瓦斯防治技术现状及趋势

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1、煤矿瓦斯治理技术现状及发展趋势摘要：能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11%。我国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费的大国。本文简单介绍了我国的能源利用的背景、我国煤炭生产状况、煤炭生产过程中存在的主要问题以及威胁我国煤炭生产的主要因素。着重从矿井瓦斯涌出量的测定、矿井瓦斯的抽放、煤与瓦斯突出的防治、上隅角瓦斯积聚的防治、瓦斯煤尘爆炸防治和瓦斯检测系统的发展等方面介绍了世界上主要产煤大国在煤矿瓦斯治理上的技术现状、作 用效果及其瓦斯

2、治理的前景和趋势。关键词：煤矿：瓦斯治理：国内外技术现状：趋势1内容背景能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。中国是当今世界上最大的发展中国家，发展经济，摆脱贫困，是我我国在相当长一段时期内的主要任务。能源消费增加是经济社会发展的客观必然。20世纪70年代末以来，中国作为世界上发展最快的发展中国家，经济社会发展取得了举世瞩目的辉煌成就，能源在其中扮演了不可或缺的作用。能源供应持续增 长，为经济社会发展提供了重要的支撑。在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气

3、，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。我国煤炭资源总量为 5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11%，而石油仅占2.4%,天然气仅占1.2%。”十五”期间，我国煤炭产量由 2001年的13.8亿吨已增长到2005年的21.9亿吨，年均 增长2.02亿吨，保证了经济和社会发展的需要， 支撑着国民经济的快速发展。我国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费的大国。我国已经形成了煤炭为主体、电力为中心、石油天然气和可再生能源全面发展的能源供应格局，建立了较为完善的能源供应体系。2004年煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重分别占75.6%和67.7%。2006年我国原煤产量达 23.

4、7亿吨，列世界第一位。2我国煤炭生产状况煤炭是我国的重要的基础能源，在国名经济中具有重要的战略地位。改革开放以来，煤炭工业取得了长足发展，产量持续增长，生产技术逐步提高，安全生产条件有哦所改善，但仍然存在着增长方式粗放， 安全事故多发等问题，为我国的发展带来了一系列的政治、经济问题。近年来我国煤矿瓦斯事故虽然持续下降，但面临的形势依然严峻。随着科技水平的提高和企业管理的 规范，我国煤矿安全生产状况从总体上讲，出现了不断好转的局面。在开展机械化生产，原煤产量不断提升的情况下，1949年至2000年全国煤矿百万吨死亡率总体趋于稳步下降态势。近年我国煤炭百万吨死亡率表2.11999 年2000 年2

5、001 年2002 年2003 年2004 年6.086.05.855.04.173.10煤矿企业 2000 年发生伤亡事故 2863起，死亡 5798人;2001 共发生死亡事故 3082起,死亡 5670 人;2002 年共发生死亡事 故 4344起,死亡 6995 人;2004年全年煤矿企业发生各类伤亡事故3853起,死亡 6009 人。2003年世界煤炭产量约 50亿吨,煤矿事故死亡总数约 8000 人.当年我国的煤炭产量约占全球的 35%,事故死 亡人数则占近 80%.2003 年我国煤矿平均每人每年产煤 321 吨,全员效率仅为美国的 2.2%,南非的 8.1%;而百 万吨死亡率则

6、是美国的 200倍,南非的 30倍.2004 年全国煤矿百万吨死亡率即使控制在3.1,但与世界上先进产煤国家相比 ,差距仍然不小 .美国 2004 年产煤 10 亿吨 ,仅死亡 27 人 ,美国已经连续 3 年煤矿死亡人数在 30 人以内。在煤矿事故中，瓦斯灾害时最严重的一种灾害之一。瓦斯突出不仅能摧毁巷道设施， 破坏矿井通风系 统，而且使井巷充满瓦斯和煤（岩）抛出物，造成人员窒息、煤流埋人，甚至引起瓦斯爆炸与火灾事故。 瓦斯爆炸不仅造成大量人员死亡，而且会引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷坍塌等二次事故。井下煤矿一次 死亡人数多达重大事故主要是瓦斯爆炸事故和瓦斯突出事故。 1990-1999 年的

7、十年间，我国煤矿共发生 3 人以上的死亡事故 4002 次，共死亡 27495 人，其中瓦斯事故 2767 次，共死亡 20625 人，占 3 人以上死亡 事故的 69.14%，死亡人数的 75.01% 。在 03、04、05、06 年的死亡百人以上的重特大煤矿事故中瓦斯事故 又占绝大多数。 2007 年 1-9 月份，全国煤矿发生瓦斯事故 210 起，死亡 752 人。瓦斯事故死亡人数占煤矿 事故死亡总数的比例虽然有所下降，但仍然高达27.8，全年发生一次死亡 3-9 人重大瓦斯事故 126 起、死亡 591 人，分别占煤矿同等级事故的 53.25和 55.1；一次死亡 10 人以上的特大和

8、特别重大瓦斯事故 26 起、死亡 490 人，分别占煤矿同等级事故的 57.78和 50.15。重特大瓦斯事故多发，仍然是当前煤矿 安全领域的突出问题。3 煤矿瓦斯事故频发的原因我国大多数煤矿地质条件复杂，导致自然灾害多,容易引发重大事故， 给安全生产造成极大的困难。 我国煤炭资源分布广 ,煤炭资源分布总体格局是北富南贫， 西多东少。 全国 2300多个县（市）中,有 1200多个境 内有煤炭资源。煤田总体构造在世界上属于中等偏下，条件较差。我国煤矿特厚煤层少，埋藏深，决定了 我国露天煤矿数量少，这与以露天煤矿为主的美国、澳大利亚相比，我国煤矿的安全生产难度较大。我国 井工煤矿有像神华大柳塔

9、,兖州济宁三矿这样自然条件非常好的矿井，但大部分煤矿存在着地质构造复杂， 倾角大， 煤层薄， 煤层不稳定， 灾害严重等这样或那样的问题 ,造成我国井工煤矿中高产高效矿井不足. 我国煤矿绝大多数是井工开采，煤炭总产量中井工矿井产量约占94% 。我国煤矿均为有瓦斯涌出的矿井，全国煤矿的年瓦斯涌出量在 100 亿立方米以上。国有重点煤矿中，高瓦斯和突出矿井占49.8，煤炭产量占 42； 有煤尘爆炸危险的矿井占 87.4；煤层具有自然发火危险的矿井占51.3；地质条件复杂或极其复杂的煤矿占 36，属简单的占 23；水文地质条件复杂或极其复杂的煤矿占27，属简单的占 34。在这种复杂的地质条件下， 我国

10、的煤矿尤其是瓦斯矿井容易发生灾事故。我国煤矿开采深度平均每年增加1020米，随采深的增加，地应力、瓦斯压力、地温也越来越高，煤自然灾害的威胁逐步加重，治理的难度也越来越大。煤层瓦斯压力平均每年增加0.10.3兆帕，绝对瓦斯涌出量每年增加 15 亿立方米左右。例如 45 户重点监控企业中高瓦斯和突出矿井的比例 2005 年比 2004 年增加了 10。因此，控制瓦斯一直成为煤矿安全的主攻方向之一。4 世界各产煤国的瓦斯治理技术瓦斯灾害的防治在世界范围内都是一个难题。 这里主要介绍一下世界上主要产煤国在此项工作上的技 术措施。瓦斯的防治主要从一下几个方面着手： 1 矿井瓦斯涌出量的测定； 2 矿井

11、瓦斯的抽放； 3 煤与瓦斯突出的防治；4上隅角瓦斯积聚的防治；5瓦斯煤尘爆炸防治；6瓦斯检测系统的发展。4.1矿井瓦斯涌出量研究煤层瓦斯的形成和迁移规律，测定煤矿瓦斯含量，是正确预测瓦斯涌出量的基础。4.1.1煤层瓦斯含量的测定目前各国主要采用解析法测定煤层瓦斯含量。用解析法测定瓦斯含量包括三个阶段：第一阶段，确定 从钻取试样到把试样装入取样器这段时间内的瓦斯损失量Q1;第二阶段，采用野外吸仪测定取样器中的试样解吸瓦斯量 Q2;第三阶段，用粉碎法确定试样的残存瓦斯量Q3。上述三个瓦斯量相加即得该每样的总瓦斯量。用解析法测定煤样瓦斯含量的成功率可达98%，精度也较高，而且操作简单，成本低，优于其

12、他方法。4.1.2矿井瓦斯涌出量的测定生产矿井瓦斯主要来源包括掘进区瓦斯、采煤区瓦斯和采空区瓦斯。在研究瓦斯来源和瓦斯涌出量时，既要考虑瓦斯地质条件，也要分析采矿技术条件。目前瓦斯涌出量预测方法主要有三类：矿山统计法、煤 层瓦斯含量法和瓦斯分源法。a统计法。对于新矿井新水平的瓦斯涌出量预测，目前大多数煤矿仍采用直线外推的矿井统计预测法。统计法预测方程最早是前苏联于1937年提出的。矿井统计法分两部进行：第一步采用跟踪法搜集历年的通风报表资料；第二步将统计资料输入计算机进行数据滤波处理，并计算瓦斯梯度和预测某一深度的涌出 量。b瓦斯含量法和分源法。 含量法和分源法计算原则基本相同，主要是采用煤层

13、原始瓦斯含量和涌出系数来预测涌出量，但两着临近煤层瓦斯涌出律方程不同。各国根据本国煤层特点和经验提出临近层瓦斯涌 出率计算公式。4.1.3各国矿井瓦斯等级大多数国家都划分矿井瓦斯等级，以便采取相应的安全措施。前苏联矿井瓦斯等级，按照平均日产1吨煤涌出的瓦斯量划分为：一级瓦斯矿井，5斤产以下；二级瓦斯矿井，5- 1onf;三级矿井，10-15二；超级瓦斯矿井，15斤談以上。德国所有的烟煤矿井都划分为瓦斯矿井，但煤矿安全规程中没有划分瓦斯危 险等级。工作面绝对瓦斯涌出两大于20疋心/min时，视为特大瓦斯工作面。我国煤矿瓦斯等级，按照平均日产1t煤涌出的瓦斯量和瓦斯涌出形式分为：低瓦斯矿井，10产

14、及其以下；高瓦斯矿井，10丄 以上；煤与瓦斯突出矿井。4.2矿井瓦斯抽放当用通风方法不能使回采采工作面涌出的瓦斯稀释到煤矿大全规程规定的最高允许浓度时，就必须预先抽放瓦斯。在许多国家，瓦斯抽放已经成为降低工作面瓦斯涌出量和防止突出的一种主要措施。前 苏联一年的瓦斯涌出量为2324二德国鲁尔、来琛、伊本比伦和萨尔四大硬煤矿区都应用瓦斯抽放措施，平均抽放率大50%，年总抽放量为 6亿回采工作面瓦斯防治瓦斯措施有区域性措施和局部性措施。前苏联、波兰、德国、英国等国采用的区 域性措施主要有：瓦斯抽放、开采保护层、煤层大面积注水等；局部性措施主要有：松动爆破、超前钻孔、 水力冲孔、卸压槽等。区域性措施放

15、突效果较好，如果煤层无保护层可采，目前主要是采用瓦斯抽放的方 法。4.2.1瓦斯抽放钻孔布置煤层内瓦斯抽放钻孔有下向孔、水平孔和上向孔三种布置方式。据前苏联的研究，其抽放率之比为1 :1.20: 1.35,特别是在薄煤层及自然透气性低及中等的煤层，上向孔抽放效果最好。前苏联卡拉干达、 库兹巴斯和沃尔库塔煤矿采用的钻孔参数为：直径80100mm ,孔深150200m ,孔距1020m，钻孔密度为1218m/kt煤，瓦斯抽放率可达 30 %。在采取人工增大煤层透气性措施的情 况下，抽出率可达 55%以上。针对低透气性煤层难抽问题，前苏联顿巴斯和卡拉干达矿区最先提出并付诸实施了交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯的方法。与平行钻孔相比，交叉钻孔的抽放率一般提高1倍，有时可提高三倍，此技术在独联体国家应用广泛。在开采深度大的条件下，采用大直径钻孔能有效提高抽放效果。日本赤平矿钻孔直径有65mm增大到120mm时，瓦斯抽放量增大3.5倍。增大钻孔直径成为瓦斯抽放的发展趋势。在顺槽大煤层钻孔的抽放系统，由于与回采工作相干扰，抽放时间短，为延长抽放时间，德国和捷 克采用了集中抽放系统，即利用石门布置集中抽放站，向煤层打放射性钻孔。捷克的2MP煤矿、德比扬斯科煤矿和斯特利克煤矿都采用的这