162.41万m3。
3.4 抽放服务年限
由于矿井瓦斯抽放方式为工作面尾巷抽放、边采边抽，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同. 3.5 抽放参数的确定
根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法, 设计矿井的瓦斯抽放浓度为10%。
3.6 瓦斯抽放参数监测
采用孔板或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪尾巷抽放管进行监测很有必要。除
此之外, 在抽放巷道口设瓦斯抽放监测传感器, 对抽放管道的负压, 瓦斯浓度, 瓦斯流量, 温度进行监测。 井下抽放支管和地面主管都应装备管道监测系统, 并将其尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统。
4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型
4.1 矿井瓦斯抽放设计参数
根据煤矿提供的地质资料和矿井设计资料,廖王坪煤矿的设计瓦斯抽放量按一台抽放泵服务V、VI煤回采工作面, 纯瓦斯抽放量取3.1m3/min. 瓦斯抽放浓度按10%计算。
4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算
4.2.1 瓦斯抽放管网系统
在选择瓦斯抽放管路系统时, 主要根据抽放泵站位置, 开拓巷道布置, 管路安装条件等进行确定。 抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中, 尽可能避开运输繁忙巷道, 同时还要考虑供电, 供水, 运输方便。
根据矿井采掘工作面的具体位置及开拓布置, 确定将地面永久瓦斯抽放站布置在主井广场东北约100米处，附近无地质灾害和洪水影响的地点。 要求瓦斯抽放泵站房50m范围内无主要建筑及民房, 在泵房周围20m设立围墙或栅栏, 并严禁明火。
根据廖王坪煤矿的井下开拓巷道和地表设施的具体情况,考虑以下井下管道布置最长路线：
-20m水平2151工作面 ±0m水平2151回风巷 总回风上山 抽放泵房 放空管;
4.2.2 瓦斯抽放管管径计算及管材选择
瓦斯抽放管管径按下式计算：
D0.Q/V ………………………………（3－5）
式中 D-----瓦斯抽放管内径，m；
Q-----抽放管内混合瓦斯流量，m3/min；
V-----抽放管内瓦斯平均流速，经济流速V＝5-15m/s, 取V=7 m/s. 约定：
因只对运输巷进行抽放、采面，采区、回风井及地面瓦斯抽放管选统一管径； 根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，按式（3－5）计算选择的瓦斯抽放管管径如表3－2示。 瓦斯抽放管选用无缝钢管。 表3－2 瓦斯抽放管管径计算选择结果
抽放管材均选择无缝钢管, 经过计算得出主管直径D = 0.252m,选择直径为
Φ275mm的无缝钢管, 壁厚可选择9mm或10mm。
4.2.3 管网阻力计算
⑴. 摩擦阻力（Hm）计算
Hm9.81Q2L/(KD5) ………………… (3－6)
式中:
Hm — 管路摩擦阻力，Pa；
L — 负压段管路长度，m； Q — 抽放管内混合瓦斯流量，m3/h； γ — 混合瓦斯对空气的密度比； K — 与管径有关的系数； D — 抽放管内径，cm.
为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力。
由于矿井的服务年限较长，且中后期开采的采区煤层瓦斯含量高，考虑到瓦斯抽放泵的有效使用年限仅为15年左右，故计算矿井生产时期的瓦斯抽放系统最大阻力。 根据矿井前期采掘接替安排，确定的瓦斯抽放系统最困难管线如下： 地面抽放泵站干管(长度为200米)一回风井干管(长度为480米)采区抽放干管(长
度为225m)工作面抽放支管(长度为240m)。 最困难抽放管线阻力计算结果如表3－3示。
表3－3 瓦斯抽放系统最困难管网阻力计算结果
⑵.局部阻力（Hj）计算
管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则抽放管路系统的局部阻力损失为:
Hj =0.15 Hm = 0.15 x4288.08 = 643.21Pa.
(3). 总阻力（H）计算
H = Hm + Hj
= 4288.08 + 643.21 =4931.29Pa
4.2.4 瓦斯抽放管路敷设
1). 瓦斯抽放管路敷设的一般要求
由于煤矿井下的环境条件比较恶劣, 巷道变形较大高低不平, 坡度大小不一, 空
气潮湿管路易生锈, 为此对煤矿井下瓦斯抽放管路的敷设有如下要求:
(1). 瓦斯抽放管路应采取防腐, 防锈蚀措施;
(2). 在倾斜巷道中, 应用卡子把瓦斯抽放管道固定在巷道支架上, 以免下滑; (3). 瓦斯抽放管路敷设要求平直, 尽量避免急弯;
(4). 瓦斯抽放管路敷设时要考虑流水坡度, 要求坡度尽量一致, 避免由于高低
起伏引起的局部积水. 在低洼处需要安装放水器;
(5). 新敷设的管路要进行气密性试验。
地面敷设的管道除了满足井下管路的有关要求外, 还需要符合以下要求:
(1). 在冬季寒冷地区应采取防冻措施;
(2). 瓦斯抽放管路不宜沿车辆来往繁忙的主要交通干线敷设;
(3). 瓦斯抽放管路不允许与自来水管, 暖气管, 下水道管, 动力电缆, 照明电
缆和电话线缆等敷设于一个地沟内;
(4). 在空旷的地带敷设瓦斯抽放管路时, 应考虑未来的发展规划和建筑物的布
置情况;
(5). 瓦斯抽放主管路距建筑物的距离大于5m, 距动力电缆大于1m, 距水管和
排水沟大于5m, 距铁路大于4m, 距木电线杆大于2m;
(6). 瓦斯抽放管路与其他建筑物相交时, 其垂直距离大于0.15m, 与动力电缆,
照明电缆和电话线大于0.5m, 且距相交建筑物2m范围内, 管路不准有接头。
2). 管路安装
井下瓦斯抽放管路采用吊挂或打支撑墩沿巷道底板敷设。掘进工作面瓦斯抽放管路可采用巷道侧邦吊挂安全方式。 地面瓦斯管路安装采用沿地表架空敷设方式, 架空高度0.5m. 每隔5-6m设置一个支撑架(支撑墩), 必要时在支撑墩上设半圆形管卡固定管路, 以防滑落。
3). 管道防腐防锈
所有金属管道外表均要进行防锈处理,即在管道外表先涂刷两层樟丹, 在刷一层调和漆。
4.2.5瓦斯抽放管道的附属装置
为了掌握各抽放地点的瓦斯涌出量, 瓦斯浓度的变化情况, 便于调节管路系统
内的负压和流量, 在管路上应安装阀门, 流量计和放水器等附件。除此之外, 在瓦斯泵房和地面管路上还须安设有防爆, 防回火装置及放空管等。
1). 阀门
瓦斯抽放管路和钻场连接管上均应安装阀门, 主要用来调节和控制各抽放点的
抽放量, 抽放浓度和抽放负压等。
2). 放水器
在抽放管路系统最低点安装人工或自动放水器, 及时放空抽放管路中的积水,
提高系统的抽放效率。 在排气端低凹处安装正压放水器。
为减少瓦斯抽放成本, 建议采用人工放水器(如图4-1, 图4-2)。 也可以使用负压
自动放水器。
1 – 钢管; 2 – 闸阀DN25.
图4-1 人工负压放水器(也可以作正压放水器用)
图4-2 高负压人工放水器安装示意图
(a) 卧式, (b) 立式.
1 – 瓦斯管路; 2 – 放水器阀门; 3 – 空器入口阀门;
4 – 放水阀门; 5 – 放水器; 6- 法兰盘.
抽出的瓦斯排放至地面, 还必须安装防爆, 防回火装置, 放空管, 避雷线等。 3). 计量装置及抽放参数测定
在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安装一套WYS型管道气体参数监测仪,
计量各支管的瓦斯流量。 在抽放系统的主管道和各支管上安装一套WYS型管道气体参数监测仪,计量整个抽放系统的瓦斯抽放量。 应用便携式孔板流量计测定单孔瓦斯流量。
也可以使用板流量计来测定管道中气体的流量。 在使用孔板流量计时要注意孔
板与瓦斯管道的同心度, 不能装偏。 在钻场内使用孔板流量计时, 应保证孔板前后
各1m段平直, 不要有阀门和变径管。 在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时, 应保证孔板前后各5m段平直, 不要有阀门和变径管。
测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计, 测定抽放管路中的抽放负压可采用水
银计, 抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器。
4.3 瓦斯抽放泵选型计算
瓦斯抽放泵的选型原则有二个：
①泵的流量应满足抽放系统服务期限可能达到的最大瓦斯抽放量； ②泵的压力能克服最困难路线的管网阻力，使抽放钻孔达到足够的负压，并满足抽放泵出口正压需求。
4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法
Q100QZK/(X) ……………………………(3－6)
式中:
Q — 瓦斯抽放泵所需额定流量，m3/min； Q z — 矿井抽放系统最大瓦斯抽放纯量，m3/min； X — 矿井抽放瓦斯浓度，%； K — 备用系数，K=1.20； η— 抽放泵机械效率，η=0.80.
本抽放系统设计抽放量为3.1 m3/min。 则瓦斯抽放泵所需额定流量计算如下:
Q = 100 x3.1x 1.2/(15 x 0.80) = 31 m3/min
4.3.2 瓦斯泵压力计算方法
瓦斯泵压力, 必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压, 以及能满足泵出口正压之需求. 瓦斯泵压力按下式计算:
HK(HzkHrmHrjHc)
式中:
H — 瓦斯抽放泵所需压力，Pa； K — 压力备用系数，K=1.20；
………………………（3－7）
Hzk — 抽放钻孔所需负压，Pa，取=14000Pa，本设计从大考虑；
Hrm — 井下管网的最大摩擦阻力，Pa； Hrj — 井下管网的最大局部阻力，Pa；
Hc — 瓦斯泵出口正压，Pa，考虑今后瓦斯抽放利用的需要，取=15000Pa。
4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算
表3－4 瓦斯泵流量、压力计算结果
H = (14000 + 4288.08 + 643.21 + 15000) x 1.2
= 40717.55 Pa
根据当地气象资料, 地面抽放站的压力为81000Pa, 泵的入口绝对压力为:
81000 – 39667.19 =40282.45Pa, 实际取泵的入口压力为40KPa。
4.3.4 瓦斯抽放泵选型
根据上述计算结果, 查国内有关厂家的真空泵曲线, 即可确定瓦斯抽放泵的型
号。由于目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的, 所以还需要按下列公式把标准状态下的瓦斯流量换算成工况状态下的流量。
Q泵工 = Q泵
式中:
Q泵工 – 工况状态下的瓦斯泵流量, m3/min; Q泵 – 标准状态下的瓦斯流量, m3/min; P0 – 标准大气压力(P0=101325Pa), Pa; P – 瓦斯泵入口绝对压力, Pa;
T - 瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度(T=273+t), K;
T0 – 按瓦斯抽放行业标准规定的标准状态下绝对温度(T0=273+20), K; t - 瓦斯泵入口瓦斯的温度, ºC。
P0T
PT0
(3-8)
取瓦斯泵入口温度t = 20ºC, 则:
Q泵工 = 31 x
101325x293
40000x293
= 78.53 m3/min
根据上述计算结果, 通过淄博, 武汉, 新乡, 佛山等国内真空泵生产厂家产品的
市场调查, 建议选用2台博山真空设备实业有限公司生产的2BE3-355型水环真空泵质量最好, 而且节能。泵的转速为472r/min, 电机功耗为110KW, 电压380/660v。
5 瓦斯抽放泵站布置 5.1 瓦斯抽放泵
根据矿井采掘的具体位置及开拓布置, 确定将抽放泵站设在矿井主井工业广场东北向100米处，且无地质,洪水等灾害影响, 地势平坦的地点，与原矿井瓦斯抽放泵房并列布置。
抽放泵站由瓦斯泵房, 配电值班室组成。 瓦斯泵房长8.0m, 宽6.0m, 高3.5m. 值班室3 x 3 x 3.5m, 3 x 3 x 3.5m。
瓦斯抽放泵房围墙或栅栏的圈定范围应当保障泵房周围50m范围内无居民, 20m内无明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配备至少4只干粉灭火器和大于0.5m3的黄砂. 在泵站周围设有防火栓。 抽放泵站是具有爆炸危险的甲类厂房, 设计门窗作为泄压面积, 泄压与厂房体积比应在0.05-1.22之间, 瓦斯抽放泵房采用不燃性材料构成. 其土建工程设计和施工由廖王坪煤矿自行完成。
地面抽放泵站主要建筑为泵房，抽放泵房内设有配电装置, 瓦斯泵、分水器、管路、阀门等设备。在泵房附近进出口处设有放水器、防爆防火装置(图5-1)、放空管、压力测定、流量测定装置、采样孔、阀门等附属装置。
图5-1 水封式防爆, 防回火装置
1 - 入口瓦斯管; 2 - 出口瓦斯管; 3 - 水封罐; 4 - 橡胶盖(胶皮板);
5 - 注水管口; 6 – 水位计; 7 – 支承柱; 8 – 放水管。
瓦斯抽放泵房内的所有设备和仪表均选用防爆型。 图5-2地面瓦斯抽放泵站布置示意图。
5.2瓦斯抽放泵站供电
瓦斯抽放泵站供电参照主要通风机的供电管理, 要求”三专”, 即专用变压器, 专
用线路和专业开关。 根据矿井的实际情况, 采用380V或660V供电安排。 瓦斯抽放泵站的设备总容量为120KW, 工作容量为120KW。
根据煤炭工业矿井设计规范GB-5012-94, 瓦斯抽放站的电力负荷为一级负荷, 必须保证有两个电源供电。
图5－2
23
5.3 瓦斯抽放泵给排水
(1). 给水
瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水(PH值6-8)。 在不建水循环系统时, 为节省水耗, 要求供水压力大于600mbar, 供水量大于12m3/h。 如果建水循环系统, 最好安装一套除垢装置, 要求供水压力大于200mbar即可。
(2). 排水
水环式真空泵排出的水收集后排入矿井蓄水池。 5.4 防雷设施
在瓦斯抽放泵站房顶上设置避雷针, 并接地。见附图2。
根据《建筑物防雷设计规范》(2000), 设避雷线保护瓦斯排放管, 在瓦斯抽放站房顶设置避雷带防感应雷。 在变电所设工作接地, 接地电阻
设计放空管的高度为7m, 在距放空管5m之内设一高度为14m的避雷针。见附图1。
由于廖王坪煤矿处于山区, 有时雷害比较严重, 应该注意以下几点: 1). 放空管应高于房脊4m以上, 放空管与避雷针距离小于5m; 2). 泵房房顶应安放雷网;
3). 避雷针接地电阻不得大于4Ω, 达不到要求的要增加接地极;
4). 瓦斯抽放泵房内所有设备的金属外壳都应接地, 金属走线架, 水管等金属物必须接地;
5). 为防止井下瓦斯抽放管路带电, 瓦斯抽放管也需接地; 6). 瓦斯抽放泵供电采用四芯电缆, 其中一芯接地;
应由具有防雷专业资质的相关部门或设计单位进行设计, 安装。
5.5 瓦斯抽放泵站照明
在瓦斯抽放泵站内和值班室内的照明灯具选用隔爆型。
5.6 瓦斯抽放泵站通讯
在瓦斯抽放泵站应设置有到矿调度室的防爆型电话分机。
5.7 抽放系统实时监测
为保证瓦斯抽放系统的安全运行和矿井的安全生产, 瓦斯抽放系统设计时必
须具备完善的安全监测系统, 对泵站的环境瓦斯浓度, 真空泵供水, 抽放瓦斯浓度, 抽放量, 负压, 温度, 排放口的正压, 瓦斯浓度等参数进行监测。 5.8 泵房采暖, 通风
廖王坪矿区冬天最低气温可以达到-0ºC以下, 应该在泵房和值班室安装采暖
和通风系统。
6. 瓦斯抽放系统的安装
6.1瓦斯抽放系统安装的基本要求
瓦斯抽放系统的安装, 调试和运行等必须遵守《煤矿安全规程》和《矿井瓦
斯抽放管理规范》的有关规定。
瓦斯抽放系统安装所使用的材料必须为煤矿井下所允许使用的产品, 并具备
煤矿安全产品标志准用证。 6.2 瓦斯抽放泵的安装
瓦斯抽放泵应安装在专门的瓦斯抽放泵房内, 泵房内必须有足够的照明, 消
防等设施, 严禁堆放易燃物品, 严禁无关人员进入瓦斯抽放泵房内。 6.3 瓦斯抽放, 排放管路及附属设施安装
瓦斯抽放, 排放主管路采用无缝钢管, 法兰连接, 安装时采用锚杆吊挂在巷
道顶部, 也可以采用其他支撑方式安装在巷道壁上, 但不能影响车辆和行人. 管路应尽量避免与电缆安装在同一巷邦上, 管路全程严禁与带电物体接触, 并在管路上安设可靠的接地措施。
抽放主管路每隔200-400m安装一调节闸阀, 在管路的低洼处安装人工或自
动负压放水器, 定期放水。 抽放支管安装阀门, 流量计和放水器等。
瓦斯抽放用所有金属部件均须防腐处理, 管路安装完毕要进行密闭性试验,
并进行吹扫处理, 以免管路漏气和内存杂物。 封闭性能实验使用水试压, 压力为0.2MPa, 一小时内压降不超过10%.试压后, 管路涂红色漆。
7 环境保护
7.1 抽放瓦斯工程对环境的影响
矿井瓦斯的主要成份为CH4和N2, 不含硫化物和其他有毒物质, 是一种洁净
的优质能源。 当其与水体接触时, 不会产生新的污染。
瓦斯是气体燃料, 不含灰份, 也没有硫化物, 燃烧后不产生粉尘。 与燃煤相比, 可减少SO2排放量, 飞灰, 炉灰运输量, 提高矿区大气的洁净度。 因此, 抽放瓦斯并加以利用, 对保护环境是十分有利的。
如果把抽出的瓦斯直接排入大气, 则对大气环境产生温室效应。 所以有条件时尽量对抽出的瓦斯加以利用。
抽放工程对环境的影响主要是水环式真空泵和电机产生的噪声。 真空泵采用循环供水, 可减少对环境的影响。 7.2 污染防治措施
噪声治理主要考虑声源控制, 具体措施如下:
值班室与瓦斯泵房隔开, 内墙表面采用吸声设计, 以保证值班室内噪声低于规定要求值, 减少噪音对值班人员的危害。
循环泵采用可曲挠橡胶接头防噪。 7.3 抽放站绿化
绿化在防治污染, 保护和改善环境方面起着特殊重要的作用。 它具有较好
的调温, 调湿, 吸灰, 吸尘, 改善小气候, 净化空气, 减弱噪声等功能。 在泵站周围种植速生, 高大, 树冠丰满的树种, 设置绿化带, 降低噪音和净化空气。
8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施
瓦斯抽放制度定为三班制抽放。 为了安全地进行瓦斯抽放工作和提高瓦斯抽放效果, 按照《煤矿安全规程》和《矿井瓦斯抽放管理规范》的有关规定, 在安全和组织管理方面准备以下措施。 8.1 组织管理
(1). 建立抽放瓦斯的专门机构, 配备专业施工队伍, 负责瓦斯抽放工程的施
工和日常管理工作. 所有人员必须经过培训合格后方能上岗;
(2). 应对瓦斯抽放泵房内的设备和管路系统进行日常检查, 建立定期检查
维修制度;
(3). 在瓦斯抽放区主管和分支管路上安装瓦斯流量,浓度,负压等检测装置,
同时还配备专人定期巡回检测, 进行放水和管路维护, 处理管路积水和漏气, 以
保证管路畅通无阻;
(4). 对瓦斯抽放设计参数应在实践中进一步考察和验证, 以便确定合理的
综合抽放方法。 达到合理布置钻孔, 提高抽放效果;
(5). 瓦斯抽放泵站的司机和值班员必须经过专门训练, 使其熟悉瓦斯抽放
的有关规定, 掌握各种安全, 监控仪器仪表的用途和操作程序。 8.2 瓦斯抽放组织机构管理
为了加强矿井瓦斯抽放管理, 矿井应配备工程技术人员和各类业务人员。 这
些人员的组成如下:
(1). 井下打钻施工人员。 负责井下瓦斯抽放钻孔的施工和其他钻探施工; (2). 管线工程施工,维修人员。 负责瓦斯管线及抽放系统各种设施的安设,
维修,调整和更换等;
(3). 检测人员。 负责对矿井抽放系统,钻场,管线,主要设备,设施的日常检
查和抽放系统的测试, 调整, 试验, 数据管理等安全技术工作。 8.3 瓦斯抽放钻场管理
瓦斯抽放是保证矿井安全生产的根本措施之一。 先抽后采是抽放瓦斯的主
要方法。
(1). 钻场设计。 瓦斯抽放钻场必须保持良好的通风状态, 避免瓦斯积聚和
超限,性便于施工管理。 钻场设计必须满足扩散通风要求和钻孔布置, 钻机操作的要求。 布置钻场位置的岩层应完整,不破碎,断面符合施工要求, 支护可靠,无空邦, 空顶, 布孔岩壁应平直, 以利钻孔施工, 封孔和安设瓦斯管;
(2)。 施工管理。 包括以下内容:
现场必须有瓦斯抽放钻孔设计图板和说明书, 并标明钻孔数目, 位置, 间距, 方位, 仰(俯)角, 孔径, 孔深封孔长度, 封孔材料, 注意事项和特殊要求等, 并保证施工人员在操作中严格遵守;
必须有安全技术措施, 操作人员应该注意的问题, 发生意外时的处理方法, 发生灾害时的避灾路线等;
在钻孔施工中, 必须认真填写施工记录, 内容包括: 施工时间(年, 月, 日,班次), 孔径, 进尺, 岩性变化及施工中出现的各种问题, 以便有关人员和接班人员及时掌握现场情况;
抽放瓦斯钻孔施工过程中必须实行先封孔, 后钻进, 边钻边抽瓦斯的施工工艺, 避免孔内瓦斯大量涌出到钻场, 造成瓦斯积聚和超限; 在钻场施工完闭后, 由质量检查管理部门进行验收合格才能正常使用;
钻孔要严密封孔, 不得泄漏。 钻场内全部钻孔验收合格后, 撤出钻机, 清理钻场, 安好混合器, 放水器等, 连入抽放管道;
所有抽放钻场都必须设置栅栏, 使其与巷道分离, 同时设置免进牌, 除检查人员外, 其他人一律不准进入钻场。
(3). 巡回检查。 钻场投入使用后, 由于受采动影响会使钻场的状态, 瓦斯流量, 瓦斯浓度, 负压等发生变化, 而影响抽放效果。 因此, 要对钻场和钻孔进行巡回检查。 在巡回检查时, 应指定专人携带测试仪器, 在所负责的的区域内进行检查。 同时钻场必须设置测量牌板, 检查牌板等。 认真记录检查结果。
测量牌板填写抽放瓦斯浓度, 抽放负压, 测定时间, 抽放量, 温度, 检查人员姓名等信息;
原始记录板填写钻孔施工时间, 孔数, 角度, 钻孔长度, 孔径, 封孔长度, 封孔材料等;
检查板填写钻场内外瓦斯检查情况, 检查时间, 温度等; 每个钻场都要在钻场支管上留有观测孔, 以便进行瓦斯浓度检测。
(4). 抽放线路检查。 瓦斯管安设要尽可能地平直, 有合理的流水坡度, 吊丝, 垫墩齐全牢固。 在管道低洼处安装放水器。
检查吊丝, 垫墩齐全牢固,及时填补和更换; 检查管路是否漏气, 积水。 一经发现, 及时处理; 检查安设瓦斯管道巷道是否安全, 发现问题及时处理。
(5). 钻场检查。 定期检查抽放负压, 瓦斯流量, 温度, 气体成分, 随时掌握钻场的抽放状态。
保证抽放浓度在20%以上;
设置调节阀门, 及时调节抽放负压和抽放流量;
对采孔区抽放负压, 温度, 气体成分严格控制。 当温度超过50ºC
或CO浓度超过0.005%时, 及时采取措施。
(6). 采空区抽放的防火措施。 在有自燃倾向性的煤层, 要提高密闭的质量, 加强维护。 除此之外, 还要有一套适合采空区防灭火要求的技术措施。 如注水, 注阻化剂, 注黄泥浆和注惰性气体等。 8.4 采空区抽放管道的拆装
(1). 安全负责人负责现场把关;
(2). 所有参加采空区密闭墙施工及抽放管路撤装的工作人员必须掌握
施工的岗位作业标准, 熟悉瓦斯的基本知识, 严格遵守《煤矿安全规程》;
(3). 在采空区密闭施工中必须使用铜质工具, 以防火花产生;
(4). 密闭墙施工地点的瓦斯浓度不得超过1%, 否则必须停工, 处理瓦斯;
(5). 在管路安装和拆除时, 要轻拿轻放, 避免碰撞; (6). 为了确保安全, 埋入密闭墙内的管路不回收。
8.5 瓦斯抽放管路管理
(1). 新安瓦斯管路, 必须进行管路设计。 设计内容包括: 设计条件和
管路设计;
(2). 瓦斯抽放管材必须采用煤矿安全准用材料;
(3). 管道安装平直, 稳定可靠, 变径地点采用过渡节。 主干管离地高
度0.5m. 受巷道高度限制的支管离地垫高大于0.3 m。
(4). 管道与巷壁距离大于0.3 m。 (5). 严禁带电物体接触;
(6). 管道安装完毕, 要进行吹洗和漏气试验。 实验压力为0.2MPa,
10min内无压力变化。
(7). 管道安装完毕, 要进行防腐处理。
8.6 主要安全技术措施
(1). 在瓦斯抽放系统运行前, 必须对瓦斯抽放泵及管路系统进行全面细
致的检查, 包括水电闭锁, 风电闭锁, 供水和排水系统等;
(2). 瓦斯抽放泵运行前, 应在负压册低洼点安装负压放水器; (3). 管路在使用前用压风冲刷, 安装过滤网;
(4) 瓦斯抽放泵在运行过程中, 抽放泵司机应认真观察运行情况, 做好
记录, 发现异常即使处理, 并向调度室汇报;
(5). 应确保有取得合格证的专门瓦斯抽放泵司机值班; (6). 加强抽放地点的管理;
(7). 抽放地点设立专门的记录牌, 记录瓦斯抽放数据;
(8). 瓦斯抽放泵20m范围内, 不得有明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并
配置4支干粉式灭火器和不少于0.5m3的黄砂;
(9). 加强瓦斯抽放泵管路检查的维修;
(10). 加强瓦斯抽放泵室的检查和管理, 必须配备: 《抽放泵司机岗位
责任》，《抽放泵司机操作规程》，《瓦斯抽放管理制度》，《抽放系统图》，设备运行记录等;
(11). 非工作人员不得进入瓦斯抽放泵室; (12). 瓦斯抽放泵的操作程序为:
开启: 检查 供水 启动泵站 检查运行方向 检查水位 启动电
机 打开阀门。
停泵: 关闭闸门 停电机 停水。 8.7 钻机操作规程
1). 在钻机搬运过程中, 应当防止因碰撞而损坏机械部件和油管, 在上下上提升时应编制相应的安全措施。 散件运输时, 保护好油管及螺纹接口, 防止杂物进入;
2). 进入工作地点后, 选好适当位置将机架放到最低点, 然后将动力头部分起吊到机架上方, 用螺栓固定在机架上, 调整好放位角, 用立柱锚固机架;
3). 接通电源。 开机前, 先检查整体安装是否符合要求, 检查盘动电机, 液压系统连接是否正确, 如发现问题及时处理, 启动系统进行试运行, 检查有无漏油现象;
4). 按钻机说明书的操作程序进行钻孔施工;
5). 操作人员应穿戴整齐, 站在钻机侧面, 不能与给进方向成一直线; 6). 在钻孔过程中如遇到喷孔应立即停止钻进, 待喷孔结束后再慢速给进;
7). 在回风区域或掘进工作面进行钻孔施工时, 应定时检测瓦斯浓度, 同时应在钻机5m以内的回风侧悬挂便携式瓦斯检测仪。 施钻地点的瓦斯浓度应低于1%, 否则不准送电开机;
8). 每班开机前均要全面详细检查设备各部件的完好情况, 运行中轴承, 油泵, 电动机等温度不得超过60ºC,计划否则停机处理;
9). 钻头, 钻杆的拆卸时, 不要敲打, 以免损坏接头部位的梯形口;
10). 加强钻机的维护检修, 每班对运动部件进行注油, 特别是对要六方轴进行润滑, 并定时清洗或更换过滤器;
11). 每班工作完毕后, 要检查设备, 做好交接班工作, 将开关锁闭后方能离开现场。
8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程
1). 瓦斯抽放泵司机必须经过专门技术培训, 并掌握瓦斯泵的结构, 性能, 能
够进行一般维护保养及故障处理。 经考试合格, 持证上岗;
2). 瓦斯抽放泵司机负责开, 停泵, 及日常维护管理和运行参数的调整, 记录
工作, 并定时向矿井调度室汇报;
3). 检查泵站的进出风气门, 循环气门, 配风气门, 放空气门和利用气门, 保
证其处于正常工作状态;
4). 检查抽放泵螺丝, 各部件连接螺丝以及防护罩, 要求不得松动; 5). 检查并保持油路, 水路处于良好工作状态; 6). 各部位温度计配置齐全;
7). 瓦斯抽放泵房内的测压, 测瓦斯浓度装置及电流, 电压, 电功率表均应正
常工作;
8). 检查泵站进, 出气侧的安全装置, 要求保证完好; 采用水封式防爆的, 要
保证水位达到规定要求;
9). 用手转动泵轮1-2周, 要求泵内无障碍物, 且配电设备完好; 10). 接到启动命令后, 瓦斯抽放泵司机应一人监护, 一人操作;
11). 启动带有供水系统的抽放泵时, 应先启动供水系统, 并开, 关相应的阀
门;
12). 回转式抽放泵的启动顺序如下:
(2). 操作电气系统, 使抽放泵空载运行5-15分钟;
(3). 瓦斯抽放泵空载运行正常后, 打开连通井下的总进气门, 同时关闭配风门, 并逐步关闭循环门, 使抽放泵带负荷运行。
13). 真空泵的启动顺序如下:
(1)。 关闭进气阀门, 打开出气阀门, 放空门和循环门; (2). 操作电气系统, 使抽放泵运行; (3). 缓缓打开进气阀门;
(4). 调节各阀门, 使抽放泵正负压达到合理要求, 向泵体, 气水分离器等供给适量的水;
14). 瓦斯抽放泵启动后, 应及时观察抽放正, 负压及流量, 瓦斯浓度, 轴承
温度, 电气参数等, 并监听抽放泵的运转声音;
15). 接到停止瓦斯抽放泵运行的命令后, 应一人监护, 一人准备进行停机操
作;
16). 瓦斯抽放泵的停机操作顺序为:
(1). 开启放空门, 循环门, 关闭总供气门和井下总进气门, 同时开启配风门, 使抽放泵运转3-5分钟后, 将泵体内和井下总进气门间的管路内的瓦斯排出;
(2). 操作电气系统, 停止瓦斯抽放泵运转; (3). 停止供水, 供油。
17). 瓦斯抽放泵停止运转后, 要按规定将管路和设备中的水放完;
18). 抽放瓦斯的矿井, 在抽放未准备好之前, 不得将总气门打开, 以免管路
里的瓦斯出现倒流;
19). 如遇到停电或其他紧急情况需要停机时, 必须首先迅速将总供气阀门关
闭, 然后将所有的放空门和配风门打开, 并关闭井下总气门; 20). 瓦斯抽放泵需要互换时, 必须经调度同意后方可进行; 21). 互换瓦斯抽放泵的操作顺序如下:
(1). 备用泵空载运转正常后, 调小运转泵流量, 并相应地调整使用量; (2). 开启备用泵和运转泵系统间的联络门, 关闭备用泵的配风门, 使备用泵低负荷与运转泵并联运行;
(4). 停止原抽放泵运转, 并开, 关相应阀门, 调整备用泵流量。
22). 瓦斯抽放泵并联运行时, 其启动和停止应按照本工种中有关抽放泵的停
止, 启动顺序进行操作;
23). 操作电气设备时, 必须穿戴绝缘鞋和绝缘手套;
24). 对于反映瓦斯抽放泵运行状态的各种参数, 如瓦斯浓度, 设备温度, 压
力, 孔板流量计静压差, 流量等, 和附属设备的运行状态, 机房内的瓦斯浓度, 在正常情况下应按各局规定的时间进行观测, 记录和汇报。 在特殊情况下, 必须随时观测, 记录和汇报;
25). 要经常检查维护抽放系统各种计量装置, 阀门和安全装置等, 保证灵活
可靠, 每天要对全部设备的外表进行擦洗;
26). 必须坚守岗位, 实行现场交接班, 交接班时要对所有设备进行检查和交
接, 并履行台账签字手续。
8.9 瓦斯抽放报表管理
瓦斯抽放的报表管理是瓦斯抽放管理工作的重要内容之一。 通过报表可以反映出瓦斯抽放的状态, 掌握抽放系统的各种数据, 瓦斯工程进度, 平衡瓦斯抽放与采掘关系, 是瓦斯抽放管理的重要手段。 瓦斯抽放报表主要分为钻场施工, 瓦斯抽放监测和综合报表三大部分。
(1). 钻场施工报表. 主要反映钻孔设计和施工情况。
(2). 瓦斯抽放监测报表。 通过瓦斯抽放报表可以及时地掌握瓦斯的浓度, 抽放负压, 抽放量, 瓦斯抽放泵的运行情况等参数, 根据瓦斯抽放报表数据可以合理地对抽放系统, 区域, 钻场进行调控。
(3). 综合报表. 综合报表是将矿井瓦斯抽放情况汇总, 上报有关部门和领导。 供管理部门掌握瓦斯抽放状况, 安排矿井生产计划等。可以根据矿井具体管理要求设计。
9 瓦斯抽放工程技术经济指标
9.1 劳动定员
根据岗位设置, 瓦斯抽放人数暂定为15人, 详见表9-1。 表9-1 瓦斯抽放劳动定员表
9.2 投资概算
经过经过方案比较和各项费用估算, 整个瓦斯抽放工程需要初期投资2104300元。 9.3 矿井瓦斯利用
由于瓦斯抽放量相对较小，矿井暂不考虑瓦斯大规模综合利用。
附图1– 放空管
说明:
1. 放空管安装为软安装, 焊接处要焊实,工资无砂眼;
2. 放空管基础为C20混凝土浇注, 外表用C10素混凝土抹平, 抹
厚为15mm;
3. 放空管拉线为3根, 拉线水平夹角为120º, 与地面成60º夹
角;
4. 基础预埋钢板与预埋钢筋先焊接好, 预埋钢板应放置水平后
再进行基础的浇注。
附图2 防雷装置布置图
说明:
1. 瓦斯抽放泵房按《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94, 2000年)第3.2.1条, 设架空避雷线防直击雷;
2. 电线杆, 避雷线敷设见图要求, 利用拉线作接地引下线并接地, 接地电阻小于10Ω;
3. 按《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94, 2000年)第3.2.2将建筑物内金属装置接到防雷电感应的接地装置上, 接地电阻小于10Ω.