瓦斯抽放泵站设计.pdf

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1、概概述述建平鸿运煤矿一井，原名为朝阳市建平县二十家子煤矿二井，始建于 1982 年，1983 年投产，设计能力 12.0 万吨/年，实际最高生产能力为 5 万吨/年，2003 年由地方国营企业改为民营企业，改名为建平鸿运煤矿二井。生产能力为 5 万吨/年生产矿井，企业性质为私营独资企业，位于朝阳市建平县二十家子镇境内。煤矿矿区面积为 1.085km2，开采深度：开采上限标高+578m，开采下限标高+420m。截止 2011 年末，剩余地质储量 92.08 万吨；可采储量 92.09 万吨；服务年限为 18年。根据矿井设计和矿井瓦斯涌出资料(2012 年鉴定报告),矿井绝对瓦斯涌出量为2.36m

2、3/t,相对瓦斯涌出量为19.12m3/min,属于高瓦斯矿井.随矿井产量的增加和开采范围的扩大及开采水平的延伸,该矿今后主采煤层采掘工作面和采空区的瓦斯涌出量都将进一步增大.为贯彻执行党和国家的”安全第一,预防为主”的安全生产方针和国家安全生产监督管理局制定的”先抽后采,以风定产,监测监控”的煤矿安全生产管理方针,该矿已安装了瓦斯抽放系统.抽出的瓦斯直接排放到矿井的回风系统中.随着矿井瓦斯涌出量的增大,总回风的瓦斯浓度较高,并时常出现超限.另外,井下泵站的管理也比较复杂,经常需要对瓦斯抽放泵的水垢进行清理.建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的.特此编写瓦斯抽放设计说明书.一一.编编制本设计的

3、依据制本设计的依据1.矿井抽放瓦斯工程设计规范(MT95018-96),中华人民共和国煤炭工业部,1997 年.2.矿井抽放瓦斯管理规范,中华人民共和国煤炭工业部,1997 年.3.煤矿安全规程,国家煤矿安全监察局,2004 年.4.防治煤与瓦斯突出细则,中华人民共和国煤炭工业部,1995 年.5.根据矿井通风,生产,瓦斯地质等相关资料.二二.设设计的主要技术经济指标计的主要技术经济指标1.矿井绝对瓦斯涌出量:2.36m3/min;2.矿井相对瓦斯涌出量:19.12m3/t;21 1矿井概况矿井概况建平鸿运煤矿一井，原名为朝阳市建平县二十家子煤矿一井，2003 年由地方国营企业改为民营企业，改

4、名为建平鸿运煤矿一井。生产能力为 5 万吨/年生产矿井，企业性质为私营独资企业，位于朝阳市建平县二十家子镇境内。截止2011 年末，剩余地质储量 152.58 万吨；可采储量 92.09 万吨；服务年限为 18 年。2 2 矿区地质情况矿区地质情况矿区面积为 2.5075km2。1）地层（1）古生界地层奥陶志留系：分布在煤矿西部。以高大山岭地貌出现，其岩性特点则是以暗绿色片麻岩、片岩、千枚岩、大理岩、白云岩组成，其中以片麻岩及千枚岩较发育。区域资料于大理岩中找到了贝类化石。故按区域对比，划属奥陶志留系。石炭二迭系：分布在矿区的东北角徐家水泉。它以灰色千枚岩、板岩夹薄层白云岩及结晶石灰岩组成。（

5、2）中生界从老到新大致分述如下：中侏罗统地层：主要出现于矿区的东部及东南部，以兰旗组为核心，组成煤盆地的东部山岭。其次是以土城子组为核心，出现于含煤盆地中部而地貌平缓大部被第四系掩盖。3上侏罗统：分布于含煤盆地中部及南部平坦地貌掩盖之下及盆地的东南角与西南部的高山地段。二十家子含煤段地层：本段地层为含煤盆地中大面积掩盖地段，在盆地中央的冲沟中，偶见个别孤立含煤段地层。含煤地层：地表局部有砂岩、粉砂岩的零星出露，剖面为钻孔资料建立的。以砂岩粉砂岩为主，夹泥岩及煤层，大体上有七个煤组，其中以六煤和七煤两组较好，三煤和五煤局部可采，含煤段地层没有明显的标志层，靠煤矿东部局部含砂砾岩及粗砂岩薄层，有变

6、粗的现象。煤层以西部发育，向东分叉变薄而尖灭。本段地层对下为整合关系，含费尔干蚌化石及植物化石，一般厚在 150 米左右。（3）新生界地层：分布广阔，一般厚度在550 米，大面积出现于含煤盆地之中，其岩性大致有底部砾石层、砖红色亚粘土层、灰黄色亚沙土、河床砂砾石层。2地质构造区域构造处于天山阴山纬向隆起带与新华系 NNE 向构造的复合部位。矿区西部的古生界地层从 NW 向 SSE 方向挤压而冲掩，造成煤矿区内部由对扭而产生两组断裂，NE 向的为压扭性断层，NW 向的为张性及张扭性断裂。该区为轴向 NE30两翼较缓的向斜构造。F20 号断层把向斜轴一部分向西推移，向斜北部和南部上升而剥蚀严重。F

7、23号断层使向斜两翼上部成不对称向斜现状。4据钻探及井下资料显示，该区构造复杂，断裂特别发育，全区自北向南共确定和推断断层 38 条，断层规模不等，发育程度不同，如 F1 断层，其走向 NE43，倾向 SE，倾角 3060，使局部煤层落差近 300 米，形成煤层自然边界线；F7 号断层，位于第 3 勘探线以南，走向 NE64，倾向 NW，倾角65，落差 90 米；F8 号断层，位于 4、5 勘探线之间，走向NE60，倾向 SE，倾角 70，落差 88 米左右。诸断层纵横交错，断距大小不一，但对煤层均起破坏作用，也对地下开采工作增加难度。3）煤层与煤质（1）煤层上侏罗系义县组二十家子含煤段，该区

8、含煤建造总厚300m 左右，含煤七组。其特点：由于盆地狭长，侵蚀切割剧烈，所以含煤建造多以粗碎屑岩为主。且常含多层粗砂岩、砾岩。其分选和园度都差。含煤建造的岩性岩相、旋回结构、煤层层数、煤层厚度皆不稳定，常有分叉尖灭。全区煤组变化规律，西部厚、结构复杂、浅部岩相以湖泊沼泽相为主，岩性细，而东部则变薄，结构简单，以半沼泽相与河流相交替出现，岩性变粗。三、六、七煤组为主要煤组，一、二、四、五煤组局部可采。煤层倾角一般 812，属缓倾斜煤层。（2）煤质煤种为气煤，肉眼煤岩类型为半光亮型煤，光泽较强，以5亮煤、镜煤为主，暗煤次之。挥发份一般在条带状结构，块状构造，贝壳状，棱角状断口，性脆。容重一般为

9、1.421.44t/m3。原煤挥发份均大于37.0%。原煤灰分一般在10.0828.81%，一般在 17%左右。发热量一般在 30485513 卡/克，一般在4136 卡/克。硫含量一般在0.812.07%之间，一般在 1.57 左右，磷含量一般在 0.0220.032%之间，一般在0.027%左右。（3）顶板煤层伪顶多为泥岩和炭质泥岩。直接顶为粉砂岩或细砂岩。老顶为砂岩。1.11.1 交通位置交通位置1、地理位置及井田境界；地理位置：矿区位于朝阳市建平县二十家子回族乡境内，行政区隶属辽宁省朝阳市建平县管辖。矿区有叶敖公路从井田穿过，矿区距铁路赤叶线古山车站 35km，据沙通线小河沿车站 26

10、km，距朝阳市区 116km，交通方便。矿区中心地理坐标：东经：11942119456北纬：420842081.21.2 井田地形与气候井田地形与气候1).地形地貌特征本井田以上侏罗统砾岩为骨架,上部广泛第四系亚粘土,地形较复杂,中间部分属低平缓的丘陵区.标高为 700-800 公尺,最高者达 1000 余公尺，中间盆地部分一般标高为 500-650公尺。最低位 480 公尺.高山盆地之间的山坡处多为厚层黄土所覆盖，因土质致密，节理发育。经雨水的长期冲刷形成立陡的深沟。在该区东北部房身一带表现尤为显著，最深者可达 30公尺。是本区特有的特征。崩河纵贯该区，河流西岸较为平坦的冲击平原，为主要耕种

11、地带及居民密集之区。崩河由南向北流经八家、马场、二十家子、四德堂，于小河沿进入老哈河。全长70 公里，河床宽500-1000 公尺。但流量小，一般 0.2 公升/秒流速，0.56M/秒，夏秋两季流量较大，冬春则小，每逢干旱季节，河流则成小溪近于干沟。72).气候该区位于辽西丘陵之北部，地势较高，受西伯利亚和内蒙古高压气流控制，属大陆性气候，雨量稀少，蒸发强烈，夏季干热，冬季寒冷。春秋两季风沙较大。雨季为七、八、九三个月，每年七、八月温度较高，可达 30（），一月气温较低在-30（）。3).降水量雨季为 78 月份，年均降雨量为 600mm,7,8,9月降水量占全年的 55%.4).冻结期结冰期

12、为12月初至第二年 3月末。历年冻结深度为 1.2-1.5米。1.31.3 井田地质构造情况井田地质构造情况区域构造处于天山阴山纬向隆起带与新华系 NNE 向构造的复合部位。矿区西部的古生界地层从 NW 向 SSE 方向挤压而冲掩，造成煤矿区内部由对扭而产生两组扭裂，NE 向的为亚扭性断层，NW 向的为张性及张扭性断裂。8该区为轴向 NE30两翼较缓的向斜构造。F20 号断层把向斜轴一部分向西推移，向斜北部和南部上升而剥蚀严重。F23 号断层使向斜两翼上部成不对称向斜现状。1.41.4 煤层赋存情况煤层赋存情况在该矿含煤段总共含 7 个煤组，其中6、7 煤组为主要可采煤组，3、5 煤组次之，1

13、、2、4 煤组零星分布局部可采。3 煤组煤厚为 0.5m2.25m，为单一煤层，顶底板均为砂岩，距下部 6 煤组 23m，局部可采。6 煤组煤厚为 0.45m3.66m，为复合煤层，中间含 12层夹石。顶底板均为砂页岩，距下部 7 煤组 10m15m，大部可采。7 煤组煤厚为 0.59m2.5m，为复合煤层，中间含12 层夹石。顶板均为砂页岩，底为粉砂岩，大部可采。该矿煤层走向为 120，倾向为 210，倾角为 912。1.51.5 矿井开拓方式矿井开拓方式该矿为斜井片盘开拓方式，三个井口，即主井、副井和风9井,目前开采的 1703 工作面，该工作面位于一采区,北邻工业广场保护煤柱,南邻 F3

14、1 号断层,东邻 719 采空区,西邻 1702采空区.工作面采用走向长壁开采,一次采全高,全部陷落法管理顶板.1.61.6 矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出采用中央并列抽出式通风，“二入一排”即主、副井入风，风井回风。风井安装两台 FBCDZN012.5/222 型风机,风量为 9101968m3/min.虽然煤矿周边煤矿瓦斯涌出不大，但随开采深度的增加,瓦斯涌出量有增大的趋势.因此建立地面永久瓦斯抽放系统。2 2矿井瓦斯抽放的必要性与可行性矿井瓦斯抽放的必要性与可行性根据国家煤矿安全监察局规定,建立地面永久瓦斯抽放系统。为各个采区服务。2.12.1 矿井瓦斯涌出

15、量预测结果矿井瓦斯涌出量预测结果根据矿井瓦斯涌出量鉴定结果，未达到抽采条件在今后工作中随时检测瓦斯，进行这方面的实测工作，达到抽放条件及时抽放。.10矿井瓦斯涌出量预测结果矿井瓦斯涌出量预测结果平均产开采区域量生产采区in）目前采掘工作面采掘工作面采掘工作面3004.4瓦斯涌出量已采采区in）合计（m3/m（m3/in）t）生产时期（t/d）（m3/m（m3/m4.421.15中期4004.44.415.84后期4004.44.415.842.22.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成回采工作面瓦斯涌出来源与构成在一采区和二采区煤层工作面采空区,生产工作面(按一个回采工作面考虑)和掘进工作面(按

16、2 个掘进工作面考虑),预计将来的最大瓦斯涌出量可达到 5.6m3/min.2.32.3 瓦斯抽放的必要性瓦斯抽放的必要性112.3.12.3.1 相关法规的要求相关法规的要求按照煤矿安全规程规程的有关规定及”先抽后采,以风定产,监测监控”的十二字方针，无论高瓦斯矿井的井型大小，也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统.2.3.22.3.2 采掘工作面瓦斯治理的需要采掘工作面瓦斯治理的需要煤矿安全规程、矿井瓦斯抽放管理规范以及煤炭工业设计规范有关条款规定:当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于 5m3/min 或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/m

17、in，采用通风方法解决瓦斯不可能或不合理时应采用瓦斯抽放措施.虽然,该矿回采工作面的绝对瓦斯涌出量未超过5m3/min.产量和瓦斯涌出量都有进一步增加的趋势.采掘工作面需要采取瓦斯抽放的必要性判断标准是:在给定的巷道通风断面条件下，采掘工作面设计通风能力小于稀释瓦斯所需的风量,即式(21)成立时,抽放瓦斯才是必要的.Q01.67Q K/C(21)式中:12Q0-采掘工作面设计风量,m3/s；Q-采掘工作面瓦斯涌出量,m3/min；K-瓦斯涌出不均衡系数,取 K=1.5；C-煤矿安全规程允许的采掘工作面瓦斯浓度，%，取C=1.根据采掘工作面瓦斯涌出量预测结果，由式(21)计算得到的回采工作面(按

18、炮采一个工作面考虑)、掘进工作面(按 2 个掘进工作面考虑)瓦斯抽放必要性判断结果如表所示.由表可以看出，不需要采取瓦斯抽放措施.矿井瓦斯涌出量预测结果矿井瓦斯涌出量预测结果生产时期生采空区瓦斯涌出量是否需要抽放瓦斯不需要设计风量需要风量工作面(m3/t)(m3/min)(m3/s)(m3/s)2.013产回采11.522.44.33.3不需要掘进1.63.33不需要2.42.4 瓦斯抽放的可行性瓦斯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

19、、和 Qj判定本煤层瓦斯抽放可行性标准如表.本煤层预抽瓦斯难易程度分类表本煤层预抽瓦斯难易程度分类表煤层透气钻孔瓦斯流量衰 百米钻孔瓦斯极减系数（d-1）限抽量Qj(m3)系数（m2/MPa2d）抽放难易程度14容易抽放可以抽放较难抽放0.051440014400288010100.1400mbar)5.3-12.0 m3/h.ZBEA-203-0 型水环真空泵环境适应性强,并可靠,安全,高效地长期运行.其核心部分-水环式真空泵,是根据煤矿对瓦斯泵的特殊要求而设计的.其使用性能,排气量,真空度,安全性,可靠性,外形,安装尺寸等具体指标,均优于普通真空泵.整个泵站系统可配套南京富邺科技实业有限公

20、司 KJ-91 瓦斯抽放泵站监控系统.该系统提供瓦斯超限断电声光报警,停水断42电,恒水位控制,抗结垢水质磁化,流量,检测,其中供电系统具有过载,过电压及短路保护,电机电缆漏电闭锁等功能.5.25.2 瓦斯抽放泵站供电瓦斯抽放泵站供电瓦斯抽放泵站供电参照主要通风机的供电管理,要求”三专”,即专用变压器,专用线路和专业开关.根据矿井的实际情况,采用 380V 或 660V 供电安排.瓦斯抽放泵站的设备总容量为120KW,工作容量为 120KW.根据煤炭工业矿井设计规范 GB-5012-94,瓦斯抽放站的电力负荷为一级负荷,必须保证有两个电源供电.435.35.3 瓦斯抽放泵给排水瓦斯抽放泵给排水

21、(1).给水瓦斯抽放泵的供水采用地面清洁水(PH 值 6-8).在不建水循环系统时,为节省水耗,要求供水压力大于 600mbar,供水量大于 12m3/h.(2).排水水环式真空泵排出的水收集后排入矿井蓄水池或循环使用.5.45.4 防雷设施防雷设施在瓦斯抽放泵站房顶上设置避雷针,并接地.根据建筑物防雷设计规范(2000),设避雷线保护瓦斯排放管,在瓦斯抽放站房顶设置避雷带防感应雷.在变电所设工作接地,接地电阻4;在瓦斯抽放站分别设防雷接地.接地电阻均00054050瓦斯泵房线杆拉线防雷电感应的接地装置150006000拉线瓦斯泵房7000避雷线拉线5000接地5000接地附图 4 防雷装置布

22、置图说明:651.瓦斯抽放泵房按 建筑物防雷设计规范(GB50057-94,2000 年)第 3.2.1 条,设架空避雷线防直击雷;2.电线杆,避雷线敷设见图要求,利用拉线作接地引下线并接地,接地电阻小于 10;按建筑物防雷设计规范(GB50057-94,2000 年)第 3.2.2将建筑物内金属装置接到防雷电感应的接地装置上,66瓦斯抽放设计说明书瓦斯抽放设计说明书建平鸿运煤矿一井建平鸿运煤矿一井67目目录录概概述述.1.11 1矿井概况矿井概况.2.21.1 交通位置.6.61.2 井田地形与气候.6.61.3 井田地质构造情况.7.71.4 煤层赋存情况.8.81.5 矿井开拓方式.8.

23、81.6 矿井通风方式及邻近矿井瓦斯涌出.8.82 2矿井瓦斯抽放的必要性与可行性矿井瓦斯抽放的必要性与可行性.9.92.1 矿井瓦斯涌出量预测结果.9.92.2 回采工作面瓦斯涌出来源与构成.9.92.3 瓦斯抽放的必要性.错误!未定义书签。2.3.12.3.1 相关法规的要求相关法规的要求.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.3.22.3.2 采掘工作面瓦斯治理的需要采掘工作面瓦斯治理的需要.错误错误!未定义书签。未定义书签。2.4 瓦斯抽放的可行性.错误!未定义书签。2.5 矿井瓦斯储量与可抽量.错误!未定义书签。3 3矿井瓦斯抽放方案初步设计矿井瓦斯抽放方案初步设计.错误!未定义书签

24、。3.1 抽放方法选择的原则.错误!未定义书签。683.2 抽放瓦斯方法选择.错误!未定义书签。3.2.13.2.1 回采工作面本煤层瓦斯抽放回采工作面本煤层瓦斯抽放.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.23.2.2 掘进工作面瓦斯抽放掘进工作面瓦斯抽放.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.33.2.3 回采工作面高位抽放回采工作面高位抽放.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.2.43.2.4 抽放参数的确定抽放参数的确定.错误错误!未定义书签。未定义书签。3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备.18183.3.13.3.1 钻机的选择钻机的选择.183.3.23.3.2 钻孔施工技术安

25、全措施钻孔施工技术安全措施.183.3.33.3.3 钻孔封孔钻孔封孔.193.3.43.3.4 瓦斯抽放参数监测瓦斯抽放参数监测.错误错误!未定义书签。未定义书签。4 4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型错误!未定义书签。4.1 矿井瓦斯抽放设计参数.错误!未定义书签。4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算.错误!未定义书签。4.2.14.2.1 瓦斯抽放管网系统瓦斯抽放管网系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。4.3 瓦斯抽放泵选型计算.21214.3.14.3.1 瓦斯抽放管路选型瓦斯抽放管路选型.224.3.24.3.2 瓦斯管路的材质

26、与连接方式瓦斯管路的材质与连接方式.224.3.34.3.3 瓦斯抽采管路阻力计算瓦斯抽采管路阻力计算.224.3.44.3.4 瓦斯抽放泵选型瓦斯抽放泵选型.264.3.54.3.5 瓦斯抽放泵站布置瓦斯抽放泵站布置.29294.3.6 瓦斯抽放管路与瓦斯抽放钻孔的连接.2929694.3.74.3.7 瓦斯抽放管路敷设瓦斯抽放管路敷设.294.3.84.3.8 瓦斯抽放管道的附属装置瓦斯抽放管道的附属装置.315.15.1 瓦斯抽放泵供电瓦斯抽放泵供电.35355.2 瓦斯抽放泵给排水.错误!未定义书签。5.3 防雷设施.错误!未定义书签。5.4 瓦斯抽放泵站照明.错误!未定义书签。5.5

27、 瓦斯抽放泵站通讯.错误!未定义书签。5.6 抽放系统实时监测.错误!未定义书签。5.7 泵房采暖,通风.错误!未定义书签。6.6.瓦斯抽放系统的安装瓦斯抽放系统的安装.38386.1 瓦斯抽放系统安装的基本要求.38386.2 瓦斯抽放泵的安装.38386.3 瓦斯抽放,排放管路及附属设施安装.38387 7 环境保护环境保护.39397.1 抽放瓦斯工程对环境的影响.39397.2 污染防治措施.39397.3 抽放站绿化.错误!未定义书签。8 8 瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施瓦斯抽放组织管理及主要安全技术措施.错误!未定义书签。8.1 组织管理.错误!未定义书签。8.2 瓦斯抽放组织机构管理.错误!未定义书签。708.3 瓦斯抽放钻场管理.错误!未定义书签。8.4 采空区抽放管道的拆装.错误!未定义书签。8.5 瓦斯抽放管路管理.错误!未定义书签。8.6 主要安全技术措施.错误!未定义书签。8.7 钻机操作规程.错误!未定义书签。8.8 瓦斯抽放泵司机作业操作规程.48488.9 瓦斯抽放报表管理.52529 9瓦斯抽放工程技术经济指标瓦斯抽放工程技术经济指标.错误!未定义书签。9.1 劳动定员.54549.2 投资概算.55559.3 矿井瓦斯利用.错误!未定义书签。71