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1、. . . . 摘要随着矿井生产技术水平的快速发展，矿井生产能力大大提高，但随之而来的矿井瓦斯涌出大大增加。矿井瓦斯已成为制约煤矿安全生产的头号大敌。文家坡煤矿设计产煤4.0Mt，该矿矿井瓦斯涌出量大，仅靠通风方法难以解决瓦斯超限问题，从而严重制约了该矿的正常生产能力。本文介绍了该井田的基本情况，预测了矿井瓦斯的涌出量，对抽放瓦斯的必要性与可行性进行了论证。通过对抽放方法的比较和抽放管路的计算和选择，设计了瓦斯抽放的方法和矿井瓦斯抽放系统。并计算了抽放系统的管道阻力和瓦斯泵的流量与压力，选择了合适的瓦斯泵型号，建立了地面永久抽放泵站。最后利用所抽瓦斯进行发电，以达到合理利用瓦斯，使其变废为宝、
2、减少环境污染的目的。关键词：瓦斯预测、瓦斯抽放、瓦斯抽放系统、瓦斯利用ABSTRACTWith the rapid development of production technology of mine, mine production capacity greatly increased, but to greatly increase of mine gas emission. Restricted coal mine safety production of coal mine methane has become enemy number one. Design coal 4.0Mt
3、 coal mine, the mine gas emission rate, ventilation method of gas concentration exceeding limits a hard problem alone, and seriously restricted the normal capacity of the mine. This article describes the situation of mine, prediction of mine gas emission, justifying the necessity and feasibility of
4、gas drainage. By drainage method of comparison and calculation of drainage pipe and selection, design of gas drainage method and mine gas drainage system. Resistance of pipeline and to computation of drainage systems and flow rate and pressure of a gas pump, select the right gas pump model, establis
5、hed a permanent ground drainage pumping stations. Last use of gas for power generation, in order to achieve rational utilization of gas and its treasure, the purpose of reducing environmental pollution.Keywords：gas forecast, gas drainage, gas drainage system, gas use目录1 绪论11.1 选题背景及研究意义11.2 瓦斯抽放的国外研
6、究现状11.2.1国外研究现状11.2.2 国研究现状21.3 矿井概况31.3.1 地理位置及交通31.3.2 地理环境41.3.3 含煤地层41.3.4 煤炭储量及服务年限51.3.5 开拓方式及采煤方法51.3.6 矿井通风及瓦斯情况51.4 研究容及技术路线图51.4.1 研究容51.4.2 技术路线图62 矿井瓦斯涌出量的预测82.1 预测方法的选择82.2 预测过程92.2.1 分源预测法的原理92.2.2 准备资料92.2.3 预测计算132.3 预测结果183 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性193.1 矿井瓦斯来源分析193.2 瓦斯抽采的必要性193.3 瓦斯抽放可行性204
7、抽放瓦斯方法与工艺224.1 瓦斯抽放设计参数224.1.1 矿井瓦斯总储量224.1.2 可抽瓦斯量Qk234.2 抽放瓦斯方法244.3 抽放瓦斯方法的确定254.3.1 本煤层瓦斯抽放254.3.2 邻近层瓦斯抽放264.3.3 采空区瓦斯抽放274.4 抽放瓦斯工艺设计294.4.1 钻场294.4.2 各抽放方法钻孔主要参数294.4.3 封孔314.5 抽放施工设备及施工量324.5.1 钻机选型324.5.2 主要检测仪器、仪表配置324.6 瓦斯抽放量的确定334.6.1 瓦斯抽放率334.6.2 抽放瓦斯量预计335 瓦斯抽放管路系统355.1 抽放管路系统选择原则355.2
8、 抽放管路敷设路线355.3 抽放瓦斯管径选择365.4 管网阻力计算365.5 管路敷设及管路附属设施376 抽放泵选型及抽放泵站布置406.1 选型原则406.2 抽放泵流量计算406.3 抽放瓦斯泵压力计算406.4 瓦斯泵的真空度计算416.5 抽放泵选型416.6 抽放泵站的位置426.7 泵站的供电系统及通讯436.8 泵站给排水系统436.9 泵站及管路系统综合布置447 抽放瓦斯管理467.1 队伍管理467.2 图纸和技术资料467.3 管理与规章制度467.4 常用记录和报表样式478 瓦斯综合利用518.1概况518.2 瓦斯民用方案518.2 瓦斯发电方案528.4 瓦
9、斯利用方案优选549 主要结论及展望559.1 主要结论559.2 展望55致56参考文献57 . . . 1 绪论1.1 选题背景及研究意义“安全第一、预防为主”是我国各行各业都要遵循的安全生产方针。采煤作业作为高危险行业，在安全生产方面尤为重视。但是随着煤矿开采技术的快速发展，一方面煤矿机械化水平不断提高，煤矿生产越来越高效化、集约化，另一方面随着煤矿开采深度的不断加深，采煤作业的不断提速，使得矿井瓦斯涌出量一直处于上升状态，对煤矿的安全生产造成重大威胁。如何处理好煤矿高产高效跟安全生产的关系，是我国煤矿开采在21世纪的重大任务。我国现有国家重点煤矿657处，在其中有567处矿井有煤尘爆炸
10、危险，高达86.3%；煤与瓦斯突出矿井有130处，高瓦斯矿井有180处，自然发火矿井有361处。据有关资料统计我国煤矿一次死亡10人以上的特大事故中有70%以上是由于瓦斯（煤尘）爆炸事故。2002 年2006 年，工矿类相关行业死亡10 人/次以上特重大事故中，煤矿死亡人数就占72.8%89.3%；而在煤矿企业所发生的一次死亡10 人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的77%。这些血淋淋的事实无不说明了瓦斯事故是制约煤矿安全生产的“头号大敌”。虽然矿井瓦斯是煤矿安全生产的重大危险源，但从能源角度来讲，瓦斯本身是一种优质洁净的能源。我国瓦斯储量非常丰富，据初步估算，在全国围煤层气资源量大约有30万亿
11、到36万亿立方米。在我国2000米，浅层煤层气资源相当于450亿吨标准煤，这意味着这些浅层煤层气如果完全开发可供我国使用20多年。瓦斯气作为煤碳的伴生能源如果开采得当，在能源紧的现如今完全可以为国民经济的快速发展做出重大贡献。从现有技术水平来看，矿井瓦斯抽采可以做到既在保障煤矿高产高效安全生产的同时又能兼顾开发煤层瓦斯，使煤矿开采更加集约化。文家坡煤矿设计开采4.0Mt/a，经初步矿井瓦斯鉴定，属于高瓦斯矿井，并且通过通风无法消除瓦斯隐患。近年来随着煤矿企业对安全生产的愈加重视，使煤炭企业的任务更加艰巨，责任也更加重大。通过矿井瓦斯抽采对根治矿井瓦斯涌出量大，消除瓦斯这一“煤矿杀手”，实现矿井
12、本质安全具有十分重大的意义。1.2 瓦斯抽放的国外研究现状1.2.1国外研究现状1934年日本道新愰矿抽放密闭区瓦斯，这是人类历史上首次在工业规模上利用机械开采瓦斯。随后几十年，煤矿瓦斯抽放在西欧、美国、前联、东亚开始迅猛发展。世界瓦斯年抽放量从1951年的134Mm增至1987年的5431Mm，大约增加了39倍。年瓦斯抽放量得到井喷式发展主要有两个原因：一是这期间抽放瓦斯矿井数目大大增加，二是单个矿井的年瓦斯抽放量的增长。这期间为提高瓦斯抽放率，各国都对瓦斯抽采技术进行了研究：前联针对低透气性煤层难抽问题，在顿巴斯、卡拉干达和库基巴斯矿区最先提出并试验应用了交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯的方法，显
13、著提高了低透气性煤层的瓦斯抽放率；而日本针对开采深度大的煤层时采用大直径钻孔来提高抽采效果；德国和捷克通过向煤层打放射状钻孔以延长抽采时间，成功达到了提高瓦斯抽采量的目的；在封孔工艺上，德国和日本在首先推广应用聚氨酯封孔技术，使抽放负压达到50KPa以上。近年来由于石油、天然气能源的急缺，煤层气作为煤炭的伴生能源更是受到热捧，美国等发达国家掀起了对瓦斯抽采开发试验的新浪潮。针对美国煤层埋藏稳定、构造简单、透气性好、倾角低的优点，美国则是采用石油钻井的成熟工艺在井下水平长钻孔预抽瓦斯，获得了很大的成功。1.2.2 国研究现状早在1637年，我国明代科学家宋应星在其所著的天工开物一书中就记载了利用
14、竹管排放井下毒气，这是我国关于瓦斯抽放的最早记载。到1938年，龙凤矿开始机械瓦斯抽采，我国瓦斯抽采技术正式走上了机械化开采的道路。到如今，我国瓦斯抽采技术发展了七十余年，大致经历了以下几个发展阶段 高透气性煤层预抽瓦斯阶段； 邻近层卸压瓦斯抽采阶段； 低透气性煤层强化抽采阶段； 高产高效矿井（工作面）综合抽采瓦斯阶段。现如今我国的抽采技术从一开始的单一钻孔抽采，发展到现在的巷道抽放、钻孔抽放、地面抽放和混合抽放，而且煤气一体化开采已经成为我国煤矿开采的新模式。对于绝大多数抽采方法来说，国外或多或少均有使用，并不存在“好”与“不好”的界定，仅仅是适用性不同而已。对我国来说，煤层的主要特点有煤层
15、透气性低、瓦斯含量高、煤层突出危险严重、煤层群开采、地质构造复杂多样，因此决定了我国的瓦斯抽采主要以卸压抽放为主。以下介绍几种适合我国现状的抽采方法：1顺层密集长钻孔抽放本层瓦斯顺层密集长钻孔主要用于区域性抽放，用在综放面或综采面来降低煤层瓦斯含量或者解决工作面突出问题，一般钻孔深度在80m以上，间距3-5m，预抽时间在半年以上。为提高抽放效果，布孔时经常采用斜向孔及交叉钻孔，斜向布孔适用于边采边抽，交叉式布孔可以在不增加工程量的条件下，提高本煤层瓦斯抽放的效果。2网格式穿层钻孔抽放本层瓦斯网格式穿层钻孔的优势在于可以有效的解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明，虽然低透气性煤层瓦斯预抽极为困难，但在合理布置钻孔、保证预抽时间的技术条件下，完全可以达到预期的抽放目的，瓦斯抽采率可以达到百分之三十以
