抽采管路毕业论文

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李元建 范云霞

（河南省煤炭地质勘察研究院 郑州 450052）

作者简介：李元建，1953年生，男，河北南宫市人，高级工程师，1976年毕业于焦作矿业学院，现从事煤炭地质勘查、煤层气勘探研究工作。

摘要 煤层气（煤矿瓦斯）是煤的拌生矿产，是一种优质能源，它具有洁净、方便和高效等特点。对煤矿瓦斯的抽放与利用不但能够提供更加充足、洁净、高效能源，而且能够消除瓦斯对煤矿安全生产带来的不利影响，通过对崔庙煤矿二1煤瓦斯地质特征和资源量的分析，采用净现值、内部收益率和投资回收期确定瓦斯抽放的经济可行性。

关键词 煤矿瓦斯 抽放与利用 崔庙煤矿

Feasibility Study on Gas Drainage of Coal beds in Cuimiao Coalmine of Xinggong Coalfield

Li Yuanjian，Fan Yunxia

（Henan Institute of Coal Geology and Survey 450052）

Abstract：As a kind of associate gas with coal，CBM（coal gas）is considered as a high quality energy because of its characteristics of cleanness，convenience and high-efficiency.Drainage and utilization of coal gas can not only provide clean and high-efficient energy，but also eliminate the bad effect of coal gas on safety production of coalmine.Through the analyses of geological feature and total resources of CBM in the coal seam of Cuimiao coalmine，the feasibility on the drainage of coal gas was discussed by the methods of NPV，IRR and Investment return term.

Keywords：Coal gas；Drainage and utilization；Cuimao coalmine

煤层气（煤矿瓦斯）是煤的伴生矿产，是一种优质能源，它具有洁净、方便和高效等特点。对煤矿瓦斯的抽放不但能够提供更加充足、洁净、高效能源，而且能够消除瓦斯对煤矿安全生产带来的不利影响，因此，国发办已将煤层气（煤矿瓦斯）抽采和利用列入“十一五”规划，提出煤层气（煤矿瓦斯）开发、抽放和利用方面的16条意见，明确了鼓励瓦斯抽采和利用的配套法规，提出了资金补助支持和税收优惠政策，为瓦斯抽放和利用工作指明了方向。本文以荥巩煤田崔庙煤矿为例，探讨二1煤层瓦斯抽放的可行性。

1 崔庙煤矿地质简况

崔庙煤矿位于荥阳市崔庙镇邵寨村，北距荥阳市16km，东距郑州市36km。东西走向长2.8km，南北倾斜宽1.7km，面积2.1km2，南部以二1煤层露头风化带为界，北部以马泉沟断层（落差25m）为界。二叠系山西组二1煤层为区内主要可采煤层，煤层厚度变化较大，煤厚1.0～13.3m，平均煤厚6.73m，属中～厚煤层，二1煤地质储量2028×104t，可采储量1195.54×104t，后备储量13000×104t。采用一对立井上下山开拓方式，经技改后采用两立一斜开拓方式，目前未进行开采，具体开采方案等设计通过后确定。二1煤层顶板普遍为构造破碎带，为泥岩或炭质泥岩，一般厚10m，而且自煤层顶板面往上岩石破碎程度逐渐减弱。水平方向上，在底板标高-100m 水平以上，岩体结构类型属不稳定的散体结构，在-100～-300m水平范围，岩体结构类型属稳定性较差的碎裂岩体结构，在-300m水平附近以深，属于基本稳定的层状岩体结构，直接底板多为泥岩或砂质泥岩，间接底板为中细粒砂岩或粉砂岩，属稳定底板。

2 矿井瓦斯

二1煤层煤体结构以粉煤为主，属于全层构造软煤，煤层原生结构遭到强烈破坏，呈挤压、揉搓构造特征，偶尔夹块煤也是粉煤压固而成，强度极低，指压可碎，破坏类型为Ⅳ。瓦斯含量5.58～35.25m3/t，煤层瓦斯压力0.55～3MPa，煤的瓦斯放散初速度（∆P）为11～46，平均29.5，煤的坚固性系数（f）为0.15～0.46，平均0.25，突出危险性综合指标K=118，有煤与瓦斯突出危险。二1煤层相对瓦斯涌出量为17.79m3/t。瓦斯含量每百米增加7.67m3/t。回采工作面瓦斯涌出量为186×104m3，采空区瓦斯涌出量为34×104m3。该矿曾发生两次煤与瓦斯突出，2002年12月在掘进11031下顺槽揭石门过程中发生一次发生煤与瓦斯突出，突出煤量430 t；2004年9月29日11031在下顺槽掘进过程中发生一次发生煤与瓦斯突出，突出煤量800 t。两次突出标高均在+20m 水平，一般在+50m以浅为煤与瓦斯一般突出，+50m以下则为煤与瓦斯严重突出危险区，突出强度随开采深度增大而增大，矿井二1煤与瓦斯突出频率高，以中、小型突出为主，几乎是有掘必突；突出多发生在顶层掘进煤巷之中，其次是石门揭煤，采煤工作面偶有突出；在断层附近20m范围最容易发生突出。

3 抽放瓦斯必要性

3.1 从煤与瓦斯突出现状看抽放瓦斯的必要性

煤矿安全规程对开采煤与瓦斯突出危险的煤层，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时瓦斯抽放系统，崔庙煤矿开采的二1煤近两年有多次煤与瓦斯突出，符合建立瓦斯抽放系统的必要条件。

3.2 从资源利用和环保的角度看抽放瓦斯的必要性

煤层气是赋存在煤层中以甲烷（CH4）为主要成分的非常规天然气，矿井瓦斯实际上就是煤层气和空气的混合气体，热值与常规天然气相当，发热量在8000大卡至9000大卡以上，是通用煤气的2～5倍，燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。清洁发展机制（CDM）是《京都议定书》所规定的缔约方在境外实现部分减排承诺的一种履约机制。其目的是协助未列入缔约方实现可持续发展以及《气候变化框架公约》的最终目标，并协助缔约方遵守《京都议定书》第三条规定的限制和减少排放的定量承诺。CDM的核心是允许发达国家和发展中国家进行基于投资项目的“经证明的减排量（CE R）”的转让与获得。煤层气开发是实施CDM项目的重要领域，煤矿瓦斯的利用将会收到增加清洁能源供应，改善煤矿安全和保护全球环境的多重效益。崔庙煤矿二1煤层的瓦斯储量为6.08×108m3，可抽瓦斯量为1.83×108m3，这说明崔庙煤矿瓦斯资源较为丰富，为瓦斯开发利用提供了较为充足的资源条件。

3.3 抽放瓦斯的可行性

由于煤层中原始瓦斯含量并不可能100%地被抽出，目前更多的是采用矿井瓦斯抽放率和相对瓦斯抽放量来衡量钻孔抽放煤层瓦斯的效果。煤层瓦斯抽放效率的大小主要取决于钻孔自然排放和实抽瓦斯量的大小。钻孔抽放煤层瓦斯的难易程度主要取决于两个方面：其一是煤体本身所具备的条件，主要包括煤层原始瓦斯压力和煤体透气性的大小；其二是取决于抽放瓦斯的技术条件，主要包括：钻孔密度、封孔技术和抽放时间。因此，钻孔抽放煤层瓦斯的可行性指标严格而言并不具备统一的标准，而是与矿井的生产状态、抽放设备、工艺水平等方面因素有关，崔庙煤矿二1煤层的煤层透气性系数为8m2/MPa2·d，百米钻孔瓦斯涌出量0.16m3/min。属可以抽放类型。

4 煤层瓦斯合理预抽方式

崔庙煤矿瓦斯主要来源于二1煤层，根据预测，回采工作面瓦斯涌出占35%，掘进工作面瓦斯涌出占45%，采空区瓦斯涌出占20%。可以采取本煤层顺层钻孔抽放、底板岩巷穿层钻孔抽放瓦斯技术。

4.1 本煤层顺层钻孔抽放

顺层钻孔的钻场位于二1煤层的煤巷内，抽放钻孔沿着二1煤层布置，钻孔之间可互相平行，也可交叉。

4.2 底板岩巷穿层钻孔抽放

穿层钻孔的钻场布置在二1煤层底板距二1煤层10～20m左右，选择薄煤层开半煤岩巷作为专用瓦斯巷，在该巷每隔20m 开凿钻场。掘凿半煤岩巷和钻场可以采用宽幅掘采煤体，巷旁多余煤体的被采出空间用断面内岩石回填法处理，这样不仅多采出了煤炭、降低了掘进成本，又实现了无矸石运输的绿色开采。该岩巷可兼探水、疏水、堵水工程的施工巷，可预处理开采期间底板水患，保证生产安全。

5 抽放设备选型

瓦斯抽采泵的选型十分重要，选型的原则是既要满足瓦斯流量的需要，又要满足煤矿安全生产的需要，同时还要考虑经济效益，既不能过大，也不能过小，如果没有特别要求，所需泵的流量可以根据下面公式计算：

中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集

式中：Q——泵的额定流量，m3/min；∑Q纯——最大纯瓦斯量之和，m3/min；X——泵入口处的瓦斯浓度，可取30%；H——泵的机械效率，取80%；K——综合系数，一般取1.2。

所需泵的压力可以根据下面公式计算：

P=（H总+P孔）×K

式中：P——泵压，Pa；H总——管路总阻力，Pa；P孔——单孔负压（取 13340），Pa；K——备用系数，取1.2。

5.1 管材选择

瓦斯抽采管路的选型主要根据流量和管路负压来选取，管径取决于瓦斯流量的大小，管材则取决于管路的负压。抽放管材的选择和管径确定抽放主管选用HW—KF G矿用玻璃钢（有安全许可标志），直径为DN350×9mm，分支管路选择热轧无缝钢管，支管管径为D159×4.5mm。

5.2 抽放管路管径计算

根据抽放管道的范围和所负担的抽放量的大小，管径的选取可根据下列公式计算：

中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集

式中：D——管道内径，m；Q——管内混合流量，m3/min；V——管内瓦斯流速（取10～15），m/s。

6 经济评价的方法、依据和评价指标

6.1 评价方法及指标

采用现金流量分析法作为本次经济评估的基本方法。评价的过程是以每一年度作为基本时间单元，计算出该年总收入及各项支出，用收入减去支出，求出每一年度的纯收入，最后综合计算出评价期限内的净现值、内部收益率和投资回收期，以这三个主要指标来确定瓦斯抽放的经济可行性。

6.2 经济效益评价

崔庙煤矿可抽出二1煤层瓦斯资源量1.83×108m3，若将抽出瓦斯的60%加以利用，可利用瓦斯资源量1.098×108m3，可实现销售收入31374万元，崔庙矿服务年限为28.5年，瓦斯抽放生产周期按20年计算，投入开发后内部收益率为16.0%，大于基准收益率12%，投资回收期5.6年，小于基准回收期6年，财务净现值为1569万元，从以上分析结果可以看出，在瓦斯气价格0.8元/m3的情况下，投入开发项目在经济上是可行的，并且具有良好的经济效益。

7 结语

崔庙煤矿二1煤瓦斯资源量为6.08×108m3，其中可抽出瓦斯资源量为1.83×108m3，年平均可抽采资源量为0.06×108m3。据该煤矿二1煤瓦斯抽放参数预抽该煤层瓦斯还是可行的，抽放基本条件也是成熟的，瓦斯抽放有利于改善目前矿井安全状况，提高煤炭产量，将抽出的瓦斯作为能源加以利用，可减少矿区环境污染，取得良好的环境效益，以净现值、内部收益率和投资回收期，计算将取得十分显著的社会效益、经济效益。

参考文献

[1]河南煤田地质局.1995.河南省煤层气资源评价

[2]河南煤田地质局.1995.荥巩煤田煤层气资源评价

[3]于不凡.2005.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册.北京：煤炭工业出版杜

[4]叶建平，秦勇等.1998.中国煤层气资源[M].徐州：中国矿业大学出版杜

自己学学吧 用的时候不会就213了

这应该到让威客来做，这里肯定不行了。