矿井瓦斯抽放设计手册 - 图文(8)

表1-49 邻近层卸压角?值 N/M 3～10 10～30 30～80 ?（o） 70 75 80 注：N为层间距，M为开采厚度，当

NN?3或?80抽放效果一般很差。 MM

I21I43图1-33 邻近层钻孔合适位置1----弯曲带2----钻孔3----裂隙带4----冒落带

2.邻近层钻孔角度计算 1）．钻孔布置原则

（1） 钻孔必须深入到邻近层的卸压带内； （2） 保持钻孔不受岩压活动影响而中断； （3） 考虑打钻是否方便。 邻近层钻孔合适布置，见图1-33 2）钻孔角度计算（表1-48）

三．

抽放钻孔封孔方法

第六节 瓦斯管路布置及选择

一.瓦斯管路的布置及敷设 (一)瓦斯管路系统布置的原则

为了进行瓦斯抽放,必须在井上下敷设完整的抽放管路系统,以便把矿井瓦斯抽出井输送至地面利用。在布置抽放管路系统时,应遵守以下原则:

(1) 布置瓦斯管路,应根据井下巷道的布置、抽放地点的分布、地面瓦斯泵站的位置、瓦斯利用

的要求以及矿井的发展规划等因素统筹考虑,尽量避免减少以后在主干管路系统进行频繁改动.

(2) 瓦斯管路应敷设在曲线段最少、距离最短的巷道。 (3) 瓦斯管路要敷设在矿车不经常通过得巷道中，避免撞坏漏气，故一般放在回风系统的巷道中

为宜。若设在运输巷道中，应将管路架设一定高度并加以固定，防止机车或矿车一旦掉道不

至于撞坏管子。

(4) 所布置的抽放设备或管路一旦发生故障，管路内瓦斯不至于流入采、掘工作面和井下硐室。 (5) 管路布置应考虑到运输、安装、维修和日常检查的方便。 （二）瓦斯管路系统的组成

瓦斯管路系统由以下几部分组成：

（1） 支管：抽排和输送一个回采工作面或掘进区的瓦斯管路； （2） 分管：抽排一个采区或区段的瓦斯管路； 主管：抽排和输送一个矿井或几个采区的瓦斯管路；（3） .

（4） 抽放管路附属装置，包括：

测压、测流量和调节装置：用于调节、控制和测量管路中瓦斯浓度、流量和负压等。 安全装置：包括防爆炸、防回火装置、放水器和放空管等。 （三）瓦斯管路敷设

煤矿井下条件复杂，如巷道变形、坡度变化和矿内空气湿度大、易腐蚀管路等、都不利于管路的敷设、安装和维护。为此，在敷设瓦斯管路时，为保证敷设质量，应采取必要的措施。

（1） 为了防止瓦斯管锈蚀，安装前应对管内外涂抹防腐剂。防腐剂可用经过热处理的沥青、油漆和红

丹等。

（2） 在巷道敷设管路必须用可缩木支垫，以防底板隆起折损管路。垫木高度不应小于0.3m，并保证

每节管子下面有两个托木。

（3） 在敷设倾斜管路时，为了防止管子下滑，应采用管卡将管子固定在巷道支架上，管卡间距根据巷

道倾角α而定，一般α不小于30o时，为15～20m。

（4） 管路敷设应尽量将管道敷设平直，坡度一致，尽量减少弯头、气门等附属管件，避免急转弯。 （5） 敷设运输巷道的管路时，应将其牢固地悬挂（或架）在专用支架上，且管路高度应不小于1.8m，

以便行人和运输。

（6） 根据巷道高低、进、回风巷温度有明显差别等情况，敷设管路时应创造排除管中积水的条件。 （7） 井下敷设管路，一般采用法兰盘或快速接头接合、法兰盘中间应夹有胶皮垫，且垫的厚度最好不

小于5㎜。

（8） 凡是新敷设的瓦斯管路都要进行漏气检验。检验方法可采用负压方法试验或用SF6捡漏仪检测。 二．管路选择

（一） 管径

根据主管、干管、支管中不同瓦斯流量，合理的瓦斯管径均可按下式计算：

Qd?0.1457()2 （1-82）

VQ—— 瓦斯管内流量，m3/min； d—— 瓦斯管内径， m；

V—— 瓦斯管内流速，5～15m/s 。

按上式计算的管径、流量、流速可查表1-51。

（二） 管壁厚度

当采用钢管卷焊管或强度要求较高的远距离输瓦斯干管，可按下式计算壁厚：

P·dw

δ= ------- (1-83)

2[α]

式中： δ ——输瓦斯管管壁厚度，㎝

P —— 管路最大工作压力，MPa Dw —— 瓦斯管外径，㎝

[α]——容许压力，取屈服极限强度的60%，缺少此值时，可参考以下 数值：

对于铸铁管取20 Mpa；焊接钢管取60 Mpa；无缝钢管取80 Mpa。

（三） 管路阻力计算

1. 摩擦阻力计算

1

根据管径、流量的不同应分段计算阻力，每段管路摩擦阻力可用下式计算： hf?9.81L?2Q (1-84) K0d5式中： hf ——某段管路的摩擦阻力，Pa；

L —— 管路长度， m；

Δ—— 混合瓦斯对空气的相对密度；

3

Q ——某段管路的混合瓦斯流量，m/h； K0——系数，根据管径由表1-54查得； d—— 管路内径，cm。

（1-84）式中混合瓦斯对空气的相对密度Δ按下式计算：

???1?n1??2?n2

?2

表1-54 不同管径的系数K值

通称管径 15 20 25 32 40 50 2. 局（㎜） （1/2英寸） 3/4）英寸） （1英寸） （11/4英寸） （11/2英寸） （2英寸） 部K0值 0.46 0.47 0.48 0.49 阻 力通称管径 40 80 100 125 150 计

150以上 （㎜） （21/2英寸） （3英寸） （4英寸） （5英寸） （6英寸） 算 K0值 0.55 0.57 0.62 0.67 0.70 0.71 1） 基

本方程。 1

2

h1=ξ·—ρv (1-85)

2

式中 h1——瓦斯管路的局部阻力，Pa；

ξ——局部阻力系数，见表1-55；

3

ρ——混合瓦斯密度，kg/m，见表1-56； v——瓦斯平均流速，m/s。

表1-55 各种管径的局部阻力系数 对管径相差 管件 直角三通 分支三通 弯头 直通阀 90o弯头 闸阀 球阀 一级突然收缩 ξ 0.30 1.50 0.35 1.10 2.00 0.30 0.50 9.00

2） 折算法。

实际计算时，可把各种管件局部阻力折算成相当于一定管路长度所产生的阻力，即阻力强度。

一支阀门相当于1/5d的阻力长度，m； 一支丁形件相当于1/10d的阻力长度，m； 一支滑阀相当于1/20d的阻力长度，m； 一支弯头相当于1/100d的阻力长度，m；

以上“d”单位为㎜，代入上式后再扩大1000倍即可。

[例]在直径为175㎜的导管中，有一支阀门，它的阻力长度为1/5×175×1000=35 m导管长度。

表1-56 不同瓦斯浓度时瓦斯与空气的混合气体密度 瓦斯浓度 0 1 2 （%） 0 1.293 1.28148 1.28148 10 1.23538 1.22386 1.22386 20 1.17776 1.16624 1.16624 30 1.12015 1.10862 1.10862 3 1.27531 1.21810 1.16048 1.10286 4 1.26995 1.21233 1.15472 1.09710 5 1.26419 1.20657 1.14895 1.09134 6 1.25843 1.20081 1.14319 1.08558 7 1.25267 1.19505 1.13743 1.07981 8 1.24691 1.18929 1.13167 1.07405 9 1.24114 1.18353 1.12591 1.06829

40 50 60 70 80 90 100 1.06253 1.00491 0.94729 0.88967 0.83206 0.77444 0.71682 1.05100 0.99339 0.93577 0.87815 0.82053 0.76291 1.05100 0.99339 0.93577 0.87815 0.82053 0.76291 1.04524 0.98762 0.93011 0.87239 0.81477 0.75715 1.03948 0.98186 0.92424 0.86663 0.80901 0.75139 1.03372 0.97610 0.91848 0.86087 0.80325 0.74563 1.02796 0.97034 0.91272 0.85510 0.79749 0.73987 1.02220 0.96458 0.90686 0.84934 0.79172 0.73411 1.01643 0.95882 0.90120 0.84358 0.78596 0.72834 1.01067 0.95305 0.89544 0.87782 0.78020 0.72258 3） 估算法。 在实际工作中或初步设计时,也可用估算法计算局部阻力,一般取摩擦阻力得10%～20%。

[例]某煤矿抽放瓦斯系统中,一条最长、阻力最大的管路系统的情况是，支管长360 m，管径150

33

㎜，瓦斯量600 m/h，瓦斯浓度60%；分管长度800 m，管径226㎜，瓦斯量1800 m/h，瓦斯浓度50%；

3

主管长度3800 m，管径380㎜，瓦斯量3600m/h，瓦斯浓度45%；局部阻力用估算法计算，按摩擦阻力15%考虑。试计算该矿井瓦斯抽放管路的总阻力。

由公式（1-84）得： （1） 支管阻力：

2

360×600×0.733

h支=9.8× —————————— =1728.48 Pa

5

0.71×15

表1-51 不同管径、流速与流量值表

2 3 180 0.09 0.20 0.36 0.79 1.42 2.21 3.19 4.34 5.70 7.20 7.20 8.80 10.70 12.70 15.00 17.00 20.00 20.00 23.00 29.00 4 240 1.12 0.26 0.48 1.06 1.90 2.95 4.25 5.78 7.50 9.60 8.60 11.80 14.00 17.00 20.00 23.00 26.00 27.00 30.00 39.00 5 300 0.15 0.33 0.60 1.32 2.37 3.69 5.31 7.23 9.40 11.90 12.00 14.70 18.00 21.00 25.00 29.00 33.00 34.00 38.00 48.00 69.00 6 360 0.18 0.40 0.72 1.58 2.84 4.43 6.37 8.68 11.30 14.30 14.40 17.70 21.00 25.00 30.00 35.00 40.00 41.00 45.00 57.00 71.00 7 420 0.21 0.46 0.84 1.85 3.32 5.17 7.43 10.12 13.20 16.70 16.80 20.60 25.00 30.00 35.00 40.00 46.00 48.00 53.00 67.00 82.00 8 480 0.24 0.53 0.96 2.11 3.79 5.90 8.50 11.57 15.10 19.10 19.20 23.60 29.00 34.00 40.00 46.00 53.00 54.00 60.00 76.00 94.00 9 540 0.27 0.59 流 速（m/s） 10 11 12 流 速(m/min) 600 660 720 3流 量(m/min) 0.30 0.33 0.66 0.72 0.79 13 780 14 840 3.70 6.64 10.33 14.87 20.24 26.40 33.40 33.70 41.20 50.00 59.00 70.00 81.00 92.00 95.00 106.00 134.00 165.00 15 900 7.11 11.07 15.93 21.69 28.30 35.80 36.10 44.20 53.00 64.00 75.00 87.00 96.00 102.00 113.00 143.00 177.00 16 960 11.81 16.95 23.14 30.10 38.20 38.50 47.10 57.00 68.00 80.00 92.00 106.00 109.00 121.00 153.00 188.00 120 1.06 .13 .24 .53 .95 .48 .12 .89 .80 .80 .80 .90 .10 .50 0.00 1.50 3.20 3.60 1.08 1.2 1.32 1.44 1.56 2.38 2.64 2.90 3.17 3.43 4.27 4.74 5.21 5.69 6.16 6.64 7.38 8.12 8.86 9.59 9.56 10.62 11.68 12.74 13.91 13.01 14.46 15.91 17.35 18.80 17.00 18.80 20.70 22.60 24.50 21.50 23.90 26.30 28.70 31.00 21.70 24.10 26.50 28.90 31.30 26.50 29.50 32.40 35.40 38.30 32.00 36.00 39.00 43.00 46.00 38.00 42.00 47.00 51.00 55.00 45.00 50.00 55.00 60.00 65.00 52.00 58.00 63.00 69.00 75.00 59.00 66.00 73.00 79.00 86.00 61.00 69.00 75.00 82.00 88.00 68.00 75.00 83.00 91.00 98.00 86.00 95.00 105.00 114.00 124.00 106.00 118.00 130.00 141.00 152.00 3式中 ρ1 ——瓦斯密度，取0.715kg/m； n1 ——混合瓦斯中瓦斯浓度；

12344567891111121620

ρ2 ——空气密度，取1.293kg/m； n2 ——混合瓦斯中空气浓度

（2） 分管阻力：

800×1800×0.777

h分=9.8 ×—————————— =4719.81Pa

5

0.71×22.6

（3） 主管阻力：

3800×3600×0.799

h主=9.8 ×—————————— =6861.64Pa

5

0.71×38

（4） 管路阻力：

h总 =（h支＋h分＋h主）×1.15

=（1728.48＋4719.81＋6861.64）×1.15 = 15306.42 Pa

22

3

第七节 瓦斯泵及附属装置选择

一.瓦斯泵选择

(一)瓦斯泵布置方式

瓦斯泵的布置方式,要根据矿井开拓系统、瓦斯管路系统、抽放量等因素，满足技术可行、经济合理和安全可靠的要求。一般矿井瓦斯泵的布置方式及适用条件见表1-57

表1-57 瓦斯泵布置方式及适用条件 布置方式 适用条件 几个矿井联合抽放 和一个矿井单独抽放 1.几个矿井敷设瓦斯管路的回风井筒距离较近； 2.几个矿井利用瓦斯的用户比较集中； 多矿井联合抽放 3.在整个抽放瓦斯期限内，几个矿井抽放瓦斯量比较均衡，抽放初期、 高峰期和收尾期互相弥补，用一个抽放系统经济上合理时； 4.抽放瓦斯区域较小，抽出量不大，不适宜建立单独抽放站的情况下。 1.井田范围较大，而且又与其它抽放矿井相距较远时； 一个矿井单独抽2.抽放瓦斯规模大，区域多，抽出量大时； 放 3.有单独利用瓦斯的用户 1.抽放瓦斯管路必须敷设在回风井巷中，所以单翼通风系统的矿井 多采用单翼抽放； 2.井田范围较小时； 单翼抽放方式 3.有时虽然是两翼通风系统和井田范围较大，但瓦斯用户集中在矿井 的一翼时； 4.受地面地形限制，地表管路敷设困难时 1.矿井系对角式通风方式，或有2个以上排风井口； 两翼和几个系统 2.矿井井田范围较大，管路系统较长； 抽放方式 3.瓦斯用户分散，有两个以上集中点 1.管路系统较长，阻力较大； 串联运转：分集中 2.瓦斯泵能力小、压力低，不能满足瓦斯抽放的需要； 串联（在一个泵房 3.用户距矿井较远，管路系统阻力大或用户对瓦斯压力有特殊要求，需 内）和接力串联 要加压时； （二瓦斯泵相距4.为满足矿井抽放初期井浅、管路短、阻力小（选用低压瓦斯泵）和后 很 期井深、管路长、阻力大的要求，充分利用原有设备，后期再选一台 远） 瓦斯泵与前期瓦斯泵串联工作 单翼和多翼抽放 串联运转 和 并联运转

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