毕业设计论文-瓦斯抽采及利用方案

第十三章瓦斯抽采及利用方案第一节瓦斯抽采一、矿井瓦斯灾害程度及抽采的必要性（一）矿井瓦斯灾害程度根据勘探地质报告及Ι煤层瓦斯含量等值线示意图，矿井可采煤层为1Ι1煤层，Ι1煤层瓦斯含量一般13~19 ml/g·r，在钻孔N21-3局部瓦斯含量大于19 ml/g·r。

本矿井Ι煤层瓦斯含量普遍偏高，瓦斯成分以沼气为1主。

经预测，矿井绝对瓦斯涌出量47.35m3/min，相对瓦斯涌出量46.79m3/t，Ι1工作面绝对瓦斯涌出量20.48m3/min，相对瓦斯涌出量22.27m3/t，本矿井瓦斯涌出量较大。

煤层煤与瓦斯突出危险性较本矿井按煤与瓦斯突出矿井进行设计，Ι1大。

（二）瓦斯抽放的必要性从以下几个方面来分析本矿井瓦斯抽采的必要性。

1、从煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量的大小来看根据勘探地质报告，煤层瓦斯含量大，经预测，+50m水平矿井最大绝煤层工作对瓦斯涌出量为47.35m3/min，相对瓦斯涌出量为46.79m3/t，Ι1面最大绝对瓦斯涌出量为20.48m3/min，相对瓦斯涌出量为22.27m3/t。

按《煤矿安全规程》第145条规定，本矿井必须建立瓦斯抽采系统。

2、从工作面需风量和最大通过风量来看本矿井Ι煤层为中厚煤层，工作面采高1.91m，有效过风断面不大，工1作面稀释瓦斯所需风量大于工作面的实际通过能力，如不考虑本煤层预抽和采空区抽放，难以保证工作面瓦斯不超限。

因此，为保证安全生产，确保保护层工作顺利推进，必须抽放。

3、从防突的角度本矿井按煤与瓦斯突出矿井设计，煤层瓦斯含量普遍较高，Ι1煤层煤与瓦斯突出危险性大，在开采Ι1煤层前先预抽本煤层瓦斯，解除Ι1煤层的煤与瓦斯突出的潜在威胁，同时可以有效地解决Ι1煤层开采时采掘工作面及回风巷等处瓦斯浓度超限问题，降低瓦斯爆炸的风险，因此从井下安全的角度考虑，也有必要进行瓦斯抽采。

4、从资源利用和环保的角度看据初步估算，本井田的瓦斯储量约821Mm 3，可抽瓦斯量约410.5Mm 3，矿井瓦斯资源非常丰富。

抽出的瓦斯是一种优质、清洁、高效的能源，用途较广。

同时又减少矿井瓦斯排放量，减轻温室效应，达到保护矿区环境的目的。

因此，从资源利用和环保的角度看也有必要进行瓦斯抽采。

二、煤层瓦斯抽采基本参数（一）煤层瓦斯含量在本井田范围内对Ι1煤层钻孔中采瓦斯样12 件，瓦斯压力测试6 层次，对3 层次煤芯样进行瓦斯突出参数测试。

区内背斜轴部及东翼瓦斯含量高，西翼瓦斯含量较低。

根据地质报告提供的Ι1煤层瓦斯含量等值线示意图，瓦斯含量一般为13～19 m 3/t 。

测得煤层瓦斯含量普遍较高，瓦斯自然成分中以沼气为主，其次为H 2、N 2、C 2～ C 6、CO 2所占百分比很小。

井田位于华蓥山背斜北端，是井田的主体构造，东翼地层倾角在15～45°，西翼地层倾角在10～50°。

区内未发现有次级小褶曲，地表未见断层，钻孔中有隐伏断层4 条，对煤层有一定的破坏作用，故构造复杂程度属中等偏简单。

勘探区内为一近似对称背斜，按常规煤层中的瓦斯一般应沿倾斜面由深部向浅部运移，在倾向上瓦斯含量应由浅至深逐渐增高，在走向同标高点的瓦斯含量应大致相等。

但在勘探区内出现了异常区，位于西翼焦煤区的含量低于平均值，仅为9.86 m3/t，N21-2、N21-5 瓦斯压N20-3 瓦斯中CH4力值分为1.80MPa、1.56 MPa，远低于轴部及东翼的瘦煤区。

影响该区瓦斯赋存和导致异常的主要地质因素为煤层的变质程度。

地质报告中提供的瓦斯含量需要在生产实践中进一步检验。

（二）煤层瓦斯压力根据地质报告，勘探的 6 个钻孔进行了瓦斯压力的测试，压力值为1.56～5.07MPa，平均值1.79 MPa。

区内瓦斯压力在背斜两翼及轴部均有一定的变化，在轴部及东翼瓦斯压力值为2.20～5.07MPa，在背斜西翼瓦斯压力值均在2 MPa 以下。

根据《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》(MT 637-1996)，当瓦斯压力大于0.74MPａ时，煤层有突出危险。

（三）煤层瓦斯吸附常数在地质勘探期间，未采样进行工业分析，也未提供各煤层瓦斯吸附常数a、b值、各煤层孔隙率、瓦斯放散初速度和煤的坚固性系数等参数。

有待于在下一步工作中补充完善。

（四）煤层透气性系数地质报告未提供各煤层透气性系数、百米钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数等参数。

有待于在下一步工作中补充完善。

三、矿井瓦斯储量（一）矿井瓦斯储量根据《煤矿瓦斯抽采规范》（AQ1027-2006），矿井瓦斯储量系指煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层赋存的瓦斯总量，包括可采煤层、不可采煤层以及围岩中所赋存的瓦斯，其计算公式如下：W k ＝W1+ W2+ W3式中：Wk——矿井瓦斯储量，Mm3；W1——可采煤层瓦斯储量总和，Mm3；W 1＝∑A1i·X1iA1i——每一可采煤层的煤炭储量，Mt；X1i——每一可采煤层的瓦斯含量，m3/t；W2——采动影响范围内不可采邻近层的瓦斯储量总和，Mm3；W 2＝∑A2i·X2iA2i——可采煤层采动影响范围内每一不可采煤层的煤炭储量，Mt；X2i——可采煤层采动影响范围内每一不可采煤层瓦斯含量，m3/t；W3——围岩瓦斯储量，Mm3；W 3＝K（W1+ W2）K——围岩瓦斯储量系数，一般取K=0.05～0.20；根据地勘报告，本矿井可采煤层仅有Ι1煤层，煤炭地质储量为43.351Mt。

可采煤层瓦斯储量总和为714Mm3。

根据地勘报告，龙潭组地层均含2～3层煤层（线），除Ι1煤层可采外，其余均为煤线，厚度很薄，地勘报告未提供各不可采煤层煤炭储量，更未提供不可采煤层瓦斯含量，本次设计将其视同围岩。

根据相关规范，围岩瓦斯储量K取0.15，围岩瓦斯储量107Mm3。

故本井田瓦斯储量总和为：W3＝714 + 0 + 107 =821Mm3（二）矿井瓦斯可抽量可抽瓦斯量系指矿井瓦斯储量中在目前的开采条件和技术水平下能被抽出来的瓦斯量。

采用下式计算：W c ＝Wk·K式中：Wc——矿井可抽瓦斯量，Mm3；Wk——矿井瓦斯储量，Mm3；K——矿井瓦斯抽采率，%；因地质报告未提供各煤层透气性系数、百米钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数等参数，根据煤层赋存条件和煤层结构及裂隙发育情况，并结合邻近矿井抽采情况，本矿井Ι1煤层属于可以抽采煤层，抽采方式Ι1煤层预抽为主，采空区抽采为辅，所以取矿井瓦斯抽采率K=50%，则矿井瓦斯可抽量为：Wc＝821×50% =410.5Mm3四、矿井瓦斯抽采系统的选择对于矿井瓦斯抽采系统一般分为地面钻井抽采系统、矿井地面集中抽采系统和井下临时抽采系统。

目前世界上主要产煤国对煤层气资源化开发利用程度较高，主要方法是地面钻井开采。

美国自20世纪70年初首先利用地面钻井的方法开发煤层气资源获得成功；澳大利亚目前广泛应用地面采空区垂直钻孔抽采技术；德国1992年开始应用地面钻井技术开发鲁尔煤田的煤层气；英国煤层渗透率低，目前正在研究低渗透率瓦斯的开发技术。

我国地面钻井抽采瓦斯的开发仍处于勘探试验阶段。

白沙、抚顺、焦作、阳泉等矿区曾在20世纪70年代打了40多个地面钻孔，并实施钻孔水力压裂等措施抽采瓦斯，但产气效果不理想。

晋城矿区煤层裂隙发育、渗透性好、可抽采性好，从1995年开始进行地面煤层气开发，通过地面钻孔抽采地下煤层气，目前已形成规模，并实现了商业产销用体系。

20世纪90年代两淮矿区在地面勘探和开采煤层气方面做了大量工作，先后共施工测试井14口，压裂试生产井8口，但产气效果均不理想，日产量达不到商业开发标准。

2002年以来，淮南矿区不断创新抽采理念，积极试验地面钻井抽采采动区、采空区瓦斯，到目前为止，共施工地面钻井12口，其中7口取得成功，4口失败，1口正在考察中。

地面钻井抽采瓦斯技术，虽在国内外已作过研究和试验，但主要是针对煤层赋存稳定、渗透性好的煤层，少数低透气性煤层矿区也曾配合水力压裂等措施进行过地面钻井抽采瓦斯，但产气效果不理想。

为推进我国煤层气勘探的进程，我国煤层气行业积极吸引外资、引进技术，煤层气开发对外合作十分活跃。

如与本矿井同属西南的云南省新庄矿区观音山矿井开发业主云投粤电扎西能源有限公司与澳大利亚米切尔钻井公司已达成初步协议，将在观音山井田内试验地面钻井瓦斯抽采。

试验主要内容如下：采用代麦克辛钻井技术，由地面钻两个分支水平井，再与垂直井汇接，进入煤层的水平孔沿煤层走向距离煤层顶板2m定向钻进，进入煤层的水平孔孔径120mm，每口分支井长1625m，煤层内水平孔长935m，非煤系孔长690m，垂直井深550m。

据澳大利亚米切尔公司预计，在煤层内每米水平钻孔日产气10m3，两分支井在煤层内水平钻孔总长1870m，按此计算，一组代麦克辛井一年产气610万m3，预计连续抽采一年半后，可将代麦克辛井控制区域内煤体瓦斯含量降到5m3/t以下，其每组井投资约140万美元。

地面钻井抽采与井下抽采相比具有以下优点：①不受矿井建设时间和井下巷道延伸的限制，地面抽采与矿井建设可同步进行，抽采时间充分；②抽采的瓦斯浓度高，产品商业价值大；地面钻井抽采与井下抽采相比具有以下缺点：①地面钻井对抽采技术、施工设备要求高，钻井施工成本较高；②由于地面钻井数量有限，煤体内瓦斯抽采不均匀，靠近地面钻井附近区域瓦斯抽采比较充分，远离地面钻井区域瓦斯抽采效果不充分；本井田主体结构为华蓥山背斜，井田横跨背斜两翼，井田内无次级褶曲。

井田含煤地层为龙潭组(P 2l )，该组含煤2－3 层，一般为1 层，从下至上煤层编号为I 0、I 1、I 2 煤层，均位于龙潭组第一段(P 2l 1)。

I0 煤层厚0.00～0.15m ，煤层结构简单，厚度变化大，仅在个别钻孔见有煤线，属不可采煤层。

I 1 煤层属全区可采煤层，该煤层为本次勘查的主要对象，煤厚0.68～3.40m ，平均1.82m 。

I 2 煤层厚0.00～0.54m ，煤层结构简单，厚度变化大，仅在勘查区南部边界的19-2、N19-1 号钻孔中达可采，为零星分布的孤立点，属不可采煤层。

矿井煤层瓦斯含量高，根据地质报告提供的Ι1煤层瓦斯含量等值线示意图，瓦斯含量一般为13～19 m 3/t.r ，在+50m 水平背斜轴部瓦斯含量为19 m 3/t.r 。

在井田内 N21-6 号钻孔施工井深726.58m 处，在龙潭组四段（P 2l 4）石灰岩中发生井喷，井喷火焰高达6m ，燃烧7 天后自然熄灭。

经达竹煤电集团救护大队现场测定，其燃烧气体成分主要为沼气，在火熄灭后取气体样化验其成分：CH 4、C 2～C 6、CO 2、N 2、H 2 分别为83.62%、0.37%、7.03%、8.31%、0.67%。