抽出的瓦斯排放至地面, 还必须安装防爆, 防回火装置, 放空管, 避雷线等. 3). 计量装置及抽放参数测定
在井下与主管道汇合的各抽放支管处各安装一套WYS型管道气体参数监测仪(南
京科强科技实业有限公司产品), 计量各支管的瓦斯流量. 在抽放系统的主管道和各支管上安装一套WYS型管道气体参数监测仪(南京科强科技实业有限公司产品),计量整个抽放系统的瓦斯抽放量. 应用便携式孔板流量计测定单孔瓦斯流量.
也可以使用板流量计来测定管道中气体的流量. 在使用孔板流量计时要注意孔
板与瓦斯管道的同心度, 不能装偏. 在钻场内使用孔板流量计时, 应保证孔板前后各1m段平直, 不要有阀门和变径管. 在抽放瓦斯管末端安装孔板流量计时, 应保证孔板前后各5m段平直, 不要有阀门和变径管.
测定孔板两端的压差可采用倾斜水柱计, 测定抽放管路中的抽放负压可采用水
银计, 抽放管路中的瓦斯浓度可采用负压吸气筒和高浓度瓦斯检定器.
孔板流量计两侧的测压孔使用胶管分别与U形压差计(煤矿自备,长800mm)连接.
根据水银压差计测定的负压, 压差和高浓度瓦斯检测仪监测的抽放管路内的瓦斯浓度就可以通过公式来计算瓦斯抽放量.
除孔板流量计外, 也可以使用煤气表或瓦斯抽放管道监测系统作为流量测量装
置. 煤气表的量程应根据预计的单孔瓦斯流量确定. 一般地本煤层预抽钻孔使用J2.5型煤气表, 其最大允许的瓦斯流量为66L/min, 最小流量在1L/min以下.
测定单孔流量也可以使用WYS便携式瓦斯流量计. WYS型便携式瓦斯抽放多参数
测定仪是用于管径D≤100mm瓦斯抽放管道参数测定的智能化测量仪表, 特别适用于钻场单个钻孔封孔前, 封口后的参数测定. 是一种便携式矿用本质安全型仪器, 防爆标志为ibl(±150oC), 可测定的参数包括气体流量,瓦斯浓度和管道负压. 同时可测定抽放管道的瓦斯混合流量和纯甲烷流量. 测定的所有数据都可以储存, 显示和打印. 仪器具有掉电自动保护功能以及电源欠压提示功能. 仪器数据储存量大, 可存储综合测定数据100组. 单参数据300组.
仪器的主要特点是: 1).仪器本身自带涡街量传感器, 自成一体, 无需另外配备孔板, 均速管道或皮托管, 流量系数直接固化在软件中, 用户无法改变, 这可避免因输错系数而造成测定数据不准确的问题. 2).使用方便. 用户只需要软管与仪器连
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接好既可进行测量工作. 3).阻力损失小, 对气体流场影响小. 4).稳定可靠, 测量精度高.
4.3 瓦斯抽放泵选型计算
瓦斯抽放泵的选型原则有二个：
①泵的流量应满足抽放系统服务期限可能达到的最大瓦斯抽放量； ②泵的压力能克服最困难路线的管网阻力，使抽放钻孔达到足够的负压，并满足抽放泵出口正压需求.
4.3.1 瓦斯抽放泵流量计算方法
Q?100?QZ?K?/(X??) ……………………………(3－6)
式中:
Q — 瓦斯抽放泵所需额定流量，m3/min； Q z — 矿井抽放系统最大瓦斯抽放纯量，m3/min； X — 矿井抽放瓦斯浓度，%； K — 备用系数，K=1.20； η— 抽放泵机械效率，η=0.80.
本抽放系统设计抽放量为11.58 m3/min. 则瓦斯抽放泵所需额定流量计算如下:
Q = 100 x 11.58 x 1.2/(30 x 0.80) = 57.9 m3/min
4.3.2 瓦斯泵压力计算方法
瓦斯泵压力, 必须能克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压, 以及能满足泵出口正压之需求. 瓦斯泵压力按下式计算:
H?K?(Hzk?Hrm?Hrj?Hc) ………………………（3－7）
式中:
H — 瓦斯抽放泵所需压力，Pa； K — 压力备用系数，K=1.20；
Hzk — 抽放钻孔所需负压，Pa，取=14000Pa； Hrm — 井下管网的最大摩擦阻力，Pa； Hrj — 井下管网的最大局部阻力，Pa；
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Hc — 瓦斯泵出口正压，Pa，考虑今后瓦斯抽放利用的需要，取=15000Pa.
4.3.3 瓦斯抽放泵选型计算
表3－4 瓦斯泵流量、压力计算结果
Qz （m/min） 3X (%) 30 Hzk (Pa) 14000 Hrm (Pa) 3526.95 Hrj (Pa) 529.04 Hc (Pa) 15000 Q （m/min） 3H （Pa） 39667.19 11.58 38.60 根据前面的管路阻力损失计算得知, 矿井抽放管路系统的最大阻力损失为
8615.3Pa, 则:
H = (14000 + 3526.95 + 529.04 + 15000) x 1.2 = 39667.19 Pa
根据当地气象资料, 地面抽放站的压力为100000Pa, 泵的入口绝对压力为:
100000 – 39667.19 = 60332.81Pa, 实际取泵的入口压力为60KPa.
4.3.4 瓦斯抽放泵选型
根据上述计算结果, 查国内有关厂家的真空泵曲线, 即可确定瓦斯抽放泵的型
号. 由于目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的, 所以还需要按下列公式把标准状态下的瓦斯流量换算成工况状态下的流量.
Q泵工 = Q泵
式中:
Q泵工 – 工况状态下的瓦斯泵流量, m3/min; Q泵 – 标准状态下的瓦斯流量, m3/min; P0 – 标准大气压力(P0=101325Pa), Pa; P – 瓦斯泵入口绝对压力, Pa;
T - 瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度(T=273+t), K;
T0 – 按瓦斯抽放行业标准规定的标准状态下绝对温度(T0=273+20), K; t - 瓦斯泵入口瓦斯的温度, oC.
P0TPT0 (3-8)
取瓦斯泵入口温度t = 20oC, 则:
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Q泵工 = 57.9 x
101325x29360000x293
= 97.78 m3/min
根据上述计算结果, 通过淄博, 武汉, 新乡, 佛山等国内真空泵生产厂家产品的
市场调查, 建议选用2台广东省佛山水泵厂有限公司生产的水环真空泵质量最好, 而且节能. 通过查泵的性能曲线(见附图), 可以选择CBF410-2型或CBF360-2型水环真空泵. 由于CBF360-2型(510r/min)是该系列的最高档, 其能耗高于CBF410-2型(330r/min). 建议选择CBF410-2型(330r/min). 一旦将来随着技术进步, 抽放效率提高, 可以通过更换电机把抽气量提高至170m3/min. 在60KPa压力状态下CBF410-2型(330r/min)的工况流量为121.0m3/min, 泵的转速为330r/min, 电机功耗为96KW, 电压380/660v, 耗水量(吸入压力>400mbar)5.3-12.0 m3/h.
CBF410-2型水环真空泵主要功能及技术参数:
CBF410-2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 瓦斯抽放泵站布置
5.1 瓦斯抽放泵
某煤矿总回风巷瓦斯浓度较高, 矿井总风量较小, 如果将瓦斯抽放泵安装在井下把抽出的瓦斯排到总回风巷, 极有可能造成总回风瓦斯超限. 因此, 根据矿井采掘的具体位置及开拓布置, 确定将抽放泵站设在矿井材料井较近处且无地质,洪水等灾害影响, 地势平坦的地点. 地面瓦斯泵房位置选择如附图1所示.
抽放泵站由瓦斯泵房, 配电值班室组成. 瓦斯泵房长8.0m, 宽6.0m, 高3.5m. 值班室3 x 3 x 3.5m, 3 x 3 x 3.5m. 瓦斯抽放泵房布置图如附图2所示.
瓦斯抽放泵房围墙或栅栏的圈定范围应当保障泵房周围50m范围内无居民, 20m内无明火, 不得有易燃, 易爆物品, 并配备至少4只干粉灭火器和大于0.5m3的黄砂. 在泵站周围设有防火栓. 抽放泵站是具有爆炸危险的甲类厂房, 设计门窗作为泄压
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面积, 泄压与厂房体积比应在0.05-1.22之间, 瓦斯抽放泵房采用不燃性材料构成. 其土建工程设计和施工由某煤矿自行完成.
地面抽放泵站主要建筑为泵房，抽放泵房内设有配电装置, 瓦斯泵、分水器、管路、阀门等设备.在泵房附近进出口处设有放水器、防爆防火装置(图5-1)、放空管、压力测定、流量测定装置、采样孔、阀门等附属装置.
图5-1 水封式防爆, 防回火装置
1 - 入口瓦斯管; 2 - 出口瓦斯管; 3 - 水封罐; 4 - 橡胶盖(胶皮板);
5 - 注水管口; 6 – 水位计; 7 – 支承柱; 8 – 放水管.
瓦斯抽放泵房内的所有设备和仪表均选用防爆型. 图5-2地面瓦斯抽放泵站布置示意图.
5.2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.
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