通风系统及瓦斯卸压抽采设计

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目通风系统及瓦斯卸压抽采设计学习中心烟台函授站年级专业网络安全工程中国石油大学（华东）远程与继续教育学院中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员1设计论文题目通风系统及瓦斯卸压抽采设计2学生完成设计论文期限2013年1月10日至2013年7月30日3设计论文课题要求4实验（上机、调研）部分要求内容5文献查阅要求6发出日期2013年1月10日7学员完成日期2013年7月30日指导教师签名学生签名摘要我国作为世界上煤炭的生产和消费大国，在2005年度的统计显示中国煤炭的产量达到了219亿吨，多年来煤炭占我国的一次能源消费结构中的百分之七十左右，根据我国的能源长期规划再020年我国的煤炭产量将达到30亿吨，而在煤炭开采过程中的瓦斯事故频频发生，这就要求在煤炭开采的过程中研发出一种先进的技术或者管理模式，对原有的技术进行改造。本次研究以煤炭开采为平台对瓦斯抽采技术的使用现状以及改进措施，瓦斯抽采等研发出新的技术和管理模式。并且对煤矿的安全管理作出改进措施。关键词一次能源，发展规划，煤炭第1章前言煤与瓦斯突出是煤矿安全生产的主要灾害之一，破坏性极大，且煤与瓦斯突出具有突发性，往往造成大量的人员伤亡。因煤与瓦斯突出发生机理复杂，各要素之间相互制约，突出的防治工作始终是一个世界性的难题。本次研究的目的在于通过现有的煤矿开采是应用的瓦斯抽采技术，经过近一百多年的发展，煤与瓦斯突出防治工作已经进入综合防治阶段。瓦斯抽采技术经过了四个阶段高透气性煤层瓦斯抽采阶段，邻近层卸压瓦斯抽采阶段，低透气性煤层强化抽瓦斯阶段，综合抽瓦斯阶段。本研究通过实际的现场摸索与学习基本掌握了有关瓦斯的来源途径与预防措施，并积极的参与实验了一系列新的治理技术如在这里将对其进行详细的研究与探讨。对于煤矿开采的安全生产具有很大的应用意义。第2章瓦斯抽采技术的概述21瓦斯抽采技术的使用概况我国是煤炭生产和消费大国，2005年煤炭产量达到219亿T。多年以来，煤炭一直占到我国一次能源生产和消费结构中的70左右。根据我国能源中长期发展规划，2020年的煤炭产量将达到30亿T，在能源消费中的比重将占到50以上。因此，在相当长的时期内，煤炭仍将是我国的主要来源。当前，我国经济的快速增长，对煤炭工业发展提出了更高的要求。为此必须加强安全生产，确保煤炭工业持续，稳定，健康的发展。煤与瓦斯突出是煤矿安全生产的主要灾害之一，破坏性极大，且煤与瓦斯突出具有突发性，往往造成大量的人员伤亡。因煤与瓦斯突出发生机理复杂，各要素之间相互制约，突出的防治工作始终是一个世界性的难题。经过近一百多年的发展，煤与瓦斯突出防治工作已经进入综合防治阶段。我国瓦斯抽采的历史可追溯到1637年以前，天工开物一书记载了利用竹管引排煤中瓦斯的方法。1938年我国首次在抚顺矿务局龙风矿利用抽放泵进行采空区抽放，五十年代末瓦斯抽放量约为1OOMM。六十年代又相继在中梁山、焦作、淮南、包头、松藻、峰峰等局的矿井开展了抽放瓦斯工作，抽放瓦斯量达到170MM。70年代至90年代中期，抽放矿井数和抽放量都稳步增加。近十年来，随着煤炭工业的发展，矿井数量及煤炭产量迅速增加，矿井向深部延伸过程中，一些低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井和突出矿井，因此需要抽放瓦斯的矿井越来越多，由此带动了中国煤矿瓦斯抽放技术的迅速发展，目前瓦斯抽放技术在煤矿生产中得到了普遍的推广应用。到2000年我国共有141个矿井建立了地面永久瓦斯泵站进行抽放瓦斯，年抽放量达867MM，至2002年抽放矿井数达到193个，抽放量达到1146MM。瓦斯抽放方法方面，各专业研究单位和有关高等院校与煤矿现场协作，结合我国矿井的地质和开采条件，研究和试验成功了本煤层、邻近层、采空区多种抽采瓦斯方法。22煤矿瓦斯抽放技术的发展随着煤炭工业技术的发展，瓦斯抽采技术也得到了不断地提高和发展，我国煤矿瓦斯抽采技术，大致经历了四个发展阶段221高透气性煤层瓦斯抽采阶段50年代初期，在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔预拄煤层瓦斯，获得了成功，解决了抚顺矿区向深部发展的安全关键问题，而且抽出的瓦斯还被作为民用燃料得到了应用。222邻近层卸压瓦斯抽采阶段50年代中期，在开采煤层群的矿井中，采用穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先获得成功，解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。此后在阳泉又试验成功顶板收集瓦斯巷高抽巷抽放上邻近层瓦斯，抽放率达6070。到了60年代以后，邻近层卸压瓦斯抽放技术在我国得到了广泛的推广应用。223低透气性煤层强化抽瓦斯阶段由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及突出危险煤层采用通常的布孔方式预抽瓦斯的效果不理想、难以解除煤层开采时的瓦斯威胁，为此，从60年代开始，试验研究了多种强化抽放开采煤层瓦斯的方法，如煤层注水，水力压裂，水力割缝，松动爆破，大直径扩孔钻孔，网格式密集布孔，预裂控制爆破，交叉布孔等。在这些方法中，多数方法在试验区取得了提高瓦斯抽放量的效果，但仍处于试验阶段，没有大范围推广应用。224综合抽瓦斯阶段从80年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有邻近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大。为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题，必须结合矿井的地质条件，实施综合抽放瓦斯。所谓综合抽放瓦斯就是把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯采后抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内综合使用，使瓦斯抽放量及抽放率达到最高。23瓦斯抽采技术装备我国的抽采瓦斯装备随煤炭开发强度的增长，抽放采瓦斯规模扩大及科技水平发展而不断完善，由原来非专用的、单一型号的，逐步发展成为专用的、系列的、具有现代科技水平的抽采瓦斯装备。目前已有几十家专业厂家生产抽放钻机和抽放泵，为方便中小型煤矿使用，还开发了系列的井下移动式瓦斯抽放泵。目前我国煤矿普遍采用聚氨酯作为封孔材料，该新型材料具有密封性好、硬化快、质量轻、膨胀性强的优点。瓦斯抽放管路的管材也向多样化发展，除传统的铁管及钢管外，又研究制了玻璃钢管、双抗塑料管、PVC管及其它高分子材料制成的多种瓦斯抽放专用管，新型抽放管路具有重量轻、耐腐蚀、运输方便、安装费用低等优点。抽采系统的监控装置是近几年发展比较快的一项技术，它由人工操作的简易监控及计量设各快速发展为自动监控的瓦斯抽放系统装置。随着现代高新技术的发展，瓦斯抽放监控技术正向自动化、智能化、网络化方面发展。第3章合理选择使用瓦斯抽采技术目前瓦斯抽采技术大致有以下分类钻孔抽放，巷道抽放，钻孔巷道混合抽放；煤层预抽瓦斯，边采边抽，采后抽放瓦斯；本煤层瓦斯抽放，邻近层瓦斯抽放，采空区瓦斯抽放，围岩瓦斯抽放，综合瓦斯抽放等。31瓦斯抽采影响因素的分析瓦斯抽采效果又受诸多方面的影响，只有使这些影响因素都达到要求，协调统一才能使该技术发挥它本身的优势。下面对影响瓦斯抽采技术的因素做简单分析311技术因素查、管瓦斯抽放泵。抽放泵是抽出瓦斯的动力源，其性能直接决定了管路里的瓦斯流量和压力，是影响瓦斯抽采率的主要因素之一。管路。选择瓦斯抽采管路是决定抽采投资和抽采效果的重要因素之一主要影响因素有管道长度、直径、阻力和接头的密封性。钻机和钻孔参数。目前，我国缺乏高效率的钻机、钻具，致使钻孔难以满足抽采要求，从而影响抽采效果影响抽采效果的钻孔参数主要有钻孔直径钻孔直径大，钻孔暴露煤的面积也大，则钻孔瓦斯涌出量也较大；钻孔角度；钻孔长度。单一钻孔的瓦斯抽放量与其长度基本上成正比关系，因此在钻机性能和施工技术水平允许的的条件下，尽量采用长钻孔以增加抽放量和效益；钻孔间距钻孔间距减小，在一个钻场内的钻孔数目增加，瓦斯抽出量也增加，同时每个单孔的抽出量减少钻孔数目越多，瓦斯量衰减越快，钻孔数目减少，瓦斯量衰减越慢所以，如果有较长的抽放时间，孔数可少些，如果抽放时间较短，孔数可多些但孔数多了又不经济，因而要针对采区的实际条件、瓦斯储量、预计的抽放率来决定；抽采负压抽放负压越大，抽采量越大，但当负压到一定程度后，抽采效果就不会明显增加，有时反而会影响抽采效果，要根据具体情况确定；孔口密封材料与技术据原苏联资料，进入抽放系统的空气有80以上是通过钻孔吸入的，如果钻孔空气的吸入量减少1/21/3，钻孔的瓦斯量可望增加152倍因此，国外很重视封孔质量，对材料、长度都作了明确规定，如封孔材料要求用聚胺脂，封孔长度规定为1015M。瓦斯抽采管理。管理水平的高低直接影响抽效果的好坏瓦斯抽采日常管理工作主要有瓦斯基础参数观测及记录、瓦斯泵站管理、管路敷设与拆除、钻孔检网巡检放水等。就如何管理在本文第三章作出分析。312自然因素影响抽放效果的自然因素主要包括矿井瓦斯储量和煤层的天然透气系数矿井瓦斯储量是矿井开采过程中能够向矿井排放的瓦斯量。主要取决于煤层保存瓦斯的自然条件，诸如煤、岩层的结构和物理化学性质，成煤后的地质运动和地质构造等煤层透气系数是决定未卸压煤层抽放效果的关键性因素。我国多数煤层属低透气性煤层，进行瓦斯预抽比较困难，须采用专门措施增加其透气，提高瓦斯抽放率。针对如何合理选择抽采技术使其发挥高效功能在以下部分具有代表性的实例中进行讨论。32中小煤矿开采中瓦斯抽采技术高效使用的具体分析作为瓦斯事故多发的中小性煤矿，瓦斯抽采系统建设的目的主要是消除煤层的突出危险性,降低煤层瓦斯含量，减少瓦斯涌出量。瓦斯抽采效果直接影响着安全生产，2005年后煤与瓦斯突出矿井及高瓦斯煤矿普遍安装了矿井瓦斯抽采系统，并在安全生产中发挥了积极的作用。但受技术水平等影响，部分中小型煤矿瓦斯抽采工艺简单，抽采系统不完善，管理制度不健全，抽采系统并未得到有效的利用，远未达到应有的瓦斯抽采效果。下面在实例中分析瓦斯抽放技术的合理选选择321中小型煤矿瓦斯抽采工艺的选择中小煤矿由于所处的矿区地质条件复杂，煤层赋存变化大，瓦斯赋存不均匀，开采工艺不规范等原因造成矿井瓦斯涌出来源及涌出量变化大，矿井规划并实施的抽采方法和抽采工艺可能不符合实际生产中的需求，造成瓦斯抽采效果不好，解决不了实际生产中的瓦斯涌出量超限的问题。则此时应加强矿井瓦斯检测，分析瓦斯涌出来源，考察瓦斯涌出量变化及其规律，通过考察研究对抽采方法及抽采工艺进行调整和改进，并对抽采效果进行考察和分析，不断完善和提高瓦斯抽采工艺，继而才能使瓦斯抽采技术得到高效利用使其发挥其最大功能。同时，通过分析瓦斯涌出现状及变化规律，综合考虑矿井采掘部署，开采用以变化等因素影响，对瓦斯抽采规划中瓦斯涌出预测资料进行修正，结合瓦斯抽采目的，重新选择规划采区及采掘工作面的抽采方法和抽采工艺，并及时调整矿井的瓦斯抽采规划，超前实施瓦斯抽采工程以保证矿井瓦斯抽采效果。322中小煤矿瓦斯抽采工艺选择实例说明云南省富源县金鑫煤矿矿区含煤2346层，煤层赋存变化大，该矿设计生产能力90KT/A。为高瓦斯矿井，主要开采C8煤层，正常情况下C8煤层厚度为118米，煤层倾角48，采用放炮落煤，全部跨落法管理顶板。该矿主采煤层邻近煤层较多，邻近层瓦斯涌出是该矿瓦斯涌出的主要来源。11801，11802回采工作面生产时，采面及上隅角瓦斯涌出量小，不必抽采；只需进行老采空区插管抽采，减少因密闭不严而造成的老采空区的瓦斯涌出，即可保证采区回风上山及矿井总回风瓦斯不超限；11803回采工作面沿用老采空区密闭插管抽采方法，回采工作面上隅角，回风巷，采区回风上山等持续出现瓦斯浓度超限现象，只有降低采面产量，才能保证工作面的安全生产。根据矿井规划，11804工作面采用密闭老采空区插管抽采方法，为解决回采工作面上隅角瓦斯超限问题，该工作面增加一条专用排瓦斯巷。回采期间，11804工作面平均日产量200T,插管抽采瓦斯24M/MIN左右，工作面上隅角，专用排瓦斯巷，采区回风巷及总回风巷等瓦斯仍然超限。对该区域C8煤层赋存情况及上邻近C7煤层钻探考察发现11804回采工作面因处于向斜轴部区域，主采煤层及邻近煤层明显变厚，各煤层层间距明显变小，煤层瓦斯含量明显增加。邻近层瓦斯含量明显增加，未进行瓦斯抽采导致工作面上隅角及专用排瓦斯巷瓦斯超限，从而引起采区回风巷及总回风巷瓦斯超限。通过分析瓦斯涌出来源及工作面实际情况，试验采用了“以工作面回风巷埋管抽采为主，老采空区插管抽采为辅”，适当控制老采空区瓦斯抽采量，在条件具备的区域，由工作面回风巷向上邻近层打钻，进行邻近层瓦斯抽采的综合瓦斯抽采工艺，抽采瓦斯纯量57M/MIN左右；加强抽采管理的同时，采区调整专用排瓦斯巷风流方向及风流流量，控制工作面产量，加强老采空区。第4章合理的管理密闭等综合瓦斯治理方式41对煤矿的安全管理在煤炭开采的生产过程中，安全生产是煤企管理中的重中之重。煤炭开采业更是一个高危险性的行业，事故频发使煤矿的安全管理更加重要，在安全管理中，对人的管理师核心，因为人是生产的主要执行者，是主导，管理因素是关键，环境因素是条件，应该按照人的心理规律和客观规律制定安全的防范措施，引入和运用心理科学这个手段更好的为煤矿安全管理服务，在此基础上建立起一个全新的安全管理体系在这里就煤矿生产中对为防治瓦斯事故中的瓦斯抽放技术进行简单的管理分析。安全管理是一项综合性以人为中心的科学管理，是煤炭企业管理的一个重要环节，它反映了煤矿综合素质的高低。煤矿安全与否决定于人的安全行为和物的安全环境，而人的安全行为与人的安全心理密切相关。换句话说，煤矿安全管理，主要是对人、设备和矿井自然环境的安全防护管理，其中，对人的管理是核心，因为人的因素是主导、管理因素是关键、物的因素是基础、环境因素是条件。在安全生产的管理工作中，应由事后追查为主转变为事前预防为主，按照人的心理规律和客观规律制定安全预防措施，通过多年的实践，我认为，规范操作是实现安全生产的前提和保证。从以往的经验教训看，几乎所有的伤亡和磕手碰脚事故，都是由于操作行为不规范造成的。因此，要安全必须规范操作。首先，在当前深入开展宣传、培训、教育的基础上，要把安全的重点和核心放在抓职工安全操作行为的规范和养成上。要在前期安全培训教育、安全理念宣灌、规范班前会、手指口述安全确认法的基础上，结合准军事化管理建设工作，重点推行和深化安全事故系统追问、现场手指口述安全确认和操作行为养成训练工作，要形成制度化、规范化、常态化。其次，规范操作行为，就是要严格按安全操作规程办事，从每一个动作，每一道工序，每一个环节，每一个过程都要按规范作业，杜绝各种不良操作行为，确实做到本质型安全生产。要以实现本质型安全生产为目标，形成本质型的安全管理体系。特别是在区科这一层，要按照本质型安全生产的要求，结合各级安全管理主体的责任划分，要努力建设好本质型安全生产管理体系。这个体系纵向包括本质型区科安全领导班子、本质型安全管技人员、本质型安全班组长、本质型安全岗位员工；横向涵盖本质型安全设备、本质型安全环境、本质型安全流程、本质型安全制度、本质型安全操作。要一级管理一级，一级监督一级，一级保证一级；不但要实现人的本质型安全，而且要实现物的本质型安全，环境的本质型安全和制度认知的本质型安全。从而实现全系统、全方位、全过程的本质型安全。第三，要严格制度，规范行为，加大安全检查考核处罚的力度。对不安全行为姑息迁就，就会给事故的发生埋下隐患，就会给重大事故留下祸根。因此，我们要明确树立一个理念，就是出现工伤不是有理而是有错。为了确保安全生产，增强自主保安相互保安的整体意识，要坚决贯彻执行好年初公司“三会”制定的各项安全生产管理制度。要加大考核处罚力度，对出现“三违”，发生伤工事故，质量达标搞得不好的，不但责任者要受到处罚，现场管理人员、党政正职都要受到处罚；要按照安全达标百分制考核制度，严格对事故单位进行考核，给予处罚。42总结通过上述分析和建议，我们可以看出管理不仅影响着煤矿整体的生产，而且影响着各项技术的合理使用，它还决定着某技术是否能得到高效利用。通过总结适合总体管理又适合技术管理的管理模式程序化的管理方法。程序化管理就是按照工作内在逻辑关系而确定的一系列相互关联的活动所实施的管理方式。通常程序化管理要说明进行某种活动或完成某项工作的内容，操作方法及相应的规则系统和前后衔接递进关系，甚至也可包括运营结果的反馈机制。它的主要作用是明确职责权限；规范各类人员行为；避免不必要的失误；有利于调动员工的积极性；有力提高劳动生产率和管理效率。因此在提高瓦斯抽放系统功效的管理上可采用程序化的管理模式。接下来在这方面做出简单分析，首先我们可以先制定提高瓦斯抽放系统高效的管理程序提供瓦斯地质资料瓦斯抽放设计设计审批编制抽放措施审批措施贯彻措施实施措施。在这其中可做出个阶段的实施标准，如设计标准，编制措施标准，审批标准等，以求达到程序的正常进行。程序化管理模式已在其他行业运用，但我们可以借鉴，具体运用到某项技术的利用上来，发挥其优势。第5章结论瓦斯抽采技术是近年发展应用迅速的一项有效防止瓦斯灾害的技术，它的成功运用使瓦斯灾害大幅度下降，然而该项技术还未得到全面推广和利用。在中小型煤矿企业中的应用效果不理想，也并未发挥该技术的全部优势。此篇文章着重从对技术的合理选择优化，管理方面进行分析，提出合理高效利用瓦斯抽采技术的浅薄看法和建议。在此，我归纳合理高效利用瓦斯抽采技术的关键所在一，因地适宜的选择合理的瓦斯抽采技术，坚持使用多种技术优势互补的原则。二，加强统一管理，技术管理等全面的管理力度。三，加强技术创新能力。四，增加专项资金，加大人才培养力度。五，全面考虑，坚持可持续发展的策略。六，适应社会需求，充分利用现代化技术科技。七，国家扶持，并有效监管。因个人能力水平有限，本文章仅能做到此步。望能给相关行业，技术领域献出微薄之力，不甚荣幸。参考文献1同济大学暖通空调及燃气研究所,上海2018