瓦斯抽采系统设计.docx
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瓦斯抽采系统设计.docx
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瓦斯抽采系统设计
瓦斯防治与综合利用课程设计〔设计〕
论文〔设计〕题目:
省D5煤矿瓦斯抽采系统设计
系:
矿业工程系
专业:
平安工程
班级:
学号:
学生:
指导教师:
2021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
专业
平安工程
教师信息
职称
学历
任务书发出时间
设计题目
省D5煤矿瓦斯抽采系统设计
论文〔设计〕起止时间
共需周数
主要容:
瓦斯防治与综合利用课程设计是学生学习该课程完毕后进展的一项实践教学环节,是课程体系的主要组成局部。
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,为毕业设计奠定根底。
1、进一步稳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、报告撰写等根本技能。
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局部容,即:
1、说明书局部:
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,包括抽放方法的比拟和选择、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,并对瓦斯抽放泵进展选型。
2、图纸局部:
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完毕后进展的一项实践教学环节,是课程体系的主要组成局部。
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,为毕业设计奠定根底。
1、进一步稳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、报告撰写等根本技能。
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绘图比例假设为1:
1000,那么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,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。
方案进程:
1、2021.11.2-2021.11.4矿井瓦斯防治设计资料整理及前期准备工作;
2、2021.11.5-2021.11.7矿井概况、瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性论证;
3、2021.11.8-2021.11.9抽放方法的比拟和选择、抽放钻孔参数确定;
4、2021.11.10-2021.11.11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、2021.11.12-2021.11.13计算抽放管道阻力,并对瓦斯抽放泵进展选型;
6、2021.11.14-2021.11.15设计说明书、图纸修正,打印。
主要参考文献:
[1]荣立,何国纬,铎.采矿工程设计手册〔上册〕[M].:
煤炭工业,2003年.
[2]荣立,何国纬,铎.采矿工程设计手册〔中册〕[M].:
煤炭工业,2003年.
[3]荣立,何国纬,铎.采矿工程设计手册〔下册〕[M].:
煤炭工业,2003年.
[4]徐永圻.煤矿开采学〔修订本〕[M].:
中国矿业大学,2021年.
[5]煤矿平安规程[M].:
煤炭工业.2021年.
[6]荣立.采矿工程设计手册[M]煤炭工业,2003年.
[7]AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法,国家平安生产监视管理局.
[8]AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采根本指标,国家平安生产监视管理局.
[9]AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规,国家平安生产监视管理总局.
[10]GB50471-2021煤矿瓦斯抽采工程设计规,中华人民国住房和城乡建立部.
[11]防治煤与瓦斯突出规定〔2021版〕,国家平安生产监视管理总局.
[12]中华人民国矿山平安发,全国人民代表大会常务委员会.
[13]煤矿平安规程(2021版),国家平安生产监视管理局〔国家煤矿平安监察局〕.
[14]煤矿瓦斯抽采达标暂行规定,安监总煤装[2021]163号,国家平安生产监视管理总局、国家开展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿平安监察局.
[15]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,2021年.
[16]黄鑫业,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,2021年.
[17]林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术[M]中国矿业大学,2021年.
前言
本设计依据国家和行业有关规程、规,按照设计题目所给条件,结合?
瓦斯防治与综合利用?
相关理论知识,对省D5煤矿瓦斯抽采系统进展了初步设计。
本设计主要围绕以下五个方面进展:
〔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,包括抽放方法的比拟和选择、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,并对瓦斯抽放泵进展选型。
矿井瓦斯抽采设计既要考虑当前的需要,又要考虑长远开展的可能,更是保障煤矿平安生产的重要前提,必须按照能抽尽抽的原那么,对设计煤层瓦斯进展综合治理,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。
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〞重要组成局部,其设计合理与否对全矿井的平安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,对该矿井进展了瓦斯储量计算、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m³,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24.92m³/min,而风排瓦斯量仅为12m³/min,该矿井可以而且必须进展瓦斯抽采工作。
因此,本设计针对这一条件,对该矿井进展瓦斯抽采设计,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3.92×10-3m3/min.hm,机巷和风巷支管管径均为Φ200无缝钢管,壁厚10mm,采区回风巷干管直径为Φ275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2BE1356-1型瓦斯泵,其吸入负压气量最大105.8m3/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,生产工作能够到达平安高效的水平。
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
GasextractionsystemdesigntoD5coalmineofGuiZhouprovince
ABRSACT
Minegasdrainagesystemisanimportantpartofthecoalmine\"onthethreeprevention\",therationaldesignofthewholeminesafetyproductionandeconomicefficiencyhasalongandimportantinfluence.
AccordingtotheD5thegeologicaldataofminegasandexistingconditionofcoalmine,theminewasthegasreservescalculation,theworkingfacecansmokevolumecalculationanddrainagefeasibilitynecessity,theminegasreservesof15.9588millionmafter,facetheoryofgasemissionis11840400m3,biggestfaceabsolutegasemissionis24.92mafter/min,andthewindgasdrainagequantityisonlyafter12m/min,theminegasextractioncanandmustbecarriedout.Aimingatthiscondition,therefore,thisdesignoftheminegasextractiondesign,accordingtotheadvantagesanddisadvantagesofextractiongasdrillingandthesuitableconditions,thefinalchoicebeddingextractionfromdrilling,holediameteris89mm,intothewindlaneintoboreholelengthof80m,returnairlaneintoboreholelengthof90m.Boreholespacingof2m,holesealinglengthis6m,singlerownumber646drilling,drilling3,3876,thetotalnumberofboreholedrillingatotallengthof329460m,hundredsofmetersdrillgasdrainagevolumeof3.92x10-3m3/min.Hm,branchpipediameterandwindmachinelanelaneareΦ200seamlesssteeltube,wallthicknessof10mm,miningreturnairlanemainΦ275seamlesssteeltubediameter,wallthicknessof10mm,drainagepipelinetotalresistanceis34.597kpa,drainagegasratedflowofpumpis158.14m3/min,thegaspumppressureof47.52kpa,thisdesignfinallychoose2be1type356-1Thesuctionnegativepressuregasmaximum105.8m3/min.Motorpoweris185kw,motormodelsY315L2-4,thedesignofdrainagetimeofayear,inthisdesignmakesthecoalminegascontrolworkcangetscientificmanagementandproductionworktoachievesafeandefficientlevel.Theminingfaceanddrawthegasdrainagesystemdrawing;Thegasdrainageboreholelayoutplanandsection.
Keywords:
Gasextractionsystem,beddingdrilling,drillingparameters,gaspumptype
1采区工作面概况
1.1采区位置围、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λ=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瓦斯浓度为35%,选取混合瓦斯气体在管道经济流速10m/s,瓦斯密度0.715和空气密度1.293,局部阻力经历值百分比为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;
Q——1号煤原始瓦斯含量,15.5m³/t;
L——1号煤工作面走向长度,1300m;
H——煤层厚度,4m;
D——1号煤倾向长度,150m;
ρ——1号煤的密度,1.32t/m³。
=15.5×1300×4×150×1.32
=1595.88〔万m³〕
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,15.5m³/t;
q——煤层理论相对瓦斯涌出量,m³/t;
Wc——瓦斯残存量,m³/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〕/%
6~8
8~12
12~18
18~26
26~35
35~42
42~56
Wc[m3/〔t.r〕-1]
9~6
6~4
4~3
3~2
2
2
2
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4m³/t。
q=15.5-4=11.5m³/t
本工作面理论最大瓦斯涌出量可用下面公式计算:
QMax=q×L×H×D×ρ〔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,11.5m³/t;
L——1号煤工作面走向长度,1300m;
H——煤层厚度,4m;
D——1号煤倾向长度,150m;
ρ——1号煤的密度,1.32t/m³。
QMax=11.5×1300×4×150×1.32
=11840400〔m³〕
那么工作面绝对瓦斯涌出量:
Q绝=QMax/(24×60×330)〔2-4〕
Q绝工作面绝对瓦斯涌出量,m³/min
QMax工作面理论最大瓦斯涌出量,11840400m3
Q绝=11840400/(24×60×330)=24.92(m³/min)
2.2.2瓦斯抽放的必要性可行性论证
一、AQ1027—2006?
煤矿瓦斯抽放规?
中规定:
凡符合以下情况之一的矿井,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到达以下条件的:
大于或等于40m3/min;
年产量1.0Mt~1.5Mt的矿井,大于30m3/min;
年产量0.6Mt~1.0Mt的矿井,大于25m3/min;
年产量0.4Mt~1.0Mt的矿井,大于25m3/min;
年产量等于或小于0.4Mt的矿井,大于15m3/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24.92m³/min,根据?
煤矿瓦斯抽放规?
中第一条规定,需要进展瓦斯抽放。
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1500m³/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
=1500×0.8%
=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,那么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展预抽的可能性,衡量本煤层瓦斯预抽是否可行可参照下表:
按λ、α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/Mpa2·d〕
容易抽放
<0.003
>10
可以抽放
0.003~0.05
10~0.1
较难抽放
>0.05
<0.1
根据条件,1号煤层透气性系数λ=0.05〔㎡/MPa2·d〕,1号煤属于较难抽采煤层,我们要选取适宜的抽采方案来防治采掘工作面的瓦斯超限。
3煤层瓦斯抽放方法设计
3.1抽放方法的比拟和选择
3.1.1抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定
一、按抽出瓦斯来源分:
本煤层抽采、邻近层抽采、采空区抽采。
二、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。
三、按抽采瓦斯源的聚集工程方法分:
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[11]。
根据?
MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规?
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、瓦斯根底参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比拟确定。
并应符合以下要求[10]:
〔一〕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;
〔二〕适应煤层的赋存条件及开采技术条件;
〔三〕有利于提高瓦斯抽放率;
〔四〕抽放效果好,抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求;
〔五〕尽量采用综合抽放;
〔六〕抽放瓦斯工程系统简单,有利于维护和平安生产,建立投资省,抽放本钱低。
根据?
AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规?
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[9]。
3.1.2瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题
一、分期建立、分期投产的矿井,抽放瓦斯工程可一次设计,分期建立、分期投抽。
二、抽放瓦斯站的建立方式,应经技术经济比拟确定。
一般情况下,宜采用集中建站方式。
当有以下情况之一时,可采用分散建站方式[11]:
分区开拓或分期建立的大型矿井,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。
3.1.3瓦斯抽放方法的比拟和选择
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:
单一煤层;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;钻孔要提前打好,有较长的预抽时间;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[10]。
3.2抽放钻孔参数确定
3.2.1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89mm。
3.2.2钻孔长度
据实测结果,单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长根本上成正比关系,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150m,为了到达好的抽放效果,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80m,回风巷打入的钻孔的长度为90m。
3.2.3钻孔间距与抽放时间
1#煤层透气性系数λ=0.05〔m2/MPa2.d),根据表3.1,我们选取钻孔间距为2m。
表3.1钻孔间距选用参考值表[10]
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
设计抽放时间为一年。
3.2.4抽放负压与封孔长度
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
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