煤矿瓦斯抽采技术-讲课用

煤矿瓦斯抽采技术河南理工大学安全学院高保彬主要内容一、煤层瓦斯抽采基本指标与抽采方法分类二、煤矿瓦斯抽采设计及各方法具体内容重点：1、抽采指标2、抽采方法分类3、各类抽采方法具体内容难点：1、各类抽采方法具体内容我国目前瓦斯抽采及利用情况2009年全国抽采瓦斯量：74亿m3利用量：25.3亿m3其中：井下抽采64亿m3地面抽采10亿m32010年全国抽采瓦斯量：88亿m3利用量：36亿m3其中：井下抽采73.5亿m3地面抽采14.5亿m3煤层瓦斯抽采基本指标与抽采方法的分类煤层瓦斯抽采基本指标建立瓦斯抽采系统的标准凡符合下列情况之一者，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽采瓦斯系统(《煤矿安全规程》第145条)1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。煤层瓦斯抽采基本指标建立瓦斯抽采系统的标准矿井绝对瓦斯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年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min开采有煤与瓦斯突出危险煤层的煤层瓦斯抽采基本指标瓦斯抽采应达到的目标《煤矿瓦斯抽采基本指标》在采掘作业前将突出危险区变为非突出区突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。控制范围是指与最外轮廓线平行的平面上的投影距离5-8m8m石门8m5-8m井筒5-8m8m斜井8m5-8m平巷掘进工作面前方10m，采煤工作面前方20m煤层瓦斯抽采基本指标对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标工作面绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)工作面抽采率（%）备注5≤Q＜10≥20风排瓦斯4-810≤Q＜20≥30风排瓦斯7-1420≤Q＜40≥40风排瓦斯12-2440≤Q＜70≥50风排瓦斯20-3570≤Q＜100≥60风排瓦斯28-40Q≥100≥70风排瓦斯≥30煤层瓦斯抽采基本指标对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标工作面日产量（t）可解吸瓦斯量Wj（m3/t）对应的最大瓦斯涌出量≤1000t≤85.6m3/min1001～2500t≤74.9～12.32501～4000t≤610.4～16.74001～6000t≤5.515.3～22.96001～8000t≤520.8～27.88001～10000t≤4.525.0～31.310000t≤427.8煤层瓦斯抽采基本指标煤层瓦斯抽采基本指标提高矿井瓦斯抽采率，减少风排瓦斯，实现国家减排目标矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井绝对瓦斯涌出量Q(m3/min)矿井抽采率（%）备注Q＜20≥25风排瓦斯量≤1520≤Q＜40≥3514-2640≤Q＜80≥4024-4880≤Q＜160≥4544-88160≤Q＜300≥5080-150300≤Q＜500≥55135-225Q≥500≥60≥200采前抽采预抽采中抽采卸压抽采采后抽采采空区抽采瓦斯抽采方法分类瓦斯抽采方法分类按瓦斯来源划分开采层瓦斯抽采采区大面积预抽边掘边抽、边采边抽人为卸压抽采瓦斯抽采方法分类邻近层瓦斯抽采（采动区瓦斯抽采）上邻近层抽采下邻近层抽采瓦斯抽采方法分类采空区瓦斯抽采全封闭（已采区采空区）式抽采半封闭（工作面采空区）式抽采围岩瓦斯抽采围岩裂隙抽采溶洞抽采瓦斯抽采方法分类按地层采动状态分未卸压抽采卸压抽采按与采掘时间关系分采掘前预抽边采边抽、边掘边抽采后抽采瓦斯抽采方法分类1.开采煤层瓦斯抽采技术2.邻近层卸压瓦斯抽采技术3.采空区瓦斯抽采技术4.围岩瓦斯抽采技术5.综合瓦斯抽采技术瓦斯抽采方法分类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瓦斯抽采方法分类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瓦斯抽采方法分类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瓦斯抽采方法分类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煤矿瓦斯抽采设计煤矿瓦斯抽采设计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＜0.1a的测定计算方法：选择具有代表性的地区打75煤孔，先测其初始瓦斯流量qo，经过t时间后再测其瓦斯流量qt，然后按qt=qoe-at计算，则：tqlqlatnon煤矿瓦斯抽采设计矿井瓦斯储量瓦斯储量是指在煤田开发过程中能够向矿井排放瓦斯的煤层及围岩所赋存的瓦斯总量。瓦斯储量可按下式计算：Wc＝(K1·K2)Ai·Xi式中Wc——矿井瓦斯储量，Mm3；K1——不可采邻近层瓦斯储量系数；K2——围岩瓦斯储量系数；Ai——第i个可采煤层地质资源量，Mt；Xi——第i个可采煤层平均瓦斯含量，m3/t；煤矿瓦斯抽采设计矿井瓦斯可抽量瓦斯可抽量是指在瓦斯储量中能被抽出的最大瓦斯量，其计算公式为：W抽＝Wc·K可式中：W抽——可抽瓦斯量，Mm3；K可——可抽系数；K可＝K1·K2·Kg’K1——煤层瓦斯排放系数；K1＝K3(XXk)÷XK3——瓦斯涌出程度系数；X——煤层原始瓦斯含量，m3/t；Xk——运到地面煤的残余瓦斯含量，m3/t；K2——负压抽采时抽采作用系数，K2＝1.2；Kg——矿井瓦斯抽采率，%。煤矿瓦斯抽采设计矿井相对瓦斯涌出量矿井相对瓦斯涌出量按下式计算：Q＝Q1+Q2+Q3式中Q——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t;Q1——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t;Q2——掘进工作面相对瓦斯涌出量，m3/t;Q3——采空区相对瓦斯涌出量，m3/t。煤矿瓦斯抽采设计矿井年抽采量矿井年抽采量需根据采掘工程计划安排来确定，按照每个工作面应当抽采的瓦斯量或实际所能达到的抽采量来计算矿井年抽采瓦斯量。从安全的角度考虑，应该抽采的瓦斯量为：ΔI≥I－IP式中ΔI——为保证通风安全所需抽采的瓦斯量，m3/min；I——矿井瓦斯涌出量，m3/min；Ip——通风所能允许的瓦斯涌出量，m3/min。煤矿瓦斯抽采设计矿井瓦斯来源分析根据瓦斯涌出量预测，确定矿井相对瓦斯涌出量中回采工作面、掘进工作面、采空区涌出量所占矿井涌出总量的比例；在回采工作面瓦斯涌出量中，确定开采层瓦斯涌出量、邻近层瓦斯涌出量、围岩瓦斯涌出量占回采面涌出总量的比例；由此可以得出矿井瓦斯涌出的主要来源。煤矿瓦斯抽采设计选择抽采瓦斯方法的原则抽采瓦斯方法主要是指抽采巷道、钻孔的空间布置位置和施工技术选择矿井抽采瓦斯方法应根据矿井煤层赋存条件、瓦斯基础参数、瓦斯来源、开采巷道布置、采掘时间配合、抽采瓦斯目的及利用要求等因素经技术经济比较确定，并符合以下要求：煤矿瓦斯抽采设计1.选择的抽采瓦斯方法应适合煤层赋存条件和开采技术条件。2.应根据矿井瓦斯涌出来源及涌出量构成分析，有针对性地选择抽采瓦斯方法，以有利提高瓦斯抽采效果。3.应尽可能利用开采巷道抽采瓦斯，以减少抽采工程量。必要时可设布置钻场、钻孔的专用瓦斯抽采巷道。4.选择的抽采方法应有利于抽采巷道的布置和维护。有利于增加钻孔的抽采时间。降低瓦斯抽采成本。5.宜采用综合瓦斯抽采方法。6.在满足矿井安全开采的前提下，还需满足开发、利用瓦斯的需要。煤矿瓦斯抽采设计（一）开采层瓦斯抽采方法选择1、容易抽采及可以抽采的煤层，宜采用本层预抽，可采用穿层或顺层布孔方式；2、可以抽采及较难抽采的煤层，宜采用边采边抽的方法；3、单一较难抽采的煤层，可选用密集顺层钻孔、密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法强化抽采。4、对煤与瓦斯突出严重的煤层，宜选用穿层网格布孔方式；5、煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的方法。煤矿瓦斯抽采设计（二）临近层瓦斯抽采方法选择1、可采用从开采层回风巷或专用排瓦斯巷向邻近层打穿层钻孔进行抽采；2、当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可采用定（底）板抽采巷道进行抽采，也可在工作面回风侧沿开采层顶板布置水平长钻孔或高位钻孔抽采上邻近层瓦斯。煤矿瓦斯抽采设计（三）采空区瓦斯抽采方法选择1、老采空区应采用全封闭式抽采方法；2、现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶（底）板钻孔法、有煤柱及无煤柱钻孔法插（埋）管法等抽采方法，并应采取提高抽采瓦斯浓度的措施。煤矿瓦斯抽采设计（四）顶板高抽巷瓦斯抽采方法在开采的厚煤层、煤层群瓦斯涌出量较大时，可选用“顶板高抽巷”的抽采方法，也可选用直径300—500mm的顶板水平长钻孔进行抽采，不易自燃煤层也可选用尾抽巷进行抽采。煤矿瓦斯抽采设计（五）围岩瓦斯抽采方法围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯并喷出时，应采取抽采围岩瓦斯的措施。煤矿瓦斯抽采设计（六）地面钻孔抽采瓦斯方法煤层埋藏较浅，瓦斯含量较高，地面施工钻孔条件交好的厚煤层或煤层群，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、邻近层卸压瓦斯或采空区瓦斯的抽采方法。煤矿瓦斯抽采设计（七）综合抽采瓦斯方法对瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层透气性差、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽采方法相结合的综合瓦斯抽采方法。煤矿瓦斯抽采设计（八）开采保护层抽采瓦斯有煤与瓦斯突出危险的矿井开采保护层时，应同时抽采被保护层的瓦斯。煤矿瓦斯抽采设计专用瓦斯抽采巷道、钻场及钻孔开采煤层群时抽采邻近层卸压瓦斯，可设置专用瓦斯抽采巷道布置钻场和钻孔；专用抽采巷的位置、数量应能满足选用的抽采方法的要求，保证抽采效果；专用抽采巷应保证有足够的抽采时间和较大的抽采范围；在有人员进行工作活动的专用瓦斯抽采巷道内，风速不得低于0.5m/s。煤矿瓦斯抽