瓦斯抽放效果极其评价毕业论文

摘 要纵观我国瓦斯抽放历史和现状，结合目前我国瓦斯抽放效果不好的实际情况，总结并分析了影响瓦斯抽放效果的因素，最后给出改进对策瓦斯抽放一般是指通过打钻(或挖掘巷道)，利钻孔(或巷道)、管道和瓦斯泵或其他抽放设备，将煤层或采空区内的瓦斯抽至地面，有效解决矿井瓦斯浓度超限问题. 煤矿瓦斯抽放不仅是降低矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，而且抽出的瓦斯还可变害为利，作为煤炭的伴生资源加以开发利用. 近年来，随着煤矿开采深度延伸和开采强度的加大，矿井瓦斯涌出量增大，抽放瓦斯显得更为重要. 但目前我国很多煤矿瓦斯抽放效果并不是很好. 本文找出影响瓦斯抽放效果的因素，并提出相应的对策，为更好抽放瓦斯服务.关键词: 瓦斯 抽放效果 影响因素 对策目 录摘要1绪论3一、瓦斯抽放方法4方法选择4二、影响因素分析12 （一）自然因素12 （二）技术因素12三、解决对策13 （一）人工增加煤层透气系数14 （二）合理选择抽放方法14 （三）合理选择抽放设备及钻孔数15 (四) 其他对策17四、结论17致谢18参考文献19瓦斯抽放效果极其评价绪 论 我国是发现和进行瓦斯抽放最早的国家.1637年明代自然科学家宋应星在天工开物中叙述了煤矿开采过程中瓦斯涌出和抽放瓦斯的初期工艺.1952 年抚顺矿务局龙凤矿进行了煤层瓦斯抽放试验并获成功，随后逐步推广到全国高瓦斯矿区；1957 年阳泉矿务局四矿试验成功了邻近层瓦斯抽放方法. 据2004 年统计，国有重点煤矿通风能力基本能满足生产要求，初步建立了以钻孔和巷道抽采为主的瓦斯抽放技术体系. 国有重点煤矿建有地面瓦斯抽放系统308 套，井下移动抽放系统272 套，瓦斯抽放量18.66 亿m3，抽放率达26.5%. 安全重点监控企业的高瓦斯、突出矿井全部装备了瓦斯抽放系统，瓦斯抽放量为6.95 亿m3. 2007 年，全国瓦斯抽放量达47 亿m3，地面抽放瓦斯量为3.2 亿m3，瓦斯利用量为14.46 亿m3. 近年来，随着煤矿瓦斯综合利用的不断发展，被称为煤矿“第一杀手”的瓦斯，逐渐成了我国新能源的“生力军”. 煤层瓦斯通过抽放泵站抽出，再通过瓦斯压缩机压缩，可用作工业原料和民用燃料，汽车动力燃料，还可用来发电. 特别是煤矿瓦斯发电，可用于煤矿自身电器设备，如通风设备，抽采设备等 这在一定程度上改善能源结构，实现“以利用促抽采，以抽采促安全”的煤矿良性循环发展.瓦斯抽放具有以下作用：通过瓦斯抽放能降低煤层的瓦斯压力，从而降低煤层瓦斯突出的危险性；降低煤层瓦斯含量，从而降低开采过程中瓦斯涌出量，为生产提供一个很好的安全环境，且能降低通风成本；瓦斯是一种重要的能源资源，具有商业利用价值；可降低矿井瓦斯排放量，减少对大气环境的污染，具有绿色开采作用. 因此，有计划地开发和利用瓦斯资源，对缓解我国能源供求矛盾、改善我国能源结构、提高我国洁净能源的利用率、保护人类的生存环境、解决煤矿安全问题、促进中国乃至全人类的生存和发展均有十分重要的意义。一、瓦斯抽放方法 虽然人们总结了多种瓦斯抽放方法，但还没有统一的分类方法. 一般按瓦斯来源分有：本煤层瓦斯抽放、临近层瓦斯抽放、采空区瓦斯抽放和围岩瓦斯抽放；按抽放与采掘的时间关系分有：预抽、边采(掘)边抽、采后抽放瓦斯；按抽放瓦斯的煤层是否卸压分，有未卸压煤层和卸压煤层瓦斯抽放；按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽放、巷道抽放、钻孔巷道混合抽放 目前我国已经进入综合抽采瓦斯阶段，即把开采层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边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，使瓦斯抽采量及抽采率达到最高.(一)抽放瓦斯方法选择目前矿井抽放的目的是消除或缓解煤层突出危险性和使工作面的瓦斯涌出量降低到通风能解决的水平或减轻矿井通风负担，因此，确定矿井抽放瓦斯的方法为开采层抽放和采空区（邻近层）抽放等方式。开采层抽放主要包括巷道掘进时边掘边抽或先抽后掘；回采工作面预抽和边采边抽。掘进工作面先抽后掘影响煤巷的掘进速度；边掘边抽虽不影响掘进速度，但需要增加打钻场工程量，如果煤层有煤与瓦斯突出危险，还需在工作面前方打一定数量的排放钻孔，施工钻场时，也应按防治煤与瓦斯突出细则有关规定要求采取必要的防突措施。该矿在生产过程中，邻近层瓦斯是主要瓦斯涌出源之一，因此应采取顶板和底板穿层钻孔抽放上、下邻近层瓦斯，但由于没有尾巷和底板巷道，钻场和钻孔无法施工，所以该矿不具备邻近层瓦斯抽放条件。大量邻近层瓦斯涌入采空区后，为确保安全生产，应加强采空区瓦斯抽放。采空区抽放采用半封闭的采空区埋管抽放和全封闭的采空区插管抽放。1、 掘进巷道边掘边抽钻场布置在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两帮各施工一个钻场。钻场的规格应根据巷帮瓦斯抽放钻孔布置的要求、选用钻机的外型尺寸及钻杆长度而定。根据该矿的具体情况，每组钻场在煤巷两侧错开布置，其规格为：长高深4m掘进巷道高度2m，采用木棚支护。相邻两组钻场之间的间距为30m。在每一钻场内，沿走向布置3个边掘边抽钻孔，即左、右钻场各3个,孔深40m左右。钻孔编号为1#6#。左边钻场1#、2#、3#钻孔终孔位置在工作面前方煤层中部，距巷道轮廓线的距离分别为2m、4m、6m，开孔位置距巷道中线的距离在2m以上。右边钻场4#、5#、6#钻孔终孔位置、开孔位置的要求一样。设计的钻孔布置参数尚需在对抽放效果考察后进行适当调整。钻孔、钻场布置见图1，钻孔参数见表2。图1 掘进巷道瓦斯抽放抽放钻场、钻孔布置图孔号与巷道中线偏角（）孔 深（m）开孔位置(m)距中线距底板10.040.02.60.823.040.03.11.436.040.03.11.240.040.0-2.60.85-3.040.0-3.11.46-6.040.0-3.11.2表2 边掘边抽钻孔参数表注：1) 开孔距巷道中线，左为“+”，右为“-”。2) 钻孔方位以巷道中线为参考，偏角，左偏为“+”，右偏为“-”。2、掘进巷道先抽后掘在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔，每个循环施工9个钻孔。钻孔长度40m，每个循环间距30 m，钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m、2.5m、4m，进行瓦斯预抽。如图2所示。以上钻孔倾角原则上须保证钻孔在煤层内，钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角，方位角指与巷道中线的夹角，当掘进工作面抽放钻孔数较多时，为扩大抽放区域面积，提高抽放效果，抽放钻孔应以巷道中线为基准，向周围煤体呈放散状排列。3、岩巷揭煤预抽岩巷揭煤应按煤矿安全规程及防治煤与瓦斯突出细则的有关石门揭煤防突措施要求，采取严格的安全措施，并按石门揭煤预抽瓦斯措施要求进行瓦斯预抽，抽放钻孔布置到石门周界外35m的煤层内，钻孔直径75mm，孔底间距23m，抽放时间大于3个月。4、 回采面瓦斯抽放该矿回采面抽放主要以预抽为主，边采边抽为辅。该矿主要采用倾向顺层钻孔抽放，该矿工作面长设计长为90m左右，因而钻孔长度确定为75m左右，钻孔布置如图3。 图3 工作面瓦斯抽放钻孔布置图5、采空区瓦斯抽放在高瓦斯矿井采煤时，尤其是开采煤层群条件下，邻近层、围岩、煤柱和工作面的丢煤都会向采空区涌出瓦斯。采空区瓦斯不仅在开采过程中向工作面涌出，而且在工作面采完密闭后也仍有瓦斯涌出。与本煤层预抽瓦斯相比，采空区抽放的特点是抽放量较大，但抽放浓度相对较低，其抽放量的大小取决于采空区瓦斯涌出量的大小和煤层自然发火的危险程度，开采有自然发火危险的煤层时，在采空区瓦斯抽放过程中，应经常检测CO和温度等参数，当发现有自然发火征兆时，应控制抽放或暂停抽放。该矿采用半封闭采空区抽放方法，即埋管抽放；及全封闭采空区抽放方法，即插管抽放。图4 采空区埋管抽放布置图在回风巷抽放管的末端设一弯管，使抽放管口抬高至回风巷顶，并设木垛对其管口进行保护，以此形成埋管口。接替管安装长度大于10m，并在工作面的后部抽放管上每隔3050m（合理数据需在试验中考察）安装一组三通、控制阀门及埋管口组件，在工作面推进过程中，将埋管口保留在工作面的采空区，通过抽放系统对采空区瓦斯进行抽放。当工作面推进至下一个埋管口三通处，埋管口已经埋在采空区内35m时，将埋在采空区里的前一埋管段控制阀门关闭，打开下一循环的埋管口阀门，以此达到利用埋管不断抽放采空区的瓦斯的目的（如图4）。 图5 全封闭采空区插管抽放示意图全封闭采空区是指工作面已采完封闭的采空区，也称老采空区。采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯，可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出。加强采空区密闭对全封闭采空区瓦斯抽放是个必要条件，提高采空区的气密性可防止漏气，保持必要的抽放瓦斯浓度和防止有自燃倾向煤层因漏气进氧而发生采空区发火。对于已采完的采空区都要砌筑永久性密闭。永久性密闭要选择顶底板坚固的岩（煤）层巷道，两道密闭墙（砖或料石）中间充填砂或黄土，密闭墙四周要掏槽，插管抽放的密闭上还应设置注砂（泥浆）管和采气测温管等观测管。密闭墙厚度不小于1m，四周掏槽深度不小于0.3m。见图5。根据矿井瓦斯抽放管理规范第22条规定：“在有自燃发火危险煤层的采空区抽放瓦斯时，必须经常检测CO浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自燃发火征兆时，要采取措施”。为此，采空区瓦斯抽放应注意以下方面。 采空区瓦斯抽放管路上必须安设调压阀，以便合理调整抽放负压和抽放流量。 在工作面最小控顶距采空区顶板冒实处到上隅角，砌筑密闭墙或挡风墙，以减少采面向采空区的漏风，墙体可采用砖、料石或用编织袋装煤砌筑的方式，面上抺灰浆增加其密封性。 必须定期对管内气体及回采面上隅角，回风巷的气体取样分析，随时撑握采空区内气体成份、温度的变化，以便合理地调整抽放瓦斯量和抽放负压 建立必要的防、灭火措施。 各矿可根据自身的实际情况确定采空区瓦斯抽放的采空区温度、一氧化碳浓度临界值以及最大抽放负压值，同时要逐步采用自动监控装置，以保证抽放工作的安全。（5）设计中的钻孔参数仅供参考，矿相关技术人员应根据矿井的实际生产情况和瓦斯状况，对以上抽放钻孔布置方式及相应参数进行适当调整和修正，以提高瓦斯抽放效果，保障矿井安全生产。二、影响因素分析（一） 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.（1） 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.（2）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.（二） 技术因素 1、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，是影响瓦斯抽放率的主要因素之一. 2、管路. 选择瓦斯抽放管路是决定抽放投资和放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.3、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放要求，从而影响抽放效果. 影响抽放效果的钻孔参数主要有：（1）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；（2）钻孔角度；(3)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；(4)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；(5)抽放负压.抽放负压越大，抽放量越大，但当负压到一定程度后，抽放效果就不会明显增加，有时反而会影响抽放效果，要根据具体情况确定；(6)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1015 m. 4、瓦斯抽放管理. 管理水平的高低直接影响抽效果的好坏. 瓦斯抽放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、钻孔检查、管网巡检放水等.三、解决对策 针对上述分析，结合现在常用技术，给出以下提高抽放效果的对策.（一） 人工增加煤层透气系数 煤层的透气性系数是决定钻孔抽放量的主要因素，煤层自然透气性好，抽放效果就好. 通过机械、化学等人工干预方式可以在局部强制改善煤层的孔隙及裂缝结构，从而提高煤层透气性，这是提高瓦抽放率的重要途径. 目前国内外试验与应用的措施有：水力割缝、水力压裂、松动爆破、煤物化、交叉钻孔、煤层注水等方法. 1、水力割缝. 用高压水射流切割煤体，在煤体中形成可以控制方向的裂缝与空洞，造成煤体局部卸压，增大透气性，可以提高钻孔瓦斯抽放量. 2、 水力压裂. 以水为动力，人为的在煤体中压出裂隙，并利用支撑剂在尽可能长的时间内维持裂隙的畅通. 3、松动爆破. 通过爆破力的作用，使钻孔周围煤体形成裂缝，提高煤体的透气性. 4、煤物化. 向煤层注化学活性溶剂及表面活性剂，使煤体发生化学反应及表面物化现象，从而使煤层的坚韧性被软化，使瓦斯从煤层中加速排出，增加钻孔瓦斯抽放量.（二） 合理选择抽放方法 合理选择抽放方法是提高抽放效果的关键，选择抽放方法应深入分析煤层赋存条件、瓦斯来源及涌出规律、开采布置及开采程度、瓦斯利用前景等不同煤矿的现场条件，采用抽放方式也会有很大的不同. 一般来说其总的原则是： 1、如果瓦斯存在于开采层本身，即可以采用钻孔或巷道预抽形式直接把瓦斯从回采层中抽出. 2、 如果瓦斯主要存在于开采煤层的顶、底板邻近煤层内，可以采用顶底板煤岩中的巷道，打一些穿至邻近煤层的钻孔将临近层瓦斯抽出. 3、如果在采空区或废弃巷道内有大量的瓦斯涌出，即可以用采空区抽放形式加以消除. 4、如果在煤巷掘进时就已遇到严重的瓦斯涌出，而且用通风方法难以解决时，则需采用在掘进工作开始前的钻孔预抽或巷道边掘边抽的方法加以解决. 5、 如果煤层的透气性差，利用钻孔或巷道又不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯也不大，而在回采的时候却有大量瓦斯涌出，则需采用边采边抽，辅以深孔爆破、大直径密集钻孔以及可以改变煤层透气性的方法加以解决.（三） 合理选择抽放设备及钻孔参数抽放设备包括瓦斯抽放泵、管路、钻机、安全装置等. 抽放泵的选择主要是流量和压力，要求流量满足矿井瓦斯抽放期间所预计的最大瓦斯抽放量；压力能克服管道系统的最大阻力，并在钻孔口造成适当的抽放负压. 管路系统要求管道直径与预计瓦斯抽出量和抽放率相符，系统阻力尽量小，接头严密、不漏气，避免管内积水和杂物堵塞. 钻机要求性能好，效率高，所钻钻孔参数能满足抽放要求. 安全装置主要有放水器、防爆阻火器、避雷器、流量计和瓦斯参数监测仪.合理选择钻孔参数包括： 1、增大钻孔直径. 大直径孔的瓦斯抽出量远远大于小直径孔，而且有较长的稳定时间. 但是大直径孔在使用上有它的局限性，特别是在岩石巷向煤层中打钻孔抽放时就更加难于施工. 钻孔直径应根据钻机性能、施工速度与技术水平、抽放瓦斯量、抽放半径等因素确定，目前钻孔直径一般为60110 mm. 2、钻孔长度. 开采层瓦斯抽放钻孔的长度越大，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，抽放效果越好；邻近层瓦斯抽放，钻孔一般要穿过所要预抽的煤层，但它受钻机设备和打钻技术的影响，考虑打钻效率和打钻质量，钻孔长度一般大于60 m. 3、 钻孔角度. 由于深部煤层的瓦斯含量比较大，瓦斯向上流动，所以下向式钻孔瓦斯量较大，可以加速瓦斯排放. 但下向孔中易积水，对瓦斯涌出有一定的阻力，且打钻施工比较困难. 上向式钻孔内不会积水，瓦斯涌出量也比较均衡，但在相同条件下比下向孔略小. 水平钻孔介于上述两种方式之间，可以克服上向孔和下向孔的缺点，是目前矿井预抽瓦斯的主要形式. 4、 提高孔口密封质量. 我国目前封孔材料多用水泥砂浆，封孔长度一般未超过5 m，其封孔质量与国外相比存在一定差距. 国外普遍用聚胺脂，封孔长度为1015 m. 抽放负压. 目前的封孔技术条件不适应高负压抽放，负压过高会导致漏气、降低抽出瓦斯浓度和抽放效果，因此一般孔口负压不超过14 KPa 为宜.（四）其他对策 1、 扩大抽放范围. 扩大抽放范围一是要合理增加钻孔数目来扩大抽放面积，二是要增加抽放煤层及抽放区域. 2、 采用综合抽放方法. 随着煤矿机械化水平的提高，开采强度的大幅度提高，开采后邻近层、采空区等的瓦斯涌出量也急剧增加，有的工作面瓦斯涌出量超过100 /min，这样大的瓦斯涌出量，使用原有单一的抽放方式、方法已不能消除工作面的瓦斯威胁. 为了实现高产高效矿井的安全生产，要求瓦斯抽放技术有一个新的突破，所以综合抽放方法已经是矿井进行瓦斯抽放的一个趋势. 3、 瓦斯抽放系统运行后，管理工作要及时到位，建立科学的管理制度和安全责任制度，充分调动人员的主观能动性.四、 结论1、 瓦斯抽放可以从根本上解决瓦斯对煤矿的威胁. 我国瓦斯抽放经验丰富，但抽放效果不好.2、 影响瓦斯抽放效果的因素主要有：矿井瓦斯储量、煤层的天然透气系数、抽放泵、管路、钻孔钻具、钻孔参数等.3、 可以从人工增加煤层透气系数、合理选择抽放方法、合理选择抽放设备及钻孔参数、加强管理等方面采取措施，以提高瓦斯抽放效果，更好的解决煤矿瓦斯问题.致 谢经过几个月的忙碌，我的毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有张老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的指导教师张世登老师，张老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的这个个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢我的同学和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，正因为如此我才能顺利的完成设计在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。参考文献1王永安，朱文辉 矿井瓦斯防治M 北京：煤炭工业出版社，20072杨娟娟 矿井煤层气抽采存在的问题及对策J 陕西煤炭，2007(6)：29-303彭继刚，杨胜强 矿井瓦斯抽放影响因素分析及其改进措施J 能源技术与管理，2008(6)：16-184黄盛初，刘文革，赵国泉 中国煤层气开发利用现状及发展趋势J 中国煤炭，2009（1）：5105朱广辉，韩建光，韩臻 浅谈瓦斯防治与瓦斯抽放技术J 煤，2009，18（1）：49506冯晋宏 煤层瓦斯抽放机理研究J 室科技情报开发与经济，2007（26）：2542587韩秀光 如何提高瓦斯抽放系统的性能J 山西焦煤科技，2008（6）：12168赵兴旗 提高矿井瓦斯抽放效果的途径J 矿业安全与环保，2007（10）：384121