瓦斯抽采系统毕业论文

胡千庭

（煤炭科学研究总院重庆分院 重庆 400037）

摘要 预防煤矿瓦斯灾害是世界各采煤国家关注的焦点，论文简要介绍了包括瓦斯灾害易发区域的预测技术、高效瓦斯抽采及抽采效果评价技术、瓦斯灾害监测预警技术等区域性的以建立本质安全矿井为目的的综合技术的应用、研究现状及进展情况。

关键词 煤矿瓦斯灾害 预测技术 抽采技术 监测预警技术

Research on New Prevention Technology for Disaster of Coal Gas

Hu Qianting

（Chongqing Branch of Research Institute of Coal Science，Chongqing 400037）

Abstract：It is a universal focus of the world's coal mining countries to prevent disaster of coal article briefly introduced the study status，progress and applications of several comprehensive technologies including forecast technology for regions prone to gas disaster，assessment technology for effective extraction of gas and extraction effects，technology of monitoring and early-warning for gas disaster，aiming to construction of essential safe coalmines.

Keywords：disaster of coal gas；forecast technology；extraction technique；monitoring and early-warning technologies

预防煤矿瓦斯灾害是世界各采煤国家关注的焦点，尤其在我国，瓦斯灾害已成为煤矿群死群伤的头号杀手。2005年，一次死亡10入以上的特大煤矿事故中，瓦斯事故占，新中国成立以来发生22起一次死亡100入以上的煤矿事故中，瓦斯煤尘爆炸事故为20起。

预防煤矿瓦斯灾害技术的研究已经从局部性短兵相接的单项技术向区域性的以建立本质安全矿井为目的的综合技术发展，包括瓦斯灾害易发区域的预测技术、高效瓦斯抽采及抽采效果评价技术、瓦斯灾害监测预警技术等。本文对这些技术的研究作一简要介绍。

1 瓦斯灾害易发区域预测技术

瓦斯灾害与地质构造有密切关系，地质构造复杂的区域通常属于瓦斯灾害易发区域。此外，瓦斯灾害易发区通常赋存着较高的瓦斯含量，因此，预测高瓦斯含量区域也是预测瓦斯灾害易发区的有效手段。

地质雷达超前探测地质构造技术

地质雷达是一种确定地下介质分布的定向高频电磁波反射定位技术。在岩土工程和建筑工程等领域得到广泛应用。煤炭科学研究总院重庆分院通过多年努力，最新研制出适合煤矿环境使用的本质安全型地质雷达，能够超前探测采掘工作面20～30m深处煤岩内的隐伏小型构造等地质异常体，通过在西山、淮南、松藻等矿区的试验，取得了好的效果。2004年12月12日，在西山杜儿坪矿68214尾巷进行了煤层陷落柱探测试验，发现在煤层中由浅到深雷达波逐渐衰减，而在有陷落柱的地方雷达回波出现强反射，同相轴基本形成一段弧形曲线，明显反映了陷落柱和煤层的分界面和陷落柱的大小范围（见图1）。

图1 杜尔平陷落柱探测结果

在西曲矿22502 工作面副巷探测2＃～4＃煤层位置和厚度：探测结果（图2）表明，2＃煤层的底板和4＃煤层的顶、底板位置反映均较清楚，4＃煤层在所测范围内基本稳定，受断层影响局部有起伏，所测4＃煤层平均厚度为。

图2 西曲矿煤层厚度探测结果

在西曲矿28210工作面副巷磺头超前探测采空区边界：沿磺头表面向前方作水平扫描，参见图3，可见约在前方30m处有一强反射界面，推测为含水异常区。

图3 西曲矿采空区边界探测结果

P-S 波长距离构造探测技术

P-S波长距离超前构造探测技术主要检测地震波中反射回来的P 波和S波，用来分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面100～150m深处煤岩内的地质异常情况。

试验分别于2005年7月9～10日和9月21日在潞安常村矿S3-5 皮顺巷、王庄矿740回风巷和王庄矿630皮带巷进行了三次探测试验。

图4 常村矿陷落柱探测结果

常村矿S3-5皮顺巷探测（图4）结果为：大约～处反射面较多，岩体破碎，可能为陷落柱影响区。该巷掘至距S3回风下山南帮55m处揭露一陷落柱。

王庄矿740回风巷探测（图5）结果为：在掘进面前方、掘进面前方处都存在反射界面，在70～120m 范围内还存在一些次生的反射界面。实际揭露发现掘进头前55m处发育F237断层，断层性质为正断层，走向132°，倾向222°，倾角80°，断层落差。

图5 王庄矿断层探测结果

煤层瓦斯含量直接测定技术

瓦斯含量Q是指单位质量的煤在20℃和一个大气压条件下所含有的瓦斯量，它由可解吸瓦斯含量和残存瓦斯含量组成，单位为m3/t，其表达基准为原煤基。可解吸瓦斯含量Qm的值等于瓦斯损失量 Q1、煤样瓦斯解吸量 Q2、煤样粉碎后的瓦斯解吸量 Q3三者之和。

通过向煤层施工取心钻孔，将煤心从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封，记录取心器切割煤心到密封前的时间；然后在井下测量煤样筒中煤心的瓦斯解吸速度及解吸量，根据解吸速度和损失时间推算瓦斯损失量Q1；把煤样筒带到实验室然后测量从煤样筒中释放出的瓦斯量，与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤心瓦斯解吸量Q2；将煤样筒中的煤样装入密封的粉碎系统加以粉碎，测量在粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量（常压下），并以此计算粉碎瓦斯解吸量Q3；瓦斯损失量、煤心瓦斯解吸量和粉碎瓦斯解吸量之和就是可解吸瓦斯含量，即 Qm=Q1+Q2+Q3。然后测定煤样质量，并测定煤层残余瓦斯含量，最终求出煤层瓦斯含量。

测试系统由煤样筒、容量法测量系统、气体成分测定系统、煤样粉碎系统和钻孔取样系统等组成，见图6。利用这种方法在淮南矿业集团进行试验，并与钻屑法测定可解吸瓦斯含量进行对比，试验结果见表1。由表1 可知，取心法测定的可解吸瓦斯量精度更高。同时与巷道掘进过程中的瓦斯涌出量进行对比（见图7），显然趋势基本一致。

图6 瓦斯含量直接法测定系统

利用这种方法能够实现大面积大量测定煤层瓦斯含量资料，了解各区域的煤层瓦斯含量分布状态，以此为基础便可有效预测瓦斯灾害易发区。目前试验取样钻孔深度达到50m，随着进一步改进和扩大试验，预计能够满足煤矿生产的实际需要。

图7 瓦斯含量测定结果对比

表1 钻屑法测定与取心法测定瓦斯解吸量试验结果对比

2 高效瓦斯抽采技术

地面钻孔抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯

瓦斯抽采是预防瓦斯灾害最根本的手段，借鉴国内外一些成功的经验，结合淮南矿区的实际情况，我们对煤矿区地面钻井抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯技术进行了试验研究。

图8是地面钻井抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯的钻孔结构图，抽采采动卸压煤层内的瓦斯时，钻孔应进入卸压煤层内。在淮南矿业集团谢桥和张北矿采空区瓦斯抽采的试验结果表明，钻孔应布置在距离回风巷30m 以内，钻孔间距在200～300m之间。图9是谢桥矿抽采效果图，表2总结了淮南矿区地面钻孔抽采采空区瓦斯的流量和浓度。潘一矿的地面钻孔抽放采空区瓦斯流量为5～15m3/min，浓度为60%～85%。张北矿地面钻孔抽放采空区瓦斯流量为10～25m3/min，浓度为60%～80%。谢桥矿地面钻孔抽放采空区瓦斯流量为10～20m3/min，浓度为60%～90%。谢一矿的一个地面钻孔抽放采空区瓦斯量为4～5m3/min，浓度为50%。

表2 淮南矿区地面钻孔抽放瓦斯流量和浓度

图8 地面钻孔抽采采空区瓦斯钻孔结构图

图9 谢桥矿地面钻孔抽采采空区瓦斯效果

通过以上对淮南矿区地面钻孔抽放采空区瓦斯实施效果的归纳，可以看出：通常情况下，这些钻孔在正常工作期间，瓦斯抽放量和瓦斯浓度均较高，平均流量为15m3/min，平均瓦斯浓度为80%，抽放效果较好。当工作面推过钻孔40～100m时，钻孔瓦斯流量和浓度都增到最大值（见图10）。

图10 潘一矿地面钻孔抽放采空区瓦斯流量和浓度

井下顺煤层枝状长钻孔预抽煤层瓦斯技术

在山西大宁矿，引进澳大利亚生产的VLD-1000定向千米钻机，采用导向和纠偏装置调整钻进方向，并根据煤层强度确定排渣方式和参数。VLD定向钻机从2003年4月开始在大宁矿调试、运行，到2004年4月末的一个整年，总共钻进进尺为78484m，创下了单台VLD定向钻机在井下定向钻进的世界纪录。到2004年9月底，VLD钻机已经完成了定向钻孔160个，总进尺达到了112716m，最长的钻孔达到了1005m，有20个钻孔的长度在800m以上，钻孔布置如图11所示。

图11 大宁矿顺煤层枝状长钻孔

对不同深度钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察，将钻孔按深度分为 800m、600m、400m组。不同深度千米钻机枝状长钻孔抽采效果如表3所示。由此可以看出，钻孔深度为800m组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m组的153%，其抽采第1年、第2年及800 d的总累计抽采量是钻孔深度400m组的133%～139%；钻孔深度为600m组的钻孔总钻进长度是钻孔深度400m组的145%，其抽采第1年、第2年及800 d的总累计抽采量是钻孔深度400m组的106%～121%。随着钻孔深度的增加，钻孔的累计抽采总量也相应增加，说明增加钻孔长度对提高抽采效果是可行的。在煤矿井下实施千米钻孔后，既可大幅度减少抽采巷道工程量，并能实现大面积预抽。

钻孔在第2年末的总累计抽采量与第1年末相比增加了14%～28%，而在800 d时的总累计抽采量与第2年末的相比仅增加了1%左右。由此可得出，钻孔的合理抽采时间以1～2年为宜。

大宁矿首采面长500m、宽320m，于2003年开始实施千米钻机枝状长钻孔，钻孔间距15m左右（共计 12个孔、34个水平分支），钻孔深度为 500m左右，钻进总进尺11000m，抽采时间为年。经考察单孔平均总抽采量为。首采面的煤层气含量为14m3/min，由此计算首采面的预抽率为 ；2005年矿井煤层气涌出量为，其中抽采量为130m3/min，矿井煤层气抽采率为。

表3 不同深度千米钻机枝状长钻孔抽采效果分析表

3 瓦斯灾害监测技术

瓦斯灾害监测是及时发现瓦斯灾害隐患的关键手段，主要包括传感器技术和监控网络系统两部分。

红外瓦斯传感器技术

红外瓦斯传感器主要是利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在一确定关系，通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作，见图12。

图12 红外瓦斯传感元件

对研制的红外传感器进行的测试结果为：瓦斯浓度为0～5%之间时，最大绝对误差为，最大线性度偏离 ，平均响应时间，0～40℃温度变化时显示误差为±，为期10d稳定性试验零点漂移最大为，在淮北桃园矿试验近7个月未进行调校，误差仍然控制在要求范围之内，显然具有较好的性能。目前已开发出测量范围为0～10%和0～40%CH4的红外瓦斯传感器。

宽带监控系统

KJ90分布式网络化煤矿综合监控系统主干传输平台即采用了基于I P的工业以太网通信技术，将地面以太网技术直接延伸至煤矿井下环境，为矿井构筑了先进、可靠、标准、高速、宽带、双向的综合信息传输平台，使得矿山安全和综合自动化系统的各种监控设备、自动化过程控制设备、语音通讯设备、图像监控设备等都以IP方式接入。并与煤矿企业的Internet/Intranet整体架构实现无缝连接，如图13。

图13 宽带监控系统功能结构图

4 瓦斯灾害预警技术

瓦斯灾害的有效预防与矿井管理水平密切相关。然而，瓦斯灾害的发生具有许多相关影响因素，且这些因素都是动态变化的，单纯靠入来掌握所有相关因素的变化以及可能导致的结果是非常困难的。为此，我们开展了瓦斯灾害预警技术的研究，通过建立大量的信息数据库，并通过监控系统监测各相关影响因素的变化，利用试验研究得到的相关模型，实现对瓦斯灾害预警，并提出合理的消除瓦斯灾害隐患的建议，利用技术提升矿井安全生产的管理和决策水平。

预警系统基于ARC Infor 三维地理信息系统平台进行开发，使过程和结果具有直观性。目前，瓦斯灾害预警系统主要具备的功能有：①瓦斯赋存分析及预测；②区域煤与瓦斯突出危险性预测；③采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测；④瓦斯浓度变化实时监控与预测；⑤瓦斯爆炸危险性预测；⑥系统管理、矿图维护与输入输出等功能模块。而且随着研究的深入，不断增加功能，自学习修正模型等。图14是该系统软件的一个界面。

瓦斯地质及瓦斯赋存分析与预测

瓦斯地质及瓦斯赋存分析及预测主要是以绘制瓦斯压力等值线、瓦斯含量等值线、地质构造对煤与瓦斯突出的影响等为目标，研究基于地理信息（GIS）技术的瓦斯地质赋存状况预测方法及软件计算程序。在本系统中，主要研究开发了地质构造的维护、查询，地质单元的划分与智能识别，地质单元的瓦斯压力等值线绘制、瓦斯含量等值线绘制、等值线分布范围查询及分布图查询等功能。

图14 瓦斯压力等值线输出结果

区域煤与瓦斯突出危险性预测

区域煤与瓦斯突出危险性预测主要以绘制突出危险区域分布图为目标，其预测基础是煤矿实际测定的瓦斯压力和瓦斯含量等基本参数、地质构造、动力现象等。区域预测的方法包括瓦斯地质法、综合指标法、钻孔动力现象判断法和其他现象的综合判断法，区域预测的结果就是各个专业模块计算结果的并集。区域预测结果分为突出威胁区、突出危险区和严重突出危险区三级，结果图可以进行交互查询、打印和共享发布。

采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测

采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测主要分为采煤工作面突出危险性预测、煤巷掘进工作面突出危险性预测和石门揭煤工作面突出危险性预测三部分内容，其预测数据来源有三个方面，一是钻孔法日常突出预测数据，包括瓦斯解吸指标K1值、钻屑量S、瓦斯涌出初速度q及其衰减指标Cq等；二是工作面瓦斯涌出动态指标，包括放炮后30（60）min内瓦斯涌出变化评价指标V30（V60），监测系统监控的工作面瓦斯实时涌出变化量等；三是地质构造、日常记录的参数测定点、历史采掘状况记录、历史突出事故记录等。

瓦斯变化实时监控与预测

瓦斯监控信息来源于监测系统，预警服务器的任务是：定时从监控系统服务器读取需要的信息（主要是瓦斯浓度变化实时值），并主动传输到预警服务器上，再根据信息需求进行分类存储和显示，并通过软件界面接口提供灵活的查询和统计分析功能。

由于监控系统数据是进行瓦斯灾害动态预警的基础，所以数据采集服务器程序不但要求其自身具有稳定性、可靠性、灵活性等特征，而且对控件系统服务器不能有任何负面影响。从长远来看，需要对监控系统和预警系统的数据库服务器进行合并以减少数据存储资源的浪费和数据的集中管理。

瓦斯爆炸危险性预测

瓦斯爆炸危险性预测以矿井监测系统的瓦斯浓度实时监测数据为基础，对其进行分析处理，综合其他影响因素研究出瓦斯爆炸灾害的预警指标和方法，实现对瓦斯爆炸灾害发生的超前预警，其包括两个方面的内容：

（1）对监测系统数据库保存的三类数据进行分析和判断，实现瓦斯爆炸危险性实时预警；

（2）根据煤与瓦斯突出预警结果进行分析和判断，实现异常情况下瓦斯爆炸危险性预警。

系统管理、矿图维护与输入输出

系统管理、矿图维护与输入输出是本系统正常运行的基础。

（1）系统管理。系统管理包括本软件系统的通用参数设置、显示风格设置、用户权限设置、煤矿部门分配及员工设置、日志管理、系统配置状态诊断、数据库备份与恢复等内容，系统管理功能模块的作用是为预警系统的正常运行提供保障。

（2）矿图维护。矿图维护主要是对矿井的地图对象进行维护，包括设施设备维护、传感器维护、巷道维护、掘进工作面维护、采煤工作面维护、工作面预测测点维护、突出事故点维护、采空区维护、保护带维护、采煤阶段维护、采区维护、瓦斯赋存参数维护、地质构造维护等内容。

矿图维护模块的设计不同于传统的图形绘制方法，为了严格按照预警系统的对象关系进行对象定义，在维护地图对象时，不但要求准确地绘制矿图及其对象，还特别要求同时建立对象之间的拓扑关系及关联方法。

（3）输入输出。输入输出功能是预警系统运行和展示预警结果的主要手段。输入主要通过三种方式进行采集数据，即：日常维护输入、监测系统动态输入和历史数据分析；输出的方式有报表打印输出、报表网络发布、地图打印输出、地图网络发布等方式。

另外，系统还设计研究了灾害防治措施、专家系统知识库等内容。

5 结束语

有效预防瓦斯灾害是一项长期而又艰巨的任务，面临的技术难题将越来越复杂。本文介绍的技术是这些年的一些研究进展情况，部分技术仅在部分矿区进行过试验，达到大面积推广还需要一个过程。尤其是瓦斯灾害的预警技术，目前更主要的是搭建了一个平台。通过“十一五”的科技攻关、国家973、国家自然科学基金等项目的研究，进一步建立和完善预警模型，筛选和完善实用预防技术，并通过现场的试推广应用和自学习不断修正，使之具备涉及瓦斯灾害动态预警所必需的实用软硬件技术，真正为提升煤矿安全水平起到中坚作用。

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 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 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，南北倾斜宽，面积，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～，平均煤厚，属中～厚煤层，二1煤地质储量2028×104t，可采储量×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～，煤层瓦斯压力～3MPa，煤的瓦斯放散初速度（∆P）为11～46，平均，煤的坚固性系数（f）为～，平均，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。瓦斯含量每百米增加。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

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。

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×108m3，可抽瓦斯量为×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。

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。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。

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。

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。

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。

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×。

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

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。

经济效益评价

崔庙煤矿可抽出二1煤层瓦斯资源量×108m3，若将抽出瓦斯的60%加以利用，可利用瓦斯资源量×108m3，可实现销售收入31374万元，崔庙矿服务年限为年，瓦斯抽放生产周期按20年计算，投入开发后内部收益率为，大于基准收益率12%，投资回收期年，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×108m3，其中可抽出瓦斯资源量为×108m3，年平均可抽采资源量为×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

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一、煤炭工业发展现状煤炭是我国重要的基础能源和重要原料，煤炭工业的发展支撑了国民经济的快速发展。在20世纪50年代和60年代，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占90％和80％以上，2004年煤炭所占的比例分别为和。（一）改革开放以来煤炭工业取得显著成绩1．煤炭产量持续增长全国原煤产量由改革开放初期的6亿吨左右提高到2004年产量亿吨，增长2倍多，处于历史最高水平，为我国国民经济发展提供了能源保障。2．生产水平大幅度提高大中型煤矿机械化水平、单产、单进、原煤工效，都逐年增高。建成了一批国际领先、高产高效矿井，初步建全了技术、设计、制造、培训比较完整的技术保障体系。3．产业结构调整取得重大进展政企分开迈出重大步伐，大多数国有大中型煤炭企业开始建立现代企业制度。一些企业开始了跨地区、跨行业的产业联合，煤、电、化、路、港、航产业链开始形成，一批劣势企业退出市场。4．行业整体效益不断增加在经历三年严重的经济困难后，2001年煤炭行业开始走出低谷，呈现恢复性增长。2002年后步入快速增长周期，经济运行质量不断提高。2004年全国规模以上煤炭企业补贴后实现利润达418亿元。（二）行业主要特点1．煤炭是资源性行业煤炭是不可再生的资源。煤矿的寿命取决于其所拥有的煤炭储量。我国大多数煤矿远离城市和经济发达地区、社会负担重，经济基础差。地区条件不一，煤炭企业发展不平衡性在行业中十分突出。2．煤炭是高危行业因煤矿生产条件所限，从历史上看，在各国工业部门中，煤矿的事故死亡率是最高的。我国煤矿95%生产能力是井工开采。高瓦斯和双突矿井占全国煤矿矿井总量的1/3，90％矿井有煤尘爆炸危险性。随着开采深度增加，影响安全生产因素愈来愈多，条件愈来愈复杂。3．煤炭是投资高风险行业煤矿开采环节复杂，矿井建设投资大，周期长，见效慢，煤炭市场不确定因素多。因此，从建井到生产，经营风险大，多数煤炭企业产业结构上的问题影响了企业市场适应能力和抗灾能力。4．煤炭是为国民经济发展做贡献的行业煤炭属于初级产品，煤矿的效益向后续加工工业传递和辐射。单一的产品结构，企业经济效益难以提高，我国煤炭开采的价值和效益体现在后续产业和对国民经济发展的支撑作用。二、煤炭工业面临的主要挑战（一）资源保障问题我国煤炭品种齐全、资源比较丰富，但资源勘探程度低，经济可采储量和人均占有量较少，资源破坏和浪费严重，生态环境和水资源严重制约煤炭资源的开发。我国煤炭资源区域分布不均衡。秦岭、大别山以北，煤炭储量占全国总储量的，其中晋、陕、蒙三省（区）占全国的65%。资源保证程度低。截止2000年末，我国尚未利用的精查储量约为600亿吨，目前可供大中型矿井利用的精查储量仅300亿吨左右。据估算，到2020年，煤炭精查储量需增加约1250亿吨。当前我国资源破坏和浪费严重。部分煤炭企业存在着"采厚弃薄"、"吃肥丢瘦"等浪费资源现象，全国煤矿平均资源回收率为30%～35%左右，资源富集地区的小型矿井资源回收率只有10%～15%。我国适合建设大型煤炭基地的整装煤田，随意被分割肢解现象严重。（二）煤矿生产能力与技术结构问题1．煤矿生产技术水平低全国采煤机械化程度仅为42％，除部分国有大矿之外，大多数煤矿生产技术水平低，装备差，效率低。特别是乡镇煤矿，基本上是非机械化开采。2004年乡镇煤矿产量仍占我国煤炭总产量的39％，在资源消耗和人员伤亡上，已付出了很大的代价。2．部分煤矿超能力生产据调查分析，2003年国有煤矿的亿吨产量中，属于超能力和无能力矿井生产的煤炭约为亿吨，占国有煤矿产量的13%。煤矿超强度超能力生产满足了国民经济发展对煤炭的需求，但其造成的负面影响，一是缩短煤矿开采年限，二是威胁煤矿安全生产。3．大中型煤矿煤炭供给能力不足据预测，我国现有生产煤矿和在建煤矿的合计生产能力到2010年和2020年分别为亿吨和亿吨。要实现煤炭产需平衡，需要再建设一批新井和扩大现有煤矿的生产能力，预计到2010年和2020年分别需要再增加生产能力亿吨和亿吨。（三）行业结构与企业发展问题1．煤炭产业集中度低2004年我国前8家煤炭企业市场集中度为，远低于世界其它主要产煤国家。2．煤炭企业负担过重煤矿企业税负比1994年税制改革前提高了6个百分点；2003年，煤炭行业支出铁路建设基金约100多亿元；国有重点煤矿企业办社会问题突出，地方政府接收困难，原国有重点煤矿办社会年净支出60亿元。2004年末，原国有重点煤矿在职人员257万人，由于所在地区社会承受能力弱，难以减人提效。部分煤矿资源枯竭，生产能力下降，生产成本上升，富余人员、工伤抚恤人员多，转产困难。3．煤矿企业效益差、职工收入低2004年原中央财政煤炭企业补贴前亏损面仍高达48%，补贴后仍有6%的企业亏损。2004年原国有重点煤矿在岗职工平均收入16812元，低于全国平均水平。（四）煤矿安全与矿区环境治理问题1．煤炭安全形势严峻2004年煤矿共死亡6027人，百万吨死亡率为，显著高于世界其它主要国家。如美国为，波兰；大多数煤矿生产和安全技术装备落后，防灾抗灾能力差，重大、特大事故频繁发生。2004年共发生死亡10人以上特大和特别重大事故42起，死亡1008人。2．矿区环境治理问题矿井生产中排放的煤矸石约占原煤产量的8～10%，现已累计堆存煤矸石30多亿吨，占地超过15万亩。矿区地面塌陷、煤田自燃火灾、部分煤矸石自燃、煤矿瓦斯排放对生态环境构成严重影响。煤矿开采每年排出地下水约22亿立方米，我国西北部主要煤炭产区，煤炭开采加剧了水资源的匮乏，对矿区生态环境造成影响。井下煤层气年抽出量约100亿立方米，90％直接排放到大气中。（五）煤炭运输与燃煤污染问题1．煤炭运输制约我国煤炭资源主要分布在西北部，而煤炭消费重心在东南部，形成了"北煤南运、西煤东调"的格局，运输距离长，运输费用高，影响煤炭供应能力和市场竞争力：铁路运力不足的问题将长期存在；港口吞吐能力满足不了需要；公路长距离运输成本过高。2．煤炭消费与环境保护问题煤炭在利用过程中将产生大量的污染物和温室气体。特别是煤炭的不合理利用，排放了大量烟尘和有害气体，严重污染环境。随着煤炭消费量的增加，环境保护压力将越来越大。我国酸雨覆盖区已扩大到约占国土总面积的30%，SO2排放的75%以上来源于燃煤。2003年SO2排放总量增加至2158万吨，酸雨污染加重。2003年燃煤总量增加，烟尘排放总量增加至1047万吨。我国CO2排放量目前居世界第二位，CO2的排放约80%来自煤炭燃烧。三、煤炭工业发展的战略对策通过优化结构、合理开发利用，保障煤炭长期稳定供给，促进煤炭行业健康、协调、可持续发展。煤炭是我国重要的基础能源和重要原料，是不可再生的矿产资源。煤炭生产是高危险性和高风风险的行业，要把节约资源、保障安全和保护环境放在重要的位置，合理开发利用，以保障煤炭长期稳定供给。煤炭行业必须淘汰技术落后的粗放型生产方式，走新型工业化道路，国家应制定长远战略对煤炭资源实行保护性开采和利用。优化行业结构。我国煤炭产业集中度仍然很低，具备安全生产条件的煤矿生产能力不足，必须抓好大型煤炭基地建设，培育和发展大型煤炭企业集团。煤炭是艰苦和危险的行业，必须改善行业的发展环境，以吸引投资和人才。优化生产技术结构，进一步用先进适用技术改造和提升煤炭工业。要搞好新井建设和现有矿井技术改造，建设高产高效矿井，促进产业升级，实现煤矿生产技术装备的现代化；要全面提高煤矿开采技术水平，支持大型煤炭企业通过收购、兼并、联合、重组方式改造中小煤矿；要逐步淘汰资源回收率低、安全条件差的落后生产技术，支持依法生产的小煤矿，通过技术改造，实现有序健康发展。优化产品结构，提高煤炭及煤炭行业的竞争力。发展和推广应用洁净煤技术，通过煤炭高效洁净利用技术，减少煤炭利用过程中的污染物和温室气体排放，提高煤炭的竞争力；通过煤炭加工和转化延长煤炭产品的产业链，拓展煤炭市场。（一）培育和发展大型企业和企业集团通过市场引导和政府推动，积极培育和发展跨地区、跨行业、跨所有制、跨国经营、亿吨级以上的大型企业集团。这些企业集团国内市场占有率将达到60%以上，成为商品煤供应基地、出口煤基地、煤炭深加工基地和市场投资主体。鼓励煤炭企业发展相关产业。支持煤电联营，鼓励煤炭与电力企业联合建立坑口电厂；支持煤炭企业与冶金、化工和建材行业实现上下游产业的联营。（二）建设大型煤炭基地根据国务院"重点支持大型煤炭基地建设，促进煤电联营，形成若干个亿吨级煤炭骨干企业"的决策，结合煤炭开发布局，选择煤炭资源条件好，具有发展潜力的矿区作为大型煤炭基地。抓好基地内主要矿区的新井建设和现有矿井技术改造，提高大型煤炭基地产能比重。建设大型煤炭基地，提高大中型煤矿的技术水平和生产能力，保障煤炭长期稳定供给。13个大型煤炭基地，现有煤矿生产能力8亿吨，预计2010年达到15亿吨，2020年达到18亿吨。（三）建设高产高效矿井、全面提高煤矿开采技术水平大力发展综合机械化采掘技术，推进高产高效煤矿建设，实现煤矿高效、安全、洁净开采。建设一批大中型现代化矿井；对现有大中型矿井进行技术改造；联合改造小煤矿，全面提高煤矿开采技术水平和资源采出率。我国煤矿采煤机械化程度仅为42％，小型煤矿采煤方法和采煤工艺必须进行改革，要逐步淘汰和禁止非正规采煤方法和落后的采煤工艺，大力推广机械化采煤技术。（四）建立煤矿安全长效机制提高安全生产准入门槛。目前乡镇小煤矿产量仍占我国煤炭总产量的39%，乡镇小煤矿生产保障了我国煤炭需求的供给，但在资源消耗和人员伤亡上，付出了很大的代价。必须建立严格的煤炭开采准入制度，逐步淘汰安全条件差的落后煤矿。加大煤矿安全投入。国家继续对煤炭行业特别是煤矿安全给予必要的政策支持，重点支持大中型煤矿技术改造。在规范煤矿维简费管理的基础上，严格安全费用提取和使用，加大煤矿安全生产设施投入。加大监察执法力度。加强对各类煤矿的安全监察，依法惩处违法违规现象，做到有法必依，执法必严，违法必究。在2010年前，全国煤矿百万吨死亡率力争从2004年的降到以下，其中大型煤矿为以下。（五）加强煤炭开发的资源保障增加煤炭资源勘查投入。要建设大型煤矿和煤炭基地，应为煤炭资源勘探的投入创造良好的环境。加强资源管理。资源勘探开发登记、矿业权设置必须符合煤炭开发规划和矿区总体规划。国家要控制大型矿区勘查开发规划的审批。提高煤炭资源利用率。制定可行的管理措施和经济政策，激励企业珍惜煤炭资源，不断提高资源回收率。（六）大力开发和推广洁净煤技术洁净煤技术可使煤炭成为高效和比较洁净利用的燃料，是中国能源可持续发展的现实选择，包括四个部分，即煤炭加工技术、燃烧技术、煤炭转化技术和开发利用中的污染控制技术。中国已成为世界煤炭焦化生产、消费及贸易大国。通过气化、液化等转化技术，生产替代石油的发动机燃料和化工产品，如乙烯、丙烯等。大力发展现代化高效燃煤发电技术，改变我国终端能源的消费结构，减少煤炭直接燃烧造成的污染和温室气体排放，保障能源供给和安全。（七）资源综合开发与环境保护开发煤层气资源。依托资源和政策优势，当前以地面开发与煤矿井下瓦斯抽放相结合，实现煤层气开发产业化，变废为宝、变害为利。做好水资源保护与矿井水利用，矿区土地复垦与环境保护，控制煤矸石的产出量，提高煤矸石的综合利用率。（八）关注煤炭行业发展的深层次问题1．提高煤炭运输能力加快铁路运煤通道建设，提高煤炭运输能力；放开铁路运输价格，取消计划内外双重价格；尽快取消铁路建设基金。2．切实减轻煤炭企业税收负担借鉴国外主要采煤国家经验，制定符合煤炭工业发展规律的税收政策体系，公平税负。按照国务院1994年确定的"既要建立新的增值税机制，又要照顾煤炭行业的实际困难，不增加国有重点煤炭企业的税负水平，保持1993年的税负的原则"，调整煤炭税收政策。3．加快分离企业办社会职能加快企业主辅分离，分离企业办社会的职能，努力拓宽就业渠道，做好煤矿及矿区人员的再就业工作。4．建立和完善煤矿准入和退出机制规范煤矿准入标准，建立和完善勘探开发资质认证制度，提高资源开发、土地利用、环境保护准入门槛，减少煤矿数量，提高产业集中度。坚决关闭开采方式落后和不符合基本安全生产条件的小煤矿，严厉打击非法开采现象，保障安全生产。解决煤矿衰老报废的转产、人员安置等问题，鼓励和引导企业调整产业结构，发展替代产业，为其生存和发展创造良好的外部条件。5．科学界定煤炭产业地位参照国际的有关做法，可将煤炭行业划入第一产业范围，制定相关法律、法规和与其产业地位相适应的财政、税收、金融、投资政策。6．建立煤炭价格形成机制政府应考虑煤炭资源、环境治理、煤矿安全、煤矿衰老报废等成本因素，制定合理的煤炭指导价格；鼓励煤炭企业积极与发电企业协商确定电煤价格，签订中长期合作协议。7．稳定煤炭进出口政策要从有利于煤炭工业长远发展出发，按照世界贸易组织规则，依据资源和市场需求，调整煤炭产品的进出口结构，加强出口煤基地建设，稳定出口份额。