神州矿井下移动抽采系统研究.doc

本科论文摘 要煤炭矿井下移动瓦斯抽采系统是煤炭开采的一个重要组成部分，因此做好煤炭矿井下移动瓦斯抽采系统设计是十分必要的；此外，人类生活生产所需煤炭产量日益提高，在保障我国所需能源的同时，开采的条件也在不断恶化，瓦斯灾害日趋严重。与此同时，瓦斯抽采后也可以作为清洁能源使用，在消除对矿井危害的同时，又可以为企业带来额外的利润。对此，文章针对神州矿井下移动瓦斯抽采系统进行设计探讨，本设计查阅了相关文献并收集相关资料、进行现场调研等方法来分析实际中设计及应用。此次毕业设计主要阐述了煤炭矿井下移动瓦斯抽采系统的原则、方法以及设计选择的结果。毕业设计说明书中包括的内容是对瓦斯涌出量的预测、瓦斯抽采量的计算瓦斯抽采管路系统部分的设计。关键词：瓦斯抽采；下移动；近距离煤层群AbstractIn addition, the production of coal for human life and production is increasing day by day, while ensuring the energy needed in our country, the condition of mining is also deteriorating, and the gas disaster is becoming more and more serious. At the same time, gas drainage can also be used as clean energy, while eliminating the harm to the mine, but also can bring additional profits for enterprises. In this paper, the author discusses the design of the underground moving gas drainage system in the mine. This design has consulted relevant literature and collected relevant data To analyze the design and application in practice. This graduation design mainly elaborated the coal mine moving gas drainage system principle, the method and the design choice result. The contents included in the graduation design specification are the prediction of gas emission and the design of gas drainage pipeline system. Keywords：Gas drainage；Lower movement；Close coal seam group目 录第1章 矿井概况11.1 位置与交通11.2 矿井地质情况21.3 煤层赋存及顶底板情况21.4 矿井概况3第2章 工作面瓦斯涌出量预测42.1 工作面瓦斯涌出分析42.2 工作面瓦斯涌出构成特点52.3 回采工作面瓦斯涌出量预测52.3.1 开采层(包括围岩)瓦斯涌出量52.3.2 邻近层瓦斯的涌出量6第3章 瓦斯抽采量计算73.1 瓦斯抽釆方法的选择原则73.2 矿井瓦斯来源分析73.3 抽釆瓦斯方法介绍83.4 抽釆瓦斯方法的确定83.5 抽釆瓦斯方法原理93.6 高位钻孔抽采采空区瓦斯103.7 抽釆瓦斯效果预计103.7.1 瓦斯抽采量计算113.7.2 工作面瓦斯抽采率113.7.3 回采工作面配风量123.8 建立抽采系统的类型123.9 抽采检测仪表12第4章 瓦斯抽采管路系统及抽采泵选型134.1 抽采管路布置及选型134.1.1 瓦斯抽采管路系统的选择原则134.1.2 瓦斯管路敷设路线134.1.3 瓦斯抽采管径选择134.1.4 瓦斯管的连接方式144.1.5 管路敷设及附属装置144.2 抽采设备布置及选型154.2.1 选型原则164.2.2 抽采泵流量计算164.2.3 瓦斯抽采泵压力计算164.2.4 瓦斯泵的真空度计算184.2.5 抽采泵选型194.3 瓦斯抽采泵站214.4 瓦斯抽采泵站主要附属设施22第5章 结论23参考文献24致 谢25附录一 中文译文26附录二 外文原文31第1章 矿井概况1.1 位置与交通山西神州煤业有限公司（以下简称神神州煤业，下同）矿区位于离市区西北1公里处。北部属于莲花池街道办事处，中部属于枣林乡，南部区域属于交口街道办事处。地理坐标为：东经11105071110742，北纬373029373338，批准开采了4号，8号和10号煤层。矿区南北长约5.5km，东西长约2.5km，面积12.6276km2，开采深度为+990m+630m。铁路穿过该地区的交叉路口到达柳林木村镇。主要道路纵横交错。它是山西西部和吕梁山脉的重要交通枢纽。公司位于市区西北的北川河西侧，距离市区仅一河之隔。一条铁路和一条高速公路穿过矿区，市绕城高速有着六公里距离。209号和307号国道穿过矿山的东部和南部。太原至军都高速公路和307国道穿过矿山南部。距离石区高速公路仅3公里。井田里有许多与离石城相连的简单道路，交通极为便利。图1-1 矿井位置示意图1.2 矿井地质情况矿场总体上为宽缓平缓构造，斜向宽阔平缓，两翼倾角相差较大，其中东倾角大，倾斜角为2度至3度，西翼的倾斜角为15度至25度，西翼的倾斜度较大的部分大多是旧的空旷区域。在西北煤层暴露出三个正常断层，这对矿山的开采没有影响。地下采矿共暴露了32条小断层，断层倾角小于6米。该结构对矿区的合理划分没有影响，对煤矿开采也没有影响。工作面的连续推进效果不大；它不受岩浆岩的影响。根据煤炭地质工作条例中地质构造复杂性的分类依据，将该矿田构造的复杂性类型划分为简单。可以将山西神州煤业有限公司所有的矿井地质评定为复杂。1.3 煤层赋存及顶底板情况神州煤矿的设计生产能力为1.20Mt/a。矿场中的每个煤层均位于石炭纪和二叠纪煤层中一共可以开采4个煤层。现开采4、8、10煤层。4号煤层浅埋深度小于200m，约为170m，中部边界的煤层深度大于200m。大部分煤层都是可开采的，结构简单，偶尔还包含一层夹矸，厚度为0.05m。煤矿区北部的煤层变化不大，其厚度通常约为1.80m。南部从B4和47孔向南逐渐变薄。在矿场以东的14号和12号孔中未发现煤炭。8号煤层主要是在太原组碎屑岩含煤段的顶部。深度为232.29-442.51m，平均为291.18m。在矿场的东部边界，煤层一般小于260m，中部大约310m，顶板是L1石灰岩，在西北部边界变得逐渐增厚，并与位于井田东北部的10号地块相邻，共同构成了稳定的煤层。10号煤层包括1-3层煤石，单层煤石厚度为0.07-0.9m，煤层厚度为1.40-6.86m，平均厚度为3.34m ，整个区域都可以开采，并且与8号煤的距离为8.40m，平均为3.66m，并与矿区北部的8号煤合并（B5、2-1、40、补9、补11、补12、补14），是一个稳定的煤层。1.4 矿井概况神州煤矿采用斜井发展的方式。工业现场共有4根竖井，在工业现场共布置了3根竖井，包括主斜井，副斜井和行人入口斜井。在矿井南翼的风井现场安排了一个竖向竖井。它配备有2个位于地下的综采工作面，抽采比例为1：2。位于较低煤层的一组采煤巷道的中央，用于开采8号和10号煤层。道路以“四车道”的方式排列。中央分体式用作矿井通风方式，并采用“ U”型通风采煤工作面。首次挖采时，相对瓦斯排放量为31.66m / t，绝对瓦斯排放量为79.95m / min，应该属于高瓦斯矿。第2章 工作面瓦斯涌出量预测2.1 工作面瓦斯涌出量分析神州煤矿位于吕梁矿区的中部，可以开采井场中剩余的8号和10号煤层。8号煤层的最大瓦斯含量为10.0m³/ t，10号煤层的最大瓦斯含量为12.5m³/ t。8号煤层的平均厚度为1.33m，下距离8.40m，平均厚度为3.66m。8号煤层位于太原组碎屑岩含煤层顶部，埋深232.53-442.10m，平均厚度291.31m。顶板主要为L1灰岩，底板为泥岩和碳质泥岩。煤层平均厚度为1.33m，局部含有煤石，厚度为0.10.25m。表2-1 矿井工作面邻近层瓦斯涌出量预测表首采煤层编号下临近煤层编号工作面瓦斯涌出量邻近层瓦斯涌出量邻近层瓦斯涌出比工作面特点神州煤矿81048.1626.4855近水平煤层2.2 工作面瓦斯涌出构成特点相邻煤层的瓦斯绝对排放量为26.48m³/ min，占54.2。从瓦斯涌出量的预测结果来看，八号工作面瓦斯涌出量主要由相邻层组成。相邻层的气体排放量和组成数据示于表2-2表2-2 8号煤层邻近层瓦斯涌出量及构成开采煤层邻近层绝对瓦斯涌出量/(m³min)上邻近层绝对瓦斯下邻近层绝对瓦斯涌出量/(m³min）比例涌出量/(m³min）比例8号26.489.5836.5416.6263.462.3 回采工作面瓦斯涌出量预测开采工作面的过程中瓦斯主要从开采层(包括围岩)和邻近层涌出。按下列公式计算: 2-1式中: -回采工作面的瓦斯涌出量,m3/t; -开采层的瓦斯涌出量,m3/t; -邻近层的瓦斯涌出量,m3/t。 2.3.1 开采层(包括围岩)瓦斯涌出量薄煤层及中厚煤层不分层开采时，回采工作面的瓦斯涌出量开采层计算公式为: 2-2式中:开采层瓦斯涌出量,m3/t; 围岩瓦斯涌出系数。取=1.30;工作面丢煤瓦斯涌出系数,取=1.05; 巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数; 经计算: 8号煤8103回采工作面开采层的相对瓦斯涌出量为:q=1.3×1.02××(2.49-0.59)=2.02m³/t2.3.2 邻近层瓦斯涌出量瓦斯涌出量如下式所示： 2-4式中:邻近层相对瓦斯涌出量,m3/t; 第 i 个邻近层厚度,m;M工作面采高,m;第i层的原始瓦斯含量,m3/t; 第 i 邻近层残存瓦斯含量,m3/t; i第 i 邻近层瓦斯排放系数,取决于层间距离。取25m。根据神州煤矿8103工作面下邻层的抽采效果研究，在泄压区下对邻层进行定向钻进，单孔100米排水量为0. 23m³min，下邻层排水量为14m³min，下邻层抽采率达到75，下邻层10号煤层含气量降至4.8m3/t以下。第3章 瓦斯抽采量计算3.1 瓦斯抽釆方法的选择原则通过分析瓦斯的来源，煤层赋存情况，采矿具体安排确定瓦斯抽采方式，目前，瓦斯主要抽采方法是：开采层瓦斯抽采，采空区瓦斯抽采以及相邻层瓦斯抽采。在选择瓦斯抽采方法时，按照下列原则进行：（1）为了提高抽气效率，根据气源位置以及涌出成分采用综合抽采的方法；（2）瓦斯抽采方法同矿井内巷道布置，地质条件以及实际开采条件相符合；（3）选择的排水方式应有利于排水工程的建设，排水管道的铺设和排水时间的增加；（4）选择的方法应便于日后的维修维护；3.2 矿井瓦斯来源分析（1）采煤工作面瓦斯的来源和组成神州煤矿8103工作面属于厚煤层一次采全高，应采用综合开采方法。工作面中的一部分气体来自下落在采煤层中的煤，而一部分气体则从煤壁中解吸，另一部分来自采空区。瓦斯主要来自采自开采区（包括周围的岩石）。（2）开采层瓦斯抽采预抽采主要采用井眼预抽采，即在开采工作面之前先将煤体内的瓦斯抽出。对于具有更好渗透性和其他预排水条件的煤层，煤层的瓦斯抽采将取得更好的结果。在开采和抽水时，工作面的卸压效果用于提取该层中的气体。当工作面前进时，工作面前面的煤会突然释放压力，从而大大提高了渗透性和开采效率。为了进行改进，可以使用斜钻方法来提取工作面前面的煤体的卸压气体。（3）邻近层瓦斯抽釆邻近层中的气体排出是减压层中的气体排出。在煤层群的条件下，由于煤层的动力影响，开采层以上或以下的煤层被释放压力，从而导致变形和膨胀，从而显着提高了煤层的渗透性。此时，在煤层与岩石层之间形成的裂缝和空隙不仅可以存储和释放压力气体，而且可以提供良好的气体流动通道。实例证明，邻近层的瓦斯抽放效果更好。并且正确选择了提取参数，提取率可以达到7080，甚至更高。（4） 采空区瓦斯抽采在开采过程中，采空区的围岩瓦斯的涌出是主要来源。神州煤矿采空区瓦斯排放量约占采矿层瓦斯排放量的30，说明采空区瓦斯的提取非常重要。过程中，必须不断监控提取管道中的CO浓度和气体温度，实时确定相关参数的变化。还应该有相应措施防止这一过程中有可能带来的煤自燃。3.3 抽釆瓦斯方法介绍根据提取方法的选择原则，结合神州煤矿各种煤层的实际发生情况和气源等，并根据所需提取量，提出了合理的神州煤矿提取方法。现将常用的气体提取方法介绍如下，见表3-3。表3-3 常见的瓦斯抽釆方法类别抽采方法适用情况抽采工艺备注本煤层预抽平行钻孔瓦斯大多来源于本煤层垂直工作面有预抽条件时采用斜向钻孔瓦斯大多来源于本煤层工作面方向钻孔有预抽条件时采用交叉钻孔瓦斯大多来源于本煤层钻孔空间 相交透气性不好时采用邻近层抽采随采煤抽采瓦斯瓦斯大多来源于邻近煤层向裂隙带钻孔抽采浓度高现采空区抽采采空区（上隅角） 插管抽采采空区瓦斯 涌出量较大上隅角浅部或 深部插管抽采抽采浓度较高（首先采用）采空区埋管釆空区瓦斯 涌出量较大采空区埋管抽采浓度较高顶板走向 长钻孔采空区及邻近层瓦斯涌出量较大回风巷掘到顶板后打钻孔卸压抽米米空区 或邻近层瓦斯（首先釆用）向冒落拱上方钻孔抽采瓦斯采空区及邻近层瓦斯涌出量较大回风巷打钻场布置钻孔卸压抽采采空区或邻近层瓦斯3.4 抽釆瓦斯方法的确定神州煤矿所采用的是长壁煤层开采方法，是在10号煤层中构造8号煤层的底板排水巷道，并在床层上钻孔以提取10号煤层瓦斯。拦截了其他煤层的瓦斯，提高了床层上钻孔的利用效率。该层的井眼间距为8m，采用单向钻井，井眼长度为210m。神州煤矿8号煤层下相邻层的图面图如图3-4所示。图3-4 神州煤矿8号煤层下邻近层抽采剖面图根据瓦斯抽采原理，可以知道神州煤矿采场设计风量可以满足瓦斯抽采的要求。主要问题受到通风方式的影响，因此存在工作面上隅角瓦斯气体超限的风险。因此，此设计仅考虑工作面上隅角。3.5 抽釆瓦斯方法原理上隅角处瓦斯抽放原理是形成一个负压区域在工作面拐角处，以便该区域中的气体被泵送通过排放管道，从而避免了在该拐角处的局部位置由于风的流动而产生的工作面平稳（或过低的风速）产生的气体超限。同时解决了由于空漏引起的从采空区到上角的气体泄漏所引起的气体超限。为了方便操作，可以将6m长的铠装软管连接到排水工作面上角的主排水管道。铠装软管应插入上角，并确保柔软性。管道的吸入口始终位于上角的上部（由于该部分中的气体浓度较高），并且抽气软管绑在附着物上并悬挂在支架上。上隅角应采用防风罩，以提高提取浓度和效果。随着工作的进行，主要管路的前部被拆除，抽水软管被移动。提取过程如图3-4所示。软管可以是10英寸的管。图3-5 上隅角埋管法抽采采空区示意图3.6 高位钻孔抽采采空区瓦斯为了解决瓦斯超限问题，使用水平定向钻孔在采矿层方向，而不选择在顶板抽采瓦斯，以便在相邻层或采空区中进行瓦斯抽采。钻孔方法及布置：（1）抽采方法：采用高位钻孔的方法抽采这一类瓦斯。（2）抽采钻孔布置：在工作面沿回风顶板布置一组钻孔每组6个孔，每个孔间隔50m。详见钻孔布置示意图3-6和钻孔施工参数表3-6所示。 图3-6 高位钻孔布置示意图表3-6 高位钻孔技术参数表孔号钻孔孔径p（mm）方位（°）倾角（°）开孔位置孔深（m）1#9406572#9466位于回风603#94126顺槽顶板，634#94186靠近开采665#94246层巷道696#94306723.7 抽釆瓦斯效果预计神州煤矿采煤工作面采空区的瓦斯排放（包括邻近层瓦斯）占工作面瓦斯排放总量的73。这是神州煤矿瓦斯治理的首要任务。如采用上述抽采方法，则抽采效率一般为30-50，甚至更高。神州煤矿采空区瓦斯为卸压抽采，抽采量较大。采煤工作面通风量约为750m3/min，浓度计算取允许范围内为1，不平衡系数为1.5，则采煤工作面通风面可解瓦斯量应为5m3/min。根据通风量的计算，需要提取的纯气量应约为10.27-5 = 5.27m3/min。神州煤矿目前正在开采8号煤层。工作面长1300m，切口长150m。沿工作面的凹槽有23个高位钻孔，总共152个。据估计在8103工作面采空区，插管抽出量预计为3.51m3/min。3.7.1 瓦斯抽采量计算矿井设计年抽采瓦斯量计算式为： 3-1式中：矿井设计年抽采瓦斯量，Mm3/a；矿井设计日抽采瓦斯量，Mm3/d；N矿井设计年工作日数，d。则年抽采瓦斯量为：=3.51×1440×365/1000000=1.84Mm3/a3.7.2 工作面瓦斯抽采率工作面瓦斯抽采率是指工作面瓦斯抽采量占工作面瓦斯总涌出量的百分比，计算公式： 3-2式中：工作面瓦斯抽采率，%；工作面瓦斯抽采量，m3/min；工作面风排瓦斯量，m3/min。据估算，神州煤矿开采工作面的最大瓦斯排放量约为5.27m3/min，开采工作面的瓦斯抽采量约为3.51m3/min，开采工作面的瓦斯抽采率约为60.4。在开采过程中，瓦斯超限容易发生在工作面的上隅角。神州煤矿应采取瓦斯抽放措施，建立下移动瓦斯抽放系统，解决局部瓦斯相关问题，做好瓦斯防治，确保工作面安全。3.7.3 回采工作面配风量预计神州煤矿采煤工作面的最大瓦斯排放量为5.27m3/min，抽采瓦斯量为3.51m3/min，那么采掘工作面的排风量为1.56m3/min。可以根据公式3-3计算工作面的最大空气需求量： 3-3式中：回采工作面风排瓦斯所需风量，m3/min；回采工作面风排瓦斯量，m3/min；瓦斯涌出不均衡系数，回采工作面取1.3；C0.8。经计算回采工作面最大需风量约为253.55 m3/min，实际配风量可以满足回采工作面风排瓦斯需要。3.8 建立抽采系统的类型神州煤矿建立的下移动抽采系统，用以解决矿区一采区工作面（上隅角）的瓦斯问题。排水系统应布置在轨道巷道与回风巷道之间的连接巷道中。神州煤矿采取采空区抽采措施后，瓦斯抽采量将稳定在5.27m3/min左右。神州煤炭工业的条件符合煤矿瓦斯排水工程设计规范。3.9 抽采检测仪表地下瓦斯抽放监测装置主要由采样装置，液压执行器和自动控制装置组成。管道中有一个用于监控的碟形阀。CO含量超过限制后，碟形阀关闭或接近关闭。如果CO含量正常，则碟形阀打开到最大。采空区瓦斯抽采以菱镁管为材料，并采用埋管法抽采敷设方法，并采用临时密封以减少泄露到采空区。这样，不仅可以有效地抽出采空区的瓦斯，大大降低了采空区的瓦斯抽采成本，而且可以及时监测采空区和调整瓦斯抽采参数，从而实现采空区瓦斯的安全排放。第4章 瓦斯抽采管路系统及抽采泵选型4.1抽采管路布置及选型4.1.1瓦斯抽采管路系统的选择原则确定开采管道系统，应避免或减少主管道的频繁更换。以确保管道运输，安装和维护的便利，原则如下：（1）抽采管线经过的隧道的弯道应较小，转弯时的角度不应大于50°。抽采管线应安装在距离最短的隧道中。（2）尽量避开交通繁忙的道路。首选是将它们放在回风道上；如果必须将其放置在主运输路线上，则其高度在人行道上应不少于1.8m，并应固定在车道壁上。距隧道墙的距离应符合维护要求；排气配件的外边缘应距隧道壁不小于0.1m。（3）当管道发生故障时，应确保管道中的气体不会流入采矿工作面，机房或机电胴室。（4）根据工业企业通用设计标准的有关规定，确定抽采管道与地面上下设施和设施之间的距离，（5）根据最大流量分段计算出排水管道的管径，以适应抽气设备的容量。管道的备用容积可占10。4.1.2 瓦斯管路敷设路线根据管道路线选择的原则，神州煤业的移动式抽气站选择在8103工作面特殊物料巷道的抽气站附近的进气流中，位于专用的瓦斯泵站胴室内。上隅角瓦斯抽采管敷设路线为：8103工作面上隅角8103回风顺槽8103回风顺槽口瓦斯抽采泵8103运输 顺槽口北翼回风巷。4.1.3 瓦斯抽采管径选择瓦斯抽放管直径会影响瓦斯下移动式排水系统的建设投资和抽放效果。在计算最大抽水量时，应合理选择管道的直径，并选择最合理的方案，并参考实际抽水量来预留备用水量一般抽采管径采用下式计算： 4-1式中：抽采瓦斯管内径，m；混合瓦斯流量，m3/min；混合瓦斯平均流速，通常情况下V=512m/s。根据矿井工作面的瓦斯，抽采纯量在5.27m3/min左右，预计抽采浓度在10%左右。神州煤矿瓦斯抽采管径选择，见表4-1。表4-1 低负压抽采系统抽采瓦斯管径选择结果类 别抽采纯量(m3/min)瓦斯浓度(%)混合流量(m3/min)平均流速(m/s)计算管 径(mm)选择管径(mm)材质主 管5.271052.712306377螺旋焊缝 钢管支管5.271052.712306377螺旋焊缝 钢管4.1.4 瓦斯管的连接方式本设计中抽采主管路、支管路选用焊缝钢管并采用配套对焊连接。4.1.5 管路敷设及附属装置（1）地下管线敷设要求由于煤矿环境恶劣，巷道不平坦，坡度不同，巷道因地质压力而变形，地下空气潮湿，容易受到腐蚀等因素的影响。因此，煤矿井下抽采瓦斯系统的管道布置要求如下：应采用防腐防锈管道或相应措施；管道底部应装有缓冲填料，以防损坏发生底鼓。为防止管道位置发生变化，在铺设过程中应使用夹子等固定管道。在铺设管线时，尽量选择较直的路线，而不要大弯。在主要运输通道上架设1.8m以上的管线；新铺设的管道的气密性必须达到标准，并进行气密性检查；要求铺设管线的坡度应尽可能一致，避免高度不均匀，并在最低处安装排水装置。（2）井下管路安装神州煤矿抽采支管路采用井字架支撑敷设顶帮吊挂方式，每根管路支撑井字架，离地高度大于300mm。采用7mm钢丝绳及卡子吊挂抽采瓦斯管路在顶帮上，间距为3m。详见图4-1。图4-1 管路吊挂安装示意图（3）附属装置放水器在抽采管路的低洼处放置。并在管路上安装测压嘴、控制阀门、孔板流量计(移动泵站提供)等。泵站应配置U型管汞柱计、U型管水柱计、瓦斯检定器、气压计等检测仪器。具体步骤方法如下：阀门修理和更换管道时，应关闭阀门并切断回路。此设计选择的阀应为碟形阀。 测压嘴压力测量喷嘴应安装在抽取管道的适当位置，以方便及时观察抽取管道中的压力。压力测量孔的设计高度为80mm，在安装管道之前，预先焊接内径为6mm的铜管。在使用过程中，用密封盖盖住它或用一根细橡胶管紧紧捆住，以防止漏气。压力测量喷嘴也可以用作气体采样孔。 计量装置孔板流量计的结构图如图4-2所示。当气体通过管道通过孔板流量计的孔板时，孔板的两侧会产生压力差，孔板流量计的结构图如图4-2所示。此时气体通过管道的流量可以由压力差计算得出。孔板流量计的安装和使用要求如下：a）安装孔板时，孔板必须与管路同心，以确保孔板流量计的端面与管路轴线成一直线，偏心度应小于12;b）应在孔板的前半部分（根据气流方向）和孔板的后半部分以0.5D（管直径）预焊接两个压力测量喷嘴。材料是直径为6mm的铜管；c）在安装有孔的管道的孔内壁的前半部D的范围内，必须保证管内壁的光滑度，并且不得有不规则，焊缝和垫片；d）为保证计量准确，管路的直线长度必须大于10D，后端长度应大于5D；e）在使用期间，应经常清洁孔板。如果在孔板上发现由水或灰尘引起的锈蚀，应及时更换新的孔板。f）根据流量变化相应地更换孔板。g）使用孔板一年后，应校正孔板以减少测量误差。图4-2 瓦斯抽采流量、负压、浓度等参数测定示意图 放水装置根据神州煤矿瓦斯抽放的实际情况，在负压开采过程中，开采管道中可能会有涌水现象。应该安装负压排水器，或者可以安装手动排水器以自行设计排水设备。抽采管道的计量装置的安装见图4-3，而抽采管道的装置的安装见图4-4。图4-3 抽采瓦斯管路计量装置安装图图4-4 放水器与抽采管路连接图4.2 抽采设备布置及选型4.2.1 选型原则（1）气泵流量须满足预期最大抽气量；（2）气泵的负压强度必须大于管道最大阻力；（3）具有良好真空；（4）配备电动机须防爆。4.2.2 抽采泵流量计算抽采泵流量须满足抽采系统最大抽采量。按4-2公式计算： 4-2式中：瓦斯抽采泵额定流量，m3/min；矿井瓦斯抽采总量（纯量），m3/min；矿井瓦斯抽采浓度，%；备用系数，通常取1.22；瓦斯抽采泵的抽采效率，取0.8。计算抽采泵所需的额定流量见表4-2。表4-2 低负压系统抽采泵流量计算表设计抽采量（m3/min）抽采浓度(%)机械效率(%)备用系数抽采泵设计流量（m3/min）5.2710802132 4.2.3瓦斯抽采泵压力计算抽采泵的压力是从井下抽采孔口起，经抽采管路到抽采泵，再到释放点所产生的全部阻力损失。可按以下公式进行计算： 4-3式中:瓦斯抽采压力，Pa；抽采系统管网总阻力，Pa；采空区插管抽采时管口必须造成的负压，采空区瓦斯抽采取6700Pa；瓦斯泵出口正压，取5000Pa；压力备用系数，可取1.21.8。（1）摩擦阻力计算：表4-3 摩擦阻力计算表管路名称（kg/m3）Q0(m3/h)0(m2/s)d(mm)C(%)L(m)进气端压力（Pa）气压(Pa)气体温度（）H(Pa)顺槽干管1.23531520.000015373601015008332875693257635硐室主管1.23531520.0000153736010150756937559025103主管正压段1.23531520.00001537360105086355862952560（2）系统负压段阻力计算：表4-4 系统负压段阻力计算表管路名称摩擦阻力（Pa）局部阻力系数局部阻力（Pa）总阻力（Pa）管口负压6700负压段主管76350.1511848819负压管路总阻力15519（3）系统正压段阻力计算：表4-5 系统正压段阻力计算表管路名称摩擦阻力（Pa）局部阻力系数局部阻力（Pa）总阻力（Pa）管口负压5000正压段主管1580.159167正压段管路总阻力5167（4）系统抽采系统总压力计算：表4-6 系统抽采系统总压力计算表正压段管路最大阻力损失Hr（Pa）负压段管路最大阻力损失Hr（Pa）压力富余系数K抽采系统压力H（Pa）5167155191.2308234.2.4 瓦斯泵的真空度计算（1）抽采泵真空度计算 4-4式中：抽采泵真空度（%）；抽采系统压力（Pa）；抽采泵站的大气压力（Pa）。表4-7 抽采泵真空度计算表抽采系统压力H（Pa）大气压力Pd（Pa）抽采泵真空度I（%）308239025634.1（2）抽采泵工况压力计算抽采泵工况压力可按下式计算： 4-5式中：抽采泵工况压力（Pa）；抽采泵站的大气压力（Pa）；抽采系统压力（Pa）。表4-8 抽采泵工况压力计算表抽采系统压力H（Pa）大气压力Pd（Pa）抽采泵工况压力Pg（Pa）3082390256594334.2.5 抽采泵选型根据泵的选择原则，并根据上述计算得出的气泵的所需泵流量（Q泵），泵压力（H泵）和真空度（i）的计算，并考虑地下气体泵送管道产生的阻力消耗。选择水环式真空泵，此泵可有效减少因管线过长而引起的阻力损失。根据上述计算结果，咨询相关制造商，得到的特性曲线表明工作状态下在不同吸入压力下的下降流量，因此标准状态下的抽气流量应转换为相应的绝对压力即工作压力下的流量。用下式换算： 4-6式中：标准状态下的瓦斯抽采量，m3/min；测得的瓦斯抽采量，m3min； 测定时管道内气体绝对压力，kPa； 测定时管道内气体绝对温度，K；其中， 测定时管道内气体摄氏温度，取25；标准绝对压力，101.325KPa；标准绝对温度，(273)K。表4-9计算结果表标态抽采量(m3/min)标态绝对压力(kPa)标态绝对温度（K）工况绝对压力(kPa)工况绝对温度（K）工况抽采量(m3/min)104101.32527363298192可以选择淄博博山开发区真空设备厂生产的ZWY-210 / 280地下移动式抽气泵站，抽气泵站采用2BEC50型水环式真空泵。当转速为380r / min时，真空度为i = 18，绝对压力为63kPa，抽气量约为210m3/min，可以满足抽气的需要。泵房根据两个气泵的安装进行设计。其中，一个工作，另一个备用。电机功率为280kw，为参考功率，可根据实际情况确定。必须配备由南洋防爆集团或佳木斯生产的防爆电机。该类型的电动机使用SKF轴承，具有三相绕组温度保护和轴承温度保护温度显示（可输出485信号）。选择减速器制造商为FLAND或SEW，使用非水冷。抽气泵的性能规格如表4-10所示。抽气速度和轴功率曲线如图4-4所示。表4-10 井下移动瓦斯抽采泵性能规格表型 号最大抽气量(m3/min)参考功率（kW）转 速(r/min)供水量(m3/h)备注ZWY210-2802102803807.8-17.4ZWY210-280型井下移动瓦斯抽采泵选择配套隔爆电机功率280kW，电压等级为1140V。供水采用2台BQW15-15-2.2型潜水泵，其中一台工作，一台备用及检修。BQW15-15-2.2型潜水泵性能规格，详见表4-11。表4-11 BQW15-15-2.2型潜水泵性能规格表型号扬程(m)流量(m3/h)功率（kw）BQW15-15-5.515155.5图4-4 ZWY210-280型井下移动瓦斯抽采泵站吸气量、轴功率曲线4.3 瓦斯抽采泵站瓦斯抽采硐室位于一采区回风大巷与轨道大巷之间的联络巷。主体设备为ZWY210-280型煤矿井下移动式瓦斯抽采泵两台，水环真空泵配套电机、减速器、气水分离器、管路、控制阀门和循环管等；主要附属设备有正、负压自动放水器、冷却循环水泵、计量检测装置等。其结构简图如图4-5所示。1. 底盘车2.衡水位汽水分离器3.电机4、5.环境瓦斯检测装置6.水环真空泉7.停水断电及磁化水装置、磁力起动器9.外壳图4-5煤矿用移动式瓦斯抽采泵站结构简图4.4 瓦斯抽采泵站主要附属设施除辅助设备（例如控制阀，压力测量喷嘴，孔板流量计和负压排放口）外，抽气泵站还应配备以下辅助设施：（1）抽沙室内设有沙箱，灭火器和其他灭火工具。（2）抽采管道的最低处应安装合适的排水装置。（3）由于神州煤矿水质较硬，软水器应与管道同时安装。可以使用JK200-400自动软水器。软水器可以处理5m3/h。安装在水池供水管的侧面。（4）泵站使用BQW15-15-5.5潜水泵向ZWY210-280地下煤矿移动式抽气泵站供应工作水并冷却水环真空泵的轴温，另一个保留用于维护。（5）应在管路的正压端和负压端安装防止回水和气流的装置，以防止停泵后在管路中积水或气体回流。（6）泵站应配备U型管水柱仪，气体检测仪，U型管汞柱仪，气压计等测试仪器，并应同时建