矿井瓦斯治理经验交流.ppt

瓦斯治理经验交流 陈益能2009年10月 主要交流的内容 第一部分瓦斯地质第二部分瓦斯治理第三部分防治煤与瓦斯突出第四部分管理措施第五部分瓦斯抽采与利用 第一部分瓦斯地质 一 影响瓦斯赋存的环境四川盆地龙潭组 须家河组煤层 是一煤化作用为主的中 高变质烟煤 无烟煤带 又是地层连续沉积的凹陷带 控制了煤层高瓦斯赋存 高瓦斯涌出量分布区 分布带 深层构造陡变带 贺兰山 龙门山陡变带 深层活动断裂带 华蓥山断裂带 是煤与瓦斯突出敏感带 推覆构造带 龙门山 菁河构造带 华蓥山构造带 是煤与瓦斯突出多发带 二 瓦斯地质学科瓦斯地质科学涉及地球动力学 构造地质学 岩体力学 流体力学 区域地质学 煤田地质学 煤化学 采矿学 中国煤层瓦斯分区 分带 煤与瓦斯突出及构造煤分布图 中国煤层气分布及有利开发区 四川省主要断裂分布图 瓦斯化学参考量每形成一吨煤的产气量 褐煤68m3 t 肥煤230m3 t 瘦煤330m3 t 无烟煤400m3 t以上 三 矿区瓦斯地质图它是反映矿区瓦斯地质规律 瓦斯预测 瓦斯致灾 瓦斯 煤层气 资源评价及抽采技术条件等真实情况的技术图件 1 矿区瓦斯地质图必须对全矿区进行煤与瓦斯区域突出危险性预测 按图例标注煤与瓦斯突出预测参数 如瓦斯压力测点等 按图例标注所有瓦斯突出点及突出强度大小 按图例标明突出危险区 威胁区界线 2 矿区瓦斯地质图必须对全矿区瓦斯涌出规律进行研究 按图例标注全部回采工作面绝对瓦斯涌出量点 编绘瓦斯涌出量实测 预测等值线 3 矿区瓦斯地质图必须对全矿区瓦斯 煤层气 资源量进行评价 标注全部瓦斯含量测试点 编绘瓦斯含量等值线 划分瓦斯资源量计算区块 按图例计算煤层气资源量 4 矿区瓦斯地质图必须研究构造煤的发育特征和分布规律 对所有煤巷标注构造煤厚度变化小柱状 编绘测井曲线解释构造煤厚度小柱状 明确表示出构造煤厚度分布规律 四 瓦斯基本参数1 煤层瓦斯压力瓦斯压力是标志煤层赋存状态的一个重要参数 在研究矿井煤与瓦斯突出 瓦斯涌出 瓦斯抽采时 它是一个关键性的基础参数 2 煤样瓦斯参数实验室测定实验室煤样瓦斯参数测定包括煤的工业分析 瓦斯吸附常数 真 视 密度 孔隙率 瓦斯放散初速度 坚固性系数等 白皎矿瓦斯吸附常数等参数测定结果 白皎矿瓦斯放散初速度和坚固性系数测定结果 3 煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量是计算瓦斯储量和瓦斯涌出量的基础 也是预测煤与瓦斯突出的重要参数之一 所以准确测定煤层瓦斯含量是很重要的 经过几十年国内外煤炭行业的研究成果 测定煤层瓦斯含量的方法有很多 但其目前主要使用的方法有 勘探钻孔煤芯解吸法 工作面钻孔煤屑解吸法 瓦斯含量系数法与高压吸附法等 其中高压吸附法是常用的实验室测定方法之一 4 煤层透气性系数煤层透气性代表煤层瓦斯流动的难易程度 是衡量煤层瓦斯预抽难易程度的重要标志 一般采用井下直接测定煤层透气性系数的中国矿院法 其计算基础为径向不稳定流动理论 在测压钻孔压力稳定后 卸掉压力表 利用煤气表测定煤层钻孔在不同时间间隔的流量 根据钻孔瓦斯不稳定径向流动理论 采用公式进行试算和验算 其单位是m2 MPa2 d 5 钻孔瓦斯流量及其衰减系数在测压结束后卸下压力表 安上流量计 或煤气表 测定钻孔的自然瓦斯流量 并测其随时间的变化值 直到稳定在某一数值为止 根据测定结果 计算钻孔瓦斯流量衰减系数 钻孔瓦斯流量衰减系数可以作为评估开采煤层瓦斯预抽的难易程度的一个标志 钻孔瓦斯流量衰减系数的具体测定方法是 在不受采动影响的条件下 选择具有代表性的地点打钻孔 先测定初始流量q0 经时间t日 再测其瓦斯流量qt 然后用公式回归计算衰减系数 d 1 第二部分瓦斯治理 一 瓦斯防治技术我国瓦斯防治技术主要由以下7个方面组成 煤层瓦斯含量预测技术井下空气中瓦斯 甲烷 浓度测定技术煤矿安全监测监控技术瓦斯抽采成套技术防止和控制瓦斯煤尘爆炸技术煤与瓦斯突出预测技术煤与瓦斯突出综合防治技术 二 瓦斯抽采和利用技术未卸压煤层和围岩抽采卸压煤层和围岩煤层抽采采空区抽采综合抽采民用燃料 瓦斯发电 制炭黑等 三 瓦斯治理重点研究方向 1 开发新型光学甲烷 一氧化碳 二氧化碳测定仪和传感器 为煤矿提供新的检测技术 2 尽快突破并完善工业以太网 现场总线的宽带网络型煤矿安全监控系统的关键技术 实现监测监控技术升级 3 研究实时性高 处理能力强 智能化程度高的煤矿灾害预警技术及软件 提高监控系统对以瓦斯灾害为主的煤矿灾害的预警能力 4 研究适合高地应力 高瓦斯 松软突出煤层条件的钻进工艺及设备 以及瓦斯抽采技术 5 研究超长定向水平长钻孔钻进工艺与装备 以及瓦斯抽采技术 6 研究井下 地面联合抽采瓦斯 把高瓦斯煤层转化为低瓦斯煤层 实现安全开采的技术和装备 7 研究探测矿井小构造和瓦斯富集区的地球物理方法及装备 8 完善煤与瓦斯突出预测预报技术 提高预报的准确性 研究延期突出的预测和预防技术 9 加强防灾基础研究 引领防灾技术协调发展针对煤矿灾害基础研究十分薄弱 对灾害的发生机理认识不足 防灾技术适应性不强的现状 利用全社会的科技资源 围绕主要灾害的发生机理 演化过程等领域开展研究 重点开展6个方面的基础研究 1 研究煤与瓦斯突出 冲击地压等灾害的发生机理 2 研究构造煤的成因 分布规律等科学问题 3 研究煤层瓦斯赋存 运移及涌出规律 4 研究瓦斯煤尘爆炸特性及其演化传播规律 5 研究瓦消融技术 6 研究瓦斯置换技术 四 瓦斯治理发展趋势 1 瓦斯灾害易发区域预测技术瓦斯灾害与地质构造有密切关系 地质构造复杂的区域通常属于瓦斯灾害易发区域 此外 瓦斯灾害易发区通常赋存着较高的瓦斯含量 因此 预测高瓦斯含量区域也是预测瓦斯灾害易发区的有效手段 1 地质雷达超前探测地质构造技术地质雷达是利用无线电反射原理超前探测地质构造的一种有效手段 在岩土工程和建筑工程等领域得到广泛应用 能够超前探测采掘工作面20 30m深处煤岩内的隐伏小型构造等地质异常体 通过在西山 淮南 松藻等矿区的试验 取得了好的效果 2 P S波长距离构造探测技术P S波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的P波和S波进行分析预报地质构造的 能方便快捷预报采掘工作面100 150m深处煤岩内的地质异常情况 试验分别于2005年7月9 10日和9月21日在潞安常村矿S3 5皮顺巷 王庄矿740回风巷和王庄矿630皮带巷进行了三次探测试验 常村矿S3 5皮顺巷探测结果为 大约55 8 87 5m 掘进面前方0 31 7m 处反射面较多 岩体破碎 可能为陷落柱影响区 该巷掘至距S3回风下山南帮388m位置揭露一陷落柱 2 瓦斯抽采主要有地面 采动区 采空区抽采技术 采煤工作面平行钻孔 交叉钻孔 穿层和顺层网格式钻孔 顶板钻孔 高抽巷 底板岩巷穿层钻孔 回风巷穿层孔 上隅角埋管 尾抽 高冒带钻孔等瓦斯综合抽采技术 掘进工作面边抽边掘技术 开采保护层区域治理瓦斯技术 深孔控制预裂爆破技术 水力钻 扩 孔抽采技术 石门揭煤控制截流抽采钻孔技术 全液压钻机和大功率移动泵等 3 煤与瓦斯突出防治主要有煤与瓦斯突出危险性区域预测技术 地质构造探测技术 工作面突出危险性预测技术 区域性和局部防突技术等 4 瓦斯煤尘爆炸预防主要有矿井瓦斯爆炸危险性评价技术 爆炸危险性监控和分析技术 防止局部瓦斯积聚技术与装备 主动 被动式隔抑爆技术 粉尘防治技术等 5 瓦斯监测监控与预警主要有煤矿瓦斯灾害监控技术与装备 矿井火灾早期预测预报技术与装备 基于瑞利波 雷达波 AE声发射 电磁辐射等瓦斯地质原理和方法的煤与瓦斯突出或煤岩动力灾害预测技术等 6 事故应急救援主要有井下无线通讯或救灾信息传输技术 个体防护和救护技术与装备 救灾机具及装备等 7 瓦斯利用技术与装备包括瓦斯提纯技术 碳分子筛变压吸附瓦斯提纯技术 防爆型碳分子筛变压吸附瓦斯提纯设备及安全监控装置 热电冷联供与矿井降温 热电冷联供瓦斯发电配套技术及设备国产化 制氮防火和富氧发电技术 低浓度瓦斯发电的配气技术 瓦斯发电的自动配气装置 低浓度瓦斯工业锅炉助燃技术 低浓度瓦斯的自动配气和控制装置 第三部分防治煤与瓦斯突出 一 我国煤与瓦斯突出概况我国是煤与瓦斯突出灾害最严重的国家之一 1975年8月8日天府三汇一矿揭开K1煤层时发生一次突出煤 岩12780t 瓦斯140万m3的特大煤与瓦斯突出 始突深度为50m 是世界上发生突出最浅的国家 我国已形成了 四位一体 突出预测 突出防治措施 防突效果检验 安全防护 的煤与瓦斯突出综合防治技术体系 取得了良好的效果 煤与瓦斯突出防治技术存在的问题 对构造煤 瓦斯地质 地应力场等科学问题的研究深度不够 煤与瓦斯突出发生机理尚未完全认识 延期突出时有发生 没有好的技术对策 需要进一步提高预测预报煤与瓦斯突出的敏感指标的可靠性和临界值的准确性 保护层开采技术应用条件苛刻 适用范围受到局限 突出煤层中钻孔施工困难 容易发生突出 二 区域防突措施 一 开采保护层 二 预抽煤层瓦斯 一 开采保护层 沿倾斜保护范围图 开采保护层防止煤和瓦斯突出原理图 保护层作用范围 二 煤层瓦斯预抽 另 瓦斯抽采与利用经验交流 三 局部防突措施 一 石门揭煤1 五步法石门揭煤 五步法石门揭煤安全屏障区作用原理 2 钻孔注浆法石门揭煤 综合指标法预测突出危险性 式中D 煤层突出危险性综合指标 0 25 K 煤层突出危险性综合指标 无烟煤20 其他15 H 开采深度 m P 煤层瓦斯压力 取实测瓦斯压力的最大值 MPa P 煤层软分层煤的瓦斯放散初速度指标 f 煤层软分层煤的平均坚固性系数 二 煤巷掘进防突 1 煤巷掘进工作面突出危险性预测2 防突措施 1 煤巷掘进工作面突出危险性预测 1 复合指标预测法 用复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的临界值 最大钻屑量Smax 6Kg m最大瓦斯涌出初速度Qmax 5 4L m 2 瓦斯V30预测瓦斯V30预测煤与瓦斯突出是采用瓦斯监测曲线峰波形状变化预测突出煤层掘进工作面的突出危险性 具体的方法是通过观测和比较相同作业工序下的相邻两个班 或相邻两个循环 监测瓦斯浓度曲线 山形波 的宽度和高度变化 来判定工作面突出危险性 宽度为时间范围 高度为瓦斯浓度峰值 当瓦斯浓度曲线超过监测系统瓦斯测量范围时 则按曲线趋势延长推断瓦斯浓度峰值 2 防突措施 1 超前钻孔排放半径 预裂爆破钻孔 边掘边抽钻孔 2 预裂爆破与边掘边抽 二 回采工作面防突 1 作面突出危险性预测2 防突措施 1 回采工作面突出危险性预测采煤工作面突出预测主要采用瓦斯放散初速度 钻屑量 瓦斯V30预测 综合指标法 除了瓦斯峰波预测之外 其它方法与掘进基本一致 只是钻孔参数有区别 2 回采工作面的防突措施 1 超前排放钻孔 2 煤体注水 1 超前排放钻孔其方法与掘进工作面防突措施相同 只是所控制的范围及区域不同而已 应根据现场情况确定具体的施工方案 2 煤体注水 三 防突技术管理 一 建立综合防突体系 综合防突体系 第四部分管理措施 一 变措施治灾为工程治灾 工程治灾是由治标措施向治本工程的转变 将灾害治理以工程的形式予以实现 这些工程与井巷工程一并进行设计 施工 验收 考核 并纳入矿的生产作业计划 使之得到了完全兑现 保障了灾害治理的彻底性 一 系统整治工程对通风系统进行优化整治 如主要通风机改造 总回风巷道改造等 通风系统的保障能力必须达到一定高度 并且要有前詹性 要有较大的富余系数 二 采掘调整工程合理的采掘接替关系是治灾的前提条件 必须坚持抓好掘进工程 大力调整采掘接替关系 为打钻 抽采提供空间和时间保证 要坚持 限产保掘 限产治灾 的工作思路 三 瓦斯抽采工程只有通过大量的井巷工程 钻孔工程和抽采系统工程 做到抽采达标 才能达到治灾的目的 四 坚持走科技治灾之路与科研院校合作进行低透气性强突出煤层大直径钻孔提高瓦斯抽采率研究 突出厚煤层综采工作面高瓦斯综合治理技术研究 预裂爆破增透技术研究 非接触式突出危险性预测等一系列科学研究 以提高抽采效果和治灾水平 1 在突出厚煤层综采工作面中试验大功率钻机 即ZDY4000S全液压钻机和ZDY4000L型 履带式 自动全液压钻机 杉木树矿在这方面取得了重大技术突破 施工抽采孔孔径由 75mm提高到 120mm 193mm后 单孔瓦斯浓度由原来的20 65 提高到50 95 顺层单孔预抽量由原来25L min提高到100 2