矿井井下移动瓦斯抽放设备与管理 - 图文

矿井井下移动瓦斯抽放设备与管理

第一节 井下移动瓦斯抽放概述 一、必要性 （一）国家的重视 瓦斯治理十二字方针：

“先抽后采，监测监控，以风定产” （二）我国的煤矿瓦斯现状使然

1、阳泉综采工作面瓦斯涌出量40m3/min,国外个别工作面高达80～100m3/min;

2、我国50年代开始抽采，到1999年底158个煤矿建立了抽放系统，年抽放量7.89亿m3。煤与瓦斯突出矿井约9000多处，占矿井总数的30%左右。

二、瓦斯抽放必要性的几个条件；

（1）通风能力（矿井的瓦斯涌出量超过该矿井所能稀释的瓦斯量时，就有必要考虑瓦斯抽放）

（2）法规要求 (3)资源利用

（4）环保需要（瓦斯时引起全球温度升高产生“温室效应”的温室气体之一，甲烷引起的升温效应是同体积二氧化碳的25倍）

三、《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定必须进行瓦斯抽放的矿井为： （1）当回采工作面瓦斯涌出量>5m3/min；

（2）掘进工作面瓦斯涌出量>3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯。

（3) 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1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min； ——年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min； ——年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min； ——年产量等于或小于0.4Mt，大于15m3/min；

（4）开采有煤与瓦斯突出危险煤层。 四、抽放瓦斯的方法： （一）分类

a\\按瓦斯的来源分三类：开采煤层、邻近层、采空区抽放； b\\按抽放的机理分为两类：未卸压和卸压抽放；

c\\按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放 ? 二）开采煤层的瓦斯抽放

? 开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作。

1、未卸压的钻孔抽放

? 本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。

? 按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。

? 钻孔参数：

? 钻孔方向,我国多为上向孔； ? 抽放负压 孔口负压不超过14kPa ? 孔间距 30—50m ? 钻孔直径 70—100mm 2、卸压的钻孔抽放

（三）卸压的钻孔抽放

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? 1）、随掘随抽

2）、随采随抽 顶板走向钻孔，

? 顶板巷道

上向穿层钻孔 钻场 C13煤 20~25m 50m 11－2煤 1782（1）工作面 图3 1782（3）底板抽放巷钻场钻孔布置图 1782（3）底板抽放巷 下向钻孔 采空区

（四）邻近层的瓦斯抽放 邻近层含义(相对于开采层而言) 为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢？

? 煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带：冒落带、裂隙带和变形带，在其底板则形成卸压带。

? 参数：钻场位置；钻场或钻孔的间距；钻孔角度；钻孔进入的层位；孔

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径和抽放负压。

PQε自然涌出带涌出变化带涌出活跃带涌出衰减带弯曲下沉带ⅠⅡⅢ裂隙带Ⅳ冒落带原始应力区集中应力区zσ应力降低区应力恢复区

图2-1 围岩应力分区与瓦斯涌出分带的时空关系示意图

走向方向围岩的应力分布特征

岩层在走向上按应力状态、移动特征可以分为四个区、三个带，如图2-1所示。

（1）水平方向各区的基本特点

原始应力区：该区一般位于工作面前方60～150m以远，岩层处于原始应力场，不受采动影响，透气性系数为其原始值。

集中应力区：该区出现在工作面前方60～150m范围内，岩层处于受采动影响形成的集中应力场中，垂直方向上的应力δz一般可升高2～5倍。岩体在集中应力下处于压缩状态，煤、岩层的孔隙率显著降低，其透气性系数大大降低，一般仅为原始值的数十至数百分之一。岩层的破坏形态以剪切为主、拉断为辅。

应力降低区：应力降低区出现在工作面前方4～5m到工作面后方50～150m以远，岩层处于卸压状态。自开采层水平由近而远岩层有不同程度的沉降与膨胀变形，岩层间出现离层现象。岩层得到充分的卸压、扩张或形成垂直和水平的裂隙，使岩层的透气性系数成十、成百倍的增加。

应力恢复区：随着工作面的推进，卸压区的岩层在地应力作用下逐渐压

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实，岩层中原来产生的水平和垂直裂隙不断缩小以至闭合，使其透气性逐渐减小。该区的岩层应力随时间的推移，应力会逐渐升高，但无论时间多长，该区的应力值也不能恢复到原始应力值。

（2）垂直方向各区的基本特点

工作面上覆岩层由上向下按其破坏程度可分为三个带：冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。

冒落带:

冒落带是指用全部跨落法管理顶板时，回采工作面放顶后引起煤层顶板岩层产生冒落破坏的范围。冒落带内岩层破坏的特点是：①随着煤层的开采，顶板岩层在自重的作用下，发生弯曲、断裂、破碎成块而冒落。冒落岩块大小不一，无规则地堆积在采空区内。根据冒落岩块的破坏和堆积情况，冒落带可分为不规则冒落带和规则冒落带两部分。在不规则冒落带内，岩层完全失去原有的层位，岩块破碎、堆积紊乱；在规则冒落带内，岩层基本上保持原有层次，位于不规则冒落带之上。②冒落岩石具有一定的碎胀性，冒落岩块空间较大，连通性好，有利于瓦斯和水通过。冒落岩石的体积大于冒落前的原岩体积。岩石具有的碎胀性是使冒落能自行停止的根本原因。③冒落岩石具有可压缩性。冒落岩块的空隙随着上覆岩层的下沉，压力的增大，在一定程度上可得到压实，一般是稳定时间越长，压实性越好，但永远不会恢复到原岩体的体积。④冒落带的高度（简称“冒高” ）主要取决于采出煤层厚度、上覆岩石的碎胀系数和倾角等，通常为采出厚度的3～5倍。顶板岩石坚硬时，冒高为采出厚度的5～6倍。顶板为软岩时，冒高为采出厚度的2～4倍。实践中可用下式近似估算冒高H冒:

H冒?M （2-1）

(k?1)cos?式中：M—煤层采厚； k—岩石碎胀系数； α—煤层倾角； 裂隙带:

在采空区上方覆岩层中产生裂缝、离层及断裂，但仍保持层状结构的那

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部分岩层及所属的空间范围称为裂隙带。裂隙带通常位于冒落带和弯曲下沉带之间。裂隙带内岩层产生较大的弯曲、变形及破坏，其破坏特征是：岩层不仅发生垂直于层理面的裂缝或断裂，而且产生顺层理面的离层。层内产生大量的裂隙、裂缝，具有良好的透气、导水性。按裂隙产生的数量及性质，裂隙带又可分成贯穿裂隙带与非贯穿裂隙带。贯穿裂隙带内岩层内部的裂隙、裂隙密度大且相互贯穿，是瓦斯、水的良好流动通道。非贯穿裂隙带内岩层内部的裂隙密度小且连通性差，对瓦斯、水的流动阻力较大。裂隙带的高度一般为采高的10～30倍。当然这不包括冒落带的高度。

弯曲下沉带:

弯曲带位于裂隙带之上直至地表。此带内岩层的移动特点：

①岩层在自重力的作用下产生层面法向弯曲，在水平方向处于双向受压缩状态，因而其压实程度较好。

②弯曲带内岩层的沉陷过程是连续而有规律的，并保持其整体性和层状结构，不存在或极少存在离层裂缝。在坚直面内，各部分的移动值相差很小。

③弯曲带的高度主要受开采深度的影响。当采深很大时，弯曲带的高度可大大超过冒落带和裂隙带的高度之和。此时，开采形成的裂隙带不会达到地表，地表的移动和变形相对比较平缓。

2.2.2倾向方向围岩的应力分布特征

由于煤层的开采，采空区上覆岩层的重量部分地转移到工作面前方煤壁、两侧煤柱上，使煤壁、煤柱受集中应力的作用。工作面的推进，会使煤壁、煤柱上的支承力不断向前传递。随着上覆岩层的垮落、压实，冒落带、裂隙带岩石承载能力的恢复，原来受集中应力的煤柱，应力逐渐减小并趋于稳定，两侧煤柱的影响范围沿深部收敛(见图2-2)，一般为10～20m。

由于应力状态的改变，煤柱及上、下部分岩层在集中应力阶段产生的剪切弱面得以扩张，它们的透气性系数因此显著增大。

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? （五）采空区抽放

? 采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类。全封闭式抽放又可分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综合抽放等方式。半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽放巷道(如鸡西矿务局城子河煤矿)，在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻，同时封闭采空区入口，以抽放下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。抽放的采空区可以是一个采煤工作面(如松藻矿务局打通二矿)，或一两个采区的局部范围(如天府矿务局磨心坡煤矿)，也可以是一个水平结束后的大范围抽放(如中梁山矿务局)。

? （六）围岩瓦斯抽放

? 煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带打钻，进行瓦斯抽放。

第二节 、瓦斯抽放设备 一、关于真空泵的几个概念

1、压力：流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强，又称为压力。（压力的单位：N/m2，Pa，毫米水柱，毫米汞柱等。标准大气压的换算关系 1atm = 1.013×105Pa =760mmHg =10.33mmH2O)

2、“真空”的概念：“真空”是指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子密度低于该地区大气压的气体分子密度。

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完全没有气体的空间状态称为绝对真空。

3、真空泵：是用以产生、改善和维持真空的装置（液环真空泵 将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水的亦称为水环式真空泵） 。

4、抽气量：真空泵在工作压强下单位时间内抽吸气体的流量。单位：kg/h或m3/h；

5、极限压强（极限真空度、最高负压）：在抽气量为零的情况下真空泵所能达到的绝对压强。单位：Pa、KPa、MPa或mmhg（极限绝压减当地大气压为极限真空度）；

6、真空压强：绝对压强于一个标准大气压力之差； 7、真空度：用百分数表示的真空压强与标准大气压的比值；

8、流量：抽放设备在一定进口压力下，单位时间内所抽出的气体体积。 二、瓦斯抽放所涉及的设备设施

抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯抽放泵、安全装置和检测仪表。

钻机：根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放瓦斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到100～120mm，插入直径70～80mm的钢管。

封孔：用水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器或聚胺脂封孔。封口深度视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时2～3m，围岩松软时6～7m，甚至10m左右。

其它：封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、流量计、铠装软管(或抗静电塑料软管)、闸门等将钻孔与抽放管路连接起来。

? 三、抽放瓦斯管道要求： ? 一般用钢管、铸铁管、PE管。

? 管内瓦斯流速 V:5m/s

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择的管径有足够的通过能力和较低的阻力。

? 大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为： ? 采区的100mm～150mm， ? 大巷的150mm～300mm， ? 井筒和地面的200mm～400mm。 ? 管路内壁应洁净无杂物；

? 管路孔径应不小于孔板流量计孔径； ? 所用抽放管路必须是防静电管路； ? 管路的各接口处应密封良好； ? 在管路的各凹拐点最低处应加放水器； ? 为减少抽放阻力，管路布置应尽可能平直。 ? 四、瓦斯泵

? 我国煤矿常用的瓦斯泵有3种类型：

? 水环式真空泵（SZ型、SK型、2YK型、2BE系列） ? 离心式瓦斯泵

? 回转式瓦斯泵（罗茨鼓风机、叶氏鼓风机、滑板式压风机）。 ? 瓦斯泵各自的特点：

? （1）水环式真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好(工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸)。适用于抽出量不大，要求抽放负压高矿井。

? （2）离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大（20～1200m3/min），管道阻力不高（4～5kPa）的抽放情况下。

? （3）回转式鼓风机的特点是，管道阻力变化时，风机的流量几乎不变，所以供气均匀，效率高。缺点是噪音大，检修复杂。

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瓦斯抽放泵实物图

? ?

五、流量计

为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支管和各个钻场

内安设测定瓦斯流量的流量计。 ?

煤矿抽放瓦斯，广泛使用径距取压法的孔板流量计。

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变压头流量计

将流体的动压头的变化以静压头的变化的形式表示出来。一般，读数指示由压强差换算而来。

流量计

如：测速管、孔板流量计和文丘里流量计

变截面流量计

流体通过流量计时的压力降是固定的，流体流量变化时流道的截面积发生变化，以保持不同流速下通过流量计的压强降相同。 如：转子流量计

六、安全装置： 防回火装置

封式防爆、防回火装置 放空管、避雷器

ＦＢＱ系列水封式防爆器与ＦＨ

Ｑ系列防爆器

七、放水器

抽放瓦斯管路工作时．不断有水积存在管路的低洼处，为减少阻力保证管路安全有效的工作，应及时排放积水。因此在瓦斯抽放管路中每200一300m

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最长不超过500m的低洼处应安设一只放水器。放水器有两大类：人工放水器与自动放水器。

人工放水器

人工放水器的原理如图7—1所水，管路工作时，放水器的3、4阀门关闭，2阀门开启，管路积水流入位置较低的放水器5内。当放水时，首先关闭阀门2切断负压，打开阀门3、4，放水器内的积水自动流出，水放完后，关闭阀门3、4，打开阀门2。这种放水器结构简单，工作可靠，但需专人放水，可用于井下主、支管内。

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第三节、水环式真空泵

一、工作原理（以2BE系列为例）

2BE系列水环式真空泵水环真空泵属于容积变化式设计。如图所示，转子在泵壳内偏心安装，起动前向泵内注入一定高度的水，它旋转时，由于离心力的作用，泵内的水沿外壳流动形成水环（形成一个形状与泵体内壁相似，厚度接近相等的液环），该水环也是偏心的，在水环的前半圈，水环的内表面逐渐离开叶轮轮毂，形成逐渐扩展的空腔而由抽吸口吸入瓦斯（两相临叶片所包围的容腔从小逐渐变大，产生真空，气体由分配器的吸入口吸入）；在后半圈，水环内表面逐渐靠近轮毂，形成逐渐压缩的空腔，而把压缩的瓦斯经压出口排出（两相临叶片所包围的容腔从大逐渐变小，原来吸入的气体受到压缩，当压力达到或略大于大气压力时，气体经气水分离器排出），随之排出的还有一部分水。

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气水分离器

吸气口控制阀门

水压表

电门

旁通管控制阀门

空板流量计 电机

联轴节及其保

护罩

抽放泵 水质过滤器

排放口

气水分离

器

真空表

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汽水分离器 隔板 排水管 汽水进入口

水环式真空泵结构原理图

水环泵工作轮2在泵体l中旋转时形成了水环3和工作室5。水环与工作轮构成了月牙形空间。右边半个月牙形的容积由小变大，形成吸气室。左边

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的半个月牙形的容积由大变小，构成了压缩过程(相当于排气室)。被抽气体由进气管8和进气口4进入吸气室。转子进一步转动，使气体受压缩，经过排气口6和排气管7排出。排出的气体和水滴由排气管道7进入水箱10，此时气体由水中分离出来，气体经管管道9排到大气中，水由水箱进入泵中，或经过管道11排到排水设备中。

二、水环式真空泵的优缺点及适用条件 1、水环式真空泵的优点是：

（1）真空度高，如用油替代水做工作液时，真空度可以达到99.5%； （2）结构简单，运转可靠；

（3）工作叶轮内有水环，没有爆炸危险。 2、缺点是： （1）流量较小 （2）正压侧压力低

（3）轴磨损，外壳磨损较大。

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3、适用条件： （1）瓦斯抽出量较小； （2）煤层透气性低；

（3）管路较长和需要抽放负压较高的矿井或区域； （4）瓦斯浓度变化较大，浓度较低的矿井。

目前较常用的水环式真空泵2BEA系列水环式真空泵，它的性能规格见下表 。

型号 最低吸入 绝压hPa 泵转速 最大气量 3(r/min) (m/min) 568 660 2BEA252 33 740 820 880 560 590 2BEA253 33 660 740 820 466 520 2BEA303 33 590 660 740 390 415 2BEA353 33 464 520 590 20 25 28 30 33 28 30 35 39 43 43 45 52 58 62 55 58 65 72 81 电机功电机吸入口径 率 传动形式 电压 (mm) (kw) (v) 30 皮带 37 皮带 55 皮带 75 皮带 45 皮带 55 皮带 55 皮带 90 皮带 55 皮带 75 皮带 90 皮带 75 皮带 90 皮带 110 皮带 132 皮带 380 380 150 150 380 380 380 380 380 380 380 380 200 200 380 380 380 380 380 250 250 150 150 排出口径 (mm) 45 联轴器 380 75 联轴器 380 75 联轴器 380 110 联轴器 380 160 联轴器 380 使用环境条件：

工作环境温度：0℃～40℃； 井下空气相对湿度：≤98%（25℃）； 水环真空泵工作水温范围：5℃～50℃； 大气压力：86kPa～110 kPa

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水环式真空泵运行时所需工作液流量表（m3/h）

型号 2BEA103-0 2BEA153-0 2BEA203-0 2BEA253-0 2BEA303-0 2BEA353-0 2BEA355-1 2BEA356-1 2BEA403-0 2BEA405-1 2BEA406-1 2BEA505-1 2BEA506-1 2BEA605-1 2BEA705-1 工作液流量(在转速nm和吸入压力mbar) 33 100 160 200 300 400 500 1.4 1.9 2.6 5.2 8.5 11.2 10.9 10.9 10.4 9.3 8.0 6.7 5.5 4.3 10.9 10.9 10.4 9.3 8.0 6.7 5.5 4.3 16.0 14.7 14.7 14.2 12.6 10.9 9.2 7.5 5.9 21.3 20.5 18.2 15.7 13.3 10.8 8.5 420 420 372 330 266 318 318 266 236 198 565 565 472 398 330 530 372 660 转速 1450 1450 980 740 660 允许转速 1300~2190 1100~1810 740~1300 565~920 446 790 600 700 800 r/min r/min r/min 31.0 31.0 29.9 26.4 22.9 19.3 15.8 12.4 41.8 40.3 35.6 30.8 26.1 21.2 16.7 三、水环式真空泵的启动操作顺序：

①打开工作液阀，注入适量的水，当液体有自动排水阀流出时，关闭工作液阀（如果自动排水阀不流水，有可能被堵塞，这是水充满泵内，如开泵将有损坏叶片的危险）；

②打开密封液阀，液阀调整到填料压盖处有少量液体泄漏，一般为1-2滴/秒为宜（如液体无泄漏应适当调松压盖，反之，适当调紧填料压盖（泵运转后才有液体泄漏））；

③开启排气闸阀；

④搬动对轮，使泵轴转动2至3转。

⑤启动电机，马上打开进水闸阀，调整水环真空泵工作液（水）的流量，使供水符合规定的流量要求；

⑥缓缓开启吸气闸阀

⑦调整密封液阀，使密封液压力表显示1.2mbar的绝对压力，并使填料盖处有少量的密封液流出；

⑧运转过程中，检查水环真空泵填料松紧程度是否合适，以水滴连续流

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下为宜；检查U型管压差是否稳定；检查泵运转声音是否正常，泵是否振动；检查气水分离器水位是否稳定；检查排水温度是否正常，以不超过50℃为宜。

操作注意事项

在开动瓦斯机以前，必须详细检查机械的如下情况：

①存放期过长（存放1年以上的泵），再启动前应更换泵轴承腔内的润滑脂

② 检查地脚螺拴及各接合面联接部分有无松动。检查联轴器销钉有无松动。

③检查齿轮箱、减速器之润滑油．是否法规定牌号添加．油量是否在规定的油线上

④如机体采用水冷系统时，应检查进水阀门是否好用．水有无被阻塞现象。

⑤瓦斯机的轴封装置，应拧入足够的油脂。

⑥带有齿轮油泵的瓦斯机，应检查油泵是否上油，油管及油过滤器有无堵塞现象。

泵在运行时注意：

1、水的压力一般控制在0.1～0.4MPa之间，如果压力过大，容易在出口处带出大量瓦斯，造成瓦斯超限。开泵时水量一般加到泵轴中心为宜，如果水量过多，容易造成叶轮损坏，水还对抽放泵起冷却作用，工作时填料处应有少量水流出，一般1-2滴／每秒为宜，如无水流出，应适当调松填料压盖。

2、瓦斯抽放泵负压一般控制在250～550mmHg之间，如果负压过高容易造成叶轮或泵轴损坏，这时必须调整负压调整装置，降低负压。

3、由于井下水质硬度较高，泵内极易结垢，开泵前必须先盘车灵活之后再启动，最好每天对备用泵进行遛转，防止结垢不能启动。

四、水环式真空泵的停机操作顺序：

①开启配风阀门，关闭进气阀门，使泵运转3~5分钟，排出管内瓦斯； ②切断电源，关闭排气阀门； ③关闭供水阀门；

④打开排水阀门，放清积水。

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8 轴承部1. 胶带拉得过紧； 位发2. 电机、减速机、压缩机不对中； 7. 适当放松胶带； 8. 重新对中； 9. 改善润滑条件； 10. 重新调整轴承位置； 11. 更换轴承。 热。 3. 润滑不良，油脂干涸或太多； 4. 轴承安装不当； 5. 轴承锈蚀、腐蚀、滚道被划伤。 6. v型周凤奉劝宇宙城内该压得过紧 9 液位计1. 气水分离器液体排出阀调节不当； 液位不2. 机组工作液供给不稳定。 稳，气体从气水分离器排水阀漏3. 适当调节气水分离器液体排出闸阀的开度； 4. 使工作液供给稳定。 出。 第四节、瓦斯抽放计量和测定方法

瓦斯计量及其测定工作是抽放工作中的一个重要环节。只有较准确地测定出抽放过程中的有关参数及其变化，才能真实的反映出煤层瓦斯涌出规律和评价抽放效果，并从中总结经验，找出规律，指导实践，进而达到科学管理的目的。一般来说，在矿井抽放瓦斯工作中，瓦斯浓度、抽放负压和瓦斯流量三个重要参数必须定期测定和掌握，并控制其变化。

一、U形管压差计

U形管压差计为一固定在木板上的U形玻璃管，内装汞或水作为工作液。压差大时用汞，压差小时用水。工作液的正常高度为U形玻璃管高度的一半，刻度尺嵌在u形管中间。玻璃管的内径一般是5—6mm。

用U形管压差计测量高负压管道的孔板流量计或文丘利流量计的压差时，U形管压差计的两根胶管，必须同时接通2个测量嘴，以免压差计的工作液被负压吸走。为了操作方便，在压差计的一根玻璃管上安装一个玻璃旋塞阀，先关闭旋塞阀再接测量嘴，开放旋塞阀即可进行测量。

当测定的压差值很小时，为提高读数精度，可采用倾斜压差计。 使用U型压差计注意事项如下：

（1）U形水柱计内必须是蒸馏水或清净水。

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（2）观察时，要将U型水柱计垂直放置，使两水柱凹面持平。 (3)用u型水柱计测定抽放压力时，应按规定将水柱计的胶管与管道上的压力接孔联接，并使其稳定I一2分钟．然后读取压力值。

二、瓦斯浓度测定：

由于从煤层或采空区中抽出的瓦斯浓度都比较高，因此，对抽放管路中的瓦斯浓度必须采用高浓度(100％)光学瓦斯检定器进行测定。使用方法与低浓度光学捡定器一样，首先对零，然后将进气孔的胶皮管与观测孔关连接好，取好气样。然后断开连接，把观测孔封堵好。马上读取测定数据，并做好记录。

当抽放管道负压大于13kPa时，常用的皮球就不能取出瓦斯气样，为此要采用专门的高负压瓦斯取样器。

左图为W—2型高负压取样器

抽放泵瓦斯浓度测量时还应做到：

（1）采其地点为抽放泵附近的正压侧管道安有小支管（外径已能够连接光学瓦斯检定器附带胶管为宜）；

（2）小支管内径不大于2.5mm，与主管道连通严密不漏气；

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（3）用于测定抽放浓度的小支管，在不进行采气时，必须用接扎胶管或木塞封堵好。

图3—18—20所示为Fw—l型高负压瓦斯取样器示意图，采样前，先将进气接头1与孔板流量计孔板上游的测量嘴接上，将出气接头2与瓦斯检定器(或取样袋)连接，然后将平衡压力接头3与瓦斯孔板流量孔板下游连接；采气样时，首先拉动手柄，进气接头1内的单向阀(薄膜阀)打开，管道内瓦斯被吸入气筒内，而活塞4后部的气体则排至瓦斯管道中，起到平衡压力作用，以减少漏气，尔后向前快速推动活塞，出气接头2内的单向阀门打开，将瓦斯送入瓦斯检定器(或取样袋)内。为此重复数次，即可将瓦斯样采入瓦斯检定器中。

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真空表和水压表

用孔板流量计测定抽放瓦斯流量

煤矿抽放瓦斯，广泛使用径距取压法的孔板流量计，而孔板的孔径多为瓦斯管道直径的，当瓦斯量较小时，孔板直径亦可小于管径的。 (一)孔板流量计的构造

孔板流量计的构造，如图4—20所示。小型孔板流量计。孔板流量计主要由孔板、测量嘴(取压嘴)和钢管组成。

为减小管道阻力损失，可用活动孔板流量计。它有两个位置，测量时，手把转到b的位置，不测量时则转到a的位置。 孔板的构造

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孔板流量计的结构

表1 煤矿井下常用孔板规格 抽放管直径开孔直径孔板外圆直径孔口直线段长度孔板厚度测量嘴内径D(mm) D(mm) D'(mm) c(mm) n(mm) b(mm) 25.4 50.8 101.6 152.4

12.7 25.4 50.8 76.2 34 88 142 197 0.5 1.0 1.5 2.0 30

3 4 6 8 3 3 3 3～4

203.2 101.6 252 2.5 10 3～5 注：开孔的圆锥角α=45° (二)孔板流量计的安装与使用

１、在抽放瓦斯管道内安装孔板时，孔板的孔口必须与管道同心，其端面与管道轴线垂直，偏心度＜1％～2％。

２、安装孔板的管道内壁、在孔板前后距离为2D的范围内．不应有凸凹不平、焊缝和垫片等。

３、孔板流量计的上游端(前端)、管道直线段的长度≥20Ｄ，下游端（后端）的长度≥D。

4、要经常清理孔板前后的积水和污物，孔板锈蚀要更换。 5、抽放瓦斯量有较大变化时，应根据流量大小更换相应的孔板。 (三)测量的参数

应用孔板流量计来测定，计算管道内的瓦斯流量时．必须同时测量如下参数：

①孔板前后的压差值； ②测量地点的大气压力值；

③管道内的气体压力值，正压或负压（孔板上游端压力）； ④管道内的气体温度； ⑤管道内的瓦斯浓度。

通过测定上述有关参数，并将有关测定值代入以下公式，同时选取有关表格中的参数，则可计算出管道中的瓦斯流量。

Q?19.8K?b?h??p??T

式中：

Q——用标准孔板测定的混合瓦斯流量，m3/min； K——流量校正系数,K=189.76*a0*m*D2； a0——标准孔板流量系数； m——截面比, D——管道直径，m；

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△h——在孔板前后端所测之压差，Pa； δT——温度校正系数； δp——压力校正系数； b——瓦斯浓度校正系数。 实际孔板流量特性系数K指表

管径m a0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 D(mm) K 15 a0 0.6155 0.6192 0.6257 0.6335 0.6426 0.6532 0.6654 0.6815 0.6992 0.7192 0.7406 0.7673 0.7961 0.8223 K 0.0013 0.0026 0.0040 0.0054 0.0069 0.0070 0.0099 0.0118 0.0134 0.0154 0.0174 0.0197 0.0221 0.0246 a0 0.6151 0.6188 0.6252 0.6330 0.6423 0.6528 0.6647 0.6808 0.6984 0.7184 0.7398 0.7664 0.7953 0.8218 K 0.0023 0.0047 0.0071 0.0096 0.0122 0.0125 0.0177 0.0207 0.0239 0.0273 0.0309 0.0349 0.0939 0.0437 a0 0.6137 0.6184 0.6247 0.6325 0.6417 0.6524 0.6640 0.6801 0.6976 0.7176 0.7390 0.7655 0.7945 0.8215 K 0.0037 0.0073 0.0111 0.0150 0.0190 0.0232 0.0275 0.0322 0.0371 0.0425 0.0481 0.0544 0.0612 0.0681 a0 0.6137 0.6173 0.6234 0.6313 0.6402 0.6512 0.6624 0.6783 0.6954 0.7154 0.7371 0.7633 0.7823 0.8208 K 0.0084 0.0169 0.0256 0.0236 0.0329 0.0425 0.0525 0.0634 0.0748 0.0870 0.1001 0.1145 0.1301 0.1464 a0 0.6128 0.6162 0.6221 0.6293 0.6387 0.6492 0.6607 0.6764 0.6934 0.7134 0.7350 0.7610 0.7900 0.8200 K 0.0145 0.0292 0.0333 0.0487 0.0633 0.0799 0.0972 0.1159 0.1355 0.4567 0.1793 0.2041 0.2311 0.2598 a0 0.6109 0.6140 0.6196 0.6261 0.6357 0.6460 0.6574 0.6727 0.6892 0.7092 0.7310 0.7565 0.7858 0.8185 K 0.0306 0.0655 0.0992 0.1337 0.1696 0.2062 0.2456 0.2872 0.3310 0.3785 0.4292 0.4845 0.5452 0.6116 a0 0.6090 0.6117 0.6170 0.6238 0.6327 0.6428 0.6541 0.6690 0.6850 0.7050 0.7270 0.7520 0.7815 0.8170 K 0.0578 0.1161 0.1755 0.2366 0.3001 0.3547 0.4231 0.4965 0.5736 0.6576 0.7461 0.8436 0.9513 1.0726 a0 0.6078 0.6105 0.6160 0.6223 0.6310 0.6411 0.6524 0.6675 0.6835 0.7032 0.7252 0.7500 0.7794 0.8145 K 0.0901 0.1810 0.2740 0.3690 0.4677 0.5703 0.6770 0.7917 0.9120 1.0425 1.1826 1.3343 1.5021 1.6905 a0 0.6067 0.6093 0.6150 0.6209 0.6294 0.6394 0.6506 0.6660 0.6820 0.7015 0.7235 0.7480 0.7773 0.8120 K 0.1293 0.2602 0.3939 0.5302 0.6718 0.8190 0.9722 1.1374 1.3103 1.4976 1.6990 1.9162 2.1572 2.4268 a0 0.6055 0.6081 0.6134 0.6195 0.6277 0.6377 0.6488 0.6645 0.6805 0.6998 0.7218 0.7460 0.7751 0.8095 K 0.1760 0.3534 0.5347 0.7200 0.9120 1.1118 1.3197 1.5447 1.7800 2.0334 2.3071 2.6012 2.9279 3.2756 a0 0.6043 0.6069 0.6119 0.6180 0.6260 0.6360 0.6470 0.6630 0.6790 0.6980 0.7200 0.7440 0.7730 0.8070 K 0.2294 0.4607 0.6979 0.9382 1.1879 1.4483 1.7189 2.0130 2.3193 2.6491 3.0058 3.3884 3.8138 4.2651 a0 0.6035 0.6059 0.6109 0.6172 0.6255 0.6355 0.6465 0.6622 0.6782 0.6972 0.7190 0.7430 0.7717 0.8057 K 0.2899 0.5812 0.8804 1.1858 1.5023 1.8315 2.1738 2.5446 2.9318 3.3489 3.7990 4.2826 4.8188 5.3892 a0 0.6027 0.6050 0.6100 0.6165 0.6250 0.6350 0.6460 0.6615 0.6775 0.6965 0.7180 0.7420 0.7705 0.8045 K 0.3575 0.7175 1.0852 1.4623 1.8531 2.2593 2.6816 3.1382 3.6159 4.1303 4.6835 5.2801 5.9398 6.6434 a0 0.6018 0.6040 0.6090 0.6157 0.6245 0.6345 0.6455 0.6608 0.6768 0.6958 0.7170 0.7410 0.7693 0.8033 K 0.4318 0.8639 1.3109 1.7710 2.2406 2.7316 3.2422 3.7932 4.3706 4.9926 5.6663 6.3803 7.1760 8.0264 a0 0.6010 0.6030 0.6080 0.6150 0.6240 0.6340 0.6450 0.6600 0.6760 0.6950 0.7160 0.7400 0.7680 0.8020 K 0.5132 1.0298 1.5576 2.1006 2.6642 3.2483 3.8555 4.5087 5.1953 5.9347 6.7255 7.5828 8.5255 9.5366 20 25 38 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 注：D≤300mm时，a0只采用内插法。D>300mm时，a0值采用D-300mm时的值。

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表3 压力校正系数δp值

压力pT δp mmHg kPa 150 19.99 0.444 155 20.66 0.452 160 21.33 0.458 165 21.99 0.466 170 22.66 0.472 175 23.33 0.480 180 23.99 0.488 185 24.66 0.493 190 25.33 0.500 195 25.99 0.506 200 26.66 0.513 205 27.33 0.519 210 27.99 0.525 215 28.66 0.532 220 29.33 0.538 225 29.99 0.544 230 30.66 0.550 235 31.33 0.556 240 31.99 0.562 245 32.66 0.568 250 33.33 0.574 255 33.99 0.579 260 34.66 0.585 265 35.33 0.590 270 35.99 0.596 275 36.66 0.601 280 37.33 0.607 285 37.99 0.612 290 38.66 0.617 295 39.33 0.623 压力pT δp mmHg kPa 300 39.99 0.629 305 40.66 0.633 310 41.33 0.639 315 41.99 0.643 320 42.66 0.649 325 43.33 0.654 330 43.99 0.659 335 44.66 0.663 340 45.33 0.669 345 45.99 0.674 350 46.66 0.678 355 47.33 0.683 360 47.99 0.689 365 48.66 0.693 370 49.33 0.698 375 49.99 0.702 380 50.66 0.707 385 51.33 0.712 390 51.99 0.716 395 52.66 0.720 400 53.33 0.725 405 53.99 0.729 410 54.66 0.734 415 55.33 0.739 420 55.99 0.743 425 56.66 0.748 430 57.33 0.752 435 57.99 0.756 440 58.66 0.761 445 59.33 0.765 mmHg kPa 450 59.99 0.769 455 60.66 0.774 460 61.33 0.778 465 61.99 0.782 470 62.66 0.786 475 63.33 0.791 480 63.99 0.794 485 64.66 0.799 490 65.33 0.803 495 65.99 0.807 500 66.66 0.811 505 67.33 0.815 510 67.99 0.819 515 68.66 0.823 520 69.33 0.827 525 69.99 0.831 530 70.66 0.835 535 71.33 0.839 540 71.99 0.843 545 72.66 0.847 550 73.33 0.850 555 73.99 0.854 560 74.66 0.868 565 75.33 0.862 570 75.99 0.866 575 76.66 0.870 580 77.33 0.874 585 77.99 0.878 590 78.66 0.881 595 79.33 0.886 压力pT δp mmHg kPa 600 79.99 0.889 605 80.66 0.892 610 81.33 0.896 615 81.99 0.900 620 82.66 0.903 625 83.33 0.907 630 83.99 0.910 635 84.66 0.914 640 85.33 0.918 645 85.99 0.922 650 86.66 0.925 655 87.33 0.928 660 87.99 0.932 665 88.66 0.935 670 89.33 0.939 675 89.99 0.942 680 90.66 0.946 685 91.33 0.949 690 91.99 0.953 695 92.66 0.956 700 93.33 0.960 705 93.99 0.963 710 94.66 0.967 715 95.33 0.970 720 95.99 0.973 725 96.66 0.977 730 97.33 0.980 735 97.99 0.984 740 98.66 0.987 745 99.33 0.990 压力pT δp 压力pT kPa mmHg 750 755 760 765 770 775 780 785 790 795 800 805 810 815 820 825 830 835 840 845 850 855 860 865 870 875 880 885 890 895 δp 99.99 0.993 100.66 0.997 101.33 1.000 101.99 1.003 102.66 1.006 103.33 1.009 103.99 1.013 104.66 1.016 105.33 1.019 105.99 1.023 106.66 1.026 107.33 1.029 107.99 1.031 108.66 1.034 109.33 1.037 109.99 1.040 110.66 1.043 111.33 1.047 111.99 1.050 112.66 1.053 113.33 1.056 113.99 1.059 114.66 1.062 115.33 1.065 115.99 1.068 116.66 1.071 117.33 1.074 117.99 1.077 118.66 1.080 119.33 1.083 表4 瓦斯浓度校正系数b值

f 瓦斯浓度X(%)X=e+f 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 33

0 10 20 30 40 50 e 60 70 80 90 1.000 1.024 1.048 1.074 1.103 1.134 1.168 1.206 1.247 1.292 1.002 1.026 1.050 1.077 1.106 1.137 1.172 1.210 1.251 1.297 1.004 1.028 1.053 1.080 1.109 1.141 1.176 1.214 1.256 1.302 1.007 1.031 1.056 1.082 1.113 1.144 1.179 1.220 1.260 1.308 1.009 1.032 1.058 1.085 1.116 1.148 1.182 1.222 1.263 1.313 1.011 1.035 1.060 1.088 1.119 1.151 1.186 1.225 1.269 1.318 1.014 1.038 1.063 1.091 1.122 1.154 1.190 1.229 1.274 1.324 1.016 1.040 1.066 1.095 1.125 1.158 1.194 1.234 1.278 1.328 1.019 1.043 1.068 1.097 1.128 1.162 1.198 1.238 1.283 1.334 1.021 1.054 1.071 1.100 1.131 1.164 1.202 1.243 1.287 1.339 100 1.344 ??㏒ ??㏒ ??㏒ ??㏒ ??㏒ ??㏒ ??㏒ ??㏒ ??㏒???????????????????????????琰茞?琰茞?琰茞?琰茞?琰茞?琰茞?琰茞?琰茞?琰茞??ü ?ü ?ü ?ü ?ü ?ü ?ü ?ü ?ü 表5 温度校正系数δT值

温度T（℃） T=t1+t2 40 30 20 10 t2 0 -0 -10 -20 -30 -40 0 0.968 0.983 1.000 1.017 1.035 1.035 1.056 1.076 1.098 1.122 1 0.966 0.982 0.998 1.016 1.034 1.037 1.058 1.078 1.099 1.123 2 0.964 0.980 0.997 1.014 1.033 1.039 1.059 1.080 1.103 1.126 3 0.963 0.979 0.995 1.012 1.032 1.041 1.061 1.083 1.105 1.129 4 0.961 0.977 0.993 1.010 1.029 1.043 1.063 1.085 1.108 1.131 t1 5 0.960 0.975 0.992 1.008 1.027 1.045 1.066 1.086 1.109 1.133 6 0.958 0.974 0.990 1.007 1.025 1.047 1.068 1.089 1.112 1.136 7 0.957 0.972 0.988 1.005 1.023 1.049 1.070 1.091 1.115 1.139 8 0.955 0.971 0.987 1.003 1.021 1.052 1.072 1.094 1.117 1.141 9 0.954 0.969 0.985 1.001 1.019 1.054 1.074 1.095 1.119 1.143 (四)瓦斯流量计界实例

例如，某矿抽放瓦斯支管直径D＝38mm，安装孔板流量计的孔板孔径d＝12mm。测得孔板压差△h＝98．1Pa，管内的瓦斯浓度x＝50％．测定地点的大气压力PD＝82.66kPa．瓦斯管内负压为1.33kP a，管内瓦斯温度t＝25℃,试计算抽放的混合瓦斯量Q和纯瓦斯量Qc?

(1)求算孔板实际流量特性系数K： 根据m和D查表2，K＝0.0169。

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22?d??12?m???????D??38??0.0997?0.1????

(2)计算混合瓦斯量

查表4，b＝1.134，查表5，δT＝0.992 PT=PD-PG=82.66-1.33=81.33(kPa) 查表3，δp＝0.896

Q?19.81Kb?h?T?P?19.81?0.0169?1.13498.1?0.992?0.896?0.054(m3／min)

(3)计算纯瓦斯量Qc=Q*X0.054*0.5=0.027 (m3／min)。 第五节、移动瓦斯抽放泵管理

1、凡是利用移动式瓦斯抽放泵抽放瓦斯的地点，必须编写专门的安全技术措施，经矿总工程师或安全副总工程师审批后才能实施。

2、移动式瓦斯泵司机上岗前，要进行专门的安全培训，要了解和掌握瓦斯泵的性能、工作原理、停开泵的程序、应该注意的问题，并经考试合格后的人员担任。

3、移动泵应安装在抽放地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引到总回风道或分区回风道中。

4、移动泵抽出的瓦斯排至回风道时，在抽放管路的出口处，设置两道栅栏，一道设在排放口前方不少于30米处，另一道设置在排放口后方5米处，两道栅栏间距不少于35米。抽放泵排放到巷道内的瓦斯，其浓度必须在30米内混合到1%以下。

5、在瓦斯排放口出风侧30~35米的位置，安装瓦斯监测报警装置，当瓦斯浓度达到1%时报警，并按照《煤矿安全规程》的有关规定进行处理。

6、抽放管路要吊挂在巷道的上帮，距巷道的底板不小于0.3米。管路要吊挂平直，拐弯处设置弯头，管路的法兰接头要加垫并上紧螺丝，使用铅丝接铠装管路时，接头处不少于两道铅丝并扎紧。

在通风不良处或瓦斯尾巷中安装管路时，必须检查瓦斯，瓦斯浓度符合

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有关规定后方可工作。

在有电缆的巷道内铺设管路时，应铺设在电缆的另一侧，严禁瓦斯管路与电缆同侧吊挂。

7、在管路安装过程中，为防止水和煤粉堵塞管路，在管路的适当位置安装放水器和放粉尘装置。在平巷和倾斜巷道联接处，必须设置放水器和放粉尘装置。具体的放水、放粉尘的时间应根据现场的情况，要在安全措施中明确规定。

8、在采用钻孔抽放瓦斯时，为确保抽放浓度，必须加强封孔质量，封孔长度不小于10米。

9、在采用采空区老塘抽放时，为提高抽放浓度和抽放效果，应根据岩石的垮落情况合理的确定埋管长度，一般情况下不小于15~25米。为节省材料，埋入采空区的管路可尽量使用旧管材。

10、在对采用采空区老塘抽放时，为了提高抽放效果，在埋管时，应把抽放管口垫高0.5米,并打好木垛，形成抽放空间。当风道尾部不能及时垮落时，可采用黄泥或其他抗静电材料填严的方法将风道尾部填实，以便提高抽放效果。

11、抽放泵司机，要定期巡视抽放泵的运转情况，按时记录和测试泵的流量、压力、抽放浓度等，并按规定的时间进行汇报和交接班，严禁提前离岗（脱岗）和无人看泵。

12、定期对移动泵进行检修和维护。除了日常的维修外，每月进行一次小修，每半年进行一次大修。

13、当抽放泵因故停止运行时，要立即通知现场的作业人员和有关部门，防止因停泵时瓦斯急剧上升而引起瓦斯事故。在停止抽放期间，要加强瓦斯巡回检查和加大工作面的风量，一但瓦斯超限，要立即停电和撤出人员。同时要积极组织人员进行抢修，及早恢复运转。

14、当发现瓦斯泵异常和压力超过0.085Mpa时,要立即停泵,防止损害瓦斯泵,并通知现场人员,做好应急准备。

15、当移动泵抽放的浓度经常稳定在30%以上时，可以并入矿井的瓦斯利

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用系统。在进行瓦斯利用时，至少每小时检查一次抽放浓度，当瓦斯深度低于30%时，停止并网利用。

16、正确处理采空区抽放与防止采空区发火的关系。对采空区进行抽放时，要经常检查抽放气体中是否含有CO，每周对抽放气体取样化验分析，发现有发火隐患，要采取停止抽放，或减小抽放负压，或调整抽放的范围，要将抽放管路埋入采空区窒息带内，防止因抽放瓦斯而引起或加快煤层自燃事故的发生。

17、移动泵的供水系统要确保水量、水压、水质符合要求，对水质较差的应采取过滤、软化等措施，防止杂质等进入泵体。

18、经常检查管路系统是否完好，抽放负压及流量是否稳定，发现问题及时分析原因，采取调整管路、清理管内杂物、扩大管径等措施，确保抽放负压在0.02~0.07Mpa之间的高效率区运行.

19、瓦斯抽放泵站按规定配齐消防器材。

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