井下抽放煤层气.ppt
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1、井下抽放煤层气井下抽放煤层气一、矿井生产系统二、抽放煤层气工程设计指标指标难易程度难易程度 钻孔煤层气钻孔煤层气流量衰减流量衰减系数系数(d-1)百米钻孔煤层百米钻孔煤层气极限气极限抽放量抽放量Qj(m3)煤层天然透气煤层天然透气性系数性系数(m2/Mpad)容易抽放容易抽放 14400 10 可以抽放可以抽放 0.0030.05 144002880 100.1 较难抽放较难抽放 0.05 2880 0.1 二、抽放煤层气工程设计2 抽放的经济性评价抽放的经济性评价 矿井煤层气抽放经济性评价的主要矿井煤层气抽放经济性评价的主要目的,就是要计算煤层气的目的,就是要计算煤层气的经济回采量经济回采量
2、。煤层气煤层气经济回采量经济回采量是指在井下抽放是指在井下抽放的条件下,通过对煤层气的条件下,通过对煤层气抽放成本抽放成本和和收收益益进行系统分析,并按一定数学模型计进行系统分析,并按一定数学模型计算出能够算出能够取得经济效益的煤层气抽放量取得经济效益的煤层气抽放量。二、抽放煤层气工程设计(1)(1)直线平衡点模型。直线平衡点模型。直线平衡点模型。直线平衡点模型。该模型是建立在盈亏点分析法基础之上,通过对抽放该模型是建立在盈亏点分析法基础之上,通过对抽放该模型是建立在盈亏点分析法基础之上,通过对抽放该模型是建立在盈亏点分析法基础之上,通过对抽放瓦斯成本进行计算分析,找出瓦斯成本进行计算分析,找
3、出瓦斯成本进行计算分析,找出瓦斯成本进行计算分析,找出盈利和亏损的分界点盈利和亏损的分界点盈利和亏损的分界点盈利和亏损的分界点,即,即,即,即平衡点产量。也称为平衡点产量。也称为平衡点产量。也称为平衡点产量。也称为最小经济回采量最小经济回采量最小经济回采量最小经济回采量。其数学模型为。其数学模型为。其数学模型为。其数学模型为 F=C=B+D*Q F=C=B+D*Q0 0 或或或或 QQ0 0=B/(S-D)=B/(S-D)式中式中式中式中FF抽放总效益抽放总效益抽放总效益抽放总效益(元元元元/a);/a);C C抽放总成本抽放总成本抽放总成本抽放总成本(元元元元/a);/a);B B抽放固定成
4、本抽放固定成本抽放固定成本抽放固定成本(元元元元/a);/a);Q Q0 0平衡点抽放量平衡点抽放量平衡点抽放量平衡点抽放量(m(m3 3/a);/a);S S单位效益单位效益单位效益单位效益(元元元元/m/m3 3););D D单位变动成本单位变动成本单位变动成本单位变动成本(元元元元/m/m3 3).).二、抽放煤层气工程设计(2)最优控制模型。最优控制模型。简单说:该模型就是建立在简单说:该模型就是建立在满满足抽放条件下使单位成本最低的足抽放条件下使单位成本最低的数学模型。数学模型。二、抽放煤层气工程设计 目标函数目标函数:J=C/Qj=B/Qj+D 约束条件约束条件:QminQjQma
5、x式中式中J单位抽放成本单位抽放成本(元元/m3);C抽放总成本抽放总成本(元元/a);Qj瓦斯经济回采量瓦斯经济回采量(m3/a);Qmin 最小抽放量最小抽放量;Qmax最大抽放量最大抽放量(m3/a).二、抽放煤层气工程设计3 抽放工程设计抽放工程设计 抽放设计主要包括四个部分:抽放设计主要包括四个部分:1.抽放工程设计说明书抽放工程设计说明书 2.抽放工程机电设备与器材清册抽放工程机电设备与器材清册 3.抽放工程设计概算书抽放工程设计概算书 4.施工图纸。施工图纸。二、抽放煤层气工程设计(1)矿井抽放工程设计说明书内容矿井抽放工程设计说明书内容:1.矿井概况矿井概况:矿井生产和地质简况
6、,:矿井生产和地质简况,通风和煤层气涌出情况,以及煤层气基通风和煤层气涌出情况,以及煤层气基础参数等。础参数等。2.抽放技术:抽放技术:抽放煤层气的必要性和抽放煤层气的必要性和可能性,抽放方法的选择,钻孔布置和可能性,抽放方法的选择,钻孔布置和施工方法,抽放量的预计。煤层气管路施工方法,抽放量的预计。煤层气管路的选择与安装系统,瓦斯泵的选型等。的选择与安装系统,瓦斯泵的选型等。二、抽放煤层气工程设计3.瓦斯泵站瓦斯泵站:瓦斯泵房及设备的安装、监测:瓦斯泵房及设备的安装、监测与安全装置,修配厂房和装备,给排水系统,与安全装置,修配厂房和装备,给排水系统,以及厂房的采暖和通风等以及厂房的采暖和通风
7、等.4.供电系统和设备供电系统和设备:井下和地面供电设备的:井下和地面供电设备的选型和供电方法。选型和供电方法。5.劳动组织劳动组织:人员的编制、工作制度、劳动:人员的编制、工作制度、劳动生产率;生产率;6.经济技术指标经济技术指标:预计年抽放量、用电最大:预计年抽放量、用电最大负荷、建筑规模占地面积等,计算总投资额负荷、建筑规模占地面积等,计算总投资额等。等。二、抽放煤层气工程设计(2)抽放工程机电设备与器抽放工程机电设备与器材清册的内容材清册的内容:详细列出整个抽放工程详细列出整个抽放工程所需要的设备和器材的名称、所需要的设备和器材的名称、型号、规格和数量等。型号、规格和数量等。二、抽放煤
8、层气工程设计(3)抽放工程设计概算书的内容:抽放工程设计概算书的内容:要详细列出项目名称和金额,包括要详细列出项目名称和金额,包括要详细列出项目名称和金额,包括要详细列出项目名称和金额,包括工程费工程费工程费工程费设备费设备费设备费设备费主要材料费主要材料费主要材料费主要材料费安装施工费安装施工费安装施工费安装施工费管理费管理费管理费管理费适当考虑其它备用费。适当考虑其它备用费。适当考虑其它备用费。适当考虑其它备用费。二、抽放煤层气工程设计(4)施工图纸内容施工图纸内容:应包括应包括泵房建筑、设备安装、泵房建筑、设备安装、供水、供电、采暖、抽放煤层气供水、供电、采暖、抽放煤层气的监控、安全设施
9、、管路安装、的监控、安全设施、管路安装、抽放钻孔的布置及密封、巷道和抽放钻孔的布置及密封、巷道和钻孔的施工图纸。钻孔的施工图纸。二、抽放煤层气工程设计4 矿井抽放设计有关参数计算矿井抽放设计有关参数计算 矿井设计参数包括:矿井设计参数包括:1.矿井煤层气储量矿井煤层气储量 2.可抽煤层气量可抽煤层气量 3.年抽放煤层气量年抽放煤层气量 4.抽放系统服务年限。抽放系统服务年限。这些参数是这些参数是编制矿井抽放可行性研究报告和抽编制矿井抽放可行性研究报告和抽放工程设计说明书放工程设计说明书必不可少的。必不可少的。二、抽放煤层气工程设计1)矿井煤层气储量矿井煤层气储量 矿井煤层气储量一般指可采和不可
10、采煤层以及围岩矿井煤层气储量一般指可采和不可采煤层以及围岩矿井煤层气储量一般指可采和不可采煤层以及围岩矿井煤层气储量一般指可采和不可采煤层以及围岩所赋存的煤层气总量,其计算公式为所赋存的煤层气总量,其计算公式为所赋存的煤层气总量,其计算公式为所赋存的煤层气总量,其计算公式为 WWk k=W=W1 1+W+W2 2+W+W3 3 式中式中式中式中:W:Wk k矿井煤层气储量矿井煤层气储量矿井煤层气储量矿井煤层气储量(Mm(Mm3 3););W1 W1可采煤层煤层气储量的总和可采煤层煤层气储量的总和可采煤层煤层气储量的总和可采煤层煤层气储量的总和(Mm(Mm3 3),),W2 W2 不可采邻近煤层
11、的储量总和不可采邻近煤层的储量总和不可采邻近煤层的储量总和不可采邻近煤层的储量总和(Mm(Mm3 3),W W3 3 围岩所赋存的煤层气总量围岩所赋存的煤层气总量围岩所赋存的煤层气总量围岩所赋存的煤层气总量(Mm(Mm3 3)二、抽放煤层气工程设计W1可采煤层煤层气储量的总和可采煤层煤层气储量的总和(Mm3),W1=A1iX1iA1i矿井第矿井第i个可采煤层的煤炭地质储量个可采煤层的煤炭地质储量(Mt);X1i矿井第矿井第i个可采煤层的煤层气含量个可采煤层的煤层气含量(m3/t);二、抽放煤层气工程设计W2受采动影响后能够向开采空间排放煤层气受采动影响后能够向开采空间排放煤层气的不可采邻近煤层
12、的储量总和的不可采邻近煤层的储量总和(Mm3),W2=A2iX2i A2i受采动影响后能够向开采空间排放煤层受采动影响后能够向开采空间排放煤层气的气的第第i个不可采煤层的煤炭地质储量个不可采煤层的煤炭地质储量(Mt);X2i受采动影响后能够向开采空间排放煤层受采动影响后能够向开采空间排放煤层气的第气的第i个不可采煤层的个不可采煤层的单位煤层含气量单位煤层含气量(m3/t);二、抽放煤层气工程设计W3受受采采动动影影响响后后能能够够向向开开采采空空间间排排放放煤煤层层气气的的围围岩岩煤煤层层气气储储量量(Mm3),实实测测或或按按下下式式计算计算 W3=K(W1+W2)K围岩煤层气储量系数,一般
13、取围岩煤层气储量系数,一般取 K=0.050.2。二、抽放煤层气工程设计 2)可抽煤层气量可抽煤层气量可抽煤层气量是指矿井煤层气储量中能被抽出可抽煤层气量是指矿井煤层气储量中能被抽出的煤层气量,一般用下式计算的煤层气量,一般用下式计算 Wjc=Wkk 式中式中 Wjc矿井可抽煤层气量矿井可抽煤层气量(Mm3);Wk 矿井煤层气储量矿井煤层气储量(Mm3);k矿井煤层气抽放率矿井煤层气抽放率(%)。在本煤层采前抽放时在本煤层采前抽放时k=20%3O%;在上、下邻近层抽放时在上、下邻近层抽放时k=30%40%。二、抽放煤层气工程设计3)矿井煤层气年抽放量矿井煤层气年抽放量矿井煤层气年抽放量矿井煤层
14、气年抽放量(即矿井抽放规模即矿井抽放规模)可按设可按设计的日抽放量乘以矿井设计年工作日数计算计的日抽放量乘以矿井设计年工作日数计算 Qa=d.Qd式中式中 Qa 矿井煤层气年抽放量矿井煤层气年抽放量(Mm3/a);Qd 矿井设计日抽放量矿井设计日抽放量(Mm3/d);d矿井年设计工作日数,取矿井年设计工作日数,取300。二、抽放煤层气工程设计4)抽放系统服务年限抽放系统服务年限抽放系统服务年限可按下式计算抽放系统服务年限可按下式计算 tn=Wjc/Qa式中式中 Wjc矿井可抽煤层气量矿井可抽煤层气量(Mm3);tn抽放系统服务年限。抽放系统服务年限。Qa 矿井煤层气年抽放量矿井煤层气年抽放量(
15、Mm3/a);当求出的当求出的tn大于矿井服务年限时,应取抽大于矿井服务年限时,应取抽放系统服务年限为矿井服务年限。放系统服务年限为矿井服务年限。二、抽放煤层气工程设计5 抽放效果抽放效果 抽放效果的计算不仅要考虑煤层气抽放抽放效果的计算不仅要考虑煤层气抽放量的大小,而且还要看其抽放率的高低和抽量的大小,而且还要看其抽放率的高低和抽放后回风风流中煤层气涌出量的减少程度。放后回风风流中煤层气涌出量的减少程度。抽放效果可以用煤层气抽放率抽放效果可以用煤层气抽放率表示。表示。煤层气抽放率煤层气抽放率是指矿井、采区或工作面是指矿井、采区或工作面等的等的煤层气抽放量煤层气抽放量占其占其煤层气排出总量煤层
16、气排出总量的比的比例。例。二、抽放煤层气工程设计1)按矿井、采区或工作面计算的按矿井、采区或工作面计算的按矿井、采区或工作面计算的按矿井、采区或工作面计算的抽放率抽放率抽放率抽放率式中式中式中式中 q qKCKC矿井、采区或工作面的煤层气抽放量矿井、采区或工作面的煤层气抽放量矿井、采区或工作面的煤层气抽放量矿井、采区或工作面的煤层气抽放量(m(m3 3/min);/min);q qKYKY在抽放条件下矿井、采区或工作面回风中排在抽放条件下矿井、采区或工作面回风中排在抽放条件下矿井、采区或工作面回风中排在抽放条件下矿井、采区或工作面回风中排 出的煤层气量出的煤层气量出的煤层气量出的煤层气量(m(
17、m3 3/min)./min).二、抽放煤层气工程设计2)按煤层气涌出源计算的煤层气按煤层气涌出源计算的煤层气抽放率抽放率式中式中 qBC相应于开采层、邻近层或其它地相应于开采层、邻近层或其它地 点的煤层气抽放量点的煤层气抽放量(m3/min);qBY在抽放条件下来源于开采层、邻近层或在抽放条件下来源于开采层、邻近层或 其它地点的煤层气涌出量其它地点的煤层气涌出量(m3/min).二、抽放煤层气工程设计3)按煤层气含量计算的煤层气按煤层气含量计算的煤层气抽放率抽放率式中式中式中式中X Xc c开采层或邻近层开采层或邻近层开采层或邻近层开采层或邻近层吨吨吨吨煤抽出的煤层气量煤抽出的煤层气量煤抽出
18、的煤层气量煤抽出的煤层气量(m(m3 3/t);/t);X Xo o开采层或邻近层开采层或邻近层开采层或邻近层开采层或邻近层吨吨吨吨煤原始煤层气含量煤原始煤层气含量煤原始煤层气含量煤原始煤层气含量(m(m3 3/t)./t).二、抽放煤层气工程设计4)煤层气抽放有效系数煤层气抽放有效系数(K)煤层气抽放有效系数是指抽放煤层气后与抽放煤层气煤层气抽放有效系数是指抽放煤层气后与抽放煤层气煤层气抽放有效系数是指抽放煤层气后与抽放煤层气煤层气抽放有效系数是指抽放煤层气后与抽放煤层气前相比,回风流中煤层气涌出量减少的程度。抽放有前相比,回风流中煤层气涌出量减少的程度。抽放有前相比,回风流中煤层气涌出量减
19、少的程度。抽放有前相比,回风流中煤层气涌出量减少的程度。抽放有效系数按下式计算效系数按下式计算效系数按下式计算效系数按下式计算其中:其中:其中:其中:q q0 0抽放煤层气前回风流中的煤层气涌出量抽放煤层气前回风流中的煤层气涌出量抽放煤层气前回风流中的煤层气涌出量抽放煤层气前回风流中的煤层气涌出量(m(m3 3/min);/min);q q1 1抽放煤层气后回风流中的煤层气捅出量抽放煤层气后回风流中的煤层气捅出量抽放煤层气后回风流中的煤层气捅出量抽放煤层气后回风流中的煤层气捅出量(m(m3 3/min)/min)。二、抽放煤层气工程设计6 6 煤层气抽放率的选取煤层气抽放率的选取煤层气抽放率的
20、选取煤层气抽放率的选取 设计抽放煤层气工程时,可根据目前的抽放技术水设计抽放煤层气工程时,可根据目前的抽放技术水设计抽放煤层气工程时,可根据目前的抽放技术水设计抽放煤层气工程时,可根据目前的抽放技术水平和实际能达到的煤层气抽放率来选取。平和实际能达到的煤层气抽放率来选取。平和实际能达到的煤层气抽放率来选取。平和实际能达到的煤层气抽放率来选取。1)1)矿井煤层气抽放率矿井煤层气抽放率矿井煤层气抽放率矿井煤层气抽放率(k k)抽放开采层煤层气时,矿井煤层气抽放率为抽放开采层煤层气时,矿井煤层气抽放率为抽放开采层煤层气时,矿井煤层气抽放率为抽放开采层煤层气时,矿井煤层气抽放率为20%30%20%30
21、%;抽放邻近层煤层气时,矿井煤层气抽放率;抽放邻近层煤层气时,矿井煤层气抽放率;抽放邻近层煤层气时,矿井煤层气抽放率;抽放邻近层煤层气时,矿井煤层气抽放率为为为为30%40%30%40%。2)2)工作面煤层气抽放率工作面煤层气抽放率工作面煤层气抽放率工作面煤层气抽放率 c)c)工作面煤层气抽放率因采用的抽放方法不同而不同,工作面煤层气抽放率因采用的抽放方法不同而不同,工作面煤层气抽放率因采用的抽放方法不同而不同,工作面煤层气抽放率因采用的抽放方法不同而不同,设计时可参照下表选取设计时可参照下表选取设计时可参照下表选取设计时可参照下表选取.二、抽放煤层气工程设计三、井下抽放煤层气技术1 1 抽放
22、方法的分类及选择抽放方法的分类及选择抽放方法的分类及选择抽放方法的分类及选择 根据煤层气来源和开采程序,可将煤矿抽放煤层气方法分根据煤层气来源和开采程序,可将煤矿抽放煤层气方法分根据煤层气来源和开采程序,可将煤矿抽放煤层气方法分根据煤层气来源和开采程序,可将煤矿抽放煤层气方法分成三大类。成三大类。成三大类。成三大类。1 1)开采层抽放)开采层抽放)开采层抽放)开采层抽放 2 2)邻近层抽放)邻近层抽放)邻近层抽放)邻近层抽放 3 3)采空区抽放)采空区抽放)采空区抽放)采空区抽放 选择抽放方法,主要根据矿井选择抽放方法,主要根据矿井选择抽放方法,主要根据矿井选择抽放方法,主要根据矿井(或采区或
23、采区或采区或采区)煤层气来源,煤层煤层气来源,煤层煤层气来源,煤层煤层气来源,煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等。赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等。赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等。赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等。煤矿井下煤层气抽放的目的:煤矿井下煤层气抽放的目的:煤矿井下煤层气抽放的目的:煤矿井下煤层气抽放的目的:是是是是减减减减少少少少矿矿矿矿井井井井和和和和采采采采区区区区瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯涌涌涌涌出出出出量量量量,防防防防治治治治瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯以以以以及及及及煤煤煤煤与与与与瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯突突突突出事故发生。出事故发生。出事
24、故发生。出事故发生。因因因因此此此此,在在在在许许许许多多多多情情情情况况况况下下下下仅仅仅仅从从从从煤煤煤煤层层层层气气气气利利利利用用用用角角角角度度度度考考考考虑虑虑虑是是是是不不不不经经经经济济济济的的的的.只有同时考虑其安全和利用目的,才是合理和可行的。只有同时考虑其安全和利用目的,才是合理和可行的。只有同时考虑其安全和利用目的,才是合理和可行的。只有同时考虑其安全和利用目的,才是合理和可行的。三、井下抽放煤层气技术(1)(1)如果煤层气来源于开采层,可用钻孔或巷道抽放煤层气如果煤层气来源于开采层,可用钻孔或巷道抽放煤层气如果煤层气来源于开采层,可用钻孔或巷道抽放煤层气如果煤层气来源
25、于开采层,可用钻孔或巷道抽放煤层气.(2)(2)如果煤层气来源于上、下邻近层,可在开采层内或如果煤层气来源于上、下邻近层,可在开采层内或如果煤层气来源于上、下邻近层,可在开采层内或如果煤层气来源于上、下邻近层,可在开采层内或 在开采层外的煤、岩巷道中,打一些穿至邻近煤层的在开采层外的煤、岩巷道中,打一些穿至邻近煤层的在开采层外的煤、岩巷道中,打一些穿至邻近煤层的在开采层外的煤、岩巷道中,打一些穿至邻近煤层的 钻孔,抽放邻近层的煤层气。钻孔,抽放邻近层的煤层气。钻孔,抽放邻近层的煤层气。钻孔,抽放邻近层的煤层气。(3)(3)如果采空区涌出煤层气较大,可用钻孔或密闭巷道抽放如果采空区涌出煤层气较大
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