晋城煤业集团瓦斯治理方法初探培训课件

晋城煤业集团瓦斯治理方法初探培训课件CONTENTS目录01矿井概况与瓦斯治理背景02晋城西区瓦斯赋存及涌出特征03区域性瓦斯抽放技术应用04双系统瓦斯抽放技术实践CONTENTS目录05瓦斯抽放系统优化与管理06瓦斯治理技术创新与展望01矿井概况与瓦斯治理背景晋城煤业集团矿井基本情况集团概况与矿井布局

山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司始建于1985年，现有5对矿井，设计生产能力1710万t/a，由东向西开采沁水煤田南部井田，东部老区古书院、王台铺、凤凰山三矿为低瓦斯矿井，新区成庄矿、寺河矿为高瓦斯矿井。高瓦斯矿井瓦斯参数特征

成庄矿2003年7月瓦斯鉴定绝对瓦斯涌出量145.97m³/min，相对瓦斯涌出量27.88m³/t；寺河矿东区煤层透气性系数56.74~195.38m²/(MPa²·d)，平均瓦斯含量65~90.3m³/t，煤质坚硬（硬度f=2~4），厚度适中（6.5m），整体性好，适合长钻孔施工。新区矿井开采条件

寺河矿为国家"九五"重点建设项目，2002年11月投产，井田面积173.2km²，主采3#煤层平均厚度5.5—6.3m，采用综合机械化大采高综采工艺；成庄矿开采煤层群，首采3#煤层上下分别有不可采1#、2#煤层（距3#煤29m、24.5m）和局部可采5#煤层（距3#煤13m），开采时形成多源瓦斯涌出格局。高瓦斯矿井瓦斯治理的必要性保障矿工生命安全的核心要求瓦斯爆炸是煤矿最严重的灾害之一，其爆炸极限为5%-16%，遇火可瞬间产生1850℃-2650℃高温和强大冲击波，历史上多次造成重大人员伤亡，如辽宁阜新孙家湾煤矿2005年瓦斯爆炸事故致214人遇难，有效治理是保护矿工生命的前提。实现矿井安全生产的基本前提高瓦斯矿井如晋城煤业集团成庄矿，绝对瓦斯涌出量高达145.97m³/min，瓦斯浓度超标会导致采掘活动中断，影响生产连续性。通过治理可降低瓦斯压力与含量，消除突出风险，确保现代化掘进设备高效运行。提升煤矿生产效率的关键举措未治理的高瓦斯环境会因频繁瓦斯超限导致停工，实施区域性抽放等技术后，可充分发挥联采机、掘锚一体机等设备效能，减少因瓦斯问题造成的生产中断，显著提升单进水平和资源回收率。履行企业社会责任的重要体现瓦斯治理不仅是企业安全生产的内在需求，也是保障员工权益、维护社会稳定的责任担当。通过科学治理降低事故风险，践行"安全第一、生命至上"理念，树立负责任的企业形象，促进煤炭行业可持续发展。瓦斯治理技术探索历程与目标技术探索背景与起点晋城煤业集团新区成庄矿、寺河矿为高瓦斯矿井，2003年7月成庄矿绝对瓦斯涌出量达145.97m³/min，相对瓦斯涌出量27.88m³/t，瓦斯成为制约生产的主要因素，推动治理技术探索。区域性瓦斯抽放技术突破2001年9月与西安煤科院合作，在寺河矿首采面（2301）采用MK-6钻机施工顺层长钻孔，完成3个钻孔累计进尺1163.53m，最大孔深519.5m，平均钻进时效24.4m/h，奠定区域抽放技术基础。双系统抽放技术创新应用针对本煤层高负压、低流量与采空区低负压、高流量的矛盾，创新采用双系统瓦斯抽放，分别治理开采煤层和采空区瓦斯，成庄矿采空区瓦斯占比平均达66.5%，解决了单系统相互制约问题。治理技术目标与成效目标是降低煤层瓦斯含量与压力，削弱瓦斯突出风险，保障安全生产。寺河矿东二盘区布置123个钻孔总进尺3800m，抽放量达27.13m³/min，累计抽放量1366万m³，预抽率26.75%，提升了采掘效率。02晋城西区瓦斯赋存及涌出特征瓦斯赋存条件分析

瓦斯赋存核心特征晋城西区煤层具有瓦斯含量大、压力高、透气性好的特点，煤质较硬，整体性好，厚度适中，为瓦斯抽放提供了有利条件。

关键参数指标寺河矿东区透气性系数56.74~195.38m²/(MPa²·d)，平均瓦斯含量65~90.3m³/t；成庄矿平均瓦斯含量34~69.9m³/t，煤体硬度f值2~4。

赋存条件适宜性近水平煤层，起伏不大，可钻性好，有利于区域性瓦斯抽放长钻孔施工，为提前2~3年实施采前预抽奠定了地质基础。矿井瓦斯参数表解读01参数表基本构成矿井瓦斯参数表主要包含透气性系数、平均瓦斯含量、煤体硬度、平均煤厚等关键指标，是评估瓦斯赋存与治理难度的基础数据。02寺河矿参数特征寺河矿东区透气性系数56.74~195.38m²/(MPa²·d)，平均瓦斯含量65~90.3m³/t，硬度2~4，平均煤厚6.5m，显示高透气性、高瓦斯含量特点。03成庄矿参数特征成庄矿透气性系数0.013~34m²/(MPa²·d)，平均瓦斯含量6.17~34.699m³/t，硬度2~4，平均煤厚6.5m，瓦斯含量较高，透气性差异显著。04参数应用意义透气性系数决定抽放工艺选择，高透气性适合长钻孔抽放；瓦斯含量与压力是制定抽放方案的核心依据，寺河矿高透气性为区域性抽放提供有利条件。瓦斯涌出规律与影响因素综放面瓦斯涌出阶段性特征初采10m内（不放顶煤）：瓦斯涌出量2.29~2.887m³/min，平均2.67m³/min；开始放煤后：增至3.468~5.933m³/min，平均5.09m³/min（本煤层瓦斯）；推进30m老顶垮落后：达7.239~10.695m³/min，平均8.863m³/min（含邻近层及围岩瓦斯）。瓦斯来源构成分析成庄矿综放面正常回采期间，采空区瓦斯占比54.73%~77.11%，平均66.5%；本煤层瓦斯占比22.89%~45.27%，平均33.5%，采空区瓦斯是治理重点。影响瓦斯涌出的主要因素煤层瓦斯含量是基础，如寺河矿平均瓦斯含量65~9.03m³/t；开采规模与采空区范围扩大导致涌出量增加；采煤方法（如综放）及顶板管理方式影响卸压瓦斯释放；通风压力与采空区管理措施也直接影响瓦斯运移与积聚。不同开采阶段瓦斯涌出特征对比

01初采阶段（推进10m内）此阶段一般只推进不放顶煤，瓦斯涌出量为2.29~2.887m³/min，平均2.67m³/min，主要为开采煤层本身涌出的瓦斯。

02放煤阶段开始放煤后，工作面瓦斯涌出量增加到3.468~5.933m³/min，平均5.09m³/min，仍以开采层瓦斯涌出为主，占工作面瓦斯涌出量的57.43%~71.23%，平均65.6%。

03老顶垮落阶段（推进30m后）老顶初次垮落后，邻近层及围岩瓦斯涌入，瓦斯涌出量迅速增加到7.239~10.695m³/min，平均8.863m³/min，此时采空区瓦斯成为重要来源，综放面正常回采期间采空区瓦斯占比达54.73%~77.11%，平均66.5%。03区域性瓦斯抽放技术应用区域性瓦斯抽放技术原理

技术定义与核心特征区域性瓦斯抽放是国内本煤层抽放的先进技术，通过提前2-3年在划定区域布置长钻孔预抽瓦斯，可降低煤层瓦斯含量与压力，削弱突出风险，充分发挥现代化掘进设备效能。

技术应用前提条件晋城西区煤层赋存满足技术应用要求：煤质坚硬、整体性好、近水平且起伏小，厚度适中（6.5m左右），可钻性良好，透气性系数达0.0314-213m²/(MPa²·d)。

关键技术实施路径采用"区域预抽+掘进强化"模式：工作面圈定前划定抽放区域，施工300-400m顺层长钻孔；掘进中每150m设钻场施工200m扇形钻孔；模块圈定后补打平行顺层孔，局部孔距加密至2-5m强化抽放。

技术优势与安全价值实施后采掘活动受瓦斯影响显著降低，可有效控制瓦斯涌出，保障综掘机等设备高效作业，同时通过降低瓦斯压力与含量，从源头上预防瓦斯突出事故，确保矿井安全生产。长钻孔施工技术与设备选型

长钻孔施工技术特点晋城西区煤层煤质坚硬、整体性好、近水平且起伏不大，厚度适中，可钻性好，为长钻孔施工提供了有利条件。区域性瓦斯抽放要求在工作面圈定前2-3年甚至更长时间布置顺层钻孔，孔深普遍达300-400m，掘进过程中施工扇形长钻孔长度多在200m左右。

主要施工设备应用晋城煤业集团与西安煤科院合作采用MK-6钻机进行顺层长钻孔施工。寺河矿使用该钻机施工顺层钻孔孔深普遍达300-400m，2001年9月在寺河矿首采面（2301）的23023巷完成的1#孔深509.03m，全孔在煤层中延伸，钻进时间20.58h，平均钻进时效24.4m/h。

钻孔布置与施工工艺在工作面圈定前划定抽放区域，布置顺层钻孔；区域抽放巷道掘进中每隔150m设钻场施工扇形长钻孔；区域模块圈出后在另一侧巷道布置平行顺层孔。针对采前预抽时间短的情况，加密钻孔至孔距2-5m实施强化抽放。寺河矿东二盘区瓦斯抽放模块共布置钻孔123个，间距10m，总进尺3800m，平均孔长308.9m，最长达507m。煤层掘进中扇形钻孔瓦斯抽放模式

扇形钻孔布置时机与区域在区域抽放巷道掘进过程中，每隔150m，在工作面煤层内设钻场施工扇形长钻孔。

扇形钻孔主要作用抽放掘进面前方和圈定区域内的瓦斯，有效降低掘进过程中的瓦斯涌出，保障掘进工作面安全。

扇形钻孔长度参数钻孔长度多在200m左右，以适应掘进工作面推进需求，提前预抽前方煤体瓦斯。

扇形钻孔技术优势结合区域瓦斯抽放，可充分发挥现代化掘进设备效能，降低煤体瓦斯对采掘活动的影响，削弱瓦斯突出风险。煤层采前顺层长钻孔瓦斯抽放模式

模式应用条件晋城西区煤质坚硬，煤层整体性好，近水平且起伏不大，厚度适中，可钻性好，为顺层长钻孔施工提供了有利的煤层赋存条件。

钻孔施工参数寺河矿使用MK-6钻机施工顺层钻孔，孔深普遍达300~400m；东二盘区瓦斯抽放模块共布置钻孔123个，间距10m，总进尺3800m，平均孔长308.9m，最长达507m。

区域抽放布置方式工作面圈定前2~3a划定抽放区域，布置顺层钻孔；区域抽放巷道掘进中，每隔150m设钻场施工200m左右扇形长钻孔；模块圈出后，从另一侧巷道布置平行顺层孔抽放，采前预抽时间短区域加密钻孔至2~5m孔距。

抽放效果数据寺河矿东二盘区模块钻孔施工完毕联孔抽放后，区域内瓦斯抽放量达27.13m3/min，目前抽放量24.85m3/min，累计抽放量1366万m3，抽放区域内预抽率为26.75%。寺河矿瓦斯抽放区域应用案例东二盘区抽放模块概况寺河矿东二盘区瓦斯抽放模块位于东二盘区辅助回风巷以东500m区域内，共布置钻孔123个，钻孔间距10m，总进尺3800m，平均钻孔长度为308.9m，最长达507m。抽放效果关键数据2003年10月份钻孔施工完毕联孔抽放后，区域内瓦斯抽放量为27.13m3/min，目前抽放量为24.85m3/min，累计抽放量达1366万m3，抽放区域内预抽率为26.75%。区域抽放技术模式采用MK-6钻机施工顺层钻孔，孔深普遍达300~400m；工作面圈定前2~3a划定抽放区域布置顺层孔，巷道掘进中每150m设钻场施工200m左右扇形长钻孔，区域模块圈出后在另一侧布置平行顺层孔强化抽放。区域性瓦斯抽放效果评估

寺河矿东二盘区抽放效果寺河矿东二盘区瓦斯抽放模块共布置钻孔123个，总进尺3800m，平均孔深308.9m，最长达507m。2003年10月施工完毕后联孔抽放，区域内瓦斯抽放量为27.13m³/min，目前抽放量为24.85m³/min，累计抽放量达1366万m³，抽放区域内预抽率为26.75%。

技术应用成效寺河矿使用MK-6钻机施工顺层钻孔孔深普遍达300~400m，通过提前2~3年划定抽放区域并布置顺层钻孔，有效降低了煤层瓦斯含量和压力，为采掘作业创造了安全条件，充分发挥了现代化掘进设备的高效性能。

区域覆盖与推广目前寺河矿2、3盘区各布置一个瓦斯抽放区域，成庄矿已准备布置一个。通过对不同区域实施差异化抽放策略，如针对采前预抽时间短的区域加密钻孔（孔距2~5m），实现了瓦斯治理的区域化和精细化。04双系统瓦斯抽放技术实践双系统瓦斯抽放技术概念

技术定义与核心目标双系统瓦斯抽放是针对不同瓦斯来源（本煤层和采空区），分别布置两套独立抽放系统，以解决本煤层高负压、低流量与采空区低负压、高流量共用一套系统相互制约的矛盾。

本煤层抽放系统特性针对开采煤层瓦斯，采用高负压、低流量抽放模式，主要用于降低煤层瓦斯含量和压力，削弱瓦斯突出风险，保障采掘工作面瓦斯浓度处于安全范围。

采空区抽放系统特性针对采空区瓦斯，采用低负压、高流量抽放模式，适用于抽放邻近层卸压瓦斯及围岩塌落释放的瓦斯，有效控制采空区瓦斯向回采空间涌出，平均占工作面总瓦斯涌出量的66.5%。瓦斯来源及分布情况分析煤层群开采瓦斯来源构成成庄矿开采3#煤层群，上部存在不可采的1#、2#煤层（厚0.2~0.3m，距3#煤层29m、24.5m），下部13m处有局部可采5#煤层。3#煤层开采时，上部煤层及围岩塌落瓦斯涌入回采空间，下部5#煤层卸压瓦斯沿裂隙上移至采空区。回采工作面瓦斯来源占比成庄矿综放面正常回采期间，采空区瓦斯占比54.73%~77.11%，平均达66.5%；本煤层瓦斯占比22.89%~45.27%，平均33.5%，采空区瓦斯为治理重点。典型工作面瓦斯涌出特征3304工作面总瓦斯涌出量36.56m³/min，其中采空区瓦斯22.89m³/min（占77.11%）；2311工作面总瓦斯涌出量45.27m³/min，采空区瓦斯17.29m³/min（占54.73%），显示不同工作面瓦斯来源占比存在差异。成庄矿综放工作面瓦斯来源分析

煤层群开采条件成庄矿开采煤层群，首采3#煤层，上部有不可采的1#、2#煤层（厚0.2~0.3m，相距29m、24.5m），下部13m处有局部可采的5#煤层。

主要瓦斯来源构成回采工作面瓦斯主要来自两方面：一是开采煤层（3#煤层）自身瓦斯；二是采空区瓦斯，包括上部1#、2#煤层及围岩塌落释放瓦斯和下部5#煤层卸压瓦斯。

瓦斯涌出占比统计根据成庄矿综放工作面数据，采空区瓦斯占比54.73%~77.11%，平均达66.5%；本煤层瓦斯占比22.89%~45.27%，平均为33.5%，采空区瓦斯是治理重点。本煤层与采空区瓦斯抽放系统设计本煤层抽放系统设计要点针对本煤层高负压、低流量的特性，采用高负压抽放系统，选用MK-6钻机施工顺层长钻孔，孔深普遍达300~400m，提前2~3年在工作面圈定区域布置钻孔，抽放区域巷道掘进中每隔150m设钻场施工200m左右扇形长钻孔，区域模块圈出后在另一侧巷道布置平行顺层孔强化抽放。采空区抽放系统设计要点针对采空区低负压、高流量的特性，采用低负压抽放系统，负压一般为5~10kPa，通过专用排瓦斯尾巷等方式抽取采空区卸压瓦斯，解决与本煤层抽放系统相互制约的矛盾，成庄矿综放面正常回采期间采空区瓦斯涌出量占总量的54.73%~77.11%，平均66.5%，是抽放重点。双系统协同运行机制本煤层与采空区两套抽放系统独立运行、分别调控，本煤层系统保障采掘活动受瓦斯影响降低，充分发挥现代化掘进设备效能；采空区系统有效处理邻近层及围岩塌落释放的瓦斯，寺河矿东二盘区瓦斯抽放模块累计抽放量达1366万m³，预抽率26.75%，验证了双系统设计的有效性。双系统瓦斯抽放解决的技术矛盾

本煤层与采空区瓦斯特性差异本煤层瓦斯抽放需高负压（具体数值未提及）、低流量，而采空区瓦斯抽放需低负压（5~10kPa）、高流量，两者参数要求存在本质冲突。

共用系统的相互制约问题若共用一套系统，采空区的低负压、高流量会降低系统负压，导致本煤层预抽效果失效；若仅考虑本煤层高负压，则采空区抽放效果削弱，影响整体瓦斯治理效率。

双系统抽放的针对性解决方案针对不同瓦斯来源（本煤层和采空区），布置两套独立抽放系统，分别满足其压力与流量需求，有效解决共用系统时的相互干扰矛盾，提升瓦斯抽放整体效果。双系统瓦斯抽放在晋城矿区的应用效果

本煤层瓦斯抽放效果显著通过高负压、低流量系统对本煤层瓦斯进行预抽，有效降低了煤层瓦斯含量和压力，为采掘工作面创造了安全作业条件，显著提升了综掘机等现代化设备的使用效率。

采空区瓦斯抽放成效突出利用低负压、高流量系统针对采空区瓦斯进行抽放，成功解决了采空区瓦斯大量涌出的问题。以成庄矿为例，采空区瓦斯占工作面总瓦斯涌出量平均达66.5%，双系统应用后得到有效控制。

系统兼容性与协同效应提升双系统瓦斯抽放方法成功解决了本煤层高负压、低流量和采空区低负压、高流量共用一套系统相互制约的矛盾，实现了对不同来源瓦斯的针对性高效治理，保障了矿井安全生产。05瓦斯抽放系统优化与管理抽放区域划分与钻孔布置原则抽放区域划分时间节点在工作面圈定前2~3年，甚至更长时间，将两个工作面划定为一个抽放区域，提前布置顺层钻孔进行瓦斯抽放，确保有充足的预抽时间。抽放区域划分实例目前寺河矿2、3盘区各布置一个瓦斯抽放区域，成庄矿准备布置一个，通过区域化管理实现瓦斯的集中高效治理。顺层钻孔布置模式区域模块圈出后，在另一侧巷道内向工作面煤体布置平行顺层孔（平行于工作面或迎向工作面成一定角度）进行抽放，寺河矿使用MK-6钻机施工顺层钻孔孔深普遍达300~400m。扇形长钻孔布置要求区域抽放巷道掘进过程中，每隔150m在工作面煤层内设钻场施工扇形长钻孔，抽放掘进面前方和圈定区域内的瓦斯，钻孔长度多在200m左右。强化抽放钻孔布置原则针对工作面走向靠里、开采时间早、采前预抽时间短等情况，有意识加密钻孔，孔距控制在2~5m，实施强化抽放以提高抽放效果。强化抽放技术措施与参数设计

01区域抽放钻孔布置策略工作面圈定前2-3年划定抽放区域，采用MK-6钻机施工300-400m顺层钻孔；区域巷道掘进中每150m设钻场施工200m扇形长钻孔，模块圈出后布置平行顺层孔强化抽放。

02特殊区域钻孔加密方案针对走向靠里、采前预抽时间短的工作面，实施孔距2-5m的加密钻孔，寺河矿东二盘区模块布置123个钻孔（间距10m），总进尺3800m，平均孔深308.9m。

03关键抽放参数控制标准本煤层抽放系统负压高、流量低，采空区系统负压5-10kPa、流量大；寺河矿区域抽放预抽率达26.75%，目前抽放量稳定在24.85m³/min，累计抽放量1366万m³。瓦斯抽放监测监控系统建设

系统监测参数与指标实时监测瓦斯浓度、抽放流量、负压等关键参数，确保抽放过程安全可控。例如寺河矿东二盘区瓦斯抽放模块联孔抽放后，区域内瓦斯抽放量达27.13m3/min，目前稳定在24.85m3/min。

监测设备配置与布局配置瓦斯传感器、流量传感器、压力传感器等设备，在抽放泵、管道、钻孔等关键位置布设监测点，形成全面监测网络。

数据采集与传输机制通过自动化数据采集装置实时获取监测数据，利用通讯系统将数据传输至地面控制中心，实现对抽放系统的远程监控。

预警与联动控制功能当监测到瓦斯浓度超标、流量异常等情况时，系统自动发出报警信号，并可联动控制抽放设备启停或调整运行参数，及时消除安全隐患。

抽放效果评估与优化基于监测数据对瓦斯抽放量、预抽率等指标进行分析评估，如寺河矿东二盘区抽放区域预抽率达26.75%，为优化抽放设计、调整钻孔参数提供依据。抽放系统日常维护与管理要点

设备定期巡检与保养定期对抽放泵、管道、阀门等设备进行巡检，检查其运行状态、密封性及连接紧固情况，及时更换老化部件，确保设备高效运转。

瓦斯参数实时监测与调整利用监测系统实时监控瓦斯浓度、抽放量、负压等关键参数，根据瓦斯涌出变化及时调整抽放系统运行参数，保证抽放效果。

管道系统维护与堵塞处理定期清理管道内的煤尘和积水，防止管道堵塞；对出现腐蚀、破损的管道及时修复或更换，确保瓦斯抽放通道畅通。

钻孔管理与效果评估加强对抽放钻孔的日常检查，确保封孔质量，防止漏气；定期对钻孔抽放效果进行评估，根据需要及时补打或调整钻孔。

制度建设与人员培训建立健全抽放系统维护管理制度和操作规程，加强对操作人员的专业技能培训和安全意识教育，严格执行各项管理规定。06瓦斯治理技术创新与展望现有瓦斯治理技术的局限性分析区域性抽放预抽周期长的制约区域性瓦斯抽放需在工作面圈定前2-3年甚至更长时间布置钻孔，对开采进度紧张的区域适应性不足，采前预抽时间短的情况下需加密钻孔至2-5m实施强化抽放，增加了施工成本与难度。单系统抽放兼容性不足的矛盾本煤层抽放需高负压（未明确具体数值）、低流量，采空区抽放需低负压（5-10kPa）、高流量，共用一套系统时两者相互制约，导致抽放效率降低，无法兼顾不同来源瓦斯的抽放需求。长钻孔施工技术的应用瓶颈虽MK-6钻机施工顺层钻孔孔深可达300-400m，但寺河矿东二盘区抽放模块预抽率仅