矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
使用不同型号的钻机，钻场宽度不同。一般每个钻场打3～5个孔时，钻场宽度见表5-1。 表5-1 钻场参数表 钻机型号 TUX-150 钻机与支架间距(m) 0.2 钻机宽度(m) 0.6 钻工操作宽度(m) 1.00 钻场总宽度(m) 2.0 钻场间距：钻孔间距10m。 钻场间距为：3×10=30m。
钻场尺寸：钻场长度：5～7m，取6m。 钻场宽度：2-4m,本矿取2.0m。 钻场高度：>2m，取2.0m。
5.3.2本层瓦斯抽放钻孔参数
本开采层瓦斯抽放有关参数为：孔距（10---20m）、孔口负压（6700---10700Pa）、抽放时间（随工作面推进逐一报废）、封孔（可用膨胀水泥，封孔5---8m）。
5.3.3邻近层瓦斯抽放钻孔参数
邻近层瓦斯抽放主要参数是：钻孔（根据煤层倾角及不同陷落角，避开冒落带，打至邻近层）；孔口负压（10700---20000Pa，泄压后可降低）；抽放时间（自下区段顺槽掘出至该顺槽报废为止）；封孔（聚氨酯或膨胀水泥，封深8---10m）。
5.3.4采空区瓦斯抽放布置原则和参数
采空区瓦斯抽放的有关参数为：引射器（KY-50型引射器）；采空区抽放监测系统（采用抚顺煤科分院研制并配套的系统）；抽放负压（7000---11000Pa）；料石密闭厚（各1m，黄泥充填1m）；均压室尺寸（长约7m，容积约42m3）。
5.4钻场钻孔布置的要求
1）钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔，保证抽放效果。
2）尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场。
3）对开采层未卸压抽放，除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外，应尽量增大钻孔的见煤长度。 4）邻近层卸压抽放，应将钻孔打在采煤工作面顶板冒落后所形成的裂隙带内，并避开冒落带。 5）强化抽放布孔方式除考虑应取得好的抽放效果外，还应考虑措施施工方便。 6）边采边抽钻孔的方向应与开采推进方向相迎，避免采动首先破坏孔口或钻场。 7）钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理。
8）穿层钻孔终孔位置，应在穿过煤层顶(底)板0．5m处。
5.5封孔方式、材料及工艺 5.5.1 邻近层封孔工艺
邻近层采用聚氨酯或膨胀水泥封孔，封孔深度为8—10m。本矿封孔材料为膨胀水泥，其配比为：76%硅酸盐水泥，12%矾土水泥，12%石膏粉与水混合搅拌而成。封孔前用水或压风将孔内残存的煤、岩钻屑清洗干净，然后放入套管（孔内抽放管）。套管直径25~108mm，封孔长度3m以上。往孔内送泥可用专用工具或将水泥做成圆柱形状分次送入，每送泥0.3~1.0m放入一个木塞，并用力捣实，直至封完钻孔。套管顶端应钻5~10直径为10mm的筛孔，以免煤、岩屑及杂物堵塞。挡盘直径要略小于钻孔直径。
5.5.2 本煤层封孔工艺
本煤层设两道密闭墙封孔。
5.5.3 预抽煤层瓦斯的钻孔量
当采用顺层孔抽放时钻孔量应符合《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ 1027）的要求。采用穿层钻孔抽放时，钻孔见煤点的间距可参照下列数据：容易抽放煤层15-20m；可以抽放煤层10-15m；较难抽放煤层8-l0m。
第21页
矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
第六章 瓦斯抽放系统管路和设备布置及选型
6.1抽放管路布置及选型计算
矿井抽放瓦斯设备的能力，应满足矿井抽放瓦斯期间或在抽放瓦斯设备服务年限内所达到的开采范围的最大抽放量和最大抽放阻力的要求，且应有不小于15％的富裕能力。矿井抽放系统的总阻力，必须按管网最大阻力计算，抽放瓦斯系统应不出现正压状态。
抽放管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算；局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10％ 一20％。
6.1.1井下敷设抽放管路的要求
1）瓦斯管路需涂防腐剂，以防锈蚀；
2）管路底部应垫木垫，垫起高度不低于30cm；
3）倾斜巷诞的管路，应用卡子将管路固定在巷道支护上，以免下滑； 4）管路敷设要求平直，避免急弯；
5）主要运输巷道中的瓦斯管路架设不得小于1.8m。
6）管路敷设时，要求坡度尽量一致，避免高低起伏，低洼处需安装放水器； 7）敷设的管路要求进行气密性检查。
8）瓦斯管路不得与带电物体接触并有防止砸坏管路的措施。
9)抽放管路通过的巷道曲线段少，距离短，管理安装应平直，转弯时角度不应大于50°
10）抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；瓦斯抽放管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m；
11）管径要统一，变径时必须设过度接。
6.1.2抽放管路的附属装置
管路系统的附属装置有各类阀门、测压嘴、计量装置、钻孔(场)连接装置、放水器、防爆阻火器等。 1）为了便于控制抽放参数和维修管路，在抽放管路中应安设一定数量的阀门，在主管路内应安设阀门，在管路的分岔和汇流地点也应安设阀门。瓦斯泵的入口和出口阀门各一个，要求阻力小，最好使用闸板式阀门。另外在抽放泵入口的主干管路上设置调节阀门；
2）入口负压测量装置—静压管； 3）出口正压测量装置—静压管；
4）瓦斯抽放支管、干管以及各个钻场内设置孔板流量计；
5）在管路中每隔200～300m最长不超过500m的低洼处就安设一只放水器。管路的低、弯、变陡处及其他容易积水的地点，安设足够容量的放水器，并有专人定期检查。
6.1.3抽放管路的布置及选型如图示。 6.1.4抽放管路的布置
本矿井抽放管路从一采区进风井敷设入井，其示意图见附图。
6.2瓦斯抽放管路计算
1.管径计算
根据瓦斯抽放管服务的范围和所负担抽放量的大小，其管径按式计算：
D?0.1457Q/V
D——瓦斯抽放管内径，m；
Q——抽放管内混合瓦斯流量，m3/min；（混合瓦斯浓度按30%计） —抽放管内瓦斯平均流速，m/s，一般取5～15m/s；（取流速为10m/s） 约定：
A.回风井、回风大巷及地面瓦斯抽放管为主管1；
B.一采区回风上山瓦斯抽放管为干管1；一采区回采工作面瓦斯抽放管为支管1；掘进工作面边掘边
第22页
矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
抽瓦斯管为支管2。
负压瓦斯抽放管径
根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，高负压瓦斯抽放管主要是负责采掘工作面，和瓦斯抽放巷的瓦斯抽放；低负压负责采空区的瓦斯抽放。抽按式6-1-1计算选择的高负压瓦斯抽放管管径如表6-1示。
表6-1 高负压瓦斯抽放管管径计算选择结果 纯瓦斯混合瓦斯抽放量瓦斯浓抽放管类别 抽放量(m(m3度(%) 3/min) /min) 高负压主管 11.572 低负压主管 瓦斯抽放巷分管1 瓦斯抽放巷分管2 分管1 分管2 分管3 分管4 分管5 4.822 1.953 4.557 0.928 1.236 1.237 0.927 4.822 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 38.573 16.073 6.510 15.192 3.093 4.12 4.123 3.09 16.073 抽放管内平计算管均流速(m/s) 内径(m) 10 10 10 10 10 10 10 10 15 0.286 0.185 0.118 0.1796 0.081 0.093 0.093 0.081 0.185 选择管径(mm) 300 200 150 200 100 100 100 100 200
主管：高负压抽放主管选择管径为300mm的矿用焊接钢管、低负压主管选择管径为200mm的矿用焊接钢管。
分管：瓦斯抽放巷分管2和分管5选择管径为200mm的矿用焊接钢管；分管1、分管2、分管3、分管4都选择100mm的矿用焊接钢管；瓦斯抽放巷分管1选择管径为150mm的矿用焊接钢管。
管路阻力
A.摩擦阻力（Hm）计算
9.8L?Q2 HZ?
K0D5Hm——管路摩擦阻力，Pa； L ——管路长度，m；
Q——抽放管内混合瓦斯流量，m3/h；
γ——混合瓦斯对空气的密度比；根据AQ1027-2006，查表D.2得γ=0.862。
K0——与管径有关的系数，根据AQ1027-2006，查表D.1知：管径为100mm时，K0取值0.62；管径超过150mm的，取0.71。
D——抽放管内径，cm。
第23页
矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
最困难抽放管线阻力计算结果如表6-2所示。
表6-2 瓦斯抽放系统最困难管网阻力计算结果
抽放管类别 主管 瓦斯抽放巷分管1 高负压抽放 瓦斯抽放巷分管2 分管1 分管2 分管3 分管4 Q(m3/h) γ L(m) 310.70 1181 2481 715 226 300 653 K 0D（cm） 28.6 11.8 17.96 8.1 9.3 9.3 8.1 Hm(Pa) 1034.79 9370.86 13125.12 9788.13 2702.78 3598.65 8896.64 48524.68 2314.38 0.862 390.6 911.52 185.58 247.38 0.862 0.862 0.862 0.862 0.71 0.71 0.71 0.62 0.62 0.62 0.62 247.38 0.862 185.58 0.862 合计
为了保证选用的瓦斯抽放泵能满足抽放系统最困难时期所需抽放负压，应根据矿井各生产时期瓦斯抽放系统中管路最长、流量最大、阻力最高的抽放管线来计算矿井抽放系统总阻力。本矿井生产时期的瓦斯抽放系统最大阻力按开采二采区最下面一个区段时的管线考虑,即主管还要往下延伸256m，主管的摩擦阻力将增加至2027.198pa，整体将增加1.8倍。所以矿井的总阻力为87344.64pa。
经计算，高负压抽放的最大总摩擦阻力为87344.64Pa。 B.局部阻力（Hj）计算
根据以往工作经验，管路局部阻力按摩擦阻力的10%～20%考虑即可，取15%。则抽放管路系统的局部阻力损失为:
Hj=0.15Hm =0.15×87344.64 Pa=13101.72Pa
C.总阻力（HZ）计算
HZ= Hm+ Hj=87344.64Pa+13101.72Pa=100446.34Pa
6.3抽放设备布置及选型
6.3.1抽放设备布置及选型要求
抽放管路系统应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、瓦斯利用的要求以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应符合下列要求：
1）抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直。
2）抽放管路系统宜沿回风巷道或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽放瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m。
3）当抽放设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内。 4）尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁。
5）不得将抽放管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内。
6）抽放管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距，应符合《工业企业总平面设计规范》的有关规定。 7）瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。
8）抽放瓦斯管路的管径应按最大流量分段计算，并与抽放设备能力相适应，抽放管路按安全流速为5—15m／s和最大通过流量来计算管径，抽放系统管材的备用量可取10％。
6.4瓦斯抽放泵选型计算
第24页
矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
6.4.1瓦斯抽放泵的选型原则
瓦斯抽放泵的选型应符合下列原则：
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。 6.4.2瓦斯抽放泵流量计算 Q?100?Qz?K
X??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，取K=1.20；
η——抽放泵机械效率，一般取η=0.80。
本抽放系统设计抽放纯量为11.572m3/min，则瓦斯抽放泵所需额定流量计算如下：
100?11.572?1.20?57.86m3/min
30?0.806.4.3瓦斯抽放泵压力计算
Q?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
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13000Pa； 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；
Hc——瓦斯泵出口正压，Pa，用户在瓦斯出口处所必须的正压，取500~1000Pa，考虑到瓦斯只是用于矿井本身自用，本矿取1000 Pa。由上知
??Hrm?Hrj?100446.34
抽放系统瓦斯泵压力H=1.20×(13000+100446.34+1000)= 137335.608Pa；
6.5瓦斯泵选型
根据计算的瓦斯泵的Hp和Qp选择SK-60型水环式真空泵三台（一台工作、一台备用、一台检修），最大抽放量60m3/min，电机功率95kW，该瓦斯泵的性能如表6-3所列。
表6-3 SK-60型水环式真空泵性能参数表
型号 SK-60 最大抽气量/m3·min-1 60 极限真空 转速（r/min） hPa 86.6 420 电动机功率/kw 95 供水量L/min 160 整个泵站系统具有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，电机电缆漏电闭锁功能。
矿方在选购瓦斯抽放泵时，也可选择其它型号的瓦斯抽放泵，但所选瓦斯抽放泵的吸气量和能提供的负压应能够满足计算的瓦斯泵的H和Q。
6.6抽放管路、设备的安装要求
抽放管路附属装置及设施安装应符合以下要求：
1)主管、分管、支管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置；
2)抽放钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处及沿管路适当距离(间距一般为200m～300m，最大不超过500m)应设置放水器；
第25页