煤矿东西翼瓦斯抽放系统设计.docx
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煤矿东西翼瓦斯抽放系统设计
东、西翼瓦斯抽
放系统设计说明书
一、概况:
1、矿井简况
煤矿田位于小河边向斜西北翼,开采煤系地层属上迭系宣威煤组,含煤23至40层,其中可采及局部可采14层,煤种1/3焦煤,分上、中、下三个煤组,上煤组不可采,中煤组为现开采煤组。
矿井现开采井田以西部分,东以吊水岩小河为界,西以石板河断层为界,东至龙潭断层。
走向长4.2千米,倾斜宽2.1千米,面积6.6平方千米。
井田分三个水平开拓,矿井上限标高为+1750米,下限标高暂定+1250米。
一水平标高为+1550米,共有四个采区,其中一、二、四采区已开采结束,三采区尚剩二分段西翼13#煤层和四分段东翼的13#煤层未开采。
二水平为+1350米水平,分六、七、八采三个采区,其中六采区已开采结束,现正在开采七采区二分段西翼和八采区一分段东翼。
井田内煤层走向北东45°左右,倾角西缓东陡,从西往东11°—45°,井田内地质构造十分复杂,大、中、小型断层发育。
矿井设计能力90万吨/年,服务年限77年,核定生产能力为55万吨/年,开拓方式为立井,暗斜井分水平开拓,近距离煤层群分组集中布置,采煤方法为走向长壁后退式,全部陷落法管理顶板。
2、通风瓦斯情况
矿井为多井口分区轴出式通风,五个进风井,四个回风井,地面共八台主扇,其中四台运转、四台备用,主扇型号:
一、二、四采区为4—72—11N020型离心式风机,三采主扇型号为:
TZK58—19型轴流式风机,一采通风系统改造后主扇型号为TZK60—1—18型轴流式风机,现改造工程土建部分已竣工,主扇还未安装。
现矿井总风量为8979m3/min。
矿井属突出矿井,其中11#、13#煤层为突出煤层,自建矿以来,发生不同程度煤与瓦斯突出14次,突出煤量最大为288.96吨,突出最大瓦斯量为1.72万m3,即7143
(1)溜子道煤与瓦斯突出,2000年瓦斯等级鉴定结果:
绝对沼气涌出量为60.64m3/min,相对沼气涌出量为56.93m3/t.d。
矿井煤尘具有爆炸危险性,为一级自燃发火矿井,煤层自燃发火期为6~12个月。
井田内沼气总储量为77929.87万立方米,煤层透气性较差,未开采保护时,抽放难易程度为“勉强抽放”,开采保护层后,抽放难易程度为“可抽瓦斯”。
在+1460米水平实测瓦斯压力为:
08#煤层:
1.7Mpa,10#煤层:
0.9Mpa,11#煤层:
3.7Mpa,12#煤层:
1.4Mpa,13#煤层:
3.1Mpa,预计+1250米水平瓦斯最高压力可达6.1Mpa。
二、东、西两翼采区概况:
1、东翼采区概况
煤矿井田东翼一水平为一、四采区,二水平为七采区,一、四采区已开采结束。
七采区开采上限标高+1550m,下限标高+1300m,东为吊水岩小河保安煤柱、西邻六采区。
煤层倾角26°~35°走向长1.42km,倾斜宽0.76km,可采储量为840万吨,设计能力为30万吨/年,服务年限为28年,七采区分为四个分段开采,一分段开采上限+1550m,下限+1484m,现已开采结束,二分段开采上限+1484m,下限+1420m,现余地质储量144万吨,该分段现正在开采西翼7133
(1)采面,并准备7133
(2)采面,东翼正在施工1420东瓦斯巷。
三分段开采上限+1420m,下限+1350m,储量254万吨,该分段尚未开拓。
三水平准备开拓至+1300m,储量为150万吨。
2、西翼采区概况:
煤矿井田西翼为三采区和八采区,三采区上限标高为+1750m,下限为+1580m,现已基本开采结束。
八采区为三采区的接续采区,开采上限标高+1580m,下限标高+1350m,上为三采区,西为井田边界东邻六采区,走向长平均1.4km,倾斜平均宽为0.55km,可采储量719万吨,分为四个分段,一分段开采上限标高+1580m,下限+1515m,二分段上限+1515m,下限+1460m;三分段四分段开采上限为+1460m,下限+1350m。
八采零分段开采上限标高+1625m,下限+1580m。
采区设计生产能力30万吨/年,服务年限为16年。
该采区正在开采一分段东翼8082面和8112
(1)面,准备零分段8110采面。
二分段正在开拓。
三、建立东、西两翼采区抽放系统设计依据
煤矿自1972年建立抽放系统,1992年进行抽放系统改造,1995年开始利用瓦斯,
至2000年第三季度止,共抽出纯瓦斯量:
6526.4万立方米,利用瓦斯纯量为756.6万立方米,现大井瓦斯抽放泵站为两台SK-60型水环式真空泵,其中一台运转、一台备用,抽放地点为1515瓦斯巷1420瓦斯巷,该泵站采取间断性抽放,主要抽放穿层钻孔内高浓度瓦斯,确保矿区瓦斯利用。
西采瓦斯泵为SZ-4型水环式真空泵,但由于泵体老化,系统管路锈蚀严重,加之矿井向深部开采,抽放距离大大增加,其抽放能力已严重不足。
煤矿将无突出危险的08#煤层作为保护层先开采,以消除11#、13#煤层的突出危险性,总结建矿以来的抽放经验,开采保护层时,采用邻近层卸压抽放和采空区抽放相结合的抽放方法最为合适。
邻近层卸抽放方法是:
瓦斯抽放巷布置在距13#煤层底板垂距10米左右位置,每隔10-30米布置一个钻场,每个钻场布置12-15个钻孔,呈扇型均匀布置,钻孔经13#煤层穿过11#煤层顶板,钻孔初期进行预抽瓦斯,待上覆08#煤层开采过钻孔位置后,钻孔便陆续处于工作面下方卸压带范围内,此时部分钻孔即转入下邻近层卸压抽放。
钻孔用∮89mm钻头开孔5m,再用∮65mm中心钻头打至终孔,封孔长度大于5m,采用黄泥、水泥沙浆封孔。
采空区瓦斯抽放方法是:
(1)、在采面回风上巷上方10m位置布置瓦斯抽放尾巷,工作面切眼退回30—40m打一联络巷联通材料风巷和瓦斯尾巷,在尾巷开窝口进行永久密闭,将瓦斯管接入墙内进行抽放。
(2)、采面后方有石门时,可以利用石门安设瓦斯管封闭后,进行采空区抽放。
现三采区总回风量为:
4290m3/min瓦斯浓度为0.70%,由于采掘生产集中于八采区,采区瓦斯涌出量达26m3/min,致使总回风巷瓦斯深度接近于《煤矿安全规程》所规定的临界值0.75%,而我矿大井抽放泵站采取间断性抽放,只能保证矿区瓦斯利用。
再则随着开采深度增加,瓦斯涌出量随之增大,为此,急需建立西翼采区瓦斯抽放系统。
七采区已开采二分段+1420m水平,由于开采深度增加,瓦斯压力和瓦斯含量也随之增大,且没有抽放系统,未进行预抽煤层瓦斯,造成7134
(1)溜子道煤与瓦斯突出(我矿建矿以来最大一次煤与瓦斯突出),为此,也必须建立东翼瓦斯抽放系统。
四、东、西两翼瓦斯抽放系统设计选择
由于矿井东、西翼采区相距2100余米,故经比较采取东、西翼采区分别建立独立抽入系统方案。
1、东翼瓦斯抽放系统
东翼地面瓦斯抽放泵站→东一采总回风上山→东一采三部回风联络巷→七采回风斜巷→
1484东运巷→1484东二石门
1420回风联络巷→1420瓦斯巷抽放钻场
→七采回风上山→1350中石门→1350瓦斯巷抽放钻场
1300回风上山→1300瓦斯巷抽放钻场
抽放管路系统详见东翼瓦斯抽放系统图,管路安装地面采用混泥土浇灌,配∮200mm管路架设,井下采用∮10mm钢筋吊挂。
瓦斯管路直径选择按下列公式计算:
Q1/2
D=0.1415(—)
V
式中:
D---瓦斯管内径mm
Q---瓦斯浓度m3/min
V---瓦斯在管路中平均流速m/s,10-15m/s
各地点预计瓦斯流量代入公式得出瓦斯管路内径如下:
地面∮300mm80m
东一采总回风上山∮300mm290m
三部回风联络巷∮300mm70m
七采回风斜巷∮300mm100m
七采回风上山∮300mm530m
1484东运巷∮200mm440m
1420回风联络巷∮150mm40m
1484东二石门∮150mm70m
1420东瓦斯巷∮150mm620m
1350中石门∮200mm40m
1350瓦斯巷∮150mm770m
1300回风上山∮300mm220m
1300瓦斯巷∮150mm820m
总设计管路为:
∮300mm1290×110%=1420m
∮200mm480×110%=528m
∮150mm2320×110%=2552m
说明:
考虑到拐弯等因素,管路总长度为各段管路之和乘以110%的系数。
2、西翼抽放系统
西翼地面瓦斯抽放泵站→三采总回风上山→回风斜巷→
1580西返坡→1580东运巷→1580东一石门
八采1550平巷1580西返坡→1580西瓦斯→1580西二石门巷
八采回风上山→八采1460回风联络巷→八采1460东瓦斯巷
抽放管路系统详见西翼瓦斯抽放系统图,管路安装,地面采用混泥土浇灌凳子,配∮200mm瓦斯管架空架设,井下采用∮10mm钢筋吊挂。
瓦斯管路直径按下列公式计算:
Q
D=0.1415(----------)1/2
V
式中:
D-------瓦斯管内径mm
Q-------瓦斯流量m3/min
V--------瓦斯在管路中的平均流速m/s
根据各地预计瓦斯流量代入公式得出瓦斯管路内径如下:
地面∮300mm100m
三采总回∮300mm763m
1580东运巷∮200mm236m
1580东一石门∮150mm160m
八采1550回风平巷∮200mm50m
1580西返坡∮200mm45m
1580西运巷∮200mm390m
1580西二石门∮150mm40m
1580西瓦斯巷∮150mm280m
八采回风上山∮200mm265m
八采1460回风联络巷∮200mm120m
八采1460东瓦斯巷∮150mm700m
总设计抽放管路为:
∮300mm863×110%=950m
∮200mm1100×110%=1220m
∮150mm1170×110%=1287m
说明:
考虑到拐弯等因素,管路总长度为各段管路之和乘以110%的系数。
五、瓦斯泵选择
1、流量
流量是在所预定担负的抽放系统内,全部服务年限中的最大抽出瓦斯量。
ΣQ
Q=———K
C·N
式中:
Q---瓦斯泵额定流量m3/min
ΣQ纯---各抽放区在抽放期间内分别抽放的最大纯瓦斯量,是钻孔抽放和采空区抽放量之和。
m3/min
C---瓦斯泵入口处的瓦斯浓度
根据《规程》规定,利用沼气时,其浓度不得小于30%
K---瓦斯泵抽放综合系数K--1.1
Q纯孔=q·mm3/min
Q纯孔---一个抽放区总抽放纯瓦斯量m3/min
Q---在所担负的抽放区内,平均单孔抽放最大纯瓦斯量,单位:
m3/min,实测量q=0.076m3/min
M---抽放区内的抽放钻孔数.东翼平均一个抽放区23个钻场,每个钻场12-15个钻孔,则m=276~345,取m=300个;西翼平均每个抽放区20个钻场,每个钻场12~15个钻孔,则m=240~300,取m=270个。
即:
东翼抽放系统Q纯孔=0.076×300=22.8m3/min
西翼抽放系统Q纯孔=0.076×270=20.52m3/min
按最多两个抽放区计算:
则:
东翼:
ΣQ纯=2×22.8=45.6(m3/min)
西翼:
ΣQ纯=2×20.52=41.04(m3/min)
45.6
东翼:
Q=---------------×1.1=185.78(m3/min)
30%×90%
41.04
东翼:
Q=---------------×1.1=167.2(m3/min)
30%×90%
2、斯泵压力
瓦斯泵压力包括克服从井下钻孔口至瓦斯泵入口所消耗的全部压力和钻孔口必须的负压。
K
H=-------(h吸+h孔)
13.6
式中:
H—瓦斯泵压力
h吸—克服从钻孔至瓦斯泵入口的瓦斯管路阻力所需的压力,等于瓦斯管路的总阻力所需的压力,等于瓦斯管路的总阻力mmH2O
h孔—抽放钻孔口所需的相对压力
h孔=550mmH2O
K—备用系数K取1.2
h吸=Σh摩+Σh局=1.2Σh摩
式中:
Σh摩—钻孔口至瓦斯泵入口的瓦斯管路总磨擦阻力mmH2O
Σh局—钻孔口至瓦斯泵入口的瓦斯管路总局部阻力,取磨擦阻力的20%,mmH2O
аLr2
H摩=5.4----------------Q2
D5
式中:
H摩—磨擦阻力mmH2O
а—管路磨擦阻力系数kg·S2/m4(查表)
L—管路长度m
Q—管路中瓦斯流量m3/s
r2—管路中瓦斯重率kg/m2
0.554C1+C2
r2=————————rkg·m3(取1.04)
100
式中:
C1、C2—分别为管路内瓦斯浓度与空气浓度%
r—空气重率
在所预担负的抽放系统全部服务年限内,阻力最大的管路系统是:
东翼:
七采+1330米瓦斯巷→1300回风上山→七采总回风上山→七采回风斜巷→三部回风联络巷→东一采总回风上山→地面
西翼:
八采1460瓦斯巷→1460回风联络巷→八采回风上山→1550回风平巷→八采回风斜巷→三采回风上山→地面
各分段管路内径、长度、瓦斯流量、查表、把数值代入公式中得出东、西翼各段磨擦阻力之和如下:
东翼:
∑h摩=2846(mmH20)
h吸=1.2×2846=3415.2(mmH2O)
1.2
H=——————(3415.2+550)
13.6
=349.8mmH2O
西翼:
∑h摩=2742(mmH2O)
h吸=1.2×2742=3290.4(mmH2O)
1.2
H=———————(3290+550)
13.6
=338.8(mmH2O)
根据计算所得的流量(东翼185.78m3/min,西翼338.8m3/min)和压力(东翼349.9mmH2O西翼338.8mmH2O),东、西翼均应SK-85型水环式真空泵各两台,共四台,每个泵站,一台运转,一台备用。
六、瓦斯泵站
东翼瓦斯泵站建在风井口往北70m处,西翼瓦斯泵站建立在风井
口往东100m处。
东西翼泵房及配套设施均完全相同。
七、工程概算及工期安排
本工程建立东、西两翼独立抽放系统,其主要工程如下:
(一)土建
1、瓦斯泵房,建筑面积132.1m22个
2、水池100m32个
3、循环水池50m32个
(二)主要设备
1、瓦斯抽放泵SK—85型4台
2、小水泵S—65型4台
3、电动机YB135L2—64台
(三)管路
1、∮300mm2370m
2、∮200mm7148m
3、∮150mm3839m
工程总概算388.95万元
工期安排为四个月,以批准下达计划之日起计。
编辑:
陈明
二000年十月二十五日
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