1、河南理工大学本科毕业设计1潞安集团阜生煤矿 15 号煤层瓦斯抽采设计摘要：潞安集团阜生煤矿有限公司位于山西省左权县，处于沁水煤田的东部边缘地段，该矿井属于瓦斯突出矿井，其中 15 号煤层属于高瓦斯低透气性煤层，具有突出危险。本文首先对阜生煤业有限公司的井田地质地质构造，煤层瓦斯情况进行了介绍，利用搜集到的基本参数计算了 15 号煤层的瓦斯储量，论证了该采区进行瓦斯抽采的必要性和可行性。同时论述了当前瓦斯抽采的一些方法，结合 15 号煤层的实际情况，确定了该煤层应用顺层穿孔预抽煤巷条带瓦斯、本煤层交叉钻孔预抽、高位钻孔和埋管抽采相结合的综合瓦斯抽采方法。根据煤层的高瓦斯低透气性特征，确定了设计参
2、数以及钻场和钻孔的布置方式。之后对瓦斯抽采系统进行了设计，确定管路敷设线路和管网抽采量以及抽采管路选型和管网阻力计算。根据计算的管网阻力与流量，选择了与抽采能力相匹配的瓦斯抽采泵及抽采管路附属装置及设施。制定了整个抽采系统的安全技术措施，论述了抽采瓦斯的综合利用和抽采站的配套设施，最后制定了瓦斯抽采的规章制度。关键词：阜生煤矿 高瓦斯矿井 瓦斯抽采 管路设计 设备选型河南理工大学本科毕业设计2The Gas Drainage System Design of the East Wing of the 15th Coal Seam in fusheng MineAbstract：Fusheng
3、Coal Limited Company Located in the ZuoQuan County in Shanxi Province,which is in the eastern edge of qinshui coalfield area. The mine is mine gas outburst, in which 15 coal seam is a high low-permeability coal seam gas, with a prominent risk. This article first Fusheng Coal Limited Company field ge
4、ological structure, coal seam gas conditions were introduced, the use of collected calculate the basic parameters of the gas reserves of 15 coal seam, mining areas demonstrated the necessity and feasibility of gas drainage. Also discusses some of the current methods of gas drainage, combined with th
5、e actual situation of 15 coal seam to determine the application at the end of the mining area drainage pumping gas Crossing Lane, Predrainaging,while Excavation and pumping and pumping while mining combine Integrated gas drainage methods. According to the high gas content and low permeability coal s
6、eam characteristics, determine the design parameters and drilling and drilling in the layout field. After the gas drainage system for the design,determine the pipe line and pipe laying and drainage pipe drainage volume selection and management of network resistance calculation. According to the calc
7、ulation of pipe network and flow resistance, chosen to match with the drainage capacity of the gas drainage pumps and drainage piping installations and ancillary facilities. Development of the entire drainage system of safety precautions, discussed the comprehensive utilization of gas drainage facil
8、ities and drainage stations. Finally,the rules and regulations formulated gas drainage.Keywords：Fusheng Coal Limited the high gas mine gas drainage piping design equipment selection河南理工大学本科毕业设计3目录1 引言 .71.1 瓦斯抽放的意义 .71.2 瓦斯抽放技术的国内外发展现状 .81.2.1 国外瓦斯抽放现状 .81.2.2 国内瓦斯抽放现状 .81.3 设计依据 .91.4 设计指导思想 .101.5
9、 本次设计的思路 .102 矿井概况 .112.1 井田概况 .112.1.1 地理位置 .112.1.2 交通情况 .112.2 地形、地貌及河流 .112.2.1 井田范围 .122.2.2 气候、降水、河流 .122.2.3 地震、相邻矿井分布 .122.2.4 井田水文地质 .132.3 地层及地质构造 .152.3.1 地质构造 .15河南理工大学本科毕业设计42.3.2 含煤地层及煤层 .172.3.3 煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性 .202.3.4 煤与瓦斯突出危险性 .202.4 可采煤层 .212.5 采区布置与开采顺序 .212.6 采煤方法与顶板管理 .212.7 矿井生产
10、能力及服务年限 .212.8 矿井通风系统概况 .222.8.1 矿井通风系统概况 .222.8.2 采区概况 .232.8.3 采区通风方式 .232.8.4 采区通风系统 .233 矿井瓦斯赋存情况 .243.1 煤层瓦斯基本参数 .243.1.1 煤层瓦斯含量 .243.1.2 煤层透气性系数 .283.1.3 钻孔瓦斯流量和流量衰减系数 .283.2 煤层瓦斯储量 .283.2.1 计算方法 .283.2.2 计算 15 号煤层的瓦斯储量 .29河南理工大学本科毕业设计53.3 矿井可抽瓦斯量及可抽期 .293.3.1 矿井可抽瓦斯量 .293.3.2 瓦斯抽采率 .293.3.3 可
11、抽期 .304 瓦斯抽放的必要性和可行性论证 .314.1 瓦斯涌出量预测 .314.1.1 矿井瓦斯涌出构成关系 .314.1.2 回采工作面瓦斯涌出量预测 .314.1.3 掘进工作面瓦斯涌出量预测 .334.1.4 生产采区瓦斯涌出量预测 .344.2 瓦斯抽采的必要性 .354.3 瓦斯抽采的可行性 .375 抽采方法 .385.1 规定 .385.2 矿井瓦斯来源分析 .385.3 抽采方法选择 .395.3.1 本煤层瓦斯抽采方法 .395.3.2 回采工作面抽采方法 .395.3.3 掘进工作面抽采方法 .395.3.4 采空区瓦斯抽采方法 .40河南理工大学本科毕业设计65.3
12、.5 抽采方法的确定 .405.4 瓦斯抽采率 .405.5 钻孔及钻场布置 .425.5.1 抽放钻孔参数确定 .435.5.2 抽放钻孔参数及布置 .435.6 选择地面抽采系统 .515.6.1 选择地面抽采系统 .515.6.2 高负压抽采系统 .515.6.3 低负压抽采系统 .515.7 封孔方法 .515.7.1 封孔材料 .515.7.2 封孔长度 .526 瓦斯抽采管路系统及设备选型 .536.1 抽采管路选型及阻力计算 .536.1.1 规定 .536.1.2 计算方法 .546.2 瓦斯抽采泵选型 .576.2.1 规定 .576.2.2 选型原则 .586.2.3 计算
13、方法 .58河南理工大学本科毕业设计76.2.4 抽采泵类型确定 .596.2.5 瓦斯泵类型 .606.3 辅助设备 .646.3.1 瓦斯抽采管路附属装置 .646.3.2 瓦斯抽采泵站主要附属设施配备 .677 经济概算 .697.1 概算编制范围及依据 .697.2 概算投资及明细 .698 安全技术措施 .718.1 抽放系统安全措施 .718.1.1 抽放钻场、钻孔施工安全措施 .718.1.2 抽放管道安全措施 .738.2 地面抽放瓦斯站安全措施 .739 瓦斯的综合利用与配套设施 .749.1 瓦斯的综合利用 .749.2 配套设施 .749.2.1 给排水、采暖及供热 .7
14、49.2.2 供电及通信 .759.3 监测监控系统 .759.3.1 监测监控系统的配备要求 .75河南理工大学本科毕业设计89.3.2 监测监控系统的配备措施 .759.4 地面建筑及环保 .769.4.1 地面建筑 .769.4.2 环保 .7710 抽采瓦斯管理 .7810.1 瓦斯抽采管理及规章制度 .7810.1.1 管理制度 .7810.1.2 规章制度 .7810.2 瓦斯抽采人员配备 .7910.3 瓦斯抽采技术资料 .79结 论 .81致谢 .82参 考 文 献 .83河南理工大学本科毕业设计91 引言改革开放以来，中国经济快速发展。作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能
15、源生产和消费大国。在我国一次能源生产与消费结构中煤炭所占比例超过70，而且据分析这一形势在未来很长时间内不会改变。2010年我国煤炭产量超过32亿吨，2011年煤炭产量达到了35.2亿吨，但是依然不能满足需求。随着我国经济和社会的不断发展，我国煤炭需求量将会持续增长。因此，必须确保我国煤炭工业的健康、稳定发展，但是事故频发一直是困扰我国煤矿安全生产的重大难题。据统计我国煤矿每年因各类事故造成的直接和间接经济损失达250亿元。由于煤矿各类事故频发，死亡人数多，造成我国百万吨死亡率一直居高不下，在国际上严重影响了我国的国际声誉。煤矿安全问题已成为影响我国煤炭工业健康发展的主要问题。而在各类煤矿事故
16、中，瓦斯事故造成的损失最大，死亡人数也最多，煤矿企业一次死亡10人以上事故中瓦斯事故占死亡人数的71。可见加强煤矿瓦斯治理对于保障我国煤炭行业的健康发展具有重大意义。而在治理煤矿瓦斯的各种方法中瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本性措施。我国煤矿瓦斯抽采最早开始于1938年，1952年开始工业应用，20世纪50年代阳泉、抚顺和天府矿务局开始大规模的抽放瓦斯。50年代末期瓦斯抽采量约为1亿立方米。60年代又在中梁山、焦作、淮南、松藻等矿务局开展了瓦斯抽采工作，抽采量达到了1.7亿立方米。70年代至90年代末期，抽采矿井数和抽采量都稳步增加。随着煤炭工业的发展，煤炭产量迅速增加，矿井开采深度不断加深的过程
17、中，许多低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井，由此带动了我国瓦斯抽采技术的迅猛发展。近几年随着人们对瓦斯利用的重视，国家制定了一系列政策，强力推进煤矿瓦斯开发利用，煤矿瓦斯地面开发实现历史性突破，抽采利用规模逐年增长，煤矿瓦斯防治能力明显提高。2010年煤矿瓦斯抽采量75亿立方米、利用量23亿立方米，分别比2005年增长226、283。山西、贵州、安徽等省瓦斯抽采量超过5亿立方米，晋城、阳泉、淮南等10个煤矿企业瓦斯抽采量超过1亿立方米。另外，国家启动了沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两个产业基地建设实施煤层气开发利用产业化示范工程。仅该工程2010年，煤矿瓦斯产量达15亿立方米，商品量12亿立方米。新增煤层气
18、探明地质储量1980亿立方米。1.1 瓦斯抽放的意义瓦斯抽放是指采用与矿井通风井巷隔离的专用设施把煤层、岩层或采空区的瓦斯抽出的技术措施。瓦斯抽放的意义主要体现在以下几点上：第一，瓦斯抽放能够预防矿井瓦斯浓度超限，确保安全。抽采瓦斯不仅是降低矿井瓦斯涌出量和瓦斯浓度的有河南理工大学本科毕业设计10效措施，也是提高高瓦斯矿井及高瓦斯区域生产能力的重要手段和安全保证。第二，瓦斯抽放是预防煤（岩）瓦斯突出的有效措施。第三，瓦斯抽放也是开发洁净的瓦斯资源的唯一方法，利用瓦斯抽放系统可以将抽出的瓦斯加以利用，如瓦斯发电、民用燃气和汽车燃料等途径。第四，瓦斯抽放是利用瓦斯资源，减少温室效应保护大气环境的有
19、效措施。甲烷利用后变为二氧化碳，后者的温室效应约为甲烷的 1/20。1.2 瓦斯抽放技术的国内外发展现状1.2.1 国外瓦斯抽放现状美国是世界上瓦斯开发最早和最成功的国家。20世纪80年代初，美国地面瓦斯试验取得成功。从1985年到1995年的10年间，煤矿瓦斯抽采量从不足2亿立方米猛增至250亿立方米，形成了产业化规模。2003年煤矿瓦斯抽采量已超过450亿立方米，2004年产量达到500亿立方米，煤矿瓦斯占天然气总产量的810，成为重要的能源资源.美国瓦斯开采利用成功主要得益于两大理论的突破，一个理论突破是北美落基山脉中煤级、中高渗透瓦斯成藏和开发模式，另一个是粉河盆地低煤级、高渗透瓦斯成
20、藏和开发模式。美国瓦斯垂直抽采技术开始于20世纪70年代，美国的一些煤矿试验用石油天然气的抽采技术，通过地面垂直钻井的方法从根本上解决煤矿瓦斯灾害问题。20世纪80年代初，美国地面垂直井压裂抽采瓦斯取得成功，许多石油公司开始了大规模瓦斯地面开发，由此开始了美国瓦斯抽采产业突飞猛进的发展。近年来，美国研制成功羽状水平井超前抽采技术，该技术不仅可以高效抽采瓦斯，同时加速了煤矿瓦斯预抽的速度。羽状水平井抽采技术适用于低渗透煤尘，是低渗透煤层瓦斯抽采技术的一次革命性突破。与常规直井相比，更具有优越性。主要体现在可以增加有效范围，减少对煤层的伤害，同时单井产量高，效益好，更好的保护环境。多分支水平井技术用于综合治理煤矿瓦斯，可以降低煤层瓦斯含量，改善安全状况，是我国瓦斯综合治理的主要方法之一。该技术主要适用于赋存稳定、低渗透的厚煤层。目前我国共有5座多水平分支井，主要集中在沁水盆地。加拿大煤矿瓦斯开发起步较晚，因为与美国地质条件相似，主要采用了美国的瓦斯抽采理论和技术。同时，由于北美天然气供应形势日趋紧张，天然气价格飙升，给瓦斯开发带来了机遇，目前发展迅猛。澳大利亚、英国、德国等国家瓦斯抽放与利用已有多年历史，都根据自己国家瓦斯储存的具体情况制定了不同的抽采技术。
