深部开采瓦斯治理调研报告

1、 深部开采瓦斯治理 调 研 报 告 学院：资源与环境工程 班级： 采矿09-1班 组别： 第一小组 目 录1、 深部开采瓦斯危害22、 东海矿瓦斯治理现状5三、国内外先进瓦斯治理技术114、 实际生产过程中的瓦斯防治条例16五、结术语17六、参考文献18七、小组分工明细19 深部开采瓦斯治理 摘 要：针对龙煤集团深部开采第一矿东海煤矿目前的瓦斯治理现状，结合国内外先进瓦斯治理方法，探索深部开采瓦斯治理的有效、实用方法。 关键词： 深部瓦斯 危害 分析 治理 抽放 一、深部开采瓦斯危害 深部开采瓦斯主要危害形式有瓦斯窒息、瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、瓦斯爆炸引起的煤尘爆炸或火灾等。1.1瓦斯窒息

2、0;     深井开采矿山压力大，若瓦斯涌出量较大、通风系统管理不善；通风巷道风流反向、采空区或煤层中高浓度瓦斯涌出；工作人员误入未及时封闭停风的巷道；或由于停风导致瓦斯积聚而未采取相应措施等，都可能导致人员误入，缺氧窒息而亡。1.2瓦斯燃烧       煤层瓦斯含量较高，生产过程中瓦斯涌出量较大，通风不能将瓦斯及时稀释并排出，将在局部地点形成瓦斯积聚，一旦接近火源就可能发生瓦斯燃烧，酿成火灾，火灾引起瓦斯爆炸等一系列灾难性事故。 1.3瓦斯爆炸   &#

3、160;   瓦斯爆炸发生的条件是瓦斯积聚达到爆炸极限浓度、引爆火源和足够的氧气。井下的照明、爆破火焰、电气火花、摩擦火花等都可能成为引爆火源。在煤矿的生产过程中要完全杜绝这些火花的产生是很困难的。在井下瓦斯超限和局部瓦斯积聚达到爆炸极限浓度时，接近火源都有可能发生瓦斯爆炸，甚至引起煤尘、瓦斯联锁爆炸。1.4国内重大瓦斯事故案例、1983年3月20日10时5分，位于贵州省的六盘水市水城特区，隶属于煤炭部贵州煤炭工业公司水城矿务局的木冲沟煤矿，发生瓦斯煤生爆炸事故，死亡84人（其中救护队员2人），烧伤19人（其中救护队员5人），直接经济损失40多万元。 、2001年

4、4月6日21时14分，陕西省铜川矿务局陈家山煤矿四石门皮带下山延伸段发生一起特大瓦斯爆炸事故，事故波及四石门轨道下山、采区总回风下山及412综采放顶煤工作面等区域,造成38人死亡，16人受伤，其中重伤7人，直接经济损失136万元。 、2002年6月20日9时45分，鸡西矿业（集团）有限责任公司城子河煤矿发生一起特大瓦斯爆炸事故（有煤尘参与），造成124人死亡，24人受伤，直接经济损失984.8094万元。、2004年10月20日，河南省郑煤集团大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯突出引发的特别重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受伤，直接经济损失3935.7万元。、2005年2月14日15时0

5、1分,辽宁省阜新矿业(集团)有限责任公司孙家湾煤矿海州立井发生一起特别重大瓦斯爆炸事故,造成214人死亡,30人受伤,直接经济损失4968.9万元.、二、东海矿瓦斯治理现状2.1通风瓦斯情况东海煤矿通风方式为混合式，通风方法为抽出式。我矿共有进风道6条、回风道3条。东海矿总入风量为17075m3/min，总排风量为17973m 3/min。东海矿2011年瓦斯鉴定结果为高瓦斯矿井。瓦斯绝对涌出量为43.69m3/min，相对瓦斯涌出量为14.9m3/t，二氧化碳绝对涌出量为4.67 m3/min，二氧化碳相对涌出量为1.59m3/T。二月份全矿瓦斯绝对涌出量为37.4 m3/min，相对瓦斯涌

6、出量为19.5m3/t。2.2瓦斯治理现状1） 、瓦斯治理工程东海矿经过多年的现场实践，基本形成了以抽放为主、通风为辅的瓦斯治理格局。坚定不移的执行着瓦斯治理十二字方针“先抽后采，以风定产，监测监控”。安设以集中为主、移动为辅的抽放系统；完善以尾排为主、采空区串联为辅的通风系统；施工以仰角钻为主、本煤层为辅的抽放钻孔。 东海煤矿2011年全矿计划风道大修1310m，完成1440m。 2012年计划地面抽采系统新安设一台CBF-630集中泵，形成高低压分开系统，施工地面抽放钻孔及套管650米，改造抽采系统。届时东海煤矿将形成高低压两套抽放系统，并逐步取消移动泵抽放系统，新的抽放系统将更加稳定可靠

7、，且能完全满足该矿的瓦斯治理需要。2）、瓦斯治理方法、通风方式为保证瓦斯治理的合理性，东海矿从基本出发，采用合理的通风方式解决瓦斯问题。目前该矿对采面施工了“一面三巷”工程，即 “一入两回”的通风方式。尾排巷的使用有效的解决了采面上转角瓦斯治理问题，且有效缓解了工作面的热害问题。、钻孔施工东海矿现在各采面施工了仰角钻孔，连接地面集中抽放系统，对采空区裂隙带瓦斯进行抽放。且计划施工高位水平大直径钻孔，对水平大直径钻孔替代顶板高抽巷的技术进行验证，以减少矿务工程量。目前仰角钻孔仍是该矿抽放瓦斯的主要手段。、尾抽巷东海矿对各采面施工了局部尾抽巷，配合切上顶板钻孔。使用移动泵抽放尾抽巷瓦斯，对初采期间

8、初次来压时采空区瓦斯突然涌出问题进行了解决。3） 、现场实践东海煤矿现建有一套地面永久抽放瓦斯系统，地面设有瓦斯抽放泵站，安设两台CBF-630瓦斯抽放泵，最大流量400m3/min，功率450KW。现阶段抽放流量为167.3m3/min，浓度为11%。矿井绝对瓦斯涌出量为37.4m3/min，矿井抽放率为54%。地面集中抽放泵由抽放立眼，瓦斯巷和瓦斯管路直接同三采区、五采区和六采区相连，可按安全和工程需要经过抽放管路随时与需要抽放地点进行连接。三采区196采煤队现回采23#右七/右八采面，该面绝对瓦斯涌出量为6.51m3/min，抽放率为71%；风量为930m3/min，回风瓦斯浓度0.2%

9、；仰角抽放流量为40m3/min，浓度10%；后路抽放流量为46.8m3/min，浓度1.4%。该面主要采用施工仰角钻孔及后路转角抽放两种方法相结合治理瓦斯。该面设有移动泵站一个、有两台ZWY-110/132型真空泵，一台使用一台备用；铺设两趟抽排管路，在上巷每40m施工一个仰角钻场，共施工23个，每个钻场施工10个113mm*120m仰角钻孔，仰角钻孔与地面集中泵连接。 五采区195队现回采35#右五/右六，该面绝对瓦斯涌出量为11.7m3/min，采面抽放率为：51%。主要采用尾排巷、施工仰角钻孔相结合治理瓦斯。其中风排风量为682m3/min，回风瓦斯浓度0.2%，通风方式为“U+L”型

10、通风方式，集中抽放流量为41m3/min，抽放瓦斯浓度13.5%，尾排风量为200m3/min，抽放瓦斯浓度2.4%，该面设有移动泵站一个（备用）、有两台ZWY-110/132型真空泵；铺设抽排管路两趟，施工仰角钻场19个，钻场间距为35-40米。通过抽排管路连接仰角钻孔与地面集中泵站，通过移动泵站抽放转角瓦斯。六采区193队现回采35#左零/左一采面，该面瓦斯绝对涌出量为3.4m3/min，采面抽放率55%。风量为760m3/min，回风浓度0.2%，通风方式”U”型通风，仰角钻孔及转角抽放相结合治理瓦斯。铺设抽排管路两趟，一趟连接移动泵，抽放设备为两台YD-8型真空泵（一台备用），抽放流量

11、为41.6m3/min，抽放平均浓度0.8%；另一趟管路连接仰角钻孔与地面集中泵站，集中平均流量38m3/min，抽放平均浓度4%，本面共设计8个仰角，钻场间距30米-40米之间。 瓦斯治理情况表抽放地点风量（m3/min）回风浓度（%）抽放流量（m3/min）抽放浓度（%）抽放率（%）绝对瓦斯量（m3/min）备注地面集中119830.151627.843.1230集中 抽放三采23#右七9300.2401071 6.51集中 抽放46.81.4移动 抽放五采35#右五6820.24113.55111.7集中 抽放2002.4尾排六采35#左零路7600.2384553.4集中 抽放 4）

12、、治理中存在的问题、 东海煤矿五采区右十一路工作面开采的32#煤层埋藏深度已经达到了1075m，预计“十二五”期间五采区的开采深度将达到1200m，随着开采深度的不断增加，地应力、瓦斯压力、地温也将随之增大。前期已测得32#煤层的瓦斯压力为1.55MPa，根据防治煤与瓦斯突出规定应立即进行突出鉴定，在未鉴定前应按突出矿井管理。地应力的增加必然导致巷道支护困难，发生煤与瓦斯突出和冲击地压的危险性也随之增大。、矿井有6个进风井、3个回风井，矿井通风系统太复杂，通风阻力大，用风量大，可靠性差。回采工作面、备用工作面、掘进工作较多，用风地点较多。、矿井瓦斯抽采系统的能力不能满足国务院安委会办公室关于进

13、一步加强煤矿瓦斯治理工作的指导意见（安委办200817号）的要求，瓦斯抽采泵和管网的能力未留有足够的富余系数，泵的装机能力未达到需要抽采能力的23倍。虽然配备了1套地面和3套井下移动瓦斯抽采系统，但未能真正实现高、低负压两套瓦斯抽放系统分别进行预抽、卸压抽采、采空区抽采的要求。瓦斯抽采监测监控系统的监测参数不全，尤其是对于CO等自然发火标志气体的监测，缺乏测定仪器及装备。瓦斯抽采量的统计不准确，未能转换成标准状况下的纯瓦斯量。、由于本矿属于近距离煤层群开采，主采的32#和35#煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大、煤层透气性差、抽采难度大，导致瓦斯治理难度加大。对于低透气性煤层群瓦斯预抽和强化抽采方面的

14、研究及设备购置投入不足。且对部分煤层的瓦斯基础数据少，未建立瓦斯基础参数数据，不符合安监总煤装2007188号第20条要求。地质构造和火成岩侵入区域的瓦斯赋存规律不清。5） 规划目标、 全面落实防治煤与瓦斯突出规定的要求，坚决防止煤与瓦斯突出事故发生。2012年完成六采32#煤层的煤与瓦斯突出突出危险性鉴定，完成35#、48#、34#、34上#、37#、38#、54-2# 煤层瓦斯地质图的绘制工作。2013年底完成各煤层的瓦斯数据收集工作。、 2013年底前，新建地面永久瓦斯抽采系统1套，实现瓦斯抽采泵的装机能力为需要抽采能力的2倍以上，管网的能力留有足够的富余系数。实现高、低浓度两套抽采系统

15、，满足煤层预抽、卸压抽采和采空区抽采的需要。 、改扩建通风系统工程：2013年在东海煤矿建成风机房1座，2014年建成回风井1个，20122014年，完成专用回风巷2000m、“一面三巷”工程6000m、巷道降阻工程6000m、通风系统调整巷道工程2000m。、瓦斯治理工程：2014年底前，东海煤矿完成瓦斯治理工程8项以上，其中瓦斯抽采巷道工程6990m、瓦斯抽采钻场374个，瓦斯抽采岩石钻孔30万m。瓦斯抽采量由2010年的1568万m3提高到2014年的2000万m3，瓦斯抽采率由现在的42%提高到55%以上。三、国内外先进瓦斯治理技术3.1国内瓦斯治理应用技术1）、井下水力压裂技术分析认

16、为水力致裂的机理主要为:通过高压驱动水流压入煤中原有的和压裂后出现的裂缝内，扩宽并伸展这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂缝与裂隙，以便更好地沟通天然裂隙，增加煤层的透气性。煤矿水力压裂技术分地面和井下2种，因地面水力压裂因不够灵活方便、成本高、压裂效果不明显而没有推广开来。目前井下水力压裂应用效果较好，主要以河南省煤层气开发利用有限公司自主研发的“煤矿井下定向压裂增透消突成套技术”为主流，该技术可在井下充分利用现有的开拓工程，针对不同煤层瓦斯地质条件编制不同的压裂方案，实施不同的压裂工艺，真正做到“一面一策”、“一孔一策”。该技术不同于煤层注水，在压裂液中添加有一定浓度的表面活性剂，不仅可更

17、好地湿润煤体，而且可改变煤体的力学特性，更多地采排瓦斯;现场工业试验表明:该技术的实施起到了区域瓦斯治理的目的，可明显降低煤与瓦斯突出、煤尘爆炸和煤层自燃的危险性，提高瓦斯抽采效果;为低透气性、无保护层开采的煤层区域瓦斯治理和利用开创了一条新途径。对于条件好的矿井，在实施水力压裂技术时，为更多地抽采煤层瓦斯，达到煤层气开采利用的目的，可利用泡沫压裂液实施压裂技术。泡沫压裂液具有静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强、对地层伤害小等优点，在相同条件下，可更好地提升压裂效果，但其成本较高。对于煤层压裂而言，一般选择CO2泡沫压裂液为主，这是因为CO2对煤的吸附能力比CH4强，在实施压裂时可

18、更多地置换出吸附态的煤层瓦斯。2）、地面采动井地面钻井抽采采动煤层和采空区瓦斯是近年来逐步发展起来的瓦斯抽采新技术，是一种通过在采场地表施工垂直钻井到煤层采动可能形成的覆岩裂隙带或煤层内，通过预裂或者采动影响增强煤层的透气性，从而使得瓦斯能够尽可能多的经由煤岩体的裂隙网络通道和钻井直接抽采到地表，以达到降低回采工作面瓦斯涌出量，缓解瓦斯超限压力和开发煤层气的目的。地面采动井一般均可做到采前预抽、采动抽采和采空区抽采，“一井三用”;采前预抽主要用于采区回采前进行煤层气开发;采动抽采主要是利用回采工作面对煤岩体扰动提高其透气性的特点增强瓦斯抽采率、缓解通风压力;采空区抽采主要是解决回采工作面推过后

19、采空区瓦斯，以降低采空区瓦斯向回采工作面涌出的量，解决回采工作面瓦斯超限的难题。该方法是提前将预采高瓦斯煤层中的瓦斯进行释放并加以利用，降低煤层中的瓦斯含量，从根本上解决煤矿瓦斯事故。地面采动井的布孔位置直接关系到后期抽采效果的好坏，在满足总体抽采效能的同时，其布孔位置宜选取采场中间位置，以尽可能增加使用寿命;在倾斜煤层情况下，考虑到重力方向的影响，宜将地面钻井布井位置由采场中部向回风巷方向有所偏移，一般与回风巷的距离约为工作面斜长的1/3;再钻孔垂向上，一般要求钻孔终孔位置在冒落带上方的裂隙带内，距开采层距离为3040 m时最为合适。3）、瓦斯抽放技术   、瓦斯抽放是减

20、少矿井瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突出的治本措施，同时也是开发利用瓦斯能源、保护大气环境的重要手段。为提高瓦斯抽放率，目前主要需解决长钻孔定向钻进技术，包括测斜、纠偏技术;提高单一低透气性煤层的抽放率;研制钻进能力更强的钻机具;完善和提高扩孔技术、排渣技术、造穴技术和封孔技术;开发新的瓦斯抽放技术及设备。       、瓦斯抽放方法有本煤层抽放、邻近层抽放和采空区抽放等;抽放工艺有顺层长钻孔、大直径钻孔、地面钻孔、顶板岩石和巷道钻孔等。目前已研制出多种抽放泵及配套的监控系统和仪表等，大大提高了瓦斯抽放量和抽放率，使安全环境得到

21、进一步改善。3.2国外瓦斯治理措施应用情况1）、美国研究情况 1988年美国矿业局发表了 19641 980”甲烷控制的研究成果汇总”，系统而全面地总结了瓦斯方面的科学研究及生产管理的经验。1964年，美国矿业局开始制定与实施瓦斯控制的研究计划，包括煤层瓦斯流动规律及基本参数测定，井下瓦斯抽放，地面钻孔瓦斯抽放，甲烷的地面利用，通风问题。1975年研究以煤层瓦斯作能源，抽放出来的瓦斯送入天然气管道，1976年研究用垂直钻孔和压裂方法抽放瓦斯，1977年，研究地面打定向钻孔，水平进入煤层目标。小直径垂直钻孔抽放煤层瓦斯得到了广泛应用，其目的是开发煤层瓦斯资源与排放煤层瓦斯，以改善井下生产安全条件

22、。为了解决渗透性偏低的问题，矿业局采用了压裂技术，包括向煤层压入水、胶状水或泡沫，用砂子作为支撑剂，把煤层天然裂缝扩大，在压裂与排水后，使瓦斯流量增加66O倍。对于埋藏深、瓦斯大的煤层能够取得较好的效果，在匹次堡与玛丽李煤层，压裂钻孔的瓦斯流量能超过283万m³d，但对于瓦斯小、透气性又不好的煤层，这项技术的应用就不很成功。钻孔直径(P152mm，下套管之后，内径为CPl06mm，当钻孔穿过煤层(n个煤层)，全长都要下套管，在煤层部分，有两种处理技术，即射孔与水射流割槽，实践证明，后青效果更好。但最成功的是留开放型钻孔为了提高煤层瓦斯抽放率与抽放量，美国矿业局广泛使用了水力压裂技术，

23、以下就各压裂技术及效果举例分析。基尔压裂技术(加压与卸压交替进行，美国专利3933205)，在玛丽李煤层中用过，压入364 t水与13、6 t砂子，作了8个加压与卸压循环，压裂后，瓦斯最大量6650m³d，平均为2830m³d不加砂的泡沫压裂：在玛丽李煤层中应用，压入2366t的75 泡沫(25水，75氮)。在5个月内，钻孔瓦斯量为2832264m ³d，加入萤光染料和颜料，井下观察压裂液的范围，长轴67m，短轴35m，长轴平行于主裂缝，短轴平行于次裂缝。美国大量的研究表明，垂直钻孔从煤层中抽出的瓦斯古甲烷90%以上。钻孔的费用，取决于钻孔深度，压裂规模，地面设备

24、等因素。截止1980年，美国矿业局研究了60多个垂直钻孔，抽放烟煤矿井的瓦斯，其中52个是进行水力压裂，大部分压裂液是采用胶状水或泡沫，压裂通常使瓦斯量增加3001000% 总之，在美国，垂直钻孔已经显示出在烟煤煤层中抽放大量瓦斯的能力与广泛适用性。2）、欧洲及前苏联的研究情况 据欧洲共同体委员会煤炭理事会介绍，地面钻孔抽放煤层瓦斯已应用多年，他们认为地面钻孔抽放瓦斯有如下优点：抽放工作可以不考虑矿井条件，根据需要选择打孔地点，同时钻孔穿过顶板，整个煤层抽获的瓦斯量较其它方法更多。例如萨尔煤矿采用这种方法抽放后在几年时间内两个钻孔抽出了纯瓦斯达2100万m³且钻孔的有效抽放距离为25

25、0500m他们的经验表明，钻孔深度在600m以内，是经济的。同时，欧洲各国在地面钻孔抽放瓦斯工艺中，也采用水力压裂方法。调查显示，截止l990年，前苏联国家中高瓦斯矿井占80 以上。现开采矿井中，瓦斯含量为15m³t的煤层，具有煤与瓦斯突出危险的占70左右。因此，煤矿瓦斯是前苏联煤矿开采中的重大障碍。为此，全苏联进行了广泛的地面钻孔瓦斯抽放。俄罗斯500对矿井，其中有180对矿井进行地面抽放瓦斯，每年抽放瓦斯量达l3亿m³。，从而有效地抑制了煤矿瓦斯事故。据了解，苏联的实践证明，地面钻孔抽放瓦斯费用与井下抽放瓦斯费用是相等的，而地面抽放更有效地控制了瓦斯事故，且提高了资源利

26、用率。配合地面钻孔抽放瓦斯的主要措施是加砂水力压裂。为此他们进行了大量理论与工业试验研究，形成了成熟的技术。四、实际生产过程中的瓦斯防治条例 1）、有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。2)、瓦斯喷出区域和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的掘进通风方式必须采用压入式。3）、矿井总回巷或一翼回风巷中瓦斯或二氧化碳浓度超过0.75%时，必须立即查明原因，进行处理。4）、采区回风巷、采掘工作面回风巷风流中瓦斯浓度超过1.0%或二氧化碳浓度超过1.5%时，必须停止工作，撤出人员，采取措施，进行处理。5）、采掘工作面及其他作业地点风流中、电动机或其开关安设地点附近20m以内

27、风流中的瓦斯浓度达到1.5%时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。6）、采掘工作面及其他巷道内，体积大于0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到2.0%时，附近20m内必须停止工作，撤出人员，切断电源，进行处理。7）、采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0%时，必须停止用电钻打眼；爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0%时，严禁爆破。8）、对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓度降到1.0%以下时，方可通电开动。9）、开拓新水平的井巷第一次接近各开采煤层时，必须按掘进工作面距煤层的准确位置，在距煤层垂距10m以外开始打探煤钻孔，钻孔超前工作面的距离不得小于5m，并有专职瓦斯检查工经常检查瓦斯。岩巷掘进遇到煤线或接近地质破坏带时，必须有专职瓦斯检查工经常检查瓦斯，发现