煤矿瓦斯防治新技术与新装备

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1、煤矿瓦斯防治新技术与新装备煤矿瓦斯防治新技术与新装备煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程中心煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程中心煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程中心煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程中心煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程中心煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程中心河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所 201120112011年年年年年年111111月月月月月月202020日日日日日日第一页，编辑于星期五：十三点

2、五十一分。 第二页，编辑于星期五：十三点 五十一分。1. 1. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术2. 2. 严重突出煤层严重突出煤层“五合一五合一”区域消突技术区域消突技术3. 3. 二氧化碳炮预裂爆破增透二氧化碳炮预裂爆破增透/ /消突技术消突技术4. 4. 瓦斯突出预测煤样定点取样器瓦斯突出预测煤样定点取样器 5. 5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪6. 6. 煤层瓦斯压力自动化测定仪煤层瓦斯压力自动化测定仪7. 7. 不用电的瓦斯稀释器不用电的瓦斯稀释器汇报内容汇报内容第三页，编辑于星期五：十三点 五十一分。获中国煤炭工业协会获中国煤炭工业协会20

3、10年科技进步一等年科技进步一等奖奖1. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术第四页，编辑于星期五：十三点 五十一分。抽放钻孔抽放影响区低透气煤层抽放影响范围小衰减快抽放效果差注气钻孔注气流对瓦斯的驱替作用，卸载瓦斯运移注入气体对煤中瓦斯置换解吸作用。1. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术第五页，编辑于星期五：十三点 五十一分。注气置换解吸作用机理（1）置换解吸（2）驱替载携（3）稀释扩散（4）膨胀增透多元气体的分压作用1. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术第六页，编辑于星期五：十三点 五十一分。阳泉矿区掘进工作面迎头阳泉矿区

4、掘进工作面迎头“边注边排边注边排”考察结果考察结果K1max单一排放边注边排排前预测排后效检注前预测注后效检左1.270.480.920.36中1.120.490.690.36右0.940.480.490.33钻孔平均混合流量增大钻孔平均混合流量增大155217倍，纯倍，纯CH4流量平均增加流量平均增加30140倍倍相同时间下，注气措施可使排放瓦斯效率提高相同时间下，注气措施可使排放瓦斯效率提高78133倍。倍。注气注气2小时可保证效检指标不超标。小时可保证效检指标不超标。1. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术第七页，编辑于星期五：十三点 五十一分。阳泉矿区掘进工作面迎

5、头阳泉矿区掘进工作面迎头“边注边抽边注边抽”考察结果：考察结果：u单抽19天的纯瓦斯量，边注边抽措施仅需9天；u边注边抽瓦斯抽采率是单抽的2倍以上 。K1max单一抽放边注边抽抽前预测抽后效检注前预测注后效检左0.960.451.020.39中1.160.461.240.37右1.070.440.980.411. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术第八页，编辑于星期五：十三点 五十一分。1. 煤层注气置换瓦斯快速消突技术煤层注气置换瓦斯快速消突技术第九页，编辑于星期五：十三点 五十一分。穿层钻孔预抽煤巷（采面）瓦斯区域防突措施穿层钻孔预抽煤巷（采面）瓦斯区域防突措施2.

6、严重突出煤层严重突出煤层“五合一五合一”区域消突技区域消突技术术第十页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 适用条件：适用条件：单一突出煤层或煤单一突出煤层或煤层群中的保护层层群中的保护层煤层产状变化大，煤层产状变化大，难以施工长钻孔难以施工长钻孔煤层松软，成孔困煤层松软，成孔困难难透气性很差透气性很差区域防突措施技术区域防突措施技术发展的方向和目标发展的方向和目标优点：优点：技术难度小技术难度小安全程度高安全程度高抽采效果可靠抽采效果可靠预抽时间长，不受预抽时间长，不受掘进影响掘进影响便于校检便于校检缺点：缺点：岩巷工程量很大，周岩巷工程量很大，周期长，成本高期长，成本高钻孔长度利用率低钻孔长

7、度利用率低低透气性煤层必须低透气性煤层必须采用强化增透措施采用强化增透措施2. 严重突出煤层严重突出煤层“五合一五合一”区域消突技术区域消突技术第十一页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 低透气性强突煤层低透气性强突煤层低透气性强突煤层低透气性强突煤层“ “五合一五合一五合一五合一” ”区域消区域消区域消区域消突技术：突技术：突技术：突技术： 穿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔穿层钻孔水力冲孔水力冲孔水力冲孔水力冲孔 瓦斯预抽瓦斯预抽瓦斯预抽瓦斯预抽 注气置换注气置换注气置换注气置换煤体注水煤体注水煤体注水煤体注水2. 严重突出煤层严重突出煤层“五合一五合一”区域消突技术区域消突技术关键技术：关键技术：

8、关键技术：关键技术：冲出煤量，钻孔密度，气水煤分离冲出煤量，钻孔密度，气水煤分离冲出煤量，钻孔密度，气水煤分离冲出煤量，钻孔密度，气水煤分离第十二页，编辑于星期五：十三点 五十一分。存在较大的卸压空白带存在较大的卸压空白带存在较小的卸压空白带存在较小的卸压空白带如何消除卸压空白带，如何消除卸压空白带，需要结合具体条件研需要结合具体条件研究究2. 严重突出煤层严重突出煤层“五合一五合一”区域消突技区域消突技术术第十三页，编辑于星期五：十三点 五十一分。2. 严重突出煤层严重突出煤层“五合一五合一”区域消突技术区域消突技术第十四页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 二氧化碳炮爆破是二氧化碳炮爆破是

9、20世纪世纪50年代开发的一种爆破技术，是专门为年代开发的一种爆破技术，是专门为高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。 二氧化碳炮预裂爆破技术的优势：二氧化碳炮预裂爆破技术的优势：爆破过程无火花外露；爆破过程无火花外露；采用低压起爆（采用低压起爆（9V），相比传统起爆（），相比传统起爆（1800V）更安全；）更安全；不产生具有破坏性的震荡或震波，减少了诱发瓦斯突出的几率；不产生具有破坏性的震荡或震波，减少了诱发瓦斯突出的几率；不需进行验炮，爆破后便可进人，可连续作业。不需进行验炮，爆破后便可进人，可连续作业。1-充液态二氧化碳的管道充液态二氧化碳的管道; 2-垂直筒壁的放

10、气门排气口垂直筒壁的放气门排气口; 3-切变盘与密封垫切变盘与密封垫; 4-加热元件加热元件; 5-密封垫密封垫; 6 -注液口注液口; 7-通向加热元件的电极通向加热元件的电极; 8-通向管体的电极通向管体的电极; 9-注液或释放二氧化碳的圆角头定位螺钉注液或释放二氧化碳的圆角头定位螺钉3. 二氧化碳炮预裂爆破增透二氧化碳炮预裂爆破增透/消突技术消突技术第十五页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 二氧化碳炮爆破原理：二氧化碳炮爆破原理：在爆破孔内装入预先注入液态二氧化碳的在爆破孔内装入预先注入液态二氧化碳的爆破管，并将其与低压起爆器间连接；接通电流引爆爆破管的起爆头爆破管，并将其与低压起爆器

11、间连接；接通电流引爆爆破管的起爆头后，管内二氧化碳迅速从液态转化为气态，当爆破管内气态二氧化碳后，管内二氧化碳迅速从液态转化为气态，当爆破管内气态二氧化碳压力达到预设压力时，释放头内的破裂盘被打开，二氧化碳气体透过压力达到预设压力时，释放头内的破裂盘被打开，二氧化碳气体透过排放孔迅速向外爆发，瞬间产生强大的膨胀能破碎煤体，从而达到爆排放孔迅速向外爆发，瞬间产生强大的膨胀能破碎煤体，从而达到爆破效果。破效果。3. 二氧化碳炮预裂爆破增透二氧化碳炮预裂爆破增透/消突技术消突技术第十六页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 二氧化碳炮爆破增透在二氧化碳炮爆破增透在襄垣煤矿襄垣煤矿2号煤层号煤层初步应用

12、效果初步应用效果: 低透气性煤层，低透气性煤层，0.005-0.01m2/(MPa2.d) 瓦斯含量瓦斯含量11-12m3/t，百米钻孔瓦斯流量，百米钻孔瓦斯流量0.025m3/min，流量衰，流量衰减系数减系数0.0150d-1 预抽钻孔抽采预抽钻孔抽采7天，瓦斯浓度由天，瓦斯浓度由40%降到降到10%，百米钻孔瓦，百米钻孔瓦斯流量降到斯流量降到0.005m3/min 10个钻孔，个钻孔，二氧化碳预裂爆破后，二氧化碳预裂爆破后，1-15天内的瓦斯浓度天内的瓦斯浓度85-50%，百米钻孔瓦斯流量，百米钻孔瓦斯流量0.15-0. 25m3/min；预抽预抽45天后的瓦斯浓度仍天后的瓦斯浓度仍可达

13、到可达到25%，百米钻孔瓦斯流量仍高达，百米钻孔瓦斯流量仍高达0.03-0.05m3/min二氧化碳炮预裂爆破增透效果令人兴奋二氧化碳炮预裂爆破增透效果令人兴奋3. 二氧化碳炮预裂爆破增透二氧化碳炮预裂爆破增透/消突技术消突技术第十七页，编辑于星期五：十三点 五十一分。CO2炮预裂爆破技术现状：炮预裂爆破技术现状：1）CO2爆爆破破管管已已经经研研制制成成功功，但但尚尚未未取取得得MA认证；认证；2）CO2爆爆破破预预裂裂安安全全增增透透快快速速消消突突技技术术尚尚未未在在现现场场进进行行系系统统的的工工业业性性试试验验，目目前前正正处处于于现现场试验期。场试验期。3. 二氧化碳炮预裂爆破增透

14、二氧化碳炮预裂爆破增透/消突技术消突技术第十八页，编辑于星期五：十三点 五十一分。p预测指标测定无法预测指标测定无法 “定点定点”取样取样 ，测值可靠性难以保证，低指标，测值可靠性难以保证，低指标突出突出1）人为因素：操作误差等；2）技术因素：取样时混样严重，特别是在深部（6-10m）时，进行K1值测定时的样品近20-30%钻粉来源于孔口1-5m的位置，测值严重偏低。4. 瓦斯突出预测煤样定点取样器瓦斯突出预测煤样定点取样器 瓦斯突出预测传统取瓦斯突出预测传统取样方式样方式第十九页，编辑于星期五：十三点 五十一分。4. 瓦斯突出预测煤样定点取样器瓦斯突出预测煤样定点取样器 第二十页，编辑于星期

15、五：十三点 五十一分。4. 瓦斯突出预测煤样定点取样器瓦斯突出预测煤样定点取样器 第二十一页，编辑于星期五：十三点 五十一分。4. 瓦斯突出预测煤样定点取样器瓦斯突出预测煤样定点取样器 效果明显效果明显第二十二页，编辑于星期五：十三点 五十一分。p定点取样器采用42mm钻杆设计，完全符合防治煤与瓦斯突出规定的要求。定点取样器主要技术参数定点取样器主要技术参数名称全长/mm取煤器长/mm取煤器容积/cm3取样量/g螺距/mm定点取样器87072520550150704. 瓦斯突出预测煤样定点取样器瓦斯突出预测煤样定点取样器 DGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置第二十三页，编辑于星期五：

16、十三点 五十一分。 现行的瓦斯含量测定方法需要23天时间，即便是重庆研究院新生产的DGC瓦斯含量直接测定装置，测定时间一般需要6-8小时，难以满足突出预测的时效性。5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪第二十四页，编辑于星期五：十三点 五十一分。重庆院生产的重庆院生产的DGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪第二十五页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所研制的CHP50M型煤层瓦斯含量快速测定仪采用双流量传感器智能识别自动切换技术，使煤层瓦斯流量测定范围增加到700ml/min，解决了不同煤

17、层（特别是突出煤层）初始解吸速度大的难题，能够满足最大瓦斯含量50m3/t的测定 。 快速测定仪井下实测瓦斯含量周期仅需2030min。5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪第二十六页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 和传统的瓦斯含量测试仪器和传统的瓦斯含量测试仪器相比，实现了瓦斯含量测定的自相比，实现了瓦斯含量测定的自动、快速、现场测定，无需残余动、快速、现场测定，无需残余瓦斯量测试。采用充电电池供电，瓦斯量测试。采用充电电池供电，充电后可以在井下连续工作充电后可以在井下连续工作8 8个小个小时以上，自动存储时以上，自动存储1010个瓦斯含量的个瓦斯含量的测定数据。测定数据。

18、5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪第二十七页，编辑于星期五：十三点 五十一分。工作原理：工作原理：煤中瓦斯在第煤中瓦斯在第1分钟的解吸速度分钟的解吸速度V1值与煤的瓦斯含值与煤的瓦斯含量成线性关系，根据煤中瓦斯的解吸规律反推量成线性关系，根据煤中瓦斯的解吸规律反推V1值，再根据某值，再根据某种煤样不同瓦斯含量与种煤样不同瓦斯含量与V1值关系值关系W=A+BV1，通过现场测定，通过现场测定V1值求得瓦斯含量值求得瓦斯含量W。TV1V1V1WV1W5. 5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪第二十八页，编辑于星期五：十三点 五十一分。技术关键：技术关键：瓦斯解吸速度V的

19、准确测定 煤 样 中 瓦 斯 在 解 吸 过 程 中 ， 解 吸 速 度 的 量 值 范 围 极 宽 ， 从0.5ml/min600ml/min，用一个流量传感器无法实现，如果兼顾低流速，则往往遇到高流速时就会因超出其检测范围而产生很大的误差；如果选用高流量传感器，则无法测定低流速值，导致V1推算不准，严重影响瓦斯含量W的测定。 采用双流量传感器（高流速、低流速）智能识别自动切换设计，可满足0.5ml/min700ml/min的宽范围准确测定。 目前，已取得防爆合格证和MA认证，正在办理生产许可证。5. 煤层瓦斯含量快速测定仪煤层瓦斯含量快速测定仪第二十九页，编辑于星期五：十三点 五十一分。煤

20、层瓦斯压力测定时，常常遇到下列问题：煤层瓦斯压力测定时，常常遇到下列问题： 1）压力测定时间长，人工抄表时间长，工作繁琐，）压力测定时间长，人工抄表时间长，工作繁琐，容易造成认为失误；容易造成认为失误； 2）抄表周期掌握不好时，得到的压力恢复曲线不完）抄表周期掌握不好时，得到的压力恢复曲线不完整，对于排除水压等因素的影响，最终确定煤层原始瓦斯整，对于排除水压等因素的影响，最终确定煤层原始瓦斯压力不利。压力不利。6. 煤层瓦斯含量自动化测定仪煤层瓦斯含量自动化测定仪第三十页，编辑于星期五：十三点 五十一分。河南理工大学瓦斯防治技术及装河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所研制的备研究所研制的CPD

21、8MCPD8M型瓦斯压力型瓦斯压力测定仪，适用于主动测压和被动测压测定仪，适用于主动测压和被动测压方法，采用充电电池供电，可自动准方法，采用充电电池供电，可自动准确记录长达确记录长达3030天内的煤层瓦斯压力变天内的煤层瓦斯压力变化，随时查看压力恢复曲线，可通过化，随时查看压力恢复曲线，可通过产品配套的软件读取数据并计算煤层产品配套的软件读取数据并计算煤层透气性系数。透气性系数。6. 煤层瓦斯含量自动化测定仪煤层瓦斯含量自动化测定仪第三十一页，编辑于星期五：十三点 五十一分。 CPD8M型煤层瓦斯压力自动化测定仪主要技术参数： 1）测压范围：0-8MPa； 2）巡检时间：可任意设定，1min1

22、2h； 3）电池使用时间：30d，采用休眠节电设计； 4）可显示、绘制压力恢复曲线，查询历史数据。6. 煤层瓦斯含量自动化测定仪煤层瓦斯含量自动化测定仪 目前，河南理工大学正在开发根据压力恢复曲线直接求解透气性系数的技术，不久就可以在测得瓦斯压力恢复曲线的同时获得煤层透气性系数。第三十二页，编辑于星期五：十三点 五十一分。7. 不用电的瓦斯稀释器不用电的瓦斯稀释器第三十三页，编辑于星期五：十三点 五十一分。工作原理：工作原理： 采用压风引射原理，利用井下压风，将瓦斯积聚点的风流引射到回风流中，起到稀释瓦斯的作用，适用于回风隅角、独头巷道、高冒区等局部瓦斯积聚点。名称进气端直径（mm）有效进风压力（MPa）压气风量（m3/min）引射风量（m3/min）重量（kg）外形尺寸（mm）瓦斯稀释器800.40.70.91.51828202191063主要技术参数主要技术参数7. 不用电的瓦斯稀释器不用电的瓦斯稀释器第三十四页，编辑于星期五：十三点 五十一分。7 瓦斯治理新仪器瓦斯治理新仪器第三十五页，编辑于星期五：十三点 五十一分。敬请批评指正！敬请批评指正！第三十六页，编辑于星期五：十三点 五十一分。