淮南瓦斯治理课件

2006年2月17日,淮南矿区瓦斯综合治理,一、矿区基本情况二、瓦斯治理主要做法三、重点攻关方向,淮南矿区位于华东腹地，安徽省中北部，横跨淮南和阜阳两市，地理位置优越，交通便利，国家一级干线阜阳淮南铁路从矿区穿过，矿区内公路四通八达，淮河流经矿区，可常年通航。,一、矿区基本情况,（一）概况,1、交通位置,一、矿区基本情况,淮南煤田东起郯庐断裂带，西抵商丘麻城断裂，南起合肥凹陷，北止蚌埠隆起，东西长约180公里，南北宽1525公里，煤田面积约3600平方公里。保有储量500亿吨，已探明煤炭储量200亿吨，约占安徽省的74%、华东的50%。,一、矿区基本情况,2、矿区规模,（一）概况,一、矿区基本情况,（一）概况,2、矿区规模,淮南矿区目前开采的范围为：东起固镇新城口蔡城塘长丰断层，西至颖上陈桥断层，南起阜凤断层和舜耕山断层，北至尚塘明龙山上窑刘府断层，东西走向长70公里，南北宽25公里，面积约1750平方公里。全矿区-1500m以浅共有煤炭储量285亿吨，-1000m以浅有117.3亿吨。现有九对生产矿井，设计生产能力22.25Mt/a，核定生产能力31.70Mt/a。在建矿井6对，设计生产能力40.0Mt/a。,，6对在建矿井,现有9对生产矿井,煤田属华北板块东南缘，主要受华南板块的碰撞俯冲作用影响和秦岭纬向构造带的控制，后受新华夏改造，形成煤田形态总体上呈一轴向大致向西、枢扭向东南倾伏的叠瓦复式向斜构造，煤田边缘褶皱断裂较剧烈，内部发育有次生向、背斜构造。矿区内有平行构造轴向的舜耕山、阜凤、明龙山等逆冲断层，以及呈北北东向的武店、长丰、陈桥、口孜集、阜阳等逆冲断层和横切正断层等主要断层。,一、矿区基本情况,（二）瓦斯地质情况,矿区及各井田均以大的断层为界，开采范围内已探明的落差5m以上断层1900余条，平均每平方千米1.1条，目前地质条件最好的张集井田也发现落差5m以上断层60余条，平均每平方千米1条以上，构造较复杂的潘东公司发现落差5m以上断层140条，平均每平方千米4条，落差5m以下的每平方千米达数十条。,一、矿区基本情况,（二）瓦斯地质情况,一、矿区基本情况,淮南矿区,淮南矿区是我国瓦斯灾害最为为严重地区之一，9对生产矿井均为煤与瓦斯突出矿井,矿区瓦斯涌出量820m3/min，相对瓦斯涌出量15m3/t，预计2010年瓦斯涌出量达1500m3/min。采煤工作面瓦斯涌出量最大为70m3/min，掘进瓦斯涌出量最大达8m3/min。,一、矿区基本情况,（二）瓦斯地质情况,淮南矿区煤尘爆炸指数高达65以上，火焰长度可达300mm，岩粉量最大为35，粉尘普遍具有爆炸危险。淮南矿区绝大多数煤层有自燃发火倾向,发火期一般为36个月，最短的为14天。,（二）瓦斯地质情况,一、矿区基本情况,潘谢矿区平均地温梯度一般在3.03.5/100m之间。从矿区东部到西部分布，一级热害区（31）在标高400450米，二级热害区（大于37）在标高600650米以下。潘谢新区大部分矿井有热害。矿区内深部地压特点为岩性松软破碎，多为类围岩条件，岩石的单轴抗拉强度低，仅为抗压强度（71Mpa）的1/10。深部巷道极易发生大流变的持续变形，巷道收缩率一般可达2050%，且变形延续时间长。,（二）瓦斯地质情况,一、矿区基本情况,历史上曾是瓦斯事故重灾区，1980年1997年，发生重特大瓦斯事故共12起，死亡364人。80年代中期90年代中期几乎每两年就发生一次重特大瓦斯爆炸事故。1997年在两周时间内发生了“1113”事故死亡88人、“1127”事故死亡45人，共计133人，伤亡损失惨痛。,（三）历史上的瓦斯灾害,一、矿区基本情况,二、瓦斯治理做法,97年以来瓦斯治理实践可分为三个阶段.第一阶段为2000年以前，以通风排放为主,抽采为辅，健全管理的阶段；第二阶段为20002002年，风排、抽采、管理并重;2003年开始进入第三阶段，抽采为主，风排、管理并重;目前矿区抽采率达41.5%,有两个矿抽采率超过了50，部分采煤面瓦斯抽采率达到70%以上。,二、瓦斯治理做法,（一）统一思想，形成瓦斯治理理念,二、瓦斯治理做法,理念,二、瓦斯治理做法,理念,二、瓦斯治理做法,理念,二、瓦斯治理做法,理念,二、瓦斯治理做法,理念,二、瓦斯治理做法,理念,二、瓦斯治理主要做法,高投入高素质严管理强技术重利用,（二）强化管理，制定瓦斯治理措施,1998年以来，企业高度重视瓦斯治理技术攻关。2001年承担国家“十五”科技攻关，国拔资金1410万元,企业配套资金2000万元。2004年集团公司按10元/吨提取瓦斯治理资金，达2.7亿元，2005年按15元/吨提取达4.6亿元。,二、瓦斯治理主要做法,高投入,高素质,采取多样方式对全体职工进行培训：集团公司安全技术培训中心脱产培训各单位五级安教室集中培训夜校、班前培训一日一题一周一案一月一考一月一平,二、瓦斯治理主要做法,二、瓦斯治理做法,严管理,（三）强技术，以技术为先导带动相关工作是瓦斯治理的关键,二、瓦斯治理主要做法,1、保护层开采技术体系2、高瓦斯综放工作面消突技术3、采煤工作面瓦斯抽采技术4、高、突掘进工作面瓦斯治理技术5、地面钻井抽采技术6、三维地震技术,（1）、近水平煤层远距离下保护层开采技术,1、保护层开采技术体系,二、瓦斯治理主要做法,关键点：开采远程下保护层上向卸压，低抽巷网格式钻孔抽采瓦斯。应用效果：被保护层13-1煤层透气性增大2880倍，钻孔抽采量增大160倍，煤体瓦斯压力降至0。1个走向1000m，面长200m左右的保护层工作面，抽采被保护层瓦斯量达1000万m3左右。,（1）、近水平煤层远距离下保护层开采技术,二、瓦斯治理主要做法,1、保护层开采技术体系,（2）、倾斜煤层多重上保护层开采防突技术,二、瓦斯治理主要做法,1、保护层开采技术体系,关键点：高瓦斯煤层群开采上保护层下向卸压,低抽巷上向网格式钻孔抽采瓦斯。应用效果：多重开采B8、B7a、B7b保护层，被保护层B6、B4透气性增大570倍，单孔抽采量增大40倍。消除突出威胁，解决B8煤层回采瓦斯治理问题。保护层工作面单产提高33%，突出煤层掘进单进由30m/月提高到90m/月。,（2）、倾斜煤层多重上保护层开采防突技术,二、瓦斯治理主要做法,1、保护层开采技术体系,(3)、急倾斜煤层保护层开采技术,关键点：急倾斜煤层开采保护层卸压，低抽巷网格式钻孔抽采瓦斯。B8突出煤层松软，角度6490，局部煤层出现倒转，采掘过程极易“抽冒”、“淌漏”。应用效果：煤层硬度增大，采掘“抽冒”、“淌漏”现象完全消失。,二、瓦斯治理主要做法,1、保护层开采技术体系,在采煤工作面上、下风巷沿煤层施工上下顺层钻孔，间距810m。应用效果：顺层钻孔成孔深度在100m左右。配合使用深孔预裂爆破技术，抽采率达到30%以上。运用顺层密集钻孔强化抽采技术，在不具备保护层开采条件的严重突出危险块段，消除了突出危险性，实现了放顶煤开采。,二、瓦斯治理主要做法,2、高瓦斯综放工作面顺层钻孔预抽消突技术,瓦斯抽采泵,煤层倾向,瓦斯抽采钻孔,煤层走向,煤层巷道,2、高瓦斯综放工作面顺层钻孔预抽消突技术,二、瓦斯治理主要做法,从上风巷沿走向在煤层顶板向采空区上方施工巷道或钻孔，抽采采空区顶板裂隙或冒落空间内积存的高浓度瓦斯。减少采空区瓦斯向工作面涌入，控制上隅角瓦斯积聚。技术成果：以上风巷为界，垂直煤层顶板向上825m，倾斜方向030m最佳抽采区域。顶板抽采为“边抽边采”主导方法，应用单项技术抽采率达2550%。,（1）、顶板抽采技术,二、瓦斯治理主要做法,3、高瓦斯采面瓦斯抽采技术,裂隙圈,开采层,回风巷,进风巷,抽采钻孔,抽采巷道,（1）、顶板抽采技术,3、高瓦斯采面瓦斯抽采技术,二、瓦斯治理主要做法,煤层倾向,瓦斯抽采钻孔,抽采管路,顶板抽采钻场,上风巷,工作面,（1）、顶板抽采技术,二、瓦斯治理主要做法,3、高瓦斯采面瓦斯抽采技术,煤层倾向,瓦斯抽采钻孔,抽采管路,穿层边孔抽采钻孔,上风巷,工作面,（2）、采面辅助配套抽采技术,上隅角埋管抽采管路,二、瓦斯治理主要做法,3、高瓦斯采面瓦斯抽采技术,深孔松动爆破,（2）、采面辅助配套抽采技术,二、瓦斯治理主要做法,3、高瓦斯采面瓦斯抽采技术,（1）、两帮钻场深孔“边抽边掘”技术,巷帮抽采,迎头抽采,抽采钻场,工作面,4、掘进防突技术,二、瓦斯治理主要做法,技术参数：掘进巷道两侧对称钻场或间隔钻场，钻场内3个孔。孔深60m左右、孔径91mm，前后钻场孔10m压茬距。迎头钻孔1015个，或按断面2个/m2布置。孔径91mm，孔深40m左右。两组510m压茬距。,（1）、两帮钻场深孔“边抽边掘”技术,二、瓦斯治理主要做法,4、掘进防突技术,应用效果：抽采量在0.7m3/min以上，单孔流量在0.10.6m3/min，浓度1520%，炮后最高抽采浓度达到50%。严重突出危险区域掘进平均单进由原80m/月提高到最高115m/月，综掘平均单进达到130150m。主要特点：实现24小时连续抽采，有效探控前方构造，观察动力情况。,（1）、两帮钻场深孔“边抽边掘”技术,二、瓦斯治理主要做法,4、掘进防突技术,瓦斯抽采工艺,二、瓦斯治理主要做法,（2）、穿层条带布孔超前掩护防突技术,煤层,钻孔,煤巷,底板巷,二、瓦斯治理主要做法,4、掘进防突技术,（3）、掘进防突预测图,淮南煤与瓦斯突出主要发生在掘进工作面，其中80%以上与地质构造有关。掘进工作面防突预测图作为管理信息载体，以突出煤层瓦斯地质图为基图，全面反映掘进工程范围内的煤层赋存、瓦斯地质、巷道布置、防突系统等基础内容，通过掘进过程不断获取地质、煤层变化、瓦斯涌出、突出指标、措施执行情况动态信息，分析迎头状况，指导现场防突工作。运行机制：所有突出煤层掘进必须实行防突预测图管理,按月修改送报。瓦斯管理研究院对防突预测图进行审查、分析；反馈“构造和异常带”业务联系书，提出防治意见。,二、瓦斯治理主要做法,4、掘进防突技术,（3）、掘进防突预测图,二、瓦斯治理主要做法,4、掘进防突技术,5、地面钻井抽采瓦斯技术,二、瓦斯治理主要做法,开采11-2下保护层，采用地面钻井抽采上覆的13-1煤层松动区域瓦斯。下保护层收作后，继续抽采其卸压瓦斯，被保护层回采，抽采采空区瓦斯。抽采效果：单井日平均抽出瓦斯14943m3，最高22190m3/d，共抽出瓦斯1225207m3。实测单井抽采有效影响半径211m，正常条件下，抽采浓度60%左右。,钻孔结构图,二、瓦斯治理主要做法,5、地面钻井抽采瓦斯技术,6、三维地震勘探技术,积极研究和推广应用三维地震勘探技术成果，已累计在30个块段内应用该项技术，勘探总面积153.14km2，取得一批三维勘探成果。坚持对三维成果跟踪调查，动态解释，采掘实践验证，三维地震勘探技术的应用，消除了地质风险。勘探区内开采71个综采、综放工作面，回采煤量5368万吨。,二、瓦斯治理主要做法,煤科总院重庆分院、抚顺分院、西安分院，中国科学院、中国矿业大学、安徽理工大学、河南理工大学、辽宁工程技术大学、中国科学技术大学、西安科技大学、安徽建工学院。,（四）广泛合作,二、瓦斯治理主要做法,国内,国外澳大利亚联邦科学院、德国AAA矿业公司、日本国际能源中心。,澳大利亚,德国,日本,（四）广泛合作,二、瓦斯治理主要做法,瓦斯抽采量逐年提高1995年500万m32004年15000万m3,（五）瓦斯治理成效,二、瓦斯治理主要做法,一、矿区基本情况,瓦斯超限次数大幅下降1998年1333次2004年158次,（五）瓦斯治理成效,一、矿区基本情况,（五）瓦斯治理成效,一、矿区基本情况,（五）瓦斯治理成效,三、重点攻关方向,淮南矿区目前面临的主要问题是煤与瓦斯突出、瓦斯涌出增大、深部地温、地压。此四大问题直接威胁矿井安全并制约生产发展，尤其是煤与瓦斯突出见成为制约安全生产的最大问题。,（一）淮南矿区面临的问题,煤与瓦斯突出是安全生产的最大障碍，也是世界性难题，突出机理尚处探索阶段。近年来，矿区有两对低瓦斯矿井直接升级为突出矿井，有6个非突出煤层演变为突出煤层。使现有九对矿井全部为突出矿井，主采煤层都为突出煤层，突出事故时有发生。,三、重点攻关方向,（一）淮南矿区面临的问题,瓦斯主导说:“瓦斯包”说、“煤粉带”说、“地质破坏带”说、“突出波”说、“火山瓦斯”说、“卸压瓦斯”说等地压主导说:“岩石变形潜能”说、“应力集中”说、“剪应力”说、“应力叠加”说、“塑性变形”说、“放炮突出”说等化学本质说:“瓦斯水化物”说、“爆炸的煤”说、“重煤”说、“地球化学”说、“瓦斯煤固溶体”说、“硝基化合物”说、“氢裂变”说等,突出的机理,三、重点攻关方向,（一）淮南矿区面临的问题,综合说：即煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯潜能、煤的物理力学性质三个因素综合作用的结果。近年新假说：“煤流变机理”；“地壳失稳论”；“动力失稳固流耦合”等假说总之，煤与瓦斯突出突出机理，迄今为止尚未得到根本解决。,三、重点攻关方向,（一）淮南矿区面临的问题,突出的机理,三、重点攻关方向,（一）淮南矿区面临的问题,突出统计,地热：新区多为一、二级高温矿井，各矿垂深600m以下即出现高温，钻孔测得水温高达4446。地温梯度为3.55.0/100m。新区矿井的开采深度绝大多数超过700m，部分采掘工作面气温常年在28以上，夏季高达3237，1999年，仅有1个工作面在夏季回风流气温达到35，而2003年已有6个采掘工作面气温达到3536，78月份个别工作面回风气温达3638，2005年某采煤工作面8月份1个班就有6人中暑，被迫提前上井。,三、重点攻关方向,（一）淮南矿区面临的问题,三、重点攻关方向,三、重点攻关方向,（二）、重点攻关课题,1、防治煤与瓦斯突出技术,煤与瓦斯突出预测技术：敏感指标与临界值非接触预测方法特定地质单元的瓦斯赋存规律新