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第五章 瓦斯抽采系统和设备选型及布置
第一节 矿井瓦斯抽采系统选择
一、瓦斯抽采系统选择的原则
1、开采高瓦斯矿井，应建立地面固定瓦斯抽采系统；
2、地面固定瓦斯抽采系统设计抽采瓦斯量应不小于2m3/min。
3、分期建设、分期投产的矿井，抽采瓦斯工程可一次设计，分期建设、分期投抽。抽采瓦斯站的建设方式，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，可采用分散建站方式：
1）分区开拓或分期建设的大型矿井，集中建站技术经济不合理； 2）矿井抽采瓦斯量较大且瓦斯利用点分散。 3）一套抽采瓦斯系统难以满足要求。
4、地面固定瓦斯抽采系统宜根据下列具体情况分别布置高负压或低负压瓦斯抽采系统：
1）采用采空区抽采等抽采方法的矿井宜采用低负压抽采系统。
2）采用本煤层抽采、边掘边抽等抽采方法的矿井，宜采用高负压抽采系统。 3）采用上述抽采方法的矿井，且矿井设计抽采量不小于10m3/min时，宜分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。
二、瓦斯抽采系统选择
本矿井为高瓦斯矿井，根据GB 50471-2008《煤矿瓦斯抽采工程设计规》及AQ 1055-2008《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规》、《煤矿安全规程》，该矿必须建立地面永久抽采瓦斯系统。抽采系统服务年限开采C8煤层时采用工作面采前预抽、工作面边采边抽、掘进工作面先抽后掘和半封闭采空区瓦斯抽采、全封闭采空区瓦斯抽采的抽采方法。按照《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》（安监总煤装〔2011〕163号）文要求，设计采用高、低负压两套抽采瓦斯系统。
矿井开采C8煤层预抽C9煤层时设计抽采量为3.21m3/min，开采C9煤层预抽C8煤层时设计抽采量为4.61m3/min。低负压系统瓦斯最大抽采量为抽采C8煤层全封闭采空区及半封闭采空区时的瓦斯抽采量，合计为0.89m3/min。其中半封闭采空区瓦斯抽采量为0.54m3/min，全封闭采空区瓦斯抽采量为0.35m3/min。高负压系统瓦斯最大抽采量为4.24 m3/min。
第二节 抽采管路布置及选型计算
矿井现有2台2BE1 303-0型瓦斯抽采泵，电机功率90kW，井下管路均采用PVC-KM
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型煤矿井下用聚氯乙烯管，主管Φ225×8.1，支管Φ160×5.8。
一、抽采管路系统选择 (一)管网系统
管网系统由三部分组成：
1、主管，抽采和输送全矿井瓦斯管路；
2、分管，抽采和输送一个或几个采区的的瓦斯管路 3、支管，抽采和输送一个采、掘工作面的瓦斯管路； 4、管网附属装置，包括：
1）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、流量和压力等参数；
2）安全装置：用于安全防护，包括接地保护、放水器等装置；
3）安全监测监控装置：监测瓦斯抽采系统运行状况并进行相应的控制。 （二）矿井抽采管路系统布置
根据以上管路系统选择原则，并结合矿方接替采区巷道布置，设计采用在回风斜井工业场地附近地面抽采站安设抽采管路，投产初期瓦斯抽采管路系统布置详见图：W13075-298-1/2
二、抽采管路管径计算及管材选择 （一）瓦斯管径计算
根据抽采管道服务的围和所负担抽采量的大小，其管径按下式计算：
D=0.1457(Q混/V)1/2
式中
D——瓦斯管径，m；
V——管道中混合瓦斯的经济流速，m/s；经济流速可取5～12m/s。按照大管径流速取大值、小管径流速取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速。
Q混——管混合瓦斯流量，m3/min；按照开采各类管道的流量应按照其使用年限或服务区域的最大值确定，并应有1.2～1.8的系数。备用系数取1.5。抽采瓦斯管径计算结果见表5-2-1和表5-2-2。
表5-2-1 低负压系统抽采管径计算表 管路 名称 主管 纯瓦 瓦斯 混合瓦 气体 计算管 斯流量 浓度 斯流量 流速 道径 33（m/min） （%） （m/min） （m/s） （mm） 2.45 10 36.75 10 279.31 选用管 道规格 Φ355×备 注 地面、回风斜井、集- z -
- - - 16.9 支管1 支管2 1.37 1.08 10 10 20.55 16.20 8 8 233.52 Φ280×10.1 中回风巷 老采空区 生产采空区 （工作面回风巷） 207.33 Φ225×8.1
表5-2-2 高负压系统抽采管径计算表 管路 名称 主管 分管 支管1 支管2 支管3 支管4 纯瓦 瓦斯 混合瓦 气体 计算管 斯流量 浓度 斯流量 流速 道径 33（m/min） （%） （m/min） （m/s） （mm） 7.38 3.005 3.955 2.635 0.37 0.42 20 20 20 20 20 20 55.35 22.54 29.66 19.76 2.78 3.15 10 8 8 8 8 8 342.78 244.55 280.56 229.00 选用管 道规格 Φ400×19.0 Φ280×10.1 Φ315×11.3 Φ280×10.1 备 注 集中回风巷、回风斜井、地面 +1900m回风石门 工作面回风巷 预抽工作面回风巷 1#炮掘工作面 2#综掘工作面 85.81 Φ160×5.8 91.43 Φ160×5.8 （二）管材选择
瓦斯管的管材尽量采用国家定型产品，且必须取得“MA”标志。目前常用的管材有无缝钢管、PVC-KM煤矿井下用聚氯乙烯管等。管材选择一般考虑运输、安装、使用、维修、防腐、防碰撞及投资等因素。由于PVC管材比重仅为钢管的1/5.6，且其使用寿命、安全性能、维护和防腐等方面的优势远远高于钢管，故本设计井下瓦斯抽采管道均选用PVC矿用抗静电阻燃复合管。地面采用螺旋焊接钢管，低负压采用Φ325×7.0型螺旋焊接钢管，高负压采用Φ377×9.0型螺旋焊接钢管，螺旋焊接钢管采用法兰连接。并涂刷防锈漆防腐。
（三）抽采管路阻力计算
抽采管路阻力损失计算应选择抽采系统服务年限一条最长的抽采管路进行计算，开采C19b煤层（三盘区）时瓦斯管路最长，所以低负压最长管路按地面至回采C19b煤层生产采空区计算，高负压最长管路按地面至C19b煤层工作面回风巷计算。
抽采管路总阻力包括直管摩擦阻力和局部阻力； 直管摩擦阻力可用下式计算：
hf?9.8L?K0d5Q2
式中：H—阻力损失，Pa；
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L—管路长度，m； Q—管路流量，m3/h； d—管路径，cm；
K0—系数，根据管径不同选取；
Δ—混合瓦斯对空气的相对密度，kg/m3。 其中△按下式计算：
rn?rn??1122r2
式中：r1 ——瓦斯密度，取0.715kg/m3；
n1 ——混合瓦斯中瓦斯浓度； r2 ——空气密度，取1.293kg/m3； n2 ——混合瓦斯中空气浓度。
局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的10％-20％。 抽采管路阻力损失计算结果见表5-2-3和表5-2-4。
表5-2-3 低负压抽采管路直管阻力计算表 管路名称 地面 主管 支管2 小计 局部阻力 总计 管路安装地点 △ 0.955 0.955 0.955 Q（m3/h） K0 d（cm） 31.1 32.1 20.9 L（m） 150 600 1000 H（Pa） 330 1128 3123 4581 687 5268 2205 0.71 2205 0.71 972 0.71 按直管阻力损失的15% 表5-2-4 高负压抽采管路直管阻力计算表 管路名称 地面 主管 支管1 小计 局部阻力 总计 管路安装地点 △ 0.911 0.911 0.911 Q（m3/h） K0 D（cm） 35.9 36.2 29.2 L（m） 150 1450 400 H（Pa） 349 3235 750 4334 650 4984 3321 0.71 3321 0.71 1779.6 0.71 按直管阻力损失的15% 四、抽采管路敷设及附属设施。
管路联接是瓦斯抽采管网系统中重要环节，是系统中主要漏气点。PVC-KM煤矿井下用聚氯乙烯管其连接采用扩口承插、法兰、丝扣等方式，安装、拆卸、修复快捷方便。本设计主管采用法兰联接，支管和干管均采用扩口承插粘接方式连接或者R扩口连接方式，移动部分采用快速接头连接。地面管路采用法兰盘连接。管路敷设及安装要符合下列要求：
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1、抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短。转弯时不要转急弯。
2、井下瓦斯抽采管路包括风井管路、上山管路、回风巷管路、工作面顺槽管路等，风井管路沿井筒敷设，采用悬臂吊挂安装方式或打支撑墩；上山、回风巷管路管路沿巷道敷设，采用吊挂或打支撑墩沿巷道底板敷设；工作面顺槽管路采用支撑墩沿巷道底板敷设，其中采用吊挂安装的管路，其高度不小于1.8m，支架间距3～6m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽采瓦斯管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m。
3、地面瓦斯管路敷埋地铺设时管道采用涂刷沥青防腐，且必须在表土冻结深度以下，瓦斯管道距建筑物5m以上，距动力电缆1m以上，距排水沟1.5m以上。
4、主管、干管及其与钻场连接处应装设瓦斯计量装置。
5、抽采钻场、门框架、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。
6、在抽采管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。
7、抽采管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与安装地点的管径相匹配。 8、主管上的阀门应设置在井下主要分区点，确保每点进行撤安管路时，不影响其它区域的正常抽采，并便于人员操作。
9、抽采管路应根据巷道保持一定的坡度，一般不小于1％的流水坡度。
10、凡遇跨越有运输任务的巷道时，抽采管路安装设置门框架；门框架设置要求以不影响行车、行人为准。
11、管路要托挂或垫起，吊挂要平直，拐弯处设弯头，不拐急弯。管子的接头接口要拧紧，用法兰盘连接的管子必须加垫圈，做到不漏气、不漏水。
12、在倾斜巷道中，管路应设防滑卡，其间距可根据巷道坡度确定，对28°以下的斜巷，间距一般取15m-20m。
13、瓦斯管路系统安设完毕后，应对管路系统的气密性进行检查，可采用压缩空气试压，其压力不小于0.2MPa。并采取防腐蚀、防砸坏、防带电及防冻等措施。
14、通往井下的抽采管路应采取防雷措施。 15、抽采瓦斯管路外部涂红色以示区别。 （二）管路附属装置
瓦斯管路的附属装置，大致分为两大类：一类是用来调节控制瓦斯压力和流量的，另一类是有关安全监控方面的。
1、钻孔与管路的连接装置
瓦斯管路的连接装置，包括管路弯头、自动放水器、孔板流量计和高压胶管等。封孔管与管路弯头、孔板流量计、止回阀等连接，再通过接头与铠装胶管连接，胶管另一端通
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煤矿瓦斯抽采泵选型
