1、河南理工大学本科毕业设计1义安矿业有限公司矿井瓦斯抽放设计摘要：洛阳义安矿业有限公司位于河南省洛阳市新安县正村乡，是义马煤业集团所属的大型煤矿之一，设计年生产能力为 1.20 Mt。该矿为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯涌出量大、瓦斯超限严重，并且自 2003 年筹建以来，多次发生瓦斯动力现象。为了解决这些问题，并防止瓦斯灾害事故的发生，本设计介绍了该矿的基本情况，预测矿井瓦斯的涌出量是，对抽放瓦斯的必要性与可行性进行了论证。通过对抽放方法的比较和抽放管路的计算和选择，设计了适合该矿的瓦斯抽放系统和抽放方法。并计算了抽放系统的管道阻力和瓦斯泵的流量与压力，选择了合适的瓦斯泵型号，建立地面永久抽放泵站。最
2、后对抽出的瓦斯加以利用，达到使其变废为宝、减少环境污染的目的。关键词：义安；煤与瓦斯突出；瓦斯涌出量；抽放系统；设备选型；利用河南理工大学本科毕业设计Designation for gas drainage system in Yian mining co.,LTDAbstract：Luoyang YiAn mining co., LTD is located in Zhengcun township of Xinan country of luoyang city, and it is one of the Large coal mine of Yima Coal Industry Grou
3、p whose Designed annual production capacity is 1.20 Mt. YiAn Mine was identified as coal-methane outburst coal mine, it has a high gas gushing quantity and the problem of gas over limited is serious. And Since its establishment in 2003, the phenomenon of gas powered has happened many times. In order
4、 to solve these problems and prevent the gas disasters, this design introduced its basic situation , predicted the gas emission quantity, demonstrated the necessity and feasibility for the gas drainage system. By comparing the drainage methods, selecting and calculating the drainage pipelines, this
5、design designed suitable gas drainage system and methods for the coal mine. In addition,it also calculated the pipeline resistance of the drainage system and the flow and pressure of the gas pump, then select the right gas pump model for the coal mine, established a permanent ground drainage pumping
6、 station. Finally,take advantage of the gas that drainaged from the mine, to achieve the purpose of waste and reducing environmental pollution.Key word: Yian、coal and gas outburst、gas gushing quantity、drainage system、 equipment selection、utilize河南理工大学本科毕业设计1目 录第一章 绪论 .11.1 选题目的和意义 .11.2 国内外研究现状 .11.
7、3 瓦斯抽放方法的发展趋势 .2第二章 矿井概况 .42.1 井田概况 .42.1.1 位置与交通 .42.1.2 井田范围 .52.1.3 井田储量及服务年限 .52.1.4 地形地貌 .52.1.5 气象 .52.1.6 地震 .62.1.7 地温 .72.1.8 河流及最高洪水位 .72.1.9 生产矿井及老窑 .72.1.10 矿井电源、水源 .72.1.11 通信 .82.2 井田地质特征 .82.2.1 地质构造 .82.2.2 含煤地层及煤层 .92.2.3 煤层瓦斯、自燃及爆炸倾向性 .112.2.4 水文地质 .11第三章 矿井开拓开采方案及采区通风概况 .153.1 矿井开
8、拓及开采概况 .153.1.1 矿井生产能力及开拓方式 .153.1.2 开采顺序 .153.1.3 采煤方法及采煤工艺 .15河南理工大学本科毕业设计23.1.4 采区生产系统 .153.2 矿井通风系统概况 .16第四章 矿井瓦斯赋存及抽采必要性和可行性论证 .174.1 煤层瓦斯基本参数 .174.1.1 瓦斯概况 .174.1.2 瓦斯基本参数的测定 .174.2 矿井瓦斯储量 .214.3 矿井可抽瓦斯量及可抽期 .224.4 矿井瓦斯涌出量预测 .234.4.1 预测方法的选择 .234.4.2 分源预测法的原理 .244.5 瓦斯抽放的必要性 .294.5.1 瓦斯抽放的必要性
9、.294.5.2 通风处理瓦斯量核定 .304.6 瓦斯抽放的可行性 .314.7 瓦斯抽采量预计 .324.7.1 瓦斯抽采率 .324.7.2 回采工作面瓦斯抽采量预计 .324.7.3 掘进工作面瓦斯抽采量预计 .334.7.4 采空区瓦斯抽采量预计 .33第五章 瓦斯抽放方法选取 .345.1 规定 .345.2 瓦斯来源分析 .355.3 抽采方法选择 .355.4 抽放方法及钻场布置 .365.4.1 掘进工作面抽放方法 .365.4.2 回采工作面抽放方法 .365.4.3 采空区抽放方法 .385.5 封孔方法 .385.5.1 封孔深度 .40河南理工大学本科毕业设计35.5
10、.2 封孔材料 .405.5.3 封孔工艺 .40第六章 瓦斯抽放管路系统及设备选型 .426.1 抽放管路选型及阻力计算 .426.1.1 规定 .426.1.2 抽放管路计算方法及选型 .436.1.3 管路摩擦阻力计算 .446.2 瓦斯抽放泵选型 .466.2.1 规定 .466.2.2 选型原则 .476.2.3 计算方法 .476.2.4 瓦斯泵类型 .486.3 辅助设备 .506.3.1 规定 .506.3.2 附属装置 .516.3.3 管路连接 .53第七章 安全技术措施 .567.1 地面固定瓦斯抽采泵站规定 .567.2 地面固定瓦斯抽采泵站布局 .577.3 抽放钻场
11、、钻孔施工的安全措施 .597.4 瓦斯、煤尘爆炸事故发生后的应急措施 .617.5 抽放管路管理安全技术措施 .617.6 瓦斯抽放人员配备管理 .627.7 通信联络系统 .63致谢 .65河南理工大学本科毕业设计1第一章 绪 论1.1 选题目的和意义煤炭是我国能源的主体，煤炭工业健康、稳定、持续地发展是关系到国家能源安全的重大问题。我国煤矿多为井工开采，瓦斯喷出、瓦斯窒息、瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害严重。随着煤炭生产规模的扩大和开采深度的延伸，一次死亡 10人以上的煤矿瓦斯事故起数和总死亡人数，均占同类灾害事故的 80以上，成为煤矿安全的第一杀手。近年来，我国煤矿瓦斯灾害事故仍
12、呈上升趋势，瓦斯灾害直接妨碍了煤矿安全生产，危害了社会稳定，阻滞了煤炭工业的持续、健康、稳定发展。加强瓦斯灾害的防治，才能确保煤炭能源稳定、可靠地供应，促进国民经济的全面、健康发展。瓦斯抽放是解决我国煤矿瓦斯问题的根本途径，采取抽放措施将赋含于煤层中的瓦斯抽放出来，是解除瓦斯事故威胁，保障煤矿安全生产最有效的措施。洛阳义安矿业有限公司，所属二 1、二 2 煤层瓦斯含量高，地勘期间所测的最大原始瓦斯含量达到 12.19 m3/t。义安矿迄今为止共发生了多次瓦斯动力现象，全井田瓦斯含量 4.0212.19 m3/t，平均为 7.22 m3/t，义安矿为煤与瓦斯突出矿井。矿井瓦斯涌出量大，而且随着开
13、采深度不断延深、煤层瓦斯含量还会逐渐增大，须按照有关规定，建设矿井瓦斯抽放站抽放瓦斯，防治瓦斯超限，并最终防止瓦斯灾害事故的发生。另外，通过毕业设计，能使我们综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习，也使我们对瓦斯抽放作专门深入系统的研究，巩固、扩大、加深已有知识，培养我们综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力。1.2 国内外研究现状煤矿瓦斯抽采是向煤层和瓦斯积聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，用抽采设备将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，加以利用；或排放至总回风流中。目前，我国矿井瓦斯抽放方法主要有：从抽放的层位上，分本煤层瓦斯抽放、邻近煤层瓦斯抽
14、放及采空区瓦斯抽放。从抽放时间上，分采掘前预抽、边采边抽及采后河南理工大学本科毕业设计2抽放。从抽放管道形状上，分钻孔抽放、巷道抽放以及采空区插管抽放。从抽放位置，分井下抽放和地面抽放。我国煤层的主要特点是煤层透气性低、瓦斯含量高、煤层突出危险严重、煤层群开采、地质构造复杂，我国的煤层赋存条件决定了我国的瓦斯抽放应以卸压抽放为主，由于矿井数量众多，且煤层赋存条件复杂多样，因此几乎所有的瓦斯抽放方法在我国都进行过试验和应用，典型的瓦斯抽放方法有：（1）顺层密集长钻孔抽放本层瓦斯，该方法多用于区域性抽放，能够有效降低综放面或综采面煤层瓦斯含量和解决工作面消突问题。2、网格式穿层钻孔抽放本层瓦斯，它
15、可以解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。通过合理布置钻孔、保证预抽时间等技术条件下，完全能够达到预期的抽放效果，瓦斯抽放率可达到 30以上。目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透气性严重突出煤层防突的主要方法，已在突出严重的矿区推广应用。3、顶板走向长钻孔抽放邻近层瓦斯，该抽放方法主要针对高瓦斯无煤柱综采或综放工作面，它与顶板岩巷抽放法、顶板穿层短钻孔抽放法相比，技术和经济上具有显著的优越性，尤其对于采掘接续紧张的矿井，其优越性更为突出。瓦斯抽放量和抽放率大幅度提高，该抽放方法为我国高瓦斯煤层群抽放探索出一条新路子，为煤炭生产实现安全高效提供了技术保障。4、厚煤层开采采空区抽放，该方法主要
16、用于解决厚煤层分层开采或综放开采，采空区内丢煤较多，加上邻近层、围岩瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量超标的现象， 通过在采空区后部采用埋管抽放或设引巷密闭插管抽放的方法，可以使工作面最终瓦斯抽放率大大提高，最高可达 80。并且，工作面或采区回采结束后，还可对老塘进行全封闭抽放。抚顺老虎台矿于 1954 年开始采空区全封闭抽放，40 多年来共抽出瓦斯总量 4 亿多立方米。5、综合瓦斯抽放，我国一些矿区的高产高效矿井在开采高瓦斯含量且有突出危险煤层时，多采用综合抽放法，更加灵活，更具有针对性。1.3 瓦斯抽放方法的发展趋势随着世界煤炭工业的发展，特别是开采深度的加大引起的煤层瓦斯含量增加、机械化开采
17、引起的生产集中，矿井抽放瓦斯的必要性与日俱增、已越来越成为开采高瓦河南理工大学本科毕业设计3斯煤层的一个必不可少的生产环节。在抽放瓦斯方法上，技术发展的总趋势是由单一抽放法向综合抽放法过渡，广泛开展综合抽放法。数十年来我国矿井抽放瓦斯技术已有很大发展，在邻近层、本煤层和采空区抽放瓦斯方面已积累了许多的成熟经验，各矿应根据本矿瓦斯涌出来源的实际情况，采用多种有效的抽放方法或综合抽放方法，尽可能多地抽放瓦斯，以减轻矿井通风的负担，保证矿井安全生产。提高开采层瓦斯抽放率。对中低透气性煤层，为了提高瓦斯抽放量和抽放率，可沿煤层布置垂直或斜交工作面的水平长钻孔或者布置沿煤层的交叉钻孔，实现预抽和工作面前
18、方卸压抽放。提高单一低透气性煤层瓦斯抽放效果，是世界煤矿瓦斯抽放的主要难题之一。国内外进行了大量的实验研究，曾试验过密集钻孔、大直径钻孔、交叉钻孔、网格布孔、水力割缝、水力压裂、水力冲孔、煤层物化处理和松动爆破等多种强化抽放瓦斯的措施，但其中绝大多数措施，由于工艺复杂、工程量大，未能在生产中推广应用。寻求工艺较简单的单一低透气性煤层强化抽放瓦斯措施是今后的发展方向。随着无煤柱开采技术和综采机械化技术的广泛应用以及综采工作面长度加大的特点，不仅要求抽放瓦斯钻孔的布孔方式作相应的变化，而且要求钻孔长度进一步加大，因此这就需要研制功率大、故障率低、打钻效率高、使用寿命长的新型钻机和相应的钻杆、钻头及
19、钻孔测斜、纠斜等配套装备，以适应抽放瓦斯技术发展的需要。新型钻机需要能够解决以下几个问题：解决本煤层抽放长钻孔施工工艺及装备问题，特别是顺煤层长钻孔的工艺与装备；研制硬岩石钻具及配套钻机，首先解决金刚石旋转钻具及配套钻机，再进一步研究新的钻孔工艺及装备，以加快钻进速度；研究大直径长钻孔抽放瓦斯的工艺及装备；研制机械化水平高的钻机，除接卸钻杆机械化外，还应解决搬运机械化、锚固机械化，以减轻工人的体力劳动；研制远距离自动控制钻机，解决突出煤层钻进过程中的安全问题。河南理工大学本科毕业设计1第二章 矿井概况2.1 井田概况2.1.1 位置与交通洛阳义安矿业有限公司（以下简称义安矿）成立于 2004
20、年，是河南省大型煤炭企业，位于河南省新安县正村乡。正村井田位于新安县正村乡仓头镇境内，距离新安县约 15 km。陇海铁路在井田以南 15 km 处通过，郑州潼关公路也在井田以南 15 km处通过，新安煤矿铁路专用线距本井田约 5 km。由新安县城至正村乡往北至北冶的公路由井田内通过，正村乡至石寺、仓头的乡级公路从井田西北部通过，矿井运输条件扎实、可靠，交通十分便利。图 21 义安矿交通位置图Yian Coal traffic map河南理工大学本科毕业设计22.1.2 井田范围井田北西以新安县石寺公司子崖煤矿、正村石泉煤矿、二道桥煤矿及新安煤矿深部边界（即二 1 煤层底板等高线-300-200
21、 m 水平）为界；北东以 31 勘探线为界，南东以二 1 煤层等高线-600 m 水平标高为界；南西以 19 勘探线为界；走向长约 6.3 km，倾向宽 5.5 km，面积约 28.744 km2。井田地理坐标为：东经： 11209431121445，北纬：3447 303451 41。2.1.3 井田储量及服务年限1、资源储量在上述划定的井田范围内计算所获得的总资源储量为 164070 kt，其中探明储量（331）32950 kt，控制储量（332）55460 kt，推断储量（333）75660 kt。探明加控制储量（331+332 ）88410 kt 。2、可采储量根据全井田获得的储量，将
22、（333）推断资源储量乘以 0.8 的可信系数后，得出工业资源储量，然后再扣除边界、工广、村庄等各类永久煤柱，采区回采率二 1 煤层取0.75，二 2 煤层取 0.80，计算全井田共有可采储量 93822 kt，其中一水平有 43177 kt，二水平 50645 kt。矿井储量汇总表见附表 1。根据矿井可采储量，生产能力为 1.20 Mt/a 时，矿井服务年限为 55.8 a。其中一水平服务年限 25.7 a。2.1.4 地形地貌本区属低山丘陵地区，地势起伏较大，山脉走向大致由西南向北东方向延伸。井田中部地势较高，且较为平 400 m 坦，北西、南东两侧地势较低，沟谷发育，地形较为复杂。海拔标高一般+300 400 m，区内最高点位于井田东部的鹰巢岭，最高海拔标高+488.60 m ，最低点为井田北部刁沟一带，海拔标高+253.10 m ，相对高差 235.50 m。2.1.5 气象据新安县历年气候资料，本区属暖温带大陆性气候。冬季寒冷雨雪少，春季干旱大风多，夏季多雨且集中，秋季多晴日照长。降水量一般 600700 mm/a，雨季多集中于七、八、九月份。最高气温 44(1966 年 6 月 20 日)，最低气温17 (1969 年 1 月
