【正文】 .................................................445致謝 ......................................................................45主要參考文獻 ..............................................................4611 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；2022 年～20221 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。其次，瓦斯抽放可以減少通風(fēng)負擔(dān)，能夠解決通風(fēng)不易解決的瓦斯難題，降低通風(fēng)費用。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，可以起到保護環(huán)境和提高經(jīng)濟效益的作用。 新疆焦煤集團 XX 煤礦設(shè)計生產(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2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(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng) [2]。在抽放量方面，1910 年為促進安全生產(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 [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。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。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(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的水平 [7]。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。表 我國各年的瓦斯抽放量年份 抽放量/Mm 3 年份 抽放量/Mm 31992 年 534 2022 年 8661993 年 536 2022 年 9841994 年 564 2022 年 11461995 年 600 2022 年 15201996 年 634 2022 年 19291997 年 728 2022 年 21331998 年 742 2022 年 26141999 年 835 2022 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]：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，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?。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 23 個超前鉆孔，然后插管、封孔進行抽放。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獲得一定的效果，但增加了鉆場和打孔的工程量和時間，對掘進速度有一定影響，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，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。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識仍然不夠，對抽6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)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。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。7圖 技術(shù)路線圖實習(xí)并收集資料瓦斯參數(shù)計算或預(yù)測確定方案設(shè)計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)備選定論證分析計算分析82 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1890 煤礦9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 FF F 5 組斷層，見表 ?！?0176。～45176。62176。～62176?！?0176?！?0176?！?0176。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。煤巖組分中的有機組分一般以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，11無機組分以粘土類為主。 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 勘探線北西 150m 及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。規(guī)劃井田范圍內(nèi)各煤層深部境界為+1300m 水平，較勘探報告提供的范圍深，規(guī)劃將焦煤井采礦證劃定的井田范圍內(nèi)的 6 線以西約 1000m 走向長度的資源量劃給 1930 平硐開采。6 號煤層正在布置回采工作面，其中 161221 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。井田北部+2線至井田南邊界+1800m 水平以上 6 煤層均不同程度的受到淺部小窯開采影響，井田內(nèi)除 6 號煤層進行規(guī)?；_采，其余各煤層均未規(guī)模化開采過。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，副斜井位于主副井以南并與主斜井平行布置，間距 50m。 通風(fēng)與瓦斯礦井通風(fēng)系統(tǒng)為分區(qū)式，通風(fēng)方式為機械抽出式。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(fēng)井。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(fēng)量為7500m 3/min。根據(jù)地質(zhì)勘探，井田內(nèi)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。圍巖是炭質(zhì)泥巖和粉砂巖的部位，瓦斯含量相對較高。 礦井瓦斯災(zāi)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，瓦斯涌出量逐漸增大。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。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 2022 年 10 月 4 日開始，工作面上隅角瓦斯超限頻繁出現(xiàn)。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。值，計算或確定鄰近層的瓦斯排放率。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 鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線根據(jù)公式（32）、（33 ）對開采層瓦斯涌出量進行預(yù)測，開采層瓦斯涌出量預(yù)測。根據(jù)公式（34）對1號煤層和5號煤層的鄰近層進行瓦斯涌出預(yù)測，預(yù)測的結(jié)果如。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(yù)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。受5號開采影響的鄰近層瓦斯含量會降低。4號煤層與5號、6號煤層的間