工作面瓦斯抽采技术的最优方案

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1、1绪论1.1研究背景及意义煤炭是我国的主体能源和重要资源，国民经济的快速发展，对煤炭的需求日益增加，然而伴随着煤炭的高强度开采，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯事故也频繁发生。由表1-1可分析出在我国矿井中，高瓦斯矿井和突出矿井占比例较大，因而瓦斯问题更加严峻。2000年，我国原煤产量由关井压产前的13亿t降至10亿t，煤炭生产死亡5798人，百万吨死亡率为5.8，是俄罗斯的12倍，印度的16倍，美国的182倍。瓦斯灾害是造成我国煤矿灾害事故严重的主要原因。2000年，我国煤矿共发生一次死亡3～9人重大事

2、故367起，共计死亡1694人，其中，瓦斯事故267起，死亡1281人，分别占3～9人重大事故起数的72.75％、死亡人数的75.62％；发生一次死亡10人以上的特大事故75起，死亡1398人，其中，瓦斯事故69起，死亡1319人，分别占10人以上特大事故起数的92.00％、死亡人数的94.35％[1]。由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下，特别是煤矿重大及特大瓦斯灾害事故的频发，不但造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉。由下图1.1和图1.2

3、可知，我国已度过了事故高发期，随着近年来安全投入力度增大，煤矿安全事故总体呈下降趋势，2011年煤矿事故死亡人数达到了1973人，2012年降至1384人。不难看出，煤矿事故中，瓦斯事故为主要灾害[2]。瓦斯灾害已成为制约高效开采和安全生产的最重要因素。对于高瓦斯以及瓦斯突出矿井，单纯采用通风的方法难以把工作面的瓦斯浓度控制在允许的范围内，因此，强化瓦斯抽采才是防止瓦斯灾害事故最有效的途径。表1-1瓦斯矿井数量和比例矿井瓦斯等级国有重点煤矿年产量大于3000吨国有重点煤矿总计数量比例数量比例数量比例瓦

4、斯矿井33855.697346.4131148.5高瓦斯矿井16426.893844.8110240.8突出矿井10717.61848.829110.7总计609100.02095100.02704100.0图1.12001-2012年煤矿事故死亡人数图1.22001-2012年煤矿事故统计分析在过去的二十年里，我国煤炭科学技术取得了前所未有的突破。与此同时，伴随着现代化、科技化、机械化、自动化和大强度煤炭开采规模的不断扩大，导致了整个矿井的采动空间和开采范围剧增，使得回采工作面以及采空区的瓦斯呈现出

5、高强度、高速率、大体积和非均匀式的涌出特点，同时更增大了有关专家对各种煤矿瓦斯灾害防治的难度系数。为满足国内企业对煤炭与日俱增的需要，保证我国经济快速、稳定的发展，很多煤矿企业开始引进国外先进的生产设备，不断进行技术革新，特别是在高效率、高产量的集约化生产和综合采煤工艺方面取得了前所未有的跨越式进步。取得可喜成绩的同时，我们也看到了我国煤矿瓦斯安全高效抽采技术的发展速度缓慢，仍旧远远落后于全国煤炭产量的提高速度，这就给煤矿安全生产工作埋下了重大的隐患。矿井瓦斯对煤矿安全生产工作的突出性危害有三个大方面

6、：爆炸、突出和窒息。特别的，煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故不仅能对矿井巷道设施造成巨大的毁坏（如井巷垮塌），而且常常会导致矿井火灾、水灾和煤尘爆炸等二次、甚至多次矿井灾害事故的连续发生。更严重的是，此类事故会造成大量煤矿工人的伤亡和难以估计的财产损失。统计表明[2]，我国高瓦斯矿井和有瓦斯突出危险的矿井占到了全国矿井总数量的30%左右，而重、特大恶性瓦斯事故的高发生频率并没有得到根本性的解决，这将严重阻碍着未来我国煤矿安全生产工作的顺利进行。因此，煤矿瓦斯抽采工作，势在必行。煤矿瓦斯抽采是减少矿井瓦斯

7、涌出量的重要途径之一，对于矿井瓦斯灾害事故的防治具有重要的作用[3-4]。首先，采取瓦斯抽采的办法能够有效地解决井下瓦斯浓度超限问题，提高煤矿开采过程中的安全性。当对井下进行瓦斯抽采之后，采空区瓦斯涌出量将会降低70%以上，同时还能大大降低井下通风成本费用。瓦斯抽采另一个好处是变害为利，瓦斯在严重影响煤矿安全的同时，瓦斯又是一种重要的矿物能源，每立方米瓦斯的燃烧热为3.7×107J，相当于1～1.5kg烟煤[9]，人们可以对抽采出的瓦斯进行合理利用，为我国的工业生产和人民生活服务，取得较好的社会和经济

8、效益。1.2国内外瓦斯抽采研究现状1.2.1国内研究现状下面从瓦斯抽采量、瓦斯抽采率、瓦斯抽采方法、瓦斯抽采存在的问题等四个方面介绍国内煤矿瓦斯抽采现状。①瓦斯抽采量：近年来，我国也开始重视对煤层气的开发和利用，煤矿井下瓦斯抽采从少到多，据统计[12]，2000年我国煤矿建立了地面永久瓦斯泵站的矿井有141个，年抽采量达8.67亿m³。2002年，国家煤矿安全监察局制定了“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿瓦斯防治方针，强化了瓦斯抽采治理瓦斯灾害的地位