煤矿瓦斯抽采现状与发展方向.ppt

煤矿瓦斯抽采现状与发展方向,煤炭科学研究总院沈阳研究院 罗海珠 研究员/副院长 2009年9月4日,2009年全国煤矿瓦斯防治工作会议技术交流材料之一,汇报提纲：,一.煤矿瓦斯抽采意义重大 二.煤矿瓦斯抽采概况 三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成 四.瓦斯抽采技术简介 五.瓦斯抽采存在的主要问题 六.煤矿瓦斯抽采发展方向,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,1. 瓦斯灾害严重瓦斯治理的根本措施 08年10月：国有重点煤矿885处，国有地方煤矿1320处，乡镇煤矿10517处 煤矿突出矿井754个和高瓦斯矿井2260个 瓦斯灾害事故经常发生，瓦斯事故起数和死亡人数均占50%左右 重特大事故中主要是瓦斯事故,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,1. 瓦斯灾害严重瓦斯治理的根本措施,总：12722,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,2. 瓦斯灾害分布广、致灾差异大-瓦斯治理的根本措施,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,2. 瓦斯灾害分布广、致灾差异大-瓦斯治理的根本措施,突出矿井：湖南、贵州、重庆、河南、四川、安徽和云南7个省市，占突出矿井总数的89% 高瓦斯矿井：贵州、四川、江西、山西、云南、湖南和重庆7省市，占高瓦斯矿井总数的89%,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,实践证明： 瓦斯抽采是煤矿治 理瓦斯的治本之策,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,3. 瓦斯利用 瓦斯是一种清洁能源，用途广泛 瓦斯是温室气体，根据节能减排要求，多抽少排，降低对环境的影响,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,4.瓦斯抽采是国家政策的要求 对煤矿安全、瓦斯及煤层气抽取利用、矿上矿下预警测报系统等要作系统的研究 高瓦斯、突出矿井“先抽后采”、“抽采达标”,4.瓦斯抽采是国家政策的要求 2010年： 瓦斯事故死亡人数比07年下降20%以上 瓦斯抽采总量突破100亿m3 建成瓦斯治理示范矿井和示范县各100个,一. 煤矿瓦斯抽采意义重大,二.煤矿瓦斯抽采概况,我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段： （1） 高透气性煤层瓦斯抽采阶段 50年代初期，首次在抚顺矿区高透气性特厚煤层中采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，获得了成功。 解决了抚顺矿区向深部发展的安全关键问题。,二.煤矿瓦斯抽采概况,（2） 邻近层卸压瓦斯抽采阶段 50年代中期，采用穿层钻孔、顶板收集瓦斯巷(高抽巷)抽采上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先获得成功。 解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。,我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：,二.煤矿瓦斯抽采概况,（3） 低透气性煤层瓦斯强化抽采阶段 60年代，试验了地面、井下水力压裂，水力割缝，松动爆破，大直径（扩孔）钻孔，网格式密集布孔，预裂控制爆破，交叉布孔等多种强化措施。 对降低突出危险性煤层瓦斯压力和煤层消突起到积极作用。,我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：,二.煤矿瓦斯抽采概况,（4） 综合抽采瓦斯阶段 80年代开始、为适应综采和综放采煤技术的推广应用，试验研究了开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内综合抽采瓦斯措施。 解决了高产、高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的难题。,我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：,二.煤矿瓦斯抽采概况,（5）立体抽采瓦斯阶段 近年来，试验研究了地面钻孔井与井下钻孔联合抽采矿井瓦斯。地面钻孔对开采层进行压裂、抽采瓦斯以及对采动影响卸压瓦斯和采空区瓦斯进行抽采。在开采过程中，井下钻孔对煤层瓦斯进行抽采，实现立体抽采方式。 解决了开采煤层预抽时间短，抽采率低的问题。,我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：,二.煤矿瓦斯抽采概况,2007年中国煤矿抽采瓦斯矿井数量分布图,全国抽采瓦斯矿井数量,1、贵州省122个 2、山西省122个 3、河南省44个 4、辽宁省21个 5、重庆市21个 6、四川省20个 7、安徽省19个 8、黑龙江省15个 9、河北省12个 10、江西省8个 11、宁夏6个,二.煤矿瓦斯抽采概况,2007年全国煤矿抽采瓦斯量比例图,全国煤矿抽采瓦斯量,阳泉、晋城、淮南、淮北、松藻、盘江、水城、抚顺等10余个矿区年抽采量超1亿m3,二.煤矿瓦斯抽采概况,2001年以来煤矿瓦斯抽采和利用情况,三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成,煤矿瓦斯抽采技术经过数十年的实践和试验研究，已经积累了上百种瓦斯抽采方式方法，通过研究将应用范围广、效果好、有发展潜力的5类41种抽采技术挑选出来，推荐给全行业，以利于煤矿“先抽后采”、“抽采达标”，实现安全生产的目的。,1.开采煤层瓦斯抽采技术 2.邻近层卸压瓦斯抽采技术 3.围岩瓦斯抽采技术 4.采空区瓦斯抽采技术 5.综合瓦斯抽采技术,三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成 1.开采煤层瓦斯抽采技术,三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成 2.邻近层卸压瓦斯抽采技术,三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成 3.采空区瓦斯抽采技术,三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成 4.围岩瓦斯抽采技术,“十五”以来，针对我国煤矿瓦斯治理的现状，国家组织完成了“煤矿瓦斯治理技术筛选综合集成和示范” 项目研究，在低透气性煤层增透抽采瓦斯、长钻孔定向钻进技术及装备、抽采钻孔封孔技术、松软突出煤层成孔工艺及装备、抽采参数监测监控和采煤采气一体化技术等方面，取得了重要突破，在15个示范矿井得到应用。,四. 瓦斯抽采技术简介,（1）典型瓦斯抽采技术简介,顺层钻孔抽采本层瓦斯 顺层钻孔用于区域性抽采，适用于煤层透气性0.1m2/MPa2.d、煤层瓦斯含量8m3/t或开采突出煤层。 可抽采工作面前方煤体的卸压瓦斯，提高钻孔的抽采半径，抽采效果提高1.5倍。,顺层钻孔及交叉布孔预抽本层瓦斯示意图,四. 瓦斯抽采技术简介,网格式穿层钻孔适用于松软低透气性突出煤层的瓦斯抽采，可解决突出煤层打顺层孔时喷孔、塌孔问题。 网格式穿层钻孔是我国单一煤层防突的主要方法，已在突出严重的北票、白沙、中梁山等矿区应用。,网格式穿层钻孔布置示意图,2.网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯,（1）典型瓦斯抽采技术简介,四. 瓦斯抽采技术简介,该技术适用于煤层群开采条件下，邻近层和采空区瓦斯涌出量较大的工作面。 该抽采技术与顶板岩巷抽采法、顶板穿层短钻孔抽采法相比，技术和经济上具有显著的优越性。 该技术在淮南、铁法等20多个矿区160个矿应用。,顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯示意图,3.顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯,（1）典型瓦斯抽采技术简介,四. 瓦斯抽采技术简介,高位巷道密闭抽采邻近层与采空区瓦斯示意图,4. 高位巷道密闭抽采邻近层与采空区瓦斯,该方法适用于煤层群开采或采空区丢煤较多，煤层顶板有遇水膨胀的泥岩层无法施工钻孔，高产高效工作面。 具有抽采量大，抽采强度影响范围广特点，是消除工作面上隅角和后运输机道瓦斯超限的有效方法之一。 该技术在阳泉五矿、铁法大隆、大同塔山等多个矿区推广应用。,（1）典型瓦斯抽采技术简介,四. 瓦斯抽采技术简介,淮南潘一矿1541综放工作面，煤层有突出突出性，工作面同时采用顶板走向长钻孔、工作面顺层水平长钻孔、上隅角插管抽采、深孔控制预裂爆破强化抽采。 目前瓦斯综合抽采已在全国范围内广泛应用。,工作面综合抽采瓦斯示意图,5. 综合抽采瓦斯技术,（1）典型瓦斯抽采技术简介,四. 瓦斯抽采技术简介,1.水力冲割煤层卸压强排强抽瓦斯技术,该技术利用高压形成高速射流，冲割煤体制裂缝和造空穴，增大卸压范围，增大煤层瓦斯的流动性，提高煤层瓦斯抽采效果。,1 供水管路；2 井下移动高压水力泵站；3 溢流阀；4 压力表；5 单向阀；6 截止阀；7 钢丝编织高压胶管；8 钻机；9 高压水射流钻杆；10 煤层；11 回转式高压旋转接头；12 球形铰接固定器；13 高压旋转水射流扩孔装置；14 煤渣及回水管路；15 封孔材料；16 封孔钢管。,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,利用炸药爆破产生的高压冲击波瞬间撞击聚能药包与钻孔之间的水，形成高压水射面，使煤体产生新的裂隙，同时高压水楔入原生裂隙中使裂隙延伸，而控制孔起到裂隙导向和空间补偿作用，从而提高瓦斯抽采效果。适用于低透气性煤层强化抽采瓦斯、煤层消除突出危险和释放地层应力。,2. 深孔定向聚能水封爆破技术,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,3. 煤矿井下定向长钻孔钻机 煤科总院西安院钻机研制方面取得长足进展，已研制出300m、500m、1000m系列钻进装备。,ZDY6000LD（A）钻机,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,钻孔测量系统由孔口控制单元、测斜探管、线缆绞车等组成。 根据需要可通过孔口控制单元进行测量数据记录、显示和存储等操作。,4.煤矿井下定向长钻孔轨迹测量系统,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,钻进能力200m1000m，钻孔直径范围为75mm300mm，钻机功率22kW90kW，主要用于煤矿井下快循环施工瓦斯抽采孔，也可用于其他工程钻孔，大大降低施工时工人搬运钻机的劳动强度，减少辅助工作时间，提高劳动效率。,5.履带式钻机,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,钻机可实现100m以外远距离控制钻杆自动装卸和钻孔施工，并进行远程视频监控和钻孔参数检测，提高了突出煤层施工钻孔作业人员的防护能力。,6.突出煤层顺层钻孔远控施工技术及装备,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,该技术是将钻机钻进技术与射流割缝技术进行有机结合形成钻进和割缝一体化。首先利用钻机打钻，当压控钻割钻头穿层钻进到煤层预定位置后，利用射流割缝工艺在钻孔侧壁形成缝槽，同时排出了煤体中部分煤体，增加了煤体暴露面积，使煤层内部卸压、瓦斯释放，形成一个由“点”到“线”，由“线”到“面”，由“面”到“整体”的卸压区，从而达到安全防突目的。,7.穿层钻孔高压磨料射流钻割一体化防突装备,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,在煤层开采前从地面向预开采煤层顶板施工直径为150mm至300mm的垂直钻井，钻井终孔点控制在目标煤层上方5m至10m，当工作面推进至钻井附近，由于顶板垮落，煤层覆岩内部产生大量裂隙，煤层得到卸压增透，即可利用钻井通过覆岩裂隙将煤层卸压瓦斯直接抽采至地面。 淮北矿区还开发出了地面井“一井三用”的技术即预抽、卸压抽和采空区抽。,8.地面钻井抽采动区瓦斯技术,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,该技术能直接在煤矿井下环境中现场焊接瓦斯塑料管道,主要用于瓦斯矿井中聚乙烯聚丙烯管道的热熔对接焊,9.煤矿井下塑料管道焊接装置,四. 瓦斯抽采技术简介,（2）近年来瓦斯抽采新技术简介,五.煤矿瓦斯抽采存在的主要问题,（1）煤层透气性低 我国煤层渗透率平均在0.00216.17mD之间，0.1mD占35%，0.11.0mD37%，1.0mD占8%，10mD较少； 高瓦斯突出煤层大多属于渗透率低的煤层； 抽采瓦斯的难度大。,五.煤矿瓦斯抽采存在的主要问题,（2）抽采率低、抽采浓度不高 资料统计多数矿井瓦斯抽采量仅为6Mm3/a左右，瓦斯抽采率为30%左右，瓦斯抽采浓度25%左右。 煤矿瓦斯抽采技术工艺性强，复制性差，受煤层地质条件控制。因此，选择适应本矿生产、地质条件的抽采技术并进集成创新十分重要。 抽采参数的选择、抽采瓦斯管理及监测监控不完善也是原因之一。,五.煤矿瓦斯抽采存在的主要问题,（3）抽采钻孔施工工艺及装备不适应煤层条件及抽采需求 瓦斯含量高、松软突出煤层内施工抽采钻孔难度大，往往只能打成10多米的钻孔，给瓦斯抽采和防突带来困难。 定向水平千米钻孔抽采瓦斯是代替高抽巷、降低抽采成本的有效措施，但千米钻机及随钻测斜装置等还不成熟。 突出危险煤层施工的遥控钻机有待完善。,六.煤矿瓦斯抽采技术发展方向,（1）进一步加大抽采瓦斯和利用工作扶持力度，激励企业多抽瓦斯、多用瓦斯，减少瓦斯排放量，依靠市场引导、政策驱动、自主创新，加强煤矿瓦斯抽采与利用，保障煤矿安全生产，减少生态环境污染，促进煤炭工业可持续发展。 （2）开展瓦斯抽采先进适用技术的推广和抽采新技术的研究工作，为煤矿高效抽采瓦斯提供技术支撑。 （3）继续研