煤矿瓦斯测与瓦斯抽放技术

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1、矿井瓦斯涌出预测与瓦斯抽放矿井瓦斯涌出预测与瓦斯抽放矿井瓦斯涌出预测与瓦斯抽放矿井瓦斯涌出预测与瓦斯抽放 瓦斯涌出量预测与瓦斯抽放瓦斯涌出量预测与瓦斯抽放 典型事故案例分析典型事故案例分析国家能源保障需要大家国家能源保障需要大家国家能源保障需要大家国家能源保障需要大家化石能消费化石能消费千年千年十年十年1今后全球性能源紧缺是必然的，石化能时代是短暂的今后全球性能源紧缺是必然的，石化能时代是短暂的石油煤炭天然气核能(铀)储量156.5Bt984.45Bt175.78Tm33.28Mt产量3.579Bt5.12Bt2.62Tm332.6Kt/a储量/产量4119267100年vv人类已经进入过渡消

2、费自然资源期人类已经进入过渡消费自然资源期人类已经进入过渡消费自然资源期人类已经进入过渡消费自然资源期全球能源的储产比（全球能源的储产比（全球能源的储产比（全球能源的储产比（BP2003BP2003BP2003BP2003）国家类别国家/地区个人口亿万能源消费Mtoe人均能源消费Kgoe发达国家258.635317.06161.1发展中国家16251.913778.6727.9全球18760.549095.61496.4中国12.78750.0vv世界能源供需平衡是依靠发展中国家低消费维持的，人世界能源供需平衡是依靠发展中国家低消费维持的，人世界能源供需平衡是依靠发展中国家低消费维持的，人世界

3、能源供需平衡是依靠发展中国家低消费维持的，人口占全球口占全球口占全球口占全球14%14%14%14%的发达国家消耗了全球总能源消费的的发达国家消耗了全球总能源消费的的发达国家消耗了全球总能源消费的的发达国家消耗了全球总能源消费的58% 58% 58% 58% （2000200020002000）v制约发展中国家发展（能源消费）制约发展中国家发展（能源消费）争夺能源争夺能源已成为大国已成为大国的国策的国策中美关系与能源中美关系与能源vv中海油以中海油以中海油以中海油以185185185185亿美元的现金竞标收购美国优尼科石亿美元的现金竞标收购美国优尼科石亿美元的现金竞标收购美国优尼科石亿美元的现

4、金竞标收购美国优尼科石油公司在美国政府干预下受阻油公司在美国政府干预下受阻油公司在美国政府干预下受阻油公司在美国政府干预下受阻vv中青报中青报中青报中青报12.212.212.212.2文章：美议员担心中美因争夺能源走文章：美议员担心中美因争夺能源走文章：美议员担心中美因争夺能源走文章：美议员担心中美因争夺能源走向战争向战争向战争向战争vv中美两国消费的原油接近世界原油消费量的中美两国消费的原油接近世界原油消费量的中美两国消费的原油接近世界原油消费量的中美两国消费的原油接近世界原油消费量的1 1 1 13 3 3 3，但是中国人均石油消费小于两桶，远远低于美，但是中国人均石油消费小于两桶，远远

5、低于美，但是中国人均石油消费小于两桶，远远低于美，但是中国人均石油消费小于两桶，远远低于美国人均消费国人均消费国人均消费国人均消费25252525桶的标准桶的标准桶的标准桶的标准vv民主党人利伯曼说：民主党人利伯曼说：民主党人利伯曼说：民主党人利伯曼说：“ “中美两国的石油消费中美两国的石油消费中美两国的石油消费中美两国的石油消费2 2 2 23 3 3 3来自进口，让我们在可能导致军事对抗的激烈竞来自进口，让我们在可能导致军事对抗的激烈竞来自进口，让我们在可能导致军事对抗的激烈竞来自进口，让我们在可能导致军事对抗的激烈竞争到来之前注意这个问题。争到来之前注意这个问题。争到来之前注意这个问题。

6、争到来之前注意这个问题。” ” v解决中国能源问题必须克服两大误区解决中国能源问题必须克服两大误区 能源安全就是石油问题能源安全就是石油问题 解决中国石油问题找国外市场解决中国石油问题找国外市场v解决中国能源安全的出路解决中国能源安全的出路 必须坚持自力更生必须坚持自力更生 必须坚持以煤炭为主体必须坚持以煤炭为主体v必须尽快克服煤炭工业发展的根本性问题必须尽快克服煤炭工业发展的根本性问题中国和世界的一次能源结构中国和世界的一次能源结构76.86%2.56%18.91%2.42%0.54%煤煤石油石油天然气天然气水电水电核能核能3%1010% %24%24%24%24%39%中国中国世界平均世界

7、平均v中国煤炭行业取得了巨大成就，做出了重大贡献中国煤炭行业取得了巨大成就，做出了重大贡献l20062006年煤矿发生灾害事故年煤矿发生灾害事故29452945起，死亡起，死亡47464746人，同比减少人，同比减少361361起、起、11921192人，分别下降人，分别下降10.9%10.9%和和20.1% 20.1% l20062006年煤矿发生重大事故年煤矿发生重大事故237237起，死亡起，死亡10721072人，同比增加人，同比增加2929起、起、195195人，分别上升人，分别上升13.9%13.9%和和22.2%22.2%l20062006年煤矿发生特大事故年煤矿发生特大事故39

8、39起，死亡起，死亡744744人，同比减少人，同比减少1919起、起、995995人，分别下降人，分别下降32.8%32.8%和和57.2%57.2%l我国煤炭产量占世界煤炭产量的我国煤炭产量占世界煤炭产量的303035%35%，事故死亡人数却占，事故死亡人数却占世界煤矿事故死亡总数的世界煤矿事故死亡总数的80%80%左右左右l百万吨死亡率是印度的百万吨死亡率是印度的1010倍、南非的倍、南非的2020倍、美国的倍、美国的100100倍倍一、瓦斯的性质、危害与用途二、煤层瓦斯含量测定三、矿井瓦斯涌出量预测四、煤矿瓦斯抽放技术五、煤矿瓦斯抽放存在的问题六、提高煤矿瓦斯抽放效果的途径一、瓦斯的性

9、质、危害与用途化学式：化学式：CH4； 分子直径分子直径：0.4110-9m；分子量分子量：16.042kg/kmol； 分子体积：分子体积：22.36m3/kmol密度：密度：0.7168kg/m3； 对空气的比重：对空气的比重：0.5545；沸点：沸点：-161.7（0.1MPa下）； 溶点：溶点： -182.5；液态密度液态密度：415kg/m3 ； 扩散系数：扩散系数：0.196cm2/s；水中的溶解度：水中的溶解度：55.6 l/m3，33.1 l/m3； 空气中的爆炸下限空气中的爆炸下限：5%；发热量：发热量：8568大卡/m3 空气中的爆炸上限：空气中的爆炸上限：16%；一、瓦斯

10、的性质、危害与用途重大瓦斯事故次数和死亡人数占同期“一通三防”事故次数和死亡人数比例重大瓦斯事故次数比例重大瓦斯事故死亡人数比例一、瓦斯的性质、危害与用途一、瓦斯的性质、危害与用途矿井瓦斯的危害矿井瓦斯的危害污染环境污染环境瓦斯窒息瓦斯窒息煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出瓦斯爆炸瓦斯爆炸瓦斯燃烧瓦斯燃烧 当当CH4CH4升升至至43%43%，O O2 2降降至至12%12%，人人感感到到呼呼吸吸困困难难；当当CHCH4 4升升至至57%57%，O O2 2降降到到9%9%以以下下，人人短短时时间窒息死亡。间窒息死亡。 当当 巷巷 道道 或或采采场场空空气气中中的的瓦瓦斯斯浓浓度度在在 5 5 15%1

11、5%范范围围内内时时，一一旦旦存存在在点点火火源源，将将会会引引起起瓦瓦斯斯爆爆炸炸事故。事故。 当当 巷巷 道道 内内的的瓦瓦斯斯浓浓度度低低 于于 5%5%或或 超超过过15%15%时时，一一旦旦存存在在点点火火源源，会会酿酿成成瓦瓦斯斯燃燃烧烧事事故。故。 当当煤煤层层瓦瓦斯斯压压力力较较高高、地地质质构构造造复复杂杂、地地应应力力较较大大、煤煤体体破破坏坏严严重重时时，在在该该地地区区采采掘掘作作业业时时易易发发生生煤煤与与瓦瓦斯斯突出。突出。 CHCH4 4是是仅仅次次于于氟氟利利昂昂的的温温室室气气体体，产产生生的的温温室室效效应应是是COCO2 2的的2525 3030倍倍 ，时

12、时效效长长达达100100150150年之久。年之久。 l作城镇煤气 l作锅炉和窑炉的燃料l瓦斯发电l作机动车的燃料l作化工原料生产化工产品一、瓦斯的性质、危害与用途二、煤层瓦斯含量测定集气法集气法瓦斯含量测定方法瓦斯含量测定方法直接法直接法间接法间接法地勘方法地勘方法井下方法井下方法解吸法解吸法钻屑解吸法钻屑解吸法密闭法密闭法1.煤的残存瓦斯含量测定方法l测定步骤（1）采样（2）试验室脱气与气体分析（3）煤样粉碎（4）粉碎后脱气与气体分析（5）煤样称重与工业分析（6）煤中残存瓦斯量计算二、煤层瓦斯含量测定1.煤的残存瓦斯含量测定方法l测定装置二、煤层瓦斯含量测定(2)地勘解吸法l测定步骤采样

13、瓦斯解吸规律测定 密封罐 瓦斯解吸速度测定仪二、煤层瓦斯含量测定(2)地勘解吸法l测定步骤损失瓦斯量计算试验室煤样脱气及气体成分分析煤层瓦斯含量计算l缺点:要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长二、煤层瓦斯含量测定(3)井下钻屑解吸法(A)l原理：与地勘解吸法类似l与地勘解吸法的区别：损失瓦斯量推算方法不同l取样损失瓦斯推算公式：q=q1t-kl缺点：仅适用于k1的煤层，要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长二、煤层瓦斯含量测定(4)钻屑解吸法(B) 和钻屑解吸法(A)相比:改进了损失瓦斯量推算方法 取样损失量推算公式： qt=qoe-kt 测定步骤:同钻屑解吸法(A) 缺点：仅适

14、用于k1的煤层，要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长二、煤层瓦斯含量测定（5）井下钻屑解吸法(C)l煤炭科学研究总院抚顺分院“九五”期间提出l测定依据： X=a+bV1l测定仪器：WP-1型快速测定仪l优点：不需要推算损失瓦斯量和测定残存瓦斯量,测定周期仅1530min二、煤层瓦斯含量测定l测定步骤：（1）采样 风动钻机压风引射负压取样，粒度为12mm，煤样10g（2）瓦斯解吸量测定 皂膜流量计（3）送样过程中的瓦斯解吸量（4）煤样粉碎过程和粉碎后解吸 的瓦斯量（5）可解吸瓦斯量的计算l优点：简单易行，定点采样负压取样器皂膜流量计二、煤层瓦斯含量测定二、煤层瓦斯含量测定（6）间接法l计

15、算公式：l需要数据：瓦斯压力，吸附常数，工业分析，孔隙率l缺点：需测参数多，周期长二、煤层瓦斯含量测定三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测1 1、矿井瓦斯涌出来源、矿井瓦斯涌出来源 开采层瓦斯邻近层瓦斯采空区瓦斯煤壁瓦斯落煤瓦斯煤壁瓦斯落煤瓦斯回采区瓦斯掘进区已采区瓦斯矿井瓦斯三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测2 2、影响矿井瓦斯涌出量的因素、影响矿井瓦斯涌出量的因素煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量矿矿井井瓦瓦斯斯涌涌出出量量主主要要影影响响因因素素采煤方法采煤方法 开采顺序开采顺序 厚厚煤煤层层分分层层开开采采时时，首首分分层层瓦瓦斯斯涌涌出出量量最最大大，最最后后一一个个分分层层

16、瓦斯涌出量最小。瓦斯涌出量最小。 开开采采规规模模越越大大，矿矿井井的的绝绝对对瓦瓦斯斯涌涌出出量量也也就就越越大大；但但就就矿矿井井的相对瓦斯涌出量来说，情况比较复杂。的相对瓦斯涌出量来说，情况比较复杂。 是决定因素。瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。是决定因素。瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。 陷落法比充填法工作面的瓦斯涌出量大。陷落法比充填法工作面的瓦斯涌出量大。 采采煤煤方方法法的的回回采采率率越越低低，瓦瓦斯斯涌涌出出量量就就越越大大，因因为为丢丢煤煤中中所所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道。 顶板管理方法顶板管理方法 生产工序生产工序 通风压力通风压

17、力大气压力变化大气压力变化 负负压压通通风风，风风压压越越高高瓦瓦斯斯涌涌出出量量越越大大；正正压压通通风风，风风压压越越高高瓦斯涌出量越小。瓦斯涌出量越小。 地面大气压的变化对对采空区瓦斯涌出有较大的影响。地面大气压的变化对对采空区瓦斯涌出有较大的影响。 落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。开采规模开采规模 一一般般采采空空区区存存有有大大量量瓦瓦斯斯，未未封封闭闭或或封封闭闭不不严严，采采空空区区瓦瓦斯斯大量涌出，矿井瓦斯涌出量增大。大量涌出，矿井瓦斯涌出量增大。采空区管理方式采空区管理方式三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测3 3、矿井瓦斯涌出量预测的任务

18、与目的、矿井瓦斯涌出量预测的任务与目的l任务 确定新矿井、新水平、新采区、新工作面投产前瓦斯涌出量l目的（1）通风设计提供基础参数 （2）瓦斯管理与治理提供决策依据（3）为地面煤成气和井下瓦斯抽放开发提供设计依据 三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测4 4、矿井瓦斯涌出量预测方法分类、矿井瓦斯涌出量预测方法分类瓦斯涌出量预测方法瓦斯涌出量预测方法矿山统计预测法矿山统计预测法分源预测法分源预测法类比法类比法灰色系统预测法灰色系统预测法模糊神经网络预测法模糊神经网络预测法时间系列预测法时间系列预测法三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测5 5、矿山统计预测法、矿山统计预测法q矿山统计

19、法矿山统计法q（1 1） 基本公式基本公式 开开采采实实践践表表明明，在在一一定定深深度度范范围围内内，矿矿井井相相对对瓦瓦斯斯涌涌出出量量与与开开采采深深度度呈呈如下线性关系：如下线性关系：三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测5 5、矿山统计预测法、矿山统计预测法q矿山统计法矿山统计法（2 2） 瓦斯测定资料统计分析瓦斯测定资料统计分析式式中中：q为为采采区区或或工工作作面面瓦瓦斯斯涌涌出出量量的的月月平平均均值值，m3/t；Qi、Ci为为月月内内每每次次测测得得的的回回风风量量(m3/min)和和回回风风流流中中瓦瓦斯斯浓浓度度(%)；n为为统统计计月月份份的的测测定定次次数数；

20、A为为统统计计月月平平均均日日产产量量，t/d ；Hc为为全全矿矿井井加加权权平平均均开开采采深深度度(m)；Hi、Ai为为鉴鉴定定月月份份第第i采采区区的的采采深深(m)和和产产量量(t)。三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测5 5、矿山统计预测法、矿山统计预测法q矿山统计法矿山统计法（3 3） 使用条件及要点使用条件及要点 生生产产矿矿井井的的延延深深水水平平、生生产产水水平平的的新新采采区区、与与生生产产矿矿井井邻邻近近的的新新矿矿井井，在在应应用用中中必必须须保保证证预预测测区区的的开开采采技技术术条条件件、地地质质条条件件与与生生产产区区相相同同或或类似。类似。 应应用用统统

21、计计预预测测法法时时的的外外推推范范围围一一般般沿沿垂垂深深不不超超过过100200m，沿沿煤煤层倾斜方向不超过层倾斜方向不超过600m。 某些矿井相对瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系。某些矿井相对瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系。 在在采采煤煤不不正正常常的的情情况况下下测测得得的的瓦瓦斯斯涌涌出出量量，以以及及地地质质变变化化带带采采区区瓦瓦斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。 在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响。在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响

22、。三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测6 6、分源预测法、分源预测法 （一）分源预测法的基本原理 以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。汇：矿井瓦斯涌出汇：矿井瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出源：已采采区采空区瓦斯涌出源：已采采区采空区瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出源：生产采区采空区瓦斯涌出源：生产采区采空区瓦斯涌出源：开采层瓦斯涌出源：开采层瓦斯涌出源：邻近层瓦斯涌出源：邻近层瓦斯涌出源：煤壁瓦斯涌出源：煤壁瓦斯涌出源：落煤瓦斯涌出源：落煤

23、瓦斯涌出三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测6 6、分源预测法、分源预测法三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测6 6、分源预测法、分源预测法 （二）预测所需的原始资料 （1）各煤层瓦斯含量测定资料、瓦斯风化带深度以及瓦斯含量等值线图； （2）地层剖面和柱状图，图上应标明各煤层和煤夹层的厚度、层间距离和岩性； （3）煤的工业分析（灰分、水分、挥发分和密度）和煤质牌号； （4）开拓和开采系统图，应有煤层开采顺序、采煤方法、通风方式等。q分源预测法分源预测法2 ) 2 ) 计算方法计算方法 （1） 开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 薄及中厚煤层不分层开采时

24、按下式计算：薄及中厚煤层不分层开采时按下式计算： 厚煤层分层开采时按下式计算：厚煤层分层开采时按下式计算： （2） 邻近层瓦斯涌出量邻近层瓦斯涌出量三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测6 6、分源预测法、分源预测法q分源预测法分源预测法2 ) 2 ) 计算方法计算方法 （3） 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 （4） 掘进落煤的瓦斯涌出量掘进落煤的瓦斯涌出量 （5）回采工作面瓦斯涌出量）回采工作面瓦斯涌出量 （6） 掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测6 6、分源预测法、分源预测法q分源预测法分源预测法2 ) 2 ) 计算方法

25、计算方法 （7） 生产采区瓦斯涌出量生产采区瓦斯涌出量 （8） 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量 三、矿井瓦斯涌出量预测三、矿井瓦斯涌出量预测6 6、分源预测法、分源预测法我国煤矿瓦斯抽放技术的发展我国煤矿瓦斯抽放技术的发展 50年年代代中中期期，采采用用穿穿层层钻钻孔孔抽抽放放上上邻邻近近层层瓦瓦斯斯在在阳阳泉泉获获得得成成功功，解解决决了了煤煤层层群群开开采采中中首首采采面面瓦瓦斯斯涌涌出出量量大大的的问问题题。同同时时，认认识识到到利利用用煤煤层层开开采采后后形形成成的的采采动动卸卸压压作作用用进进行行边边采采边边抽抽,可可以以有有效效地地抽抽出出瓦斯。瓦斯。高透气性煤层抽放高透气性煤层抽放

26、瓦斯阶段瓦斯阶段邻近层卸压抽放邻近层卸压抽放瓦斯阶段瓦斯阶段 80年年代代开开始始，随随着着机机采采、综综采采和和放放顶顶煤煤技技术术的的应应用用，开开采采强强度度增增大大，使使工工作作面面绝绝对对瓦瓦斯斯涌涌出出员员大大幅幅度度增增加加。为为了了解解决决高高产产、高高效效工工作作面面多多瓦瓦斯斯涌涌出出源源、高高瓦瓦斯斯涌涌出出量量的的问问题题，必必须须结结合合矿矿井井的的地地质质开开采采条条件，实施综合抽放瓦斯。件，实施综合抽放瓦斯。 50年代初期，年代初期，在抚顺高透气性特在抚顺高透气性特厚煤层中首次成功厚煤层中首次成功采用井下钻孔预抽采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，煤层瓦斯， 解决了解决了抚

27、顺矿区的关键问抚顺矿区的关键问题，在透气性小于题，在透气性小于抚顺煤层的其它矿抚顺煤层的其它矿井未取得明显的效井未取得明显的效果。果。 突突出出煤煤层层抽抽放放瓦瓦斯斯效效果果不不理理想想、难难以以消消除除突突出出威威胁胁。从从60年年代代开开始始，试试验验研研究究了了多多种种强强化化抽抽放放开开采采煤煤层层瓦瓦斯斯的的方方法法，如如煤煤层层高高、中中压压注注水水、水水力力压压裂裂、水水力力割割缝缝、松松动动爆爆破破、大大直直径径钻钻孔等。孔等。低透气性煤层强化低透气性煤层强化抽放瓦斯阶段抽放瓦斯阶段综合抽瓦斯阶段综合抽瓦斯阶段五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放瓦斯抽放瓦斯抽放抽放方法抽放方法抽

28、放装备抽放装备钻孔设备钻孔设备封孔材料封孔材料本煤层抽放本煤层抽放邻近层抽放邻近层抽放采空区抽放采空区抽放地面抽放地面抽放井下抽放井下抽放巷道法巷道法钻孔法钻孔法 罗茨鼓风机罗茨鼓风机水环真空泵水环真空泵功率和流量固定功率和流量固定水泥和沙浆水泥和沙浆聚氨脂聚氨脂中小直径普通钻机中小直径普通钻机风水排粉风水排粉四、煤矿瓦斯抽放技术四、煤矿瓦斯抽放技术五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q煤层抽放瓦斯难易程度分类指标煤层抽放瓦斯难易程度分类指标 煤煤层层抽抽放放瓦瓦斯斯难难易易程程度度分分类类指指标标 表表示示钻钻孔孔瓦瓦斯斯流流量量随随时时间间延延长长呈呈衰衰减减变变化化的的系系数数。测测定定方方

29、法法是是选选择择有有代代表表性性的的地地区区，打打直直径径75mm的的钻钻孔孔，测测定定其其初初始始瓦瓦斯斯流流量量Q0，经经过过t (10d以以后后)，测其流量，测其流量Qt，用负指数函数表示则有：用负指数函数表示则有：式式中中：钻钻孔孔流流量量衰衰减减系系数数，d1；Q0钻钻孔孔初初始始瓦瓦斯斯流流量量，m3/d；Q t经经过过t时间的钻孔瓦斯流量，时间的钻孔瓦斯流量，m3d；t时间，时间，d。钻孔流量钻孔流量衰减系数衰减系数 煤层透气煤层透气性系数性系数 反反映映瓦瓦斯斯沿沿煤煤层层流流动动的的难难易易程程度度。原原始始煤煤层层的的渗渗透透性性往往往往是是很很低低的的，瓦瓦斯在煤层中的流

30、动状态属于层流运动，一般符合达西定律：斯在煤层中的流动状态属于层流运动，一般符合达西定律： 如如果果把把流流速速变变成成在在压压力力为为0.1013MPa、温温度度相相当当于于煤煤体体温温度度条条件件下下的的瓦瓦斯流量，则：斯流量，则：式式中中：v v瓦瓦斯斯流流动动速速度度，cmcm/s s；K K煤煤的的渗渗透透事事，cmcm2 2；瓦瓦斯斯的的绝绝对对粘粘度度，Ns/cmNs/cm2 2；dpdp在在dxdx长长度度内内的的压压差差，MPaMPa；dxdx与与瓦瓦斯斯流流动动方方向向一一致致的的某某一一极极小小长长度度，cm。q比比流流量量，即即在在1 m2煤煤面面上上1d通通过过的的瓦

31、瓦斯斯量量，m3/(m2d) pn0.1013MPa； 透气性系数，透气性系数，m2/(MPa2d)。五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q瓦斯抽放效果评价指标瓦斯抽放效果评价指标煤煤层层抽抽放放瓦瓦斯斯难难易易程程度度分分类类指指标标 式中：式中：dg1工作面（邻近层）瓦斯抽放工作面（邻近层）瓦斯抽放率，率，%；q1c工作面（邻近层）瓦斯抽放工作面（邻近层）瓦斯抽放量，量，m3/min；qy工作面（邻近层）涌工作面（邻近层）涌向工作面的瓦斯量向工作面的瓦斯量m3/min；矿井矿井(或采区或采区)抽放率抽放率开采层工作面开采层工作面瓦斯抽放率瓦斯抽放率邻近层工作面邻近层工作面瓦斯抽放率瓦斯抽放率可

32、抽瓦斯量可抽瓦斯量式式中中：dk矿矿井井（或或采采区区）抽抽放放率率，%；qkc矿矿井井抽抽放放瓦瓦斯斯量量，m3/min；qkf矿矿井风排瓦斯量，井风排瓦斯量，m3/min。 式中：式中：dgk工作面（开采层）瓦斯抽放工作面（开采层）瓦斯抽放率率%；Qg在一定时间内工作面（开采层）在一定时间内工作面（开采层）抽出的总瓦斯量，万抽出的总瓦斯量，万m3；Wg抽放工作抽放工作面（开采层）的瓦斯储量，万面（开采层）的瓦斯储量，万m3。式中：式中：Q可可可可 抽瓦斯量，抽瓦斯量， m3/min ；Q储储瓦斯储量，瓦斯储量，m3/min；抽放率，抽放率，%；五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q2.11.5

33、 2.11.5 煤矿瓦斯抽放方法煤矿瓦斯抽放方法五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放 巷道抽放法巷道抽放法 钻孔抽放法：钻孔抽放法： 巷道、钻孔混合抽放法巷道、钻孔混合抽放法 瓦瓦斯斯抽抽放放方方法法 采前抽放：预抽采前抽放：预抽采中抽放：采中抽放： 采后抽放：采空区抽故采后抽放：采空区抽故 本煤层瓦斯抽放本煤层瓦斯抽放 邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯抽放 采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放按抽放瓦斯按抽放瓦斯来源分类来源分类按抽放与采掘时按抽放与采掘时间关系分类间关系分类按抽放工艺按抽放工艺分类分类地面钻孔地面钻孔井下钻孔井下钻孔沿层钻孔沿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔拐弯钻孔拐弯钻孔边采边抽边采边抽边掘边抽边掘边

34、抽q开采层抽放瓦斯方法开采层抽放瓦斯方法 1 1 巷道预抽巷道预抽 深部截取式布置深部截取式布置 一般式布置一般式布置 网络式布置网络式布置 巷道预抽瓦斯的优点巷道预抽瓦斯的优点 可以提前将采区的准备巷道掘出来，不影响生产正常接替。可以提前将采区的准备巷道掘出来，不影响生产正常接替。 煤壁暴露面积大，有利于瓦斯涌出和抽放。煤壁暴露面积大，有利于瓦斯涌出和抽放。 在在掘掘进进瓦瓦斯斯巷巷道道时时，对对该该区区的的瓦瓦斯斯涌涌山山形形式式，地地质质构构造造等等能能进进行行进进一一步步了了解解，有有利利于于采采取取对策，实现安全生产。对策，实现安全生产。 对下段对下段( (或下或下个水平个水平) )

35、采区和邻区的煤层瓦斯，可起到一定的释放和截抽作用。采区和邻区的煤层瓦斯，可起到一定的释放和截抽作用。五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q开采层抽放瓦斯方法开采层抽放瓦斯方法 2 2 钻孔预抽钻孔预抽 沿层钻孔沿层钻孔 穿层钻孔穿层钻孔 抽放瓦斯钻孔参数。抽放瓦斯钻孔参数。 (1) 钻孔直径：一般选用钻孔直径：一般选用75l00mm，有条件时可用大直径钻孔抽放瓦斯。有条件时可用大直径钻孔抽放瓦斯。 (2) 钻孔长度：沿层钻孔的长度一般为工作面长度的钻孔长度：沿层钻孔的长度一般为工作面长度的70一一90%。 (3)钻钻孔孔间间距距、数数量量、有有效效抽抽放放时时间间：根根据据钻钻孔孔瓦瓦斯斯流流量量

36、衰衰减减系系数数()、需需要要抽抽放放瓦瓦斯斯量量(Qx)、钻孔极限抽出瓦斯量钻孔极限抽出瓦斯量Qj，计算确定钻孔有效抽放时间，计算确定钻孔有效抽放时间(tx)、钻孔数量和钻孔间距。钻孔数量和钻孔间距。 (4) 一般应用一般应用13.3326.66kPa的负压。的负压。 五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q开采层抽放瓦斯方法开采层抽放瓦斯方法 3 3 钻孔预抽瓦斯新技术钻孔预抽瓦斯新技术沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯 穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q开采层抽放瓦斯方法开采层抽放瓦斯方法 4 4 开采层卸压抽放开采

37、层卸压抽放边掘边抽边掘边抽 当当掘掘进进煤煤层层巷巷道道瓦瓦斯斯涌涌出出量量大大于于3m3min时时，由由煤煤巷巷两两侧侧掘掘进进小小钻钻场场，在在钻钻场场内内布布置钻孔，抽放巷道周围卸压煤体的瓦斯，并截取深处煤体涌出的瓦斯。置钻孔，抽放巷道周围卸压煤体的瓦斯，并截取深处煤体涌出的瓦斯。 适用条件与优缺点适用条件与优缺点 掘掘进进煤煤层层巷巷道道时时瓦瓦斯斯涌涌出出量量超超过过3m3/min，通通风风不不易易解解决决瓦瓦斯斯问问题题。 适适于于透透气气性性低低，预预抽抽效效果果不不好好的的煤煤层层。 抽抽出出巷巷道道周周围围煤煤休休的的卸卸压压瓦瓦斯斯，并并可可截截取取煤煤体体深深处处涌涌出出

38、的的瓦瓦斯斯，减减少少涌涌入入巷巷道道的的瓦瓦斯斯量量，抽抽放放效效果果好好。 钻钻孔孔易易漏漏气气，往往往往不不易易保保证证规规定定的的抽抽放瓦斯浓度。放瓦斯浓度。五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q开采层抽放瓦斯方法开采层抽放瓦斯方法 厚煤层上行分层开采边采边抽厚煤层上行分层开采边采边抽5 5 开采层卸压抽放开采层卸压抽放边采边抽边采边抽 厚煤层下行分层开采边采边抽厚煤层下行分层开采边采边抽一次采全高边采边抽一次采全高边采边抽五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q邻近层抽放瓦斯方法邻近层抽放瓦斯方法尾巷倾斜钻孔抽放邻近层瓦斯尾巷倾斜钻孔抽放邻近层瓦斯1 1 从开采层层内巷道打钻孔抽放从开采层层内

39、巷道打钻孔抽放 迎面斜交钻孔抽放邻近层瓦斯迎面斜交钻孔抽放邻近层瓦斯 运输巷钻孔抽放邻近层瓦斯运输巷钻孔抽放邻近层瓦斯五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q2.11.5.2 2.11.5.2 邻近层抽放瓦斯方法邻近层抽放瓦斯方法中间巷钻孔抽放中间巷钻孔抽放邻近层瓦斯邻近层瓦斯 1 1 从开采层层内巷道打钻孔抽放从开采层层内巷道打钻孔抽放 回风巷钻场倾斜钻孔回风巷钻场倾斜钻孔抽放上邻近层瓦斯抽放上邻近层瓦斯 回风巷与运输巷同时回风巷与运输巷同时打钻孔抽放邻近层瓦斯打钻孔抽放邻近层瓦斯五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q邻近层抽放瓦斯方法邻近层抽放瓦斯方法底板岩巷钻孔抽放底板岩巷钻孔抽放邻近层瓦斯邻近层

40、瓦斯 2 2 从开采层外打钻孔抽放邻近层瓦斯从开采层外打钻孔抽放邻近层瓦斯 邻近层巷道钻孔邻近层巷道钻孔抽放邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯 顶板岩巷钻孔顶板岩巷钻孔抽放邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q邻近层抽放瓦斯方法邻近层抽放瓦斯方法3 3 地面钻孔抽放邻近层瓦斯地面钻孔抽放邻近层瓦斯地面垂直钻孔地面垂直钻孔抽放邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯地面拐弯钻孔地面拐弯钻孔抽放邻近层瓦斯抽放邻近层瓦斯 五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q邻近层抽放瓦斯方法邻近层抽放瓦斯方法4 4 顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯倾向高抽巷倾向高抽巷 走向高抽巷走向高抽巷 倾向高抽巷与

41、钻孔布置倾向高抽巷与钻孔布置 五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放1 1 半封闭采空区瓦斯抽放半封闭采空区瓦斯抽放 向冒落拱上方打钻孔抽放向冒落拱上方打钻孔抽放工作面尾巷抽放工作面尾巷抽放插管抽放法插管抽放法五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放1 1 半封闭采空区瓦斯抽放半封闭采空区瓦斯抽放 地面钻孔抽放地面钻孔抽放 五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放1 1半封闭采空区瓦斯抽放半封闭采空区瓦斯抽放 高位钻孔抽放高位钻孔抽放 风巷70m80m80m80m80m80m80m80m70m80m85m85m12111098

42、7654321机巷切眼停采线17150综采工作面五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放q2.11.5.3 2.11.5.3 采空区瓦斯抽放采空区瓦斯抽放2 2 全封闭采空区瓦斯抽放全封闭采空区瓦斯抽放密闭巷道抽放采密闭巷道抽放采空区瓦斯空区瓦斯 均压密闭抽放采均压密闭抽放采空区瓦斯空区瓦斯 报废矿井抽放报废矿井抽放 报报废废矿矿井井的的瓦瓦斯斯储储量量丰丰富富，而而且且能能长长时时间间地地涌涌出出瓦瓦斯斯，因因此此应应进进行行抽抽放放并并加加以以利利用用。如如法法国国中中央央煤煤矿矿和和卡卡齐齐埃埃煤煤矿矿，矿矿井井报报废废后后，分分别别抽抽瓦瓦斯斯达达67.5年年 ， 抽抽 出出 量量 分分 别别

43、 为为73.42106m3和和17.88106m3。五、矿井瓦斯抽放五、矿井瓦斯抽放（五）瓦斯抽放存在的问题（五）瓦斯抽放存在的问题 20062006年年1 15 5月月，国国有有重重点点煤煤矿矿286286处处高高瓦瓦斯斯和和瓦瓦斯斯突突出出矿矿井井，抽抽放放瓦瓦斯斯9.769.76亿亿m m3 3，利利用用2.322.32亿亿m m3 3、利利用用率率23.9%23.9%（民民用用2.072.07亿亿m m3 3、发电、发电0.250.25亿亿m m3 3 ）。）。抽放时间短抽放时间短 抽放负压低抽放负压低封孔质量差封孔质量差采掘失调采掘失调瓦斯抽放率低瓦斯抽放率低封孔长度短封孔长度短泵能

44、力不足泵能力不足管网阻力大管网阻力大抽放浓度低抽放浓度低钻孔数量少钻孔数量少抽放方法落后抽放方法落后施工难度大施工难度大钻机能力不足钻机能力不足影响瓦斯抽放效果的因素众多（六）提高瓦斯抽放效果的技术对策（六）提高瓦斯抽放效果的技术对策对策之一：对策之一：改善采掘平衡，确保抽放时间改善采掘平衡，确保抽放时间突出预测突出预测高效消突高效消突敏感指标敏感指标区域预测区域预测点预测点预测临界值临界值快速掘进快速掘进三维地震构造探测地质雷达水力挤出高效消突技术水力挤出高效消突技术水力挤出前水力挤出前水力挤出后水力挤出后对策之二对策之二:：改革打钻工艺，增加吨煤孔长：改革打钻工艺，增加吨煤孔长强力钻机强力

45、钻机扩孔钻头扩孔钻头增加吨煤孔长增加吨煤孔长泡沫排粉泡沫排粉多打钻孔多打钻孔风力排粉风力排粉钻进钻进/射流射流金属钻头金属钻头轴向喷嘴轴向喷嘴径向喷嘴径向喷嘴液控双作用阀液控双作用阀螺旋输送叶片螺旋输送叶片镀层钻杆镀层钻杆“保压钻进保压钻进” VLD千米定向千米定向 钻机钻机 钻孔实际轨迹图 钻孔实际剖面图 对策之三对策之三:优化抽放系统，提高抽放能力优化抽放系统，提高抽放能力更换大直径管道管路设置放水器抽放泵能力匹配推广聚氨酯封孔对策之四对策之四:优选抽放方式，强化综合抽放瓦斯优选抽放方式，强化综合抽放瓦斯优选抽放方法优选抽放方法 综合抽放瓦斯综合抽放瓦斯增大煤层透气性增大煤层透气性交叉钻孔

46、交叉钻孔高能气体致裂高能气体致裂水力化措施水力化措施注入气体置换注入气体置换爆破压裂爆破压裂提高抽放率提高抽放率5md75交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯25-30m25-30mAAAA剖面剖面钻场钻孔“钻墙” 边掘边抽瓦斯分段走向顶板岩石钻孔高效抽放采空区瓦斯分段走向顶板岩石钻孔高效抽放采空区瓦斯230mAA运输顺槽回风顺槽AA剖面放大图25m顶板岩石钻场5070m6-10m均压高效抽放全封闭采空区瓦斯均压高效抽放全封闭采空区瓦斯均压埋管高效抽放半封闭采空区瓦斯均压埋管高效抽放半封闭采空区瓦斯对策之五对策之五: 抽采并重，以抽保采，以用促抽抽采并重，以抽保采，以用促抽对策之五对策之五: 加强管理，健全制度加强管理，健全制度健全制度健全制度队伍培训队伍培训人员管理人员管理设备管理设备管理谢谢大家，谢谢大家，谢谢大家，谢谢大家，