董家河煤矿22518采煤工作面瓦斯抽采系统设计毕业设计(论文)开题报告.doc

西安科技大学毕业设计(论文) 开题报告 题 目： 董家河煤矿22518采煤工作面瓦斯抽采系统设计 学 院： 能 源 学 院 专业及班级： 姓 名： 指 导 教 师： 日 期： 2 0 1 4 年 4 月 2 日 西安科技大学能源学院毕业设计(论文)开题报告 题 目董家河煤矿22518采煤工作面瓦斯抽采系统设计选题类型应用研究 一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)： 1、研究背景及意义：煤炭是我国的主体能源和重要资源，国民经济的快速发展，对煤炭的需求也将日益增加，2013年我国煤炭产量达到37亿吨左右，但是仍然不能满足需求。然而伴随着煤炭的高强度开采，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯事故也频繁发生1。由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下，特别是煤矿重大及特大瓦斯（煤尘）灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉。 在过去的二十年里，我国煤炭科学技术取得了前所未有的突破。与此同时，伴随着现代化、科技化、机械化、自动化和大强度煤炭开采规模的不断扩大，导致了整个矿井的采动空间和开采范围剧增，使得回采工作面以及采空区的瓦斯呈现出高强度、高速率、大体积和非均匀式的涌出特点，同时更增大了有关专家对各种煤矿瓦斯灾害防治的难度系数2。为满足国内企业对煤炭与日俱增的需要，保证我国经济快速、稳定的发展，很多煤矿企业开始引进国外先进的生产设备，不断进行技术革新，特别是在高效率、高产量的集约化生产和综合采煤工艺方面取得了前所未有的跨越式进步。取得可喜成绩的同时，我们也看到了我国煤矿瓦斯安全高效抽放技术的发展速度缓慢，仍旧远远落后于全国煤炭产量的提高速度，这就给煤矿安全生产工作埋下了重大的隐患。矿井瓦斯对煤矿安全生产工作的突出性危害有三个大方面：爆炸、突出和窒息3。特别的，煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故不仅能对矿井巷道设施造成巨大的毁坏（如井巷垮塌），而且常常会导致矿井火灾、水灾和煤尘爆炸等二次、甚至多次矿井灾害事故的连续发生。更严重的是，此类事故会造成大量煤矿工人的伤亡和难以估计的财产损失。统计表明，我国高瓦斯矿井和有瓦斯突出危险的矿井占到了全国矿井总数量的30%左右，而重、特大恶性瓦斯事故的高发生频率并没有得到根本性的解决，这将严重阻碍着未来我国煤矿安全生产工作的顺利进行4。因此，煤矿瓦斯抽放工作，势在必行。煤矿瓦斯抽放是减少矿井瓦斯涌出量的重要途径之一，对于矿井瓦斯灾害事故的防治具有重要的作用5。首先，采取瓦斯抽放的办法能够有效地解决井下瓦斯浓度超限问题，提高煤矿开采过程中的安全性。当对井下进行瓦斯抽放之后，采空区瓦斯涌出量将会降低70%以上，同时还能大大降低井下通风成本费用6。瓦斯抽放另一个好处是变害为利，瓦斯在严重影响煤矿安全的同时，瓦斯又是一种重要的矿物能源，每立方米瓦斯的燃烧热为3.7107J，相当于11.5kg烟煤7，人们可以对抽放出的瓦斯进行合理利用，为我国的工业生产和人民生活服务，取得较好的社会和经济效益。董家河矿井目前在浅部回采的22508采煤工作面瓦斯涌出异常增大，已影响到矿井正常安全高效生产；其深部扩大区备采22518工作面在巷道掘进过程瓦斯涌出量也较22508采煤工作面准备巷道掘进瓦斯涌出大量增加；另外，从矿井5号煤层瓦斯含量及瓦斯成分分布图看，22508采煤工作面开采区域5号煤层瓦斯含量为24m3/t，而备采22518采煤工作面煤层瓦斯含量瓦斯28m3/t，且上覆邻近3号煤层厚度也明显增厚。因此，22518采煤工作面瓦斯涌出必然进一步增大。为避免22518采煤工作面回采期间瓦斯超限，所以对22518采煤工作面进行瓦斯抽采系统设计。 2、国内外瓦斯抽采研究现状: 2.1国内研究现状从四个方面介绍国内煤矿瓦斯抽放现状8。2.1.1瓦斯抽放量：近年来，我国也开始重视对煤层气的开发和利用，煤矿井下瓦斯抽放从少到多，据统计9，2002年，国家煤矿安全监察局制定了“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿瓦斯防治方针，强化了瓦斯抽放治理瓦斯灾害的地位，煤矿安全规程也以法规的形式对煤矿瓦斯抽放作了详尽的规定，我国实施瓦斯抽放的矿井数量和瓦斯抽放量逐年稳步上升10。2002年抽放矿井达到193个，抽放量达11.46亿m。2005年全国煤矿瓦斯累计抽放瓦斯量达23亿m。而2006年的抽放量到达32亿m，利用量达11.5亿m。到了2007年，全国瓦斯抽放达47.35亿m，利用量14.46亿m11。2008年我国矿井瓦斯抽放量达到55亿m，同年8月，国土资源部最新的煤层气资源评价中指出：中国煤层气资源非常丰富，全国埋深2000米以浅煤层气地质资源量为36.8万亿m，相当于国内目前常规天然气的地质资源量（35万亿m），是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三大煤层气储藏国12。到2009年全国299处原国有重点煤矿高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井中，有28313个建立了瓦斯抽放系统，全国抽放两量达65亿m，利用量达到17.7亿m。2011年1月5日，全国煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第八次会议中指出，2010年全国煤层气抽放量88亿m，利用量36亿立方米14。另外会议还要求，2011年我国煤层气抽放量要达110亿m，利用量要达50亿m15。2012年，国家发改委下发了煤矿工业发展“十二五”规划2012年度实施方案。全国煤层气抽采量达到125亿m，煤层气利用量达到52亿m16。2014年1月24日，全国煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第十一次会议指出，2013年全国煤层气抽放量156亿m，利用66m17。具体抽放量如下表所示：表1-1 2002-2013年我国瓦斯抽放量年份抽放量/亿m年份抽放量/亿m年份抽放量/亿m200211.46200632.4201088200315.202007442011115200419.292008552012125200521.332009652013156由表可以分析：自2002年至2013年十二年间我国瓦斯抽放量逐年增长，一方面说明我国科技飞速发展，同时也反映了我国煤矿治理取得了重大突破。近几年，随着煤层开采深度的不断增加，任何单一瓦斯抽放方法都无法有效地解决煤矿瓦斯隐患18。因此，国内矿井，特别是高瓦斯低透气性矿井开始采取多种瓦斯抽放技术综合应用的办法，用以提高了瓦斯抽放量。2.1.2瓦斯抽放率：晋城、抚顺、阳泉、松藻、天府、淮南、盘江、铁法、石炭井、水城、平顶山、芙蓉、中梁山、南桐、淮北、鹤岗、峰峰、焦作、丰城、六枝是我国的主要瓦斯抽放矿区19。据统计，2002年其抽放率分别为46.39%、79.3%、30.95%、50.06%、80.24%、26.14%、15.87%、28.80%、39.97%、18.67%、20.85%、20.98%、46.76%、24.87%、14.15%、15.40%、9.30%、12.14%、12.58%、15.40%、19.40%、30.09%20。各矿区按照抽放率大小，我国主要瓦斯抽放矿区可以划分为3类：类矿区：瓦斯抽放率40，抽放效果好；类矿区：瓦斯抽放率2540，抽放效果一般；类矿区：瓦斯抽放率25，抽放效果差我国主要瓦斯抽放矿区的瓦斯抽放效果分类情况（见表1-2）21。表1-2 我国主要抽放矿区瓦斯抽放效果分类瓦斯抽放效果 类别 矿区数/个 平均瓦斯抽放率/ 占主要瓦斯抽放 矿区数的比例/类5 60.14 23.80类4 29.96 19.06类12 13.93 57.14由表1-2看出22，我国主要瓦斯抽放矿区总体瓦斯抽放效果不好。瓦斯抽放效果好的类矿区只有5个，仅占主要瓦斯抽放矿区数的23.80，平均瓦斯抽放率为60.14；瓦斯抽放效果一般的类矿区有4个，占主要瓦斯抽放矿区数19.06，平均瓦斯抽放率为29.96；瓦斯抽放效果差的类矿区多达12个，占主要瓦斯抽放矿区数高达57.14，平均瓦斯抽放率仅为13.93。如果考虑所有抽放瓦斯矿井，瓦斯抽放率低于25的矿井比例更会大23。2.1.3瓦斯抽放方法：选择瓦斯抽放方法主要根据矿井瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑，由于我国矿井数量众多，且煤层赋存条件复杂多样，因此我国试验和应用过许多抽放方法。针对不同的煤层赋存条件，抽放方法是不同的，下表列举了本煤层、邻近层、采空区、围岩的瓦斯抽放分类、抽放方法和其抽放的适用条件24。表1-3 矿井瓦斯抽放方法适用条件抽放分类抽放方法适用条件本煤层抽采瓦斯未卸压抽采岩巷揭煤煤巷掘进预抽由岩巷向煤层打穿层钻孔煤巷工作面打超前钻孔突出危险煤层高瓦斯煤层采区大面积预抽由开采层进、回风巷或煤门等打上向、下向顺层钻孔有预抽时间的高瓦斯或突出煤层由石门、岩巷、邻近层煤巷等向开采层打穿层钻孔“勉强抽放”煤层地面钻孔高瓦斯易抽煤层浅埋深密封开采巷道高瓦斯易抽煤层卸压抽采边掘边抽由煤巷或岩巷向煤层打防护钻孔高瓦斯煤层边采边抽由进、回风巷向工作面前方打钻高瓦斯煤层由岩巷、煤门等向开采分层上部或下部未采分层打穿层或顺层孔高瓦斯煤层水力割缝、压裂，松动爆破由开采层进、回风巷等打顺层钻孔，由岩巷或地面打钻孔高瓦斯难抽煤层邻近层抽采瓦斯卸压抽采开采层工作面推过后抽放上、下邻近煤层由进、回风巷或岩巷向邻近层或采空区打斜交钻孔邻近层瓦斯涌出量大影响开采层安全时由煤门打沿邻近层钻孔由邻近层掘汇集瓦斯巷道邻近层瓦斯涌出量大，钻孔能力不满足抽放要求从地面打钻孔地面打钻优于井下采空区边采边抽密封采空区插管抽放无自燃危险或采取防火措施现采采空区设密闭墙插管采空区打钻、预埋管抽放围岩超前钻孔由岩巷两侧或正前向溶洞或裂隙带打钻、密闭岩巷瓦斯涌出量大或有溶洞裂缝带储存高压瓦斯2.1.4煤矿瓦斯抽放存在的问题：目前25，我国煤矿总体瓦斯抽放效果不佳，具体表现为瓦斯抽放率低。导致我国煤矿瓦斯抽放率低的原因有2个方面：一方面是客观原因，我国95以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层，煤层透气性系数只有0.0040.04 m2/（MPa2d），瓦斯抽放（特别是预抽）难度非常大,具体表现为，技术上，由于煤层赋存较为复杂，以及抽放钻孔施工和设备上的落后，导致了钻孔质量差、封孔质量差的现状；在管理上，抽放单一，抽放时间不足，管理松散等常见问题。另一方面是主观原因，主要表现为抽放时间短、钻孔工程量不足、封孔质量差、抽放系统不匹配和管理不到位26。22518工作面采用综合机械化采煤工艺，瓦斯涌出主要来源于本煤层和上覆邻近煤层。根据煤层赋存条件、瓦斯涌出构成和巷道布置形式，本着分源瓦斯涌出治理的原则，采用以本煤层预抽和边采边抽为主，邻近层、采空区抽采为辅。在22518工作面高瓦斯含量区域，采用交叉钻孔强化预抽和边采边抽的方式；在采煤工作面回风巷布置高位钻孔对上覆邻近煤层卸压瓦斯进行抽采，防止卸压瓦斯涌入采空区造成采煤工作面上隅角风流瓦斯超限；同时，采用在采煤工作面上隅角埋管抽采采空区瓦斯抽采作为备用抽采方法。 2.2国外研究现状 为满足经济快速发展的需要，世界各国煤炭生产规模和产量正在不断扩大。而矿井瓦斯抽放效果和效率是制约矿井增产的重要因素，与此同时，随着井下开采深度的不断增加，低透气性高瓦斯煤层也越来越多27。因此，怎样卸载瓦斯压力、增加煤层透气性、加快瓦斯抽放速度、提高其抽放效率并最大限度的预防和控制煤与瓦斯突出事故的发生频率和危害性己经成为矿井安全工作人员和煤矿瓦斯防治专家所关注和研究的重中之重28。上个世纪80年代，美国率先采用地面钻井瓦斯抽放技术，对未投入生产的矿井进行采前预抽工作，并得到了较好的收效。总的来说，世界煤炭主要生产国根据各自的煤地质状况，相应采取不同的瓦斯抽放方法，如煤层预抽放瓦斯，掘进面抽放瓦斯、工作面抽放瓦斯、采空区抽放瓦斯、和地面钻井抽放瓦斯等29。最新数据表明，从全世界范围来看，应用瓦斯抽放技术的国家己达到17个之多（美国、俄罗斯、德国、英国、法国、日本、波兰、澳大利亚、加拿大等），前苏联的抽放量最大，一年就高达为24亿m3左右，而且更多的国家开始致力于该项技术的研究30。瓦斯抽放工作己经被这些国家作为预防矿井灾害发生，保证安全生产工作的基本技术手段和必不可少的煤炭生产技术环节。参考文献：1 赵苏起.煤矿安全生产形势与任务R.煤炭产业峰会，2007.2 陈国新.我国煤炭瓦斯防治形势与任务J.中国煤层气，2006，3(4)：1-4.3 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