煤矿瓦斯抽采现状与发展方向-煤矿瓦斯排放与利用

煤矿瓦斯抽采现状与发展方向煤炭科学研究总院沈阳研究院罗海珠研究员/副院长2009年9月4日2009年全国煤矿瓦斯防治工作会议技术交流材料之一汇报提纲：一.煤矿瓦斯抽采意义重大二.煤矿瓦斯抽采概况三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成四.瓦斯抽采技术简介五.瓦斯抽采存在的主要问题六.煤矿瓦斯抽采发展方向一.煤矿瓦斯抽采意义重大1.瓦斯灾害严重—瓦斯治理的根本措施08年10月：国有重点煤矿885处，国有地方煤矿1320处，乡镇煤矿10517处煤矿突出矿井754个和高瓦斯矿井2260个瓦斯灾害事故经常发生，瓦斯事故起数和死亡人数均占50%左右重特大事故中主要是瓦斯事故一.煤矿瓦斯抽采意义重大1.瓦斯灾害严重—瓦斯治理的根本措施突出矿井7546%高瓦斯矿井226018%低瓦斯矿井970876%总：12722高瓦斯矿井分布图云南省210，9%其余19个省244，11%山西省228，10%江西省242,11%湖南省157,7%贵州省638，28%四川省393,17%重庆市148,7%一.煤矿瓦斯抽采意义重大2.瓦斯灾害分布广、致灾差异大--瓦斯治理的根本措施一.煤矿瓦斯抽采意义重大2.瓦斯灾害分布广、致灾差异大--瓦斯治理的根本措施突出矿井：湖南、贵州、重庆、河南、四川、安徽和云南7个省市，占突出矿井总数的89%高瓦斯矿井：贵州、四川、江西、山西、云南、湖南和重庆7省市，占高瓦斯矿井总数的89%一.煤矿瓦斯抽采意义重大实践证明：瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯的治本之策一.煤矿瓦斯抽采意义重大3.瓦斯利用瓦斯是一种清洁能源，用途广泛瓦斯是温室气体，根据节能减排要求，多抽少排，降低对环境的影响一.煤矿瓦斯抽采意义重大4.瓦斯抽采是国家政策的要求对煤矿安全、瓦斯及煤层气抽取利用、矿上矿下预警测报系统等要作系统的研究高瓦斯、突出矿井“先抽后采”、“抽采达标”4.瓦斯抽采是国家政策的要求2010年：瓦斯事故死亡人数比07年下降20%以上瓦斯抽采总量突破100亿m3建成瓦斯治理示范矿井和示范县各100个一.煤矿瓦斯抽采意义重大二.煤矿瓦斯抽采概况我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：（1）高透气性煤层瓦斯抽采阶段50年代初期，首次在抚顺矿区高透气性特厚煤层中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的安全关键问题。二.煤矿瓦斯抽采概况（2）邻近层卸压瓦斯抽采阶段50年代中期，采用穿层钻孔、顶板收集瓦斯巷(高抽巷)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。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：二.煤矿瓦斯抽采概况（3）低透气性煤层瓦斯强化抽采阶段60年代，试验了地面、井下水力压裂，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，交叉布孔等多种强化措施。对降低突出危险性煤层瓦斯压力和煤层消突起到积极作用。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：二.煤矿瓦斯抽采概况（4）综合抽采瓦斯阶段80年代开始、为适应综采和综放采煤技术的推广应用，试验研究了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抽采瓦斯措施。解决了高产、高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的难题。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：二.煤矿瓦斯抽采概况（5）立体抽采瓦斯阶段近年来，试验研究了地面钻孔井与井下钻孔联合抽采矿井瓦斯。地面钻孔对开采层进行压裂、抽采瓦斯以及对采动影响卸压瓦斯和采空区瓦斯进行抽采。在开采过程中，井下钻孔对煤层瓦斯进行抽采，实现立体抽采方式。解决了开采煤层预抽时间短，抽采率低的问题。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：二.煤矿瓦斯抽采概况新疆,3,1%宁夏,6,1%山东,1,0%陕西,5,1%甘肃,1,0%河北,12,3%青海,1,0%内蒙,3,1%辽宁,21,5%黑龙江,15,3%安徽,19,4%河南,44,10%江西,8,2%吉林,6,1%四川,20,5%重庆,21,5%山西,122,28%贵州,122,28%2007年中国煤矿抽采瓦斯矿井数量分布图全国抽采瓦斯矿井数量1、贵州省122个2、山西省122个3、河南省44个4、辽宁省21个5、重庆市21个6、四川省20个7、安徽省19个8、黑龙江省15个9、河北省12个10、江西省8个11、宁夏6个二.煤矿瓦斯抽采概况贵州,556.1,13%吉林,14.8,0%江西,35.0,1%河南,277.0,7%安徽,10.5,5%黑龙江,136.3,3%辽宁,255.4,6%内蒙,24.8,1%青海,0.4,0%河北,64.9,2%甘肃,34.1,1%陕西,43.5,1%山东,2.1,0%宁夏,109.2,3%新疆,11.7,0%重庆,330.2,8%四川,111.8,3%山西,1973.9,47%2007年全国煤矿抽采瓦斯量比例图全国煤矿抽采瓦斯量阳泉、晋城、淮南、淮北、松藻、盘江、水城、抚顺等10余个矿区年抽采量超1亿m3省市抽采量（Mm3）河北64.94甘肃34.10山西1973.85内蒙24.8辽宁255.36吉林14.78黑龙江136.32江西35安徽210.50山东2.08河南276.99重庆330.22四川111.75贵州556.11陕西43.54青海0.41宁夏109.20新疆11.。69二.煤矿瓦斯抽采概况2001年以来煤矿瓦斯抽采和利用情况三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成煤矿瓦斯抽采技术经过数十年的实践和试验研究，已经积累了上百种瓦斯抽采方式方法，通过研究将应用范围广、效果好、有发展潜力的5类41种抽采技术挑选出来，推荐给全行业，以利于煤矿“先抽后采”、“抽采达标”，实现安全生产的目的。1.开采煤层瓦斯抽采技术2.邻近层卸压瓦斯抽采技术3.围岩瓦斯抽采技术4.采空区瓦斯抽采技术5.综合瓦斯抽采技术三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成1.开采煤层瓦斯抽采技术分类煤矿抽采瓦斯方法名称开采煤层瓦斯抽采方法1.立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法2.石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法3.煤巷掘进预抽（排）瓦斯方法4.煤巷先抽后掘抽采瓦斯方法5.穿层钻孔大面积预抽瓦斯方法6.顺层上向钻孔预抽瓦斯方法7.顺层下向孔预抽瓦斯方法8.顺层走向水平孔预抽瓦斯方法9.顺层交叉网状钻孔抽采瓦斯方法10.边掘边抽卸压瓦斯方法11.边采边抽卸压瓦斯方法12.开采上保护层抽采开采煤层（被保护层）瓦斯方法13.开采下保护层抽采开采煤层瓦斯方法14.混合式抽采上、下保护层瓦斯方法15.水力压裂强化抽采开采煤层瓦斯方法16.水力割缝强化抽采开采煤层瓦斯方法17.长钻孔控制预裂爆破强化抽采开采煤层瓦斯方法三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成2.邻近层卸压瓦斯抽采技术类型煤矿抽采瓦斯方法名称邻近层卸压瓦斯抽采方法1.平行穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯方法2.迎面斜交钻孔抽采上邻近层瓦斯方法3.顶板走向长钻孔抽采上邻近层瓦斯方法4.地面垂直钻孔抽采上邻近层（含采空区）瓦斯方法5.走向高抽巷抽采上邻近层瓦斯方法6.倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯方法7.走向高、中、低位抽瓦斯巷相结合的抽采上邻近层瓦斯方法8.下向孔抽采下邻近层瓦斯方法（因为底板涌水，投放效果一般较差）9.上向孔抽采下邻近层瓦斯方法三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成3.采空区瓦斯抽采技术类型煤矿抽采瓦斯方法名称采空区瓦斯抽采方法1.从回风巷布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯方法2.从回风巷抬高钻场布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯方法3.低位专用抽瓦斯巷抽采卸压带、冒落带瓦斯方法4.密闭回风巷横贯插管抽采采空区积聚瓦斯方法5.密闭尾巷抽采采空区积聚瓦斯方法6.埋管抽采采空区积聚瓦斯方法7.顶煤专用巷抽采采空区瓦斯方法8.顶煤专用巷与埋（插）管相结合抽采采空区瓦斯方法9.钻孔抽采老空区瓦斯方法10.密闭插管抽采老采空区瓦斯方法11.上隅角工作面瓦斯抽采方法三.煤矿瓦斯抽采技术的优选与集成4.围岩瓦斯抽采技术类型煤矿抽采瓦斯方法名称围岩瓦斯抽采方法1.邻近围岩瓦斯抽采方法（与邻近层瓦斯抽采相结合）2.钻孔抽采地质构造裂隙带瓦斯方法3.钻孔抽采围岩孔洞（溶洞）瓦斯方法4.密闭瓦斯喷出巷道抽采围岩瓦斯方法“十五”以来，针对我国煤矿瓦斯治理的现状，国家组织完成了“煤矿瓦斯治理技术筛选综合集成和示范”项目研究，在低透气性煤层增透抽采瓦斯、长钻孔定向钻进技术及装备、抽采钻孔封孔技术、松软突出煤层成孔工艺及装备、抽采参数监测监控和采煤采气一体化技术等方面，取得了重要突破，在15个示范矿井得到应用。四.瓦斯抽采技术简介（1）典型瓦斯抽采技术简介1.顺层钻孔抽采本层瓦斯顺层钻孔用于区域性抽采，适用于煤层透气性λ≥0.1m2/MPa2.d、煤层瓦斯含量≥8m3/t或开采突出煤层。可抽采工作面前方煤体的卸压瓦斯，提高钻孔的抽采半径，抽采效果提高1.5倍。顺层钻孔及交叉布孔预抽本层瓦斯示意图回下风抽放管卸压带运输巷回风巷山输山下运下山轨道斜向布孔交叉布孔平行布孔四.瓦斯抽采技术简介网格式穿层钻孔适用于松软低透气性突出煤层的瓦斯抽采，可解决突出煤层打顺层孔时喷孔、塌孔问题。网格式穿层钻孔是我国单一煤层防突的主要方法，已在突出严重的北票、白沙、中梁山等矿区应用。网格式穿层钻孔布置示意图2.网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介该技术适用于煤层群开采条件下，邻近层和采空区瓦斯涌出量较大的工作面。该抽采技术与顶板岩巷抽采法、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。该技术在淮南、铁法等20多个矿区160个矿应用。顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯示意图3.顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯B-B剖面钻孔工作面BAB工作面回风巷道A-A剖面工作面运输巷道A钻场12345抽放管12345（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介高位巷道密闭抽采邻近层与采空区瓦斯示意图4.高位巷道密闭抽采邻近层与采空区瓦斯密闭墙500mm抽放管路单系统抽放2103进风巷5103顶回风巷5103回风巷400mm抽放管路单系统抽放130号架该方法适用于煤层群开采或采空区丢煤较多，煤层顶板有遇水膨胀的泥岩层无法施工钻孔，高产高效工作面。具有抽采量大，抽采强度影响范围广特点，是消除工作面上隅角和后运输机道瓦斯超限的有效方法之一。该技术在阳泉五矿、铁法大隆、大同塔山等多个矿区推广应用。（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介淮南潘一矿1541综放工作面，煤层有突出突出性，工作面同时采用顶板走向长钻孔、工作面顺层水平长钻孔、上隅角插管抽采、深孔控制预裂爆破强化抽采。目前瓦斯综合抽采已在全国范围内广泛应用。工作面综合抽采瓦斯示意图5.综合抽采瓦斯技术回风巷进风巷爆破孔抽放孔强化抽放区（初采段300m)顺层水平长钻孔顶板走向长钻孔上隅角插管采空区（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介1.水力冲割煤层卸压强排强抽瓦斯技术该技术利用高压形成高速射流，冲割煤体制裂缝和造空穴，增大卸压范围，增大煤层瓦斯的流动性，提高煤层瓦斯抽采效果。131211109876543211415161—供水管路；2—井下移动高压水力泵站；3—溢流阀；4—压力表；5—单向阀；6—截止阀；7—钢丝编织高压胶管；8—钻机；9—高压水射流钻杆；10—煤层；11—回转式高压旋转接头；12—球形铰接固定器；13—高压旋转水射流扩孔装置；14—煤渣及回水管路；15—封孔材料；16—封孔钢管。四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介利用炸药爆破产生的高压冲击波瞬间撞击聚能药包与钻孔之间的水，形成高压水射面，使煤体产生新的裂隙，同时高压水楔入原生裂隙中使裂隙延伸，而控制孔起到裂隙导向和空间补偿作用，从而提高瓦斯抽采效果。适用于低透气性煤层强化抽采瓦斯、煤层消除突出危险和释放地层应力。2.深孔定向聚能水封爆破技术四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介3.煤矿井下定向长钻孔钻机煤科总院西安院钻机研制方面取得长足进展，已研制出300m、500m、1000m系列钻进装备。ZDY6000LD（A）钻机四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来