【文章內(nèi)容簡介】 ，實現(xiàn)減員提效。 12 ○ 6 礦井瓦斯氣是易 燃易爆的甲類物質(zhì)，設計中應嚴格執(zhí)行國家或行業(yè)的有關規(guī)范和標準， 建立 完善的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)及消防系統(tǒng)，以保障安全生產(chǎn)。 ○ 7 電廠需配套的輔助生產(chǎn)設施，應盡可能利用附近的現(xiàn)有設施 ， 以節(jié)省投資。 13 第二章 瓦斯氣供應 我國煤層氣資源豐富。據(jù)煤層氣資源評價，我國埋深2021m淺 煤層氣地質(zhì)資源量約 36 萬億立方米，主要分布在華北和西北地區(qū)。我國煤田地質(zhì)構造復雜，部分含煤盆地后期改造較強，構造形態(tài)多樣，煤層及煤層氣資源賦存條件在鄂爾多斯等大中型盆地較為簡單，在中小盆地較為復雜。呂梁山以西的鄂 爾多斯盆地東緣及呂梁山與太行山之間的山西斷隆 (包括沁水盆地 )，構造條件有利于煤層氣開發(fā)。 南煤集團地處沁水煤田陽泉礦區(qū)南東部邊緣，公司煤田面積 ，東西總長度約 ，南北總寬度約 5km。采礦許可證批準開采 3 號、 6 號、 12 號和 15 號煤層。 **和大陽泉兩個煤礦井田相連，其中： **礦井井田面積為，截止 2021 年底，礦井保有地質(zhì)儲量 5595 萬噸，可采儲量 3460 萬噸。大陽泉礦井井田面積為 ，截止 2021 年底，礦井保有地質(zhì)儲量 萬噸，可采儲量 萬噸。 井田內(nèi)主要含煤地層為下二迭統(tǒng)山西組和上石炭統(tǒng)太原組，分述如下： 1．山西組（ P1S）： 為本井田主要的含煤地層之一，巖性以灰～深灰色泥 14 巖、砂質(zhì)泥巖間夾灰色、灰白色砂巖為主。含煤 3～ 6 層，分別為 6 號。其中 6 號煤層為較穩(wěn)定的局部可采煤層，其余均為不可采或零星可采煤層。本組厚～ ，平均厚 。 本組煤層的特點是：頂?shù)装鍘r性變化較大 ,厚度兩極值相差很大，如 3 號煤厚度為 0～ ， 6 號煤厚度為 ～。原因是由于在二迭紀初，海水退出及當時 地殼升降幅度變化大，不但使煤層厚度兩極值變化較大，而且各地層之穩(wěn)定程度亦較差。 2．太原組（ C3t）： 是本井田主要的含煤地層，為一套海陸交互相含煤地層。巖性以深灰～黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖間夾灰白～深灰色砂巖和深灰色石灰?guī)r為主，含煤 6～ 8 層，分別為 1 1 1 1 15 號煤，其中 12 號煤較穩(wěn)定，大部可采，15 號煤穩(wěn)定全區(qū)可采，其余為零星可采和不可采煤層，本組厚 ～ ，平均厚 。 本組與太原西山標準剖面對比，可分為三個巖層組合段。 ① 下段：是底界砂巖（ K1）至 15 號煤層（丈八煤）之底，厚度 ，底部 K1砂巖整合于本溪組之上，為灰白色細～中粒砂巖，厚度 左右。 ② 中段： 15 號煤層至猴石灰?guī)r（ K4），厚度為 左 15 右。由三層海相石灰?guī)r石，碎屑巖及煤層組成。自下而上灰?guī)r為：四節(jié)石灰?guī)r（ K2），厚 ～ ，平均厚 ；錢石灰?guī)r（ K3），厚 ～ ，平均 ；猴石灰?guī)r（ K4），厚 ～ ，平均 。煤層自下而上為 15 號煤（丈八煤）、 14 號煤（四節(jié)石下煤）、 13 號煤（錢石下煤）、 12 號煤（四尺煤）、 11 號煤（猴石下煤）煤層。其中 1 12 號煤層為全區(qū)可采煤層。 ③ 上段：由 K4 石灰?guī)r頂面至 8 號煤層老頂?shù)谌皫r（ K7），平均厚度 。巖性由灰白～深色砂巖、黑色泥巖、深灰色砂質(zhì)泥巖及煤層組成。煤層由下向上為 8號煤，均為不可采或零星可采煤層。 9 號和 8 號煤層下，分別發(fā)育有一層細～中砂巖，即 K5 、 K6標志層。 本組旋回結構明顯，灰?guī)r標志層發(fā)育穩(wěn)定，地層、煤層極易對比。 本組中段各煤層厚度的極值差很小。煤層厚度較大的1 12 號煤，其頂板一般皆是黑色泥巖，說明當時離海較遠；而厚度較薄的 1 14 號煤，其直接頂板均為石灰?guī)r，說明當時離海很近，當時地殼稍有下降，即為海水所淹沒，煤層受到洗刷。本組上段各煤層厚度極值相差很大，煤層結構復雜，且規(guī)律性較差。這是由于石炭紀末，海水退出及當時地殼升降幅度變化大所致。 南煤集團 **礦井建有地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)，對井下瓦 16 斯進行高低濃度分系統(tǒng)獨立抽放。 2021 年瓦斯抽采總量達1277 萬 m3(純量 )，抽采率達到 60%，抽采濃度 865％，且逐年遞增，利用量為抽采量的 50%左右，剩余部分直接排放到大氣中。 根據(jù)礦井的保有資源儲量、可采儲量、噸煤瓦斯儲量、礦井相對瓦斯相對涌 出量、計算出礦井瓦斯儲量、可采瓦斯儲量、瓦斯抽采純量及服務年限如下表： 煤炭儲量和瓦斯賦存量、抽采量一覽表 項目 煤礦 保有煤炭 資源儲量 噸煤瓦斯 含量 瓦斯儲量 瓦斯 抽采純量 服務 年限 （萬噸） （ m3/t) (萬 m3) （ m3/min) （ a） **礦井 5595 12 67140 60 15 合計 12450 149400 100 計算方法： 礦井瓦斯儲量＝ 保有煤炭資源儲量 噸煤瓦斯儲量。 可采瓦斯儲量＝可采儲量 噸煤可抽瓦斯量 噸煤可抽瓦斯量用下式計算： bWWCNch )(100100 ???? 其中， N―― 每噸煤瓦斯可抽量， m3/t； C―― 丟煤百分率，取 25％； b―― 解吸瓦斯系數(shù)，一般取 1； Wh―― 煤層瓦斯含量， m3/t； 17 Wc―― 煤層殘存瓦斯量，無煙煤取 ； 瓦斯抽采純量按下式計算： ? ?144 0 1 ????? η＝礦 NMQ 其中， Q 礦 瓦斯抽采純量， m3/min； M礦井日產(chǎn)量， t； N每噸煤瓦斯可抽量， m3/t； η礦井瓦斯抽采率 ，參照國家發(fā)展改革委 2021年 6 月 22 日下發(fā)關于《煤礦瓦斯治理與利用總體方案的通知》 要求，結合礦方抽采的實際情況，確定礦井的瓦斯抽采率為 50％ ； α備用系數(shù) ，取 ； 選擇抽采方法的原則 抽采瓦斯方法、方式的選擇，應根據(jù)瓦斯及煤層賦存情況、瓦斯來源、巷道布置方式、礦井開采技術條件、瓦斯基礎參數(shù)等綜合分析比較后確定。 a、為提高瓦斯抽采率應采用開采層、采空區(qū)相結合的綜合抽采方法。 b、當井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要來自開采層本身，只有抽采開采層本身的瓦斯才能解決問題時，應采用開采層瓦斯抽采。 c、工作面后方采空區(qū)瓦斯涌出量大，危害工作面安全生產(chǎn)或老采空區(qū)瓦斯積存量大，向鄰近的回采工作 面涌出量瓦 18 斯量多，應采取采空區(qū)瓦斯抽采。 d、對于瓦斯含量大的煤層，在煤巷掘進時，難以用加大風量稀釋瓦斯，可在掘進工作開始前對煤層進行大面積預抽或采取邊掘邊抽的方法。 e、對于煤層透氣性較低，采用預抽方法不易直接抽出瓦斯，掘進時瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤層，可采用邊采邊抽或增大孔徑和加密鉆孔等方法。 f、若圍巖瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂縫帶儲存有高壓瓦斯時，應采取圍巖瓦斯抽采措施。 總之，確定瓦斯抽采的方法應先摸清瓦斯來源，采空區(qū)瓦斯及頂板瓦斯含量情況，結合情況選用合適的抽采瓦斯方法。 瓦斯抽 采方法 南煤集團公司 **礦井現(xiàn)采用的瓦斯抽放方法主要是上下鄰近層抽放和采空區(qū)抽放，尾巷卸壓抽放?；夭晒ぷ髅妫褐饕捎貌煽諈^(qū)和上鄰近層抽放。在工作面尾巷內(nèi)每隔 50米（以 60 度仰角向工作面上部）打兩個抽放鉆孔（一個高位孔、一個低位孔），鉆孔長度為 70 米左右。同時為解決初采期間瓦斯問題，在距切眼 10 米、 20 米處各打一低位孔，傾斜長度為 40 米左右，終孔位置為白砂巖。在工作面專用排瓦斯尾巷敷設 φ380mm或 φ530mm瓦斯抽放管（與抽放鉆孔接通），通過地面 CBF410 或 CBF610 水環(huán)真空泵抽放 19 回采工作面采空區(qū) 及上、下鄰近層瓦斯。 上述瓦斯抽放方法主要解決的是開采層上、下鄰近層的瓦斯，本煤層開采期間的瓦斯主要靠風排解決。由于南煤集團 **公司礦井現(xiàn)采的兩個煤層，煤層透氣性系數(shù)偏低， 12煤層煤層透氣性系數(shù)為 (at2d)； 15煤層透氣性系數(shù)為 (at2d),屬基本可預抽放煤層。但 15煤層瓦斯含量較低， 12煤層瓦斯含量較高。 12煤層瓦斯含量較高，為 ～ (參考陽煤集團測定數(shù)據(jù) )，在實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限的現(xiàn)象，特別是在 12煤層薄煤層綜采 工作面、綜掘工作面投產(chǎn)之后，采掘工作面瓦斯涌出量顯現(xiàn)增大，回采工作面最高時達24m3/min(純量 )，已成為嚴重制約采掘進度的瓶頸。 **礦井的瓦斯抽放方法均為 “邊采邊抽 ”的采空區(qū)和上鄰近層抽放，未進行提前瓦斯預抽放。 CBF610 水環(huán)真空泵正常抽放量為 100 m3/min。 20 第三章 瓦斯氣甲烷濃度爆炸界限問題的研究 **煤礦井下抽放瓦斯氣成份 **煤礦井下瓦斯抽放采用負壓抽放，同時抽放管路受密閉條件的限制，致 使 井 巷 中的空氣被大量吸入抽放管路中，導致井 下 抽放的瓦斯 氣 中甲烷含量在 9%65%之間。 由 于 **礦井屬于 生產(chǎn) 礦井， 根據(jù)項目單位提供的井下瓦斯氣的數(shù)據(jù)進行分析 。 數(shù)據(jù)如下： 井下抽放瓦斯氣 O2 % N2 % CH4 40% CO2 % 低位熱值 3270kcal/N m3 密度 (ISO 條件下 ) 井下抽放瓦斯氣壓力 、 溫度與甲烷濃度爆炸極限關系的論述 井下瓦斯氣爆炸極限影響因素 井下抽放瓦斯氣是甲烷 CH4和空氣的混合氣體，其中含 21 有較高比例的氧氣，甲烷是易燃易爆氣體，在一般條件下（即常溫常壓下） ， 甲烷在空氣中的濃度在 5%16%時，遇火即會爆炸，這個范圍稱為甲烷混合氣體在常溫常壓下的爆炸范圍，其甲烷濃度的上下限為混合氣體爆炸的上下極限。但是含有甲烷的混合氣體的爆炸極限不是一個固定值，它將隨著各種因素的變化 而 變化。我們綜合分析各種有關資料，對影響爆炸極限的因素分 述如下： ① 原始溫度：甲烷與空氣的混合氣原始溫度愈高，則爆炸極 限 范圍愈大。趨勢是爆炸下限降低 而 爆炸上限增高，原因是混合氣溫度升高，其分子內(nèi)能增加，使原來不燃不爆的混合物變?yōu)榭扇伎杀旌衔?，因而溫度升?使 爆炸危險性增大，爆炸上限增高。 ② 原始壓力：甲烷與空氣的混合氣的原始壓力對爆炸極限影響很大。趨勢是壓力增大，爆炸極限范圍擴大，尤其是爆炸上限顯著增高，原因是系統(tǒng)壓力增高，使得分子間距縮小，分子與分子的碰撞機率增大，使得燃燒的最初反應以及反應的進行 ， 更為容易。 ③ 含氧量：含氧量對可燃氣體的爆炸極限影響也非常大。 原始的甲烷氣體中含氧量是很低的，但在儲存、運輸、置換等操作過程中，若有空氣混入，含氧量會大大增加，導致爆炸極限范圍擴大，尤其是爆炸上限提高的更快。在 ISO條件下，甲烷在空氣中的爆炸極限為 5%16%，而在純氧狀 22 態(tài)下變?yōu)?5%—61%，極限范圍是空氣中的 倍，可見氧氣對爆炸極限的影響之大，其原因在于在純氧環(huán)境下甲烷分子與氧分子按觸的幾率比在空氣中多的多，而且沒 有了與反應無關的氮分子，二氧化碳分子，減少了吸收熱量的多余分子，從而爆炸危險性大大增加了。 ④ 惰性介質(zhì)：假如甲烷的混合氣當中所含的惰性氣體的體積百分數(shù) 增加，則爆炸極限范圍縮小，若惰性氣體的體積百分數(shù)提高到某一數(shù)值，可使混合氣體爆炸。因為惰性氣體的增加，減少了甲烷分子與氧分子的接觸機會，而且破壞了燃燒過程的連續(xù)反應，因而爆炸的危險性大大下降。 ○5容器的幾何尺寸 ： 儲存甲烷容器的幾何尺寸對爆炸極限亦有影響。 實驗證明容器直徑愈小，爆炸極限范圍愈小，對同種可燃物質(zhì)而言，管徑愈小，其火焰蔓延速度亦愈小。當火焰通道小到一定程度時，火焰即不能通過，該間距稱為最大滅火間距 。 甲烷分子的臨界直徑為 。由此可見，在保證使用性能的前提 下，輸送瓦斯管道越長，直徑越細，火焰的傳播速度就越慢，這是因為隨著管道直徑的減小，因管壁的冷卻效應而產(chǎn)生的熱損失就會逐步加大，參與燃燒的活化分子就越少，導至燃燒溫度與火焰?zhèn)鞑ニ俣染拖鄳档?，直至爆炸解除? 對井下瓦斯氣的甲烷濃度爆炸極限和安全限值的論述 ① 美國礦山局制定的瓦斯氣中甲烷濃度爆炸極限的公 23 式： UEL（ press） =+ 式中： P 為瓦斯氣的壓力，單位為大氣壓。 瓦斯氣在不同的溫度下，其爆炸上限需要進行溫度系數(shù)校正，其溫度校正系數(shù)為： 1+(t25) 利用 **煤礦抽放的井下瓦斯氣為燃料，假定本項目采用QDR20 型燃氣輪機進行發(fā)電，其要求的燃氣進氣壓力為，燃氣加壓后溫度達到 160℃ ，根據(jù) **煤礦井下瓦斯氣的工業(yè)分析數(shù)據(jù)，按照上述公式進行計算，結果是 ： 在上述條件下 **煤礦抽放的瓦斯氣的爆炸上限為 %（甲烷濃度），如果再加上最低安全系數(shù) 15%，爆炸上限將會更高。這說明假如本項目采用燃氣輪機進行發(fā) 電（燃氣輪機即飛機發(fā)動機），為了保證電廠的安全運行， **煤礦井下抽放的瓦斯氣中甲烷含量至少應在 %以上，這樣使用才是安全的，但現(xiàn)