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乳化泵開采工程案例

  一、煤與瓦斯協調開采技術
 
  1. 我國煤層氣開發利用現狀
 
  低透氣性瓦斯是吸附在煤炭上難于采集、資源密集度低的伴生資源。利用必然要進行的井下工程先采瓦斯而後采煤以及利用岩層受采動形成的裂隙場采集釋放的瓦斯是最經濟而有效的辦法。對瓦斯的認識過程如下:
 
  瓦斯是災害――重大災難源是瓦斯,因此對瓦斯的定義是:礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體。
 
乳化液泵站
 
  瓦斯是能源――1m3瓦斯的發熱量為35.6MJ,相當于1.2Kg标煤,可發電3-3.5Kwh.在陸上煙煤和無煙煤田中,埋深在300-2000米範圍内的資源有31.46萬億m3,相當于天然氣儲量。
 
  低透氣性瓦斯是吸附在煤炭上難于采集、資源密集度低的伴生能源---瓦斯不同于天然氣,大部分吸附于煤炭(80-90%),遊離瓦斯僅占5-12%.大部分煤層透氣性低(0.005-0.1m2/mpa2.d)很難抽離。以瓦斯含量20m3/t煤計,相當于1000Kg中含有24Kg标煤,全部發電價值僅為30-50元的伴生物,比噸煤的價值低幾十倍。
 
  我國是世界上煤層瓦斯資源儲量巨大的國家之一。據2006年國土資源部油氣中心對全國煤層氣資源評價結果,我國煤層氣資源量居世界第三位,與我國陸上天然氣資源量相當,資源量36.81萬億m3,可采資源量10.86萬億m3。
 
  乳化液泵站是井下綜合采煤工作面支護設備的動力源泉,煤礦井下支護作業“外注式單體液壓支柱”及“液壓支架”的專用小型推移式注液設備,也是支護作業更換維修的不可缺少的工具。乳化液泵具有體積小、重量輕、操作簡便、移動靈活、工作平穩可靠和高效、節能、安全的特點,尤其是在空間狹小的坑道口、掘進頭、低煤層和回采面等地段,更是一般大型注液泵站無法替代的産品,深受廣大煤礦工作者的歡迎。乳化液泵是要實現煤礦井下安全運行的十分必要的一個環節。由于乳化液泵具有流量均勻、壓力穩定、運轉平穩、強度高、脈沖小、油溫低、噪聲小、使用維護方便等特點,所以還廣泛适用于管道清洗、工件清洗、玻璃清洗、工程掘進等。
 
  2. 我國煤層氣賦存的特征
 
乳化液泵站
 
  我國煤層滲透率較低,平均在0.002~16.17毫達西。撫順煤田的滲透率相對較高,但也隻有0.5-3.8md,水城、豐城、鶴崗、開灤、柳林等礦區高滲透煤層滲透率隻有0.1-1.8md,其它地區絕大多數實測的滲透率值都在0.001md以下,比美國的San Juan盆地和Black Warrior盆地低3-4個數量級。
 
  我國煤層瓦斯壓力梯度大小變化幅度很大,值為1.2kPa/m(撫順),值為13.4kPa/m(天府),但大部分屬于低壓瓦斯。煤層瓦斯壓力低影響煤層氣産率,不利于瓦斯抽采。
 
  煤對瓦斯的吸附能力受多種因素的影響,主要影響因素有壓力、溫度、礦物質含量、水分含量、煤階、岩性、氣體組分等。
 
  3、煤與瓦斯協調開采技術
 
  瓦斯抽采分為地面鑽井抽采和井下抽采兩大類。按煤層氣開采方法、卸壓瓦斯的來源及卸壓瓦斯抽采方法的不同,構建了“煤與煤層氣共采”技術體系圖。
 
  我國煤礦井下的瓦斯抽采始于20世紀50年代,其中撫順、陽泉是抽采量的礦區。2005年瓦斯抽采量23億m3,2007年44億m3。2008年瓦斯抽采量55億m3,淮南、陽泉、水城、松藻、甯煤等10個重點煤礦企業瓦斯抽采量均超過1億m3。2009年,全國煤礦瓦斯抽采量達到61.7億m3、利用量達到17.7億m3。中國計劃到2020年把地面煤層氣産能提升至500億m3。
 
  1)井下瓦斯抽采技術
 
  由于我國煤層氣低滲透率的特點,利用煤層開采引起岩層的移動破壞增大煤層滲透性,在采煤的同時高效抽采卸壓瓦斯,是我國煤層氣開采的主要途徑。
 
  a)鑽機目前,常用的鑽機有:煤炭科學研究總院西安分院生産的MK系列鑽機,孔深75-600m,孔徑75-200mm;煤炭科學研究總院重慶設計院生産的ZYG―150型鑽機,孔深150m,孔徑65-115mm。
 
  b)瓦斯抽采方法的選擇原則
 
乳化液泵站
 
  c)開采層瓦斯抽采技術
 
  d)鄰近層瓦斯抽采技術
 
  e)采空區瓦斯抽采技術
 
  f)鑽場及鑽孔布置技術
 
  2)地面鑽井瓦斯抽采技術
 
  煤層氣地面開采技術主要包括鑽井、完井、采氣和地面集氣處理生産系統。有兩種開采情況,一是在沒有采煤作業的煤田内開采煤層氣;二是在生産礦區内開采煤層氣。圖1-3-3為晉城寺河礦井地面瓦斯抽采系統。
 
  3)瓦斯綜合利用
 
  a)、民用燃氣b)、燃氣鍋爐c)、瓦斯發電d)、生産化工産品
 
  二、井下矸石充填技術
 
  1、潔淨開采技術簡介
 
  潔淨開采技術是指在提高煤炭質量的同時,盡量從源頭上避免污染物的産生或程度控制污染物的生成量及污染程度,使煤炭開采對環境的污染和破壞降低到限度的開采技術。
 
  在煤炭生産中,需要将大量煤矸石排放到地面,占用了大量的土地;同時在提升過程中消耗了大量的人力、物力。随着煤炭生産的發展,矸石山越堆越大,占地面積越來越大,既造成了環境污染,又給煤炭企業增加了經濟負擔。煤矸石是我國工業固體廢料中産生量、累計積存量和占地面積的固體廢棄物。
 
  為了杜絕或減少煤矸石造成的環境污染,可采取以下兩種控制煤矸石生成量的開采技術:一是采用減矸開采技術,包括開拓部署、巷道布置和采掘工藝等技術措施;二是采用矸石充填開采技術,包括将掘進出矸充填在井下廢棄的巷道或硐室内,或将掘進出矸直接用于采空區充填。
 
乳化液泵站
 
  2、矸石充填開采的分類及特點
 
  1)矸石充填的種類與方法
 
  (a)矸石充填的種類
 
  按矸石充填的位置不同分為:①巷道充填;②工作面充填    按充填量和充填範圍占采出煤層的比例不同分為:①全部充填;②局部充填
 
  (b)矸石充填方法
 
  全部充填的位置隻能是采空區,而局部充填的位置可以是采空區、離層區或冒落區。當采空區傾角較大時或在傾角較大的下山,可以采用自溜和人工壘砌來完成充填;當采空區傾角較小或在傾角較小的下山和平巷進行矸石充填時是比較困難的,要采用一些設備進行處理。
 
  2)矸石充填開采技術
 
  (a)采空區條帶充填技術
 
  采空區條帶充填就是在煤層采出後頂闆冒落前,采用矸石材料對采空區的一部分空間進行充填,構築相間的充填條帶,靠充填條帶來支撐覆岩。隻要未充填采空區的寬度小于覆岩關鍵層的初次破斷跨距,且充填條帶能保持長期穩定,就可有效控制地表沉陷。
 
  (b)條帶開采冒落區注漿充填技術
 
  目前,我國主要采用條帶開采技術來實現建築物下壓煤(“三下”)開采,其主要缺點是煤炭采出率偏低,一般僅為30%~50%。
 
  條帶開采冒落區注漿充填就是條帶開采情況下,通過地面或井下鑽孔向采出條帶已冒落采空區的破碎矸石進行注漿充填。同時利用充填材料與冒落區内矸石形成的共同承載體來縮短留設條帶的寬度,以達到提高資源回采率的目的。
 
  三、煤炭地下氣化技術
 
  煤炭地下氣化是指在煤層賦存地點直接獲得可燃氣體的過程,即在地下将固态礦物通過熱化學過程變為氣态燃料,然後由鑽孔排到地面,供給用戶。
 
  建築物下采煤與減沉技術:
 
  基于岩層控制的關鍵層理論提出,可将覆岩主關鍵層不破斷失穩作為建築物下采煤設計的基本原則。為了建築物下采煤既具有較好的經濟效益,同時又确保地面建築物不受到損害,關鍵在于根據具體條件下覆岩結構與關鍵層特征來研究确定合理的減沉開采技術及參數。确定覆岩中的關鍵層位置,掌握其離層與破斷特征參數,是注漿減沉技術應用可行性分析、鑽孔布置與注漿工藝設計及減沉效果評價的基礎。
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