安培中心―瓦斯抽放理论与技术

第1页安培中心课件矿井瓦斯抽放理论与技术主讲：肖知国讲师Tel:139-49669259E-mail：[e-mail]河南理工大学安全学院第2页引言•瓦斯是资源、是煤矿灾害的主要危险源、是主要的大气温室效应气体；•重特大瓦斯事故的连续发生引起各界广泛关注；•石油价格持续上扬，引起对能源安全的高度关注；•瓦斯抽采是瓦斯治理的治本措施，国外成功控制瓦斯灾害的经验告诉我们，通过立法强化瓦斯抽采，以达到控制采掘作业前煤层中瓦斯含量是有效途径。•我国《AQ1026-2006煤矿瓦斯抽采基本指标》，《防治煤与瓦斯突出规定》，对瓦斯抽采都提出了要求。第3页引言•《防治煤与瓦斯突出规定》征求意见稿中：•第六条防突工作坚持“区域防突措施先行、局部防突措施补充”的原则。未采取区域综合防突措施并达到要求指标的，严禁进行采掘活动，做到“不掘突出头，不采突出面”。区域防突工作应当做到“多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标”。第4页煤矿瓦斯灾害•煤矿特别重大事故中瓦斯事故所占比重最高。新中国成立以来至2005年2月底，全国煤矿共发生一次死亡百人以上的事故19起，死亡3162人。其中，18起是瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等，死亡3052人，事故起数和死亡人数分别占94.74%和96.52%。2001年至2005年2月底，全国煤矿发生一次死亡30人以上的事故28起，死亡1689人。其中，瓦斯事故24起，死亡1558人，事故起数和死亡人数分别占85.71％和92.2%。发改委：煤矿瓦斯治理与利用总体方案第5页序号时间煤矿类别死亡人数11950.2.27河南义马宜洛煤矿老李沟井瓦斯爆炸187人21954.12.6内蒙古包头大发煤矿瓦斯煤尘爆炸104人31960.5.9山西大同矿务局老白洞煤矿煤尘爆炸684人41960.5.14重庆松藻矿务局松藻二井煤与瓦斯突出125人51960.11.28河南平顶山矿务局龙山庙矿(五矿)瓦斯煤尘爆炸187人61960.12.15重庆中梁山煤矿南井瓦斯煤尘爆炸124人71961.2.15辽宁抚顺矿务局胜利煤矿电气火灾110人81968.10.24山东新汶矿务局华丰煤矿煤尘爆炸108人91969.4.4山东新汶矿务局潘西煤矿二号井爆炸115人101975.5.11陕西铜川矿务局焦坪煤矿瓦斯煤尘爆炸101人111977.2.24江西萍乡矿务局坪湖煤矿瓦斯爆炸114人121981.12.24河南平顶山矿务局五矿瓦斯煤尘爆炸133人131991.4.21山西洪洞县三交河煤矿瓦斯煤尘爆炸147人141996.11.27山西大同市新荣区郭家窑乡东村煤矿瓦斯煤尘爆炸114人152000.9.27水城矿务局木冲沟煤矿瓦斯煤尘爆炸162人162002.6.20鸡西城子河煤矿瓦斯爆炸事故115人172004.10.22郑煤集团公司大平煤矿瓦斯爆炸148人182004.11.28陕西铜川陈家山煤矿瓦斯爆炸166人192005.2.14阜新集团公司孙家湾煤矿海州立井瓦斯爆炸214人202005.8.7广东省梅州市大兴大兴煤矿透水123人212005.11.27黑龙江七台河分公司东风煤矿煤尘爆炸171人222005.12.7河北唐山刘官屯煤矿瓦斯爆炸108人232007.12.5山西省临汾洪洞瑞之源煤业有限公司瓦斯爆炸105人解放后煤矿发生的百人以上事故第6页煤矿瓦斯灾害•一次死亡百人以上事故绝大部分发生在国有煤矿特别是45户安全重点监控企业。新中国成立以来，全国煤矿发生的19起一次死亡百人以上事故，国有煤矿事故起数占94.74%，死亡人数占96.39%；国有重点煤矿事故起数占84.21%,死亡人数占91.90%。这19起事故中，45户安全重点监控企业发生15起，占73.68%，死亡人数占81.37%。发改委：煤矿瓦斯治理与利用总体方案第7页煤矿瓦斯灾害•乡镇煤矿事故死亡总人数和一次死亡30人以下的事故最多。全国煤矿事故死亡总人数乡镇煤矿占70%～73%；一次死亡3～9人的重大事故，乡镇煤矿约占80%；一次死亡10～29人的特大事故，乡镇煤矿约占70%。第8页汇报提纲一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性三、瓦斯抽采技术原理四、瓦斯抽放方法及实例第9页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•全国古代煤窑瓦斯引排方法•1637年:宋应星所著《天工开物》记载“利用竹管引排煤中瓦斯”的方法。第10页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•1938年：抚顺龙凤矿开始利用机械设备抽井下巷道积聚瓦斯；•1940年：抚顺龙凤矿在地面建立瓦斯抽采泵站和容积为100m3的瓦斯储罐，瓦斯抽采流量10m3/min,瓦斯浓度30~40%，实现民用；•1952年：抚顺龙凤矿采用煤层巷道法预抽本煤层瓦斯获得成功。全国瓦斯抽采量20Mm3；•1954年：抚顺龙凤矿试验成功钻孔法预抽本煤层瓦斯；•1956年：全国瓦斯抽采量48.7Mm3；第11页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•1957年：阳泉四矿试验成功钻孔法抽采上邻近层卸压瓦斯，解决了煤层群开采中首采面瓦斯涌出量大的问题。同时，认识到利用煤层开采后形成的采动卸压作用进行边采边抽,可以有效地抽出瓦斯；•1960年：全国有抚顺、阳泉、天府和北票等企业6座矿井抽瓦斯，全国瓦斯抽采量125Mm3；从60年代开始，试验研究了多种强化抽放开采煤层瓦斯的方法，如煤层高、中压注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径钻孔等。•1965年：新增中梁山、焦作、淮南、包头、松藻、峰峰等企业抽采瓦斯，全国瓦斯抽采量150Mm3；•1970年：全国瓦斯抽采量170Mm3；•1980年：全国年瓦斯抽采量293Mm3；80年代开始，为了解决高产、高效工作面瓦斯涌出问题，必须结合矿井的地质开采条件，实施综合抽放瓦斯。•1985年：全国年瓦斯抽采量328Mm3；第12页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•1990年：全国年瓦斯抽采量433Mm3；•1995年：全国年瓦斯抽采量600Mm3；•2000年:全国共有141座矿井在地面建立瓦斯抽采泵站，年瓦斯抽采量为866.6Mm3。•2002年:全国共有53户企业的193座矿井在地面建立瓦斯抽采泵站，年瓦斯抽采量1146.1Mm3。•2003年：全国年瓦斯抽采量1300Mm3；第13页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•2005年:①全国年瓦斯抽采量达到2300Mm3;②利用量超过1000Mm3;③阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城和抚顺7个矿业集团的年瓦斯抽采量超过100Mm3。第14页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展2006年:①原国有重点煤矿286处高瓦斯和突出矿井开展瓦斯抽采的有264处，占92%；全国煤矿抽采瓦斯3200Mm3，同比增幅近40%。②利用量达到1200Mm3；山西、辽宁、重庆等3个省（市）瓦斯利用量超过100Mm3。抚顺、松藻、宁煤、重庆中梁山等4个矿区瓦斯利用率在50%以上，其中抚顺、中梁山等矿区利用率达到100%。③山西、辽宁、安徽、贵州、重庆等5省（市）年抽采量超过200Mm3。阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城、抚顺、淮北等10个矿业集团的年瓦斯抽采量超过100Mm3；④全国钻探各类煤层气井796口，总数达到约1400口；地面抽采煤层气1.3亿立方米，同比增长4倍多。2006年，共打了21口多分支水平井，产量最大的一口井日产气3.5万立方米。⑤发电装机容量12×104kW，建设中的装机容量达34×104kW。第15页0500100015002000250030003500瓦斯抽采量/Mm319652006199519851506003000328阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、晋城、抚顺、淮北等10个矿业集团年抽采量超过1亿立方米中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况第16页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•2007年：全国煤矿瓦斯抽采量4300Mm3，瓦斯利用量约1300Mm3，利用率30.2%。其中原国有重点煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井中，累计抽放瓦斯3058Mm3，同比增加4.45亿立方米，增长17.0%；瓦斯利用量为9.13亿立方米，同比增加2.98亿立方米，增长48.5%。•地面瓦斯抽采量320Mm3，同比增加200Mm3第17页一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展•2008年:据初步统计,全国煤矿瓦斯抽采量达到55亿立方米,利用量16亿立方米。截止目前,我国瓦斯发电机组有1400台,总装机容量达到92万千瓦。第18页煤层气发展规划•煤矿瓦斯抽采目标：根据《煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十一五”规划》：到2010年，全国煤层气（煤矿瓦斯）产量达100亿立方米。其中，地面抽采煤层气50亿立方米，全部利用；井下抽采瓦斯50亿立方米，利用30亿立方米；新增煤层气探明地质储量3000亿立方米。•我国煤矿瓦斯储量：埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米，可采资源总量约10万亿立方米，其中大于1000亿立方米的盆地(群)有15个：二连、鄂尔多斯盆地东缘、滇东黔西、沁水、准噶尔、塔里木、天山、海拉尔、吐哈、川南黔北、四川、三塘湖、豫西、宁武等。二连盆地约2万亿立方米；鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地1万亿立方米以上，准噶尔盆地约为8000亿立方米。第19页二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性•2.1瓦斯抽放的必要性•2.2瓦斯抽放的可行性第20页2.1瓦斯抽放的必要性•根据《煤矿安全规程》第145条及《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第4.1.1~4.1.3条规定：有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：⑴1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。⑵矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：①大于或等于40m3/min；②年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；③年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；④年产量0.4～0.6Mt的矿井，大于20m3/min；⑤年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。⑶开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性第21页2.1瓦斯抽放的必要性•对于生产矿井，由于矿井的通风能力已经确定，对于回采工作面，其最大供给风量为：Qg=L*H*D*V*60式中：Qg——工作面可以供给风量，m3/min；L——最小控顶距，m；H——采高，m；D——有效断面系数；V——工作面允许最高风速，m/s；二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性第22页2.1瓦斯抽放的必要性•当一个矿井、采区或工作面的绝对瓦斯涌出量大于通风所能允许的瓦斯涌出量时，就要抽放瓦斯，即：•式中q—矿井（采区或工作面）的瓦斯涌出量，m3/min；•qf—通风所能承担的最大瓦斯涌出量，m3/min；•v—通风巷道（或工作面）允许的最大风速，m/s；•S—通风巷道（或工作面）断面积，m2；•C—《煤矿安全规程》允许的风流中的瓦斯浓度，%；•K—瓦斯涌出不均衡系数，取值为1.2~1.7。二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性K6vSC.0qqf第23页2.1瓦斯抽放的必要性•对于改（扩）建矿井及生产矿井，矿井瓦斯涌出量可以实测；•对于新建矿井，矿井瓦斯涌出量要进行预测，预测依据《AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法》。二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性第24页2.2瓦斯抽放的可行性•瓦斯抽放的可行性一般是指煤层在自然透气性条件下，进行可抽放的可行性。目前衡量煤层瓦斯可抽性的指标主要有三项：①煤层的透气性系数λ；②钻孔瓦斯流量衰减系数α；③百米钻孔瓦斯极限抽放量Q1。根据上述三个指标，可将煤层瓦斯抽放的难易程度进行分类，如表1所示。二、矿井瓦斯抽放的必要性和可行性抽放难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数（α）(d-1)煤层透气性系数（λ）(m2/MPa2.d)容易抽放0.00310可以抽放0.003～0.050.1～10较难抽放0.050.1煤层瓦斯抽放难易程度分类表第25页2.2瓦斯抽放的可行性•在“容易抽放”的煤层中抽放瓦斯，往往可以获得