洛阳孟津煤矿下矿调研报告
洛阳孟津煤矿下矿调研报告
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二零一零年九月一日
下矿实习报告
2010年9月，在义煤职教中心的领导和孟津矿方的协调安排下，我来到义煤集团公司所属的孟津矿进行为期两周的下矿实习。这个矿井为煤与瓦斯突出矿井，在瓦斯抽放与利用方面做得比较到位，下面就这方面汇报如下：
一、瓦斯抽放的必要性和可能性
㈠、瓦斯抽放的必要性
1、本矿井为煤与瓦斯突出矿井，按矿井设计有关要求，必须先抽后掘、先抽后采。矿井瓦斯抽放可有效地降低风流中瓦斯浓度，减少矿井供风，降低通风费用。
2、本矿井局部瓦斯含量较高，根据浅部新安矿井生产经验，若不采用有效措施，则必然造成工作面瓦斯浓度超限，从而严重影响矿井安全生产及工作面产量的提高，建立矿井瓦斯抽放系统可有效地降低风流中瓦斯浓度，从而解决瓦斯超限问题。
3、瓦斯作为煤炭生产的伴生资源，是一种热值很高的能源，从充分利用瓦斯资源，减少大气环境污染方面来看，建立瓦斯抽放系统，即充分利用了瓦斯资源，改善了井下作业环境，抽出的瓦斯可以作民用燃料、工业发电等，又减少了大气环境污染。因此，从矿井安全生产、劳动保障、环境保护及资源利用方面，建立瓦斯抽放系统是十分必要的。
㈡、瓦斯抽放的可行性
1、根据邻近矿区新安矿井、鹤壁矿区、平顶山矿区瓦斯抽放利用的效果来分析，本矿井瓦斯抽放是可行的。
2、从本矿井瓦斯储量及服务年限来看，估算本矿井瓦斯储量823Mm3，抽放率25％计算，则纯瓦斯抽放量为206Mm3，抽放服务年限43.1年，具备建立矿井瓦斯抽放系统的条件，符合《煤矿安全规程》和矿井设计规范的有关规定。
3、邻近矿区新安矿井井下安装了一套2BE1-303型抽放泵，对14采区两个工作面进行抽放，抽放效果较好，瓦斯浓度明显降低，取得了一些经验和成果，为孟津矿井瓦斯抽放提供了有利条件。
综合以上所述，本矿井瓦斯资源条件及邻近生产矿井抽放效果，说明本矿井瓦斯抽放是可行的。
㈢、煤层抽放瓦斯难易程度
地质报告未提供瓦斯涌出量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数及百米瓦斯流量等数据，从新安煤矿实际抽放率达到21％，抽放浓度达到28％的实际抽放效果，可以说明本矿瓦斯抽放是可行的。
根据本矿井瓦斯资源条件和开拓开采方式，设计确定采用地面集中抽放瓦斯系统。
二、矿井瓦斯储量及抽放系统服务年限
1、瓦斯储量计算范围
根据矿井开拓开采范围，确定矿井瓦斯储量范围为全矿范围内的二1煤层-600m以浅～-100m的范围。
2、瓦斯储量及可抽量
⑴、瓦斯储量
根据地质报告提供资料，估算矿井的瓦斯储量为823Mm3。
⑵、瓦斯抽放率
根据浅部新安矿井的实际抽放率，并参照《矿井瓦斯抽放管理规范》，确定本矿井瓦斯抽放率为25%。
⑶、可抽瓦斯量
根据瓦斯储量及确定的瓦斯抽放率计算，矿井可抽瓦斯量206Mm3。
3、年瓦斯抽放量
矿井可抽瓦斯量为206Mm3，矿井服务年限为43.1年，则年可抽量为4.78Mm2，即为9.09m3/min。
设计结合矿井采掘工程计划，参照其他矿井实际抽放效果，确定本矿井抽放量为10m3/min。
4、抽放系统服务年限
抽放系统服务年限同矿井服务年限，为43.1a。
三、抽放瓦斯基础参数
1、煤层瓦斯主要参数
⑴、煤层瓦斯压力
二1煤层压力0.26～1.0MPa。（参考邻近矿井）
⑵、煤层瓦斯含量
二1煤层瓦斯含量3.20～9.8m3/t，平均6.97ml/g，煤中残存瓦斯含量1.39m3/t。
⑶、煤层透气性系数
地质报告未提供煤层透气性系数，根据其它矿区资料取0.0020MD。
⑷、百米钻孔瓦斯流量
钻孔瓦斯流量取13L/min.hm。（参考其它矿区）
四、抽放瓦斯的方法
㈠、矿井瓦斯来源分析
1、矿井瓦斯来源及涌出构成
矿井瓦斯来源主要为开采煤层在采掘过程中的直接涌出和受采动影响的岩石向矿井涌出的瓦斯，根据其它矿井实测资料，回采区占42～51%，掘进区占30～32%，采空区占19～26%，因此矿井瓦斯来源主要是本煤层开采过程中的涌出和采空区涌出的瓦斯。
2、回采工作面瓦斯来源及涌出的构成
回采工作面瓦斯来源主要为回采过程中煤层涌出的瓦斯、采空区涌出的瓦斯、顺槽巷道壁涌出的瓦斯及顶底板向工作面涌出的瓦斯。其中采空区涌出和回采过程中本煤层的瓦斯为工作面瓦斯涌出的主要来源。
㈡、抽放瓦斯的方法
1、选择抽放方法的原则
抽放瓦斯方法、方式的选择，应根据瓦斯及煤层赋存情况、瓦斯来源、巷道布置方式、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合分析比较后确定。
⑴、为提高瓦斯抽放率应采用开采层、采空区相结合的综合抽放方法。
⑵、当井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要来自开采层本身，只有抽放开采层本身的瓦斯才能解决问题时，应采用开采层瓦斯抽放。
⑶、工作面后方采空区瓦斯涌出量大，危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大，向邻近的回采工作面涌出量瓦斯量多，应采取采空区瓦斯抽放。
⑷、对于瓦斯含量大的煤层，在煤巷掘进时，难以用加大风量稀释瓦斯，可在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法。
⑸、对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采边抽或增大孔径和加密钻孔等方法。
⑹、若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂缝带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽放措施。
总之，确定瓦斯抽放的方法应先摸清瓦斯来源，采空区瓦斯及顶板瓦斯含量情况，结合情况选用适合本矿井的抽放瓦斯方法。
2、抽放瓦斯的方法
根据煤层赋存条件及开拓开采工程安排，本矿井布置一个二1煤层综采工作面和一个二2煤层炮采工作面，设计采用邻近层抽放、本煤层工作面顺槽顺层平行工作面钻孔预抽和高位钻孔瓦斯抽放、工作面浅孔抽放、埋管抽放及采空区抽放，并配合边掘边抽。
㈢、抽放瓦斯钻场布置
1、抽放瓦斯钻孔参数
⑴、钻孔有效总长度
根据确定的瓦斯抽放量（10m3/min）及百米钻孔瓦斯流量（13L/min.hm），经计算确定全矿井抽放瓦斯钻孔有效总长度77000m。
⑵、钻孔直径
根据邻近矿井实际抽放经验，设计抽放瓦斯钻孔直径90mm。
⑶、单个钻孔长度
根据工作面长度及邻近矿井经验，确定单个钻孔长度为80～90m。
⑷、钻孔数量及钻孔间距
根据有关参数，工作面顺槽瓦斯钻孔间距为2～5m，估算矿井抽放瓦斯钻孔900～1000个。
⑸、孔口负压
根据邻近矿井实测效果及抽放量，设计确定抽放瓦斯钻孔负压20kPa。
2、钻场布置
⑴、回采面钻孔布置
平行布孔和交叉布孔形式在工作面顺槽沿煤层走向打瓦斯抽放钻孔，孔与孔平行或交叉布置，孔间距2～5m。生产中可根据实际抽放效果调整钻孔布置，但必须保证上、下向的钻孔孔底之间交叉长度不小于5m。
⑵、封闭采空区抽放
对于回采完毕的采空区进行全封闭后抽放。
⑶、埋管抽放
在工作面回风巷内敷设瓦斯管，管路每隔一定距离接一个三通管件作为抽放采空区瓦斯的吸气口。随着工作面的推进，管路上的吸气口进入采空区内合适位置，吸气口的阀门打开，抽放采空区瓦斯。
⑷、高位抽放钻孔布置
在工作面回风顺槽每隔100～150m布置一个钻场，向工作面方向打高位抽放钻孔，以抽放工作面上隅角的瓦斯。
3、封孔方式、材料及工艺
钻孔封孔应满足密封性能好，操作便捷，封孔速度快，造价低的要求，设计要求对所有抽放钻孔封孔深度为5m，采用压注药液法。
4、设备选型及主要检测仪表
⑴、钻机：设计选用MYZ-150型钻机，电机功率15kW。
⑵、主要检测仪表
高负压瓦斯采样器： FW-1型10台
瓦斯检定器： W821型20台
孔板流量计： FKL型20套
自动放水器： CWG-ZY型20台
四通阀两用压差计： UP-2型15台
其它监测监控仪表见第八章。
五、瓦斯抽放设备与管路
㈠、设计依据
1、矿井纯瓦斯抽放量
二1煤10m3/min
2、瓦斯抽放浓度
各采区40％
总干管30％
3、瓦斯抽放钻场孔口负压：20kPa
4、泵出口至用户使用要求压力：10kPa
㈡、瓦斯抽放管路选择
根据矿井的开拓布置，将瓦斯抽放泵设置在中央风井工业场地内。抽放干管沿中央风井井筒敷设，在风井底分为两路分管，经东、西翼回风大巷至东一、西二采区。采区抽放支管，分别沿采煤工作面运输巷、回风巷及掘进工作面敷设，并与钻场连接。瓦斯抽放管路系统布置见图C1223A-298-1。
1、总干管
总干管：d=1.457× =1.457× =0.376m
式中：
d—¬—瓦斯管内径 m
Q——瓦斯管内流量，取10m3/min
V——瓦斯管内流速，一般取5～10m/s
X——瓦斯抽放率30%
所需壁厚：δ＝ ＝ ＝0.025cm
式中：
δ——管壁厚度，cm
P——管路最大工作压力，MPa
dw——瓦斯管外径，CM
[σ]——容许压力，焊接钢管取60MPa
经计算，主干管选用φ426×7mm焊接钢管
2、两翼分管
d=1.457× =1.457× =0.27m
两翼分管选用DN300型复合材料瓦斯抽放管。
3、采区支管
d=1.457× =0.164m
经计算，采煤工作面运输顺槽、回风顺槽和掘进工作面支管选用DN200型复合材料瓦斯抽放管。
㈢、瓦斯抽放管网阻力
根据本矿井瓦斯抽放管路系统及各段管路直径，经计算，直管段摩擦阻力H=18156Pa，管网局部阻力Hj=3631Pa，抽放系统管路网最大阻力Hz=21787Pa。
㈣、管路敷设及附属装置
1、管路敷设
1）、抽放管路地面部分采用埋地敷设，井下部分采用沿巷道底部敷设。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。
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。垫木高度不小于0.3m，并保证每节管子下面有两个托木。
3）敷设在运输巷道的管路时，应将其牢固地悬挂（或架）在专用支架上，且管路高度应≥1.8m，以便于行人和运输。
4）在敷设倾斜管路时，为防止管路下滑，每隔100m设一套防滑拉管装置。
2、管路防腐及地面管路防冻措施
1）为防止瓦斯锈蚀，安装前应对管内外涂刷防腐剂（复合材料瓦斯抽放管除外）。防腐材料选用TH52-01型水中防腐涂料。
2）地面管路沿地面埋设，深度为1.5m，根据本区气象条件和冻土深度，可不采用防冻、保温措施。
3、附属装置
1）抽放主干管以管箍焊接为主，快速管接头连接为辅，抽放支管（复合材料瓦斯管）采用箍紧接头，对接熔化及快速管接头连接。主管、分管、支管及其钻场连接处装设瓦斯计量装置和阀门。在适当位置设置除渣和测压装置。
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200～300m，最大不超过500m）应设置放水器。
㈤、瓦斯抽放设备选择
1、瓦斯抽放泵的流量计算
Q= = =50m3/min
式中：
Q——瓦斯泵的额定流量，m3/min；
QZ——矿井抽放瓦斯纯量；
X——矿井抽放瓦斯浓度；
K——抽放备用系数，K=1.2；
η——瓦斯泵的机械效率，一般取0.8。
考虑到实际抽放浓度最低可能降至20%，所需要抽放泵流量：
Qb＝ ＝ ＝75m3/min
2、瓦斯抽放泵的压力计算
根据抽放管网阻力计算值，钻场孔口要求的负压值，以及井上泵出口至用户使用压力的要求，抽放泵必须产生的压力：
Hb=K×（Hz+H钻孔+H泵出口）=1.2×(21787+20000+10000)=62144Pa
式中：
Hb——抽放泵需要压力
Hz——管网阻力
H钻孔——瓦斯抽放钻场孔口负压
H泵出口——泵出口至用户使用需要压力
3、瓦斯抽放泵的真空度计算
Hz= ×100％＝ ×100％＝61.35％
4、瓦斯抽放设备选型
根据抽放设备必须产生的流量、压力、抽放设备可选用回转式鼓风机和水环式真空泵两种方案。回转式鼓风机运行稳定，供气均匀。但运行噪音大，压力高时磨损严重，气体漏损较大，故不予推荐。结合本矿井抽放煤层透气性较差，抽气量不大的特点，设计推荐采用水环式真空泵作为本矿瓦斯抽放设备，该方案的优点是：设备结构简单，运转可靠，工作轮内充满水，起防爆阻焰作用，安全性高。
通过查验有关真空泵性能，选择SKA-400型水环式真空泵2台，1台工作，1台备用，泵转数340r/min。配电动机YB315M1-4型，功率132kW，电压380V。
抽放泵房内预留一台泵的安装位置。
六、瓦斯抽放站
1、瓦斯抽放站构成
瓦斯抽放站内设有水环真空泵、气水分离器、管路、阀门等设备。在泵房附近出口设有放水器、防爆、防回火装置、放空管、压力、流量、浓度测定装置等附属装置，还设有配电间，值班室、水池、冷却水泵等设备设施。
2、瓦斯抽放泵房附属装置
抽放泵房设防爆式屋顶风机、真空泵采用闭路循环冷却系统，配IS冷却水泵及冷却塔。设瓦斯断电仪、瓦斯监测仪以及瓦斯压力、流量、浓度测空装置等。为方便安装与检修，泵房内配备SDXQ-3型3t手动单梁悬挂起重机1台。
3、瓦斯抽放站场地平面布置
地面抽放站设在中央风井工业场地，其布置详见工业场地总平面布置图。
4、供电及通讯
（1）供电电源
瓦斯抽放站的电源，均以双回路电缆供电，直接引自35kV变电站，其中一回工作，一回备用。
为防止管路带电，在供电电源的馈出端，装设漏电保护装置。
瓦斯抽放站为一级负荷直接引自35kV变电站，采用双回供电。
⑵防止雷击
地面瓦斯抽放泵站建筑物，作防雷接地保护。抽放站放空管为防止雷击，装设独立避雷针保护。为避免由于静电感应、管路带电等引起瓦斯爆炸，泵房内的所有电气设备、管道，均按规范要求做接地处理。
⑶、通讯
瓦斯抽放泵房内，设置防爆本安型电话2部，行政电话和直通矿调度室的调度电话各一部。
5、监测监控系统
抽放瓦斯监测监控系统，接入全矿井安全监测监控系统，作为其中的一个可独立工作的子系统。
⑴、监测监控参数的确定及设置地点
抽放瓦斯监测监控参数，按现行《煤矿安全规程》《矿井抽放瓦斯工程设计规范》等的要求确定，有抽放系统管道内的瓦斯浓度、流量、压力、一氧化碳、泵机出口压力、泵机入口负压、泵房内泄漏瓦斯浓度以及泵机的温度等。
在抽放瓦斯管路的各分管、支管及其与钻场连接处，设计有瓦斯测量装置，并配备了便携式数字瓦斯综合参数测试仪，以测量管路内的瓦斯浓度、流量、压力、温度等参数。
在瓦斯抽放泵房内，距房顶部300mm处，安设瓦斯传感器，用于检测泵房内泄漏瓦斯浓度，当空气中瓦斯浓度超过0.5%时，能立即发出声、光报警信号。并能对瓦斯抽放泵主电源断电。
在抽放泵输入管路中，安设高浓度瓦斯传感器、瓦斯抽放管道流量计、差压、温度传感器等，输入管路中的瓦斯浓度低于25％或一氧化碳超限等情况时，能立即发出声、光报警信号，并能对瓦斯抽放泵主电源断电。
此外，监测抽放泵出口压力、泵机入口负压以及泵机的温度等，当瓦斯超限时，能立即发出声、光报警信号，并能对瓦斯抽放泵主电源断电。
⑵、监测监控的自动化程度及设备选型
在本矿井安全监测监控系统中，设有抽放瓦斯监测子系统。监测系统采用多参数监控系统。监控系统能连续监测抽放系统管道内的瓦斯浓度、流量、压力、一氧化碳、泵机出口压力、泵机入口负压、泵房内泄漏瓦斯浓度以及泵机的温度等。该系统将各传感器采集来的信号送给检测子系统主机，计算机以巡检方式收集各通道信息，经过数据处理填写在显示器上对应的表格内，并与设定值比较，如有超限或故障立即发出声光报警信号，并打印显示报警信息。系统具有纯瓦斯抽放量累计及显示，数据自动存盘，日报表打印，曲线图形显示等功能。
⑶、检测仪器仪表的配备
在抽放瓦斯管路的各分管、支管及其与钻场连接场处，设计有瓦斯测量装置，并配了便携式数字瓦斯综合参数测试仪，以测量管路内的瓦斯浓度、流量、压力温度等参数。
在瓦斯抽放泵房内，配备了瓦斯抽放管道流量计，用于检测抽放瓦斯量。
瓦斯抽放泵站配备的检测仪器仪表，均采用矿用防爆型。
6、瓦斯抽放站场地建筑及环境保护
瓦斯抽放站场地布置，采取了相关的环保措施，采取措施后可达到国家有关标准要求。
7、给排水、采暖及供热
利用工业场地给排水、采暖及供热设施。
七、安全
1、抽放系统安全措施
⑴、抽放站场、钻孔施工防治瓦斯措施
在准备抽放站场和钻孔施工的过程中，要按照煤巷掘进的安全措施管理。
⑵、管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、电气防爆、防静电、防带电、防底鼓措施
抽放管路防腐蚀、防漏气、防砸坏、防底鼓等措施前面已作说明。
抽放管路上的电气设备和电气仪表，均采用矿用隔爆型。
抽放管路，做防雷、防静电接地、防漏电保护，防止由于管路雷击、静电感应或带电引起瓦斯爆炸。同时，井上下敷设的瓦斯管路，采取适当措施，避免与带电物体接触。
2、瓦斯抽放站安全措施
⑴、瓦斯抽放泵前后防回火、防爆炸、电气防爆、防静电措施
瓦斯抽放泵前后均设有防回火、防爆等装置。
瓦斯抽放泵房内和抽放瓦斯管道上的电气设备和电气仪表，均采用矿用防爆型。
站房附近管道，做防雷、防静电接地、防漏电保护，防止由于管路雷电波侵入、静电感应或带电，引起瓦斯爆炸。
⑵、瓦斯抽放站防雷电、防火灾、防洪涝、防冻措施
地面瓦斯抽放泵房建筑物，做防雷接地。抽放站放空管为防止雷击，装设独立避雷针保护。为防止由于雷电波侵入、静电感应、管路带电等引起瓦斯爆炸，泵房内的所有电气设备、管道，均按规范要求做接地处理。
抽放站按易燃易爆区进行防火设计，建筑耐火等级为二级，均采用不燃材料建筑，站房周围50m内无其他建筑，周围20m内禁止有明火，另备有灭火器、砂箱等灭火器材设备，监测系统也可进行火灾的连续监测等多种防火措施，站房同时具备消防用水，交通也较为方便。
⑶、抽放瓦斯浓度规定及在规定浓度下的防爆措施
抽放管路、抽放钻孔应做好密封措施保证瓦斯抽放浓度大于30%，坚决控制瓦斯浓度在爆炸范围之外，设计已安设高浓度瓦斯传感器、瓦斯抽放管道流量计、差压、温度传感器等，输入管路中的瓦斯浓度低于25%或一氧化碳超限等情况时，能立即发出声、光报警信号，并能对瓦斯抽放泵主电源断电。同时在瓦斯泵前后的管道上安设有防爆、防回火等安全装置，并在一定范围内禁止一切火源，电气设备也均采取了防爆措施。
⑷、安全管理措施
在生产中对抽放的各岗位，各工作场所，各项施工，各种巡回检测等，按规程规范制定相应的规章制度和操作规程，并经常进行培训和教育，严禁任何人违反所制定的规章制度，所有施工均应按操作规程进行。总之，矿井安全管理严格以制度和法规管理。
八、瓦斯综合利用
瓦斯是一种高效、洁净的能源，瓦斯的综合利用即解决了瓦斯排放造成大气污染问题，又充分利用了资源。其利用方式基本可分为两大类型：一种是直接民用燃料；另一种是作工业燃料，在工业上可用于烧锅炉、发电、干燥室烘干和化工原料。
本矿井的抽放量约为33.3m3/min（混合气），日抽气量为47952m3（混合气），供气损失按5%考虑，日供气量45554.4m3。这些瓦斯考虑用于工业场地、生活区食堂用气，以及周围居民用气。
