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1、 目 录第一章 综采工作面概况31.1煤层基本赋存特性31.1.1煤层基本赋存状态31.1.2 煤系地层综合柱状图41.2工作面巷道布置和采煤方法51.2.1工作面巷道布置51.2.2采煤方法和工艺61.3采区通风方式6第2章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性证72.1瓦斯涌出分析72.1.1工作面瓦斯涌出源及涌出形式分析72.1.2工作面瓦斯涌出特性82.2.1 瓦斯储量计算92.1.2工作面可抽放量计算102.2 工作面瓦斯抽放必要性可行性论证102.2.1抽放的必要性10第3章 本煤层瓦斯抽放方法设计113.1 抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定：113.1.1 方法分类113.2 瓦斯
2、抽放方法的比较和选择123.2.1 预抽本煤层瓦斯施工方法及优缺点123.2.2 “边抽”本煤层瓦斯施工方法及优缺点133.2.3 瓦斯抽放方法的选择143.3 抽放钻孔参数确定15第4章 工作面瓦斯抽放系统164.1 工作面瓦斯抽放设施的配置和布置164.2 抽采管路系统选择的原则174.3 抽放管路的计算和选择17第5章 瓦斯泵选型185.1 抽放系统管道阻力计算185.2 瓦斯泵流量和压力计算195.3 瓦斯泵选型确定19第6章 工作面瓦斯抽放安全技术措施206.1工作面瓦斯抽放安全技术措施20参考文献 摘要 本论文依据指导老师所提供的已知条件进行设计并画图。包括瓦斯储量计算、抽放必要性
3、论证、抽放方法比较和选择。计算和确定钻孔布置参数，并绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图。进行抽放管选择计算，决定抽放管路及附属设施的配置和布置；计算管道阻力；绘制综采工作面抽放瓦斯系统图。瓦斯泵选择计算，确定瓦斯泵型号、瓦斯泵房位置和基本要求。工作面可抽量计算；工作面抽放率计算；抽放瓦斯的安全技术措施。 关键词：煤层瓦斯储量 抽放方法 瓦斯泵选择 抽放率第一章 综采工作面概况1.1煤层基本赋存特性1.1.1煤层基本赋存状态7354工作面位于II水平，为综采放顶煤工作面，采用单一走向长壁采煤、采空区处理方法为全部垮落法。7354工作面上部为7352采空区，7354工作面走向长度541m，倾向长度14
4、5m，斜面积89000m2，标高-609.487-693.9米之间，平均煤厚5米，设计采高2.3米，平均倾角28，工作面工业储量83.6万T，可采储量60万T，预计回采煤量51万T，回采率85，服务年限为7个月。煤层灰分12.4,挥发分37.0，容重1.35 t/m3，该工作面瓦斯相对涌出量为6m3/t，煤尘具有强爆性。图1 7354工作面巷道布置图1.1.2 煤系地层综合柱状图 煤层顶板岩性为砂质泥岩，灰黑色，层状，含砂质条带，底部含植物化石，裂隙发育，层理较乱。煤层底板岩性为泥岩，深灰色成分由泥岩组成，结构致密，层理不发育，顶部见少量的化石。该工作面内共揭露断层13条，工作面内无岩浆岩侵入
5、现象。煤系地层综合柱状图见图2所示。图2 煤系地层综合柱状图1.2工作面巷道布置和采煤方法1.2.1工作面巷道布置7354工作面采用上行通风方式布置，溜子道为进风巷，位于工作面下侧，沿煤层底板布置，靠上帮铺设轨道，巷道下帮为皮带输送机。巷道采用梯形断面，净宽4.2m；净高2.5m，断面积11.31 m，主要用于该工作面的进风和运煤。溜子道内布置有直径3寸的供水、压风、排水三路管路及电缆、开关车、转载机、破碎机、皮带输送机等设备。7354工作面材料道为回风巷，沿煤层底板布置，采用梯形断面，净宽4.2m，净高2.4m，断面积11.31 m，主要用于该工作面的回风和运料；材料道内布置有直径3寸压风、
6、供水、排水（注浆）三路管路、电缆、监测线等管线等设备。 工作面沿煤层底板布置，初采时为矩形断面，切眼安装ZF2800-16/26型轻型放顶煤支架131台，下端头安装ZFSB4400A/16-28A型端头支架2台。 工作面通风路线如下。新鲜风流：地面主、副井-375车场二号皮带下山-785大巷3轨道3轨道二甩道7354溜子道（皮带机巷）7354工作面。乏风流：7354工作面7354材料道3下口3人行上山3集中回风巷-160总回风巷南风井地面。 1.2.2采煤方法和工艺7354工作面采用走向长壁采煤、放顶煤一次采全高，采用顶板全部垮落法管理顶板。利用液压支架推溜千斤顶推前溜。工作面采用轻型放顶煤工
7、艺，一刀一放、专职放煤工单轮间隔放煤，煤机割煤一刀，放煤一次。工艺过程为煤机割煤移架返刀扫底推前溜放煤拉后溜清理。工作面采用“三八”工作制，中半和夜班为生产班，两割两放；早班检修，一割一放。每日回采工作面循环5次，每次循环进度0.6m，工作面平均日进度3m，平均每个循环时间为288min，工作面平均推进速度0.002083m/min。平均割煤高度2.3m，放煤高度2.7m，工作面采放比确定为1：1.17。工作面镏子道和材料道预排宽度取18m，煤的密度1.35t/m3,工作面回采率85，工作面前、后部刮板输送机的速度均为1.3m/s(即78m/min)。考虑工作面初采和收尾工作时间，则该工作面的
8、服务年限为7个月。八煤厚度3.16m，煤的密度1.35t/m3,八煤与七煤的平均间距8.8m。1.3采区通风方式该工作面采用“一进一回”的“U”形通风方式，运输巷进风，回风巷辅助运料、排矸石。采区布置三条上山，分别是轨道上山、回风上山和皮带上山，轨道上山和皮带上山进风，回风上山回风。经过计算，工作面供风量为1000m3/min。第2章 瓦斯储量计算、抽放瓦斯必要性证2.1瓦斯涌出分析2.1.1工作面瓦斯涌出源及涌出形式分析7354工作面采用自然垮落法管理顶板，轻放支架支护，最大控顶距4240mm；最小控顶距3640mm。正常回采期间支架顶部则是充分卸压、呈酥松状态的顶煤，并通过放煤口放出上部顶
9、煤。依据瓦斯流动理论，结合本工作面实际布置方式，7354综采放顶煤工作面瓦斯涌出源主要来自以下几个部分：工作面煤壁瓦斯涌出，采落煤瓦斯涌出、放落煤块瓦斯涌出，采空区遗煤瓦斯涌出、支架上方压裂顶煤的煤壁瓦斯涌出、围岩及临近层瓦斯涌出等几个方面。该工作面瓦斯相对涌出量为6m3/t。其中工作面煤壁、采落煤和放落煤的涌出瓦斯直接与工作面风流混合；而采空区遗煤、支架上方压裂顶煤、围岩及临近层涌出的瓦斯汇聚于采空区，一部分随工作面推进永久性积存于采空区冒落带和裂隙带区域内，一部分随采空区漏风由工作面回风隅角涌出，7354综采放顶煤工作面瓦斯涌出源及涌出模式详见图3所示。图3 7354综采放顶煤工作面瓦斯涌
10、出源及涌出模式关系图2.1.2工作面瓦斯涌出特性对7354综放工作面进行实测和数据整理后可得：煤壁初始瓦斯涌出强度为0.0641m3/ (m2.min1), 煤壁瓦斯涌出衰减系数为0.826771 min1.落煤初始瓦斯涌出强度为0.04142m3/ (t. min1), 落煤瓦斯涌出衰减系数n为1.1315min1.临近层八煤的走向卸压长度为530.8m，倾向卸压长度为160m，吨煤瓦斯涌出量为1.077 m3/t。在此基础上，分别对工作面煤壁瓦斯涌出量、落煤瓦斯涌出量、采空区遗煤瓦斯涌出量和临近层瓦斯涌出量进行详细分析和计算，得出本工作面瓦斯涌出特性如图4和图5所示。图4 工作面平均绝对瓦
11、斯源涌出比例图 图5 工作面动态绝对瓦斯源涌出比例图 2.2 瓦斯储量计算和工作面可抽放量计算 2.2.1 瓦斯储量计算 工作面瓦斯储量计算是确定瓦斯抽放方案的重要依据，7354工作面走向长度541m，倾向长度145m，斜面积89000m2，标高-609.487-693.9米之间，平均煤厚5米，设计采高2.3米，容重1.35 t/m3，瓦斯相对涌出量为6m3/t.Q储=LHMX =54114551.356=317.02万m3式中：L工作面走向长度，m；H工作面倾斜宽度，mM煤层平均厚度，m煤的容重；吨m3X煤层相对瓦斯含量；m3吨2.1.2工作面可抽放量计算工作面需要抽放的瓦斯量煤矿安全规程（
12、2011）第190条规定煤层瓦斯预抽率应大于30%，根据该条规定和上述统计计算结果，7354工作面预抽应抽出的瓦斯量（QY）为： QY0.3(Q储-Q抽-Q排)式中：QY工作面需要抽放的瓦斯量，万m3； Q储工作面瓦斯储量，257.22万m3； Q抽工作面边掘边抽钻孔抽放量，26.5万m3； Q排掘进期间风排瓦斯量，54.233万m3。代入上式得7354工作面预抽率为30%时需要抽放的瓦斯量为52.95万m3 2.2 工作面瓦斯抽放必要性可行性论证2.2.1抽放的必要性根据供风量为1000m/min,工作面瓦斯浓度按0.6计算风排瓦斯量Qp=QC=10000.6/100=6m3/min。而工作
13、面绝对瓦斯涌出量为16.766m3/min，如不可抽放瓦斯，则工作面的瓦斯浓度将超限，尚需抽放瓦斯量QCH4Qp=16.7666=10.766m3/min工作面瓦斯浓度才能维持0.6 2.2.2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（），钻孔瓦斯流量衰减系数（）和百米钻孔瓦斯极限抽放量衰减系数（Qj）。按、和Qj判断本煤层瓦斯抽放可行性标准如表6示。表6 本煤层预抽瓦斯难易程度分类表根据已知条件，煤层透气性系数=0.0276（/MPa2d）,该煤层属于较难抽采煤层，如不采取其他技术措施，基本不具备预抽本煤层瓦
14、斯的可能性，因此，我们要选取合适的抽采方法来治理工作面的瓦斯超限。第3章 本煤层瓦斯抽放方法设计 3.1 抽放方法的分类和选择瓦斯抽放方法的规定：3.1.1 方法分类本煤层瓦斯抽放是指采用送道或打钻的方式直接抽放开采煤层内含有的瓦斯的方法。 按照抽放与采掘的时间关系，本煤层抽放可分为“预抽”和“边抽”两种方法。所谓“预抽”，就是在开采之前预先抽出媒体中的瓦斯。“预抽”又可分为巷道预抽和钻孔预抽2种；所谓“边抽”是指边生产边抽放瓦斯，即生产和抽放同时进行。“边抽”又包括边采边抽和边掘边抽2种。3.1.2选择瓦斯抽放方法的规定 根据MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范第4.1.1条规定：选择
15、抽放瓦斯方法，应根据煤层赋存条件、瓦斯来源、巷道布置、瓦斯基础参数、瓦斯利用要求等因素经技术经济比较确定。并应符合下列要求：a)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；b)适应煤层的赋存条件及开采技术条件；c)有利于提高瓦斯抽放率；d)抽放效果好，抽放的瓦斯量和浓度尽可能满足利用要求；e)尽量采用综合抽放；f)抽放瓦斯工程系统简单，有利于维护和安全生产，建设投资省，抽放成本低。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第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
16、。瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题：（a）分期建设、分期投产的矿井，抽放瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。（b）抽放瓦斯站的建设方式，应经技术经济比较确定。一般情况下，宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时，可采用分散建站方式：分区开拓或分期建设的大型矿井，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。3.2 瓦斯抽放方法的比较和选择3.2.1 预抽本煤层瓦斯施工方法及优缺点1.巷道预抽本煤层瓦斯即在回采之前事先掘出瓦斯巷道(因同时要考虑
17、采煤工作需要，因此也叫采准巷道)，然后，将巷道密闭，在密闭处接设管路进行抽放，直到回采时为止。这种方法的优点：煤体卸压范围大，煤的暴露面积大，有利于瓦斯释放。缺点：提前送巷道，开采时巷道维修量大；高瓦斯煤层掘进施工困难；若密闭不严易进气，抽出的瓦斯浓度低；且巷内易引起自然发火。此法目前很少应用。2.钻孔预抽本煤层瓦斯 即在开采煤层底(或顶)板岩层中掘一与煤层走向平行的巷道,然后每隔一定距离(2030m)掘一小石门做钻场(深度6m),在每个钻场内向煤层打37个呈放射状的钻孔穿透煤层进入顶(底)板,插管封孔进行抽放。如图1-1所示。1-煤层;2-钻孔;3-钻场;4-岩巷;5-密闭;6-抽放瓦斯管路
18、图1-1 钻孔预抽本煤层瓦斯钻孔、钻场布置示意图这种方法的优点：钻孔贯穿煤层，瓦斯很容易沿层理面流入钻孔,有利于提高抽放效果；其次，抽放工作是在掘进和回采之前进行的，能大大减少生产过程中的瓦斯涌出量。 缺点：被抽放煤层没有受采动影响，煤层压力变化不大(未卸压)，透气性低的煤层可能达不到预抽效果。3.2.2 “边抽”本煤层瓦斯施工方法及优缺点1.边采边抽 即在工作面前方进风巷或回风巷中每隔一定距离打平行于工作面的钻孔,然后插管、封孔进行抽放,如图1-2中a所示;也可以每隔一定距离(2030m)掘一钻场(深度6m),布置3个扇形钻孔,然后插管、封孔进行抽放,如图1-2中b所示。 图1-2 边采边抽
19、本煤层瓦斯的钻孔布置示意图边采边抽的优点：由于采动影响,煤层已卸压，煤层透气性增加,抽放效果好;不受采掘工作影响和时间限制,具有较强的灵活性和针对性。缺点：开孔位置在煤层,封孔不易保持严密,影响抽放效果和瓦斯浓度;另外,钻孔与煤层层理平行,层理之间不易勾通,瓦斯不易流动,也影响抽放效果。2.边掘边抽 即在掘进巷道两帮每隔一定距离(2030m)掘一钻场(深度150K0值0.550.570.620.670.700.71（2）、局阻力计算按经验值，取沿段管道总摩擦阻力的15%作为局部阻力HrHr=Hz15%=1.424KPa（3）、抽放管道总阻力Hc=Hz+Hr+HfHc瓦斯抽放管道总阻力Hz管路摩
20、擦阻力Hf抽放瓦斯管口处负压 取10 kPaHc =9.495+1.424+10=20.92 kPa（4）、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5kpa5.2 瓦斯泵流量和压力计算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。 式中 抽放瓦斯泵的额定流量，m3/min；矿井瓦斯最大抽放总量（纯量），m3/min；X矿井抽放瓦斯浓度，；瓦斯抽放泵的机械效率，一般取0.8；K备用系数，K=1.2。（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。Hp= (Hc+Hv)kBHp瓦斯泵的压力k
21、B备用系数，一般取1.2Hp =(20.92+5) 1.2=31.104kPa5.3 瓦斯泵选型确定瓦斯泵类型：目前国内使用的瓦斯泵类型主要有：a离心式鼓风机；b.回转式鼓风机(包括罗茨鼓风机、叶式鼓风机、滑板式压气机等)；c.水环真空压缩机；d.往复式压气机(只用于地面正压输送瓦斯)。根据比较选用水环式真空压缩机1、真空度高,且可正压输出;2、工作水不断带走气体压送时产生的热量,泵题不会升温发;,当抽出瓦斯浓度达到爆炸界限时,也没有爆炸危险;3、结构简单,运转可靠,平稳,供气均匀;4、将负压抽出和正压输出合二为一,一般不需另设正压输出设备5、单机瓦斯抽出量由1.8450 m3/min,适用范
22、围广,煤层透气性低,管路阻力大,需要高负压抽放的矿井;6、适用于负压抽出瓦斯;7、适用于瓦斯浓度经常变化的矿井,特别适用于浓度变化较大的邻近层抽放矿井最后选定SK85 其吸入负压气量在54.5-85m3/min.电机功率为130KW，将来技术进步抽放率提高，还可以继续使用。第6章 工作面瓦斯抽放安全技术措施6.1工作面瓦斯抽放安全技术措施（1）应根据实际情况制定出如下安全措施：a.抽放钻场、钻孔施工防治瓦斯措施。b.管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施。c.立井(立眼)、斜井(斜巷)管路防滑措施。d.地面管路防冻措施。 （2）井下移动抽放瓦斯泵站，应遵从以下要求：
23、电动机及附属电器设备必须是防爆的；钻机要体积小，轻便或解体方便，以利于搬迁；钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。根据我矿现阶段情况，掘进期间钻孔选用JDY4000S型液压钻机；回采期间钻孔考虑选择西安MK-4型全液压钻机。（MK-4型钻机配套钻杆选用50mm钻杆，钻头选用三翼复合片钻头，直径75mm。由于工作面主要打近水平仰孔及近水平俯孔，采用水力排渣；JDY4000S型钻机配套钻杆选用74mm钻杆，钻头选用三翼复合片钻头，直径113mm）井下移动抽放瓦斯泵站应安装在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；已建永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可
24、直接送至矿井抽放系统的管道内，但必须使矿井抽放系统的瓦斯浓度符合煤矿安全规程第一百四十八条规定。移动泵站抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路出口处必须采取安全措施，设置橱栏、悬挂警戒牌。栅栏设置的位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。移动抽放泵站排到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30m以内被混合到煤矿安全规程允许的限度以内。栅栏处必须设警戒牌和瓦斯监测装置，巷道内瓦斯浓度超限报警时，应断电、停止抽放瓦斯、进行处理。监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。两栅栏间禁止人员通行和任何作业。井下移动瓦斯抽放泵站必须实行“三专”供电，即专用变压器、专用开关
25、、专用线路。（3）地面抽放瓦斯站安全措施抽放瓦斯站安全措施，应遵从以下要求：在一个抽放站内，抽放瓦斯泵及附属设备只有一套工作时，应备用一套；两套或两套以上工作时，其备用量可按工作数量的60%计。钻机备用量按工作台数的60%计；抽放站位置应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等；宜设在回风井工业场地内，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m；站房及站房周围20m范围内禁止有明火；站房应建在靠近公路和有水源的地方；站房应考虑进出管敷设方便：有利瓦斯输送，并尽可能留有扩能的余地；抽放站建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级；站房周围必须设置栅栏或围墙；站
26、房附近管道应设置放水器及防爆、防回火、防回水装置，设置放空管及压力、流量、浓度测量装置，并应设置采样孔、阀门等附属装置。放空管设置在泵的进、出口，管径应大于或等于泵的进、出口直径，放空管的管口要高出泵房房顶3m以上。泵房内电气设备、照明和其它电气、检测仪表均应采用矿用防爆型；站房必须有直通矿调度室的电话；抽放站应有供水系统。站房设备冷却水一般采用闭路循环。给水管路及水池容积均应考虑消防水量。污水应设置地沟排放。抽放瓦斯泵必须有前后防回火、爆炸、电气防爆、防静电措施。抽放瓦斯站必须有防雷电、防火灾、防洪涝、防冻措施。必须有抽放瓦斯浓度规定及在规定浓度下的防爆措施。必须有安全管理措施。 参考文献 1赵全福 煤矿安全手册J. 北京：中国矿业大学，1991.2 国家安全生产监督管理总局.AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标S.2006.3林柏泉 张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术M.北京：煤炭工业出版社，1999.4俞启香 程远平.矿井瓦斯防治M.徐州：中国矿业大学出版社，2012.5国家安全生产监督管理总局.AQ10182006煤矿瓦斯涌出量预测方法S.2006. 6王大曾 煤矿瓦斯地质M.北京：煤炭工业出版社，1991
