煤矿开采新技术(1)

煤炭开采新技术（第一讲）主讲教师：纪晓峰山东肥矿技师学院高级讲师、学科带头人、矿区名师中国煤炭工业协会培训中心特聘教授中国石油大学远程教育学院客座教授人事部、国家安全生产监督管理总局“653”工程首席教师国家注册高级采矿工程师、国家注册高级安全工程师Tel：13153878942E-mail:[e-mail]山东肥矿职业安全技术培训中心导言为什么要研究新的开采技术？1、保护环境要求2、企业安全生产要求3、企业经济效益最大化要求煤矿开采造成土地资源的破坏煤炭开采对土地资源的破坏损害，井工开采以地表塌陷和矸石山压占为主，而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主。露天矿采场采空区沉陷引起土地破坏我国现有矸石山1600余座，堆积量超过45亿t，占地超过15000hm2。目前每年产矸量超过2.5亿t。矸石山除了占用大量的土地资源外，还会严重污染空气和地下水，甚至存在爆炸危险。对大气的污染主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿矸石山的自燃。地下矿层中赋存的大量有毒有害气体，如CH4、CO、CO2、SO、SO2、H2S等，由于开采，经矿井通风风流并携带大量粉尘排至大气。露天矿采场治理后露天矿采场矿山环境问题一直受到国际社会的广泛关注和重视。矿区生态治理与修复是当今世界采矿业发展的必然要求，是世界各国环境与发展中必然涉及的重要课题。矿区生态治理与修复包括土地复垦、废弃地治理与利用和植被修复等3个方面。目前我国复垦利用的土地还不到被破坏土地的1%。而欧洲、北美等发展中国家矿山土地复垦率已超过50%，原苏联、美国、捷克土地复垦率高达75%以上。在国外，矿山复垦是采矿业的一部分，采矿结束，复垦完毕，才能闭坑。主要内容一、《环境保护法》与《矿山地质环境保护规定》二、煤与瓦斯共采技术三、膏体充填技术四、置换开采技术五、条带开采技术六、采煤沉陷地土地复垦技术山东肥矿职业安全技术培训中心中国环境保护的政策体系环境保护是一项基本国策强化环境管理谁污染谁治理预防为主防治结合综合治理三同步、三统一的环保战略方针经济建设、城乡建设和环境建设同步规划、同步实施、同步发展，实现经济效益、社会效益与环境效益的统一山东肥矿职业安全技术培训中心中国环境保护的政策体系三大环境政策的下一个层次环境经济政策、生态保护政策、环境保护技术政策工业污染控制政策，以及相关的能源政策、技术经济政策等山东肥矿职业安全技术培训中心中国环境保护的法规体系宪法环境保护基本法环境保护国际公约环境保护单行法环境保护行政法规环保地方法规环境标准其他相关法规是我国基本大法，为制定环境保护基本法和专项法奠定了基础指《中华人民共和国环境保护法》，它是环境保护领域的基本法，是环境保护专项法的基本依据。山东肥矿职业安全技术培训中心中国环境保护的法规体系环境保护资源法自然资源是人类赖以生存发展的条件，为了合理地开发、利用和保护自然资源，特制定了“森林法”、“草原法”、“矿产资源法”等多部环境保护资源法山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第二条本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第四十四条违反本法规定，造成土地、森林、草原、水、矿产、渔业、野生动植物等资源的破坏的，依照有关法律的规定承担法律责任。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第二十六条开采矿藏或者兴建地下工程，因疏干排水导致地下水水位下降、枯竭或者地面塌陷，对其他单位或者个人的生活和生产造成损失的，采矿单位或者建设单位应当采取补救措施，赔偿损失。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第四十四条兴建地下工程设施或者进行地下勘探、采矿等活动，应当采取防护性措施，防止地下水污染。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第十四条在山区、丘陵区、风沙区修建铁路、公路、水工程，开办矿山企业、电力企业和其他大中型工业企业，其环境影响报告书中的水土保持方案，必须先经水行政主管部门审查同意。在山区、丘陵区、风沙区依法开办乡镇集体矿山企业和个体申请采矿，必须填写“水土保持方案报告表”，经县级以上地方人民政府水行政主管部门批准后，方可申请办理采矿批准手续。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第二十二条开采矿产资源，应当统筹规划，制定合理的开发利用方案，采用合理的开采顺序、方法和选矿工艺。采矿许可证颁发机关应当对申请人提交的开发利用方案中的开采回采率、采矿贫化率、选矿回收率、矿山水循环利用率和土地复垦率等指标依法进行审查；审查不合格的，不予颁发采矿许可证。采矿许可证颁发机关应当依法加强对开采矿产资源的监督管理。矿山企业在开采主要矿种的同时，应当对具有工业价值的共生和伴生矿实行综合开采、合理利用；对必须同时采出而暂时不能利用的矿产以及含有有用组分的尾矿，应当采取保护措施，防止资源损失和生态破坏。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第五十三条违反本法规定，矿山企业未达到经依法审查确定的开采回采率、采矿贫化率、选矿回收率、矿山水循环利用率和土地复垦率等指标的，由县级以上人民政府地质矿产主管部门责令限期改正，处五万元以上五十万元以下的罚款；逾期不改正的，由采矿许可证颁发机关依法吊销采矿许可证。山东肥矿职业安全技术培训中心中华人民共和国环境保护法第五十三条违反本法规定，矿山企业未达到经依法审查确定的开采回采率、采矿贫化率、选矿回收率、矿山水循环利用率和土地复垦率等指标的，由县级以上人民政府地质矿产主管部门责令限期改正，处五万元以上五十万元以下的罚款；逾期不改正的，由采矿许可证颁发机关依法吊销采矿许可证。山东肥矿职业安全技术培训中心矿山地质环境保护规定第三十条违反本规定，应当编制矿山地质环境保护与治理恢复方案而未编制的，或者扩大开采规模、变更矿区范围或者开采方式，未重新编制矿山地质环境保护与治理恢复方案并经原审批机关批准的，由县级以上国土资源行政主管部门责令限期改正；逾期不改正的，处3万元以下的罚款，颁发采矿许可证的国土资源行政主管部门不得通过其采矿许可证年检。山东肥矿职业安全技术培训中心第三十一条违反本规定第十六条、第二十三条规定，未按照批准的矿山地质环境保护与治理恢复方案治理的，或者在矿山被批准关闭、闭坑前未完成治理恢复的，由县级以上国土资源行政主管部门责令限期改正；逾期拒不改正的，处3万元以下的罚款，5年内不受理其新的采矿权申请。矿山地质环境保护规定山东肥矿职业安全技术培训中心第十六条采矿权人应当严格执行经批准的矿山地质环境保护与治理恢复方案。矿山地质环境保护与治理恢复工程的设计和施工，应当与矿产资源开采活动同步进行。山东肥矿职业安全技术培训中心第二十三条矿山关闭前，采矿权人应当完成矿山地质环境治理恢复义务。采矿权人在申请办理闭坑手续时，应当经国土资源行政主管部门验收合格，并提交验收合格文件，经审定后，返还矿山地质环境治理恢复保证金。逾期不履行治理恢复义务或者治理恢复仍达不到要求的，国土资源行政主管部门使用该采矿权人缴存的矿山地质环境治理恢复保证金组织治理，治理资金不足部分由采矿权人承担。山东肥矿职业安全技术培训中心第二十四条采矿权转让的，矿山地质环境保护与治理恢复的义务同时转让。采矿权受让人应当依照本规定，履行矿山地质环境保护与治理恢复的义务。矿山地质环境保护规定山东肥矿职业安全技术培训中心第二十五条以槽探、坑探方式勘查矿产资源，探矿权人在矿产资源勘查活动结束后未申请采矿权的，应当采取相应的治理恢复措施，对其勘查矿产资源遗留的钻孔、探井、探槽、巷道进行回填、封闭，对形成的危岩、危坡等进行治理恢复，消除安全隐患。矿山地质环境保护规定山东肥矿职业安全技术培训中心采后抽采采前抽采（预抽）采中抽采（边采边抽）煤矿瓦斯抽采方法1.瓦斯抽采方法分类二、煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心采前抽采(预抽)邻近层抽采本煤层抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采顺层钻孔抽采交叉钻孔抽采煤层巷道抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采走向巷道抽采倾向巷道抽采水平长钻孔抽采二、煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心采中抽采(边采边抽)掘进工作面抽采回采工作面抽采地面钻井抽采穿层钻孔抽采顺层钻孔抽采煤层巷道抽采采空区埋管抽采巷帮钻孔抽采迎头钻孔抽采相邻巷道抽采二、煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心采后抽采采空区抽采地面钻井抽采密闭插管抽采密闭钻孔抽采以上各种方法的组合构成了煤矿瓦斯的综合抽采二、煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心二、煤与瓦斯共采技术多煤层条件下煤与瓦斯共采技术一般采矿地质条件下煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心进风巷下卸压层B7下卸压层B6抽采钻孔底板岩石巷开采层B8回风巷多煤层条件下煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心进风巷下卸压层B7下卸压层B6抽采钻孔底板岩石巷开采层B8回风巷多煤层条件下煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心首采层回风巷进风巷被卸压煤层多煤层条件下煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心首采层回风巷进风巷被卸压煤层瓦斯瓦斯多煤层条件下煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心首采层回风巷进风巷卸压距离20～150m被卸压煤层瓦斯瓦斯钻孔抽采半径500～800米多煤层条件下煤与瓦斯共采技术山东肥矿职业安全技术培训中心Y型通风进风巷填充墙体首采层1#钻孔2#钻孔3#钻孔4#钻孔5#钻孔4个卸压瓦斯富集区顶板环形瓦斯富集区上向被卸压煤层解吸瓦斯富集区下向被卸压煤层解吸瓦斯富集区竖向楔形瓦斯富集区Y型通风首采工作面剖面图山东肥矿职业安全技术培训中心Y型通风采空区瓦斯浓度分布规律：采空区顶板5～40m，首采保护层工作面开采后50m超过10%、100m超过20%、300m达到40%。进风进风回风首采工作面采空区高浓瓦斯富集区出煤沿空留巷瓦斯抽采钻孔回风Y型通风首采工作面平面图采空区瓦斯分布规律地面钻井瓦斯抽采技术煤层气地面开采技术主要包括钻井、完井、采气和地面集气处理生产系统。有两种开采情况，一是在没有采煤作业的煤田内开采煤层气；二是在生产矿区内开采煤层气。图为晋城寺河矿井地面瓦斯抽采系统。图寺河矿井地面瓦斯抽采系统地面瓦斯抽采钻井现场煤与瓦斯协调开采技术完井后的采气井场图煤与瓦斯协调开采技术瓦斯综合利用煤层气燃气轮机煤层气锅炉煤层气煤泥烘干回转窑1、民用燃气2、燃气锅炉3、瓦斯发电4、生产化工产品煤与瓦斯协调开采技术淮南矿业集团瓦斯发电厂AppinColliery瓦斯发电厂澳大利亚AppinColliery瓦斯发电厂，装机容量为51MW，矿井回风流中的瓦斯平均浓度为0.7％，占电厂瓦斯用量的7％，其余瓦斯来自采空区瓦斯抽采。煤与瓦斯协调开采技术干馏带气化剂通道气化剂通道煤气通道气化采空自然带自然带干燥带干燥带干馏区干馏带燃烧气化带燃烧气化带煤炭地下气化技术重庆中梁山煤电气有限公司防爆鼓风机供风Q、P变送器调风旁路热电偶热电偶供风总管雾化供水管路雾化水Q、P变送器热电偶喷淋降温室喷淋排水管输气总管降温净化段输气旁路净化排水总管净化供水管路引风机储气柜K3气化工作面K3集气巷K7集中操作巷闸门供风管煤气管供水管排水管小风流量表制图审核设计技术负责中国矿业大学井巷、设备、管网、测控综合布置图中梁山煤炭井工气化洁净能源工程刘红、陈华刚、刘培杰王作棠彭通富、邢红燕、贾占军廖良甫、何良顺、王德明2003.10.15第张日期共张输气总管明槽段输气总管PE段煤气净化脱硫装置产业化接替与备用工作面产业化生产井工中央脱硫脱碳系统井工洁净煤气与抽放瓦斯气并网现有瓦斯抽放管网系统产业化路线中试路线K3煤层K4煤层顶板岩层底板岩层放散塔水封洗涤罐过滤罐捕滴罐虚底渗流床点火器图例：瓦斯泵K3、K4密闭内T、P变送器洁净燃气能源PSA煤气浓缩脱碳装置水封CO2回注管路ECMM强化瓦斯抽放量煤炭井工气化洁净能源生产系统热电偶沉淀池及排水沟CH4CO2D