瓦斯抽采與利用方案

1、 .PAGE1 / NUMPAGES26第十三章瓦斯抽采與利用方案第一節(jié)瓦斯抽采一、礦井瓦斯災害程度與抽采的必要性（一）礦井瓦斯災害程度根據(jù)勘探地質(zhì)報告與1煤層瓦斯含量等值線示意圖，礦井可采煤層為1煤層，1煤層瓦斯含量一般1319 ml/gr，在鉆孔N21-3局部瓦斯含量大于19 ml/gr。本礦井1煤層瓦斯含量普遍偏高，瓦斯成分以沼氣為主。經(jīng)預測，礦井絕對瓦斯涌出量47.35m3/min，相對瓦斯涌出量46.79m3/t，1工作面絕對瓦斯涌出量20.48m3/min，相對瓦斯涌出量22.27m3/t，本礦井瓦斯涌出量較大。本礦井按煤與瓦斯突出礦井進行設計，1煤層煤與瓦斯突出危險性較大。（二）

2、瓦斯抽放的必要性從以下幾個方面來分析本礦井瓦斯抽采的必要性。1、從煤層瓦斯含量和瓦斯涌出量的大小來看根據(jù)勘探地質(zhì)報告，煤層瓦斯含量大，經(jīng)預測，+50m水平礦井最大絕對瓦斯涌出量為47.35m3/min，相對瓦斯涌出量為46.79m3/t，1煤層工作面最大絕對瓦斯涌出量為20.48m3/min，相對瓦斯涌出量為22.27m3/t。按煤礦安全規(guī)程第145條規(guī)定，本礦井必須建立瓦斯抽采系統(tǒng)。2、從工作面需風量和最大通過風量來看本礦井1煤層為中厚煤層，工作面采高1.91m，有效過風斷面不大，工作面稀釋瓦斯所需風量大于工作面的實際通過能力，如不考慮本煤層預抽和采空區(qū)抽放，難以保證工作面瓦斯不超限。因此，

3、為保證安全生產(chǎn)，確保保護層工作順利推進，必須抽放。3、從防突的角度本礦井按煤與瓦斯突出礦井設計，煤層瓦斯含量普遍較高，1煤層煤與瓦斯突出危險性大，在開采1煤層前先預抽本煤層瓦斯，解除1煤層的煤與瓦斯突出的潛在威脅，同時可以有效地解決1煤層開采時采掘工作面與回風巷等處瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，降低瓦斯爆炸的風險，因此從井下安全的角度考慮，也有必要進行瓦斯抽采。4、從資源利用和環(huán)保的角度看據(jù)初步估算，本井田的瓦斯儲量約821Mm3，可抽瓦斯量約410.5Mm3，礦井瓦斯資源非常豐富。抽出的瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的能源，用途較廣。同時又減少礦井瓦斯排放量，減輕溫室效應，達到保護礦區(qū)環(huán)境的目的。因此，從資

4、源利用和環(huán)保的角度看也有必要進行瓦斯抽采。二、煤層瓦斯抽采基本參數(shù)（一）煤層瓦斯含量在本井田圍對1煤層鉆孔中采瓦斯樣12 件，瓦斯壓力測試6 層次，對3 層次煤芯樣進行瓦斯突出參數(shù)測試。區(qū)背斜軸部與東翼瓦斯含量高，西翼瓦斯含量較低。根據(jù)地質(zhì)報告提供的1煤層瓦斯含量等值線示意圖，瓦斯含量一般為1319 m3/t。測得煤層瓦斯含量普遍較高，瓦斯自然成分中以沼氣為主，其次為H2、N2、C2 C6、CO2所占百分比很小。井田位于華鎣山背斜北端，是井田的主體構造，東翼地層傾角在1545，西翼地層傾角在1050。區(qū)未發(fā)現(xiàn)有次級小褶曲，地表未見斷層，鉆孔中有隱伏斷層4 條，對煤層有一定的破壞作用，故構造復雜

5、程度屬中等偏簡單?？碧絽^(qū)為一近似對稱背斜，按常規(guī)煤層中的瓦斯一般應沿傾斜面由深部向淺部運移，在傾向上瓦斯含量應由淺至深逐漸增高，在走向同標高點的瓦斯含量應大致相等。但在勘探區(qū)出現(xiàn)了異常區(qū)，位于西翼焦煤區(qū)的N20-3 瓦斯中CH4 含量低于平均值，僅為9.86 m3/t，N21-2、N21-5 瓦斯壓力值分為1.80MPa、1.56 MPa，遠低于軸部與東翼的瘦煤區(qū)。影響該區(qū)瓦斯賦存和導致異常的主要地質(zhì)因素為煤層的變質(zhì)程度。地質(zhì)報告中提供的瓦斯含量需要在生產(chǎn)實踐中進一步檢驗。（二）煤層瓦斯壓力根據(jù)地質(zhì)報告，勘探的 6 個鉆孔進行了瓦斯壓力的測試，壓力值為1.565.07MPa，平均值1.79 M

6、Pa。區(qū)瓦斯壓力在背斜兩翼與軸部均有一定的變化，在軸部與東翼瓦斯壓力值為2.205.07MPa，在背斜西翼瓦斯壓力值均在2 MPa 以下。根據(jù)煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)(MT 637-1996)，當瓦斯壓力大于0.74MP時，煤層有突出危險。（三）煤層瓦斯吸附常數(shù)在地質(zhì)勘探期間，未采樣進行工業(yè)分析，也未提供各煤層瓦斯吸附常數(shù)a、b值、各煤層孔隙率、瓦斯放散初速度和煤的堅固性系數(shù)等參數(shù)。有待于在下一步工作中補充完善。（四）煤層透氣性系數(shù)地質(zhì)報告未提供各煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔自然瓦斯涌出量與其衰減系數(shù)等參數(shù)。有待于在下一步工作中補充完善。三、礦井瓦斯儲量（一）礦井瓦斯儲量根據(jù)煤礦瓦斯抽采規(guī)（AQ10

7、27-2006），礦井瓦斯儲量系指煤田開發(fā)過程中，能夠向開采空間排放瓦斯的煤巖層賦存的瓦斯總量，包括可采煤層、不可采煤層以與圍巖中所賦存的瓦斯，其計算公式如下：WkW1 + W2 + W3式中：Wk礦井瓦斯儲量，Mm3；W1可采煤層瓦斯儲量總和，Mm3；W1A1iX1iA1i每一可采煤層的煤炭儲量，Mt；X1i每一可采煤層的瓦斯含量，m3/t；W2采動影響圍不可采鄰近層的瓦斯儲量總和，Mm3；W2A2iX2iA2i可采煤層采動影響圍每一不可采煤層的煤炭儲量，Mt；X2i可采煤層采動影響圍每一不可采煤層瓦斯含量，m3/t；W3圍巖瓦斯儲量，Mm3；W3K（W1 + W2）K圍巖瓦斯儲量系數(shù)，一般

8、取K=0.050.20；根據(jù)地勘報告，本礦井可采煤層僅有1煤層，煤炭地質(zhì)儲量為43.351Mt?？刹擅簩油咚箖α靠偤蜑?14Mm3。根據(jù)地勘報告，龍?zhí)督M地層均含23層煤層（線），除1煤層可采外，其余均為煤線，厚度很薄，地勘報告未提供各不可采煤層煤炭儲量，更未提供不可采煤層瓦斯含量，本次設計將其視同圍巖。根據(jù)相關規(guī)，圍巖瓦斯儲量K取0.15，圍巖瓦斯儲量107Mm3。故本井田瓦斯儲量總和為：W3714 + 0 + 107 =821Mm3（二）礦井瓦斯可抽量可抽瓦斯量系指礦井瓦斯儲量中在目前的開采條件和技術水平下能被抽出來的瓦斯量。采用下式計算：WcWkK式中：Wc礦井可抽瓦斯量，Mm3；Wk礦井

9、瓦斯儲量，Mm3；K礦井瓦斯抽采率，%；因地質(zhì)報告未提供各煤層透氣性系數(shù)、百米鉆孔自然瓦斯涌出量與其衰減系數(shù)等參數(shù)，根據(jù)煤層賦存條件和煤層結構與裂隙發(fā)育情況，并結合鄰近礦井抽采情況，本礦井1煤層屬于可以抽采煤層，抽采方式1煤層預抽為主，采空區(qū)抽采為輔，所以取礦井瓦斯抽采率K=50%，則礦井瓦斯可抽量為：Wc82150% =410.5Mm3四、礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的選擇對于礦井瓦斯抽采系統(tǒng)一般分為地面鉆井抽采系統(tǒng)、礦井地面集中抽采系統(tǒng)和井下臨時抽采系統(tǒng)。目前世界上主要產(chǎn)煤國對煤層氣資源化開發(fā)利用程度較高，主要方法是地面鉆井開采。美國自20世紀70年初首先利用地面鉆井的方法開發(fā)煤層氣資源獲得成功；澳大

10、利亞目前廣泛應用地面采空區(qū)垂直鉆孔抽采技術；德國1992年開始應用地面鉆井技術開發(fā)魯爾煤田的煤層氣；英國煤層滲透率低，目前正在研究低滲透率瓦斯的開發(fā)技術。我國地面鉆井抽采瓦斯的開發(fā)仍處于勘探試驗階段。白沙、等礦區(qū)曾在20世紀70年代打了40多個地面鉆孔，并實施鉆孔水力壓裂等措施抽采瓦斯，但產(chǎn)氣效果不理想。礦區(qū)煤層裂隙發(fā)育、滲透性好、可抽采性好，從1995年開始進行地面煤層氣開發(fā)，通過地面鉆孔抽采地下煤層氣，目前已形成規(guī)模，并實現(xiàn)了商業(yè)產(chǎn)銷用體系。20世紀90年代兩淮礦區(qū)在地面勘探和開采煤層氣方面做了大量工作，先后共施工測試井14口，壓裂試生產(chǎn)井8口，但產(chǎn)氣效果均不理想，日產(chǎn)量達不到商業(yè)開發(fā)標準

11、。2002年以來，礦區(qū)不斷創(chuàng)新抽采理念，積極試驗地面鉆井抽采采動區(qū)、采空區(qū)瓦斯，到目前為止，共施工地面鉆井12口，其中7口取得成功，4口失敗，1口正在考察中。地面鉆井抽采瓦斯技術，雖在國外已作過研究和試驗，但主要是針對煤層賦存穩(wěn)定、滲透性好的煤層，少數(shù)低透氣性煤層礦區(qū)也曾配合水力壓裂等措施進行過地面鉆井抽采瓦斯，但產(chǎn)氣效果不理想。為推進我國煤層氣勘探的進程，我國煤層氣行業(yè)積極吸引外資、引進技術，煤層氣開發(fā)對外合作十分活躍。如與本礦井同屬西南的省新莊礦區(qū)觀音山礦井開發(fā)業(yè)主云投粵電扎西能源與澳大利亞米切爾鉆井公司已達成初步協(xié)議，將在觀音山井田試驗地面鉆井瓦斯抽采。試驗主要容如下：采用代麥克辛鉆井技

12、術，由地面鉆兩個分支水平井，再與垂直井匯接，進入煤層的水平孔沿煤層走向距離煤層頂板2m定向鉆進，進入煤層的水平孔孔徑120mm，每口分支井長1625m，煤層水平孔長935m，非煤系孔長690m，垂直井深550m。據(jù)澳大利亞米切爾公司預計，在煤層每米水平鉆孔日產(chǎn)氣10m3，兩分支井在煤層水平鉆孔總長1870m，按此計算，一組代麥克辛井一年產(chǎn)氣610萬m3，預計連續(xù)抽采一年半后，可將代麥克辛井控制區(qū)域煤體瓦斯含量降到5m3/t以下，其每組井投資約140萬美元。地面鉆井抽采與井下抽采相比具有以下優(yōu)點：不受礦井建設時間和井下巷道延伸的限制，地面抽采與礦井建設可同步進行，抽采時間充分；抽采的瓦斯?jié)舛雀撸?/p>

13、產(chǎn)品商業(yè)價值大；地面鉆井抽采與井下抽采相比具有以下缺點：地面鉆井對抽采技術、施工設備要求高，鉆井施工成本較高；由于地面鉆井數(shù)量有限，煤體瓦斯抽采不均勻，靠近地面鉆井附近區(qū)域瓦斯抽采比較充分，遠離地面鉆井區(qū)域瓦斯抽采效果不充分；本井田主體結構為華鎣山背斜，井田橫跨背斜兩翼，井田無次級褶曲。井田含煤地層為龍?zhí)督M(P2l )，該組含煤23 層，一般為1 層，從下至上煤層編號為I0、I1、I2煤層，均位于龍?zhí)督M第一段(P2l 1)。I0 煤層厚0.000.15m，煤層結構簡單，厚度變化大，僅在個別鉆孔見有煤線，屬不可采煤層。I1煤層屬全區(qū)可采煤層，該煤層為本次勘查的主要對象，煤厚0.683.40m，平

14、均1.82m。 I2煤層厚0.000.54m，煤層結構簡單，厚度變化大，僅在勘查區(qū)南部邊界的19-2、N19-1 號鉆孔中達可采，為零星分布的孤立點，屬不可采煤層。礦井煤層瓦斯含量高，根據(jù)地質(zhì)報告提供的1煤層瓦斯含量等值線示意圖，瓦斯含量一般為1319 m3/t.r，在+50m水平背斜軸部瓦斯含量為19 m3/t.r。在井田 N21-6 號鉆孔施工井深726.58m處，在龍?zhí)督M四段（P2l4）石灰?guī)r中發(fā)生井噴，井噴火焰高達6m，燃燒7 天后自然熄滅。經(jīng)達竹煤電集團救護大隊現(xiàn)場測定，其燃燒氣體成分主要為沼氣，在火熄滅后取氣體樣化驗其成分：CH4、C2C6、CO2、N2、H2分別為83.62%、0

15、.37%、7.03%、8.31%、0.67%。經(jīng)對鉆孔巖性分析N21-6 號位于背斜軸部，龍?zhí)督M四段（P2l4）與煤層頂板由于裂隙導通，由于龍?zhí)督M四段（P2l4）的上部龍?zhí)督M五段（P2l5）泥巖的隔氣作用，煤層瓦斯氣儲藏于龍?zhí)督M四段（P2l4）與煤層上部的裂隙。該井田為隱伏井田，埋藏最淺達460 米，最深近1200 m，依據(jù)瓦斯成分與其它一些指標該井田煤層中瓦斯屬甲烷帶。建議本井田開發(fā)業(yè)主密切關注XX煤田地面抽采實驗井地面抽采的進展狀況，根據(jù)其試驗情況，結合本井田的煤層賦存條件，在本礦井一采區(qū)背斜軸部，布置12個地面鉆井，進行煤層氣抽采實驗，對本礦井地面鉆井抽采煤層氣是否可行進行驗證。本次設計

16、仍采用目前成熟可靠的井下抽采方法。即在地面設瓦斯抽采泵站，井下建立煤層鉆孔管路抽采系統(tǒng)。并且根據(jù)抽采方法的不同，為提高系統(tǒng)的抽采效率，分別設立高、低負壓抽采系統(tǒng)，在地面泵房分別設泵獨立抽采。在礦井生產(chǎn)中可根據(jù)需要在井下輔助增加移動抽采泵站配合地面集中抽采系統(tǒng)共同解決礦井的瓦斯問題。五、瓦斯抽采方法根據(jù)前面預測，+50m水平礦井最大絕對瓦斯涌出量47.35m3/min，相對瓦斯涌出量為46.79m3/t。在礦井瓦斯涌出來源構成中，以回采工作面瓦斯涌出量為主，掘進面和采空區(qū)瓦斯涌出量為輔。其中工作面絕對瓦斯涌出量為20.48m3/min，相對瓦斯涌出量為22.27 m3/t。在回采面瓦斯涌出來源構

17、成中，上鄰近層瓦斯涌出量占18%,本煤層瓦斯涌出量占82%。根據(jù)瓦斯涌出來源構成，瓦斯抽采方法主要考慮1煤層工作面本煤層預抽，其次是采空區(qū)埋管抽采和掘進工作面預抽。具體如下：（一）本煤層預抽本煤層預抽一般有兩種方式：底板巷道系統(tǒng)布置鉆孔網(wǎng)格抽放和本煤層順層鉆孔抽放。由于本礦井開采一層煤，主要瓦斯涌出來源于本煤層，根據(jù)周邊情況，煤層透氣性較差，煤層為中厚煤層，平均厚度為1.77m。采用底板系統(tǒng)網(wǎng)格抽放，鉆孔見煤長度小，無卸壓瓦斯抽放，鉆孔和井巷工程利用率低。本煤層順層鉆孔抽放是沿工作面順槽布置本層鉆孔對煤層進行大面積預抽，煤巷掘進條帶采用先抽后掘，這種抽放方式，鉆孔利用率高，增加鉆孔密度，對抽放

18、效果提高很大。根據(jù)本礦井的實際情況，設計推薦本煤層順層鉆孔抽放。設計推薦本煤層順層交叉鉆孔抽采1煤層煤體瓦斯，為確保抽放鉆孔施工安全，防止施工鉆孔時誘發(fā)煤與瓦斯突出，設計建議在運輸順槽布置鉆孔，即在掘進1煤層運輸順槽一定長度（如100m）后，垂直煤壁布置上向順層交叉鉆孔，在順槽掘進、工作面安裝期間，預抽1煤層瓦斯。由于預抽時間較長，為保證預抽效果，設計提前布置一個預抽工作面，在預抽工作面運輸順槽布置上向順層交叉鉆孔，預抽1煤層瓦斯。由于預抽時間長短不一致，在工作面靠上山一側鉆孔間距暫按36m考慮，靠采區(qū)邊界一側，暫按24m考慮，鉆孔長135m145m，生產(chǎn)中可根據(jù)實際抽放效果調(diào)整。鉆孔布置如圖

19、13-1-1。圖13-1-11煤層順層交叉預抽鉆孔布置示意圖（二）采空區(qū)埋管抽放因目前尚無煤層透氣性系數(shù)，1煤層瓦斯含量高，本煤層預抽時間有限，預抽效果難以保證，再加1煤層厚度存在變化，在局部區(qū)域工作面瓦斯涌出量較大，可考慮埋管抽放保護層工作面采空區(qū)瓦斯，即在上順槽埋管抽放1煤層工作面采空區(qū)、上隅角的瓦斯，具體方法為在工作面回風順槽敷設瓦斯抽放管，抽放管每隔一定距離串接一個三通管件（帶組合閥門）作為瓦斯吸入口。隨工作面推進，吸氣口閥門依次打開，使其處于最佳抽放位置。由于礦井開采自燃煤層，采空區(qū)抽放容易引起自然發(fā)火，設計對采空區(qū)抽放進行了監(jiān)測和控制，控制抽放負壓和抽放量，避免因抽放引起采空區(qū)自燃

20、發(fā)火。（三）掘進工作面先抽后掘本礦井為煤與瓦斯突出礦井，掘進時煤層瓦斯含量高，掘進工作面推進速度快，其瓦斯涌出量大，為防止掘進工作面發(fā)生突出和通風安全需要，設計考慮掘進工作面先抽后掘。在掘進工作面向前方與煤壁布置扇形鉆孔，鉆孔控制圍為：工作面前方60m，巷道兩側1015m，孔距暫按25m考慮，鉆孔布置如圖1314所示。每次抽采循環(huán)掘進50m, 煤巷磧頭前方至少保留10m超前距。圖13-1-2 掘進工作面先抽后掘鉆孔布置示意圖4、裂隙瓦斯抽采根據(jù)地質(zhì)報告，在井田 N21-6 號鉆孔施工井深726.58m處，在龍?zhí)督M四段（P2l4）石灰?guī)r中發(fā)生井噴，井噴火焰高達6m，燃燒7 天后自然熄滅。經(jīng)達竹煤

21、電集團救護大隊現(xiàn)場測定，其燃燒氣體成分主要為沼氣，在火熄滅后取氣體樣化驗其成分：CH4、C2C6、CO2、N2、H2分別為83.62%、0.37%、7.03%、8.31%、0.67%。經(jīng)對鉆孔巖性分析N21-6 號位于背斜軸部，龍?zhí)督M四段（P2l4）與煤層頂板由于裂隙導通，由于龍?zhí)督M四段（P2l4）的上部龍?zhí)督M五段（P2l5）泥巖的隔氣作用，煤層瓦斯氣儲藏于龍?zhí)督M四段（P2l4）與煤層上部的裂隙。在井田南側的龍灘井田在以往施工中的一個鉆孔因瓦斯噴出并著火，發(fā)生將鉆探設備燒壞事故。故推斷礦井裂隙帶瓦斯含量高，儲量大，因此本設計考慮向裂隙帶或局部瓦斯積聚區(qū)域布置鉆孔進行預抽。六、瓦斯抽放效果預計（

22、一）回采工作面1、本煤層預抽+50m水平1煤層瓦斯含量最大為19m3/t.r，根據(jù)煤礦瓦斯抽采基本要求（AQ1026-2006）的要求，1煤層在開采前其瓦斯含量最大為8.0 m3/t，因此+50m水平1煤層瓦斯含量最大預抽率為57.9%考慮，按一個預抽工作面和一個邊采邊抽工作面考慮，經(jīng)預測，+50m水平最大預抽純量為16m3/min。2、采空區(qū)瓦斯抽采量本礦井1工作面預計采空區(qū)抽放量，根據(jù)類似礦井經(jīng)驗，保護層工作面采空區(qū)瓦斯抽采純量按2.67m3/min計?；夭晒ぷ髅娉椴汕敖^對瓦斯涌出量為20.48 m3/min，實施綜合抽采后絕對瓦斯涌出量降為6.23 m3/min，設計最大的回采工作面抽采

23、率可達70%。（二）掘進工作面1煤層掘進時設計推薦先抽后掘，根據(jù)煤礦瓦斯抽采基本要求（AQ1026-2006）的要求，1煤層掘進工作面巷道輪廓線外上幫8m、下幫5m、前方10m的圍，在掘進前其瓦斯含量降到8.0 m3/t以，因此1煤層掘進工作面瓦斯含量最大預抽率為62%考慮。根據(jù)類似礦井經(jīng)驗，全礦井布置1個1煤層掘進工作面考慮，掘進工作面預抽純量為5.39m3/min。（三）裂隙瓦斯抽采本礦井裂隙帶和局部區(qū)域瓦斯含量高，突出危險性大，工作面通風嚴整超限，設計考慮向該區(qū)域布置鉆孔預抽。根據(jù)類似礦井經(jīng)驗，抽采瓦斯量按煤層瓦斯抽采量的50%考慮，裂隙瓦斯抽采為12.03m3/min。（四）全礦井本礦

24、井建立高低負壓雙系統(tǒng)，其中高負壓系統(tǒng)擔負本煤層預抽、裂隙瓦斯抽采和掘進工作面抽采任務，抽放總量為33.42m3/min，預抽瓦斯抽放濃度按40%考慮，混合瓦斯抽放量為83.55m3/min；低負壓系統(tǒng)擔負采空區(qū)抽采任務，抽放總量為2.67m3/min，抽放濃度按8%考慮，混合瓦斯抽放量為33.4m3/min。礦井高低負壓雙系統(tǒng)設計最大抽放量為36.09m3/min，最大礦井抽采率可達50%。七、瓦斯抽放設備選型計算（一）管材選擇以管路中最大混合瓦斯流量為依據(jù)，流速控制在5m/s15m/s之間，計算公式采用：d=0.1457式中：d瓦斯抽放管直徑，m；Q瓦斯管最大混合瓦斯流量，m3/s；V瓦斯流

25、速，選515m/s。設計根據(jù)最大抽放量并考慮一個富裕系數(shù)選擇抽放管路系統(tǒng)管徑，經(jīng)計算，高負壓系統(tǒng)主管管徑為500mm，干管管徑為400mm，支管管徑為250mm，低負壓系統(tǒng)主管管徑為400mm，支管管徑為315mm。瓦斯抽放系統(tǒng)管材選用煤礦用鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯管。選擇的瓦斯管材必須有煤礦許用合格證、煤安標志（MA）和由質(zhì)檢部門出具的抗靜電、抗沖擊、耐腐蝕、阻燃的鑒定資料。（二）管路阻力損失計算公式：H=69105(+192.2)0.25式中 H阻力損失（Pa）；L管路長度（m）；Q0標準狀態(tài)下的混合瓦斯流量（m3/h）；d管路徑（mm）；v0標準狀態(tài)下的混合瓦斯運動粘度（m2/s）；管道混合瓦斯

26、密度（kg/m3）；管路壁的當量絕對粗糙度（mm）；P0標準大氣壓力（101325 Pa）；P管道氣體的絕對壓力（Pa）；T管路中的氣體溫度為t時的絕對溫度（K）；T0標準狀態(tài)下的絕對溫度（K）。經(jīng)計算，高負壓系統(tǒng)抽放管路最大磨擦阻力損失為25215Pa，低負壓系統(tǒng)抽放管路最大磨擦阻力損失為13660Pa。根據(jù)經(jīng)驗，局部阻力按磨擦阻力的20%計，即高負壓系統(tǒng)局部阻力損失為5043Pa，低負壓系統(tǒng)局部阻力損失為2732Pa。本礦井抽采方式有預抽和采空區(qū)埋管抽，預抽鉆孔的孔口負壓取1520kPa，采空區(qū)埋管抽孔口負壓取37.5kPa。（三）設備選型瓦斯抽放設備選型詳見第六章。第二節(jié) 瓦斯利用XX北

27、煤礦屬高瓦斯礦井，煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，隨著礦井生產(chǎn)發(fā)展，瓦斯涌出量也將隨之增加。煤礦瓦斯是一種優(yōu)質(zhì)清潔能源，利用抽出瓦斯作居民生活燃料、供熱和發(fā)電，既保證礦井的安全生產(chǎn)，又可減少環(huán)境污染，改善居民生活條件，提高生活水平。一、瓦斯利用的工程意義（一）合理開發(fā)充分利用礦山資源，節(jié)約能源保護環(huán)境XX北礦瓦斯是一筆寶貴的礦山資源，應該合理開發(fā)和有效利用。煤礦瓦斯是一種富含甲烷(CH4)的優(yōu)質(zhì)能源，是京都議定書明確的六種溫室氣體之一。其溫室效應遠高于二氧化碳，還具有破壞地球大氣臭氧層作用。初步測算，以XX北煤礦年抽采1891.69104m3礦井瓦斯為例，如不利用而將其排空，按溫室效應折算二氧化碳

28、當量約為268kt，將對大氣環(huán)境造成一定污染。另一方面，從節(jié)約能源的意義上說，大量優(yōu)質(zhì)煤礦瓦斯排入大氣，也是一種能源的浪費。本礦井每年抽采1891.69萬m3礦井瓦斯，如不利用而將其排空，相當于損失約23kt標準煤，可見，利用瓦斯既可以減輕對大氣的污染，又具有較好的節(jié)能效益。（二）加強礦井瓦斯開采利用的科學管理，保證煤礦生產(chǎn)安全，促進煤礦瓦斯產(chǎn)業(yè)發(fā)展根據(jù)本礦井采煤生產(chǎn)工藝，瓦斯的抽采依附于煤炭生產(chǎn)，其抽采量決定于礦井的煤炭產(chǎn)量。如果將礦井瓦斯用于發(fā)電和供熱，將從根本上改變礦井瓦斯的抽采格局變單純?yōu)槊禾可a(chǎn)安全而被動抽采為礦山資源煤和瓦斯的一體化開采，從而為促進礦井瓦斯開發(fā)利用的產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造條件。

29、另一方面，瓦斯利用工程建成后，作為煤礦資源綜合利用項目的唯一氣源，必須保證穩(wěn)定可靠地向其承擔的用戶供氣。這就要求XX北煤礦不斷加強礦井瓦斯的開發(fā)和有效利用，做好礦井瓦斯抽采和利用系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的技術管理和生產(chǎn)、經(jīng)營與用戶管理，包括井下抽采工程的接續(xù)、地面抽采設備和管道的維護保證穩(wěn)定運行、地面利用系統(tǒng)的管網(wǎng)和儲氣與調(diào)壓計量設施的有效工作，減少浪費，保證將抽采的瓦斯氣量送到各個用戶?。ㄈ┴瀼貒业挠嘘P政策合理開采充分利用礦井瓦斯是貫徹國務院關于加快煤礦瓦斯抽采利用若干意見國辦發(fā) 2006第47號和國家發(fā)改委主持制訂的煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃的具體實施步驟。國辦發(fā)2006第47號主要

30、精神是“貫徹以人為本，落實科學發(fā)展觀，建設節(jié)約型社會。”國家要求加快煤礦瓦斯的抽采利用，堅持先抽后采、治理與利用并舉，防煤礦瓦斯事故，充分利用能源資源，有效保護生態(tài)環(huán)境。我國是世界上最大的發(fā)展中國家，也是世界第一煤炭生產(chǎn)大國和消費大國，因而也是溫室氣體排放量最大的發(fā)展中國家。2005年，我國煤礦共抽采瓦斯23億m3，利用了10億m3，約43，其余約13億m3，基本排入大氣，約占全年抽采礦井瓦斯的57%。煤礦瓦斯富含甲烷，甲烷是除二氧化碳外最主要的溫室氣體，在全球溫室效應中所占比例約為18。其溫室效應在100年期，每克甲烷約為每克二氧化碳的21倍。自我國政府1998年5 月簽署并于2002年8月

31、核準京都議定書以來，因采煤每年向大氣排放大量的甲烷，不僅嚴重影響礦區(qū)環(huán)境安全，而且已經(jīng)引起國際社會的普遍關注。要求我國承擔溫室氣體減排指標的國際輿論給我國的壓力越來越大！我國政府正積極采取有力的政策措施加快煤礦瓦斯抽采利用。另從煤炭企業(yè)自身的生存和發(fā)展來看，加強礦井瓦斯開發(fā)利用也勢在必行。國辦發(fā)2006第47號和煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十一五”規(guī)劃均明確規(guī)定，我國煤礦將實行采煤采氣一體化，必須先抽后采，并應使噸煤瓦斯含量降到規(guī)定標準以下才允許開采；國家鼓勵和扶持開發(fā)利用煤礦瓦斯，對超標排放礦井瓦斯進行懲罰，要求國家稅務總局和環(huán)保總局研究制訂具體的優(yōu)惠政策和相關標準。我國煤礦自由、無序排放瓦

32、斯的狀況，必將隨著上述政策的貫徹實施，逐步變?yōu)橹贫然淖杂X的企業(yè)行為。（四）礦井供電的需要本礦井瓦斯電站建成后，可為礦井提供8.0MW的第二電源，除滿足礦井用電的需要外，可將富余電力上網(wǎng)外售，并將為礦井的進一步發(fā)展補充動力。綜上所述，無論從節(jié)約能源保護環(huán)境，或者擴大供電需求來看，建設礦井瓦斯電站都是十分必要的。二、瓦斯資源與利用（一）瓦斯資源1、瓦斯含量、瓦斯梯度與涌出量 瓦斯含量根據(jù)勘探地質(zhì)報告與1煤層瓦斯含量等值線示意圖，礦井可采煤層為1煤層，1煤層瓦斯含量一般1319 ml/gr，在鉆孔N21-3局部瓦斯含量大于19 ml/gr。本礦井1煤層瓦斯含量普遍偏高，瓦斯成分以沼氣為主。 瓦斯涌

33、出量經(jīng)預測，礦井絕對瓦斯涌出量47.35m3/min，相對瓦斯涌出量46.79m3/t，1工作面絕對瓦斯涌出量20.48m3/min，相對瓦斯涌出量22.27m3/t，本礦井瓦斯涌出量較大。2、礦井瓦斯等級根據(jù)上述對本礦井瓦斯狀況的分析，本礦井為高瓦斯突出礦井。有煤塵爆炸危險，煤層自然發(fā)火傾向為級。3、瓦斯儲量、可抽采量與服務年限根據(jù)礦井瓦斯抽采工程設計計算，全礦井瓦斯地質(zhì)儲量為4335.6104t，全礦井瓦斯可抽儲量為8.21108m3。 礦井設計生產(chǎn)能力450kt/a，服務年限48.3a。4、瓦斯抽采系統(tǒng)XX北礦為高瓦斯突出礦井，按有煤與瓦斯突出設計，建立永久瓦斯抽采系統(tǒng)。抽采系統(tǒng)分高負壓

34、抽采系統(tǒng)和低負壓抽采系統(tǒng)。 高負壓抽采系統(tǒng)：濃度40%的混合瓦斯抽采量為83.55m3/min，瓦斯純量：33.42m3/min。總阻力（包括井下鉆孔負壓、管道阻力損失和局部阻力損失）為45258Pa。瓦斯抽采設備為2臺2BEC72型水環(huán)式真空泵，配YB245074型電動機（450kW，10kV），1用1備。泵的工況流量為326m3/min，入口絕對壓力為39018.1Pa。 低負壓抽采系統(tǒng)：濃度8%的混合瓦斯抽采量為33.4m3/min，瓦斯純量：2.67m3/min?？傋枇Γòň裸@孔負壓、管道阻力損失和局部阻力損失）為23892Pa。瓦斯抽采設備為2臺2BEC40型水環(huán)式真空泵，配YB

35、2315S4型電動機（110kW，380V），1用1備。其工況流量為79m3/min，入口絕對壓力為64657.3Pa。 瓦斯抽采泵出口正壓：3500Pa。（二）礦井瓦斯抽采量的分配利用根據(jù)煤礦安全規(guī)程有關規(guī)定，當?shù)V井抽采的瓦斯?jié)舛冗_到30% (CH4：30%)與以上時，可以利用。本礦井高負壓抽采系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛葹?0%，低負壓抽采系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛?%。按兩系統(tǒng)抽采瓦斯量計算的混合濃度為31.24%，混合瓦斯純量為38.09 m3/min。本次可研按礦井達產(chǎn)后以正常年兩系統(tǒng)抽采純瓦斯38.09m3/min作為計劃分配的基數(shù)，按照“發(fā)電為主，富余他用”的原則進行分貝?？紤]的要點：瓦斯富余量的計算，以

36、保證電站設計規(guī)模8.0MW所需礦井瓦斯量為依據(jù)，且與瓦斯電站的建設期相對應；發(fā)電富余的瓦斯，直接供應礦井民用；瓦斯發(fā)電的余熱利用，可研階段暫以就地供礦井浴室與地面建筑物采暖；三、建設規(guī)模與建設工期（一）建設規(guī)模的確定燃氣電站的規(guī)模根據(jù)電熱負荷、燃料氣源供應能力、資金條件與業(yè)主建設計劃等因素綜合確定。1、用電負荷礦井主變壓器為26300kVA，生產(chǎn)能力達到450kt/a時，礦井含選煤廠用電負荷補償后視在功率為5660.94kVA，有功功率為5292.42kW。2、燃料供應能力根據(jù)瓦斯氣量平衡結果，按礦井計劃達產(chǎn)450Kt/a后，瓦斯抽采能力為38.09 m3/min純瓦斯(CH4：100%)，即

37、121.95m3/min混合瓦斯(CH4：31.24%)計算，每年發(fā)電4791.6104kWh，需要混合瓦斯5243.5104m3/a(CH4：32.027%)，占年抽采量的6055.34104m3/a 的 86.6%，瓦斯抽采量滿足要求。3、建設規(guī)模根據(jù)以上建設條件，綜合確定瓦斯電站建設規(guī)模為8.0MW。（二）建設工期按照業(yè)主建設安排，本瓦斯電站與礦井同步建設。具體安排為開工以后三年礦井建成投產(chǎn)，預計礦井達產(chǎn)時，瓦斯抽采量達到設計能力38.09m3/min (CH4：100%)，即121.95m3/min (CH4：31.24%)，電站也達到設計規(guī)模8.0MW。四、工藝技術方案與工程容（一）

38、系統(tǒng)構成與工作原理1、系統(tǒng)構成本電廠的熱力系統(tǒng)由簡單循環(huán)發(fā)電加余熱回收利用系統(tǒng)構成。2、系統(tǒng)工作原理從礦井瓦斯抽采站送來的瓦斯進入經(jīng)安全水封、切斷閥、瓦斯專用阻火器等安全裝置，進入預處理系統(tǒng)，經(jīng)脫水、脫硫凈化后，送入燃機噴燃，形成高溫高壓燃氣推動燃機活塞作功驅(qū)動同軸發(fā)電機發(fā)電。其高溫排氣（滿負荷狀態(tài)下可達530 oC），可引入排氣換熱器回收余熱后，冷卻到190 oC左右通過排氣消聲器經(jīng)煙囪排入大氣。發(fā)電機發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量，通過自身的高、低溫冷卻器與高低溫水泵送來的冷卻水通過間接熱交換后，循環(huán)水經(jīng)玻璃鋼冷卻塔冷卻后循環(huán)使用。當不回收排氣余熱時，可將高溫排氣通過冷卻塔降溫后排入大氣。國產(chǎn)100

39、0GF-WK燃氣發(fā)電機組發(fā)出的400V、50Hz 、8000 kW電能，通過升壓后接入礦井35kV/10.5kV/6.3kV 變電所10kV或6kV母線上網(wǎng)自用。（二）發(fā)電機組選型與配組方案選用8臺XX公司1000GF-WK型燃氣燃機發(fā)電機組，加配套8臺余熱回收裝置，正常情況下，8臺發(fā)電機組運行。輸出電功率：81000 kW=8000 kW.年發(fā)電量：8000 kW7260 h0.955517.6104 kW.h發(fā)電機輸出電壓0.4kV，頻率50Hz回收余熱量：a.蒸氣形式：0.8MPa飽和蒸汽余熱量： (530-190)0.26852500.988=3750491kcal/h蒸汽量：3750

40、491(662-20)=5841 kg/hb.熱水形式：系統(tǒng)工作壓力1.0MPa，進水溫度20 oC，出水溫度90oC余熱量： (530-120)0.26852500.988=3750491kcal/h熱水量： 3750491Kcal/h(90-20) =53578kg/h（三）主廠房與輔助生產(chǎn)間布置1、主廠房主廠房由燃氣發(fā)電機間、集中控制間、高低壓配電間、值班室等組成。主廠房長約55m（包括預留1臺位置）、寬約23.7m、主跨高6.5m，輔助間高3.3m。燃氣發(fā)電機間燃氣發(fā)電機間，燃氣燃機、發(fā)電機、起動勵磁機等連同底座安裝在一整體的隔振混凝土基礎上，燃機和發(fā)電機通過撓性聯(lián)軸器連接。余熱回收裝

41、置和排氣消聲器布置在機組靠燃氣發(fā)動機端后水平排煙道上。發(fā)電機組的潤滑油箱和油泵布置在發(fā)電機房一側的輔助間；集中控制室設在發(fā)電機房靠發(fā)電機的一側，室布置發(fā)電機組的集中控制柜和多臺高低壓開關柜。燃機潤滑油系統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)為發(fā)電機組提供具有合適溫度和經(jīng)過過濾的潤滑油。燃氣燃機潤滑油系統(tǒng)由油箱、循環(huán)泵、過濾器、冷卻器、回油指示器進回油溫度傳感器，以與管道閥門等組成。潤滑油箱采用高位安裝，可通過位差使進入燃氣燃機潤滑油具有一定的預壓。系統(tǒng)有關參數(shù)如下：潤滑油品種；32#透平油 潤滑油最高溫度；80過濾精度：20m潤滑油消耗量：1.0g/ kWh 2、燃料氣脫水間燃料氣脫水間在發(fā)電機房靠瓦斯氣柜端，室安裝2

42、套燃氣（瓦斯）預處理系統(tǒng)，用以脫除進入燃機前燃料氣中的水分、硫分與其他雜質(zhì)。（四）輔助生產(chǎn)系統(tǒng)1、燃料氣供應系統(tǒng)為確保燃氣燃機燃料的供應要求，設置了燃料氣凈化、脫水系統(tǒng)，以滿足燃氣燃機的使用要求。其有關參數(shù)如下：進氣壓力：5003000 mm H2O流量： 7216.8m3/h (8臺發(fā)電機組合計)，120.28Nm3/min過濾精度：40m（經(jīng)燃機燃氣組件精濾后可達到3m）燃料氣來自礦井瓦斯抽采站，利用瓦斯抽采泵余壓送至主廠房前，經(jīng)預處理系統(tǒng)凈化、脫水后進入發(fā)電機間燃氣發(fā)動機的燃氣組件，調(diào)壓至35kPa后進入燃機噴燃，推動活塞作功。燃氣脫水、凈化：瓦斯電廠采用一套燃氣預處理系統(tǒng)。2、給水與消

43、防系統(tǒng) 供水水源與管網(wǎng)水源直接取自各礦井工業(yè)場地給水系統(tǒng)。電廠的補充水與消防用水由礦井統(tǒng)一考慮。通過DN150的給水管道送至各用水點。 用水量a.工業(yè)用水瓦斯電廠采用鎳基釬焊熱管式余熱回收裝置。單臺1000kW機組高溫煙氣余熱可以產(chǎn)生8kgf/cm2飽和蒸汽約0.626/h。8臺1000kW機組共產(chǎn)生8kgf/cm2飽和蒸汽約5.1/h?？紤]排污等因素。補充軟水量共約5.5/h，每臺發(fā)電機組除出口高溫煙氣用來產(chǎn)生飽和蒸汽需耗軟水外，其自身機體需用水冷卻（一級循環(huán)），因為閉路循環(huán)，水量損失很小，單臺補充水量按0.004/h計算，8臺機組共需補充水量為0.032/h，水質(zhì)為軟化水。8臺機組共需軟水量為5.82/h?？紤]排污等因素。補充軟水量共約5.83/h。為滿足余熱鍋爐與機組循環(huán)給水水質(zhì)要求，水處理設備采用鈉離子交換器，發(fā)電廠設LDZN-6型自動切換鈉離子交換器一臺，處理水量為69t/h;同時滿足余熱鍋爐與機組循環(huán)系統(tǒng)補水需求。8臺1000kW機組外循環(huán)水量共計1600t/h。其中高溫循環(huán)水量：單臺120t/h，8臺共960 t/h；低溫循環(huán)水量：單臺80t3/h，8臺共640 t/h，合計1600t/h，補充水量按2.5%，8臺共需40m3/h，880 m3/d（普通水）。b. 生活用水電廠三班制，每班共3人，用水指標1