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1矿井瓦斯抽放方法安全工程学院王志亮(博士、副教授)手机:13931641124E-mail:friendwzl@163.com2主要内容一、瓦斯抽采概论二、开采层瓦斯抽放方法三、临近层瓦斯抽放方法四、采空区瓦斯抽放方法3一、概论一、瓦斯抽放的概念、目的和意义•1.概念为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁,利用机械设备和专用管道造成的负压,将煤层中存在或释放出的瓦斯抽出来,输送到地面或其他安全地点的做法,叫做瓦斯抽放。•2.目的减少和消除瓦斯威胁,保证煤矿生产安全。4一、概论•3.意义①可以减少开采时的瓦斯涌出量,从而减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故。②可减少通风费用,解决通风难以解决的难题。③用瓦斯作为原料和燃料,能化害为利、变废为宝,可节约煤炭、保护环境和可观的经济效益。5一、概论二、瓦斯抽采的必要性12345671020304050607020002001200220032004200520062007200820092010百万吨死亡率抽采瓦斯量亿m3/a1.安全生产的需要6一、概论实例1美国黑勇士盆地橡树沟煤矿煤层瓦斯含量14.2m3/t抽取4年后6.7m3/t抽取11年后3.8m3/t煤层瓦斯含量降低了73%高瓦斯矿井→低瓦斯矿井,构建了本质安全型矿井7一、概论实例2淮南矿业集团全局瓦斯抽采量1997年前500万m3/a特大瓦斯事故1990~1997年八起1997年二起死亡133人对策开采保护层抽采瓦斯近距离保护层远距离保护层多重开采保护层8一、概论实例2淮南矿业集团开采远距离下保护层抽采瓦斯效果13#煤层瓦斯压力P4.4MPa—0.5MPa瓦斯含量X13m3/t—5m3/t膨胀变形ε26.33‰透气性系数λ0.011—32.09m2/MPa2·d增大近3000倍工作面瓦斯抽采率η60%以上突出危险完全消除工作面相对瓦斯涌出量25m3/t—5m3/t回风流平均瓦斯浓度1.15%—0.5%煤巷月进度40~60m—200m以上工作面日产量1700t/d—5100t/d9一、概论实例2淮南矿业集团方针可保尽保,应抽尽抽效果瓦斯抽采量2001年7000万m3/a2002年突破1亿m3/a2003年1.4亿m3/a2004年1.5亿m3/a2005年1.6亿m3/a2007年1.8亿m3/a2008年2.46亿m3/a2009年3.26亿m3/a连续10余年未发生瓦斯爆炸事故10一、概论•2.优质清洁能源按燃烧热值计算1m3瓦斯相当于1.25㎏标准煤1㎏燃油接近1m3天然气CH4+2O2CO2+2H2O+Q1m3CH437022.2kJ相当于1~1.5Kg烟煤按热效率计算1m3煤层气相当于4㎏标准煤瓦斯是比天然气、燃油、特别是比煤洁净得多的一种优质能源11一、概论•我国陆上埋深在2000m以内的瓦斯资源总量(煤层气)约为30万亿m3,多于陆上常规天然气的资源量(29万亿m3),相当于400亿t标准煤;•按我国20亿t/年的能源消耗标准,相当于我国使用20年的能源量。12一、概论瓦斯还是一种温室气体,温室效应是二氧化碳的21倍;对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍;按生产吨煤平均排放10m3瓦斯量计算,我国每年排入大气的瓦斯量约为300亿m3,其产生的温室效应相当于排放4.5亿吨CO2;同时排放到大气中的瓦斯还含有H2S、CO、NO等放射性物质,不仅污染大气,而且影响人体健康。在过去地200~300年中,大气中甲烷浓度已增加了1倍。•3.环境保护13一、概论国外井下抽采–全世界有17个国家的623个矿井抽采瓦斯,年抽采总量达50亿m3,其中:前苏联21亿m3,原德国6.8亿m3,美国5.6亿m3英国3.9亿m3、捷克3.3亿m3、波兰2.6亿m3、日本2.0亿m3、法国2.8亿m3、澳大利亚1.2亿m3。–原苏联解体后,煤产量大幅下降,瓦斯抽采量急剧减少,95年为12.6亿m3。德、日、捷、法等国煤炭工业萎缩,抽采量也呈下降趋势。三、瓦斯抽采现状14一、概论国外地面抽取——美国时间(年)年抽取量(亿m3)累计抽取量(亿m3)199055.7199134.390.0199245.7135.7199435.0215.0199692.82003450200450015一、概论我国瓦斯抽采量80年代2.8~3.8亿m3/a90年代4~8.7亿m3/a2000年起大幅上升16一、概论煤层气资源中国36.8万亿m3(埋深2000m以内)加拿大57~85万亿m3前苏联52.1万亿m3美国2.1~11.4万亿m3波兰1.3万亿m317一、概论四、瓦斯抽采原则瓦斯治理的12字方针—先抽后采、监测监控、以风定产瓦斯综合治理的16字工作体系—通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位尽可能多的在瓦斯进入矿井风流以前将其抽采出来抽采瓦斯要有针对性要有正规设计、施工和科学管理18一、概论五、矿井瓦斯抽放方法瓦斯抽放的方式和方法多种多样,一般有3种分类方法,见表4-1。表4-1矿井瓦斯抽放方法分类19一、概论•开采层瓦斯抽采–采区大面积预抽–边掘边抽、边采边抽–人为卸压抽采•邻近层瓦斯抽采–上邻近层抽采–下邻近层抽采采空区瓦斯抽采—全封闭式抽采—半封闭式抽采围岩瓦斯抽采—围岩裂隙—溶洞抽采20抽放分类抽放方法抽放方式适用条件开采层抽放未卸压煤层局部抽放超前钻孔高瓦斯或有突出危险煤层大面积抽放顺层钻孔抽放高瓦斯煤层,有充裕预抽时间穿层钻孔抽放专用瓦斯巷抽放钻孔和巷道混合抽放地面钻孔抽放卸压煤层抽放边采边抽煤层瓦斯涌出量较大,透气性较小,预抽时间不充分边掘边抽掘进头瓦斯涌出量较大强化抽放水力压裂煤层透气性低水力割缝松动爆破物理化学处理邻近层抽放上下邻近层抽放巷道钻孔抽放邻近层向开采层瓦斯涌出量较大地面钻孔抽放专用抽放巷综合抽放采空区抽放已采区密闭埋管抽放瓦斯涌出量较大的已采区密闭巷道抽放现采区埋管抽放瓦斯涌出量较大的回采工作面井下钻孔抽放地面钻孔抽放综合抽放围岩抽放围岩裂隙溶洞裂隙钻孔抽放存在裂隙、溶洞的围岩瓦斯涌出量较大或有瓦斯喷出危险溶洞钻孔抽放密闭巷道抽放21一、概论值得注意的是:•瓦斯抽放方法虽然有上述不同分类方法和种类,但现场应用时,往往是互相结合、不能截然分开的。•如本煤层抽放中包括巷道预抽法、钻孔预抽法及边采(掘)边抽法;而钻孔法又应用于本煤层抽放、邻近层抽放及预抽、边抽等。22一、概论六、建立瓦斯抽采系统的依据•(1)《煤矿瓦斯抽放规范》(AQ1027-2006)•(2)《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》(GB50471-2008)•(3)《煤矿瓦斯抽采基本指标》(AQ1026-2006)•(4)《煤矿安全规程》23一、概论七、必须建立抽放系统(地面永久或井下移动)的条件1.高瓦斯矿井;2.开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井;3.一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min,用通风方法解决瓦斯问题不合理的矿井;4.矿井绝对涌出量达到以下条件的:•大于或等于40m3/min;•年产量1.0-1.5Mt的矿井,大于30m3/min;•年产量0.6-1.0Mt的矿井,大于25m3/min;•年产量0.4-0.6Mt的矿井,大于20m3/min;•年产量等于或小于0.4Mt,大于15m3/min。凡是符合上述条件之一的,必须建立瓦斯抽采系统24一、概论井下临时抽采系统局部地区(采区或工作面)瓦斯涌出量大低瓦斯矿井的高瓦斯区25一、概论八、应该建立地面永久抽放瓦斯系统的条件1.开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井;2.瓦斯抽采系统设计抽采量大于或等于2m3/min的矿井。;3.瓦斯资源可靠、储量丰富,预计瓦斯抽放服务年限在5年以上。满足1或2、3项,应该建立地面永久抽放瓦斯系统(煤矿瓦斯抽采工程设计规范-GB50471-2008)将其作为强制性条文。26二、开采层瓦斯抽放方法1.概念本煤层(开采层)瓦斯抽放是指采用送道或打钻的方式直接抽放开采煤层内含有的瓦斯的方法。►预抽煤层瓦斯的难易程度指标类别钻孔流量衰减系数a(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2·d)容易抽采<0.003>10可以抽采0.003~0.0510~0.1较难抽采>0.05<0.127二、开采层瓦斯抽放方法2.方法•按照抽放与采掘的时间关系,本煤层抽放可分为“预抽”和“边抽”两种方法。•所谓“预抽”,就是在开采之前预先抽出煤体中的瓦斯。“预抽”又可分为巷道预抽和钻孔预抽2种;•所谓“边抽”是指边生产边抽放瓦斯,即生产和抽放同时进行。“边抽”又包括边采边抽和边掘边抽2种。28二、开采层瓦斯抽放方法3.预抽本煤层瓦斯施工方法及优缺点•预抽本煤层瓦斯(分巷道预抽和钻孔预抽)的施工方法及优缺点如下:•1)巷道预抽本煤层瓦斯•即在回采之前事先掘出瓦斯巷道(因同时要考虑采煤工作需要,因此也叫采准巷道),然后,将巷道密闭,在密闭处接设管路进行抽放,直到回采时为止。•这种方法的优点是,煤体卸压范围大,煤的暴露面积大,有利于瓦斯释放。•缺点是,提前送道,开采时巷道维修量大;高瓦斯煤层掘进施工困难;若密闭不严易进气,抽出的瓦斯浓度低;且巷内易引起自然发火。29二、开采层瓦斯抽放方法2)钻孔预抽本煤层瓦斯•即在开采煤层底(或顶)板岩层中掘一与煤层走向平行的巷道,然后每隔一定距离(20~30m)掘一小石门做钻场(深度6m),在每个钻场内向煤层打3~7个呈放射状的钻孔穿透煤层进入顶(底)板,插管封孔进行抽放。如图4-1所示。1-煤层;2-钻孔;3-钻场;4-岩巷;5-密闭;6-抽放瓦斯管路图4-1钻孔预抽本煤层瓦斯钻孔、钻场布置示意图30二、开采层瓦斯抽放方法•优点是,钻孔贯穿煤层,瓦斯很容易沿层理面流入钻孔,有利于提高抽放效果;其次,抽放工作是在掘进和回采之前进行的,能大大减少生产过程中的瓦斯涌出量。•缺点是,被抽放煤层没有受采动影响,煤层压力变化不大(未卸压),透气性低的煤层可能达不到预抽效果。31二、开采层瓦斯抽放方法穿层网格预抽中梁山矿务局南矿–预抽时间19个月–平均预抽率48%–瓦斯压力由2.75~2.8MPa降至0.4~0.8MPa–煤体收缩变形1.5‰~2.6‰–煤体硬度增加3倍–煤层透气性增大9倍32二、开采层瓦斯抽放方法33二、开采层瓦斯抽放方法穿层网格布孔示意图34二、开采层瓦斯抽放方法芙蓉矿务局白皎煤矿–预抽期12个月–预抽率25%以上–瓦斯压力由2.48MPa降至0.65MPa–煤层瓦斯含量从17.8m3/t降为8.96m3/t–煤体收缩变形1.01‰~1.37‰地应力下降2.10~3.8MPa–煤体透气性增大85倍35二、开采层瓦斯抽放方法松藻矿务局打通二矿穿层网格条带预抽效果–预抽期6~8个月–预抽率34.08~38.86%–基本消除突出危险–平均月进度82.4m,实现了安全快速掘进36二、开采层瓦斯抽放方法松藻矿务局打通二矿采面网格预抽效果–西瓦斯巷钻孔间距3×10m,预抽时间20~29个月,东瓦斯巷钻孔间距6×6m,预抽时间15~26个月–抽采瓦斯总量144.8万m3,预抽率达40.95%–回采过程中,瓦斯涌出量较小,未发生回风瓦斯超限和煤与瓦斯突出事故37二、开采层瓦斯抽放方法38二、开采层瓦斯抽放方法39二、开采层瓦斯抽放方法地面钻孔多分支羽状水平井预抽瓦斯40二、开采层瓦斯抽放方法4.“边抽”本煤层瓦斯施工方法及优缺点“边抽”包括边采边抽和边掘边抽,其施工方法及优缺点如下:•1)边采边抽•即在工作面前方进风巷或回风巷中每隔一定距离打平行于工作面的钻孔,然后插管、封孔进行抽放,;也可以每隔一定距离(20~30m)掘一钻场(深度6m),布置3个扇形钻孔,然后插管、封孔进行抽放,如图4-2所示。41二、开采层瓦斯抽放方法图4-2边采边抽本煤层瓦斯的钻孔布置示意图42二、开采层瓦斯抽放方法•边采边抽的优点是:由于采动影响,煤层已卸压,煤层透气性增加,抽放效果好;不受采掘工作影响和时间限制,具有较强的灵活性和针对性。•缺点是:开孔位置在煤层,封
本文标题:3矿井瓦斯抽放方法
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