矿井瓦斯抽放技术讲座

主要内容,1、矿井瓦斯抽放的重要意义2、我国煤矿抽放瓦斯技术的发展3、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介4、低透气性煤层强化抽放瓦斯技术研究5、鹤岗矿区瓦斯抽放技术评价及建议,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,1、我国煤矿抽放瓦斯技术的发展（四个阶段）高透气性煤层瓦斯预抽邻近层卸压瓦斯抽放低透气性煤层强化抽放瓦斯高产高效矿井（工作面）综合抽瓦斯,2、典型矿区瓦斯抽放技术简述淮南矿区：9对生产矿井均为煤与瓦斯突出矿井，矿区瓦斯涌出总量达820m3/min。特点是原始煤体透气性低(0.001135m2/MPa2.d)，瓦斯含量大(1226m3/t)，瓦斯压力高(最高达6MPa)，煤质松软(f=0.2)。采煤工作面瓦斯涌出量最大为60m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量最大达8m3/min。2004年集团公司抽放瓦斯1.5亿m3，平均矿井抽放率41.5。矿区采用的抽放技术主要有：顶板走向钻孔抽放瓦斯技术；专用瓦斯抽放巷道穿层钻孔抽放技术；地面钻井抽放采动影响区域瓦斯技术；顺层钻孔抽放技术；采空区瓦斯抽放技术。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,谢二矿4111（3）工作面顺层孔预抽钻孔布置图,在机巷和风巷沿煤层倾斜方向施工顺层倾向钻孔。孔间距810m,孔深3035m,孔径73mm，抽放浓度为515%，抽放流量为13m3/min，煤层瓦斯预抽率达到了32.78%，对降低煤壁瓦斯涌出量及防止煤与瓦斯突出起到了一定的作用。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,潘三矿1772(3)边抽边掘钻场和钻孔布置示意图,参数：每隔50m在巷道两帮各施工4m4m2.4m的钻场，在每个钻场施工4个长65m，直径91mm的抽放钻孔。钻孔距巷道距离2.54.0m。所以每个钻场内开孔间距500mm，钻孔方位与巷道中线成13度的夹角，用聚氨酯封孔后不间断的抽放,前后钻场钻孔重叠15m。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,掘进头超前钻孔预抽,在掘进迎头一次性布置9个孔深16m，孔径75mm的抽放钻孔（19），钻孔的抽放范围控制在巷道轮廓外4.0m。在迎头向后2.0m处的巷道两帮各施3个抽放孔（1015），其参数为：方位与巷道中线夹角成20，孔深30.0m，孔径75mm，倾角分别为+5，0，-5。迎头抽放钻孔每进尺8.0m为一个作业循环，巷道两帮钻孔每掘进16.0m为一个作业循环。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,潘一矿2312（3）开采层顶板走向钻孔（高位钻孔）瓦斯抽放钻孔布置图,在工作面回风巷每隔100m布置一个钻场，钻场在回风巷下帮开口，以17倾角向上施工，掘进4m后变平，再施工2m长的钻机平台；共布置5个钻孔，钻孔直径91mm，长度115m；钻孔终孔点控制在回风巷下帮向下323m范围内，终孔距煤层法距18m左右。瓦斯抽放量为7.012.0m3/min，平均10.5m3/min。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,采空区双埋管法抽放,随着回采工作面的移动，将抽放管路预埋在采空区的风巷位置，预埋管口距工作面的距离在1530m左右时投入抽放，在采空区上下两巷打密闭，密闭位置距抽放管口5m左右，密闭的间距15m。瓦斯抽放浓度为510%，平均为8%，瓦斯抽放纯流量为13.0m3/min，平均为2.0m3/min。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,综合抽放：,a.回采工作面综合抽放：以高抽巷、顶板走向钻孔为主，巷帮边孔为辅，结合本煤层顺层钻孔预抽，上隅角埋(插)管做补充的方式治理瓦斯。瓦斯预抽率只能达到7%10%。而综合抽放时本煤层抽放浓度能保持在8%左右，高抽巷最大浓度为42%，最大纯量为32m3/min,采煤工作面瓦斯抽放率能达到50%以上。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,b.地面钻井与泵站示意图,地面钻井抽放功能：1）采前预抽，预抽期24个月；2）采动卸压后抽放卸压带瓦斯；3）工作面回采完毕后，可利用其进行采空区瓦斯抽放。单井日平均抽出瓦斯14943m3，单井抽放瓦斯量最高达28800m3/d。正常抽放瓦斯浓度在95%左右。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,抚顺老虎台矿：矿井是一座“水、火、瓦斯、煤尘、煤与瓦斯突出、冲击地压”六害俱全的矿井，相对瓦斯涌出量52.76m3/t，绝对涌出量314.21m3/min。综放面瓦斯涌出高达200m3/min；煤与瓦斯突出严重，1997年10月3日，-780m运输石门揭煤在煤层中掘进时由于构造应力的作用发生突出，突出煤量1,067t，涌出瓦斯10万m3；冲击地压每年发生近4000次左右，1993年至2002年共发生冲击地压38,383次，其中大于3级（里氏震级）44次，最大达3.7级。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,瓦斯抽放：抚顺矿区开采的是特厚煤层，从20世纪50年代开始就采取预抽煤层瓦斯的方式进行瓦斯抽放，一般预抽23年左右，主要有采前预抽、边采边抽和采空区抽放等方法。2003年矿井瓦斯抽放量为105.06Mm3，平均抽放速度为199.89m3/min，平均抽放浓度为50%，生产吨煤抽放量为29.18m3/t。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,1-反斜钻孔；2-隔离式钻孔；3-上抽钻孔；4-下截式钻孔,上抽式：在采区上部煤柱中布置钻场，每个钻场内打57个钻孔，一直穿透全煤层，钻孔角度一般为03；下截式：将钻孔布置在采区下部阶段煤柱内，布置与上抽式相同；反斜式：将钻场设在阶段的下部和煤层的顶部或顶板油母页岩内，然后打斜交上向钻孔；隔离式：将钻场和钻孔布置在边界（区间）煤柱中，抽放受采动影响的卸压瓦斯；原预抽孔的边采边抽。总抽放率为36.8,505采区边采边抽钻孔布置平断面图,边采边抽,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,78001I巷道布置与瓦斯抽放系统示意图,采空区抽放78001-I综放面回采时瓦斯涌出量：119.55m3/min，采用尾巷插管，顶板巷道和采空区埋管抽放空区瓦斯，其中风排量19.28m3/min，抽放量达到100.27m3/min，抽放率高达83.87%。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,20002003年抚顺矿井瓦斯涌出、抽放与利用量,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,晋城寺河矿：2004年7月矿井瓦斯鉴定，矿井绝对涌出量为386m3/min，抽放量为130m3/min，风排量256.30m3/min，相对瓦斯涌出量21m3/t。抽放方法有三种，即地面抽放、本煤层预抽和采空区抽放。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,（1）地面钻孔抽放2004年在寺河矿潘庄井田施工30口煤层气井，井距为310250m，控制面积为3.64km2,2004年度累计产气量538万m3。二期工程的70口煤层气井于2004年底开工，于2005年10月份完工，年底形成了0.81.5亿m3/a的煤层气生产能力；2010年完成三期工程，进行整个潘庄井田的煤层气开发，实现年产气量3亿m3。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,寺河矿掘进时预抽钻孔布置,寺河矿回采工作面预抽钻孔布置,掘进巷道两侧间隔150m布置钻场，钻场内钻孔呈扇形布置，钻孔设计长200米，实现对掘进面前方和圈定区域内的瓦斯进行抽放；回采前又进行采前预抽。,（2）本煤层预抽,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,（3）采空区瓦斯抽放通过采空区密闭插管进行半封闭抽放，有效的改变上隅角风流运移方向，达到治理上隅角瓦斯的目的。工作面回采结束后，对密闭工作面采空区继续进行全封闭抽放，以减小采空区瓦斯涌出量。采空区抽放瓦斯混合量：7580m3/min；抽放CH4浓度：1317%；抽放纯瓦斯量1114m3/min。,二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展,1、煤矿抽放瓦斯类型按抽放瓦斯来源可分为4个类型：开采煤层瓦斯抽放类型邻近层瓦斯抽放类型围岩瓦斯抽放类型采空区瓦斯抽放类型,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,岩巷揭煤层预抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,邻近层瓦斯抽放方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,围岩瓦斯抽放方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,采空区抽放瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,2、开采煤层瓦斯抽放方法技术（1）开采煤层未卸压瓦斯抽放方法岩巷揭煤层预抽（排）瓦斯方法煤巷掘进预抽（排）瓦斯方法回采工作面大面积预抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,适用条件：用于倾斜、缓倾斜中厚以上突出危险煤层超前预抽（排）瓦斯。技术工艺参数：沿井筒周边外1.5m处，扇形布置108mm钻孔，井筒围内均匀布置75mm钻孔，孔间距约1m，一般抽排时约1个月，使煤层瓦斯含量下降30%以上，或煤层瓦斯压力下降到0.74MPa以下。防突措施应遵照防治煤与瓦斯突出细则有关规定。应用说明：用于铁法大兴矿等。抽排瓦斯时，应防止钻孔积水影响瓦斯涌出。,1-井壁；2-超前钻孔；3-煤层立井揭煤层超前钻孔抽排瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,适用条件：用于石门揭开突出煤层前预抽排瓦斯，煤层倾角、厚度不限，单一煤层，近间距煤层群均可采用。技术工艺参数：主要抽排石门上方（78m）及二侧（56m）保护圈内的瓦斯。孔径75mm，间距12m.抽排时间3个月至一年（与孔间距有关），其它防突措施按防治煤与瓦斯突出细则有关规定执行。应用说明：用于重庆天府煤矿。为了提高瓦斯抽排效果，可采用煤层扩孔钻扩大煤层段钻孔直径；钻孔可与抽放系统联接，用负压进行抽放。,石门揭煤层超前钻孔抽排瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,适用条件：用于突出煤层煤巷掘进工作面前方煤体瓦斯抽排。技术工艺参数：钻孔直径7590mm，软煤选用小直径，孔间距应按钻孔在有效抽放时间内的排放半径确定，一般为0.52.0m，钻孔应控制巷道两帮外23m，还应控制巷道顶部煤层。钻孔长度应超过巷道前方应力集中带。一般为1520m。有关防突措施应按防治煤与瓦斯突出细则执行。应用说明，平顶山十矿等。该方法为突出煤层煤巷掘进最常用的防突技术措施。,煤巷掘进超前钻孔抽（排）瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,煤巷先抽后掘抽放瓦斯方法,适用条件：各类煤层，抽放瓦斯的巷道位置应处于钻机能力范围内，一般不大于200m。下向孔抽放时，钻孔应为缓倾角，否则应采用钻孔排水措施。技术工艺参数：孔径7590mm，间距10m左右，钻孔长度必须超过巷道所在位置处，抽放时间应满足巷道掘进时通风安全或防治突出的预抽瓦斯指标要求。应用说明：随着钻机能力的提高，该方法结合采煤工作面大面积预抽瓦斯，同时先抽后掘巷道的瓦斯，应是一项较实用的先抽后掘巷道的方法。平煤十矿采用了煤巷先抽后掘抽放瓦斯方法。,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,a.单一煤层穿层钻孔抽放瓦斯方法1.采空区；2-阶段煤柱,穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,b.煤层群穿层钻孔抽放瓦斯方法,穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,c.网格式穿层钻孔抽放瓦斯方法,穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,顺层钻孔预抽开采煤层瓦斯方法,a.顺层上向钻孔预抽开采煤层瓦斯方法,1-回风巷道2-运输巷道3-瓦斯管4-抽放钻孔5-回采工作面,适用条件：具有底（顶）板围岩巷或邻近煤层巷道，可以从该巷道向抽放瓦斯煤层打钻；图a适用于容易及可以抽放煤层。钻场间距一般为30m，每个钻场内扇形布孔5-7个，孔径90mm左右。在抚顺各矿应用。,顺层钻孔抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,b.顺层下向钻孔预抽开采煤层瓦斯方法,图b可用于各类瓦斯抽放难易程度的煤层。对于较难抽放瓦斯的煤层或突出煤层，在采前进行预抽后，当先采一层（开采保护层）后，可以继续预先抽放开采煤层的卸压瓦斯（详见本节层外先采，预抽开采煤层卸压瓦斯方法）；钻场间距一般为30m，每个钻场内扇形布孔5-7个，孔径90mm左右。在重庆中梁山煤矿应用,顺层钻孔抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,c.顺层走向水平钻孔预抽煤层瓦斯方法,图c适用于预抽严重突出煤层的瓦斯，可以作为区域性防突措施，有关要求应符合防治煤与瓦斯突出细则规定。要求在开采煤层的范围内均匀布孔，孔间距一般为1010m，要求抽放时间一年左右，抽放率（抽放量与煤层瓦斯储量的比值）大于30%。在芙蓉白皎矿，北票台吉矿等应用,顺层钻孔抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,d.顺层交叉网状钻孔预抽煤层瓦斯方法,顺层钻孔抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,顺层钻孔抽放时，要求的钻孔量（m/t）,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,焦作焦西矿顺层上、下钻孔预抽煤层瓦斯方法,顺层钻孔抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,2、开采煤层瓦斯抽放方法技术（2）开采煤层采动卸压瓦斯抽放方法开采煤层采掘巷道周边卸压瓦斯抽放方法开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,适用条件：适用于容易抽放瓦斯煤层，煤巷掘进工作面区域瓦斯涌出量较大（超过3m3/min）时。技术工艺参数：巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈，且处于巷帮煤体卸压范围内，钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75100mm，孔长50100m，钻场间距3050m，每个钻场内布置24个孔，孔底距巷帮平距815m。应用说明：在鸡西穆梭矿掘进1.71.9m厚的煤巷时，掘进巷道瓦斯涌出达8.2m3/min，采用该方法后，抽出瓦斯57m3/min，巷道瓦斯涌出量降低6070%。,a巷帮斜交钻孔抽瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,适用条件：适用于煤与瓦斯突出危险煤层，用于消除掘进工作面突出危险性。技术工艺参数：巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈，且处于巷帮煤体卸压范围内，钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75100mm，孔长50100m，钻场间距3050m，每个钻场内布置24个孔，孔底距巷帮平距815m。应用说明：在淮南局各矿应用，潘三矿掘进巷道平均抽放瓦斯1.5m3/min，最高3.2m3/min，抽放率达3550%,一年内累计安全掘进1080m，平均月进90m，最高115m，认为这是防治掘进过程中瓦斯超限和防治突出的治本措施。,b巷帮钻孔结合超前钻孔抽放瓦斯方法边掘边抽卸压瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,边采边抽卸压瓦斯抽放方法适用条件：受回采工作面前方矿压变化的影响，回采工作面前方一段范围内，煤体被压碎松动卸压，该地段煤体内瓦斯会大量解吸，随着回采工作向前推进，此松动卸压地段也会不间断的向前移动。因此抽放该地段内的卸压瓦斯，会取得较好的效果。但顺层单一平行钻孔孔口，孔底与回采工作面距离相同，所以钻孔孔口与孔底同时被破坏，钻孔抽放松动卸压区内瓦斯的时间短。而交叉钻孔中的斜向钻孔或斜交钻孔，当孔底被回采工作面采过后，仍有部分钻孔段留在卸压煤体内抽放瓦斯，因而能取得较好的抽放瓦斯效果。技术工艺参数：与回采工作面大面积预抽瓦斯方法抽瓦斯方法相同，在抽放期间，要严格抽放瓦斯钻孔管理，发现钻孔大量漏气时，必须及时关闭，以免影响整个抽放系统的抽放负压及瓦斯浓度。应用说明：焦作九里山矿等应用效果较好。关键在于对预抽钻孔坚持继续抽放及加强抽放瓦斯的管理。,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,开采保护层抽放瓦斯的作用：减少被保护层卸压瓦斯向保护层回采工作面涌出，等于抽放了下邻近层涌出的卸压瓦斯，保障了保护层安全开采；消除被保护层煤与瓦斯突出危险；减少被保护层（主开采煤层）巷道掘进及回采的瓦斯涌出，消除瓦斯威胁。开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯的方法:上保护层开采抽放被保护层（开采层）瓦斯方法；下保护层开采抽放被保护层（开采层）瓦斯方法；混合式抽放上、下被保护层瓦斯方法。,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,a底板穿层钻孔抽放被保护层瓦斯方法,上保护层开采抽放被保护层（开采层）瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,b顶板反向穿层钻孔抽放被保护层瓦斯方法c混合式钻孔抽放被保护层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,d顺层钻孔抽放被保护层瓦斯方法上保护层开采抽放被保护层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,适用条件：开采煤层群的矿井，有围岩巷道或相邻煤层巷道，开采煤层厚度，倾角不限，煤层为较难抽放瓦斯煤层及突出煤层。技术工艺参数：穿层钻孔的钻场间距一般为45m，每个钻场布孔4-6个，钻孔角度1040孔底间距1520m，孔径75mm左右，钻孔长度要求穿过各个抽放瓦斯的煤层，并在保护范围内。顺层钻孔的长度应大于回采工作长度的一半，间距可为预抽顺层钻孔间距的12倍，为单一平行或扇形布孔方式。应用说明：穿层钻孔抽放被保护层瓦斯方法应用较广泛。,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,上、下保护层开采抽放被保护层瓦斯方法,下保护层开采抽放被保护层瓦斯方法,适用条件：急倾斜煤层群开采矿井可以选用此法，被保护层主采煤层为严重突出后，其它防突措施效果不佳时，可选用此法。技术工艺参数：钻场距煤层顶板10m，钻场间距3060m，钻场孔数一般为35个，孔间距3015m。应用说明：该方法在中梁山煤矿浅部开采时，取得了较满意效果，但随着矿井开采深度增加，因顶板大量涌水已不再继续使用。,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,混合式抽放上、下被保护层瓦斯方法,1-h30m(上保护层),开采上、下保护层时钻孔流量曲线,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,3、开采煤层瓦斯抽放方法技术及适用性（3）人为（强化）卸压瓦斯抽放方法水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法水力割缝强化抽放开采煤层瓦斯方法长钻孔控制预裂爆破强化抽放开采煤层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,1）水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法适用条件：地面钻孔水力压裂方法适用于地表较平坦，具备钻井、压裂、抽放施工条件，地面钻孔水力压裂的煤层应为可以及容易抽放厚度为中厚以上、倾角为缓及倾斜煤层。井下水力破裂法适用条件较广。技术工艺参数：地面钻孔水力压裂及井下钻孔水力破裂技术工艺的差别是：井下钻孔水力破裂过程中不加支撑剂（砂子），其它工艺都相同，有钻井（打钻）完井（封孔）压裂排水抽放瓦斯。工艺参数中的关键是孔间距、压裂液注入速度、加砂量、排水效果等，因煤层赋存条件不同，各技术工艺参数也不同。应用说明：地面钻孔水力压裂法在我国的白沙红卫矿，抚顺北龙凤及焦作中马矿做过试验，由于煤层透气性较小、工程较大，没有推广应用。晋城地区抽放效果良好。,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,a、地面钻孔水力压裂抽放煤层瓦斯方法,b、井下钻孔水力破裂抽放煤层瓦斯方法,三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介,2）