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煤礦瓦斯抽放畢業(yè)設(shè)計論文-文庫吧資料

2025-05-21 21:26本頁面
  

【正文】 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: 21 ??采Q ( 31) 式中 Q1——開采層相對瓦斯涌出量 , m dt/3 ? ; Q2 ——臨近層相對瓦斯涌出量, m dt/3 ? ; 開采層相對瓦斯涌出量按下式計算確定: )( 03211 cWWMmKKKQ ????? ( 32) 式中 K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù),取 ; K2——工作面丟煤系數(shù),用回采率的倒數(shù)來計算; K3——采區(qū)內(nèi)準備巷道預(yù)排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù); 按下式取值: L HLK 23 ?? ( 33) 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 ; 臨近層相對瓦斯涌出量按下式計算確定: ?? ?? ni icii MmWWQ 1 i02 )( ? ( 34) 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; 14 ηi—— 第 i個鄰近層瓦斯排放率;根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》 AQ10182020中的附錄 D中式 ,如圖 。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,瓦斯涌出較少,采取的通風(fēng)作為唯一的瓦斯治理措施是有效的。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(fēng)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)。根據(jù)鄰近礦井一九三〇煤礦、二一三〇煤礦開采情況,一 XX 開采至深 12 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。在 2020 年,礦井回采 15123工作面期間,工作面瓦斯涌出量為 7~ 8m3/min,礦井瓦斯涌出量為 18~ 19m3/min。井田內(nèi)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。 礦井改擴建后新鮮風(fēng)流由主斜井、副斜井及行人進風(fēng)斜井進入,經(jīng)副斜井區(qū)段石門車場、 +1682m水平井底車場、到達工作面運輸順槽, 沖洗工作面 后的乏風(fēng)經(jīng)回風(fēng)順槽,區(qū)段回風(fēng)石門最終從斜風(fēng)井排到地面。礦井初期四個井筒的服務(wù)范圍為整個礦井,服務(wù)時間與礦井生產(chǎn)年限同步。 礦井改擴建設(shè)計三個進風(fēng)井和一個回風(fēng)井,三個進風(fēng)井分別為主斜井、副斜井和行人進風(fēng)斜井,四個井筒均位于同一個工業(yè)場地內(nèi)。斜風(fēng)井位于主斜井西側(cè),與主斜井間距 30m,斜風(fēng)井沿 5 號煤層頂板布置 。 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內(nèi),場地內(nèi)布置有主、副斜井和斜風(fēng)井。 16122 工作面目前還沒形成回風(fēng), 正在進行切眼施工工作。 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 。東南 西北走向長 ~ ,北東 南西傾向?qū)?~ ,面積約 。各煤層顯微煤巖類型基本一致,多屬亮煤型。 煤巖顯微結(jié)構(gòu)多為均一狀。 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。煤層內(nèi)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。 10 表 主要可采煤層特征表 煤層編號 煤 層 夾 矸 全區(qū)厚度 (m) 可采范圍厚度 (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 11 0~ ( 51) ~ ( 23) 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖 12 0~ ( 53) ~ ( 42) 簡單 不穩(wěn)定 大部可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖 21 0~ ( 52) ~ ( 20) 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖 22 0~ ( 52) ~ ( 50) 中等 穩(wěn)定 全區(qū)可采 04 炭質(zhì)泥巖、泥巖 3 0~ ( 33) ~ ( 21) 簡單 不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖、細砂巖 4 0~ ( 51) ~ ( 37) 中等 不穩(wěn)定 大部可采 03 炭質(zhì)泥巖、泥巖、細 砂巖 5 0~ ( 64) ~ ( 59) 簡單 較穩(wěn)定 大部可采 01 炭質(zhì)泥巖、泥巖、 粉砂巖、粗砂巖 6 0~ ( 65) ~ ( 61) 簡單 較穩(wěn)定 大部可采 03 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖、 粗砂巖 7 0~ ( 45) ~ ( 37) 簡單 較穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、泥巖 8 0~ ( 39) ~ ( 17) 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì) 泥巖 9 0~ ( 37) ~ ( 16) 簡單 極不穩(wěn)定 局部可采 02 炭質(zhì)泥巖、粉砂巖 10 0~ ( 42) ~ ( 30) 簡單 較穩(wěn)定 局部可采 01 炭質(zhì)泥巖 井田內(nèi)各煤層物理性質(zhì)和宏觀煤巖類型基本相似。 井田內(nèi)可采及局部可采煤層為 1 1 2 2 10 煤 。 井田內(nèi)除 1 下 、 2 下 2 下 5 上 、 1 12 煤層不可采或零星可采外,其它 12 層均有所分布。 0~ 60 5 線 1~ 2 煤層,破壞深度逐層變小 煤層與煤質(zhì) 井田內(nèi)的可采煤層主要集中賦存在侏羅系下統(tǒng)八道灣組地層內(nèi),共含煤 18 層,依次編為 1 1 1 下 、 2 2 2 下 2 下 5 上 、 1 12 號。 40~ 50m 3 線以東 8~ 10 煤層,破壞深度逐層加大 F6 逆斷層 南傾 25176。 20~ 70m 縱貫全井 7~ 10 煤層,破壞深度逐層加大 F510 逆斷層 南傾 30176。 6~ 40m 6 線以西 4~ 10 煤層,破壞深度逐層加大 F59 逆斷層 南傾 25176。 15~ 50m 加 4 線以西 1~ 5 煤層,破壞深度逐層加大 F42 逆斷層 南傾 46176。 20~ 50m 6 線 1~ 6 煤層,破壞深度逐層加大 F41 上 逆斷層 南傾 33176。 10~ 30m 3 線以西 1~ 2 煤層,上盤及下盤局部無 法利用 F41 下 逆斷層 南傾 34176。 表 礦區(qū)地層表 斷層 編號 斷層 性質(zhì) 傾 向 傾 角 垂直 斷距 分布 位置 切割破壞煤層情況 F32 逆斷層 南傾 50176。個別露頭及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。巖煤層傾角一般 7176。石炭系地層在井田東部、西南部都有少量范圍分布,小泉溝組僅在井田東北角有小范圍出露,井田東部及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。井田西高東低,最大高差可達 775m。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 300~ 800m。58′58″。 井田中心地理坐標:東經(jīng) 87176。 如圖 所示。礦區(qū)至烏魯木齊市有國道 G314 與省道 S103 相通。礦區(qū)自西向東分布有 2130 煤礦、 1930 煤礦及 XX 煤礦。 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 。 技術(shù)路線 首先 收集有關(guān)新疆焦煤集團 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(yù)測。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。 ( 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。 研究內(nèi)容 及技術(shù)路線 研究內(nèi)容 ( 1)瓦斯涌出量預(yù)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(xí)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)計算出開采層瓦斯涌出量。 總而言之, 展經(jīng)過半個世紀的發(fā)展,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 2020 年止 , 抽放礦井的產(chǎn)煤量僅占總產(chǎn)量的 %,抽放瓦斯量僅占瓦斯涌 出量 的 %,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。只有這樣才能從根本上提高抽放瓦斯的 能力。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(fēng)流中的濃度低于 l%的瓦斯被直接排放到空氣中。同時,由于投放資金有限,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。 ③ 資金投入不足。 ② 單純抽放,利用量小,利用率低。我國抽放率低的原因主要有幾點[11]: ① 抽放不穩(wěn)定,利用閑難。 ( 3) 我國瓦斯 抽放 現(xiàn)存問題 作為防治瓦斯災(zāi)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。尤其是對于本煤層 預(yù)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。 ⑥ 采空區(qū)瓦斯抽放。 使用較少, 陽泉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%,最高時達到 90%以上。 主要指在開采層的頂部處于采動形成的裂隙帶內(nèi)挖掘?qū)S玫某橥咚瓜锏?,用以抽采上鄰近層的卸壓瓦斯。此方?抽采負壓與通風(fēng)負壓方向一致,有利于提高抽采效果, 且 斯管道設(shè)在回風(fēng)巷,容易管理,有利于安全。 ④ 鄰近層鉆孔抽放。隨著工作面的推進,鉆場和鉆孔 也向前排列。 ③ 本煤層邊掘邊抽。 即在工作面前方,在進風(fēng)巷或回風(fēng)巷中每隔一定距離打平行于工作面的鉆孔 ,然后插管、封孔進行抽放,也可以每隔一段距離( 2030m)掘一鉆場,布置 3 個扇形鉆孔,然后插管、封孔進行抽放。鉆孔預(yù)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(yù)抽效果,目前被廣泛使用。 指采用巷道或打鉆孔的方式在開采前抽放開采煤層內(nèi)含有的瓦斯的方法,可以分為巷道預(yù)抽和鉆孔預(yù)抽。根據(jù)抽放對象的不同,可分為本煤層瓦斯抽放、鄰近層瓦斯抽放和采空區(qū)瓦斯抽放。所謂綜合抽放瓦斯就是:把開采煤層瓦斯采前預(yù)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(nèi)綜合使用,使瓦斯抽放量及抽放率達到最高。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。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,沒有大范圍推廣應(yīng)用。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 4 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(yù)裂控制爆破,交叉布孔等。 ③ 低透氣性煤層強化抽瓦斯階段。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%一 70%。 ② 鄰近層卸壓瓦斯抽放階段。 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(yù)拄煤層瓦斯,獲得了成功。 2020 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 2020 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 [8]。特別 是近十年來,隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展 , 礦井數(shù)量及煤炭產(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。 3 總體來說,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。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
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