矿井瓦斯防治课程设计
课程名称： 瓦斯抽采设计
指导教师：
姓 名：
班 级： 通 风
时 间：
重庆工程职业技术学院
前 言
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，严重威胁着煤矿
的安全生产，威胁着煤矿千千万万工人的生命安全，所以矿井瓦斯防
治成了煤矿重中之重，只有把煤矿瓦斯处理好了，煤矿才有得效益可
言。为了煤矿事业的安全发展，我们做了这个瓦斯防治课程设计，希
望能为煤矿事业做出贡献。本次矿井瓦斯防治课程设计主要根据《煤
矿安全规程》（2011年版）、《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）、
《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规
定》《煤 矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）
此次设计的主要内容：松藻煤矿矿井概况、矿井瓦斯储量及可抽
量预测、矿井瓦斯抽采的必要性和可行性分析、瓦斯抽采系统设计、
瓦斯抽采系统与设备选型、安全技术措施。绘制抽采系统图、钻孔布
置图。
本次设计在陈老师指导下顺利完成，由于编制时间有限以及编者
水平有限，所以此次瓦斯防治设计存有错误，望老师、领导批评指正。
目录
第一章 矿井概况 ........................................................................................................................... 1
一、地形地貌 ........................................................................................................................... 1
二、气候 ................................................................................................................................... 1
三、地层煤质 ........................................................................................................................... 1
四、松藻煤矿 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测 ............................................................................................. 2
第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性 ..................................................................................... 4
一、矿井瓦斯来源分析 ........................................................................................................... 4
二、矿井瓦斯抽采的必要性 ................................................................................................... 4
三、瓦斯抽采的的可行性 ....................................................................................................... 6
第四章 瓦斯抽采系统设计 ............................................................................................................. 7
一、抽采方式 ........................................................................................................................... 7
二、瓦斯抽采方法 ................................................................................................................... 7
三、抽采瓦斯方法选择 ........................................................................................................... 7
四、施工方法 ........................................................................................................................... 8
五、抽采参数的确定 ............................................................................................................... 9
第五章 瓦斯抽采系统与设备选型 ............................................................................................... 10
一、瓦斯泵的选型 ................................................................................................................. 10
二、抽放管道的选择 ............................................................................................................. 11
三、瓦斯管道阻力计算 ......................................................................................................... 12
四、抽放管道敷设 ................................................................................................................. 13
五、钻机及封孔泵选型 ......................................................................................................... 13
六、检测设备 ......................................................................................................................... 14
第六章 安全技术措施 ................................................................................................................... 16
第一章 矿井概况
1.矿井基本情况
松藻煤矿1957年6月建井，井田南北长9.2km，东西宽2.5km，面积17.01km2，
2005年矿井核定生产能力为1000kt/a。，2013年矿井瓦斯等级鉴定结果为煤与
瓦斯突出矿井，矿井有K1、K2b、K3b三层煤可采，K1、K3b为强突出层，K2b为不突
出层，作为保护层开采，煤层厚度分别为1.15、0.85、1.20m，倾角45°。煤层
为不易自燃煤层，煤尘均有爆炸危险性。K1煤层瓦斯含量为18.65m/min，K2b煤
层瓦斯含量为9.63m3/t，K3b煤层瓦斯含量为29.16m3/t ，矿井利用穿层钻孔进
行瓦斯抽采。
2.地形地貌
松藻矿区位于渝东南边缘与贵州高原的过渡地带，山脉走向与构造线方向基
本一致，地势由东向西逐渐降低，地形最高点山羊洞标高122760m，最低点为西
缘松坎河赵家坎附近，标高约300m，相对高差约900m左右，属中山到低山地形
中切割区地形坡角10～30°，一般20°。其中，松藻煤矿两端被河流所切，整
个煤矿为一侵蚀剥蚀类型的河间地块，地貌单元两侧地形陡峻呈山高谷深的V
型地貌，煤矿中部被沿地层倾向发育的马家沟和杨家沟切割，展现呈岗岭状梁状
中低山地貌。
3.气候
本区属亚热带湿润气候温湿多雨，阴雨天占全年的50%左右，冬季山上时有
积雪 ，气温年平均在，降雨量年总量在957.7～1129.5mm间。
相对湿度年平均为78～80 %
绝对湿度年平均为17.4～18.1mg/m3
4.地层煤质
地区煤层属中灰-高灰，富硫-高硫，低磷的无烟煤，煤炭地质储量12.5亿
t，工业储量9.8亿t。
3
第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测
矿井瓦斯储量为矿井可采煤层的瓦斯储量、受才动影响后能够向开采空间排
放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少，同
时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标，可按下式计算：
Wk=W1+W2+W3
式中：Wk——矿井瓦斯储量，Mm3；
W1——可采煤层的瓦斯储量，Mm3；
W1=∑A1i×X1i（Mm3）
A1i—矿井可采煤层i的地质储量，Mt；
X1i—矿井可采煤层i的瓦斯储量，M3/t；
W2—受采动影响后能够想开采空间排放瓦斯的各部可采煤层的总瓦
斯储量，
W2=∑A2i×X2i（Mm3）
A2i--受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；
X2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含
量,M3/t；
W3—受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，实测可
按下式计算
W3=K（W1+W2）
K—围岩瓦斯储量系数，取K=0.1
AL1 =17.01×1.15×1.38×106t=2.6×107t
AL2=17.01×0.85×1.38×10t=2.0×10t
AL3=17.01×1.20×1.38×106t=2.8×107t
W1=2.6×18.65+2.0×9.063+2.8×39.16×107t=1.78×109m3
W3=0.1×1.78×109=1.78×108m3
Wk=（1.78+0.178）×109t=1.96×109m3
矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采技术条件下，按目前67
的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与
其抽放工艺和抽放能力密切相关，一般按下式计算:
Wkc=ηk×Wk
式中：Wkc—矿井可抽瓦斯量，Mm3；
ηk—矿井瓦斯抽放率，按我国目前的技术水平，取30%；
Wk--矿井瓦斯储量，Mm3；
Wkc=0.3×1.958×109=3.29×108m3
因此，该矿的瓦斯储量为1.96×109m3，可抽瓦斯量为3.29×108m3。
第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性
1.矿井瓦斯来源分析
重庆松藻煤电公司松藻煤矿开采的K1、K3b为强突出层，K2b为不突出层，
作为保护层开采。
矿井瓦斯来源分析
（1）临近煤层卸压瓦斯涌出，由于矿井煤层间距小，保护层开采后，本层
和上、下邻近层卸压瓦斯会大量涌向保护层采煤工作面。工作面受到采动影响，
瓦斯大量涌向工作面。
（2）煤岩壁瓦斯涌出，揭露煤层后，煤暴露的自由面大而且分布广，从自
由面向媒体深处瓦斯压力呈上升趋势，媒体中形成瓦斯压力梯度，从而瓦斯由媒
体深处向煤壁方向。
（3）掘进工作面瓦斯涌出，由于掘进巷道时破坏了煤层原始应力平衡状态
和媒体瓦斯压力平衡，在媒体中形成了较大的瓦斯压力梯度。使瓦斯向煤壁大量
涌出。
（4）采空区瓦斯涌出，受到采动影响的卸压邻近层(包括上下邻近层，不可
采层及围岩）以及开采层本身丢煤（包括煤柱）涌出瓦斯。
2.矿井瓦斯抽采的必要性
瓦斯抽采的目有：为了确保矿井安全生产，防止或减少瓦斯浓度超限；为了
开发利用瓦斯资源，变害为利。矿井瓦斯抽采的的意义：
（1） 煤矿安全生产治本之策；
（2） 增加能源有效供给有效措施；
（3） 减少环境污染重要举措；
（4） 煤炭工业的可持续发展需要；
（5） 一个新的经济增长点。
对于一个矿井或一个采区（工作间）是否必要抽采瓦斯，首先要从安全生产
的角度考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能或不合理时，就应
采取抽采措施；其次，应从改善职工劳动条件和充分利用瓦斯资源等方面综
合考虑抽采的必要性，当然，也包括经济上的合理性。
（一）从安全生产角度衡量瓦斯抽采的必要性
衡量一个瓦斯矿井是否有必要抽采，可以根据以下几点：
（1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，故矿井瓦斯涌出量超
过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽采瓦斯；
对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量大于5m³/min，掘进工作面瓦斯涌
出量大于3m³/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽采瓦斯；对于
全矿井，一般认为，绝对瓦斯涌出量大于30m³/min，或相对瓦斯涌出量大于15 ~
25m³/t时应抽采瓦斯；开采保护层时应考虑抽采保护层瓦斯；对于突出煤层，可
以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。
《煤矿安全规程》第145条规定，有下列情况之一的矿井，必须建立地面永
久抽采瓦斯系统或井下临时抽采系统：
（1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m³/min或一个掘进工作面瓦斯涌
出量大于3m³/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
（2）矿井绝对瓦斯量达到以下条件：
①大于或等于40m³/min。
②年产量1.0~1.5Mt的矿井，大于30m³/min。
③年产量0.6~1.0Mt的矿井，大于25m³/min。
④年产量0.4~0.6Mt的矿井，大于20m³/min。 ⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m³/min。
（3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
综合本矿井实际，松藻煤电公司松藻煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，K1、K3ƅ
为强突出层，煤矿所属煤层透气性差，且煤层埋深增加，瓦斯赋存量大，煤与瓦
斯突出危险性严重，根据矿井瓦斯涌出量预测结果，K1煤层瓦斯含量为
18.65m³/min，K2ƅ煤层瓦斯含量为9.63m³/t，K3ƅ煤层瓦斯含量为29.16m³/t。受
工作面风速影响已经无法再增加风量，为了确保矿井的安全生产。按照《煤矿安
全规程》的相关规定，矿井必须进行瓦斯抽采，且必须建立地面永久抽采系统。
（二）从资源和环保的角度衡量瓦斯抽采的必要性
瓦斯是一种优质的能源，与人工制气相比，利用瓦斯具有成本低，清洁安全，
使用方便等显著的优势，如果将抽采出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，有效改
善能源结构。另外，通过抽采和瓦斯利用，可减少瓦斯对大气的污染（据相关资料分析研究表明，CH4对臭氧层的破坏比CO2大16倍），对保护人类生存环境具有
至关重要的作用。
因此，瓦斯抽采具有显著的经济效益和社会效益。
3.瓦斯抽采的的可行性
开采层瓦斯抽采的可行性，是指煤层在天然透气性条件下进行预抽的可能性。衡量其抽采难易程度的指标有两个，一是煤层的透气性系数λ,二是钻孔瓦斯流量衰减系数α。见下表
煤层透气性系数λ及钻孔瓦斯流量衰减系数α
煤层抽采瓦斯难易程度分级表
重庆松藻煤电有限公司松藻煤矿属于“煤与瓦斯突出矿井”。K1、K3ƅ为强突出层，K2ƅ为不突出层，作为保护层开采。
在2013年的矿井瓦斯等级鉴定中，煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯难易程度的标志之一。钻孔流量衰减系数在0.003~0.05之间，属于可以抽采；煤层透气性系数在10~0.1之间，属于可以抽采。
根据上述分析，煤矿可以进行煤层瓦斯抽采。
第四章 瓦斯抽采系统设计
1.抽采方式
目前所采用的煤层气抽采方式主要分为两种,一是采用地面钻孔煤层气排采技术从地面对煤层气进行抽采,二是在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。
由于重庆松藻煤电公司松藻煤矿为生产矿井，属于“煤与瓦斯突出矿井”。K1、K2b、K3b煤层都是煤与瓦斯突出煤层。必须进行瓦斯抽采降低瓦斯浓度。因此
才在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。
2.瓦斯抽采方法
瓦斯是一种优质的能源，与人工制气相比，利用瓦斯具有成本低，清洁安全，使用方便等显著的优点。如果将抽出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，有效改善能源结构，近年来，随着煤矿开采深度增大和开采强度的提高，矿井瓦斯涌出量增大，抽采瓦斯已越来越成为高瓦斯煤层开采的一个必不可少的重要环节，并为煤矿瓦斯利用提供了重要条件。
3.抽采瓦斯方法选择
（1） 选择抽采瓦斯方法的原则
抽采瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽采瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等，选择具体抽采瓦斯方法时根据煤与瓦斯突出矿井的特点，应遵循如下原则：
①抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。 ②应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果。
③巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽采工程量。
④选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。
⑤选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。
⑥抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的布置，有利于增加钻孔的抽采时间。
⑦坚持“应抽尽抽、先抽后掘、先抽后采”的瓦斯抽采原则。
⑧坚持“本层抽采、邻近层抽采、采空区抽采和岩溶瓦斯抽采”相结合的综合抽采原则。
⑨坚持掘前预抽、采前预抽、卸压抽采、残抽等综合抽采原则。 ⑩坚持“多钻孔、高负压、严封闭、长期抽”的原则。
11坚持“大流量、大管径、高抽泵、多回路”的抽采原则。 ○
12在关键的地点、○工期紧的地点要选择深孔预裂爆破等方法增加煤层的透气
性。
13坚持试验、推广新技术、新工艺、新钻机、新钻具等将钻孔穿透工作面，○
消除抽采空白带。
14坚持高效抽、有利于开发的原则。 ○
2. 抽采瓦斯方法概述
瓦斯抽采工作经过几十年的不断发展和提高，人们也提出了各种各样的瓦斯抽采方法。一般按不同的条件进行不同的分类，其主要有：
(1)按抽采瓦斯来源分类，可分为本煤层瓦斯抽采、临近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采和围岩瓦斯抽采；
(2)按抽采瓦斯的煤层是否卸压分类，可分为未卸压煤层抽采和卸压煤层抽采；
(3)按抽采瓦斯与采掘时间关系分类，可分为煤层预抽瓦斯、边采(掘)边抽和采后抽采瓦斯；
(4)按抽采工艺分类，可分为穿层钻孔抽采、巷道抽采和钻孔巷道混合抽采。
4.施工方法
根据矿井瓦斯赋存及涌出特点，考虑矿井煤层透气性系数低，结合矿井多年来的抽采经验，以及松藻煤电有限公司所属各矿井的生产经验，同时考虑到矿井开拓煤层开采顺序，煤层厚薄不均，煤层顶底板多为泥岩、粉砂岩，遇水易膨胀等因素，矿井的瓦斯抽采方法设计采用穿层钻孔进行瓦斯抽采方法。具体如下：
穿层钻孔抽采
利用本层运输、回风巷对应的茅口灰岩中的专用瓦斯抽采巷，向上打穿层密
集网格式钻孔，对K2b和K3b等煤层分别进行预抽和卸压抽采。
钻场设在开采层运输、回风巷对应的茅口灰岩中的专用瓦斯抽采巷中，由钻场向开采煤层打穿层钻孔，抽采邻近层中的瓦斯。其优点有：一是抽采钻孔可实现一孔多用，抽采时间一般较长，既可对首采层及下邻近层实行预抽和卸压抽采，还可用作首采层回采后的采空区抽采；二是钻场处于主要岩石巷道内，故而相对的减少了巷道的维修工作量；三是抽采设施的施工和维护也较方便；四是多条并联的专用瓦斯巷减小矿井通风阻力。
K2保护层穿层抽采
K2b煤层为薄煤层，与K3b煤层相比较，突出危险性相对较弱，本次设计将K2b煤层作为保护层首先开采。
K2b煤层为突出煤层，必须进行大面积预抽，作为开采K2b煤层的区域性防突措施，以保证开采K2b保护层的安全。
矿井煤层为近水平煤层，K2b煤层平均厚度0.85m，提前掘进专用底板瓦斯抽采巷，利用抽采巷布置煤层穿层钻孔大面积预抽K2b煤层瓦斯。间距50m,在瓦斯巷内每隔5m布置钻场，由钻场向开采煤层施工穿层钻孔。
K3煤层为本矿井主采层，突出危险性较大，因此考虑抽采K3煤层的卸压瓦斯，以消除K3煤层突出危险性，保证保护层工作面顺利推进。提前掘进专用底板瓦斯抽采巷，利用抽采巷布置煤层穿层钻孔大面积抽K3煤层瓦斯。专用瓦斯抽采巷布置在茅口灰岩中，在瓦斯巷内每隔5m布置钻场，由钻场向开采煤层施工穿层钻孔，贯穿煤层全厚。
5.抽采参数的确定 （1）钻场位置
钻场布置在水平口茅口大巷，南翼全长5km。 （2）钻孔参数 封孔长度：5-8m。 钻孔抽采半径：5m。
封孔方式：聚胺酯封孔或者用一定比例的石膏水泥沙浆进行机械封孔。 钻场间距：50m，阶段垂高120m。
钻孔布置方式：采用多排扇形布置，均匀布孔，钻孔分别终孔于K1 ，K3煤层。
第五章 瓦斯抽采系统与设备选型
1.瓦斯泵的选型
1.1抽采瓦斯泵能力核定及设备选型 （1） 抽采瓦斯泵压力计算
1抽采泵吸气侧管内绝对压力 ○
抽采瓦斯泵吸气侧管内绝对压力按下式计算： HX-PO-HZ，kPa
式中：HX—瓦斯泵吸气侧绝对压力，kPa PO—泵站当地大气压，kPa；取98.5~99kPa
HZ—泵站负压端总阻力，kPa。
经计算得，矿部泵站瓦斯抽采泵吸气侧管内绝对压力为和46.43kPa。
2抽采泵工作压力 ○
在选择抽采泵时，泵的工作压力既要考虑系统管路沿途阻力损失（摩擦阻力和局部阻力）、抽采孔孔口负压、送气端正压，还要考虑一定备用系数。抽采瓦斯泵工作压力按下式计算：
Hg=(Hz+Hy)k，kPa
式中：Hg—抽采额定工作压力，kPa，
Hz—抽采泵送气端正压力，kPa；取10kPa； Hy—备用系数，一般取1.2~1.3.
计算得，矿部泵站抽采瓦斯泵额定压力为75.08kPa。 1.2抽采瓦斯泵流量核定 抽采瓦斯泵流量按下式计算：
Qc
Qg=c∙η×k, m3/min
式中：Qg—抽采瓦斯泵在矿井标准状态下的额定流量，m3/min; Qc— 抽采泵吸气侧瓦斯纯流量，m3/min; C—抽采泵吸气侧瓦斯浓度；
η-抽采泵机械效率，一般取80%； K-备用系数，一般取1.2~1.3
经计算，矿部泵站瓦斯泵在标准状态下的额定流量为和153m3/min。 由于目前我国的真空泵性能曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需要把标准状态下泵的流量换算成工况状态下的流量。工况流量按下式计算：
101.325T
..Qgp293Qg=， m3/min
式中：Qg—抽采瓦斯泵在矿井标准状态下的额定流量，m3/min; T—抽采泵吸气侧管内温度，K：取平均值20℃，T=293(K); P—瓦斯泵吸气侧绝对压力，KPa：按⑧式计算。
计算得，矿部泵站抽采瓦斯泵工况流量为333.9m3/min。经查矿部泵性能特性曲线，矿部泵站SKA420瓦斯已不能满足矿井延深三水平瓦斯抽采的需要。
2.1抽采瓦斯泵瓦斯泵选型
根据上述计算，矿部站现用SKA420泵需要更换，所选瓦斯抽采泵要求在吸气侧绝对压力为46.43KPa下，额定压力不少于75.08KPa，流量不少于333.9m/min。经查2BEC50型水环式真空泵性能曲线，该泵能够满足矿井抽采瓦斯泵的需要，故可选择2BEC50型泵2台，其中1台工作，1台备用。电机选用315KW/6000V的配套电动机。
2010年4月前将+100水平抽放主管改造完成，并形成三水平首采面的抽放系统，2012年改造矿部420抽放泵。
3
2.抽放管道的选择
瓦斯抽采管路选择
抽采瓦斯管内径按以下式计算：
QD=0.145×v,m
式中：Q—管道内混合瓦斯流量（矿井标准状态），m3/min; V—管道内瓦斯平均流速，m/s,取合理平均流速10~15/s. 将三水平各管路流量代入 式进行计算，则三水平瓦斯抽采管路系统内径为：
105
主管内径：D+=0.1457×15=0.385(m)
71.64
干管内径：DT=0.1457×15=0.318(m) 37.5
分管内径：D分=0.1457×15=0.230（m) 31.25
支管内径：D支=0.1457×15=0.12.（m)
管径计算均按通过的最大流量计算。考虑与成品管道配套，拟选择主管管径Ф426×7、干管为Ф325×6（其中—300m茅口大巷使用Ф377+6）、分管为Ф273×5、支管为Ф217×5（其中钻场使用Ф159×4）的钢管。
3.瓦斯管道阻力计算
抽采管路阻力计算
计算管路阻力损失以泵站计算，以泵站抽采的生产水平最远抽采点为计算依据，管路系统阻力损失包括沿途摩擦阻力和局部阻力。
（1）瓦斯抽采管路摩擦阻力损失 按下式计算：
LQ2
5
H摩=35.28×KD,kPa
式中：H摩—抽采管道摩擦阻力。kPa； L—管道长度，m； D—管道内径，cm；
K—系数，D为10、15、>15（cm)时分别取0.62、0.7、0.71； Δ—管道内混合瓦斯对空气的相对密度，按下式计算：
p2931
Δ=101.325×T×1.293×[0.716c+1.293(1-c)]…………
P—管内绝对瓦斯压力，kPa,井下大气压取常年平均值97kPa; T—管内温度，取平均值20℃，T=293（K) C—管内瓦斯浓度。
将抽采系统中阻力最大、线路最长的各段管路已知数据带入式②、③，计算后逐段相加，即得系统最大摩擦阻力。
经计算，矿部泵站瓦斯抽采管路系统最多摩擦阻力为34.41kPa. (2)瓦斯抽采管路摩擦阻力损失
瓦斯抽采管路局部阻力取直管段的15％计算。则管路系统沿途阻力（即抽采管道总阻力）为：
Hg=1.15×HTG,kPa
式中：Hg—抽采管路沿途阻力，kPa。 经计算，矿部泵站沿途阻力损失为：
矿部泵站系统：Hg2=1.15×31.89=39.57（kPa)。 （3）瓦斯抽采泵站总阻力（总负压）按下式计算 HZ=Hg+HK，kPa
式中：HZ—泵站负压端总阻…力，kPa； HK—抽采钻孔孔口负压，kPa，取13kPa。
计算得，矿部泵站抽采系统总阻力为52.57kPa，能够满足抽采瓦斯的需要。
4.抽放管道敷设
瓦斯抽采泵设在主平硐地面，矿部泵站安装SKA-420型（160kw）水环式真空泵2台，1台运行。1台运行，1台备用。
5．钻机及封孔泵选型
（1）钻机
本矿瓦斯抽采采用以底板岩巷穿层网格预抽为主的综合抽采方法，钻孔较长且多穿岩层布置。根据目前国内各生产厂家的各种钻机型号、性能、使用环境及价格等进行调研后，穿层钻孔和本层钻孔全部采用重庆煤科分院生产的ZYG—150型系列钻机施工，该钻机设计能力150m，配套钻杆直径Φ42mm(ZYG—150钻机主要性能参数见表3-1），钻头采用YG6硬质合金，穿层钻孔终孔孔径一般为Φ65mm，全部采用水排粉，水压在4Kg左右，本层钻孔终孔孔径为Φ86mm，采用螺旋加压风排粉。该钻机具有功率大、操作简单、体积小、重量轻、解体性能好、搬运安装方便、传动效率高、不卡钻、进退自由等优点。
表3-1 ZYG—150型主要性能参数表
矿井配置钻机ZYG—150型钻机20台，其中使用17台，3台备用。 （2）封孔泵
采用机械封孔泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，
钻孔封孔效果好。瓦斯抽采钻孔推荐采用TBW型矿用封孔泵进行封孔。TBW型矿用封孔泵主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔，该泵自身具有搅拌、输送高稠度浆料功能，封孔质量可靠，封孔工艺简单，使用方便，易于维护。
表3-2 TBW型矿用封孔机参数表
6.检测设备
为保证瓦斯抽采系统安全运行和达到较好抽采效果，对抽采实施检测。
（1）抽采泵站必须安设瓦斯浓度检测装置及仪器，实现自动连续检测。瓦斯浓度超限，能够自动报警，瓦斯泵站瓦斯超限时，还能自动切断电源停机。
（2）对于对于水环式真空泵必须设置缺水保护装置，在抽采泵冷却水不足或断水时，能报警并自动停机。
（3）抽采泵吸气侧应安设防护网，防止杂物进入泵内而损坏设备。 （4）抽采瓦斯系统投入运行后，对瓦斯抽采参数（如抽采负压、抽采流量、瓦斯浓度等）应进行连续性检测，其具体功能和要求如下：
①以分、时、班、天为单位，检测并统计瓦斯抽采的混合量和蠢量； ②应根据瓦斯抽采参数的变化（如钻孔抽采衰减趋势，抽采负压和流量的相互关系等），及时对抽采系统进行相应调整货采取有效技术措施，提高抽采效果；
③及时发现瓦斯抽采系统及抽采泵站存在的故障和隐患。
（5）在瓦斯抽采系统的主管、支路和钻场管路上安设孔板流量计，配合相应的仪器、仪表，可以对其抽采负压、瓦斯浓度、流量进行定期检测。
（6）在瓦斯抽采硐室顶部应悬挂安设便携式瓦斯监测报警仪，对硐室瓦斯浓度进行检测。
（7）抽采钻场应设置瓦斯传感器，对其瓦斯浓度进行连续检测。有自燃发火的煤层，还应设置温度传感器和CO传感器。
（8）瓦斯抽采泵站值班人员，应对抽采泵的运行状况（如电机温度、各部轴承温度、冷却水进出水温等）以及抽采泵周围进行巡查监视，发现不安全隐患和异常现象，及时向矿调度室汇报，并积极采取措施进行处理和防范。
第六章 安全技术措施
1、抽放容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时，必须经常检查一氧化碳浓度和气体温度参数的变化，发现有自然发火征兆时，应当立即采取措施。
2、井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并应当有防止砸坏管路的措施。
3、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25%。
4、利用瓦斯时，在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防回风和防爆炸作用的安全装置。
5、抽采的瓦斯浓度低于30%时，不得作为燃气直接燃烧；用于内燃机发电或作其他用途时，瓦斯的利用、输送必须按有关标准的规定，并制定安全技术措施。
6、瓦斯抽采泵站司机及维修人员，必须经过培训合格取得合格证，做到持证上岗。
7、抽采泵站的司机及值班人员要熟悉瓦斯抽采的有关规定，掌握各种安全监控仪表和设备的用途及其操作程序。
8、瓦斯抽采泵等设备和管路系统要进行日常的检查，并做好记录。 9、要配有专人对抽采管路上安设的瓦斯流量、浓度、负压、温度等检测装置和瓦斯断电系统定期进行巡回检测，掌握不同时间的抽采状况和监测装置的运行情况。
10、要配有专人对管路进行采水和管路维护、处理管路积水和漏气等，以保证管路畅通无阻。定期用草酸对泵体除垢。
11、瓦斯抽采检测仪表齐全，定期校正。
12、瓦斯抽采系统运行前，必须对瓦斯抽采泵及管路系统进行全面检查，检查的内容主要有：瓦斯抽采泵电气设备的完好、水电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统、正负压侧管路的密封、管路内的锈垢等，在确认无问题后方可正常运行。
13、 瓦斯抽采泵运行过程中，严格按照抽采泵的操作规程操作，严格执行现场交接班制度。
14、瓦斯抽采泵运行过程中，抽采泵司机必须认真观察抽采泵的运行情况，做好运行状况记录。要加强瓦斯抽采参数（抽采量、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、负压、温度、氧气）测定。人工测定时，泵站内每小时测定1次，抽采管路内每班至少测定1次。
15、抽采地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌，实行巡回检查，每班检查次数不少于2次，间隔时间要均衡。
16、抽采泵司机要携带便携式瓦斯监测报警仪，随时检查抽采泵站处瓦斯浓度，达到0.5%，必须断电停泵。
17、抽采泵站周围20m范围内电气设备防爆性能良好，不得有易燃、易爆物品，杜绝一切引爆火源，并要设置2只干粉灭火器和不少于0.2m3的黄沙，并设置两把防火锨等消防材料、设备。
18、抽采泵及开关附近20m范围内瓦斯浓度达到0.5%不得开泵；在抽采泵上方距顶板300mm处安装一个甲烷传感器，其断电浓度为T CH4≥0.5%，复电浓度为T CH4＜0.5%，断电范围为抽采泵及开关电源。
19、抽采管路不得与带电体接触。必须保护好瓦斯抽采管路，严禁砸撞管路，一旦撞坏，必须立即通知泵站司机停泵，并汇报调度室通知有关人员进行处理。
20、加强瓦斯抽采泵正、负压侧管路的检查和维护，每天安排专人对所有管路及采水处进行巡回检查，发现问题及时处理，确保抽采管路处于完好状况。
21、拆开管路时，要先停机30分钟以后，再先慢慢拆开一至二个螺丝边检查瓦斯浓度，边释采瓦斯，禁止不检查瓦斯盲目拆卸阀门管路，防止高浓度瓦斯大量涌出。
22、加强瓦斯抽采泵站的检查和管理，瓦斯抽采泵站内必须配备《抽采泵司机岗位责任制》、《抽采泵司机操作规程》、《瓦斯抽采管理制度》、《抽采系统图》、交接班记录、设备运行记录、抽采参数记录等。
23、瓦斯抽采泵站的电气设备必须完好，达到防爆要求。设置完善的水电闭所、风电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统等。
24、每班必须有专人检查电缆及电器设备，不得有失爆现象。用于抽采瓦斯的器材必须阻燃、抗静电。
25、禁止带电检修设备，打开电器设备检修前，必须检查瓦斯，瓦斯浓度超过0.5％，禁止打开。
26、严格按照程序进行瓦斯抽采泵的操作：
①启动：开启吸气闸阀及排气闸阀；开启进水闸阀供水当水环真空泵自动排水阀有水流出时，关闭进水闸阀；启动电机，马上打开进水闸阀，调节供水阀门使水环真空泵的供水符合规定的流量要求；运转过程中，检查水环真空泵填料松紧程度是否合适，以水滴连续流下为宜；检查压力表压差是否稳定；检查抽采泵运转声音是否正常；泵是否振动；检查气水分离器水位是否稳定；检查排水温度是否正常，一般不超过供水温度11℃，供水水压符合泵站说明书要求。 ②停机：关闭进气闸阀；关闭电动机；关闭供水闸阀。
27、瓦斯抽采泵站内必须设有直通调度室的电话。
28、抽采泵进气口端，应装上20－30目/英寸铜质过滤网。过滤网装夹在管路法兰之间，过滤网外圆周要留有一定的装夹余量，以免吸入泵体,过滤网至少每班清一次，发现负压过高，电机声音异常，及时停泵清网。
29、对采空区抽采负压, 温度, 气体成分严格控制. 当温度超过50℃或CO浓度超过0.005%时,要及时采取措施，或停止抽采
30、其它按照《煤矿安全规程》、《煤矿安全技术操作规程》、《矿井瓦斯抽采管理规范》执行。
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矿井瓦斯防治课程设计
课程名称： 瓦斯抽采设计
指导教师：
姓 名：
班 级： 通 风
时 间：
重庆工程职业技术学院
前 言
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，严重威胁着煤矿
的安全生产，威胁着煤矿千千万万工人的生命安全，所以矿井瓦斯防
治成了煤矿重中之重，只有把煤矿瓦斯处理好了，煤矿才有得效益可
言。为了煤矿事业的安全发展，我们做了这个瓦斯防治课程设计，希
望能为煤矿事业做出贡献。本次矿井瓦斯防治课程设计主要根据《煤
矿安全规程》（2011年版）、《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）、
《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规
定》《煤 矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）
此次设计的主要内容：松藻煤矿矿井概况、矿井瓦斯储量及可抽
量预测、矿井瓦斯抽采的必要性和可行性分析、瓦斯抽采系统设计、
瓦斯抽采系统与设备选型、安全技术措施。绘制抽采系统图、钻孔布
置图。
本次设计在陈老师指导下顺利完成，由于编制时间有限以及编者
水平有限，所以此次瓦斯防治设计存有错误，望老师、领导批评指正。
目录
第一章 矿井概况 ........................................................................................................................... 1
一、地形地貌 ........................................................................................................................... 1
二、气候 ................................................................................................................................... 1
三、地层煤质 ........................................................................................................................... 1
四、松藻煤矿 ......................................................................................... 错误！未定义书签。
第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测 ............................................................................................. 2
第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性 ..................................................................................... 4
一、矿井瓦斯来源分析 ........................................................................................................... 4
二、矿井瓦斯抽采的必要性 ................................................................................................... 4
三、瓦斯抽采的的可行性 ....................................................................................................... 6
第四章 瓦斯抽采系统设计 ............................................................................................................. 7
一、抽采方式 ........................................................................................................................... 7
二、瓦斯抽采方法 ................................................................................................................... 7
三、抽采瓦斯方法选择 ........................................................................................................... 7
四、施工方法 ........................................................................................................................... 8
五、抽采参数的确定 ............................................................................................................... 9
第五章 瓦斯抽采系统与设备选型 ............................................................................................... 10
一、瓦斯泵的选型 ................................................................................................................. 10
二、抽放管道的选择 ............................................................................................................. 11
三、瓦斯管道阻力计算 ......................................................................................................... 12
四、抽放管道敷设 ................................................................................................................. 13
五、钻机及封孔泵选型 ......................................................................................................... 13
六、检测设备 ......................................................................................................................... 14
第六章 安全技术措施 ................................................................................................................... 16
第一章 矿井概况
1.矿井基本情况
松藻煤矿1957年6月建井，井田南北长9.2km，东西宽2.5km，面积17.01km2，
2005年矿井核定生产能力为1000kt/a。，2013年矿井瓦斯等级鉴定结果为煤与
瓦斯突出矿井，矿井有K1、K2b、K3b三层煤可采，K1、K3b为强突出层，K2b为不突
出层，作为保护层开采，煤层厚度分别为1.15、0.85、1.20m，倾角45°。煤层
为不易自燃煤层，煤尘均有爆炸危险性。K1煤层瓦斯含量为18.65m/min，K2b煤
层瓦斯含量为9.63m3/t，K3b煤层瓦斯含量为29.16m3/t ，矿井利用穿层钻孔进
行瓦斯抽采。
2.地形地貌
松藻矿区位于渝东南边缘与贵州高原的过渡地带，山脉走向与构造线方向基
本一致，地势由东向西逐渐降低，地形最高点山羊洞标高122760m，最低点为西
缘松坎河赵家坎附近，标高约300m，相对高差约900m左右，属中山到低山地形
中切割区地形坡角10～30°，一般20°。其中，松藻煤矿两端被河流所切，整
个煤矿为一侵蚀剥蚀类型的河间地块，地貌单元两侧地形陡峻呈山高谷深的V
型地貌，煤矿中部被沿地层倾向发育的马家沟和杨家沟切割，展现呈岗岭状梁状
中低山地貌。
3.气候
本区属亚热带湿润气候温湿多雨，阴雨天占全年的50%左右，冬季山上时有
积雪 ，气温年平均在，降雨量年总量在957.7～1129.5mm间。
相对湿度年平均为78～80 %
绝对湿度年平均为17.4～18.1mg/m3
4.地层煤质
地区煤层属中灰-高灰，富硫-高硫，低磷的无烟煤，煤炭地质储量12.5亿
t，工业储量9.8亿t。
3
第二章 矿井瓦斯储量及可抽量预测
矿井瓦斯储量为矿井可采煤层的瓦斯储量、受才动影响后能够向开采空间排
放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。瓦斯储量的大小标志着瓦斯资源多少，同
时亦是衡量有无开发利用价值的重要指标，可按下式计算：
Wk=W1+W2+W3
式中：Wk——矿井瓦斯储量，Mm3；
W1——可采煤层的瓦斯储量，Mm3；
W1=∑A1i×X1i（Mm3）
A1i—矿井可采煤层i的地质储量，Mt；
X1i—矿井可采煤层i的瓦斯储量，M3/t；
W2—受采动影响后能够想开采空间排放瓦斯的各部可采煤层的总瓦
斯储量，
W2=∑A2i×X2i（Mm3）
A2i--受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；
X2i—受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含
量,M3/t；
W3—受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，实测可
按下式计算
W3=K（W1+W2）
K—围岩瓦斯储量系数，取K=0.1
AL1 =17.01×1.15×1.38×106t=2.6×107t
AL2=17.01×0.85×1.38×10t=2.0×10t
AL3=17.01×1.20×1.38×106t=2.8×107t
W1=2.6×18.65+2.0×9.063+2.8×39.16×107t=1.78×109m3
W3=0.1×1.78×109=1.78×108m3
Wk=（1.78+0.178）×109t=1.96×109m3
矿井可开发瓦斯量（或称可抽放量）是指在既定的开采技术条件下，按目前67
的抽放技术水平所能抽出的最大瓦斯量。它反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与
其抽放工艺和抽放能力密切相关，一般按下式计算:
Wkc=ηk×Wk
式中：Wkc—矿井可抽瓦斯量，Mm3；
ηk—矿井瓦斯抽放率，按我国目前的技术水平，取30%；
Wk--矿井瓦斯储量，Mm3；
Wkc=0.3×1.958×109=3.29×108m3
因此，该矿的瓦斯储量为1.96×109m3，可抽瓦斯量为3.29×108m3。
第三章 矿井瓦斯抽采的必要性和可行性
1.矿井瓦斯来源分析
重庆松藻煤电公司松藻煤矿开采的K1、K3b为强突出层，K2b为不突出层，
作为保护层开采。
矿井瓦斯来源分析
（1）临近煤层卸压瓦斯涌出，由于矿井煤层间距小，保护层开采后，本层
和上、下邻近层卸压瓦斯会大量涌向保护层采煤工作面。工作面受到采动影响，
瓦斯大量涌向工作面。
（2）煤岩壁瓦斯涌出，揭露煤层后，煤暴露的自由面大而且分布广，从自
由面向媒体深处瓦斯压力呈上升趋势，媒体中形成瓦斯压力梯度，从而瓦斯由媒
体深处向煤壁方向。
（3）掘进工作面瓦斯涌出，由于掘进巷道时破坏了煤层原始应力平衡状态
和媒体瓦斯压力平衡，在媒体中形成了较大的瓦斯压力梯度。使瓦斯向煤壁大量
涌出。
（4）采空区瓦斯涌出，受到采动影响的卸压邻近层(包括上下邻近层，不可
采层及围岩）以及开采层本身丢煤（包括煤柱）涌出瓦斯。
2.矿井瓦斯抽采的必要性
瓦斯抽采的目有：为了确保矿井安全生产，防止或减少瓦斯浓度超限；为了
开发利用瓦斯资源，变害为利。矿井瓦斯抽采的的意义：
（1） 煤矿安全生产治本之策；
（2） 增加能源有效供给有效措施；
（3） 减少环境污染重要举措；
（4） 煤炭工业的可持续发展需要；
（5） 一个新的经济增长点。
对于一个矿井或一个采区（工作间）是否必要抽采瓦斯，首先要从安全生产
的角度考虑，即当采用通风方法解决瓦斯超限问题不可能或不合理时，就应
采取抽采措施；其次，应从改善职工劳动条件和充分利用瓦斯资源等方面综
合考虑抽采的必要性，当然，也包括经济上的合理性。
（一）从安全生产角度衡量瓦斯抽采的必要性
衡量一个瓦斯矿井是否有必要抽采，可以根据以下几点：
（1）对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，故矿井瓦斯涌出量超
过通风所能稀释瓦斯量时，即应考虑抽采瓦斯；
对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量大于5m³/min，掘进工作面瓦斯涌
出量大于3m³/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽采瓦斯；对于
全矿井，一般认为，绝对瓦斯涌出量大于30m³/min，或相对瓦斯涌出量大于15 ~
25m³/t时应抽采瓦斯；开采保护层时应考虑抽采保护层瓦斯；对于突出煤层，可
以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。
《煤矿安全规程》第145条规定，有下列情况之一的矿井，必须建立地面永
久抽采瓦斯系统或井下临时抽采系统：
（1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m³/min或一个掘进工作面瓦斯涌
出量大于3m³/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。
（2）矿井绝对瓦斯量达到以下条件：
①大于或等于40m³/min。
②年产量1.0~1.5Mt的矿井，大于30m³/min。
③年产量0.6~1.0Mt的矿井，大于25m³/min。
④年产量0.4~0.6Mt的矿井，大于20m³/min。 ⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m³/min。
（3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
综合本矿井实际，松藻煤电公司松藻煤矿属于煤与瓦斯突出矿井，K1、K3ƅ
为强突出层，煤矿所属煤层透气性差，且煤层埋深增加，瓦斯赋存量大，煤与瓦
斯突出危险性严重，根据矿井瓦斯涌出量预测结果，K1煤层瓦斯含量为
18.65m³/min，K2ƅ煤层瓦斯含量为9.63m³/t，K3ƅ煤层瓦斯含量为29.16m³/t。受
工作面风速影响已经无法再增加风量，为了确保矿井的安全生产。按照《煤矿安
全规程》的相关规定，矿井必须进行瓦斯抽采，且必须建立地面永久抽采系统。
（二）从资源和环保的角度衡量瓦斯抽采的必要性
瓦斯是一种优质的能源，与人工制气相比，利用瓦斯具有成本低，清洁安全，
使用方便等显著的优势，如果将抽采出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，有效改
善能源结构。另外，通过抽采和瓦斯利用，可减少瓦斯对大气的污染（据相关资料分析研究表明，CH4对臭氧层的破坏比CO2大16倍），对保护人类生存环境具有
至关重要的作用。
因此，瓦斯抽采具有显著的经济效益和社会效益。
3.瓦斯抽采的的可行性
开采层瓦斯抽采的可行性，是指煤层在天然透气性条件下进行预抽的可能性。衡量其抽采难易程度的指标有两个，一是煤层的透气性系数λ,二是钻孔瓦斯流量衰减系数α。见下表
煤层透气性系数λ及钻孔瓦斯流量衰减系数α
煤层抽采瓦斯难易程度分级表
重庆松藻煤电有限公司松藻煤矿属于“煤与瓦斯突出矿井”。K1、K3ƅ为强突出层，K2ƅ为不突出层，作为保护层开采。
在2013年的矿井瓦斯等级鉴定中，煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯难易程度的标志之一。钻孔流量衰减系数在0.003~0.05之间，属于可以抽采；煤层透气性系数在10~0.1之间，属于可以抽采。
根据上述分析，煤矿可以进行煤层瓦斯抽采。
第四章 瓦斯抽采系统设计
1.抽采方式
目前所采用的煤层气抽采方式主要分为两种,一是采用地面钻孔煤层气排采技术从地面对煤层气进行抽采,二是在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。
由于重庆松藻煤电公司松藻煤矿为生产矿井，属于“煤与瓦斯突出矿井”。K1、K2b、K3b煤层都是煤与瓦斯突出煤层。必须进行瓦斯抽采降低瓦斯浓度。因此
才在矿井井下利用顺层和穿层钻孔等方式抽采煤层气。
2.瓦斯抽采方法
瓦斯是一种优质的能源，与人工制气相比，利用瓦斯具有成本低，清洁安全，使用方便等显著的优点。如果将抽出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，有效改善能源结构，近年来，随着煤矿开采深度增大和开采强度的提高，矿井瓦斯涌出量增大，抽采瓦斯已越来越成为高瓦斯煤层开采的一个必不可少的重要环节，并为煤矿瓦斯利用提供了重要条件。
3.抽采瓦斯方法选择
（1） 选择抽采瓦斯方法的原则
抽采瓦斯方法的选择，主要是根据矿井（或采区、工作面）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。目前抽采瓦斯方法主要有：开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等，选择具体抽采瓦斯方法时根据煤与瓦斯突出矿井的特点，应遵循如下原则：
①抽采瓦斯方法应适合煤层赋存状况、巷道布置、地质条件和开采技术条件。 ②应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以提高瓦斯抽采效果。
③巷道布置在满足瓦斯抽采的前提下，应尽可能利用生产巷道，以减少抽采工程量。
④选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。
⑤选择的抽采方法应有利于提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯抽采成本。
⑥抽采方法应有利于钻场、钻孔的施工和抽采系统管网的布置，有利于增加钻孔的抽采时间。
⑦坚持“应抽尽抽、先抽后掘、先抽后采”的瓦斯抽采原则。
⑧坚持“本层抽采、邻近层抽采、采空区抽采和岩溶瓦斯抽采”相结合的综合抽采原则。
⑨坚持掘前预抽、采前预抽、卸压抽采、残抽等综合抽采原则。 ⑩坚持“多钻孔、高负压、严封闭、长期抽”的原则。
11坚持“大流量、大管径、高抽泵、多回路”的抽采原则。 ○
12在关键的地点、○工期紧的地点要选择深孔预裂爆破等方法增加煤层的透气
性。
13坚持试验、推广新技术、新工艺、新钻机、新钻具等将钻孔穿透工作面，○
消除抽采空白带。
14坚持高效抽、有利于开发的原则。 ○
2. 抽采瓦斯方法概述
瓦斯抽采工作经过几十年的不断发展和提高，人们也提出了各种各样的瓦斯抽采方法。一般按不同的条件进行不同的分类，其主要有：
(1)按抽采瓦斯来源分类，可分为本煤层瓦斯抽采、临近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采和围岩瓦斯抽采；
(2)按抽采瓦斯的煤层是否卸压分类，可分为未卸压煤层抽采和卸压煤层抽采；
(3)按抽采瓦斯与采掘时间关系分类，可分为煤层预抽瓦斯、边采(掘)边抽和采后抽采瓦斯；
(4)按抽采工艺分类，可分为穿层钻孔抽采、巷道抽采和钻孔巷道混合抽采。
4.施工方法
根据矿井瓦斯赋存及涌出特点，考虑矿井煤层透气性系数低，结合矿井多年来的抽采经验，以及松藻煤电有限公司所属各矿井的生产经验，同时考虑到矿井开拓煤层开采顺序，煤层厚薄不均，煤层顶底板多为泥岩、粉砂岩，遇水易膨胀等因素，矿井的瓦斯抽采方法设计采用穿层钻孔进行瓦斯抽采方法。具体如下：
穿层钻孔抽采
利用本层运输、回风巷对应的茅口灰岩中的专用瓦斯抽采巷，向上打穿层密
集网格式钻孔，对K2b和K3b等煤层分别进行预抽和卸压抽采。
钻场设在开采层运输、回风巷对应的茅口灰岩中的专用瓦斯抽采巷中，由钻场向开采煤层打穿层钻孔，抽采邻近层中的瓦斯。其优点有：一是抽采钻孔可实现一孔多用，抽采时间一般较长，既可对首采层及下邻近层实行预抽和卸压抽采，还可用作首采层回采后的采空区抽采；二是钻场处于主要岩石巷道内，故而相对的减少了巷道的维修工作量；三是抽采设施的施工和维护也较方便；四是多条并联的专用瓦斯巷减小矿井通风阻力。
K2保护层穿层抽采
K2b煤层为薄煤层，与K3b煤层相比较，突出危险性相对较弱，本次设计将K2b煤层作为保护层首先开采。
K2b煤层为突出煤层，必须进行大面积预抽，作为开采K2b煤层的区域性防突措施，以保证开采K2b保护层的安全。
矿井煤层为近水平煤层，K2b煤层平均厚度0.85m，提前掘进专用底板瓦斯抽采巷，利用抽采巷布置煤层穿层钻孔大面积预抽K2b煤层瓦斯。间距50m,在瓦斯巷内每隔5m布置钻场，由钻场向开采煤层施工穿层钻孔。
K3煤层为本矿井主采层，突出危险性较大，因此考虑抽采K3煤层的卸压瓦斯，以消除K3煤层突出危险性，保证保护层工作面顺利推进。提前掘进专用底板瓦斯抽采巷，利用抽采巷布置煤层穿层钻孔大面积抽K3煤层瓦斯。专用瓦斯抽采巷布置在茅口灰岩中，在瓦斯巷内每隔5m布置钻场，由钻场向开采煤层施工穿层钻孔，贯穿煤层全厚。
5.抽采参数的确定 （1）钻场位置
钻场布置在水平口茅口大巷，南翼全长5km。 （2）钻孔参数 封孔长度：5-8m。 钻孔抽采半径：5m。
封孔方式：聚胺酯封孔或者用一定比例的石膏水泥沙浆进行机械封孔。 钻场间距：50m，阶段垂高120m。
钻孔布置方式：采用多排扇形布置，均匀布孔，钻孔分别终孔于K1 ，K3煤层。
第五章 瓦斯抽采系统与设备选型
1.瓦斯泵的选型
1.1抽采瓦斯泵能力核定及设备选型 （1） 抽采瓦斯泵压力计算
1抽采泵吸气侧管内绝对压力 ○
抽采瓦斯泵吸气侧管内绝对压力按下式计算： HX-PO-HZ，kPa
式中：HX—瓦斯泵吸气侧绝对压力，kPa PO—泵站当地大气压，kPa；取98.5~99kPa
HZ—泵站负压端总阻力，kPa。
经计算得，矿部泵站瓦斯抽采泵吸气侧管内绝对压力为和46.43kPa。
2抽采泵工作压力 ○
在选择抽采泵时，泵的工作压力既要考虑系统管路沿途阻力损失（摩擦阻力和局部阻力）、抽采孔孔口负压、送气端正压，还要考虑一定备用系数。抽采瓦斯泵工作压力按下式计算：
Hg=(Hz+Hy)k，kPa
式中：Hg—抽采额定工作压力，kPa，
Hz—抽采泵送气端正压力，kPa；取10kPa； Hy—备用系数，一般取1.2~1.3.
计算得，矿部泵站抽采瓦斯泵额定压力为75.08kPa。 1.2抽采瓦斯泵流量核定 抽采瓦斯泵流量按下式计算：
Qc
Qg=c∙η×k, m3/min
式中：Qg—抽采瓦斯泵在矿井标准状态下的额定流量，m3/min; Qc— 抽采泵吸气侧瓦斯纯流量，m3/min; C—抽采泵吸气侧瓦斯浓度；
η-抽采泵机械效率，一般取80%； K-备用系数，一般取1.2~1.3
经计算，矿部泵站瓦斯泵在标准状态下的额定流量为和153m3/min。 由于目前我国的真空泵性能曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需要把标准状态下泵的流量换算成工况状态下的流量。工况流量按下式计算：
101.325T
..Qgp293Qg=， m3/min
式中：Qg—抽采瓦斯泵在矿井标准状态下的额定流量，m3/min; T—抽采泵吸气侧管内温度，K：取平均值20℃，T=293(K); P—瓦斯泵吸气侧绝对压力，KPa：按⑧式计算。
计算得，矿部泵站抽采瓦斯泵工况流量为333.9m3/min。经查矿部泵性能特性曲线，矿部泵站SKA420瓦斯已不能满足矿井延深三水平瓦斯抽采的需要。
2.1抽采瓦斯泵瓦斯泵选型
根据上述计算，矿部站现用SKA420泵需要更换，所选瓦斯抽采泵要求在吸气侧绝对压力为46.43KPa下，额定压力不少于75.08KPa，流量不少于333.9m/min。经查2BEC50型水环式真空泵性能曲线，该泵能够满足矿井抽采瓦斯泵的需要，故可选择2BEC50型泵2台，其中1台工作，1台备用。电机选用315KW/6000V的配套电动机。
2010年4月前将+100水平抽放主管改造完成，并形成三水平首采面的抽放系统，2012年改造矿部420抽放泵。
3
2.抽放管道的选择
瓦斯抽采管路选择
抽采瓦斯管内径按以下式计算：
QD=0.145×v,m
式中：Q—管道内混合瓦斯流量（矿井标准状态），m3/min; V—管道内瓦斯平均流速，m/s,取合理平均流速10~15/s. 将三水平各管路流量代入 式进行计算，则三水平瓦斯抽采管路系统内径为：
105
主管内径：D+=0.1457×15=0.385(m)
71.64
干管内径：DT=0.1457×15=0.318(m) 37.5
分管内径：D分=0.1457×15=0.230（m) 31.25
支管内径：D支=0.1457×15=0.12.（m)
管径计算均按通过的最大流量计算。考虑与成品管道配套，拟选择主管管径Ф426×7、干管为Ф325×6（其中—300m茅口大巷使用Ф377+6）、分管为Ф273×5、支管为Ф217×5（其中钻场使用Ф159×4）的钢管。
3.瓦斯管道阻力计算
抽采管路阻力计算
计算管路阻力损失以泵站计算，以泵站抽采的生产水平最远抽采点为计算依据，管路系统阻力损失包括沿途摩擦阻力和局部阻力。
（1）瓦斯抽采管路摩擦阻力损失 按下式计算：
LQ2
5
H摩=35.28×KD,kPa
式中：H摩—抽采管道摩擦阻力。kPa； L—管道长度，m； D—管道内径，cm；
K—系数，D为10、15、>15（cm)时分别取0.62、0.7、0.71； Δ—管道内混合瓦斯对空气的相对密度，按下式计算：
p2931
Δ=101.325×T×1.293×[0.716c+1.293(1-c)]…………
P—管内绝对瓦斯压力，kPa,井下大气压取常年平均值97kPa; T—管内温度，取平均值20℃，T=293（K) C—管内瓦斯浓度。
将抽采系统中阻力最大、线路最长的各段管路已知数据带入式②、③，计算后逐段相加，即得系统最大摩擦阻力。
经计算，矿部泵站瓦斯抽采管路系统最多摩擦阻力为34.41kPa. (2)瓦斯抽采管路摩擦阻力损失
瓦斯抽采管路局部阻力取直管段的15％计算。则管路系统沿途阻力（即抽采管道总阻力）为：
Hg=1.15×HTG,kPa
式中：Hg—抽采管路沿途阻力，kPa。 经计算，矿部泵站沿途阻力损失为：
矿部泵站系统：Hg2=1.15×31.89=39.57（kPa)。 （3）瓦斯抽采泵站总阻力（总负压）按下式计算 HZ=Hg+HK，kPa
式中：HZ—泵站负压端总阻…力，kPa； HK—抽采钻孔孔口负压，kPa，取13kPa。
计算得，矿部泵站抽采系统总阻力为52.57kPa，能够满足抽采瓦斯的需要。
4.抽放管道敷设
瓦斯抽采泵设在主平硐地面，矿部泵站安装SKA-420型（160kw）水环式真空泵2台，1台运行。1台运行，1台备用。
5．钻机及封孔泵选型
（1）钻机
本矿瓦斯抽采采用以底板岩巷穿层网格预抽为主的综合抽采方法，钻孔较长且多穿岩层布置。根据目前国内各生产厂家的各种钻机型号、性能、使用环境及价格等进行调研后，穿层钻孔和本层钻孔全部采用重庆煤科分院生产的ZYG—150型系列钻机施工，该钻机设计能力150m，配套钻杆直径Φ42mm(ZYG—150钻机主要性能参数见表3-1），钻头采用YG6硬质合金，穿层钻孔终孔孔径一般为Φ65mm，全部采用水排粉，水压在4Kg左右，本层钻孔终孔孔径为Φ86mm，采用螺旋加压风排粉。该钻机具有功率大、操作简单、体积小、重量轻、解体性能好、搬运安装方便、传动效率高、不卡钻、进退自由等优点。
表3-1 ZYG—150型主要性能参数表
矿井配置钻机ZYG—150型钻机20台，其中使用17台，3台备用。 （2）封孔泵
采用机械封孔泵封孔，封孔长度容易达到设计要求，封孔效率高，
钻孔封孔效果好。瓦斯抽采钻孔推荐采用TBW型矿用封孔泵进行封孔。TBW型矿用封孔泵主要应用于煤矿瓦斯抽采封孔，该泵自身具有搅拌、输送高稠度浆料功能，封孔质量可靠，封孔工艺简单，使用方便，易于维护。
表3-2 TBW型矿用封孔机参数表
6.检测设备
为保证瓦斯抽采系统安全运行和达到较好抽采效果，对抽采实施检测。
（1）抽采泵站必须安设瓦斯浓度检测装置及仪器，实现自动连续检测。瓦斯浓度超限，能够自动报警，瓦斯泵站瓦斯超限时，还能自动切断电源停机。
（2）对于对于水环式真空泵必须设置缺水保护装置，在抽采泵冷却水不足或断水时，能报警并自动停机。
（3）抽采泵吸气侧应安设防护网，防止杂物进入泵内而损坏设备。 （4）抽采瓦斯系统投入运行后，对瓦斯抽采参数（如抽采负压、抽采流量、瓦斯浓度等）应进行连续性检测，其具体功能和要求如下：
①以分、时、班、天为单位，检测并统计瓦斯抽采的混合量和蠢量； ②应根据瓦斯抽采参数的变化（如钻孔抽采衰减趋势，抽采负压和流量的相互关系等），及时对抽采系统进行相应调整货采取有效技术措施，提高抽采效果；
③及时发现瓦斯抽采系统及抽采泵站存在的故障和隐患。
（5）在瓦斯抽采系统的主管、支路和钻场管路上安设孔板流量计，配合相应的仪器、仪表，可以对其抽采负压、瓦斯浓度、流量进行定期检测。
（6）在瓦斯抽采硐室顶部应悬挂安设便携式瓦斯监测报警仪，对硐室瓦斯浓度进行检测。
（7）抽采钻场应设置瓦斯传感器，对其瓦斯浓度进行连续检测。有自燃发火的煤层，还应设置温度传感器和CO传感器。
（8）瓦斯抽采泵站值班人员，应对抽采泵的运行状况（如电机温度、各部轴承温度、冷却水进出水温等）以及抽采泵周围进行巡查监视，发现不安全隐患和异常现象，及时向矿调度室汇报，并积极采取措施进行处理和防范。
第六章 安全技术措施
1、抽放容易自燃和自燃煤层的采空区瓦斯时，必须经常检查一氧化碳浓度和气体温度参数的变化，发现有自然发火征兆时，应当立即采取措施。
2、井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并应当有防止砸坏管路的措施。
3、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25%。
4、利用瓦斯时，在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防回风和防爆炸作用的安全装置。
5、抽采的瓦斯浓度低于30%时，不得作为燃气直接燃烧；用于内燃机发电或作其他用途时，瓦斯的利用、输送必须按有关标准的规定，并制定安全技术措施。
6、瓦斯抽采泵站司机及维修人员，必须经过培训合格取得合格证，做到持证上岗。
7、抽采泵站的司机及值班人员要熟悉瓦斯抽采的有关规定，掌握各种安全监控仪表和设备的用途及其操作程序。
8、瓦斯抽采泵等设备和管路系统要进行日常的检查，并做好记录。 9、要配有专人对抽采管路上安设的瓦斯流量、浓度、负压、温度等检测装置和瓦斯断电系统定期进行巡回检测，掌握不同时间的抽采状况和监测装置的运行情况。
10、要配有专人对管路进行采水和管路维护、处理管路积水和漏气等，以保证管路畅通无阻。定期用草酸对泵体除垢。
11、瓦斯抽采检测仪表齐全，定期校正。
12、瓦斯抽采系统运行前，必须对瓦斯抽采泵及管路系统进行全面检查，检查的内容主要有：瓦斯抽采泵电气设备的完好、水电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统、正负压侧管路的密封、管路内的锈垢等，在确认无问题后方可正常运行。
13、 瓦斯抽采泵运行过程中，严格按照抽采泵的操作规程操作，严格执行现场交接班制度。
14、瓦斯抽采泵运行过程中，抽采泵司机必须认真观察抽采泵的运行情况，做好运行状况记录。要加强瓦斯抽采参数（抽采量、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、负压、温度、氧气）测定。人工测定时，泵站内每小时测定1次，抽采管路内每班至少测定1次。
15、抽采地点必须建立专用的瓦斯检查记录牌，实行巡回检查，每班检查次数不少于2次，间隔时间要均衡。
16、抽采泵司机要携带便携式瓦斯监测报警仪，随时检查抽采泵站处瓦斯浓度，达到0.5%，必须断电停泵。
17、抽采泵站周围20m范围内电气设备防爆性能良好，不得有易燃、易爆物品，杜绝一切引爆火源，并要设置2只干粉灭火器和不少于0.2m3的黄沙，并设置两把防火锨等消防材料、设备。
18、抽采泵及开关附近20m范围内瓦斯浓度达到0.5%不得开泵；在抽采泵上方距顶板300mm处安装一个甲烷传感器，其断电浓度为T CH4≥0.5%，复电浓度为T CH4＜0.5%，断电范围为抽采泵及开关电源。
19、抽采管路不得与带电体接触。必须保护好瓦斯抽采管路，严禁砸撞管路，一旦撞坏，必须立即通知泵站司机停泵，并汇报调度室通知有关人员进行处理。
20、加强瓦斯抽采泵正、负压侧管路的检查和维护，每天安排专人对所有管路及采水处进行巡回检查，发现问题及时处理，确保抽采管路处于完好状况。
21、拆开管路时，要先停机30分钟以后，再先慢慢拆开一至二个螺丝边检查瓦斯浓度，边释采瓦斯，禁止不检查瓦斯盲目拆卸阀门管路，防止高浓度瓦斯大量涌出。
22、加强瓦斯抽采泵站的检查和管理，瓦斯抽采泵站内必须配备《抽采泵司机岗位责任制》、《抽采泵司机操作规程》、《瓦斯抽采管理制度》、《抽采系统图》、交接班记录、设备运行记录、抽采参数记录等。
23、瓦斯抽采泵站的电气设备必须完好，达到防爆要求。设置完善的水电闭所、风电闭锁、瓦斯电闭锁、供水及排水系统等。
24、每班必须有专人检查电缆及电器设备，不得有失爆现象。用于抽采瓦斯的器材必须阻燃、抗静电。
25、禁止带电检修设备，打开电器设备检修前，必须检查瓦斯，瓦斯浓度超过0.5％，禁止打开。
26、严格按照程序进行瓦斯抽采泵的操作：
①启动：开启吸气闸阀及排气闸阀；开启进水闸阀供水当水环真空泵自动排水阀有水流出时，关闭进水闸阀；启动电机，马上打开进水闸阀，调节供水阀门使水环真空泵的供水符合规定的流量要求；运转过程中，检查水环真空泵填料松紧程度是否合适，以水滴连续流下为宜；检查压力表压差是否稳定；检查抽采泵运转声音是否正常；泵是否振动；检查气水分离器水位是否稳定；检查排水温度是否正常，一般不超过供水温度11℃，供水水压符合泵站说明书要求。 ②停机：关闭进气闸阀；关闭电动机；关闭供水闸阀。
27、瓦斯抽采泵站内必须设有直通调度室的电话。
28、抽采泵进气口端，应装上20－30目/英寸铜质过滤网。过滤网装夹在管路法兰之间，过滤网外圆周要留有一定的装夹余量，以免吸入泵体,过滤网至少每班清一次，发现负压过高，电机声音异常，及时停泵清网。
29、对采空区抽采负压, 温度, 气体成分严格控制. 当温度超过50℃或CO浓度超过0.005%时,要及时采取措施，或停止抽采
30、其它按照《煤矿安全规程》、《煤矿安全技术操作规程》、《矿井瓦斯抽采管理规范》执行。
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