瓦斯抽放系统改造设计

1 纳雍县高源煤矿

抽 放 系 统

升 级 改 造 计 划

编 制：蒋弟坤

二0一二年二月五日

2 高源煤矿瓦斯抽放系统升级改造计划

为深入贯彻落实煤矿瓦斯防治“十二字”工作方针，构建瓦斯综合治理“二十四字”工作体系，提高瓦斯治理水平，根据（国办发【2011】26号）、《防突规定》（安监总局令第19号）、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》、（安监总煤装【2011】163号）、黔（安监煤矿【2011】242号）文件要求，结合我矿实际，编制本计划。

第一节、瓦斯抽放的必要性

一、我矿现安装的瓦斯抽放泵有四台，使用的高负压瓦斯抽放泵两台，一台工作，一台备用，型号为2BEA-403型，电机功率132KW。低负压瓦斯抽放泵两台，型号为2BEC-420型，电机功率132KW。由于我矿回采面还未形成，所以低负压瓦斯抽放泵未投入使用。

二、我矿目前未发生过煤与瓦斯突出，根据《高源

3 煤矿祥查地质报告》和《可研报告》，高源煤矿相对瓦斯涌出量为17.483/t。高源煤矿目前还在建井期间，根据贵州源远地矿科技有限公司提供的2010年高源煤矿《瓦斯等级鉴定报告书》，全矿井绝对瓦斯涌出量为5.19m3/min，绝对二氧化碳涌出量为0.13m3/min。掘进工作面瓦斯涌出量为3.12m3/min鉴定结果为煤与瓦斯突出矿井。因此瓦斯抽放是必不可少的。

根据以上几个方面的论证，高源煤矿的瓦斯抽放系统升级改造是必要的。

第二节 瓦斯抽放系统改造的可行性

一、确定的抽放技术合理

我矿现有一套高负压瓦斯抽放系统对各采掘工作面进行着瓦斯抽放，对矿井瓦斯的治理起着必不可少的作用，随着生产规模的扩大，改造后的瓦斯抽放系统可大幅度提高抽放能力。因此，抽放系统的改造在技术方案上是可行的。

4 二、设计的管路系统合理

抽放管网敷设合理，大小管径符合主次关系和经济流速的要求。因此，对现有瓦斯抽放系统进行改造是可行的。

三、瓦斯抽放专业队伍健全

我矿设有从事瓦斯抽放工作的专业瓦斯抽放队伍（防突队），配置人员31人，负责我矿的瓦斯抽放工作。从组织结构的角度来审视我矿瓦斯抽放系统改造是可行的。

以上从技术、条件和管理上都表明，我矿瓦斯抽放系统的改造是完全可行的。

第三节 抽放方式的选择

根据我矿抽放实践证明，采用本煤层先抽后掘及顺层倾斜抽放，采空区埋管低负压瓦斯抽放，经效果检验，其抽放效果较好，因此我矿的瓦斯抽放目前主要考虑本煤层及采空区瓦斯抽放，若将来考虑瓦斯利用，再根据

5 当时实际情况考虑作底板抽放巷抽放瓦斯。

第四节 瓦斯抽放系统

一、高负压瓦斯抽放系统

（一）抽放钻场及抽放钻孔

抽放钻场：主要用于高瓦斯或具有突出危险的煤层中的先抽后掘，其钻场，钻孔设计要求见生产过程中的施工设计。

顺层抽放钻孔：沿工作面走向每隔4.0m（由于我矿目前还没有具体的煤层透气性系数，暂按抽放半径2.0m进行设计）顺煤层倾斜方向打一个抽放钻孔进行抽放，主要服务于高瓦斯或具有突出危险的煤层的采掘工作面，其详细设计在生产过程中的施工设计中出现。

（二）、抽放设备及管路选择

1、管路选择

管径计算：公式D＝（0.02123*Q混/V）1/2

式中：

D----------瓦斯管内径 m

6 Q混-----------瓦斯管内混合流量m3/分

V-----------管道中混合瓦斯气体流动速度m/s，一般为5~15m/s较合适。

（1）主管选择：

Q混的确定：我矿进入中、深部正常生产后有一个采煤工作面，两个煤巷掘进工作面，一个开拓掘进头，考虑对每个采掘工作面（岩巷除外，但石门接过煤工作面需进行瓦斯抽放）均进行瓦斯抽放，根据瓦斯治理需要，掘进工作面每分钟需抽放CH4纯量3.0m3/分，回采工作面需抽放瓦斯纯量4.0m3/分，其它地方需抽放2.0m3/纯量，要求抽放浓度大于30%。

Q混＝q纯/c (m3/分)

式中：

q纯------高负压抽放浓度总和12m3/分

C-------抽放浓度 25%

Q＝12/30%＝40 (m3/分)

瓦斯流动速度：查设计手册 取12m/s

将Q、V代入管径计算公式

7 d主＝（0.02123*40/12）1/2＝264.6(mm)

取主管φ300的无缝钢管，包括瓦斯泵房——回风下山——总回延伸，共1720 m

（2）、干管选择：以1301采面机、风巷抽放量6m3/分进行计算

Q混＝24m3/分 V取10m/s

d干＝（0.02123*24/10）1/2＝226(mm)

取干管为Φ250的无缝钢管，共1000m

（3）、分管选择：以两个掘进头的抽放纯量4m3/分计算

Q混＝16m3/分 V取10m/s

d分＝（0.02123*24/10）1/2＝184(mm)

取分管为Φ200的无缝钢管，共1800m

（4）、支管选择：

以一个掘进工作面的CH4抽放量计算：

Q混＝8m3/分 V取10m/s

d支＝（0.02123*8/10）1/2＝130.3(mm)

取支管Φ150的无缝钢管

8 2、瓦斯管路系统阻力计算

按最大阻力路线计算，最大阻力路线为：

瓦斯泵房——回风下山——+1473m总回井底——1301回风巷——1301运输巷——1302运输巷——1302回风巷。

公式：H＝Q混2*Δ*L管/(K阻*D5)

式中：

H--------管路阻力 mmH2O

Δ--------CH4混合气体与空气相对密度，

Δ=1-0.00446C

C-------瓦斯管内的瓦斯浓度 25%

L管--------管路长度

Q混---------流量 m3/时

K阻---------管径系数

D---------管径 cm

（1）主管

瓦斯泵房——总回下山段

L管＝700m Q混＝2880m3/时 Δ＝0.889

K＝0.71 D＝30cm

9 H1＝0.889×132×28802/(0.71×305)

＝56.41 (mmH2O)

回风下山——总回延伸

57L管＝400m Q＝1920m3/时 Δ＝0.889

K＝0.71 D＝30cm

H2＝0.889×400×19202/(0.71×305)

＝75.9 (mmH2O)

（2）支管

L＝1260m Q＝1440m3/时 Δ＝0.889

K＝0.71 D＝15cm

H4＝0.889×1260×7202/(0.71×155)

=1077 (mmH2O)

（3）、管路总阻力：H总

H总＝（H1＋H2＋H3＋H4）K局

式中：K局——瓦斯管路局部阻力系数1.15

H总＝（56.41+75.9+13.29+1077）1.15

＝1405.99 (mmH2O)

3 抽放设备选择

10 （1）、瓦斯泵全压H全

H全=H总+H排+│H口│

式中：

H排——瓦斯泵排气压力， 约为100mmh2o

H口——孔口负压， 取13.3kpa=1357mmh2o

H全=H总+H排+│H口│

=1989.88+100+1357

=3446.88 （mmh2o）

（2）瓦斯泵真空度u

u= H全/(760×13.6) ×100%

=3446.88/(760×13.6) ×100%

=33.35%

（3）瓦斯泵额定流量

Q额＝KQ混/(1-u) m3/min

式中：

Q额——真空泵额定流量 m3/分

Q混——瓦斯泵抽放纯流量 48 m3/分

K——抽放综合系数，取1.2

11 Q额＝1.2×48/（1-33.35%）

=86.42 （ m3/分）

根据以上计算：

Q额＝86.42m3/min H全＝3446.88 mmH2O

u＝33.35%

查产品目录手册，选用水环式真空泵，型号为2BEC-40泵即可满足要求，一台工作、一台备用

二、低负压瓦斯抽放系统

（一）、抽放管路系统

由主管及支管组成，一台抽放泵只服务一个采煤工作面，主管服务年限较长，支管服务年限短、且不回收。

（二）、抽放设备及管路选择

1、管路选择

管径计算：公式同前

（1）主管选择：

Q混的确定：

预计1301回采工作面回采期间的瓦斯涌出量将达到34m3/分，需要低负压瓦斯抽放解决20m3/分的绝对瓦

12 斯涌出量，再根据该采区抽放实际情况，低负压瓦斯抽放浓度平均在25%左右，以此来计算低负压瓦斯抽放混合量。

Q混＝q纯/c (m3/分)

=20/25%

=80 （m3/分）

瓦斯流动速度V：查设计手册 取14m/s

将Q混、V代入管径计算公式

d主＝（0.02123*80/14）1/2＝348(mm)

取主管φ350的无缝钢管，共1720 m

（2）、支管选择：

Q混＝80m3/分 V取20m/s

d支＝（0.02123*80/20）1/2＝291.41(mm)

取支管Φ300为的螺旋焊管

2、瓦斯管路系统阻力计算

选定最大阻力路线为：