己15－13330采面瓦斯抽放设计.doc

己15－13330采面瓦斯抽放设计 一、概况 依据渝煤科研[1989]124号文关于平顶山八矿突出煤层及突出矿井鉴定意见和渝煤研科字[1997]第36号平顶山五、八、十、十二矿突出矿井初步分级结果，平煤集团八矿被鉴定为严重突出矿井，己15煤层为严重突出煤层，己16.17煤层为非突出煤层，综合考虑本采区为突出采区。 采面位于己三扩大采区东翼下部，西起采区上山，东至9勘探线东200m处，南邻正在回采的己15-13310采面，北部尚未开发。采面设计走向长1300m，南北倾斜宽186.5m，采高3.1m，可采储量93.6万吨。该采面标高－460～－570m，地面标高74 ～ 76m，埋深534～645m。按突出危险等级划分，采面属突出危险工作面，必须严格按突出危险工作面管理。 二、抽放瓦斯的必要性 1、工作面可以供给的风量 Qg 60LHΦv 式中L最小控顶距，M，ZY4000型支架L3.616M； H采高，设计采高为3.1M； Φ有效断面系数，Φ0.6； V 规程允许的最高风速，v 4 m/s。 经过计算，Qg1614.18m3/min 2、采面瓦斯涌出量预测 （1）相对瓦斯涌出量 Qa（Wa-Wc）（L-Lh）/L 式中Qa 工作面相对瓦斯涌出量，m3/t； Wa开采煤层原始瓦斯含量，Wa22 m3/t Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层瓦斯含量的10 15，这里取Wc3.3m3/t； L工作面采长m，L186m； Lh 机、风巷排放瓦斯带的总宽度m，当煤的挥发分大于27时，取Lh26m。 经过计算得，Qa16m3/t。 （2）绝对瓦斯涌出量 QyQaA/1440162000/144022.22（m3/min） 3、工作面所需风量计算 Qb100QyKw10022.221.63555.2（m3/min） 式中Kw工作面瓦斯涌出不均衡系数，取Kw1.6 从计算结果可以看出，工作面的需风量远大于可以供给的风量，根据规程第145条规定，“一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通风方法解决不合理时，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或井下临时抽放系统。因此，己15－13330采面建立瓦斯抽放系统是必须的。 四、抽放系统的选择 根据高突工作面瓦斯综合治理经验，对高突综采工作面进行分源抽放。 1、通风方法可以解决的瓦斯含量 Wb2460Qg C /（100A Kw）Wc 式中Wb通风方法可以解决的瓦斯含量，m3/t C 规程允许的最高瓦斯浓度，1.0 Qg工作面可以供给的风量，Qg1614.18m3/min A 工作面日产煤量t，A2000t； Wc残存瓦斯量，m3/t，一般取煤层瓦斯含量的10 15，这里取Wc3.3m3/t； Kw瓦斯涌出不均衡系数，取Kw 1.6 经过计算可得，Wb11.62m3/t。 2、本煤层抽放可以解决的瓦斯含量 己15采面机风两巷各敷设一趟抽放管，抽放本煤层钻孔，预抽率按20计算，则本煤层抽放可解决瓦斯含量 We20Wa4.4（m3/t） 式中We本煤层抽放可解决瓦斯含量，m3/t； Wa开采煤层原始瓦斯含量，Wa22m3/t。 3、机巷预抽巷穿层孔抽放可以解决的瓦斯含量 根据目前机巷预抽巷穿层孔抽放参数，抽放瓦斯浓度10％，抽放瓦斯纯流量4m3/min，则机巷预抽巷抽放可解决瓦斯含量 Wg14404/A2.88m3/t） 4、通风、本煤层、机巷预抽巷穿层孔抽放解决瓦斯含量合计 WWbWeWg 11.624.42.8818.9（m3/t） 计算结果表明，用通风方法、本煤层及机巷预抽巷穿层孔抽放合计可解决的瓦斯含量是18.9m3/t，而煤层本身的瓦斯含量是22m3/t。因此在采面回采时有必要采取其他抽放瓦斯措施。 5、抽排巷抽放 抽排巷抽放需要解决的瓦斯含量 Ws Wa- Wb- We- Wg 22-11.62-4.4-2.88 3.1（m3/t） 6、按照以上计算结果，该采区各采面抽放系统必须建立三套抽放系统，即1）本煤层抽放系统、2 机巷预抽巷穿层孔抽放系统、3 抽排巷抽放系统。 五、瓦斯抽放系统管径选择 1、本煤层抽放管径选择 （1）本煤层抽放混合流量计算 本煤层抽放，百米钻孔抽放量按0.02m3/min计算，取成孔率80 1）、机巷布置210个钻孔，总长度12600米，封孔长8米，则抽放纯流量 Q1（12600 80 - 8 210）/ 100 0.02 （10080-1680）/100 0.02＝1.68m3/min 抽放瓦斯浓度按10计算 Qc116.8m3/min 2）风巷布置210个钻孔，总长度12600米，封孔长8米，则抽放纯流量 Q2（12600 80 - 8 210）/ 100 0.02 （10080-1680）/100 0.02＝1.68m3/min 抽放瓦斯浓度按10计算 Qc216.8m3/min 3）本煤层总抽放混合流量Q纯Qc1 Qc2 33.6 m3/min （2）抽放管径的选择 1）机巷、风巷抽放混合流量均为16.8 m3/min，则 d 0.1457 式中d 管道内径, m； Qc 混合流量，m3/min， v 管内瓦斯流速，取经济流速v 10 m/s。 经过计算，d 0.189 m 189 mm，取内径200mm的8吋薄壁钢管作为本煤层机巷、风巷和中间巷的抽放支管。 2）本煤层总抽放混合流量Q纯 33.6 m3/min，则 d 0.1457 式中d 管道内径, m； Qc 混合流量，m3/min， v 管内瓦斯流速，取经济流速v 10 m/s。 经过计算，d 0.267 m 267mm，取内径300mm的12吋薄壁钢管作为本煤层抽放主干管。 2、机巷预抽巷抽放管径选择 1）机巷预抽巷抽放混合流量计算 机巷预抽巷抽放瓦斯纯流量为4 m3/min，瓦斯抽放浓度一般取10％，则抽排巷混合流量为 ， Qc40 m3/min； 2）抽排巷抽放管径的选择 d 0.1457 式中d 管道内径, m； Qc 混合流量，m3/min， v 管内瓦斯流速，取经济流速v 10 m/s。 经过计算，d 0.29 m 290mm，取内径300mm的12吋薄壁钢管作为抽排巷抽放主干管。 3、抽排巷抽放 1）抽排巷抽放需要解决的绝对瓦斯涌出量 Qc WsA / 1440 3.1 2000 / 1440 4.3（m3/min） 2）若抽排巷抽放浓度5计算,混合瓦斯流量为 Qc“ 4.3/0.0586 m3/min，管内流速取10 m/s ，则高位斜交孔抽放管内径 d “ 0.14570.427m＝427mm 取内径500mm的20吋薄壁钢管作为抽排巷抽放主干管。 六、瓦斯抽放泵的选择 1、抽排巷抽放阻力计算 1）摩擦阻力 Hm9.81Q2γL/（KD5） 式中Hm 管路摩擦阻力，Pa Q 瓦斯流量，Q5160 m3/h γ 混合瓦斯对空气的密度比,查表得γ0.973； L 管路长度，L 1500m； K 系数，查表得 K 0.71 D 瓦斯管内径，D50cm。 经过计算得Hm 1.77KPa 2）局部阻力 按经验值，取管道总摩擦阻力的15作为局部阻力 Hf15Hm151.770.26KPa 3）管路总阻力 HcHmHf2.03kPa 4）抽放泵的负压 Hp（HcHh）Kb 式中Hp泵的额定抽放负压，kPa Hc管路沿程阻力，kPa， Hh孔口负压，kPa，Hh30kPa Kb泵的备用系数，取Kb1.2 则 Hp38.44kPa 5）抽放泵的额定流量 Qp∑Qc/ChKc 式中Qp泵的额定流量，m3/min ∑Qc抽放地点抽放量m3/min C泵入口处瓦斯浓度，5 h泵的机械效率，一般取80 Kc备用抽放量系数，取Kc1.2 则Qp1290 m3/min 根据计算，泵的额定负压 Hp38.44kPa，额定流量Qp129m3/min，对照瓦斯泵性能参数表，选取淄博产的2BEC-42型水环真空泵。 2、本煤层抽放系统抽放瓦斯泵选择 （1）本煤层抽放瓦斯 1）摩擦阻力 A、机巷本煤层支管摩擦阻力 Hm19.81Q2γL/（KD5） 式中Hm1 管路摩擦阻力，Pa Q 瓦斯流量，Q1008 m3/h γ 混合瓦斯对空气的密度比,查表得γ0.955； L 管路长度，L 1000m； K 系数，查表得 K 0.71 D 瓦斯管内径，D20cm。 经过计算得Hm1 4.19KPa B、风巷本煤层支管摩擦阻力与机巷本煤层支管摩擦阻力相等，则 Hm1＝Hm2＝4.19 KPa C、本煤层主干管摩擦阻力 Hm9.81Q2γL/（KD5） 式中Hm 管路摩擦阻力，Pa Q 瓦斯流量，Q3024 m3/h γ 混合瓦斯对空气的密度比,查表得γ0.955； L 管路长度，L 500m； K 系数，查表得 K 0.71 D 瓦斯管内径，D30cm。 经过计算得Hm42.48KPa Hm＝Hm1Hm2Hm3Hm4＝4.194.192.48＝10.86 KPa 2）局部阻力 按经验值，取管道总摩擦阻力的15作为局部阻力 Hf15Hm1510.861.629KPa 3）管路总阻力 HcHmHf12.72 kPa 4）抽放泵的负压 Hp（HcHh）Kb 式中Hp泵的额定抽放负压，kPa Hc管路沿程阻力，kPa， Hh孔口负压，kPa，Hh30kPa Kb泵的备用系数，取Kb1.2 则 Hp51.26kPa 5）抽放泵的额定流量 Qp∑Qc/ChKc 式中Qp泵的额定流量，m3/min ∑Qc抽放地点抽放量m3/min C泵入口处瓦斯浓度，10 h泵的机械效率，一般取80 Kc备用抽放量系数，取Kc1.2 则Qp50.4m3/min 根据计算，泵的额定负压 Hp51.26kPa，额定流量Qp50.4m3/min，对照瓦斯泵性能参数表，选取淄博产的2BEC-353型水环真空泵。 （2）机巷预抽巷穿层孔抽放瓦斯 1）摩擦阻力 Hm9.81Q2γL/（KD5） 式中Hm 管路摩擦阻力，Pa Q 瓦斯流量，Q40602400m3/h γ 混合瓦斯对空气的密度比,查表得γ0.955； L 管路长度，L 1500m； K 系数，查表得 K 0.71 D 瓦斯管内径，D20cm。 经过计算得Hm 35.63KPa 2）局部阻力 按经验值，取管道总摩擦阻力的15作为局部阻力 Hf15Hm1535.635.34KPa 3）管路沿程阻力 HcHmHf40.97 kPa 4）抽放泵的负压 Hp（HcHh）*Kb 式中Hp泵的额定抽放负压，kPa Hc管路沿程阻力，kPa， Hh孔口负压，kPa，取Hh30kPa Kb泵的备用系数，取Kb1.2 则 Hp 85.16kPa 5）抽放泵的额定流量 Q∑Qc/ChKc 式中Qp泵的额定流量，m3/min ∑Qc抽放地点抽放量m3/min C泵入口处瓦斯浓度，10 h泵的机械效率，一般取80 Kc备用抽放量系数，取Kc1.2 则Qp60m3/min 根据计算，泵的额定负压 Hp85.16kPa，额定流量Qp60m3/min，对照瓦斯泵性能参数表，选取淄博产的2BEC-353型水环真空泵。 根据高突工作面瓦斯综合治理经验和有关要求“在同一个抽放瓦斯泵站内应使用同一型号瓦斯泵”，再者本煤层抽放和机巷预抽穿层孔抽放都具有高负压、低流量的特点。因此在瓦斯抽放泵站将两个抽放系统并联在一台抽放瓦斯泵。依据以上计算，泵的额定负压 Hp85.16kPa，额定流量Qp110.4m3/min，对照瓦斯泵性能参数表，选取淄博产的2BEC-42型水环真空泵。 七、建立己三扩大泵站 为了提高抽放效果，己三扩大需要实行分区抽放，即建立己三扩大泵站，依据以上计算和选型该泵站必须安装二台2BEC-42 型抽放瓦斯泵，分别抽放本煤层、机巷预抽穿层孔和抽排巷。 根据规程第146条规定“抽放瓦斯泵及其附属设备，至少应有1套备用。”因此，己三扩大抽放瓦斯泵站需要安装三台2BEC-42 型抽放瓦斯泵。 八、泵站供电、排水的确定 泵站供电从己三扩大变电所供给电源，同时实现双回路供电系统。 供水从己三扩大轨道水管上接入泵站，排水通过水沟直接排入二水平大巷排水沟。