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1、山东科技大学学士学位论文 摘要 矿井瓦斯预测与控制技术研究摘 要矿井瓦斯事故是煤矿重大安全事故之一，而煤层瓦斯分布存在着不平衡性，一方面，不仅高瓦斯矿井需要对矿井瓦斯进行预测和控制，低瓦斯矿井同样要对矿井瓦斯异常涌出区进行检测控制，另一方面，也决定了低瓦斯矿井瓦斯防治工作不能套用高瓦斯矿井的相关措施，必须找到适应其情况的措施。本文首先对矿井瓦斯基本性质的进行了介绍，分析了矿井瓦斯的组分和来源以及其形成的影响因素，在此基础上对瓦斯涌出规律进行了初步研究，介绍了煤层瓦斯涌出及作用形式；其次，对矿井瓦斯预测方法进行了介绍，主要介绍了煤层瓦斯含量预测和煤层瓦斯突出预测的方法，并将预测结论与南屯煤矿的实
2、际测算量进行了对比；然后结合南屯煤矿实际情况，探讨了符合低瓦斯矿井实际情况的瓦斯综合防治及管理措施，提出了针对南屯煤矿局部瓦斯异常区的治理以及管理措施。关键词： 低瓦斯 瓦斯爆炸 瓦斯预测 综合防治 局部瓦斯异常区ABSTRACTCoal mine gas accident is one of the coal mines major accidents. Since the gass distribution in coal seams is imbalance ,on the one hand, not only high gas mine needs to take measures t
3、o forecast and control the gas in the mine, low gas also need to prevent gas accidents ,on the other hand, gas prevention measures in low gas coal should not follow that of the high gas coal. So its important to fund forecasting and controlling measures about the mine gas which adapt to low gas coal
4、s.This thesis first preliminarily introduces the research on the prediction of gas emission rules and methods which based on the basic nature of the gas, including the source and component of mine gas, the coal beds gas emission and function forms. Then, it introduces the mine gas forecast methods,
5、which include the measure of coal seam gas content prediction and outburst prediction. Combined with the actual situation of the Nantun mine coal, it explores the gas control and manage measures which can adapt to the low gas mines actual situation. At last, this paper puts forward gas control and m
6、anage measures in allusion to the local gas anomaly area of the Nantun mine coal, by which way, we hope to achieve the goal of eliminating low gas mines gas accidents.Keyword： Low gas mine coal Gas explosion Gas prediction Integrated control Local gas anomaly area1山东科技大学学士学位论文 目录目 录1绪论11.1本课题的研究目的和意
7、义11.2国内外研究现状21.2.1我国高产高效工作面瓦斯涌出的特点31.2.2我国高产高效工作面瓦斯防治技术31.2.3充州矿区瓦斯综合治理技术现状41.3研究的思路和主要内容61.3.1研究思路61.3.2研究主要内容62 矿井瓦斯概述82.1矿井瓦斯组分和来源82.1.1矿井瓦斯的组成82.1.2矿井有毒有害气体的分类82.2煤层瓦斯的形成103瓦斯赋存与运移123.1煤层瓦斯的赋存123.1.1煤层瓦斯沿深度的带状分布123.1.2煤层瓦斯含量的影响因素133.1.3煤层瓦斯吸附理论153.2矿井瓦斯流动193.2.1煤层瓦斯流动状态193.2.2瓦斯流动场213.2.3煤层瓦斯压力及
8、测定234煤层瓦斯预测理论264.1煤层瓦斯含量预测264.1.1分源预测法264.1.2矿山统计法284.1.3做图法314.2煤层瓦斯突出预测理论374.2.1 概述374.2.2 煤层突出危险性预测方法375 矿井瓦斯灾害及防治415.1瓦斯爆炸及防治415.1.1瓦斯爆炸原因分析415.1.2引起瓦斯爆炸的条件415.1.3 预防瓦斯爆炸的措施435.2瓦斯局部异常涌出防治445.2.1 掘进煤巷的防治措施455.2.2 巷道冒落空洞中局部积聚的瓦斯处理措施465.2.3采煤工作面上隅角局部积聚的瓦斯处理措施486 瓦斯预测与综合防治技术的应用516.1南屯煤矿简介516.2南屯煤矿3
9、煤层瓦斯含量测定516.2.1采掘区瓦斯含量主要地质影响因素516.2.2测定方法和测点布置526.2.3瓦斯来源分析546.2.4确定有无高瓦斯区556.3瓦斯异常涌出危险区域防治措施566.3.1矿井瓦斯异常涌出危险区划分566.3.2南屯煤矿局部瓦斯异常区域瓦斯治理治理技术576.4矿井瓦斯检查与管理制度616.4.1独头巷道瓦斯管理制度616.4.2盲巷瓦斯管理制度646.4.3瓦斯重点管理区的管理制度647总 结67参考文献68致 谢70附 录71山东科技大学学士学位论文 绪论1绪论1.1本课题的研究目的和意义我国是煤矿事故频发的国家之一，特别是随着我国煤炭产量逐年提高，煤矿事故更是
10、出现多发的态势，而在各类煤矿事故中，瓦斯事故占据了较大的比重，在全国历年煤矿事故中，瓦斯事故是除了顶板事故以外，造成死亡人数最多的事故。2008年全国各类煤矿事故死亡人数比重分布见下图。图1-1 2008年我国各类煤矿事故死亡人数比重分布在我国高瓦斯煤矿中，瓦斯爆炸危险普遍存在，且危害严重，也是造成社会影响最大的重特大事故。随着煤炭需求增长、煤矿开采延深，高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井增多，煤矿瓦斯防治工作面临的任务更为艰巨和复杂。据统计，2001年至2005年，煤矿瓦斯事故平均每年死亡2173人；2006年至2008年，分别降至1319人、1084人和778人。与2007年相比，2008年全国
11、煤矿瓦斯事故总量和死亡人数分别下降33.1、28.2。其中，重特大瓦斯事故（一次死亡10人以上）量和死亡人数分别下降18.2和23.5。虽然近年来中国煤矿瓦斯防治工作取得阶段性成效，但目前还没有从根本上遏制住重大瓦斯事故，形势依然严峻。南屯煤矿是充矿集团早期开发的现代化矿井之一，历年瓦斯鉴定结果均为低瓦斯矿井。但在我国，低瓦斯矿井发生重特大事故，同样屡见不鲜。统计显示，2000年2007年发生的二十四起一次死亡三十人以上的特别重大瓦斯和火灾事故中，发生在低瓦斯矿井的有七起，占三成。2005年发生的三十九起一次死亡十人以上的特大瓦斯事故中，低瓦斯矿井有18起，占特大瓦斯事故的46.2。随着煤炭生
12、产逐步向深部转移，开采地质条件将会发生较大的变化：地压大、煤层松软和大倾角。与缓倾斜煤层综放开采相比，目前采用的综放开采技术的通风安全保障技术措施需要做出相应的调整，以适应生产条件的变化。因此，南屯煤矿深部松软煤层的仰斜综放开采除对开采技术设备和工艺提出了新的要求以外，也增加了通风安全技术的难度。因此，根据“以风定产”原则，为保证矿井安全生产，针对综放开采在通风与瓦斯防治方面带来的新问题进行充分研究，防止通风和瓦斯事故的发生，开展南屯煤矿深部煤层综放开采的通风与瓦斯防治技术研究工作具有重要的意义。1.2国内外研究现状瓦斯灾害的威胁极大地限制了矿井生产能力的发挥，进而使矿井的经济效益显著降低，矿
13、井人员稳定困难，科研开发能力减弱，形成恶性循环。我国高产高效矿井瓦斯等级的分布如下：在114座高产高效矿井中低瓦斯矿井77座，占67.5；高瓦斯矿井31座，占27.2；煤与瓦斯突出矿井6座，占5.3。1.2.1我国高产高效工作面瓦斯涌出的特点1）绝对瓦斯涌出量差异悬殊工作面绝对瓦斯涌出量大的非常大，如最大的抚顺老虎台矿78001-1综放工作面达169.4m3/min。绝对瓦斯涌出量7m3/min的工作面共有11个，占综放面总数的17，其中有8个抽放瓦斯，占7m3/min以上工作面总数的73，即这类工作面一般都需要抽放瓦斯才能保证安全生产1。2）相对瓦斯涌出量差异很大在64个综放面中，相对涌出量
14、10m3/t有11个占17，其中有9个采取了抽放瓦斯措施，占10m3/t以上工作面总数的82，表明这类工作面抽放瓦斯是安全生产的重要保证；最大的相对瓦斯涌出量达81m3/t。3）瓦斯涌出量大的地点分布广，瓦斯积聚时间延续长，瓦斯治理难度大。在64个综放面中，有56个存在局部瓦斯积聚问题，占88；因瓦斯涌出量大，除在上隅角存在瓦斯积聚外，在放煤口、支架顶、冒落放煤区、后部运输机道等处在生产日一般都存在长达数小时到十几小时的瓦斯积聚。在初次来压、周期来压期间，瓦斯涌出量突然增大，瓦斯积聚更加严重。1.2.2我国高产高效工作面瓦斯防治技术瓦斯灾害防治技术主要从三个方面入手：防止瓦斯积聚，防止瓦斯突出，防止瓦斯煤尘爆炸。根据我国瓦斯涌出的特点，国家制定煤矿瓦斯灾害治理方针为：“先抽后采、监测监控、以风定产”。1）先抽后采的必要性这是安全生产的需要，是安全高效的需要，是开采两个资源的需要，是保护环境的需要，是可持续发展的需要。2）先抽后采的可行性我国的高瓦斯煤层一般都是低透气煤层，在自然条件下，很难抽出瓦斯；理论研究与生产实践都证明，在采动卸压下，被卸压煤层的透气性可增加千百倍，可高效地抽采其卸压瓦斯，由此，高瓦斯煤层，甚至瓦斯突出危险煤层都可变为低瓦斯煤层和无突出危险煤层，如此在这类煤层可以实施高产高效的采煤方法，实现煤与瓦斯两种资源安全高效共采。1.2.3充州矿区瓦斯综合治理技术现状1
