矿井瓦斯抽采

矿井瓦斯抽采矿井瓦斯抽采矿井瓦斯抽采概述据国土资源部统计，目前我国埋深2000米以浅煤层气地质储量为36.81万亿立方米，相当于450亿吨标煤，350亿吨标油，与陆上常规天然气资源量相当，资源总量仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位，其中资源条件较好、具有良好开发前景的有近20万亿立方米。全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区。矿井瓦斯抽采我国煤层气开发利用取得重要进展，已建成地面煤层气产能20亿立方米，产量5亿立方米，民用煤层气用户超过90万户，煤层气发电装机容量达到92万千瓦。2008年，我国井下煤层气抽采量为53亿立方米。2009年底，中国的煤层气产量仅为71.89亿立方米，地面抽采为10.17亿立方米。2010年总产量达到100亿立方米，其中地面抽采产量将达到50亿立方米。矿井瓦斯抽采我国煤与瓦斯突出矿井分布矿井瓦斯抽采我国地面煤层气开发从无到有，2005年实现了零的突破，2007年3.2亿立方米，2008年突破5亿立方米。截至2008年底，共钻探各类煤层气井约3400口，形成地面煤层气产能约20亿立方米。2008年中国煤矿瓦斯抽采量达到55亿立方米，淮南、阳泉、水城、松藻、宁煤等10个重点煤矿企业瓦斯抽采量均超过1亿立方米。矿井瓦斯抽采地面煤层气现场抽采图矿井瓦斯抽采煤层气抽采技术分类煤层气抽采技术地面抽采井下抽采钻井技术完井技术储层改造技术排采技术本煤层抽采邻近层抽采采空区抽采矿井瓦斯抽采第一章煤层瓦斯抽采技术及方法第一节概述一、瓦斯抽采的目的、条件及意义矿井瓦斯抽采，是指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来的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点的方法。矿井瓦斯抽采1.抽采瓦斯的目的⑴预防瓦斯超限以确保矿井安全生产。⑵开采保护层并具有抽采瓦斯系统的矿井，应抽采被保护层的卸压瓦斯。⑶煤与瓦斯突出矿井中预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用。⑷开发利用瓦斯资源，变害为利。⑸有效地保护生态环境。矿井瓦斯抽采2.抽采瓦斯的条件⑴一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一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。⑵矿井的绝对瓦斯涌出量达到以下条件：①大于或等于40m3/min；②年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；矿井瓦斯抽采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开采保护层时应考虑抽采被保护层瓦斯。⑷开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。矿井瓦斯抽采《煤矿瓦斯抽放规范》规定，凡符合建立抽放系统条件，并同时具备下列两个条件的矿井，应建立地面永久瓦斯抽放系统：⑴瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2m3/min以上；⑵瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。矿井瓦斯抽采4.抽采瓦斯的意义⑴瓦斯抽采是消除煤矿重大瓦斯事故治本措施。⑵瓦斯抽采能够解决矿井仅靠通风难以解决的问题，降低矿井通风成本。⑶瓦斯抽采能够利用宝贵的瓦斯资源。二、瓦斯抽采的方法1.按抽采瓦斯来源分类有本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采和围岩瓦斯抽采。矿井瓦斯抽采2.按抽采瓦斯的煤层是否卸压分类有未卸压煤层抽采瓦斯和卸压煤层抽采瓦斯。3.按抽采瓦斯与采掘时间关系分类有煤层预抽瓦斯、边采边抽和采后抽采瓦斯。4.按抽采工艺分类有钻孔抽采、巷道抽采和钻孔巷道混合抽采。瓦斯抽采方法的选择必须根据矿井瓦斯涌出来源的调查，考虑自然与采矿因素和各种抽采方法所能达到的抽采率。矿井瓦斯抽采第二节本煤层瓦斯抽采本煤层瓦斯抽采，目的是为了减少煤层中的瓦斯含量和降低回风流中的瓦斯浓度，以确保矿井安全生产。一、本煤层瓦斯抽采原理本煤层瓦斯抽采就是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽采工作。煤层回采前的抽采属于未卸压抽采，在受到采掘工作面影响范围内的抽采，属于卸压抽采。矿井瓦斯抽采二、本煤层瓦斯抽采的分类本煤层瓦斯抽采按抽采的机理分为未卸压抽采和卸压抽采；按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽采、巷道抽采和巷道与钻孔综合法三类。1.本煤层未卸压抽采决定未卸压煤层抽采效果的关键性因素，是煤层的自然透气性系数。⑴岩巷揭煤时由岩巷向煤层施工穿层钻孔进行抽采。矿井瓦斯抽采⑵煤巷掘进预抽时在煤巷掘进工作面施工超前钻孔进行抽采。⑶采区大面积预抽时由开采层机巷、风巷或煤门等施工上向、下向顺层钻孔；由石门、岩巷、邻近层煤巷等向开采层施工穿层钻孔；由地面施工穿层钻孔等进行抽采。矿井瓦斯抽采2.本煤层卸压抽采在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩应力重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气性系数增加，在这个区域内打钻抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空间。本煤层卸压抽采分为：⑴由煤巷两侧或岩巷向煤层周围施工钻孔进行边掘边抽。矿井瓦斯抽采⑵由开采层机巷、风巷等向工作面前方卸压区施工钻孔进行边采边抽。3.由岩巷、煤门等向开采分层的上部或下部未采分层施工穿层或顺层钻孔进行边采边抽。三、本煤层瓦斯抽采的布置形式及特点1.本煤层未卸压钻孔预抽本煤层未卸压钻孔预抽瓦斯是钻孔打入未卸压的原始煤体进行抽采瓦斯。其抽采效果与原始煤体透气性和瓦斯压力有关。矿井瓦斯抽采煤层透气性越小，瓦斯压力越低越难抽出瓦斯。按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和顺层钻孔。按钻孔角度分上向孔、下向孔和水平孔。⑴穿层钻孔抽采穿层钻孔抽采是在开采煤层的顶底板岩石巷道（或煤巷）或邻近煤层巷道中，每隔一段距离开一长约10m的钻场，从钻场向煤层施工3～5个穿透煤层全厚的钻孔，封孔或将整个钻场封闭起来，装上抽瓦斯管并与抽采系统连接进行抽采。矿井瓦斯抽采图1穿层钻孔抽采瓦斯矿井瓦斯抽采该抽采方法的特点是施工方便，可以预抽的时间长。如果是煤层群开采，第一层回采后，可在卸压的条件下，抽采未采层的瓦斯。它主要适用于煤层的透气性系数较大、有较长预抽时间的近距离煤层群或厚煤层。⑵顺层钻孔抽采顺层钻孔是在巷道进入煤层后再沿煤层所打的钻孔，可以用于石门见煤处、煤巷及回采工作面。矿井瓦斯抽采图2未卸压顺层钻孔抽采开采煤层1-运输巷；2-回风巷；3-钻孔；4-采煤工作面；5-采空区矿井瓦斯抽采抽采方法的特点是常受采掘接替的限制，抽采时间不长，影响了抽采效果。它主要适用于煤层赋存条件稳定、地质变化小的单一厚煤层。2、巷道预抽本煤层瓦斯巷道预抽是在采区回采之前,按照采区设计巷道布置，提前把巷道掘出来，构成系统，将所有入、排风口都加以密闭，同时，在各排风口密闭处插管并铺设抽采瓦斯管路，将煤层中瓦斯预先抽采出来。矿井瓦斯抽采⑴巷道预抽瓦斯的优点①提前将采区的准备巷道掘出来,不影响生产正常接替。②煤壁暴露面积大，有利于瓦斯涌出和抽采。③在掘进瓦斯巷道时，对瓦斯涌出、地质构造等能进一步了解，有利于采取对策，实现安全生产。④对下段采区和邻区的煤层瓦斯，可起到一定的释放和截抽作用。矿井瓦斯抽采⑵巷道预抽瓦斯的缺点①掘进时瓦斯涌出量大，施工困难。②在巷道掘进过程中部分瓦斯随风流排出，减少了可供抽采瓦斯量。③瓦斯巷道中的密闭很难保持其气密性，抽出瓦斯浓度降低。④巷道布置受采煤工作制约，不能随意改变。⑤巷道年久失修，给后期采煤维修巷道增加了工作量,给煤层顶板管理带来一定困难。矿井瓦斯抽采⑶巷道预抽瓦斯的效果巷道抽采瓦斯效果与煤巷暴露煤壁的面积大小、煤层厚度和透气性能有关。3.本煤层卸压抽采瓦斯在受回采或掘进的采动影响下，引起煤层和围岩的应力重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气性系数增加，在这个区域内打钻抽采瓦斯，可以提高抽采量，并阻截瓦斯流向工作空间。矿井瓦斯抽采⑴边掘边抽在掘进巷道的两帮，每隔40～50m施工一个钻场，每个场内顺层施工4个50～60m深的抽采钻孔；在掘进迎头每次施工12～16个、孔深16～20m的抽采钻孔，钻孔布置见图3，钻孔在终孔时上排施工至煤层顶板，下排施工至煤层底板，钻孔控制范围为巷道周界外4～5m，孔底间距为2～3m，钻孔直径为75mm，封孔深度为3～5m。矿井瓦斯抽采图3随掘随抽的钻孔布置1-掘进巷道；2-钻场；3-钻孔矿井瓦斯抽采随掘随抽钻孔布置特点是能控制掘进巷道迎头的煤层赋存状况，既保证了掘进巷道迎头的瓦斯抽采，又能降低巷道两帮的瓦斯涌出量，在巷道掘进期间能继续抽采巷道两帮的卸压瓦斯，保证了突出煤巷的安全掘进。⑵边采边抽在采煤工作面前方有一个应力集中带，并随工作面的向前推进而同时前移，如图4所示。在应力集中带与采煤工作面之间有10m的卸压带，在此区域内可以抽采瓦斯。布置钻孔时，抽采孔需提前布置在煤层内，当卸压带接近前开始抽采瓦斯；当卸压带移至钻孔时瓦斯抽出量增大。矿井瓦斯抽采图4随采随抽钻孔布置矿井瓦斯抽采随采随抽钻孔布置抽采的特点是利用回采工作面前方卸压带透气性增大的有利条件，提高抽采率。在下行分层工作面，钻孔应靠近底板，上行分层工作面靠近顶板。它主要适用于局部地区瓦斯含量高、时间紧、采用该方式解决本层瓦斯涌出量大问题。本煤层瓦斯抽采存在的问题本煤层瓦斯抽采由于单孔抽采流量较小，当煤层透气性差时，钻孔工程量大；在巷道掘进期间由于瓦斯涌出量大，掘进困难。矿井瓦斯抽采第三节邻近层瓦斯抽采一、邻近层瓦斯抽采原理和分类为了防止和减少邻近层的瓦斯通过层间的裂隙大量涌向开采层,可采用抽采的方法处理这一部分瓦斯，这种抽采方法称邻近层瓦斯抽采。邻近层瓦斯抽采按邻近层位置分为上邻近层抽采和下邻近层抽采；按汇集瓦斯的方法分为钻孔抽采、巷道抽采和巷道与钻孔综合抽采三类。矿井瓦斯抽采1.上邻近层瓦斯抽采上邻近层瓦斯抽采即是邻近层位于开采层的顶板，通过巷道或钻孔来抽采上邻近层的瓦斯。根据岩层的破坏程度与位移状态可把顶板划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，底板划分为裂隙带和变形带。冒落带高度一般为采厚的5倍；裂隙带的高度为采厚的8～30倍。矿井瓦斯抽采上邻近层瓦斯抽采分为：⑴由开采层运输巷、回风巷或层间岩巷等向上邻近层施工钻孔进行瓦斯抽采。⑵由开采层运输巷、回风巷等向采空区方向施工斜交钻孔进行瓦斯抽采。⑶在上邻近层掘汇集瓦斯巷道进行抽采。⑷从地面施工钻孔进行抽采。矿井瓦斯抽采2.下邻近层瓦斯抽采下邻近层瓦斯抽采是邻近层位于开采层底板，通过巷道或钻孔来抽采下邻近层的瓦斯。可分为：⑴由开采层运输巷、回风巷或层间岩巷等向下邻近层施工钻孔进行瓦斯抽采。⑵由开采层运输巷、回风巷等向采空区方向施工斜交钻孔进行瓦斯抽采。⑶在下邻近层掘汇集瓦斯巷道进行抽采。⑷从地面施工钻孔进行抽采。矿井瓦斯抽采二、钻孔抽采1.钻孔布置的方式由开采煤层进、回风巷道向邻近层打穿层孔抽采瓦斯，或由围岩大巷向邻近层打穿层孔抽采瓦斯。钻孔布置方式主要有两种。⑴由开采层层内巷道打钻适应条件为缓倾斜或倾斜煤层走向长壁工作面，具体又可分为以下几种：①钻场设在工作面副巷内，由钻场向邻近煤层打穿层钻孔。矿井瓦斯抽采图5阳泉四矿抽采上邻近层层内副巷布孔方式图6包头五当沟矿抽采上邻近层层内副巷布孔方式矿井瓦斯抽采②钻场设在工作面进风正巷内，由钻场向邻近层打穿层钻孔。该方式多用于抽采下邻近层瓦斯。南桐矿务局鱼田堡矿开采3号煤层抽采4号煤层瓦斯时就是这种布置，如图7所示。与钻孔布置在回风水平相比，其优点是：打钻施工方便；不存在由于抽采瓦斯而增加巷道的维护时间和工程量的问题。矿井瓦斯抽采图7南桐鱼田堡矿抽采上邻近层瓦斯层内运输巷布孔方式矿井瓦斯抽采⑵在开采层层外巷道打钻其适应条件为不同倾角的煤层和不同采煤方法的回采工作面。钻孔布置方式又分为：①钻场设在开采层底板岩巷内，由钻场向邻近层打穿层钻孔。多用在抽采下邻近层瓦斯。天府磨心坡矿、淮北芦岭矿、淮南谢二矿和松藻打通一矿均采用这种布置方式，如图8、图9、图10所示。矿井瓦斯抽采图8天府磨心坡矿抽采下邻近层瓦斯的钻孔布置矿井瓦斯抽采图9淮北芦岭矿抽采下邻近层瓦斯钻孔布置矿井瓦斯抽采图10松藻打通一矿抽采下邻近层钻孔布置矿井瓦斯抽采这种方