中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景

中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景华北科技学院中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•1.概述•我国煤矿瓦斯抽采有较长的历史，早在1938年我国就首次在抚顺矿务局龙凤矿利用抽采泵进行采空区抽采。近五年来，随着煤炭工业的发展，矿井数量及煤炭产量迅速增加，矿井向深部延伸过程中，一些低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井和突出矿井，因此需要抽采瓦斯的矿井越来越多，由此带动了中国煤矿瓦斯抽采技术的迅速发展。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•到2000年我国国有重点煤矿中共有141对矿井建立了地面永久瓦斯泵站进行瓦斯抽采，年抽采量达8．67亿m3，2002年抽采矿井数193对，年抽采量11.46亿m3，2004年全国重点煤矿抽采矿井数达到221对，年抽采量达到19．26亿m3,1952－2004年抽采瓦斯矿井数和抽采瓦斯量的变化动态见图1。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•研究和试验成功了本煤层、邻近层、采空区多种抽采瓦斯方法。主要包括穿层钻孔、平行钻孔、交叉布孔、穿层网格式钻孔、深孔预裂爆破、水力割缝、水力压裂、水力钻（扩）孔等本煤层瓦斯抽采方法；顶（底）板穿层钻孔、顶（底）板巷道、顶板水平长钻孔等邻近层瓦斯抽采；高冒带钻孔、埋管抽采、地面抽采等采空区瓦斯抽采方法。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•2.煤矿瓦斯抽采技术的发展•随着煤炭工业技术的发展，瓦斯抽采技术也得到了不断地提高和发展，我国煤矿瓦斯抽采技术大致经历了四个发展阶段。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•（1）高透气性煤层瓦斯抽采阶段•50年代初期，在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，获得了成功，解决了抚顺矿区向深部发展过程中的瓦斯安全问题，而且抽出的瓦斯还被作为民用燃料进行利用。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•（2）邻近层卸压瓦斯抽采阶段•50年代中期，在开采煤层群的矿井中，采用穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先获得成功，解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。此后在阳泉又试验成功利用顶板收集瓦斯巷（高抽巷）技术抽采上邻近层瓦斯，抽采率达60－70％。到了60年代以后，邻近层卸压瓦斯抽采技术在我国得到了广泛的推广应用。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•(3）低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段•由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及有突出危险的煤层采用通常的布孔方式预抽采瓦斯的效果不理想、难以解除煤层开采时的瓦斯威胁，为此，从60年代开始，试验研究了多种强化抽采开采煤层瓦斯的方法，如煤层注水，水力压裂，水力割缝，松动爆破，大直径（扩孔）钻孔，网格式密集布孔，预裂控制爆破，交叉布孔等。在这些方法中，多数方法在试验区取得了提高瓦斯抽采量的效果，但仍处于试验阶段，没有大范围推广应用。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•（4）综合抽采瓦斯阶段•所谓综合抽采瓦斯就是把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内综合使用，使瓦斯抽采量及抽采率达到最高。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•从80年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有邻近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大。为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题，必须结合矿井的地质条件，实施•瓦斯综合抽采。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•3.适合我国瓦斯赋存条件的抽采方法抽采瓦斯方法的选择，主要是根据矿井瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等因素进行综合考虑。我国煤层的主要特点是煤层透气性低、瓦斯含量高、煤层突出危险严重、煤层群开采、地质构造复杂。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•我国的煤层赋存条件决定了我国的瓦斯抽采应以卸压抽采为主，由于矿井数量众多，且煤层赋存条件复杂多样，因此几乎所有的瓦斯抽采方法在我国都进行过试验和应用，下面仅介绍几种典型的瓦斯抽采方法。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•3．1顺层密集长钻孔抽采本层瓦斯•顺层密集长钻孔用于区域性抽采，用于综放面或综采面降低煤层瓦斯含量或解决工作面消突问题，一般钻孔深80m以上，孔问距3－5m，预抽时间半年以上。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•为提高抽采效果，在布孔时往往采用斜向孔及交叉钻孔，斜向布孔有利于边采边抽，交叉式布孔可在不增加任何工程量的条件下，提高本煤层瓦斯抽采的效果。经在焦作矿区及平顶山矿区开展顺层交叉钻孔抽采突出煤层瓦斯的试验，证明交叉布孔可避兔由于钻孔坍塌、堵孔等影响抽采效果的现象发生，比平行钻孔抽采效果提高1．5倍。顺层密集长钻孔及交叉钻孔预抽本层瓦斯见图2。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•3．2网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯•网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。网格式穿层钻孔大面积抽采瓦斯首先是在北票台吉矿10号煤层进行的，该煤层是我国透气性极低的松软突出煤层之一，大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明，低透气性煤层尽管预抽瓦斯极为困难，但在合理布置钻孔、保证预抽时间等技术条件下，完全能够达到预期的抽采效果，瓦斯抽采率可达到30％以上。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透严重突出煤层防突的主要方法，已在突出严重的白皖等矿区推广应用。网格式穿层钻孔需要在煤层底板打岩巷，抽采成本较高。网格式穿层钻孔布置见图3。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•3.3顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯•顶板走向水平长钻孔抽采邻近层瓦斯技术就是针对高瓦斯无煤柱综采或综放工作面的特点，为解决瓦斯超限间题，采用沿开采层顶板岩层走向布置迎面定向水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽采上邻近层瓦斯。该抽采方法与顶板岩巷抽采法、顶板穿层短钻孔抽采法相比，技术和经济上具有显著的优越性，尤其对于采掘接续紧张的矿井，其优越性更为突出。钻孔及钻场布置见图4。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯技术在安徽淮南、重庆、河南平顶山、辽宁阜新和铁法等20多个矿区（160对矿井）推广应用，瓦斯抽采量和抽采率大幅度提高，该抽采方法为我国高瓦斯煤层群抽采探索出一条新路子，为煤炭生产实现安全高效•提供了技术保障。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•3．4厚煤层开采条件下的采空区瓦斯抽采•对于厚煤层分层开采或综放开采时，采空区内丢煤较多，加上邻近层、围岩瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量较大，因此，进行采空区瓦斯抽采非常必要。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•厚煤层半封闭采空区瓦斯抽采方法首先在抚顺矿区试验成功，主要在采空区后部采用埋管抽采或设引巷密闭插管抽采，埋管抽采法是将抽采瓦斯管埋设在采空区起采线附近，如图5所示，该方法在抚顺矿区普遍采用，工作面瓦斯抽采率可达80％。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•工作面或采区回采结束后，还可对老塘进行全封闭瓦斯抽采。抚顺老虎台矿于1954年开始采空区全封闭抽采，40多年来共抽出瓦斯总量4亿多m3中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•3．5综合瓦斯抽采•我国一些矿区的高产高效矿井在开采高瓦斯且有突出危险的煤层时，多采用综合抽采法，即在一个工作面或采区采用多种抽采方法进行抽采。•以淮南矿业集团公司潘一矿1541综放工作面为例，该工作面开采煤层厚4.5m，煤层原始瓦斯含量10m3／t以上，煤层有突出性，工作面同时采用四种瓦斯抽采方法.中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•见图6，顶板走向长钻孔用于抽采上邻近层瓦斯；工作面顺层水平长钻孔抽采用于消除煤层的突出危险性并降低煤层瓦斯含量；上隅角插管抽采用于消除局部瓦斯积聚；工作面初采段由于预抽时间有限，采用深孔控制预裂爆破强化抽采，提高瓦斯抽采率同时缩短抽采时间，工作面开采完毕后还要对采空区进行全封闭抽采。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•淮南矿业集团公司张集煤矿应用综合抽采，2002年，矿井瓦斯抽采率达到70％，当年投产，当年达产，产煤507万t，盈利5亿元，创同类矿井最好水平。目前瓦斯综合抽采已在全国范围内广泛应用。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•4.瓦斯抽采技术装备•我国的瓦斯抽采装备随煤炭开采强度的增长而加强，抽采瓦斯规模扩大及科技水平发展而不断完•善，由原来非专用、单一型号的，逐步发展成为专用的、系列的、具有现代科技水平的抽采瓦斯装备。目前已有几十家专业厂家生产抽采钻机和抽采泵，为方便中小型煤矿使用，还开发了系列的井下移动式瓦斯抽采泵。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•目前我国煤矿普遍采用聚氨酯作为封孔材料，该新型材料具有密封性好、硬化快、质量轻、膨胀性强的优点。•瓦斯抽采管路的管材也向多样化发展，除传统的铁管及钢管外，又研制了玻璃钢管、双抗塑料管、PVC管及其它高分子材料制成的多种瓦斯抽采专用管，新型抽采管路具有重量轻、耐腐蚀、运输方便、安装费用低等优点。•快速管道接头的研制，也使管路连接更加方便快捷。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•抽采系统的监控装置是近几年发展比较快的一项技术，它由人工操作的简易监控及计量设备快速发展为自动监控的瓦斯抽采系统装置。随着现代高新技术的发展，瓦斯抽采监控技术正向自动化、智能化、网络化方面发展。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•5.煤矿瓦斯抽采技术的展望•半个世纪以来，中国煤矿瓦斯抽采技术虽有很大发展，但由于我国井工开采煤量大，煤层瓦斯含量非常丰富，抽采瓦斯研究试验与普及工作差距还很大，必须进一步加强，今后瓦斯抽采技术发展的方向应围绕以下几方面：中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•（1）进行瓦斯抽采技术筛选及适用性研究，总结各项瓦斯抽采技术的应用情况、技术特点、适用范围和条件，开展适用性研究，为全国各矿区的瓦斯抽采提供指导。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•（2）继续研究试验单～低透气性煤层强化抽采技术，提高开采层预抽的抽采率，降低煤层的瓦斯涌出量，消除或降低煤层的突出危险性。•（3）研制功率大，故障率低，打钻效率及成孔率高的新型钻机及配套设备，完善打钻工艺，解决松软煤层打钻及成孔间题。中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景•（4）研究瓦斯抽采长钻孔施工及定向技术，开发定向长钻孔的监控装置，保证钻孔的各项参数能达到设计要求。•（5）继续地面钻孔抽采瓦斯的试验开发，真正做到先抽后采。结束