安全工程专业瓦斯抽放系统毕业设计指导书.doc
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1、矿井瓦斯抽放系统毕业设计指导书目录一、总纲4二、毕业设计具体内容4第一章 矿井概况41.1 井田概况41.2 井田地质特征41.3 矿井开拓、开采概况5第二章 矿井瓦斯赋存52.1 煤层瓦斯基本参数52.2 矿井瓦斯储量62.3矿井可抽瓦斯量及可抽期6第三章 瓦斯抽放的必要性和可行性论证83.1瓦斯抽放的必要性83.2瓦斯抽放的可行性9第四章 抽放方法94.1 规定94.2矿井瓦斯来源分析104.3 抽放方法选择104.4 钻孔及钻场布置114.5 封孔方法12第五章 瓦斯抽放管路系统及设备选型135.1抽放管路选型及阻力计算135.2瓦斯抽放泵选型155.3辅助设备18第六章 安全技术措施1
2、86.1抽放系统及井下移动抽放瓦斯泵站安全措施186.2地面抽放瓦斯站安全措施19第七章 瓦斯的综合利用与配套设施207.1抽放瓦斯的综合利用及评价207.2配套设施207.3监测监控系统217.4地面建筑及环保21第八章 抽放瓦斯管理218.1瓦斯抽放管理及规章制度218.2瓦斯抽放人员配备218.3瓦斯抽放技术资料22三、毕业设计资料收集22四、毕业论文要求23五、毕业设计参考文献23一、总纲矿井瓦斯抽放系统设计是安全工程专业本科毕业设计的方向之一,根据煤矿安全规程、GB50215-2005煤炭工业矿井设计规范、AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范、MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计
3、规范、煤矿瓦斯抽放管理规范及AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标等法规的要求,矿井瓦斯抽放系统设计应完成以下内容:1. 根据矿井瓦斯赋存条件、煤层瓦斯基本参数计算矿井瓦斯储量及可抽期;2. 根据矿井瓦斯赋存条件,进行瓦斯抽放的必要性及可行性论证;3. 抽放方法选择及抽放钻孔布置方式设计,并绘制抽放钻孔布置平面图和剖面图;4. 进行抽放管路选择计算,确定抽放管路及附属设施,计算管道阻力,绘制矿井瓦斯抽放系统图;5. 进行瓦斯抽放泵选型,确定瓦斯泵型号、瓦斯泵房位置和基本要求;6. 提出针对性的安全技术措施。二、毕业设计具体内容对于瓦斯抽放系统设计,可分为新建、改(扩)建及生产矿井的瓦斯抽放
4、工程设计。根据总纲要求,矿井瓦斯抽放设计毕业设计应完成如下几个章节的基本内容。需要说明的是,章节安排可视具体情况进行局部调整。第一章 矿井概况1.1 井田概况井田所处的地理位置、交通、地形地貌、气候、降水、河流、最高洪水位、地震烈度、井田开采史、邻近矿井分布、现开采区域位置及开采情况。矿井水源、电源及通信。井田范围内及邻近矿井采空区积水、自燃、火区等情况、滑坡及地表塌陷情况。1.2 井田地质特征地质构造井田内地层及构造。断层、褶曲、陷落柱、剥蚀带发育情况及其分布规律;煤系地层走向、倾斜、倾角及其变化规律;岩浆侵入情况及对煤层的影响。含煤地层及煤层煤层层数、厚度及可采煤层煤种、倾角、节理、层理发
5、育情况。煤层顶底板岩性特征、物理力学性质、结构及变化规律;煤层结构、煤层露头(含隐伏露头)及风化带情况。煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力,煤层瓦斯赋存规律、矿井瓦斯等级鉴定情况;各可采煤层煤尘爆炸性鉴定资料、煤层自燃倾向性鉴定资料和自然发火期统计资料;矿井煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险性;邻近矿井瓦斯、煤尘、煤的自燃、煤与瓦斯突出等鉴定情况。井田水文地质区域及井田水文地质条件;井田主要含水层类型;地表水情况,矿井水患类型及威胁程度分析;井田内及周边矿井采(古)空区范围及积水情况等。1.3 矿井开拓、开采概况矿井批准开采煤层、井田范围及井田面积,矿井煤层、资源储量,批准的
6、生产能力,目前设计开采煤层。井田开拓与开采、矿井主要生产系统及设备、回采与掘进工艺。第二章 矿井瓦斯赋存2.1 煤层瓦斯基本参数对于瓦斯抽放来说,煤层瓦斯基本参数包括:瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽放钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等。对于以上参数的确定,根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第5.2.2条规定:新建矿井瓦斯抽放工程设计应以批准的精查地质报告为依据,并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料;改(扩)建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据。因此,对于新建矿井,瓦斯基本参数可以参考邻近矿井
7、或条件类似的生产矿井,但在揭露煤层后必须重新确定,瓦斯抽放设计做相应调整;对于改(扩)建矿井及生产矿井,瓦斯基本参数应以本矿资料为依据。2.2 矿井瓦斯储量根据MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范第3.0.1条规定,矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采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。可按下式计算: (1)式中 矿井瓦斯储量,Mm3;可采煤层的瓦斯储量,Mm3; (2)Ali矿井可采煤层i的地质储量,MtX1i矿井可采煤层i的瓦斯含量,m3/t;受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量,Mm3; (3)A2i受采动影响后能够向开采空间排放的不
8、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,实测或按下式计算: (4)K围岩瓦斯储量系数,一般取K0.050.20。2.3矿井可抽瓦斯量及可抽期2.3.1矿井可抽瓦斯量矿井可抽瓦斯量是指矿井瓦斯储量中在当前技术水平下能被抽出来的最大瓦斯量。其概算法是:可抽瓦斯量=瓦斯储量抽放率 (5)由于瓦斯储量可由式(1)计算,因此,要得到一个矿井的可抽瓦斯量,关键是要确定瓦斯抽放率。2.3.2瓦斯抽放率根据MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范第3.0.3条规定:设计瓦斯抽放率,可根据煤层瓦斯
9、抽放难易程度、瓦斯涌出情况、采用的抽放瓦斯方法等因素综合确定;也可参照邻近生产矿井或条件类似矿井的数值选取。抽放率指标应符合现行的矿井瓦斯抽放管理规范的有关规定。根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第8.6.3条规定:瓦斯抽出率:预抽煤层瓦斯的矿井:矿井抽出率应不小于20%,回采工作面抽出率应不小于25%;邻近层卸压瓦斯抽放的矿井:矿井抽出率应不小于35%,回采工作面抽出率应不小于45%;采用综合抽放方法的矿井:矿井抽出率应不小于30%;煤与瓦斯突出矿井:预抽煤层瓦斯后,突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74 MPa以下。对于设计来说,瓦斯抽
10、放率的确定应符合以上标准的要求,也可以参照AQ矿井瓦斯抽放管理规范中第4.2条进行选取。矿井(或采区)瓦斯抽放率的测定与计算:在瓦斯抽采站的抽采主管上安装瓦斯计量装置,测定矿井每天的瓦斯抽采量。矿井瓦斯抽采量包括井田范围内地面钻井抽采、井下抽采(含移动抽采)的瓦斯量。每月底按式(6)计算矿井月平均瓦斯抽采率。 (6)式中 矿井月平均瓦斯抽采率,%;矿井月平均瓦斯抽采量,m3/min;矿井月平均风排瓦斯量,m3/min工作面瓦斯抽放率的测定与计算:工作面回采期间,在工作面瓦斯抽采干管上安装瓦斯计量装置,每周测定工作面瓦斯抽采量(含移动抽采)。每月底按式(7)计算工作面月平均瓦斯抽采率。 (7)式
11、中 工作面月平均瓦斯抽采率,%;回采期间,工作面月平均瓦斯抽采量,m3/min;工作面月平均风排瓦斯量,m3/min2.3.3 可抽期根据MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范第3.0.4条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第5.3.5都规定:矿井或水平的抽放年限应与其抽放瓦斯区域的开采年限相适应。第三章 瓦斯抽放的必要性和可行性论证3.1瓦斯抽放的必要性抽放瓦斯的必要性论证应对矿井、回采工作面及掘进工作面分别进行抽放瓦斯必要性分析。3.1.1 规定根据煤矿安全规程第145条及AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范第4.1.14.1.3条规定:有下列情况之一的矿井,必须建立地面永久抽
12、放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统:1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1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。矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的:大于或等于40m3/min;年产量1.01.5Mt的矿井,大于30m3/min;年产量0.61.0Mt的矿井,大于25m3/min;年产量0.40.6Mt的矿井,大于20m3/min;年产量小于或等于0.4Mt的矿井,大于15m3/min。开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。3.1.2 通风处理瓦斯量核定当一个矿井、采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时,就要抽放瓦斯,即: (8)式中 q矿井
13、(采区或工作面)的瓦斯涌出量,m3/min;qf通风所能承担的最大瓦斯涌出量,m3/min;v通风巷道(或工作面)允许的最大风速,m/s;S通风巷道(或工作面)断面积,m2;C煤矿安全规程允许的风流中的瓦斯浓度,%;K瓦斯涌出不均衡系数,取值为1.21.7。3.1.3矿井瓦斯涌出量预测对于改(扩)建矿井及生产矿井,矿井瓦斯涌出量可以实测;对于新建矿井,矿井瓦斯涌出量要进行预测,预测依据AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法。3.2瓦斯抽放的可行性开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性,一般来说,其衡量指标有两个:一为煤层的透气性系数;二为钻孔瓦斯流量衰减系数,按和判
14、定开采层瓦斯抽放可行性的标准,如表1所示。表1 煤层瓦斯抽放难易程度分类表 抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数()(d-1)煤层透气性系数()(m2/MPa2.d)容易抽放10可以抽放0.0030.050.110较难抽放0.050.10.050.034.5 封孔方法4.5.1封孔材料钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。封孔方法的选择应根据抽放方法及孔口所处煤(岩)层位、岩性、构造等因素综合确定,因地制宜地选用新方法、新工艺,并应符合下列要求:a) 岩壁钻孔;宜采用封孔器封孔。b) 煤壁钻孔,宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等
15、新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下,可选用水泥砂浆或其它封孔材料。4.5.2封孔长度封孔长度应根据钻孔孔口段煤(岩)性质、裂隙发育程度及孔口负压等因素确定,并应符合下列要求:孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时,封孔长度可取2m3m;孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压很高时,封孔长度可取4m6m;在煤壁开孔的钻孔,封孔长度可取5m8m;采用聚氨酯外的其他材料封孔时,封孔段长度与封孔深度相等;采用聚氨酯封孔时,封孔参数见表3。表3 聚氨酯封孔参数封孔材料钻孔条件封孔段长度(m)钻孔深度(m)聚氨酯孔口段较完整0.835孔口段较破碎1.046当采用地面钻孔抽放瓦斯时,抽放结束后应全孔封孔
16、。第五章 瓦斯抽放管路系统及设备选型5.1抽放管路选型及阻力计算5.1.1规定根据AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范,对瓦斯抽放管路有如下要求:5.4.1条: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:抽放管路通过的巷道曲线段少、距离短,管路安装应平直,转弯时角度不应大于50;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
17、宜小于0.1m;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;尽可能避免布置在车辆通行频繁的主干道旁;管径要统一,变径时必须设过渡节。5.4.2条: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515m/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。5.4.3条:当采用专用钻孔敷设抽放管路时,专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm;当沿竖井敷设抽放管路时,应将管道固定在罐道梁上或专用管架上。5.4.4条: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
18、力的1020。5.4.5条:地面管路布置: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;主干管应与城市及矿区的发展规划和建筑布置相结合;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;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。瓦斯抽放系统选择还应注意以下问题:分期建设、分期投产的矿井,抽放瓦斯工程可一次设计,分期建设、分期投抽。抽放瓦斯站的建设方式,应经技术经济比较确定。一般情况下,宜采用集中建站方式。当有下列情况之一时,可采用分散建
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