瓦斯抽放设计毕业论文.doc

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1、瓦斯抽放设计毕业论文 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40Mt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减少环境污染的目的关键词瓦斯预测瓦

2、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 40Mt coal mine the mine gas emi

3、ssion 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 gas drainage By drainage method o

4、f 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 established a permanent ground drainage pumpin

5、g stations Last use of gas for power generation in order to achieve rational utilization of gas and its treasure the purpose of reducing environmental pollutionKeywordsgas forecast gas drainage gas drainage system gas use目录1 绪论111 选题背景及研究意义112 瓦斯抽放的国内外研究现状1121国外研究现状1122 国内研究现状213 矿井概况3131 地理位置及交通313

6、2 地理环境4133 含煤地层4134 煤炭储量及服务年限5135 开拓方式及采煤方法5136 矿井通风及瓦斯情况514 研究内容及技术路线图5141 研究内容5142 技术路线图62 矿井瓦斯涌出量的预测821 预测方法的选择822 预测过程9221 分源预测法的原理9222 准备资料9223 预测计算1323 预测结果183 矿井瓦斯抽放的必要性与可行性1931 矿井瓦斯来源分析1932 瓦斯抽采的必要性1933 瓦斯抽放可行性204 抽放瓦斯方法与工艺2241 瓦斯抽放设计参数22411 矿井瓦斯总储量22412 可抽瓦斯量Qk2342 抽放瓦斯方法2443 抽放瓦斯方法的确定25431

7、 本煤层瓦斯抽放25432 邻近层瓦斯抽放26433 采空区瓦斯抽放2744 抽放瓦斯工艺设计29441 钻场29442 各抽放方法钻孔主要参数29443 封孔3145 抽放施工设备及施工量32451 钻机选型32452 主要检测仪器仪表配置3246 瓦斯抽放量的确定33461 瓦斯抽放率33462 抽放瓦斯量预计335 瓦斯抽放管路系统3551 抽放管路系统选择原则3552 抽放管路敷设路线3553 抽放瓦斯管径选择3654 管网阻力计算3655 管路敷设及管路附属设施376 抽放泵选型及抽放泵站布置4061 选型原则4062 抽放泵流量计算4063 抽放瓦斯泵压力计算4064 瓦斯泵的真空

8、度计算4165 抽放泵选型4166 抽放泵站的位置4267 泵站的供电系统及通讯4368 泵站给排水系统4369 泵站及管路系统综合布置447 抽放瓦斯管理4671 队伍管理4672 图纸和技术资料4673 管理与规章制度4674 常用记录和报表样式478 瓦斯综合利用5181概况5182 瓦斯民用方案5182 瓦斯发电方案5284 瓦斯利用方案优选549 主要结论及展望5591 主要结论5592 展望55致谢56参考文献571 绪论11 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

9、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处矿井有煤尘爆炸危险高达863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728893而在煤矿企业所发生的一次死亡10 人以上事故中瓦斯事

10、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范围内煤层气资源量大约有30万亿到36万亿立方米在我国2000米内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张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40Mta经初步矿井瓦

11、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本质安全具有十分重大的意义12 瓦斯抽放的国内外研究现状121国外研究现状1934年日本北海道新愰内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内煤矿瓦斯抽放在西欧美国前苏联东亚开始迅猛发展世界瓦斯年抽放量从1951年的134Mm3增至1987年的5431Mm3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

12、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苏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

13、井下水平长钻孔预抽瓦斯获得了很大的成功122 国内研究现状早在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年抚顺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内外或多或少

14、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

15、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上目前网格式穿层钻孔已成为我国单一松软低透气性严重突出煤层防突的主要办法已在白皖等突出严重的矿区推广使用3顶板走向长钻孔抽放邻近层瓦斯针对高瓦斯无煤柱综采或者综放工作面的特点为了解决瓦斯超限问题采用沿开采层顶板岩层走向布置仰面定向水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯该方法与顶板岩巷抽放法顶板穿层短钻孔抽放法相对比在经济和技术上都有显著地优越性对于采掘接续紧张的矿井优越性更为显著该抽放方法为我国高瓦斯煤层群抽放提供了新的道

16、路给煤炭生产实现安全高效提供了技术保障4厚煤层开采采空区抽放在厚煤层分层开采时或综放开采时由于采空区内丢煤较多再加上邻近层围岩瓦斯涌出使得采空区瓦阿斯涌出量较大所以进行采空区瓦斯抽放很有必要厚煤层半封闭采空区瓦斯抽放方法在抚顺矿区首先取得试验成功通过在采空区后部埋管抽放或者设引巷密闭插管抽放使得工作面瓦斯抽放率达到805综合瓦斯抽放综合瓦斯抽放法主要用于高产高效矿井在开采高瓦斯且有突出危险煤层时即在单个工作面或者整个采区采用多种抽放方法进行抽放这种方法可以灵活利用多种抽放方法针对工作面存在的问题使瓦斯抽采量及抽采率达到最高经过半个世纪的发展我国的瓦斯抽采技术虽然取得了长足的发展但由于我国井工开

17、采采煤量大到2000年止抽放矿井的产煤量仅占总产量的148抽放瓦斯量仅占瓦斯涌出量的99故瓦斯抽采的工作还应该继续发展13 矿井概况131 地理位置及交通文家坡井田位于彬长矿区部东以西相邻南相邻北至七里铺西坡背斜南部煤层线东西km南北km面积km2地理坐标东经101080845北纬350630351340井田公路交通便利312国道东南距西安10km至咸阳与陇海铁路线相接西北距长武县40km井田内有县级公路与县乡相通中的西安铁路井田侧通过图11文家坡矿井地理位置分布图大夏秋流量小洪水期为每年789月份本区地处中纬带高原区属暖温带半干旱大陆性季风气候区冬季干旱夏季炎热四季比较分明雨热同季气温日差较

18、大干湿季节分明年降雨量变化大常出现干旱每年3-5月份为西北季风期最大风速127ms年平均降雨量为5614mm年平均蒸发量为1547 mm根据中国地震动参数区划图GB18306-2001及建筑抗震设计规范GB50011-2001附录A本区抗震设防烈度为6度设计基本地震加速度值为005g133 含煤地层 1井田地质构造本井田地层倾角 为主要聚煤区平均可采厚度m1234下1号煤层为薄及中厚煤层平均厚度m087m132m154m为缓倾斜煤层倾角为16o开采条件优越无煤与瓦斯突出危险井田煤层的水分含量低中高挥发分中高热值中中高硫中灰低低特磷含油富油较低软化温度灰热稳定性和抗碎强度均优是良好的动力燃料工业

19、气化和低温干馏用煤134 煤炭储量及服务年限 矿井可开采储量42408Mt矿井规模为40Mta后期根据煤化工项目需煤量可扩建至60Mta按照40Mta的矿井规模再考虑140储量备用系数计算矿井服务年限为757a135 开拓方式及采煤方法 由于主采煤层4煤埋藏深度均在700m左右矿井不具备斜井开拓条件因此确定采用立井开拓因为4煤平均煤厚804m所以采用综采放顶煤开采而1234T-1煤层均为局部可采煤层在可采范围内煤层平均厚度在087154m之间设计采用采用薄及中厚煤层单一走向和倾斜长壁综合机械化采煤法全部垮落法管理工作面顶板136 矿井通风及瓦斯情况矿井设计采用中央分列式通风方式抽出式通风方法现

20、设计主副井筒进风路村立井回风4年后稳定投产后增设两对进回风井筒据钻孔瓦斯测定成果本井田各煤层甲烷含量在001091mlgrad之间自燃瓦斯成分中甲烷在042011之间瓦斯分带为二氧化碳氮气带及氮气沼气带地质报告鉴定本煤层为易自燃很易自燃煤层各煤层挥发分一般在30以上最高可达3742煤的干燥无灰基挥发分产率与固定碳之比爆炸性指数远远大于10的分界线表明各煤层煤尘有爆炸性危险14 研究内容及技术路线图141 研究内容1结合文家坡矿井煤层赋存状况及41盘区综采工作面情况分析工作面瓦斯来源构成及各自所占比例对其工作面瓦斯涌出进行预测2对于文家坡高瓦斯综采工作面瓦斯涌出特点制定相应的工作面瓦斯治理方案建

21、立瓦斯抽放与合理通风相结合的综合防治系统以达到较好的治理效果使得工作面的安全高效回采3对瓦斯管路的敷设路线抽放管路布置以及管径选择管路敷设以及管路附属设施进行分析对抽放钻孔参数以及抽放钻孔施工进行说明为系统完成提供保证4分析文家坡综放工作面瓦斯抽放系统的抽放效果确定工作面瓦斯抽放量及矿井抽放率检验工作面瓦斯综合治理系统的安全性和经济性142 技术路线图 技术路线图见图12图12 技术路线图2 矿井瓦斯涌出量的预测21 预测方法的选择 瓦斯涌出量预测是指根据某些已知的相关数据按照一定的方法和规律预估出整个矿井或者局部区域瓦斯涌出量的工作对于新建矿井需要矿井瓦斯涌出量预测资料作为通风设计以及制定瓦

22、斯措施的依据瓦斯涌出量的预测的正确与否直接影响着煤矿安全生产和经济效益若预测偏低矿井投产不久就需要进行技术改造甚至被迫减少产量而预测偏高则必须要增加投资和通风设备的运行费用所以研究矿井瓦斯涌出量的预测方法提高预测精度一直是世界各主要采煤国的重要课题之一 综合国内外传统的瓦斯涌出量预测的方法有统计分析法瓦斯含量预测法分源预测法类比法近年来由于科学技术的快速发展尤其是数学方法和计算机技术的发展出现了一些新的或是进一步优化的预测方法比如瓦斯地质数学模型法速度预测法灰色系统预测法神经网络预测法基于遗传规划的预测法等等下面详细的介绍对比我国主要使用的瓦斯涌出量预测法优劣及其适用范围表21表21 瓦斯涌出

23、量预测法对比方法简介优点缺点适用性矿山统计法据已开采工作面的实测瓦斯资料经过统计分析得出某一煤层瓦斯涌出量随开采深度的变化规律并将其应用于计算新采煤工作面瓦斯涌出量可以很简单地通过已知工作面的瓦斯涌出量来计算新采煤工作面的瓦斯涌出量需要前期积累的资料多可推测的深度低推测结果受煤层倾角和瓦斯涌出量的梯度影响误差较大适用于生产矿井的延伸水平开采水平的新区邻近的新矿井分源预测法根据采煤工作面同时涌出的瓦斯源及瓦斯源涌出量的大小预测采煤工作面的瓦斯涌出源的涌出量技术成熟预测精度可达85以上适用性广对瓦斯含量测定值的可靠性和含量点的分布有较高的要求计算使用经验公式其结果的精度有一定的局限性适用于新建矿井

24、生产矿井水平延深新设计采区以及采掘工作面的瓦斯涌出量预测类比法根据生产矿井已采地区瓦斯涌出量的实测资料计算出采煤工作面的相对瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量的比值还可计算出掘进巷道绝对瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量的比值在地质条件类似的临近新建矿井利用这两个之间的比值结合设计方案进行新矿井瓦斯涌出量预测适用于与邻近生产矿井具有相同或相似的地质开采条件的新建矿井瓦斯涌出量预测通过表11可看出分源预测法在预测新建矿井方面有明显的优势由于文家坡系新建矿井统计分析法类比法所要求的数据积累远远达不到如果使用可能会造成很大的误差因此选用分源预测法对文家坡矿井瓦斯涌出量进行预测22 预测过程221 分源预测法的原理含瓦斯

25、煤层在开采时因受到采动作业的影响使煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡状态遭到破坏破坏区内的煤层围岩所含瓦斯将涌入井下巷道瓦斯涌出源即是井下瓦斯涌出的地点瓦斯涌出源的多寡涌出瓦斯量的大小是决定矿井瓦斯涌出量大小的重要因素根据抚顺分院的研究矿井瓦斯涌出的源汇关系如图21所示图21 矿井瓦斯涌出的源汇关系222 准备资料1各煤层瓦斯含量测定资料据钻孔瓦斯测定成果本井田各煤层甲烷含量在001091mlgrad之间自燃瓦斯成分中甲烷在042011之间瓦斯分带为二氧化碳氮气带及氮气沼气带瓦斯测定成果 项 目煤层号CH4mlgdaf最小-最大平均点自然瓦斯成分CH4最小-最大平均点CO2最小-最大平均点N2最小-最

26、大平均点1001-03501311105-861407110-181114118927-98309479112013-0470263350-9795823122-14213538879-9508928333001-0290098045-8852838050-36514189205-9875961484001-078020310-4030668310-3142493312867-9941879634下1020-0910562574-201112932131-24018627749-9295852222各煤层地质特征资料本延安组含煤1层具有意义的5层其中可采煤层层4号煤部可采煤层层12煤层局部可采

27、煤层2层3煤层和4下1煤可采煤层层4上44上4下煤平均可采厚度m1234下1号煤层为薄及中厚煤层平均厚度m087m132m154m为缓倾斜煤层倾角为16o开采条件优越首采盘区4煤41盘区南北长30km东西宽40km该煤层结构简单大部不含夹矸少数含夹矸12层见煤点个可采点个见煤点可采率4煤层伪顶为小于050m的炭质泥岩分布零星直接顶板以泥岩砂质泥岩为主次为粉砂岩和细砂岩伪底为薄层炭质泥岩勘探区内极少分布直接底板为灰褐色含鲕粒铝质泥岩和含铝质粉砂岩偶含菱铁质鲕粒3煤的工业分析指标本煤层的水分含量低挥发分热值硫灰低磷热稳定性和抗碎强度均优是良好的动力燃料工业气化和低温干馏用煤表井田可采煤层特征一览表

28、结 构层间距可 采类 型稳 定类 型平均值最小最大平均值000结构层夹矸部可采稳定087结构单含1层夹矸部可采稳定36110653000132结构较简单含层夹矸可采稳定部结构较简单-6层夹矸稳定部0379结构较简单含-2层夹矸全区804大部结构较简单-6层夹矸1602281994下1000结构单稳表24 煤 层 工 业 分 析 统 计 表煤层号原 煤 工 业 分 析浮 煤 工 业 分 析Mad Ad Vdaf Std Qgrd MJkg Qnetd MJkg Mad Ad Vdaf GRI1257-917516 57 848-37692320 53 2519-38523277 53 057-7

29、11251 56 1856-30602426 43 1752-29812404 57 165-802387 56 333-2141573 55 2906-36923190 56 0 26 3 1 2267-899501 38 1146-34322100 35 2205-40433352044-517242 38 1786-29912484 30 1711-29262490 38 142-731376 38 343-1201539 38 2695-36303260 38 0 14 3188-801497 60 945-37042063 57 2861-48373423 60 044-256149

30、 57 1883-30912538 59 1826-30232508 59 106-745342 58 316-779534 58 2655-37423264 58 0 14 2 2 5 1 9 1 4153-893468 93 1014-31051646 93 2793-40533209047-238101 91 2213-307727412159-29972681 92 122-608292 92 369-810588 92 2714-35153052 92 1 2 0 32 4下1329-6984951277-33611835 23 2541-37223184 25 035-228132

31、 25 1882-29462622 25 1824-28762553 25 106-634311 25 452-825598 25 2792-33963095 25 0 8 223 预测计算1开采煤层瓦斯涌出量 首采盘区41盘区位于4号煤层西南部煤厚1171m设计采用放顶煤综采开采采用走向长壁开采采高35m放顶19m开采区瓦斯涌出量应按厚煤层分层按式21计算 2-1式中 q1开采煤层包括围岩相对瓦斯涌出量m3tk1围岩瓦斯涌出系数采用全部陷落法管理顶板所以取值13k2工作面丢煤瓦斯涌出相对系数其值为工作面回采率倒数回采率为85所以取值1085 118k3准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响

32、系数kfi取决于煤层分层数量和顺序的分层开采瓦斯涌出系数x0煤层瓦斯含量m3tx1煤的残存瓦斯含量m3t工作面采用长壁后退式回采系数k3取值按式22确定 2-2式中 L采煤工作面长度m取值200m h巷道瓦斯预排等值宽度m取值13m则k3 200-213200 087kfi可按表25选取表25 厚煤层分层开采瓦斯涌出系数两分层开采三分层开采kf1kf2kf1kf2kf315040496182006920488 设计分双层开采则kfi 1504煤层瓦斯含量x0可由式23求得 2-3式中 x纯煤瓦斯含量mlgdaf取值2106mlgdaf Aad原煤中的灰分含量取值1646 Mad原煤中的水分含量

33、取值468则x0 100-1646-4681002106 1661m3t煤的残存瓦斯含量x1可查表26得到表26 煤的残存瓦斯量取值煤的挥发分含量Vdaf6881212181826263535424256煤残存瓦斯含量x1m3t96644332222备注煤的残存瓦斯量亦可近似地按煤在01MPa压力条件下的瓦斯吸附量取值由于煤的挥发分Vdaf 3209查表得x1 2m3t设计从安全角度考虑取x1 0即原煤瓦斯全部释放则由以上取值可得q1 1311808715041661-0 3333m3t即开采面瓦斯涌出量为3333m3t 2 邻近层瓦斯涌出量1234下1号煤层是4号煤层邻近层为薄及中厚煤层平均

34、厚度m087m132m154m为缓倾斜煤层倾角为16o邻近层瓦斯涌出量用式24计算 2-4式中 q2邻近层相对瓦斯涌出量m3t mi第i个邻近层厚度mm1开采层的开采厚度m35mki第i邻近层瓦斯排放率x0i第i邻近层原始瓦斯含量m3tx1i第i邻近层残存瓦斯含量m3t取0由于开采层开采厚度为35m根据矿井瓦斯抽放规范可知ki取值由式图22确定 图22 与邻近层距采煤面垂直距离关系图由以上可得ki取值及邻近层瓦斯含量见表27表17 各邻近层瓦斯含量邻近层编号x0im3tmimhimkiqim3t1号06814383001700472号09408770652700633号058132600036

35、00794下1号146154199980730由表26可得q2 0819m3t 3 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量41盘区布置有一个厚煤层综放工作面配备三个综掘工作面及一个炮掘工作面掘进面的瓦斯涌出量由式25求得 2-5式中 q3掘进巷煤壁瓦斯涌出量m3t D巷道断面内暴露煤壁面的周边长度m v平均掘进速度m3min0011m3min q0瓦斯涌出初速度m3 m2min L掘进巷巷道长度m3000mD由式26求得 2-6式中 h巷道高度m取35m b巷道宽度m取6m则D 2356 13m q0取值由式27确定 2-7式中 q0瓦斯涌出初速度m3min Vdaf煤中挥发分含量3209 x0煤层原始瓦斯含

36、量m3t取1661m3t求得 q0 00069 m3 m2min 以上各值代入可得掘进巷煤壁瓦斯涌出量q3 1031m3min 4 掘进丢煤的瓦斯涌出量掘进丢煤的瓦斯涌出量由式28求得 2-8式中 q4掘进巷道丢煤的瓦斯涌出量m3minS掘进巷道断面积175v平均掘进速度mmin0011mmin煤的密度tm3138tm3x0煤层原始瓦斯含量m3t1661m3tx1残存瓦斯含量m3t设计从安全角度考虑取x1 0求得q4 0442 m3min 5 开采工作面瓦斯涌出量开采工作面瓦斯涌出量为开采煤层瓦斯涌出量及邻近层瓦斯涌出量之和由式29求得 2-9式中 q5开采工作面瓦斯涌出量m3t q1开采煤层

37、瓦斯涌出量m3t 3333 m3t q2邻近层瓦斯涌出量m3t 0819m3t解得 q5 4152m3t 6 掘进工作面瓦斯涌出量 掘进工作面瓦斯涌出量为掘进巷道煤壁的瓦斯涌出量及掘进巷道丢煤的瓦斯涌出量四个掘进巷道参数相近因此掘进工作面瓦斯涌出量可由式210求得 2-10式中 q6掘进巷工作面瓦斯涌出量m3minq3掘进巷道煤壁瓦斯涌出量m3minq4掘进巷道丢煤瓦斯涌出量m3min则q6 5892m3min 7 生产采区瓦斯涌出量 生产采区瓦斯涌出量系采区内所有采煤工作面掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和由式211求得 2-11式中 q7生产采区瓦斯涌出量m3tk生产采区内采空区瓦斯涌出系数

38、q5i第i个采煤工作面瓦斯涌出量m3tAi第i个采煤工作面平均日产量td设计年产量为40Mtt则平均日产量为12121tdq6i第i个掘进工作面瓦斯涌出量m3tA0生产采区平均日产量td12121900 13021td采空区瓦斯涌出系数k按表28取得表28 采空区瓦斯涌出系数取值采空区瓦斯涌出系数煤层属性取值范围取值原则生产采区k单一煤层1201351对通风管理水平较高开采煤层厚度式中丢煤较少煤层层数较少的矿井或采区应取下限值2对通风管理水平较差开采中厚以上煤层且煤层数较多的矿井或采区应取上限值近距离煤层群120145已采采区k单一煤层115125近距离煤层群125145 由表27可得k 13

39、0以上各值代入式211可得q7 5872m3t 8 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量包括矿井内全部生产采区和已采采区包括其他辅助通道瓦斯涌出量两部分其计算公式为 2-12式中 q8矿井相对瓦斯涌出量m3t k已采采区采空区瓦斯涌出量由表27取125q7i第i个生产采区瓦斯涌出量m3tA0i第i个生产采区平均日产量dt解得矿井相对瓦斯涌出量q8 7339m3t矿井绝对瓦斯涌出量Q 6178m3min23 预测结果根据矿井瓦斯涌出量预测结果本矿井相对瓦斯涌出量为7339m3t绝对瓦斯涌出量为6178m3min按照煤矿安全规程第一百三十三条规定本矿井为高瓦斯矿井本次按高瓦斯矿井进行设计3 矿井瓦斯抽放的

40、必要性与可行性31 矿井瓦斯来源分析文家坡矿井在生产时期矿井瓦斯来源主要来自回采工作面的包括围岩以及邻近层瓦斯涌出掘进面工作面的瓦斯涌出以及采空区的瓦斯涌出根据矿井瓦斯涌出量的预测计算确定文家坡煤矿矿井回采工作面瓦斯来源及所占比例见表31表32表31 矿井瓦斯来源分析涌出来源回采工作面掘进工作面采空区涌出量m3min36475891942所占比例59039533143表32 回采工作面瓦斯来源分析回采面涌出量m3min本煤层涌出量m3min采空区及邻近层涌出量m3min本煤层涌出量所占比例采空区及邻近层涌出量所占比例3647280584276922308煤层抽放瓦斯是减少矿井和采区瓦斯涌出量的

41、有效途径不仅可以为井下安全生产和充分发挥采掘机械效能提供了条件同时又能对抽出的瓦斯加以利用使之产生良好的经济效益从表3132中可以看出工作面瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯另一部分来源于采空区和邻近层的涌出其中回采工作面以及采空区的涌出占整个矿井瓦斯涌出的90以上因此矿井在生产时回采工作面采空区的瓦斯治理是矿井瓦斯治理的重中之重32 瓦斯抽采的必要性根据国家煤矿安全监察局于2009年颁布的煤矿安全规程第145条规定有下列情况之一的矿井必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统一1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3min或者1个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3min用通风方法

42、解决瓦斯问题不合理的二矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件的1大于或等于40 m3min2年产量10Mt15Mt的矿井大于30 m3min3年产量06Mt10Mt的矿井大于25 m3min4年产量04Mt06Mt的矿井大于20 m3min5年产量小于或等于04 Mt的矿井大于15 m3min三开采具有煤与瓦斯突出危险煤层的1从预测情况看抽放瓦斯的必要性从预测瓦斯涌出状况看文家坡煤矿4号煤层4101工作面相对瓦斯涌出量为4152m3t日产12121td时工作面绝对瓦斯涌出量为3647 m3min41盘区作为首采区在掘进工作和以后的回采工作中靠通风方法稀释工作面瓦斯比较困难而且不合理按照先抽后采的方针应

43、采用抽放所以从矿井瓦斯涌出情况来看建立抽放瓦斯系统是非常必要的2从通风能力看抽放瓦斯的必要性采掘工作面进行瓦斯抽放的必要性判断标准是采掘工作面涉及风量小于稀释瓦斯所需要的风量即当式31成立时抽放瓦斯才是必要的 3-1 式中 Q0采掘工作面供风量m3min Q采掘工作面瓦斯涌出量m3min K瓦斯涌出不均匀系数15 C采掘工作面允许的瓦斯浓度根据文家坡矿井设计单个掘进工作面的通风量在660 m3min左右根据上式计算通风能解决的瓦斯量在44 m3min左右根据瓦斯涌出量预测41盘区单个掘进工作面最大瓦斯涌出量为147 m3min靠通风完全可以解决瓦斯超限问题但同时4101回采工作面的通风量在24

44、00 m3min左右根据上式计算通风所能解决的瓦斯量在16 m3min左右而根据预测4101回采工作面的瓦斯涌出量为3647 m3min单靠通风无法解决回采工作面的瓦斯涌出问题所以需要建立瓦斯抽放系统来抽放通风无法解决的剩余瓦斯3从资源利用和环保角度看抽放瓦斯的必要性 瓦斯是一种优质洁净的能源若将抽出的瓦斯加以利用即可减小瓦斯空排对温室效应的影响又可节约能源改善日益紧张的能源形势取得显著的经济和社会效益因此从资源利用和环保角度看建立瓦斯抽放系统是必要的33 瓦斯抽放可行性抽放瓦斯的可行性系指原始煤层预抽瓦斯的难易程度主要取决于煤层的自然透气性其评价指标有两个煤层的透气性系数 和钻孔瓦斯流量衰减系数 原煤炭工业部于1997年颁布的矿井瓦斯抽放管理规范规定的开采层预抽瓦斯可行性评价标准见表抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数 d-1 煤层透气性系数 m2MPa2d 容易抽放 10可以抽放00030051001较难抽放 005 01