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矿井瓦斯抽放技术简介

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  • 更新时间: 2011年06月07日


煤矿安全科技周专题讲座
主要内容
1、矿井瓦斯抽放的重要意义
2、我国煤矿抽放瓦斯技术的发展
3、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
4、低透气性煤层强化抽放瓦斯技术研究
5、鹤岗矿区瓦斯抽放技术评价及建议


二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展

二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展

二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展

二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
抚顺老虎台矿:
矿井是一座“水、火、瓦斯、煤尘、煤与瓦斯突出、冲击地压”六害俱全的矿井,相对瓦斯涌出量52.76m3/t,绝对涌出量314.21m3/min。综放面瓦斯涌出高达200m3/min;煤与瓦斯突出严重,1997年10月3日,-780m运输石门揭煤在煤层中掘进时由于构造应力的作用发生突出,突出煤量1,067t,涌出瓦斯10万m3;冲击地压每年发生近4000次左右,1993年至2002年共发生冲击地压38,383次,其中大于3级(里氏震级)44次,最大达3.7级。
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
瓦斯抽放:
抚顺矿区开采的是特厚煤层,从20世纪50年代开始就采取预抽煤层瓦斯的方式进行瓦斯抽放,一般预抽2~3年左右,主要有采前预抽、边采边抽和采空区抽放等方法。
2003年矿井瓦斯抽放量为105.06Mm3,平均抽放速度为199.89m3/min,平均抽放浓度为50%,生产吨煤抽放量为29.18m3/t。
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
晋城寺河矿:
2004年7月矿井瓦斯鉴定,矿井绝对涌出量为386m3/min,抽放量为130m3/min,风排量256.30m3/min,相对瓦斯涌出量21m3/t。
抽放方法有三种,即地面抽放、本煤层预抽和采空区抽放。
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
(1)地面钻孔抽放
2004年在寺河矿潘庄井田施工30口煤层气井,井距为310×250m,控制面积为3.64km2,2004年度累计产气量538万m3。二期工程的70口煤层气井于2004年底开工,于2005年10月份完工,年底形成了0.8~1.5亿m3/a的煤层气生产能力;2010年完成三期工程,进行整个潘庄井田的煤层气开发,实现年产气量3亿m3。
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展
(3)采空区瓦斯抽放
通过采空区密闭插管进行半封闭抽放,有效的改变上隅角风流运移方向,达到治理上隅角瓦斯的目的。
工作面回采结束后,对密闭工作面采空区继续进行全封闭抽放,以减小采空区瓦斯涌出量。
采空区抽放瓦斯混合量:75~80m3/min;抽放CH4浓度:13~17%;抽放纯瓦斯量11~14m3/min。
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
1、煤矿抽放瓦斯类型按抽放瓦斯来源可分为4个类型:
开采煤层瓦斯抽放类型
邻近层瓦斯抽放类型
围岩瓦斯抽放类型
采空区瓦斯抽放类型
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
2、开采煤层瓦斯抽放方法技术
(1)开采煤层未卸压瓦斯抽放方法
岩巷揭煤层预抽(排)瓦斯方法
煤巷掘进预抽(排)瓦斯方法
回采工作面大面积预抽瓦斯方法

三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
☆适用条件:用于石门揭开突出煤层前预抽排瓦斯,煤层倾角、厚度不限,单一煤层,近间距煤层群均可采用。
☆技术工艺参数:主要抽排石门上方(7~8m)及二侧(5~6m)保护圈内的瓦斯。孔径75mm,间距1~2m.抽排时间3个月至一年(与孔间距有关),其它防突措施按《防治煤与瓦斯突出细则》有关规定执行。
☆应用说明:用于重庆天府煤矿。为了提高瓦斯抽排效果,可采用煤层扩孔钻扩大煤层段钻孔直径;钻孔可与抽放系统联接,用负压进行抽放。
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
顺层钻孔预抽开采煤层瓦斯方法
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
2、开采煤层瓦斯抽放方法技术
(2)开采煤层采动卸压瓦斯抽放方法
开采煤层采掘巷道周边卸压瓦斯抽放方法
开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法



三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
☆适用条件:适用于容易抽放瓦斯煤层,煤巷掘进工作面区域瓦斯涌出量较大(超过3m3/min)时。
☆技术工艺参数:巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈,且处于巷帮煤体卸压范围内,钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75~100mm,孔长50~100m,钻场间距30~50m,每个钻场内布置2~4个孔,孔底距巷帮平距8~15m。
☆应用说明:在鸡西穆梭矿掘进1.7~1.9m厚的煤巷时,掘进巷道瓦斯涌出达8.2m3/min,采用该方法后,抽出瓦斯5~7m3/min,巷道瓦斯涌出量降低60~70%。
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
☆适用条件:适用于煤与瓦斯突出危险煤层,用于消除掘进工作面突出危险性。
☆技术工艺参数:巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈,且处于巷帮煤体卸压范围内,钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75~100mm,孔长50~100m,钻场间距30~50m,每个钻场内布置2~4个孔,孔底距巷帮平距8~15m。
☆应用说明:在淮南局各矿应用,潘三矿掘进巷道平均抽放瓦斯1.5m3/min,最高3.2m3/min,抽放率达35~50%,一年内累计安全掘进1080m,平均月进90m,最高115m,认为这是防治掘进过程中瓦斯超限和防治突出的治本措施。


三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
边采边抽卸压瓦斯抽放方法
☆适用条件:受回采工作面前方矿压变化的影响,回采工作面前方一段范围内,煤体被压碎松动卸压,该地段煤体内瓦斯会大量解吸,随着回采工作向前推进,此松动卸压地段也会不间断的向前移动。因此抽放该地段内的卸压瓦斯,会取得较好的效果。但顺层单一平行钻孔孔口,孔底与回采工作面距离相同,所以钻孔孔口与孔底同时被破坏,钻孔抽放松动卸压区内瓦斯的时间短。而交叉钻孔中的斜向钻孔或斜交钻孔,当孔底被回采工作面采过后,仍有部分钻孔段留在卸压煤体内抽放瓦斯,因而能取得较好的抽放瓦斯效果。
☆技术工艺参数:与回采工作面大面积预抽瓦斯方法抽瓦斯方法相同,在抽放期间,要严格抽放瓦斯钻孔管理,发现钻孔大量漏气时,必须及时关闭,以免影响整个抽放系统的抽放负压及瓦斯浓度。
☆应用说明:焦作九里山矿等应用效果较好。关键在于对预抽钻孔坚持继续抽放及加强抽放瓦斯的管理。
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
开采保护层抽放瓦斯的作用:
减少被保护层卸压瓦斯向保护层回采工作面涌出,等于抽放了下邻近层涌出的卸压瓦斯,保障了保护层安全开采;
消除被保护层煤与瓦斯突出危险;
减少被保护层(主开采煤层)巷道掘进及回采的瓦斯涌出,消除瓦斯威胁。
开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯的方法:
上保护层开采抽放被保护层(开采层)瓦斯方法;
下保护层开采抽放被保护层(开采层)瓦斯方法;
混合式抽放上、下被保护层瓦斯方法。


三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
☆适用条件:开采煤层群的矿井,有围岩巷道或相邻煤层巷道,开采煤层厚度,倾角不限,煤层为较难抽放瓦斯煤层及突出煤层。
☆技术工艺参数:穿层钻孔的钻场间距一般为45m,每个钻场布孔4-6个,钻孔角度10°~40°孔底间距15~20m,孔径75mm左右,钻孔长度要求穿过各个抽放瓦斯的煤层,并在保护范围内。
顺层钻孔的长度应大于回采工作长度的一半,间距可为预抽顺层钻孔间距的1~2倍,为单一平行或扇形布孔方式。
☆应用说明:穿层钻孔抽放被保护层瓦斯方法应用较广泛。
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
混合式抽放上、下被保护层瓦斯方法
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
3、开采煤层瓦斯抽放方法技术及适用性
(3)人为(强化)卸压瓦斯抽放方法
水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法
水力割缝强化抽放开采煤层瓦斯方法
长钻孔控制预裂爆破强化抽放开采煤层瓦斯方法

三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
1)水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法
☆适用条件:地面钻孔水力压裂方法适用于地表较平坦,具备钻井、压裂、抽放施工条件,地面钻孔水力压裂的煤层应为可以及容易抽放厚度为中厚以上、倾角为缓及倾斜煤层。井下水力破裂法适用条件较广。
☆技术工艺参数:地面钻孔水力压裂及井下钻孔水力破裂技术工艺的差别是:井下钻孔水力破裂过程中不加支撑剂(砂子),其它工艺都相同,有钻井(打钻)——完井(封孔)——压裂——排水——抽放瓦斯。工艺参数中的关键是孔间距、压裂液注入速度、加砂量、排水效果等,因煤层赋存条件不同,各技术工艺参数也不同。
☆应用说明:地面钻孔水力压裂法在我国的白沙红卫矿,抚顺北龙凤及焦作中马矿做过试验,由于煤层透气性较小、工程较大,没有推广应用。晋城地区抽放效果良好。


三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
2)水力割缝强化抽放开采煤层瓦斯方法
☆适用条件:中硬或软(打钻不自喷)的厚煤层,采用顺层上向孔及水平孔的煤层均可采用水力割缝强化抽瓦斯措施。
☆技术工艺参数:钻孔布置参数与顺层预抽瓦斯钻孔相同。
水射流参数为:水量10~15 m3/h时,软分层中割缝,水压为8Mpa时,在钻孔两侧形成深0.8m、高0.2m的缝槽;在中硬煤层中,水压超过10MPa才能割出深0.4m的缝。
☆应用说明:在鹤壁、白沙等矿试验应用。鹤壁矿水力割缝的结果表明,割缝前,未卸压煤层钻孔瓦斯抽放量平均为0.041m3/min·百米,割缝后,钻孔抽放量为0.122 m3/min·百米,增大3.4倍。瓦斯抽放时间为三个月。

三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
3)长钻孔控制预裂爆破强化抽放开采煤层瓦斯方法
☆适用条件:工作面长度为100~150m,在煤层中打孔深30~70m钻孔,成孔率应大于80%。
☆技术工艺参数:当爆破孔径为75mm,控制孔径为90mm,连续耦合装药时,爆破贯迫裂隙长度可达8m左右,所以合理孔间距为5~8m,钻孔长度应根据工作面长度及是否进、回风巷均布孔的方式确定。爆破孔封孔长度10—12m,控制孔封孔长度1m,一次起爆孔数2—3个孔,爆破孔装药量可达60—170kg。
☆应用说明:在焦作、淮南等矿试验应用。在焦作对比结果表明,预裂爆破区的钻孔瓦斯抽放量90d内为0.067m3/min 百米,未预裂爆破区为0.036m3/min百米,比值为1.86;6个月内,预裂爆破区抽放瓦斯总量为未预裂爆破区的2.5倍。

三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
3、邻近层卸压瓦斯抽放方法技术及适用性
(1)上邻近层卸压瓦斯抽放方法
钻孔抽放上邻近层瓦斯方法
顶板专用巷道抽放上邻近层卸压瓦斯方法

三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
4、采空区瓦斯抽放方法技术及适用性
(1)回采工作面采空区瓦斯抽放方法
采空区冒落拱(带)卸压瓦斯抽放方法
回采工作面采空区积聚瓦斯抽放方法
工作面上隅角瓦斯抽放方法
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
回采工作面采空区积聚瓦斯抽放方法
①插(埋)管抽放采空区瓦斯方法
②顶煤专用巷道抽放采空区积聚瓦斯方法
③专用巷与埋(插)管相结合抽放采空区积聚瓦斯方法



三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
工作面上隅角瓦斯抽放方法
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
(2)老采空区瓦斯抽放方法
密闭插管大面积老采空区瓦斯抽放方法
井下钻孔抽放老采空区瓦斯方法
地面钻孔抽放老采空区瓦斯方法

三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介
三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介

一、我国煤层瓦斯赋存特点
从我国煤层瓦斯渗透率分布比率来看,我国的绝大部分煤层瓦斯储层属于低渗透储层。这正是我国瓦斯预抽率低的主要原因。
我国95%以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层,透气性系数只有l0-3~10-4 mD,即0.04~0.004 m2/(MPa2·d),透气系数均小于0.1 m2/(MPa2·d),绝大部分矿井煤层均属难以抽采煤层。


1、“十一五”国家科技支撑计划专题“低透气性煤层增透及强化抽采瓦斯技术与装备”
主要研究水射流割缝、扩孔卸压增透抽放煤层瓦斯技术,通过理论和实际应用研究,最终形成一套技术装备,提高瓦斯抽放效果。

2、国家重大技术装备研制和重大产业技术开发项目“煤矿瓦斯综合治理与利用重大关键技术研发与装备研制”专项“低透气性煤层瓦斯抽采增效技术开发”

(1)低透气性煤层瓦斯抽采“空气弹造穴”增效技术与装备;
(2)深孔控制水压爆破提高低透气性煤层瓦斯抽采效率技术;
低透气性煤层增透和抽采技术提供一整套装备与技术,解决低透气性煤层抽采难题,使低透气性煤层瓦斯抽采率提高40%~50%。


抽采瓦斯工艺技术主要包括钻孔工艺技术和抽采系统参数设定技术。
钻孔工艺技术:低透气性煤层具有煤质较软、钻孔极易塌孔的特点,为防止抽采瓦斯钻孔塌孔,造成抽采瓦斯通道堵塞,影响抽采系统整体效果,本项目拟采用带压冲孔工艺,即利用高压空气冲孔尾气压力对钻孔进行护孔。
抽采系统参数设定技术:主要通过试验、考察得出抽采低透气性煤层具体参数(包括抽采量、抽采负压等),最终确定出合理抽采瓦斯系统参数值。

本项技术研究的基本思路是:
在原有“深孔控制预裂爆破”技术的基础上,开发形成“深孔控制水压爆破”技术及装备。原有的深孔控制预裂爆破技术,采用可连接式塑料被筒实现了60m以上深孔连续装药;爆破封孔是采用研制的压风喷泥封孔器和抗静电阻燃塑料管进行连续快速封孔;起爆、传爆是采用了双起爆药包正向起爆,爆破孔全段敷设煤矿许用型导爆索加强传爆的装药结构。

可连接式塑料被筒图

封孔装备图


深孔爆破装药结构示意图

定向聚能炸药被筒示意图

井下中间试验钻孔布置示意图

井下工业试验钻孔布置示意图
五、鹤岗矿区瓦斯抽放技术评价及建议
1、鹤岗矿区瓦斯赋存情况
鹤岗矿区瓦斯涌出量大,且有突出危险性。2004年瓦斯涌出量达到了278.9 m3/min,2005年4月矿井绝对瓦斯涌出量高达398 m3/min,其中单井最大绝对涌出量为119.7 m3/min,采煤工作面最大绝对瓦斯涌出量为48.5 m3/min,掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为7 m3/min。目前9个生产矿井中,就有3个突出矿井(南山矿、益新公司、兴安矿)和3个高瓦斯矿井(峻德矿、兴煤公司、振兴公司二井),瓦斯灾害十分严重。


2、南山煤矿瓦斯情况
南山煤矿是高瓦斯突出矿井,瓦斯涌出量大,且有突出危险性。矿井绝对涌出量为119.7 m3/min,采煤工作面最大绝对瓦斯涌出量为48.5 m3/min,掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为7 m3/min,是鹤岗矿区矿井瓦斯灾害最严重、但瓦斯治理工作开展得比较全面的具有广泛代表性的典型矿井。
南山矿煤层透气性系数为:0.776~1.558毫达西.相当31.04~62.32 m2/(Mpa2.d),属于易抽瓦斯煤层。

3、瓦斯爆炸
1970年至今,南山煤矿共发生瓦斯灾害事故13起,死亡92人,伤25人。特别是1994年235采煤工作面的“9.17”瓦斯爆炸事故,一次死亡56人。当年的“11.30”自然发火事故,火区连续爆炸26次,当时大半个矿井被迫封闭,导致全矿停产,严重干扰了全矿正常工作的开展,当年全矿亏损9700万元。
4、煤与瓦斯突出
南山煤矿1983年鉴定为煤与瓦斯突出矿井,到目前为止,共发生瓦斯突出5起,死亡1人,其中最大一次突出为发生在1983年7月18日在二水平-110 m总机道的大型煤与瓦斯突,最大突出煤量627吨,涌出瓦斯量11830m3。


5、瓦斯抽放方法
南山矿瓦斯抽放以本煤层预抽为主,主要采用立体抽放方法。立体瓦斯抽放采用的主要方法有:煤层底板岩巷预抽方法;本煤层钻孔预抽方法;煤层顶板高位钻孔(仰角钻孔)边采边抽方法;瓦斯尾巷抽放方法;顶板巷道抽放方法;巷道掘进边掘边抽方法等,使瓦斯抽放效果明显提高,保证了安全生产。
全矿井瓦斯抽出率为26%。一般采煤工作面抽放率达到30%以上。

(1)煤层底板岩巷采前预抽方法

(2)本煤层内布置钻孔采前预抽方法
在煤层内的运输和回风巷道内、或在中间巷道内布置钻孔,钻孔垂直巷道,或向采空区方向倾斜20~30度的角度。具体钻孔间距6m~10m 。这种钻孔布置方法最合理,钻空分布均匀,钻孔利用率高,抽放效果好。但是,有时受到巷道布置与正常生产的影响。
五、鹤岗矿区瓦斯抽放技术评价及建议
在煤层巷道或底板岩巷中向15或18号煤层布置顺层钻孔进行预抽。一般利用深孔(300)钻机沿煤层走向施工近水平长钻孔进行远距离深孔预抽。做到采前采区瓦斯抽放率达到25%以上。

6、评价与建议:
(1)抽放方法符合实际,抽放效果较好;
(2)针对透气性好的条件,应大力发展水平长钻孔采前预抽技术;如有条件可发展地面钻孔预抽瓦斯技术。
(3)采用综合瓦斯抽放技术,提高矿井瓦斯抽放率,并充分利用瓦斯资源。

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