煤礦瓦斯抽放畢業(yè)論文

1、 .PAGE42 / NUMPAGES46煤礦瓦斯抽放畢業(yè)設(shè)計論文摘要隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平的快速發(fā)展，煤礦生產(chǎn)能力大大提高，但是隨著開采深度的增加礦井瓦斯涌出量也大大增加，礦井瓦斯已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的“頭號大敵”。一XX瓦斯賦存情況復雜，涌出量較大，僅靠通風方法難以解決瓦斯超限問題，因而對礦井進行瓦斯抽采勢在必行。本文介紹了礦井的基本概況，對礦井瓦斯抽放的必要性與可行性進行了分析；運用分源預測法計算礦井瓦斯涌出量，并分析了不同的瓦斯抽放方法，設(shè)計了礦井的瓦斯抽放工藝；通過對井下環(huán)境的分析和抽采管徑的計算，確定了抽采管路系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；在計算抽放系統(tǒng)的管道阻力和瓦斯泵的流量與壓力的基礎(chǔ)上，選

2、擇了合適的瓦斯泵型號。本文對XX煤礦進行的瓦斯抽放設(shè)計，對降低工作面回采時瓦斯涌出量，減少瓦斯事故的發(fā)生，實現(xiàn)安全生產(chǎn)有重要作用。關(guān)鍵字：瓦斯涌出、瓦斯抽放、瓦斯抽放系統(tǒng)、瓦斯抽放工藝AbstractWith the rapid development of coal production technology, mine production capacity is greatly improved.Meanwhile，the mine gas emission increases more and more with the depth of mine. The gas has becom

3、e the first restriction of coal mine safety. The gas hazard of the mine is complex and the gas emission quantity is large, which seriously restricts the normal capacity of the mine, and it is difficult to solve with the method of ventilation alone.In the paper, the basic situation of the XX Coal Min

4、e is introduced, and the feasibility and necessity of mine gas drainage are analysised too；Gas emission is calculated using the Separate source method, and the mine gas drainage technology is designed with analysising the different gas drainage method; through the analysis of the underground environ

5、ment and the Calculation of pumping, HYPERLINK :/dict.baidu /s?wd=relevant%20parameter t _blank parameters of drainage pipeline system is determined. based on the resistance of drainage pipe and the gas pumps flow parameters， the suitable model of the gas pump is selected in the paper.The gas draina

6、ge design of XX coal mine can reduce the mine gas emission duringmineproducing , the gas accidents will be controlled, and achieving safe production.Keywords：gas emission ，gas drainage， gas drainage system，gas drainage technology TOC o 1-3 h z u 目錄HYPERLINK l _Toc3582067841 緒論 PAGEREF _Toc358206784

7、h 1HYPERLINK l _Toc3582067851.1選題背景與研究意義 PAGEREF _Toc358206785 h 1HYPERLINK l _Toc3582067861.2 國外瓦斯抽放現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358206786 h 1HYPERLINK l _Toc3582067871.2.1 國外瓦斯抽放現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358206787 h 1HYPERLINK l _Toc3582067881.2.2 國瓦斯抽放現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358206788 h 3HYPERLINK l _Toc3582067891.3 研究容與技術(shù)路線 PAGE

8、REF _Toc358206789 h 6HYPERLINK l _Toc3582067901.3.1 研究容 PAGEREF _Toc358206790 h 6HYPERLINK l _Toc3582067911.3.2 技術(shù)路線 PAGEREF _Toc358206791 h 6HYPERLINK l _Toc3582067922 礦井概況 PAGEREF _Toc358206792 h 8HYPERLINK l _Toc3582067932.1 礦井位置、交通 PAGEREF _Toc358206793 h 8HYPERLINK l _Toc3582067942.2 地層與構(gòu)造 PAGE

9、REF _Toc358206794 h 8HYPERLINK l _Toc3582067952.3 煤層與煤質(zhì) PAGEREF _Toc358206795 h 9HYPERLINK l _Toc3582067962.4 礦井開拓、開采情況 PAGEREF _Toc358206796 h 11HYPERLINK l _Toc3582067972.5 通風與瓦斯 PAGEREF _Toc358206797 h 12HYPERLINK l _Toc3582067982.6 礦井瓦斯災害情況 PAGEREF _Toc358206798 h 12HYPERLINK l _Toc3582067993 礦井

10、瓦斯抽放的必要性與可行性 PAGEREF _Toc358206799 h 13HYPERLINK l _Toc3582068003.1 礦井瓦斯來源分析 PAGEREF _Toc358206800 h 13HYPERLINK l _Toc3582068013.1.1回采工作面瓦斯涌出量 PAGEREF _Toc358206801 h 13HYPERLINK l _Toc3582068023.1.2 掘進工作面瓦斯涌出量 PAGEREF _Toc358206802 h 16HYPERLINK l _Toc3582068033.1.3 采區(qū)瓦斯涌出量 PAGEREF _Toc358206803 h

11、 18HYPERLINK l _Toc3582068043.1.4 礦井瓦斯涌出量 PAGEREF _Toc358206804 h 19HYPERLINK l _Toc3582068053.1.5 瓦斯涌出分析結(jié)果 PAGEREF _Toc358206805 h 19HYPERLINK l _Toc3582068063.2 瓦斯抽采的必要性 PAGEREF _Toc358206806 h 20HYPERLINK l _Toc3582068073.3 瓦斯抽采的可行性 PAGEREF _Toc358206807 h 21HYPERLINK l _Toc3582068084 抽放方法與抽放工藝 P

12、AGEREF _Toc358206808 h 22HYPERLINK l _Toc3582068094.1 瓦斯抽放設(shè)計參數(shù) PAGEREF _Toc358206809 h 22HYPERLINK l _Toc3582068104.1.1瓦斯儲量計算 PAGEREF _Toc358206810 h 22HYPERLINK l _Toc3582068114.1.2 瓦斯可抽量計算 PAGEREF _Toc358206811 h 23HYPERLINK l _Toc3582068124.2 瓦斯抽放方法 PAGEREF _Toc358206812 h 24HYPERLINK l _Toc35820

13、68134.3 瓦斯抽放方法的確定 PAGEREF _Toc358206813 h 26HYPERLINK l _Toc3582068144.3.1 掘進工作面邊掘邊抽 PAGEREF _Toc358206814 h 26HYPERLINK l _Toc3582068154.3.2 回采工作面順層鉆孔預抽 PAGEREF _Toc358206815 h 28HYPERLINK l _Toc3582068164.3.3 采空區(qū)埋管抽采瓦斯 PAGEREF _Toc358206816 h 28HYPERLINK l _Toc3582068174.3.4 走向頂板長鉆孔抽采瓦斯 PAGEREF _T

14、oc358206817 h 29HYPERLINK l _Toc3582068184.4 封孔工藝 PAGEREF _Toc358206818 h 31HYPERLINK l _Toc3582068194.5 抽采參數(shù)與鉆孔施工設(shè)備 PAGEREF _Toc358206819 h 32HYPERLINK l _Toc3582068204.5.1 抽采參數(shù) PAGEREF _Toc358206820 h 32HYPERLINK l _Toc3582068214.5.2 鉆孔施工設(shè)備 PAGEREF _Toc358206821 h 32HYPERLINK l _Toc3582068225 抽放管路

15、系統(tǒng)選擇 PAGEREF _Toc358206822 h 34HYPERLINK l _Toc3582068235.1 抽采管路系統(tǒng)的選擇原則 PAGEREF _Toc358206823 h 34HYPERLINK l _Toc3582068245.2抽放管路敷設(shè) PAGEREF _Toc358206824 h 34HYPERLINK l _Toc3582068255.3 抽采管路管徑計算與管材選擇 PAGEREF _Toc358206825 h 34HYPERLINK l _Toc3582068265.3.1瓦斯管徑計算 PAGEREF _Toc358206826 h 34HYPERLINK

16、 l _Toc3582068275.3.2 抽采管材的選擇和管徑確定 PAGEREF _Toc358206827 h 35HYPERLINK l _Toc3582068285.4 抽采管路阻力計算 PAGEREF _Toc358206828 h 35HYPERLINK l _Toc3582068295.5 抽采規(guī)模 PAGEREF _Toc358206829 h 37HYPERLINK l _Toc3582068305.5.1 按瓦斯儲量計算瓦斯抽采量 PAGEREF _Toc358206830 h 37HYPERLINK l _Toc3582068315.5.2 按煤礦瓦斯抽采指標計算瓦斯抽

17、采量 PAGEREF _Toc358206831 h 39HYPERLINK l _Toc3582068325.5.3 抽采規(guī)模的確定 PAGEREF _Toc358206832 h 39HYPERLINK l _Toc3582068335.6 附屬裝置 PAGEREF _Toc358206833 h 39HYPERLINK l _Toc3582068345.7 瓦斯管路的敷設(shè)與質(zhì)量驗收 PAGEREF _Toc358206834 h 39HYPERLINK l _Toc3582068356 抽采設(shè)備選型 PAGEREF _Toc358206835 h 41HYPERLINK l _Toc35

18、82068366.1 選型原則 PAGEREF _Toc358206836 h 41HYPERLINK l _Toc3582068376.2 瓦斯泵流量計算 PAGEREF _Toc358206837 h 41HYPERLINK l _Toc3582068386.3 瓦斯泵壓力 PAGEREF _Toc358206838 h 41HYPERLINK l _Toc3582068396.4 抽采泵選型 PAGEREF _Toc358206839 h 42HYPERLINK l _Toc3582068407 主要結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc358206840 h 44HYPERLINK l

19、_Toc3582068417.1 主要結(jié)論 PAGEREF _Toc358206841 h 44HYPERLINK l _Toc3582068427.2 展望 PAGEREF _Toc358206842 h 44HYPERLINK l _Toc358206843致 PAGEREF _Toc358206843 h 45HYPERLINK l _Toc358206844主要參考文獻 PAGEREF _Toc358206844 h 461 緒論1.1選題背景與研究意義“安全第一、預防為主”是我國各行各業(yè)都要遵循的安全生產(chǎn)方針。采煤作業(yè)作為高危險行業(yè)，在安全生產(chǎn)方面尤為重視。但是隨著煤礦開采技術(shù)的快速

20、發(fā)展，一方面煤礦機械化水平不斷提高，煤礦生產(chǎn)越來越高效化、集約化；另一方面隨著煤礦開采深度的不斷加深，采煤作業(yè)的不斷提速，使得礦井瓦斯涌出量一直處于上升狀態(tài)，對煤礦的安全生產(chǎn)造成重大威脅。近年來我國煤礦安全生產(chǎn)狀況有明顯改善，百萬噸死亡率從2002年的4.94降至2011年的0.564，但是與發(fā)達國家的百萬噸死亡率相比仍相差甚遠，煤炭行業(yè)在我國仍然是一個高風險的行業(yè)，煤礦事故發(fā)生率居高不下。而在這些事故中，瓦斯事故死亡人數(shù)所占比例最大；據(jù)統(tǒng)計我國煤礦一次死亡10人以上的特大事故中有70%以上是由于瓦斯（煤塵）爆炸事故；2002年20011年，工礦類相關(guān)行業(yè)死亡10人/次以上特重大事故中，煤礦死

21、亡人數(shù)就占72.8%89.3%；而在煤礦企業(yè)所發(fā)生的一次死亡10人以上事故中，瓦斯事故占死亡人數(shù)的77%。這些血淋淋的事實無不說明了瓦斯事故是制約煤礦安全生產(chǎn)的“頭號大敵” 1。為了減少或解除礦井瓦斯對煤礦安全生產(chǎn)的威脅，就要利用機械設(shè)備和專用管道造成負壓，將煤層中賦存或釋放的瓦斯抽放出來，送到地面或其它安全地點，也就是瓦斯抽放。瓦斯抽放對煤礦瓦斯治理有以下幾方面的作用：首先，瓦斯抽放可以減少開采時的瓦斯涌出量，從而減少瓦斯隱患和各種瓦斯事故，是保證安全生產(chǎn)的一項預防性措施。其次，瓦斯抽放可以減少通風負擔，能夠解決通風不易解決的瓦斯難題，降低通風費用。尤其針對瓦斯涌出量很大的礦井或采區(qū)，瓦斯抽

22、放在技術(shù)上和經(jīng)濟上都是必須的。最后，煤層中的瓦斯同樣是一種地下資源，將瓦斯抽采出來送到地面作為燃料和原料加以使用，可以起到保護環(huán)境和提高經(jīng)濟效益的作用。因此，瓦斯抽放已成為我國煤礦瓦斯災害治理的主要技術(shù)手段。 焦煤集團XX煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力1.2Mt/a，服務(wù)年限為44a，根據(jù)瓦斯涌出預測，XX煤礦的礦井相對瓦斯涌出量為41.13 m3/t,絕對瓦斯涌出量108.36 m3/min，礦井絕對瓦斯涌出量遠大于高低瓦斯礦井臨界量的40m3/min，該礦井屬于高瓦斯礦井。并且該礦井通過通風方式無法消除瓦斯隱患，安全難以得到保證，所以本次對XX煤礦進行的瓦斯抽放設(shè)計，具有防止該煤礦發(fā)生瓦斯事故，提高生產(chǎn)

23、效率，實現(xiàn)該煤礦本質(zhì)安全化的重要作用。1.2 國外瓦斯抽放現(xiàn)狀1.2.1 國外瓦斯抽放現(xiàn)狀在抽放理論方面，在1907年美國學者Chamberlin和Darton研究概括出了甲烷聚集和運移的機理；1928年Rice提出了在采煤前采用垂直鉆孔從煤層中除去甲烷的設(shè)想；在隨后的40年里，控制甲烷的通用做法仍然是降低煤炭產(chǎn)量和建立復雜的通風系統(tǒng)2。1964年Lindine等根據(jù)所觀察的瓦斯含量和殘余瓦斯含量與深度之間存在的非線性函數(shù)關(guān)系，提出了第一個預測生產(chǎn)礦井瓦斯涌出量的經(jīng)驗模型；1968年，Airey從理論上導出了第一個預測礦井靜止工作面瓦斯釋放量的偏微分方程，采用解析法求解，建立了一維、單孔隙、氣

24、相的產(chǎn)量預測模型；1972年P(guān)rice-Abdalla提出了二維、單孔隙、氣水兩相綜合性產(chǎn)量預測的數(shù)學模型和有限差分的數(shù)值模型，該模型能求解具不規(guī)則邊界的條件和模擬工作面推進的移動邊界問題，并且開發(fā)了相應(yīng)的計算機軟件NTERCOMP_1；1978年美國煤礦局提出了定向傾斜鉆孔法來抽采煤層瓦斯，該方法將是地面垂直鉆孔和煤層中水平針孔相結(jié)合，實現(xiàn)了彎曲鉆孔3。在抽放量方面，1910年為促進安全生產(chǎn)，減少甲烷災害，美國成立了礦業(yè)局這一專門的政府機構(gòu)，開始監(jiān)督抽放密閉瓦斯；1934年日本道新愰礦抽放密閉區(qū)瓦斯，這是人類歷史上首次在工業(yè)規(guī)模上利用機械開采瓦斯；隨后，煤礦瓦斯抽放在西歐、美國、前聯(lián)、東亞開

25、始迅猛發(fā)展；19491950年間，比利時和英國先后進行的工業(yè)規(guī)模的瓦斯抽放，年抽放量達5700m3；19511987年間，世界煤礦瓦斯呈線性增加，自1951年的1.246億m3 增至1987年的54.31億m3，抽放瓦斯的礦井由68個增至619個，單個抽放礦井的平均抽放量由1951年的198萬m3/井，增至1987年的877萬m3/井；到目前為止3，世界上已有17個采煤國家進行了瓦斯抽放，年抽放量超過了1億m3的國家有10個，如俄、德、英、中、法、美、波、日、澳等；其中原聯(lián)抽放的瓦斯量最多，達21.2億m3，德、英年抽放量均在5億m3以上。這些國家都把抽放瓦斯的工作作為治理瓦斯的生產(chǎn)工序，是高

26、瓦斯含量煤層回采中的一個必不可少的環(huán)節(jié)4。年瓦斯抽放量得到井噴式發(fā)展主要有兩個原因：一是這期間抽放瓦斯礦井數(shù)目大大增加，二是單個礦井的年瓦斯抽放量的增長。這期間為提高瓦斯抽放率，各國都對瓦斯抽采技術(shù)進行了研究：前聯(lián)針對低透氣性煤層難抽問題，在頓巴斯、卡拉干達和庫基巴斯礦區(qū)最先提出并試驗應(yīng)用了交叉鉆孔強化預抽煤層瓦斯的方法，顯著提高了低透氣性煤層的瓦斯抽放率；而日本針對開采深度大的煤層時采用大直徑鉆孔來提高抽采效果；德國和捷克通過向煤層打放射狀鉆孔以延長抽采時間，成功達到了提高瓦斯抽采量的目的；在封孔工藝上，德國和日本在首先推廣應(yīng)用聚氨酯封孔技術(shù)，使抽放負壓達到50KPa 以上，近年來由于石油、

27、天然氣能源的急缺，煤層氣作為煤炭的伴生能源更是受到熱捧，美國等發(fā)達國家掀起了對瓦斯抽采開發(fā)試驗的新浪潮5。針對美國煤層埋藏穩(wěn)定、構(gòu)造簡單、透氣性好、傾角低的優(yōu)點，美國則是采用石油鉆井的成熟工藝在井下水平長鉆孔預抽瓦斯，獲得了很大的成功6?？傮w來說，國外瓦斯抽放技術(shù)已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)在主要采用綜合的總體抽放方式，在掘進過程中抽放瓦斯，回采過程中邊采邊抽和采空區(qū)抽放千方百計增加瓦斯抽放量，提高瓦斯抽放率，同時建立瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井的安全生產(chǎn)提供保障。1.2.2 國瓦斯抽放現(xiàn)狀（1）抽放技術(shù)的發(fā)展情況我國工業(yè)抽放瓦斯始于1938年的龍鳳礦，但系統(tǒng)地連續(xù)抽放瓦斯是1952年在龍風礦建抽放瓦斯泵站開始的

28、，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，無論瓦斯抽放方法，還是抽放瓦斯裝備等均具有較先進的水平7。特別是近十年來，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦井數(shù)量與煤炭產(chǎn)量迅速增加，礦井向深部延伸過程中，一些低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井和突出礦井，因此需要抽放瓦斯的礦井越來越多。由此帶動了中國煤礦瓦斯抽放技術(shù)的迅速發(fā)展，目前瓦斯抽放技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中得到了普遍的推廣應(yīng)用。2000年時我國共有141個礦井建立了地面永久瓦斯泵站進行抽放瓦斯，年抽放量達866 Mm3；到2007我國年抽放礦井數(shù)達到237個，抽放量達到1984Mm3；近年來我國瓦斯抽放量如表1.1 8。表1.1 我國各年的瓦斯抽放量年份抽放量/Mm3年份抽放量/Mm31992年

29、5342000年8661993年5362001年9841994年5642002年11461995年6002003年15201996年6342004年19291997年7282005年21331998年7422006年26141999年8352007年1984我國煤礦瓦斯抽放技術(shù)，大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段9：高透氣性煤層瓦斯抽放階段。50年代初期，在高透氣性特厚煤層中首次采用井下鉆孔預拄煤層瓦斯，獲得了成功。解決了礦區(qū)向深部發(fā)展的安全關(guān)鍵問題，而且抽出的瓦斯還被作為民用燃料得到了應(yīng)用。鄰近層卸壓瓦斯抽放階段。50年代中期，在開采煤層群的礦井中，采用穿層鉆孔抽放上鄰近層瓦斯的試驗在礦區(qū)首先獲得成功，

30、解決了煤層群開采中首采工作面瓦斯涌出量大的問題。此后在又試驗成功頂板收集瓦斯巷(高抽巷)抽放上鄰近層瓦斯，抽放率達60一70。60年代以后，鄰近層卸壓瓦斯抽放技術(shù)在我國得到了廣泛的推廣應(yīng)用。低透氣性煤層強化抽瓦斯階段。由于在我國一些透氣性較差的高瓦斯煤層與突出危險煤層采用通常的布孔方式預抽瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開采時的瓦斯威脅，為此，從60年代開始。試驗研究了多種強化抽放開采煤層瓦斯的方法，如煤層注水，水力壓裂水力割縫，松動爆破，大直徑(擴孔)鉆孔，網(wǎng)格式密集布孔，預裂控制爆破，交叉布孔等。在這些方法中。多數(shù)方法在試驗區(qū)取得了提高瓦斯抽放量的效果，但仍處于試驗階段，沒有大圍推廣應(yīng)用。綜

31、合抽瓦斯階段。從80年代開始隨著機采、綜采和綜放采煤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進速度加快、開采強度增大，使工作面絕對瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有鄰近層的工作面，其瓦斯涌出量的增長幅度更大。為了解決高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的問題，必須結(jié)合礦井的地質(zhì)條件，實施綜合抽放瓦斯。所謂綜合抽放瓦斯就是：把開采煤層瓦斯采前預抽、卸壓鄰近層瓦斯采后抽與采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個采區(qū)綜合使用，使瓦斯抽放量與抽放率達到最高。（2）瓦斯抽放方法根據(jù)我國煤層地質(zhì)條件和瓦斯賦存特點，我國自主開展了多種瓦斯抽放方法。根據(jù)抽放對象的不同，可分為本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽

32、放和采空區(qū)瓦斯抽放。目前，煤礦應(yīng)用最為普遍的瓦斯抽放方法有如下6種10：本煤層采前預抽。指采用巷道或打鉆孔的方式在開采前抽放開采煤層含有的瓦斯的方法，可以分為巷道預抽和鉆孔預抽。巷道預抽煤體卸壓圍大，煤的暴露面積大，有利于瓦斯釋放，但密閉困難，巷道易引起自燃發(fā)火，目前很少使用。鉆孔預抽鉆孔貫穿煤層，瓦斯很容易沿層理面流入鉆孔，有利于提高抽放效果，而且抽放工作是在掘進和回采之前進行的，能大大減少生產(chǎn)過程中的瓦斯涌出量，但抽放的煤層沒有受采動影響，煤層壓力變化不大，透氣性低的煤層可能達不到預抽效果，目前被廣泛使用。本煤層邊采邊抽。即在工作面前方，在進風巷或回風巷中每隔一定距離打平行于工作面的鉆孔，

33、然后插管、封孔進行抽放，也可以每隔一段距離（20-30m）掘一鉆場，布置3個扇形鉆孔，然后插管、封孔進行抽放。此方法由于采動影響，煤層已卸壓，煤層透氣性增加，抽放效果好，不受采掘工作影響和時間限制，具有較強的靈活性和針對性，但開孔位置在煤層，封孔不易保持嚴密，影響抽放效果和瓦斯?jié)舛取１久簩舆吘蜻叧?。即在掘進巷道兩幫每隔一定距離掘一鉆場，在鉆場向工作面推進的方向打2-3個超前鉆孔，然后插管、封孔進行抽放。隨著工作面的推進，鉆場和鉆孔也向前排列。此方法的工作面前方和巷道兩幫一圍的應(yīng)力已發(fā)生變化，因而游離和解吸瓦斯能直接被鉆孔抽出，透氣性低的煤層也會獲得一定的效果，但增加了鉆場和打孔的工程量和時間，

34、對掘進速度有一定影響，有漏風，抽放率低。鄰近層鉆孔抽放。指煤層群條件下，受開采層的采動影響，其上部或下部的鄰近煤層得到卸壓后會發(fā)生膨脹，其透氣性會大幅提高，鄰近煤層的卸壓瓦斯會通過層間裂隙大量涌向開采層，為防止和減少鄰近層瓦斯涌向開采層，在井下鉆孔來抽采這部分瓦斯的方法。此方法抽采負壓與通風負壓方向一致，有利于提高抽采效果，且斯管道設(shè)在回風巷，容易管理，有利于安全。鄰近層巷道抽放。主要指在開采層的頂部處于采動形成的裂隙帶挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏?，用以抽采上鄰近層的卸壓瓦斯。巷道可以布置在鄰近煤層或巖層。使用較少，礦是鄰近層巷道抽放瓦斯方式的先驅(qū)，瓦斯抽放效果也最為顯著，工作面瓦斯抽放率普遍高于70

35、，最高時達到90以上。目前，該方法已在礦區(qū)15號煤層工作面廣泛推廣。采空區(qū)瓦斯抽放。采空區(qū)瓦斯是回采工作面瓦斯涌出主要來源之一，而采空區(qū)瓦斯抽放具有抽放流量大、來源穩(wěn)定等特點，成為回采工作面瓦斯治理的重要手段。尤其是對于本煤層預抽效果不理想、采空區(qū)瓦斯涌出量大的工作面，采空區(qū)抽放方法是首選的抽放方法。近年來，國外對高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽放進行了大量的研究，隨著煤礦安全生產(chǎn)以與對瓦斯利用的重視，采空區(qū)抽放比例正在逐步增大。（3）我國瓦斯抽放現(xiàn)存問題作為防治瓦斯災害事故的主要技術(shù)措施的瓦斯抽放技術(shù)雖然取得了較快地發(fā)展，但總體上看水平仍然較低。我國目前的平均抽放率僅有23，而俄羅斯、美國、澳大利亞等

36、主要采煤國家的抽放率均在50以上，大大高于我國。我國抽放率低的原因主要有幾點11：抽放不穩(wěn)定，利用閑難。在瓦斯抽放過程中，對瓦斯?jié)舛荣|(zhì)量是否符合利用要求、抽放量是否穩(wěn)定考慮不夠，抽放水平不高、抽放形式單一，混入空氣較多，給綜合利用造成很大困難。單純抽放，利用量小，利用率低。目前我國大部分煤礦對瓦斯的抽放重點放在了抽放而非綜合利用，造成了許多煤礦瓦斯的利用形式單一，一般均是以民用為主，個別煤礦用以發(fā)電、汽車燃料等項目，但總體利用率都很低。資金投入不足。目前，我國煤礦瓦斯抽放主要是靠專項資金來維持，也僅以維持煤礦安全生產(chǎn)為目的，對如何加大瓦斯抽放量，提高瓦斯質(zhì)量，擴大利用圍考慮不多。同時，由于投放

37、資金有限，抽放鉆孔工程量太小，無法加大鉆孔密度以形成網(wǎng)格式布孔，適應(yīng)中國這樣的低透氣性煤層的抽放條件，增大煤層透氣性。針對瓦斯抽放礦井，礦井回風流中的瓦斯直接排放。目前，中國的瓦斯綜合利用工程只是針對瓦斯抽放礦井，實際上全國每年有90%的來自回風流中的濃度低于l的瓦斯被直接排放到空氣中?！鞍踩谝弧钡挠^念還沒有牢固樹立，對抽放瓦斯重要性的認識仍然不夠，對抽放瓦斯裝備等的投入不能滿足實際工作的需要，有些地方仍然維持在20世紀80年代的水平，須盡快轉(zhuǎn)變觀念，加快抽放瓦斯系統(tǒng)建設(shè)與更新改造。只有這樣才能從根本上提高抽放瓦斯的能力。減少瓦斯事故的發(fā)生，提高安全生產(chǎn)水平?？偠灾?，展經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，

38、我國的瓦斯抽采技術(shù)雖然取得了長足的發(fā)展，但由于我國井工開采采煤量大，到2010年止，抽放礦井的產(chǎn)煤量僅占總產(chǎn)量的14.8%，抽放瓦斯量僅占瓦斯涌出量的9.9%，故瓦斯抽采的工作還應(yīng)該繼續(xù)發(fā)展，并且煤礦瓦斯事故是威脅煤礦安全生產(chǎn)的頭號大敵，而瓦斯抽放技術(shù)是瓦斯治理工作的治本之策。大力發(fā)展煤礦井下瓦斯抽放技術(shù)是當務(wù)之急，也是利國利民的大事。1.3 研究容與技術(shù)路線1.3.1研究容（1）瓦斯涌出量預測：回采工作面的瓦斯涌出量由開采層、臨近層瓦斯涌出量兩部分組成，利用在實習中收集到的資料，根據(jù)礦井圍巖瓦斯涌出系數(shù)，工作面丟煤系數(shù)，回采工作面長度，開采層厚度，工作面采高，煤層原始瓦斯含量等參數(shù)計算出開采

39、層瓦斯涌出量。利用鄰近層厚度工作面采高鄰近層的原始瓦斯含量，鄰近層殘余瓦斯含量，鄰近層瓦斯排放率計算臨近層瓦斯涌出量。（2）抽采方法的優(yōu)選：根據(jù)收集的基礎(chǔ)資料（煤層賦存狀況、瓦斯賦存規(guī)律、巷道布置、地質(zhì)條件、開采技術(shù)等）和分析計算得出的結(jié)論（瓦斯涌出來源、瓦斯涌出量等）結(jié)合礦井生產(chǎn)的實際情況，選取最優(yōu)的回采工作面瓦斯抽放方法、采空區(qū)瓦斯抽放方法和工作面上隅角瓦斯抽放方法，使煤礦的整體效益最大化。（3）抽采設(shè)備的選型：根據(jù)礦井開拓方式、井下采掘部署和通風設(shè)計確定抽放管路的布置。根據(jù)收集的礦山基礎(chǔ)資料，對抽放管道所需的管徑進行計算，再結(jié)合進行環(huán)境，選取最合適的抽放管徑。根據(jù)礦山的基礎(chǔ)資料，對抽放管

40、路的阻力、瓦斯泵流量和壓力進行計算，結(jié)合井下具體狀況，確定瓦斯泵的型號，使之既不產(chǎn)生浪費，又能達到瓦斯抽放的需求。1.3.2技術(shù)路線首先收集有關(guān)焦煤集團XX煤礦的煤質(zhì)、地層、瓦斯與地質(zhì)方面的資料，了解瓦斯抽放的地質(zhì)背景和采掘工作面的瓦斯抽放系統(tǒng)，查閱相關(guān)資料，對瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進行計算或預測。然后根據(jù)計算得到的參數(shù)進行分析，確定抽放方法和抽放設(shè)備，并且對該礦瓦斯抽放方法和抽放設(shè)備的選取，進行論證。經(jīng)過論證分析，選取一個具體的設(shè)計方案，本設(shè)計要包括各煤層瓦斯抽放設(shè)計的方法，要做到安全可靠同時又要經(jīng)濟節(jié)約，技術(shù)路線圖如圖1.1。實習并收集資料瓦斯參數(shù)計算或預測確定方案設(shè)計瓦斯含量瓦斯儲量瓦斯涌出量抽放

41、年限抽放方法優(yōu)選抽放設(shè)備選定論證分析計算分析圖1.1 技術(shù)路線圖2 礦井概況2.1 礦井位置、交通艾維爾溝礦區(qū)位于烏魯木齊市南郊，北距烏魯木齊市130km處。礦區(qū)自西向東分布有2130煤礦、1930煤礦與XX煤礦。礦區(qū)東西長23.4km，南北寬1.54km，面積50km2。礦區(qū)至烏魯木齊市有國道G314與省道S103相通。南疆鐵路在礦區(qū)東南部約22km處呈東西向通過，礦區(qū)鐵路支線由魚兒溝車站延伸，全長55.50km，修至紅石嶺車站，距礦區(qū)14km，交通較方便。如圖2.1所示。XX煤礦位于艾維爾溝礦區(qū)的東南部，東南起自1勘探線，西北至7勘探線北西90m；東南西北長約6.0km，北東南西寬約2.1

42、km，面積約12.60km2。井田中心地理坐標：東經(jīng)873301；北緯425858。1890煤礦圖2.1 XX煤礦交通位置圖2.2 地層與構(gòu)造XX礦區(qū)地處天山山系之山間盆地，呈近東西向狹長條帶分布，南、北、西三面高山圍繞，西高東低，最高4394.40m。艾維爾溝自西向東縱穿礦區(qū)，溝底海拔標高由西向東由2435m逐步降至1780m；溝兩側(cè)為沖積階地，寬300800m。在河谷兩側(cè)階地上有第四系、黃土沉積，植被較發(fā)育，南北兩側(cè)高山區(qū)發(fā)育著“V”字型沖溝，溝深坡陡，基巖裸露，植被稀少。井田西高東低，最大高差可達775m。井田位于艾維爾溝礦區(qū)的東南端，出露的地層從老到新為石炭系，三疊系小泉溝組，侏羅系下

43、統(tǒng)八道灣組、三工河組，侏羅系中統(tǒng)西山窯組。石炭系地層在井田東部、西南部都有少量圍分布，小泉溝組僅在井田東北角有小圍出露，井田東部與東南部有大面積八道灣組地層分布，三工河組地層在井田西北部有小面積分布，西山窯組在井田西部有大面積分布，在井田中部大部分地層被第四系覆蓋。井田處于斷陷盆地東南端，地層走向略向南彎曲，總體構(gòu)造形態(tài)為向南西傾斜的單斜構(gòu)造。巖煤層傾角一般725，個別露頭與受斷層破壞影響處的巖煤層傾角局部變化稍大外，井田中部巖煤層傾角較東西兩端平緩，深部傾角逐步變陡。井田走向逆斷層較發(fā)育，對煤層造成較大切割破壞的主要為F3、F4、F5組斷層，見表2.1。表2.1 礦區(qū)地層表斷層編號斷層性質(zhì)傾

44、向傾角垂直斷距分布位置切割破壞煤層情況F3-2逆斷層南傾50701030m3線以西12煤層，上盤與下盤局部無法利用F4-1下逆斷層南傾34452050m6線16煤層，破壞深度逐層加大F4-1上逆斷層南傾33-621550m加4線以西15煤層，破壞深度逐層加大F4-2逆斷層南傾4662640m6線以西410煤層，破壞深度逐層加大F5-9逆斷層南傾25302070m縱貫全井710煤層，破壞深度逐層加大F5-10逆斷層南傾30604050m3線以東810煤層，破壞深度逐層加大F6逆斷層南傾25300605線12煤層，破壞深度逐層變小2.3 煤層與煤質(zhì)井田的可采煤層主要集中賦存在侏羅系下統(tǒng)八道灣組地層

45、，共含煤18層，依次編為1-1、1-2、1下、2-1、2-2、2下1、2下2、3、4、5上、5、6、7、8、9、10、11、12號。鉆孔揭露最大純煤總厚度31.97m(5-4號孔)，鉆孔揭露最小純煤總厚度7.75m(加2-2-2號孔)，其平均總厚度24.93m，含煤系數(shù)4.14%。井田除1下、2下1、2下2、5上、11、12煤層不可采或零星可采外，其它12層均有所分布。其它12層煤根據(jù)可采圍的大小，尚可進一步劃分為全部可采、大部可采與局部可采煤層尚可進一步劃分為全部可采、大部可采與局部可采煤層。井田可采與局部可采煤層為1-1、1-2、2-1、2-2、3、4、5、6、7、8、9、10煤。井田可采

46、煤層厚度、間距、結(jié)構(gòu)、可采性、穩(wěn)定性與頂?shù)装鍘r性等詳見表2.2。表2.2 主要可采煤層特征表煤層編號煤 層夾 矸全區(qū)厚度(m)可采圍厚度(m)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可采性層數(shù)巖 性兩極值平均值兩極值平均值1-104.521.05（51）0.934.522.27（23）簡單極不穩(wěn)定局部可采0-2炭質(zhì)泥巖1-2011.312.38（53）0.7011.312.98（42）簡單不穩(wěn)定大部可采0-4炭質(zhì)泥巖、泥巖2-102.490.54（52）0.722.491.28（20）簡單極不穩(wěn)定局部可采0-1炭質(zhì)泥巖2-2010.663.45（52）0.8110.663.84（50）中等穩(wěn)定全區(qū)可采0-4炭質(zhì)泥巖、泥巖3

47、03.851.33（33）0.743.852.12（21）簡單不穩(wěn)定局部可采0-1炭質(zhì)泥巖、細砂巖404.021.23（51）0.734.021.59（37）中等不穩(wěn)定大部可采0-3炭質(zhì)泥巖、泥巖、細砂巖507.283.31（64）0.817.283.56（59）簡單較穩(wěn)定大部可采0-1炭質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、粗砂巖605.873.28（65）0.745.873.46（61）簡單較穩(wěn)定大部可采0-3炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、粗砂巖703.191.35（45）1.003.191.67（37）簡單較穩(wěn)定局部可采0-2炭質(zhì)泥巖、泥巖802.540.73（39）0.702.541.44（17）簡單極不穩(wěn)定局部

48、可采0-1炭質(zhì)泥巖902.340.75（37）0.792.341.27（16）簡單極不穩(wěn)定局部可采0-2炭質(zhì)泥巖、粉砂巖1003.781.35（42）0.753.781.78（30）簡單較穩(wěn)定局部可采0-1炭質(zhì)泥巖井田各煤層物理性質(zhì)和宏觀煤巖類型基本相似。呈黑色，條痕棕黑色黑色，玻璃光澤強玻璃光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，斷層附近的煤層，因擠壓多呈鱗片狀、貝殼狀或階梯狀斷口。煤層生裂隙較發(fā)育，局部受構(gòu)造的影響，可見外生裂隙發(fā)育，黃鐵礦薄膜充填。容重1.311.42，硬度23級，易碎，混末煤較多，塊煤較少。煤巖組分以鏡煤、亮煤為主，暗煤和絲炭呈條帶狀交互產(chǎn)出。煤巖類型以光亮型、半亮型為主，半暗型、

49、暗淡型較少。煤巖顯微結(jié)構(gòu)多為均一狀。煤巖組分中的有機組分一般以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，無機組分以粘土類為主。各煤層顯微煤巖類型基本一致，多屬亮煤型。2.4 礦井開拓、開采情況根據(jù)艾維爾溝礦區(qū)總體規(guī)劃確定的一八九礦井規(guī)劃圍為：東南起1勘探線，西北至6勘探線北西150m與原南山平硐東部邊界，東北以煤層露頭為淺部境界，西南以推測的1號煤層+1300m底板等高線為深部境界。東南-西北走向長4.66.8km，北東-南西傾向?qū)?.73.4km，面積約18.35km2。規(guī)劃井田圍各煤層深部境界為+1300m水平，較勘探報告提供的圍深，規(guī)劃將焦煤井采礦證劃定的井田圍的6線以西約1000m走向長度的資源量劃給1

50、930平硐開采。礦井井筒北翼+1682m水平以上5號煤層基本已采完，只15123工作面剩余約300米。6號煤層正在布置回采工作面，其中16122-1工作面已布置完畢，抽采鉆孔也已施工完畢，目前正在進行瓦斯抽采。16122工作面目前還沒形成回風，正在進行切眼施工工作。井田北部+2#線至井田南邊界+1800m水平以上5、6煤層均不同程度的受到淺部小窯開采影響，井田除5、6號煤層進行規(guī)?；_采，其余各煤層均未規(guī)?；_采過。礦井工業(yè)場地位于井田東北部，加4與4勘探線之間的地勢較為平坦的場地，場地布置有主、副斜井和斜風井。主、副斜井均沿6號煤層頂板布置，主斜井位于加4勘探線以西200m，副斜井位于主副井

51、以南并與主斜井平行布置，間距50m。斜風井位于主斜井西側(cè)，與主斜井間距30m，斜風井沿5號煤層頂板布置。2.5 通風與瓦斯礦井通風系統(tǒng)為分區(qū)式，通風方式為機械抽出式。礦井改擴建設(shè)計三個進風井和一個回風井，三個進風井分別為主斜井、副斜井和行人進風斜井，四個井筒均位于同一個工業(yè)場地。后期在3勘探以南單翼采區(qū)，增加兩個井筒，井筒在3勘探線以南淺部新掘進、回風井。礦井初期四個井筒的服務(wù)圍為整個礦井，服務(wù)時間與礦井生產(chǎn)年限同步。后期兩個井筒服務(wù)3勘探以南采區(qū)，服務(wù)年限15a，礦井一水平設(shè)計供風量為7500m3/min。礦井改擴建后新鮮風流由主斜井、副斜井與行人進風斜井進入，經(jīng)副斜井區(qū)段石門車場、+168

52、2m水平井底車場、到達工作面運輸順槽，沖洗工作面后的乏風經(jīng)回風順槽，區(qū)段回風石門最終從斜風井排到地面。根據(jù)地質(zhì)勘探，井田各煤層瓦斯成分主要以CH4和N2為主，瓦斯分帶以氮氣-沼氣帶為主，局部地區(qū)（深部和地形起伏處等）為沼氣帶。井田瓦斯含量分布差異性較大，地質(zhì)構(gòu)造因素對瓦斯含量的影響比較明顯，在逆斷層、地形起伏處等位置，瓦斯局部富集。圍巖是炭質(zhì)泥巖和粉砂巖的部位，瓦斯含量相對較高。在2009年，礦井回采15123工作面期間，工作面瓦斯涌出量為78m3/min，礦井瓦斯涌出量為1819m3/min。2.6 礦井瓦斯災害情況一XX原開采深度較淺，瓦斯等級鑒定為瓦斯礦井，隨著開采深度的增加，瓦斯涌出量

53、逐漸增大。根據(jù)鄰近礦井一九三煤礦、二一三煤礦開采情況，一XX開采至深部有轉(zhuǎn)變?yōu)槊号c瓦斯突出礦井的趨勢，現(xiàn)已完成防治煤與瓦斯突出專項設(shè)計。礦井工作面采煤方法采用一次采全高綜合機械化采煤法，采面后部輸送機側(cè)瓦斯涌出量遠大于采面煤幫側(cè)，造成采面后部輸送機側(cè)和采面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。礦井15123工作面在新建瓦斯抽采泵站低負壓系統(tǒng)投入使用前，工作面回風流瓦斯?jié)舛纫恢陛^高，上隅角瓦斯超限嚴重影響正常生產(chǎn)。在工作面開采初期，上隅角瓦斯?jié)舛扰紶栍谐蕃F(xiàn)象，但從2010年10月4日開始，工作面上隅角瓦斯超限頻繁出現(xiàn)。隨著工作面不斷推進，在工作面回采初期頂板來壓以前，工作面承受的頂板壓力較小，煤體較為完整，

54、瓦斯涌出較少，采取的通風作為唯一的瓦斯治理措施是有效的。但工作面初次來壓以后，隨著采空區(qū)跨落面積增加，瓦斯涌出不斷增大，經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，采取的瓦斯治理措施已不能解決工作面瓦斯問題，造成工作面停產(chǎn)整頓。3 礦井瓦斯抽放的必要性與可行性3.1 礦井瓦斯來源分析3.1.1回采工作面瓦斯涌出量回采工作面的瓦斯涌出量由開采層、鄰近層瓦斯涌出量兩部分組成，其相對瓦斯涌出量按下式計算確定：（3-1）式中 Q1開采層相對瓦斯涌出量，m；Q臨近層相對瓦斯涌出量，m；開采層相對瓦斯涌出量按下式計算確定：（3-2）式中 K1圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取1.2；K2工作面丟煤系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來計算；K3采區(qū)準備巷道

55、預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)；按下式取值：（3-3）式中 L回采工作面長度；H巷道煤體瓦斯排放帶寬度，取18m；m開采層厚度；M工作面采高；W0煤層原始瓦斯含量；Wc運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，取2.0；臨近層相對瓦斯涌出量按下式計算確定：（3-4）式中mi第i鄰近層厚度，m；M工作面采高，m；W0i第i個鄰近層的原始瓦斯含量，m3/t；Wci第i個鄰近層殘余瓦斯含量，m3/t；i 第i個鄰近層瓦斯排放率；根據(jù)礦井瓦斯涌出量預測方法AQ1018-2006中的附錄D中式D.1進行選取，如圖3.1所示。根據(jù)礦井地質(zhì)資料表2.2中煤層層間距的平均值，計算或確定鄰近層的瓦斯排放率。根據(jù)經(jīng)驗，對于緩

56、傾斜煤層受開采采動影響，上鄰近層能向工作面涌出卸壓瓦斯的巖層破壞圍取100m；下鄰近層能向工作面涌出卸壓瓦斯的巖層破壞圍取60m。1上臨近層；2緩傾斜煤層下臨近層；3傾斜急傾斜煤層下臨近層圖3.1 鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線根據(jù)公式（3-2）、（3-3）對開采層瓦斯涌出量進行預測，開采層瓦斯涌出量預測如表3.2。表3.2 1號、5號煤層本煤層瓦斯涌出量預測表煤層回采率煤層厚度（m）采高（m）工作面長度（m）瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）相對瓦斯涌出量（m3/t）1號95%2.982.9814011.942.009.335號95%3.823.8214019.102.0016

57、.02根據(jù)煤層特征表中各煤層的間距，受1號煤層開采影響的鄰近煤層有2-1號、2-2號煤層；受5號煤層開采影響的鄰近煤層有3號、4號、6號、7號煤層。根據(jù)公式（3-4）對1號煤層和5號煤層的鄰近層進行瓦斯涌出預測，預測的結(jié)果如表3.3和3.4。表3.3 1號煤層工作面鄰近層瓦斯涌出預測表煤層煤層厚度（m）與一號煤層平均間距（m）瓦斯排放率瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）相對瓦斯涌出量（m3/t）2-1號1.2811.5860%11.942.002.562-2號3.8455.7315%11.942.001.54合計4.10表3.4 5號煤層工作面鄰近層瓦斯涌出預測表煤層煤層厚度（m）與

58、5號煤層平均間距（m）瓦斯排放率瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）相對瓦斯涌出量（m3/t）3號2.1265.073011.942.001.654號1.5941.285519.102.003.916號3.4619.223019.102.004.657號1.6743.101519.102.001.12合計11.34下面計算4號煤層、6號煤層開采時的回采工作面瓦斯涌出量。受鄰近的5號煤層開采影響，其他煤層瓦斯含量會發(fā)生變化，因此，預測4號煤層和6號煤層工作面瓦斯涌出量是各煤層瓦斯含量采用排放后的殘余瓦斯含量。根據(jù)礦井初步設(shè)計的采掘接替安排，5號、6號煤層開采后，再開采其他煤層。受5號開采

59、影響的鄰近層瓦斯含量會降低。6號煤層與5號煤層的間距為19.22m，按圖4.1所示，5號煤層開采時6號煤層的瓦斯排放率為30%，則6號煤層的殘余瓦斯含量為13.81m3/t。4號煤層與5號、6號煤層的間距分別為41.28m、60.50m，按圖4.1所示，5號、6號煤層開采時4號煤層的瓦斯排放率為55%和38%，則4號煤層的殘余瓦斯含量為6.61 m3/t。根據(jù)公式（3-2）、（3-3）對4號煤層和6號煤層開采層進行瓦斯涌出預測，其預測計算如表3.5。表3.5 4號、6號煤層工作面本煤層瓦斯涌出預測表煤層回采率煤層厚度（m）采高（m）工作面長度（m）瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）相

60、對瓦斯涌出量（m3/t）4號95%1.591.591406.612.004.336號95%3.463.4014013.812.0011.28根據(jù)煤層特征表中各煤層的間距，受4號煤層開采影響的鄰近層有2-1號、22號、3號煤層。根據(jù)公式（3-4）對4號煤層工作面鄰近層進行瓦斯涌出預測，其預測計算結(jié)果如表4.6。表3.6 4號煤層工作面鄰近層瓦斯涌出預測表煤層煤層厚度（m）與4號煤層間距（m）瓦斯排放率瓦斯含量（m3/t）殘存瓦斯含量（m3/t）相對瓦斯涌出量（m3/t）2-1號1.2879.5220%11.942.001.602-2號3.8467.9430%11.942.007.203號2.12