瓦斯抽采新技术

2020/5/181煤矿瓦斯抽采新技术江西省煤炭工业科学研究所2009年8月4日2020/5/182主要内容一、概述二、瓦斯抽采初见成效三、瓦斯抽采目标四、瓦斯抽采方法2020/5/183一、概述煤矿瓦斯先抽后采是治理瓦斯的根本性措施。先抽后采就是煤矿企业应利用一切可利用的条件和一切能够采用的技术手段，将煤层瓦斯预抽到有关规定的指标以下后，再进行煤炭开采。我国煤矿瓦斯灾害严重，据不完全统计，国有重点煤矿中，高瓦斯突出矿井占49.5%左右，全国煤矿中高瓦斯矿井4462处，突出矿井754处，国有重点煤矿中约250处突出矿井。煤与瓦斯突出和瓦斯涌出量大是制约煤矿安全生产的主要因素。多年来，一些煤矿企业通过实施瓦斯先抽后采，不断提高瓦斯抽采率，有效地防止了煤与瓦斯突出，减少了采掘时期的瓦斯涌出量，改善了矿井安全状况。2020/5/184一、概述我国煤矿瓦斯抽采技术存在的问题我国煤层透气性差、预抽瓦斯难度大，缺乏效果好的抽采技术；松软突出煤层钻孔施工困难、缺乏钻进工艺技术和装备；定向长钻孔（1000m）钻进钻机与钻孔工艺缺乏；未全面实现“先抽后采”，采抽比例失调，采掘部署调整难度大；低浓度瓦斯利用缺乏安全保障技术；瓦斯抽放、利用成本较高，需要政策支持等等。2020/5/185一、概述2006年，国家发改委会同国家安监总局、国家煤监局发文批复了煤矿瓦斯治理与利用10个示范工程建设项目、8项关键技术研发和装备研制项目。建立示范点、重点推广先进适用技术。2009年7月9～17日，国家能源局煤炭司会同煤矿安监局科技装备司对这些项目进行了现场检查和总结验收工作。示范工程取得显著成效。2020/5/186一、概述10个煤矿瓦斯治理与利用示范工程建设项目根据各示范点的特点和条件，集成瓦斯治理与利用的先进适用技术，并总结推广应用。龙煤集团鹤岗分公司、沈阳煤业集团、抚顺矿业集团淮南矿业集团、淮北矿业集团郑州煤炭集团、焦作煤业集团阳泉煤业集团、晋城煤业集团松藻煤电公司2020/5/187一、概述8项“煤矿瓦斯综合治理与利用关键技术研发和装备研制项目”松软突出煤层中风压空气钻进装备研制与配套工艺开发井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发低透气性煤层瓦斯抽采增效技术开发低浓度瓦斯输送安全保障成套技术开发与装备研制防突远距离控制钻机研制及配套工艺开发松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进装备研制与配套工艺开发瓦斯抽采矿井的风流监测与智能控制关键技术研制地面瓦斯抽采的欠平衡车装钻机研制2020/5/188一、概述示范工程瓦斯抽采技术取得的成果：一是创新了保护层开采理论、技术和方法，包括远距离保护层开采及瓦斯卸压抽采技术、煤层群开采抽采下邻近层卸压瓦斯技术等；二是提高了矿井顺煤层抽采钻孔施工深度和能力，研发了强突出松软煤层中风压钻进技术、松软突出煤层螺旋钻进技术和装备、千米钻机长钻孔成孔工艺技术等；2020/5/189一、概述瓦斯抽采技术取得的成果：三是丰富和发展了矿井瓦斯抽采方法，主要包括底板双岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯、底板岩巷穿层条带与顺层钻孔预抽煤层瓦斯等16项技术；四是逐步试验成功了矿区地面瓦斯抽采和煤层气开发技术，主要有煤炭和煤层气协调开发技术、晋城地面煤层气抽采技术、突出煤层“一井三用”地面井瓦斯抽采技术等。2020/5/1810一、概述2009年5月14日国家安全监管总局局长骆琳签署总局第19号令，颁布《防治煤与瓦斯突出规定》，2009年8月1日起实施。原《防治煤与瓦斯突出细则》同时废止。《防突规定》充分吸纳了近年来科技攻关成果，将已经成熟的经验和措施纳入规定之中，重点强化区域防突措施，提升防突理念，同时进一步完善了局部防突措施。2020/5/1811一、概述《防突规定》提出了“区域防突措施先行、局部防突措施补充”的理念，强调突出煤层必须采取区域综合防突措施并达到规定标准后方可进行采掘作业。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。2020/5/1812一、概述瓦斯抽采的目的:保障煤矿安全生产①变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层；②使工作面风流中（进风、回风、上隅角、尾巷）的瓦斯浓度不超限。利用高效洁净能源保护环境2020/5/1813从安全区域向突出煤层施工防突工程大面积消除突出危险性安全开采突出煤层瓦斯治理总体规划瓦斯治理管理保障煤与瓦斯突出矿井区域性瓦斯治理技术体系突出煤层（危险源）底板岩巷（安全区域）瓦斯抽采工程一、概述2020/5/1814二、瓦斯抽采初见成效1、瓦斯抽采量与瓦斯事故死亡人数呈反比关系0100020003000400050006000700019971998199920002001200220032004200520062007200805101520253035404550死亡人数十亿吨死亡率瓦斯抽采量比率2020/5/1815二、瓦斯抽采初见成效2、一些瓦斯灾害严重矿区强化了瓦斯抽采，瓦斯灾害事故显著减少。0123456抚顺阳泉松藻淮南盘江晋城水城鸡西宁煤淮北20032004200520062007瓦斯抽采量超过1亿m3的矿区2020/5/1816二、瓦斯抽采初见成效这些矿区主要集中在山西(晋城、阳泉）、重庆（松藻）、安徽（淮南、淮北）、贵州（盘江、水城）、黑龙江（鸡西）、辽宁（抚顺）和宁夏（宁煤）的国有重点矿井。山西阳泉一直重视瓦斯抽采，煤矿瓦斯事故一直保持在较低水平，晋城原来主要开采低瓦斯矿井，1998年后逐步进入高瓦斯矿区，期间发生过重大瓦斯事故，这几年瓦斯抽采量飞速增长，瓦斯事故也得到有效控制。2020/5/1817二、瓦斯抽采初见成效020406080100120140160180死亡人数198719891991199319951997年份事故死亡人数瓦斯事故死亡人数一次死亡10以上人数1997年以前淮南瓦斯事故死亡人数2020/5/1818近些年淮南矿区事故显著减少瓦斯抽采量（万m3）500660104522603752494071331079613056150431505017264020004000600080001000012000140001600018000200001995199619971998199920002001200220032004200520061949年至2006年百万吨死亡率统计图5.503.494.014.123.410.460.001.002.003.004.005.006.001949-1960年1961-1970年1971-1980年1981-1990年1991-2002年2003-2006年时间段百万吨死亡率瓦斯抽采量显著提高百万吨死亡率显著下降2020/5/18193、瓦斯超限次数显著降低淮南工作面回风设定报警瓦斯浓度由1.0%改为0.8%，并基本控制瓦斯不超限；淮北芦岭矿回风平均瓦斯浓度降低了0.2%，年瓦斯超限次数由上百次降到基本杜绝；盘江、鸡西随着瓦斯抽采量的增加，瓦斯超限次数显著降低。二、瓦斯抽采初见成效2020/5/18203、瓦斯超限次数显著降低强化瓦斯抽采后，国有重点矿井瓦斯超限显著减少,瓦斯爆炸事故也显著减少，2007年除煤与瓦斯突出事故外的瓦斯事故仅死亡26人。二、瓦斯抽采初见成效2020/5/1821二、瓦斯抽采初见成效4、显著降低突出的危害松藻、淮北、盘江等矿区基本消除突出伤亡事故。但2008年，全国煤矿发生重大突出事故10起，占重特大瓦斯事故的55.6%。2020/5/1822二、瓦斯抽采初见成效5、显著提高矿井的安全生产效率淮南工作面单产达到300万吨/年；松藻在没有增加新建矿井条件下煤炭产量增加约100万吨；盘江矿区2004年产量708万吨，2007年达1002万吨，增加产量近300万吨。鸡西自强化瓦斯抽采后，年增加产量100万吨以上。2020/5/1823三、瓦斯抽采目标1、符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》、《防治煤与瓦斯突出规定》等规范、标准的要求◆在采掘作业前将突出危险区变为无突出区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。2020/5/1824◆对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件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≥30三、瓦斯抽采目标2020/5/1825◆对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件工作面日产量（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≤427.8三、瓦斯抽采目标2020/5/1826三、瓦斯抽采目标◆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≥2002020/5/1827四、瓦斯抽采方法1、地面瓦斯抽采和煤层气开发技术除沁水煤田等少数矿区外，我国绝大多数矿区不易采用地面钻井、压裂抽采技术。我国煤矿瓦斯抽采主要技术方向应以井下和地面抽采相结合，预抽和采动卸压抽采相结合。现阶段我国煤矿瓦斯抽采的目标应保证煤矿安全生产，同时兼顾煤层气的开发和利用。2020/5/18281、地面瓦斯抽采和煤层气开发技术四、瓦斯抽采方法2020/5/1829山西晋城：①沁水蓝焰煤层气公司钻煤层气井1400口，抽采600多口；②沁南煤层气开发示范工程—潘河项目已完成100口煤层气井群，抽采能力达70Mm3。压裂作业现场瓦斯抽采现场地面煤层气开发2020/5/1830地面钻井示意图地面瓦斯抽采效果淮南谢桥矿采动区域地面钻井抽卸压瓦斯方法单井瓦斯抽采量可达10～25m3/min，抽采浓度为60～95%，抽采半径超过200m井壁结构2020/5/1831地面钻孔抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯在淮南矿业集团潘集矿区、谢桥和张北矿采空区瓦斯抽采的试验结果表明，钻孔应布置在距离回风巷30m以内，钻孔间距在200～300m之间。通常情况下，地面钻孔在正常工作期间，瓦斯抽放量和瓦斯浓度均较高，平均流量为15m3/min，平均瓦斯浓度为80％，抽放效果好。当工作面推过钻孔40～100m时，钻孔瓦斯流量和浓度都增到最大值。2020/5/1832四、瓦斯抽采方法实施采煤采气一体化，一是在时间上，煤层气的抽采与矿井的开发协调一致；二是在空间上，地面煤层气井位的布置与矿井采掘衔接相一致；三是在功能上，煤层气井实现“地质勘探，采前抽、采动抽，采后抽”一井多用。图1山西晋城矿区一井多用抽采模式图1.地面钻井2.采面3.冒落拱4.裂隙带5.煤层2020/5/1833四、瓦斯抽采方法要求：控制整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围。倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。钻孔控制范围均为沿层面的距离。（《防突规定》第49条第1项）底板岩石巷道未来煤巷位置穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯10-15m15-20m2、突出危险区井下穿层或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯2020/5/1834中梁山底板网格