【文章內容簡介】 ....... 50 環(huán)保 ............................................................................................................................ 51 9 抽放瓦斯管理 ...................................................................................................................... 52 瓦斯抽放管理及規(guī)章制度 ........................................................................................ 52 組織管理 .......................................................................................................... 52 瓦斯抽放組織機構管理 .................................................................................. 52 采空區(qū)抽放管道的拆裝 .................................................................................. 53 抽放瓦斯管路管理 .......................................................................................... 53 常用記錄及表格樣式 ................................................................................................ 53 10 結論 .................................................................................................................................... 55 致謝 .......................................................................................................................................... 56 參考文獻 .................................................................................................................................. 57 河南理工大學本科畢業(yè)設計 1 1 引言 安全工程專業(yè)是一門及其重要的工程技術學科，它直接關系到人民的生命財產安全和國家社會的穩(wěn)定和諧。隨著社會的發(fā)展和不斷進步，礦業(yè)、施工等安全問題越來越引起人們的重視，每年由于人和物的不安全操作和狀況導致的事故和死亡率都觸目驚心，因此安全關系著每個人的利益。而作為安全專業(yè)的學生更應該擔負起提高全民安全意識水平的責任，具備安全知識素養(yǎng)，運用安全評價、檢測、分析、管理等科學方法和技術找出事故隱患，預防生產事 故的發(fā)生，給人民減少災難和痛苦，給國家、企事業(yè)單位減少不必要的損失。由于安全工程的特殊性，就要求安全技術人員必須理論于實踐相結合，因此實踐環(huán)節(jié)尤為重要，只有將事故實例與現場環(huán)境結合起來，才能更深層次的理解安全工程科學的實際內涵，從而更好的指導安全生產。 選題背景及研究意義 “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方針。采煤作業(yè)作為高危險行業(yè)，在安全生產方面尤為重視。但是隨著煤礦開采技術的快速發(fā)展，一方面煤礦機械化水平不斷提高，煤礦生產越來越高效化 、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)，對煤礦的安全生產造成重大威脅。近年來我國煤礦安全生產狀況有明顯改善，百萬噸死亡率從20xx 年的 降至 20xx 年的 ，但與發(fā)達國家的百萬噸死亡率相比仍有很大差距，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，瓦斯事故死亡人數所占比例最大；據統(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； 20xx 年～ 20xx 年，工礦類相關行業(yè)死亡 10 人/次以上特重大事故中，煤礦死亡人數就占 %～ %；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的 “頭號大敵 ”。 為了減少或消除礦井瓦斯對煤礦安全生產的威脅，就要利用機械設備和專用管道造成負壓，將煤層中賦存或釋放的瓦斯釋放出來，送到地面或其他安全地點，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，抽放瓦斯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 生產的一項預防性 措施 。 其次，抽放瓦斯可以減少 通風 負擔，能夠解除 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)，瓦斯抽放在技術上和經濟上都是必須的。 第三，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利用，可以起到保護環(huán)境和提高經濟效益的作用。因此，瓦斯抽放已成為我國瓦斯災害治理的主要技術手段。 宿州煤電界溝礦設計生產能力 ，礦井計算服務年限為 。經初步礦井瓦河南理工大學本科畢業(yè)設計 2 斯鑒定，屬于高瓦斯礦井，并且通過通風無法消除瓦斯隱患。近年來隨著煤礦企業(yè)對安全生產的愈加重視，使煤炭企業(yè)的任務更加艱巨，責任也更加重大 。通過礦井瓦斯抽采對根治礦井瓦斯涌出量大，消除瓦斯這一 “煤礦殺手 ”，實現礦井本質安全具有十分重大的意義。 瓦 斯抽放的國內外研究現狀 國外瓦斯抽放現狀 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量和建立復雜的通風系統(tǒng)。1964 年 Lindine 等根據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關系，提出了第一個預測生產礦 井瓦斯涌出量的經驗模型； 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、氣相的產量預測模型； 1972 年 PriceAbdalla 提出了二維、單孔隙、氣水兩相綜合性產量預測的數學模型和有限差分的數值模型，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內邊界問題，并且開發(fā)了相應的計算機軟件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合，實現了彎曲鉆孔。 在抽 放量方面， 1910 年為促進安全生產，減少甲烷災害，美國成立了礦業(yè)局這一專門的政府機構，開始監(jiān)督抽放密閉瓦斯； 1934 年日本北海道新愰內礦抽放密閉區(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、前蘇聯(lián)、東亞開始迅猛發(fā)展； 1949~1950 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； 1951~1987 年間，世界煤礦瓦斯呈線性增加，自 1951年的 億 m3 增至 1987 年的 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，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；其中原蘇聯(lián)抽放的瓦斯量最多，達 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工序，是高瓦斯含量煤層回采中的一個必不可少的環(huán)節(jié)。 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進行了研究：前蘇聯(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河南理工大學本科畢業(yè)設計 3 的目的；在封孔工藝上，德國和日本在首先推廣應用聚氨酯封孔技術，使抽放負壓達到50KPa 以上，近年來由于石油、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。針對美國煤層埋藏穩(wěn)定、構造簡單、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。 總體來說，國外瓦斯抽放技術已經較為成熟，現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)，為礦井的安全生產提供保障。 國內研究現狀 （ 1）抽放技術的發(fā)展情況 我國工業(yè)抽放瓦斯始于 1938 年的撫順龍鳳礦，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，經過幾十年的發(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。特別是近十年來，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦井數量及煤炭產量迅速增加，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的迅速發(fā)展，目前瓦斯抽放技術在煤礦生產中得到了普遍的推廣應用。 20xx 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 20xx 我國年抽放礦井數達到 237 個，抽放量達到 1984Mm3；近年來我國 瓦斯抽放量如表 11 。 表 11 我國各年的瓦斯抽放量 Table 11 The gas drainage measures of China39。s mines each years 年份 抽放量 /Mm3 年份 抽放量 /Mm3 1992 年 534 20xx 年 866 1993 年 536 20xx 年 984 1994 年 564 20xx 年 1146 1995 年 600 20xx 年 1520 1996 年 634 20xx 年 1929 1997 年 728 20xx 年 2133 1998 年 742 20xx 年 2614 1999 年 835 20xx 年 1984 我國煤礦瓦斯抽放技術，大致經歷了四個發(fā)展階段： ① 高透氣性煤層瓦斯抽放階段。 50 年代初期，在撫順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。解決了撫順礦區(qū)向深部發(fā)展的安全關鍵問題，而河南理工大學本科畢業(yè)設計 4 且抽出的瓦斯還被作為民用燃料得到了應用。 ② 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陽泉礦區(qū)首先獲得成功，解決了煤層群開采中首采工作面 瓦斯涌出量大的問題。此后在陽泉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％ ～ 70％。 60 年代以后，鄰近層卸壓瓦斯抽放技術在我國得到了廣泛的推廣應用。 ③ 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及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，如煤煤層注水，水力壓裂．水力割縫，松動爆破，大直徑 (擴孔 )鉆孔，網格式密集布孔，預裂控制爆破，交叉布孔等。在這些方法中。多數 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，沒有大范圍推廣應用。 ④ 綜合抽瓦斯階段。從 80 年代開始隨著機采、綜采和綜放采煤技術的發(fā)展和應用，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。為了解決高產高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的問題，必須結合礦井的地質條件，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及采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個采區(qū)內綜合 使用，使瓦斯抽放量及抽放率達到最高。 （ 2）瓦斯抽放方法 根據我國煤層地質條件和瓦斯賦存特點，我國自主開展了多種瓦斯抽放方法。根據抽放對象的不同，可