煤矿矿井瓦斯抽放技术

RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院煤矿安全科技周专题讲座矿井瓦斯抽放技术简介主讲：姜文忠博士2008年5月17日RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院主要内容1、矿井瓦斯抽放的重要意义2、我国煤矿抽放瓦斯技术的发展3、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介4、低透气性煤层强化抽放瓦斯技术研究5、鹤岗矿区瓦斯抽放技术评价及建议RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展1、我国煤矿抽放瓦斯技术的发展（四个阶段）高透气性煤层瓦斯预抽邻近层卸压瓦斯抽放低透气性煤层强化抽放瓦斯高产高效矿井（工作面）综合抽瓦斯RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院2、典型矿区瓦斯抽放技术简述淮南矿区：9对生产矿井均为煤与瓦斯突出矿井，矿区瓦斯涌出总量达820m3/min。特点是原始煤体透气性低(0.001135m2/MPa2.d)，瓦斯含量大(12～26m3/t)，瓦斯压力高(最高达6MPa)，煤质松软(f=0.2)。采煤工作面瓦斯涌出量最大为60m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量最大达8m3/min。2004年集团公司抽放瓦斯1.5亿m3，平均矿井抽放率41.5％。矿区采用的抽放技术主要有：①顶板走向钻孔抽放瓦斯技术；②专用瓦斯抽放巷道穿层钻孔抽放技术；③地面钻井抽放采动影响区域瓦斯技术；④顺层钻孔抽放技术；⑤采空区瓦斯抽放技术。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院1234567891011121314补1补218192021222324252627补3补4N123C15高抽巷4567891011谢二矿4111（3）工作面顺层孔预抽钻孔布置图在机巷和风巷沿煤层倾斜方向施工顺层倾向钻孔。孔间距8～10m,孔深30～35m,孔径73mm，抽放浓度为5～15%，抽放流量为1～3m3/min，煤层瓦斯预抽率达到了32.78%，对降低煤壁瓦斯涌出量及防止煤与瓦斯突出起到了一定的作用。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院0.5m0.5m1.5m1.5m0.5m0.5m2.4mA—A剖面3m0.5m4m32112341772（3）运输顺槽钻场A50m60mA潘三矿1772(3)边抽边掘钻场和钻孔布置示意图参数：每隔50m在巷道两帮各施工4m×4m×2.4m的钻场，在每个钻场施工4个长65m，直径91mm的抽放钻孔。钻孔距巷道距离2.5～4.0m。所以每个钻场内开孔间距500mm，钻孔方位与巷道中线成1～3度的夹角，用聚氨酯封孔后不间断的抽放,前后钻场钻孔重叠15m。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院1m0.5mⅡⅡⅡⅡⅠⅠ抽采钻孔布置图10、11、1219283746513、14、1512、151、2、3、4、511、146、7、8、910、131211123451413678910ⅠⅠ150.5m掘进头超前钻孔预抽在掘进迎头一次性布置9个孔深16m，孔径75mm的抽放钻孔（1～9＃），钻孔的抽放范围控制在巷道轮廓外4.0m。在迎头向后2.0m处的巷道两帮各施3个抽放孔（10＃～15＃），其参数为：方位与巷道中线夹角成20°，孔深30.0m，孔径75mm，倾角分别为+5°，0°，-5°。迎头抽放钻孔每进尺8.0m为一个作业循环，巷道两帮钻孔每掘进16.0m为一个作业循环。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院工作面抽放管路回风巷进风巷抽放钻场抽放钻孔潘一矿2312（3）开采层顶板走向钻孔（高位钻孔）瓦斯抽放钻孔布置图在工作面回风巷每隔100m布置一个钻场，钻场在回风巷下帮开口，以17°倾角向上施工，掘进4m后变平，再施工2m长的钻机平台；共布置5个钻孔，钻孔直径91mm，长度115m；钻孔终孔点控制在回风巷下帮向下3～23m范围内，终孔距煤层法距18m左右。瓦斯抽放量为7.0～12.0m3/min，平均10.5m3/min。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院回风上山回风巷采空区工作面密闭瓦斯抽采头30m30m瓦斯抽采泵控制阀门采空区瓦斯抽采管30m15m15m采空区双埋管法抽放随着回采工作面的移动，将抽放管路预埋在采空区的风巷位置，预埋管口距工作面的距离在15～30m左右时投入抽放，在采空区上下两巷打密闭，密闭位置距抽放管口5m左右，密闭的间距15m。瓦斯抽放浓度为5～10%，平均为8%，瓦斯抽放纯流量为1～3.0m3/min，平均为2.0m3/min。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院综合抽放：a.回采工作面综合抽放：以高抽巷、顶板走向钻孔为主，巷帮边孔为辅，结合本煤层顺层钻孔预抽，上隅角埋(插)管做补充的方式治理瓦斯。瓦斯预抽率只能达到7%～10%。而综合抽放时本煤层抽放浓度能保持在8%左右，高抽巷最大浓度为42%，最大纯量为32m3/min,采煤工作面瓦斯抽放率能达到50%以上。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院1—钻井；2—压力表；3—156mm管；4—孔板流量计；5—阀；6—瓦斯泵；7—水箱；8—避雷针；9—瓦斯管；10—泵房；11—水管；12—潜水泵；13—水池891011121356743300m5211-2煤层13-1煤层1b.地面钻井与泵站示意图地面钻井抽放功能：1）采前预抽，预抽期2～4个月；2）采动卸压后抽放卸压带瓦斯；3）工作面回采完毕后，可利用其进行采空区瓦斯抽放。单井日平均抽出瓦斯14943m3，单井抽放瓦斯量最高达28800m3/d。正常抽放瓦斯浓度在95%左右。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院抚顺老虎台矿：矿井是一座“水、火、瓦斯、煤尘、煤与瓦斯突出、冲击地压”六害俱全的矿井，相对瓦斯涌出量52.76m3/t，绝对涌出量314.21m3/min。综放面瓦斯涌出高达200m3/min；煤与瓦斯突出严重，1997年10月3日，-780m运输石门揭煤在煤层中掘进时由于构造应力的作用发生突出，突出煤量1,067t，涌出瓦斯10万m3；冲击地压每年发生近4000次左右，1993年至2002年共发生冲击地压38,383次，其中大于3级（里氏震级）44次，最大达3.7级。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院瓦斯抽放：抚顺矿区开采的是特厚煤层，从20世纪50年代开始就采取预抽煤层瓦斯的方式进行瓦斯抽放，一般预抽2～3年左右，主要有采前预抽、边采边抽和采空区抽放等方法。2003年矿井瓦斯抽放量为105.06Mm3，平均抽放速度为199.89m3/min，平均抽放浓度为50%，生产吨煤抽放量为29.18m3/t。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院ⅠⅠⅠ44312213-430m-505m九七五三一八六四二1-反斜钻孔；2-隔离式钻孔；3-上抽钻孔；4-下截式钻孔上抽式：在采区上部煤柱中布置钻场，每个钻场内打5～7个钻孔，一直穿透全煤层，钻孔角度一般为0°～3°；下截式：将钻孔布置在采区下部阶段煤柱内，布置与上抽式相同；反斜式：将钻场设在阶段的下部和煤层的顶部或顶板油母页岩内，然后打斜交上向钻孔；隔离式：将钻场和钻孔布置在边界（区间）煤柱中，抽放受采动影响的卸压瓦斯；原预抽孔的边采边抽。总抽放率为36.8％505采区边采边抽钻孔布置平断面图边采边抽二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院中间顶煤瓦斯道顶煤瓦斯道采空区运输顺槽回风煤门回风顺槽4223引巷安装道入风煤门-780皮带巷-730流水巷21--φ219mm瓦斯管砂墙密闭-680m流水巷2--φ325mm瓦斯管3--φ126mm瓦斯管4--φ159mm瓦斯管78001－I巷道布置与瓦斯抽放系统示意图采空区抽放78001-I综放面回采时瓦斯涌出量：119.55m3/min，采用尾巷插管，顶板巷道和采空区埋管抽放空区瓦斯，其中风排量19.28m3/min，抽放量达到100.27m3/min，抽放率高达83.87%。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院2000～2003年抚顺矿井瓦斯涌出、抽放与利用量项目2000200120022003矿井瓦斯涌出总量（Mm3）163.92168.56150.14136.24风排瓦斯量（Mm3）37.0736.8828.8131.18抽放瓦斯量（Mm3）126.84131.68121.33105.06矿井抽放率（%）77.3878.1280.8177.11利用瓦斯量（Mm3）117.48121.67109.99105.02瓦斯利用率（%）92.6292.4090.6599.96二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院晋城寺河矿：2004年7月矿井瓦斯鉴定，矿井绝对涌出量为386m3/min，抽放量为130m3/min，风排量256.30m3/min，相对瓦斯涌出量21m3/t。抽放方法有三种，即地面抽放、本煤层预抽和采空区抽放。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院（1）地面钻孔抽放2004年在寺河矿潘庄井田施工30口煤层气井，井距为310×250m，控制面积为3.64km2,2004年度累计产气量538万m3。二期工程的70口煤层气井于2004年底开工，于2005年10月份完工，年底形成了0.8～1.5亿m3/a的煤层气生产能力；2010年完成三期工程，进行整个潘庄井田的煤层气开发，实现年产气量3亿m3。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院钻孔回风顺槽进风顺槽钻场寺河矿掘进时预抽钻孔布置进风顺槽回采工作面加密钻孔回风顺槽寺河矿回采工作面预抽钻孔布置掘进巷道两侧间隔150m布置钻场，钻场内钻孔呈扇形布置，钻孔设计长200米，实现对掘进面前方和圈定区域内的瓦斯进行抽放；回采前又进行采前预抽。（2）本煤层预抽二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院（3）采空区瓦斯抽放通过采空区密闭插管进行半封闭抽放，有效的改变上隅角风流运移方向，达到治理上隅角瓦斯的目的。工作面回采结束后，对密闭工作面采空区继续进行全封闭抽放，以减小采空区瓦斯涌出量。采空区抽放瓦斯混合量：75～80m3/min；抽放CH4浓度：13～17%；抽放纯瓦斯量11～14m3/min。二、我国煤矿抽放瓦斯技术发展RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院1、煤矿抽放瓦斯类型按抽放瓦斯来源可分为4个类型：开采煤层瓦斯抽放类型邻近层瓦斯抽放类型围岩瓦斯抽放类型采空区瓦斯抽放类型三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院开采煤层瓦斯抽放方法类型开采煤层未卸压瓦斯抽放方法开采煤层采动卸压瓦斯抽放方法人为强化卸压瓦斯抽放方法回采工作面大面积预抽瓦斯方法煤巷掘进预抽瓦斯方法边掘边抽卸压瓦斯抽放方法边采边抽卸压瓦斯抽放方法开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法水力压裂法水力割缝法长钻孔控制预裂爆破法其它强化卸压法本层采掘巷道周边卸压瓦斯抽放方法层外先采卸压瓦斯抽放方法开采煤层瓦斯抽放方法岩巷揭煤层预抽瓦斯方法三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院下邻近层卸压瓦斯抽放方法邻近层瓦斯抽放方法类型上邻近层卸压瓦斯抽放方法钻孔抽放瓦斯方式巷道抽放瓦斯方式钻孔—巷道混合抽放瓦斯方式邻近层瓦斯抽放方法三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院围岩瓦斯抽放方法类型顶底板围岩采动卸压瓦斯抽放方法围岩裂隙（溶洞）喷出瓦斯抽放方法作为邻近层瓦斯被抽放涌入采空区瓦斯被抽放钻孔方式抽放封闭巷道插管抽放方式围岩瓦斯抽放方法三、我国煤矿抽放瓦斯主要技术简介RIFSRIFS煤炭科学研究总院抚顺分院钻孔抽放方式巷道抽放方式插（埋）管抽放方式钻孔抽放方式密闭插管抽放