【正文】 ............... 36 按《煤礦瓦斯抽采 指標(biāo)》計(jì)算瓦斯抽采量 ............................ 38 抽采規(guī)模的確定 .................................................. 38 附屬裝置 ............................................................ 38 瓦斯管路的敷設(shè)及質(zhì)量驗(yàn)收 ............................................ 38 6 抽采設(shè)備選型 ............................................................ 40 選型原則 ............................................................ 40 瓦斯泵流量計(jì)算 ...................................................... 40 瓦斯泵壓力 .......................................................... 40 抽采泵選型 .......................................................... 41 7 主要結(jié)論及展望 .......................................................... 43 主要結(jié)論 ............................................................ 43 展望 ................................................................ 43 5 致謝 ...................................................................... 44 主要參考文獻(xiàn) .............................................................. 45 1 1 緒論 選題背景及研究意義 “ 安全第一、預(yù)防為主 ” 是我國各行各業(yè)都要遵循的安全生產(chǎn)方針。但是隨著煤礦開采技術(shù)的快速發(fā)展，一方面煤礦機(jī)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。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(jì)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 ； 2020 年～ 20201 年，工礦類相關(guān)行業(yè)死亡 10 人 /次以上特重大事故中，煤礦死亡人數(shù)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(shù)的 77%。 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(jī)械設(shè)備和專用管道造成負(fù)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(diǎn)，也就是瓦斯抽放。其次，瓦斯抽放可以減少通風(fēng)負(fù)擔(dān)，能夠解決通風(fēng)不易解決的瓦斯難題，降低通風(fēng)費(fèi)用。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(hù)環(huán)境和提高經(jīng)濟(jì)效益的作用。 新疆焦煤集團(tuán) XX 煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 ，服務(wù)年限為 44a，根據(jù)瓦斯涌出預(yù)測，XX 煤礦的礦井相對瓦斯涌出量為 m3/t,絕對瓦斯涌出量 m3/min，礦井絕對瓦斯涌出量遠(yuǎn)大于高低瓦斯礦井臨界量的 40m3/min，該礦井屬于高瓦斯礦井。 國內(nèi)外瓦斯抽放現(xiàn)狀 國外瓦斯抽放現(xiàn)狀 在抽放理論方面， 在 1907年美國學(xué)者 Chamberlin和 Darton研究概括出了甲烷聚集和運(yùn) 2 移的機(jī)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(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng) [2]。 在抽放量 方面 ， 1910 年為 促進(jìn)安全生產(chǎn)，減少甲烷災(zāi)害，美國成立了礦業(yè) 局這一專門的政府機(jī)構(gòu) ，開始監(jiān)督抽放密閉瓦斯； 1934 年日本北海道新愰內(nèi)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(jī)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(shí)和英國先后進(jìn)行的工業(yè)規(guī)模的瓦斯抽放，年抽放量達(dá) 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(gè)增至 619 個(gè)，單個(gè)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(gè)采煤國家進(jìn)行了瓦斯抽放，年抽放量超過了 1 億 m3的國家有10 個(gè)，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(dá) 億 m3，德、英年抽放量均在 5 億 m3以上。 年瓦斯抽放量得到井噴式發(fā)展主要有兩個(gè)原因：一是這期間抽放瓦斯礦井?dāng)?shù)目大大增加，二是單個(gè)礦井的年瓦斯抽放量的增長。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(diǎn)，美國則是采用石油鉆井的成熟工藝在井下水平長鉆孔預(yù)抽瓦斯，獲得了很大的成功 [6]。 國內(nèi)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 年的撫順龍鳳 礦 ，但系統(tǒng)地連續(xù)抽放瓦斯是 1952 年在龍風(fēng)礦建抽放瓦斯泵站開始的 ， 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(jìn)的水平 [7]。由此帶動(dòng)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。 表 我國各年的瓦斯抽放量 年份 抽放量 /Mm3 年份 抽放量 /Mm3 1992 年 534 2020 年 866 1993 年 536 2020 年 984 1994 年 564 2020 年 1146 1995 年 600 2020 年 1520 1996 年 634 2020 年 1929 1997 年 728 2020 年 2133 1998 年 742 2020 年 2614 1999 年 835 2020 年 1984 我國煤礦瓦斯抽放技術(shù)，大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段 [9]： ① 高透氣性煤層瓦斯抽放階段。解決了撫順礦區(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。 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(yàn)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。 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。由于 在我國一些透氣性較差的高瓦斯煤層及突出危險(xiǎn)煤層采用通常的布孔方式預(yù)抽瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開采時(shí)的瓦斯威脅，為此，從 60 年代開始。在這些方法中。 ④ 綜合抽瓦斯階段。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(shí)施綜合抽放瓦斯。 （ 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(diǎn)，我國自主開展了多種瓦斯抽放方法。目前，煤礦應(yīng) 用最為普遍的瓦斯抽放方法有如下 6 種 [10]： ① 本煤層采前預(yù)抽。巷道預(yù)抽 煤體卸壓范圍大，煤的暴露面積大，有利于瓦斯釋放 ， 但密閉困難，巷道內(nèi)易引起自燃發(fā)火， 目前很少使用。 ② 本煤層邊采 邊抽。此方法由于采動(dòng)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(shí)間限制，具有較強(qiáng)的靈活性和針對性，但開孔位置在煤層，封孔不易保持嚴(yán)密，影響抽放效果和瓦斯?jié)舛取?即在掘進(jìn)巷道兩幫每隔一定距離掘一鉆場，在鉆場向工作面推進(jìn)的方向打 23 個(gè)超前鉆孔，然后插管、封孔進(jìn)行抽放。此方法的工作面前方和巷道兩幫一范圍內(nèi)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(huì)獲得一定的效果，但增加了鉆場和打孔的工程量和時(shí)間，對掘進(jìn)速度有一定影響，有漏風(fēng)，抽放率低。 指煤層群條件下，受開采層的采動(dòng)影響，其上部或下部的鄰近煤層得到卸壓后會(huì)發(fā)生膨脹，其透氣性會(huì)大幅提高，鄰近煤層的卸壓瓦斯會(huì)通過層間裂 5 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。 ⑤ 鄰近層巷道抽放。巷道可以布置在鄰近煤層或巖層內(nèi)。目前，該方法已在陽泉礦區(qū) 15 號煤層工作面廣泛推廣。 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(diǎn)，成為回采工作面瓦斯治理的重要手段。近年來，國內(nèi)外對高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽放進(jìn)行了大量的研究，隨著煤礦安全生產(chǎn)以及對瓦斯利用的重視，采空區(qū)抽放比例正在逐步增大。我國目前的平均抽放率僅有 23％，而俄羅斯、美國、澳大利亞等主要采煤國家的抽放率均在 50％以上，大大高于我國。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。目前我國大部分煤礦對瓦斯的抽放重點(diǎn)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(gè)別煤礦用以發(fā)電、汽車燃料等項(xiàng)目，但總體利用率都很低。目前，我國煤礦瓦斯抽放主要是靠專項(xiàng)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(kuò)大利用范圍考慮不多。 ④ 針對瓦斯抽放礦井，礦井回風(fēng)流中的瓦斯直接排放。 ⑤ “ 安全第一 ” 的觀念還沒有牢固樹立，對抽放瓦斯重要性的認(rèn)識仍然不夠，對抽放 6 瓦斯裝備等的投入不能滿足實(shí)際工作的需要，有些地方仍然維持在 20 世紀(jì) 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)及更新改造。減少瓦斯事故的發(fā)生，提高安全生產(chǎn)水平。大力發(fā)展煤礦井下瓦斯抽放技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急，也是利國利民的大事。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(jì)算臨近層瓦斯涌出量。 （ 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(fēng)設(shè)計(jì)確定抽放管路的布置。根據(jù)礦山的基礎(chǔ)資料，對抽放管路的阻力、瓦斯泵流量和壓力進(jìn)行計(jì)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(fèi)，又能達(dá)到瓦斯抽放的需求。 然后 根據(jù)計(jì)算得到的參數(shù)進(jìn)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(jìn)行論證 。 7 圖 技術(shù)路線圖 實(shí)習(xí)并收集資料 瓦斯參數(shù)計(jì)算或預(yù)測 確定方案設(shè)計(jì) 瓦斯含量 瓦斯儲量 瓦斯涌出量 抽放年限 抽放方法優(yōu)選 抽放設(shè)備選定 論證分析 計(jì)算分析 8 2 礦井概況 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)東西長 ，南北寬 ～ 4km，面積 50km2。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 ，修至紅石嶺車站，距礦區(qū) 14km，交通較方便。 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 ，北東～南西寬約 ，面積約 。33′01″；北緯 42176。 圖 XX煤礦交通位置圖 地層及構(gòu)造 XX 礦區(qū)地處天山山系內(nèi)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 。在河谷兩側(cè)階地上有1890 煤礦 9 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 統(tǒng)八道灣組、三工河組，侏羅系中統(tǒng)西山窯組。 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?！?25176。 井田內(nèi)走向逆斷層較發(fā)育， 對煤層造成較大切割破壞的主要為 F F F5 組斷層，見表 ?！?70176?！?45176。62176?！?62176。～ 30176?！?60176。～ 30176。鉆孔揭露最大純煤總厚度 (54 號孔 )，鉆孔揭露最小純煤總厚度 (加 222 號孔 )，其平均總厚度 ，含煤系數(shù) %。其它 12 層煤根據(jù)可采范圍的大小，尚可進(jìn)一步劃分為全部可采、大部可采與局部可采煤層 尚可進(jìn)一步劃分為全部可采、大部可采與局部可采煤層。 井田可采 煤層厚度、間距、結(jié)構(gòu)、可采性、穩(wěn)定性及頂?shù)装鍘r性等詳見表 。呈黑色，條痕棕黑色～黑色，玻璃光澤～強(qiáng)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。容重 ～ ，硬度 2～ 3 級，易碎，混末煤較多，塊煤較少。煤巖類型以光亮型、半亮型為主，半暗型、暗淡型較少。煤巖組分中的有機(jī)組分一般以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，無機(jī)組分以粘土類為主。 礦井開拓、開采情況 根據(jù)《新疆艾維爾溝礦區(qū)總體規(guī)劃》確定的一八九〇礦井規(guī)劃范圍為：東南起 1 勘探線，西北至 6 勘