煤矿瓦斯抽采技术研究及应用

发布时间：2017-05-23 06:27

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【摘要】：煤矿瓦斯事故是最严重的矿井自然灾害之一,它也是长期制约着我国乃至全世界煤矿安全生产工作的“瓶颈”。近年来,尽管国内外专家、学者对其防治工作进行了较为深入的研究和探索,并取得了很大的技术突破,但由于实际生产过程中影响煤矿瓦斯赋存、分布、涌出、运移和流动规律的因素较多(如煤吸附常数、煤层孔隙率、煤层瓦斯压力、煤层透气性系数、煤的变质程度、煤层厚度、煤层埋深、采动裂隙的大小、上覆基岩厚度和水文地质条件等),想要准确得到矿井瓦斯的分布和运移规律、预测矿井瓦斯涌出量和定位合理有效的瓦斯抽采钻孔位置都存在一定难度。 本文通过大量了解国内外相关文献资料和规范规程,在借鉴、归纳和总结前人对瓦斯抽采技术研究的基础之上,依据所要研究矿井的实际情况,通过基础理论分析、建立数学模型,实验室模拟和现场实际测定等手段：首先分析了矿井瓦斯地质赋存和分布特征、影响瓦斯涌出因素和煤层瓦斯受采动影响后的运移规律等方面问题。其次建立了具有连续性和动态特征的煤矿瓦斯涌出量分源预测数学模型,即综采工作面瓦斯涌出量预测模型(开采层瓦斯涌出量和邻近层瓦斯涌出量)、掘进工作面瓦斯涌出量预测模型(煤壁瓦斯涌出量和落煤瓦斯涌出量)和采空区瓦斯涌出量预测模型。经计算,初步预测出所研究煤矿生产初期的绝对瓦斯涌出量为91.66m~3/min。再次,通过对多种瓦斯抽采方法的比较,确定了同时运用本煤层抽采(掘进面边掘边抽、回采面预抽和边采边抽)和采空区抽采(老采空区全封闭抽采、高位钻孔抽采和采空区上隅角插管抽采)两种瓦斯抽采技术方案,建立了完整的矿井瓦斯抽采技术体系。预计被研究煤矿的瓦斯抽采量为43.4m~3/min左右(本煤层抽采、采空区抽采、掘进工作面抽采三者抽采量之和),其年抽采量为20.62Mm~3/a左右。最后,鉴于煤矿瓦斯是一种成本低、质量高的清洁能源,且被研究矿井的瓦斯抽采量为43.4m3/min,矿井瓦斯抽采率约为47.3%,符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026-2006)标准的要求,确定了其瓦斯抽采的工业、民用和发电利用方案。
【关键词】：煤矿瓦斯 赋存运移规律 涌出量预测 相似模拟 抽采技术
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 选题背景和研究意义11-14
• 1.1.1 选题背景11-13
• 1.1.2 本课题的研究意义13-14
• 1.2 国内外瓦斯理论、技术研究、抽采现状和发展趋势14-19
• 1.2.1 瓦斯的理论研究现状14-16
• 1.2.2 瓦斯抽采技术研究现状16-17
• 1.2.3 瓦斯抽采情况现状17-18
• 1.2.4 抽采和利用的未来发展趋势18-19
• 1.3 本文的主要研究目的、内容、方法和技术路线19-23
• 1.3.1 研究的主要目的19
• 1.3.2 研究的主要内容19-20
• 1.3.3 研究的主要方法20-21
• 1.3.4 研究的技术路线21-23
• 第二章 煤层瓦斯运移的理论基础23-39
• 2.1 瓦斯在煤体中的赋存规律23-28
• 2.1.1 引言23
• 2.1.2 煤体的基本结构特征23-24
• 2.1.3 瓦斯的构成及其物理特性24-25
• 2.1.4 煤体中瓦斯的赋存规律25-28
• 2.2 多孔介质的概念及特征28-30
• 2.2.1 基本概念28
• 2.2.2 基本特征28-30
• 2.3 煤层瓦斯的基本运移规律30-35
• 2.3.1 瓦斯在煤层中运移的基本参数31-33
• 2.3.2 瓦斯在煤层中的运移规律33-35
• 2.4 上履煤、岩层采后卸压和采动裂隙分布特征规律研究35-38
• 2.4.1 履岩分带和分区的依据35-37
• 2.4.2 履岩的基本划分情况37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 矿井瓦斯涌出规律分析及预测研究39-61
• 3.1 矿井的基本情况39-44
• 3.1.1 位置与交通39
• 3.1.2 地形地貌、河流及气候39
• 3.1.3 井田地质39-40
• 3.1.4 煤层与煤质40-42
• 3.1.5 矿井开拓与开采42-44
• 3.2 影响瓦斯涌出的主要因素44-47
• 3.2.1 矿井地质构造方面44-45
• 3.2.2 煤炭采掘方面45-46
• 3.2.3 客观自然条件方面46-47
• 3.3 瓦斯涌出源头的涌出规律47-48
• 3.3.1 煤体的瓦斯涌出规律47
• 3.3.2 采落煤的瓦斯涌出规律47-48
• 3.3.3 上、下邻近层瓦斯涌出规律48
• 3.4 矿井瓦斯涌出的数学预测模型48-52
• 3.4.1 煤壁瓦斯涌出量48-49
• 3.4.2 采落煤瓦斯涌出量49-50
• 3.4.3 采空区内残煤的瓦斯涌出量50-51
• 3.4.4 邻近层瓦斯涌出量51
• 3.4.5 综采工作面瓦斯涌出量51-52
• 3.5 矿井瓦斯涌出量预测52-59
• 3.5.1 矿井瓦斯基础参数52-53
• 3.5.2 矿井瓦斯储量53-54
• 3.5.3 矿井瓦斯涌出量预测54-59
• 3.6 本章小结59-61
• 第四章 采空区瓦斯运移规律模拟实验61-67
• 4.1 相似模拟实验的目的和意义61-62
• 4.1.1 实验原因61
• 4.1.2 付家焉矿采空区瓦斯来源分析61-62
• 4.2 采空区瓦斯运移规律的相似模拟实验62-66
• 4.2.1 基本概念62
• 4.2.2 理论基础62-63
• 4.2.3 实验的可靠性63-64
• 4.2.4 实验办法64-65
• 4.2.5 实验数据分析65-66
• 4.2.6 实验结论66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 矿井瓦斯抽采技术应用研究67-89
• 5.1 矿井瓦斯抽采必要性及可行性67-69
• 5.1.1 矿井瓦斯来源分析67
• 5.1.2 瓦斯抽采必要性67-69
• 5.1.3 抽采瓦斯的可行性69
• 5.1.4 抽采系统的建立69
• 5.2 瓦斯抽采方法的确定及应用69-83
• 5.2.1 选择瓦斯抽采方法的原则69-79
• 5.2.2 瓦斯抽采效果79-80
• 5.2.3 抽采效果评价及服务年限80-82
• 5.2.4 抽采施工设备、检测仪表及施工量82-83
• 5.3 瓦斯抽采安全技术措施83-85
• 5.3.1 抽采系统安全措施83-84
• 5.3.2 抽采泵站安全措施84-85
• 5.4 环境保护与瓦斯综合利用85-88
• 5.4.1 环境保护85
• 5.4.2 瓦斯综合利用85-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 结论及展望89-91
• 6.1 主要结论89-90
• 6.2 未来研究工作展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 攻读硕士学位期间的主要科研成果96
• 作者简介96

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 高贯金;张文闯;;本煤层瓦斯抽放钻孔优化布置[J];现代矿业;2012年09期

2 朱爱峰;;边掘边抽在掘进工作面的应用试验和效果分析[J];中国新技术新产品;2012年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杨永生;低透气性松软煤层瓦斯抽采技术研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

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本文编号：387067