矿井瓦斯抽采技术(课件)

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1、1,矿煤瓦斯抽采技术 中国矿业大学,2,瓦斯是煤矿安全生产的“第一杀手”。建国以来煤矿发生22起一次死亡百人以上事故，其中20起为瓦斯事故，占90%以上。2005年煤矿发生的一次死亡10人以上的特大事故中，瓦斯事故占了70以上。党中央、国务院高度重视煤矿瓦斯防治工作。国务院总理温家宝于2005年2月23日主持召开国务院第81次常务会议，专题研究煤矿瓦斯防治工作，遏制煤矿重特大瓦斯事故发生。,3,2002年8月28-30日，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局、煤炭工业协会在辽宁省铁法矿务局召开了全国煤矿瓦斯治理现场会，提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理十二字方针。特别是“

2、先抽后采”，对防范瓦斯事故具有釜底抽薪、源头治本作用，是煤矿安全生产的基础性、关键性措施，必须坚决实行。,4,2005年4月25-26日，国家发展改革委、安全生产监管总局、煤矿安全监察局、科技部在安徽省淮南市联合召开全国煤矿瓦斯防治工作现场会。中共中央政治局常委、国务院副总理黄菊同志亲自出席会议并作了重要讲话。会上推出煤矿瓦斯治理经验五十条。附件1。 2005年9月3日国务院总理温家宝发布第104次常务会议通过的第446号中华人民共和国国务院令国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（简称特别规定） 2006年4月21-22日，国家发展改革委员会、安全生产监督管理局、国家科技部、煤矿安全监察局

3、在山西省晋城市召开全国煤矿瓦斯治理和利用现场会，推广晋城等矿区先抽后采、煤气共采、瓦斯利用的经验，国务委员兼国务院秘书长华建敏出席会议并讲话。会上下发国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见国办发【2006】47号。附件2,5,2007年4月23-24日，国务院应急办和国家发展改革委、科技部、财政部、国土资源部等部门在重庆市召开全国煤矿瓦斯先抽后采经验交流会。会上总结推广瓦斯治理先进经验，进一步落实瓦斯抽采利用的政策措施，促进煤矿瓦斯先抽后采工作。2007年9月3日国家安全生产监管总局、煤矿安全监察局联合下发关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导性意见。附件3 2008年7月8-9

4、日，国务院安全生产委员会在辽宁省沈阳市召开了全国煤矿瓦斯治理现场会。会上提出了构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理十六字工作体系。国务院副总理张德江出席会议并作重要讲话。,6,讲授主要内容 第一章 瓦斯抽放基本知识 第一节 瓦斯抽放系统 第二节 瓦斯抽放基本参数 第三节 瓦斯抽采基本指标 第二章 瓦斯抽放基本方法 第一节 开采层瓦斯抽放 第二节 邻近层瓦斯抽放 第三节 采空区瓦斯抽放 第三章 抽放钻孔和抽放管路 第四章 瓦斯抽放技术管理 第五章 瓦斯利用 第六章 瓦斯治理20种理念,7,瓦斯治理的目标是通过瓦斯抽采这一治本措施，达到煤与瓦斯共采，一方面使高瓦斯煤层采掘工

5、作面向低瓦斯转化,突出煤层采掘工作面向非突出转化,做到不掘突出头，不采突出面；另一方面把抽出的瓦斯应用于发电、化工、燃料等领域，变害为利，保护环境.,8,目前义煤集团公司本部有新安、义安、新义、孟津、李沟、千秋、耿村、铁生沟、义络、常村、跃进、观音堂等12对矿井实施瓦斯抽放，其中建有17套井下移动瓦斯抽放系统和7座地面固定瓦斯抽放系统，总装机流量5500m3/min以上。 义煤集团公司2008年瓦斯抽放量达到5000万m3,耿村矿于2006年10月，千秋矿于2007年6月，分别安装4台500GFRW型燃气发电机组，实现顺利发电，经济效益良好。新安矿2008年底建成地面瓦斯发电站，装机容量为2*

6、500KW机组。,9,第一章 瓦斯抽放基本知识 第一节 瓦斯抽放系统 第二节 瓦斯抽放基本参数 第三节 瓦斯抽采基本指标,10,第一章 瓦斯抽放基础知识,第一节 瓦斯抽放系统,一、瓦斯抽放的目的意义及条件 （一）、抽放瓦斯的目的意义 矿井瓦斯抽放是为了减少和解除瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备（抽放泵）和专用管道（抽放管路）造成的负压，将煤岩层中存在或释放出来的瓦斯抽出来，输送到地面或其它安全地点并加以利用。 抽放的目的就是通过抽放降低风流中的瓦斯浓度，来改善矿井的安全生产条件和安全状况。,11,瓦斯抽放的意义 1、减少瓦斯涌出，避免瓦斯燃烧或爆炸，保证矿井安全生产； 2、防治煤与瓦斯突

7、出，减少人员伤亡； 3、瓦斯为工业生产和人民生活服务,变害为利,创造良好的社会效益和经济效益； 4、减少瓦斯对大气的污染,有利于生态环境的保护,12,（二）、瓦斯抽放的条件 煤矿安全规程145条、国家安全生产行业标准AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标和AQ10272006煤矿瓦斯抽放规范都规定：凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：,13,1、一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。 2、 矿井的绝对瓦斯涌出量达到以下条件的： 1）大于或等于40m3/min； 2）

8、年产量1.0-1.5Mt的矿井，大于30 m3/min； 3）年产量0.6-1.0Mt的矿井，大于25 m3/min； 4）年产量0.4-0.6Mt的矿井，大于20 m3/min； 5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min； 3 、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。,14,（三）、建立地面永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列两个条件： 1、瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2 m3/min以上； 2、瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。,15,16,二、瓦斯抽放系统的构成 瓦斯抽放系统分为地面固定式瓦斯抽放系统和井下临时瓦斯抽放系统。 瓦斯抽放系统主要有管道、瓦

9、斯泵、流量计、安全装置等组成。,17,（一）、抽放瓦斯的管道 抽放瓦斯的管道由总管、分管、支管及其附属装置所组成，管材一般选用钢管、铸铁管、镀锌螺旋管、聚乙烯管等材料，但井下禁止采用玻璃钢管。 管道附属装置有阀门、测压嘴、钻孔（钻场）连接装置、排渣放水器等。,18,19,20,（二）、瓦斯泵 常用的瓦斯泵有水环真空泵、离心式瓦斯泵和回转式瓦斯泵。水环真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好（工作室内充满介质，不会发生瓦斯爆炸）。 由于水环真空泵安全性好，抽放负压大，所以煤矿使用较为广泛。,21,22,23,24,（三）、孔板流量计 为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支管和

10、各个钻场、钻孔安设测定瓦斯流量的流量计。孔板流量计是根据气体流经节流装置时，会产生压力降（压差）的原理，来测定管道内气体流量的一种装置。孔板流量计是煤矿瓦斯抽放广泛使用的计量装置，它的制作加工、安装和使用都有严格的要求。,25,26,27,28,29,（四）、安全装置 地面瓦斯抽放系统安全防护装置有防爆、防回火装置，放空和避雷装置等。 井下临时瓦斯抽放系统瓦斯排入回风巷时，在抽放瓦斯管路出口处必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。,30,31,32,33,34,35,第二节 瓦斯抽放基本参数,（一）、基本参数 1、煤层瓦斯压力: 煤层孔隙中游离瓦斯呈现的压力。MPa 2、瓦斯含量: 单位质量煤中所含的瓦

11、斯体积。m3/min 3、瓦斯储量：指井田开采过程中能够向开采空间排放瓦斯的煤层和岩层所赋存瓦斯的总量。万m3 4、可抽瓦斯量：指在当前技术条件下瓦斯储量中能够被抽放出来的瓦斯量。万m3,36,5、抽放率 1）矿井（或采区）抽放率：矿井（或采区）抽放率是指矿井（或采区）的抽出瓦斯量占其风排瓦斯量与抽放瓦斯量之和的百分比。 2）工作面本开采层的抽放率：开采层的抽放率是指从开采层抽出的瓦斯量占开采层涌出及其抽出瓦斯量的百分比。 3）工作面邻近层的抽放率：邻近层的抽放率是指从邻近层抽出的瓦斯量占邻近层涌出及其抽出量之百分比。,37,6、钻孔瓦斯流量衰减系数：煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特性

12、系数 7、煤层透气系数：表征煤层对瓦斯流动的阻力，衡量瓦斯在煤层内流动难易程度的参数。未卸压煤层的抽放瓦斯效果主要取决于其透气性系数，是煤层瓦斯抽放的最重要系数。,38,为了增加煤层的透气系数，国内外许多研究者进行了不少人工增透方法探索。这些探索可以归纳为三类： 一类是设法从煤层取出一部分物质，形成空洞，造成裂隙与孔隙的再分布、张开并形成新的裂隙，例如水力割缝、水力掏槽都是从煤层取出一部分煤体，或注入酸液以溶蚀煤内的碳酸盐，注入煤的溶剂或使煤局部液化的物质，在煤层内形成空洞；,39,第二类，注入高压水或压气，将煤压裂，然后注入支撑剂（砂等）将裂隙支撑起来以改变其透气性； 第三类，对煤体进行爆破

13、或水力破裂，当存在自由面时，因煤体内裂隙容积扩展较大，增透效果显著。如松动爆破、深孔控制预裂爆破等。水力破裂是用高压水把煤体压裂，但不注入支撑剂，一般不用水力破裂孔进行抽放（因孔内充水抽放效果不好），而是在破裂区内另打孔进行抽放，这时抽放量可增大5060%。,40,针对如何提高煤层透气性各地煤矿使用的增透措施主要有：深孔注水、水力冲孔、深孔松动爆破、深孔控制预裂爆破、水力割缝等。,41,（二）、测定参数 同时进行人工检测和自动监控，测定瓦斯抽放流量、管道瓦斯浓度、压差、负压、温度等参数，可随时调阅泵站各种指标变化曲线、数值、工作状态。,42,第三节瓦斯抽采基本指标,AQ10262006瓦斯抽采

14、应达到的基本指标 一、瓦斯抽采应达到的基本指标 我国煤矿分布较为广泛，煤层赋存条件和开采条件差异较大。因此，对矿井采前抽采瓦斯应达到的指标，采用吨煤储量 钻孔工程量、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、采煤工作面瓦斯抽采率、煤层可解吸瓦斯量、矿井瓦斯抽采率等多项指标加以控制。考虑到必须促进瓦斯抽采、鼓励瓦斯利用，结合现有生产矿井通过努力能够达到的水平，以此为原则确定相关指标的规定值。,43,二、突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/

15、t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。依据如下：,44,（1）根据防治煤与瓦斯突出细则第26条的规定，当煤层瓦斯压力小于0.74MPa时，煤层无突出危险性。 （2）根据原苏联和我国突出矿井的统计资料分析，在煤层可燃基瓦斯含量小于10m3/t时，基本上没有发生过突出，可燃基瓦斯含量指标换算成原煤瓦斯含量，近似为8m3/t。原西德和澳大利亚开采煤层煤质较坚硬，统计资料表明，煤层可解吸瓦斯含量小于9m3/t时，基本上没有发生过突出。但这些国家实际执行过程中普遍都将可解吸瓦斯含量降低到6m3/t左右。,45,（3）根据我国突出矿井的统计资料分析，按最小突出压力0.74MPa计算，煤层

16、的平均瓦斯含量为8m3/t左右。,46,三、钻孔控制范围 a) 石门（井筒）揭煤工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5m）。钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5m以上。若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15米以上。 b) 煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5m）及工作面前方10m以上。 c) 采煤工作面控制范围为:工作面前方20m以上。,47,四、采煤工作面抽采指标采用抽采率或回采前煤的可解吸瓦斯量指标,是根据煤层群开采、单一煤层开采瓦斯涌出特征提出的。煤层群开采必须符合表1要求，单一煤层开采必须符合表1或表2要求。具体指标如表1、表2所示。指标大小兼顾了瓦斯抽采技术能够达到的可能性和工作面能够承受的风排瓦斯量。,48,表1 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标,49,表2 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯 量应达到的指标,50,五、其它 1