中国煤矿瓦斯抽采技术

中国煤矿瓦斯抽采技术中国煤矿瓦斯抽采中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心程远平教授报告提纲一、中国煤矿瓦斯抽采技术发展二、中国煤矿瓦斯抽采与煤矿安全三、中国煤矿瓦斯赋存与灾害程度四、煤矿瓦斯抽采技术原理五、中国煤矿瓦斯抽采方法实例中国煤矿瓦斯抽采技术发展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。中国古代煤窑瓦斯引排方法中国煤矿瓦斯抽采技术的沿革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；1957年：阳泉四矿试验成功钻孔法抽采上邻近层卸压瓦斯；中国煤矿瓦斯抽采技术的沿革1960年：中国有抚顺、阳泉、天府和北票等企业6座矿井抽瓦斯，中国瓦斯抽采量125Mm3；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：中国瓦斯抽采量170Mm3；1980年：中国年瓦斯抽采量293Mm3；1985年：中国年瓦斯抽采量328Mm3；1990年：中国年瓦斯抽采量433Mm3；2019年：中国年瓦斯抽采量600Mm3；2000年:中国共有141座矿井在地面建立瓦斯抽采泵站，年瓦斯抽采量为866.6Mm3。2019年:中国共有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。2019年：中国年瓦斯抽采量1300Mm3；2019年:①中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。中国煤矿瓦斯抽采技术的沿革2019年:①中国年瓦斯抽采量达到3000Mm3;②利用量达到1200Mm3；③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地面抽采量为130Mm3，新打地面钻井约800口，地面钻井总数约1400口；⑤发电装机容量12×104kW，建设中的装机容量达34×104kW。中国煤矿瓦斯抽采技术的沿革中国煤矿瓦斯抽采与煤矿安全2019年全国煤炭产量国有重点11.25,49%国有地方3.09,13%乡镇煤矿8.92,38%2019年全国煤炭产量23.25亿吨其中95％以上为井工开采1976年以来全国煤炭产量与死亡人数68776995701648264942480547464.8313.749.9923.2502000400060008000100001976198119861991199620012006时间/年死亡人数/人0510152025年产量/亿吨死亡人数产量全国煤矿百万吨死亡率3.085.872.770.932.815.531.940.962.043.851.980.632004年2005年2006年全国煤矿乡镇煤矿国有地方国有重点中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况0500100015002000250030003500瓦斯抽采量/Mm319652019201919851506003000328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赋存与灾害程度影响中国煤矿瓦斯灾害的主要技术因素煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高、煤质松软、透气性低，不易在采前抽采；开采过程过程中放散速度快，易发生煤与瓦斯突出现象，并诱发瓦斯爆炸。中国煤矿地质构造条件复杂。中国煤矿开采深度大，华东地区平均开采深度达到650m，且每年以20～50m的速度下延。全国煤矿瓦斯灾害分布高瓦斯及煤与瓦斯突出低瓦斯国有煤矿高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井约占50％中国煤层透气性与美国对比0100200300400透气性系数/m2/MPa2.d抚顺龙凤晋城寺河鹤壁六矿焦作朱村红卫坦家冲涟绍蛇形山六枝地宗重庆中梁山北票冠山天府磨心坡淮北芦岭阳泉北斗嘴淮南潘一矿美国JanSuan盆地煤层45户重点监控国有煤矿企业煤与瓦斯突出矿井情况汇总矿井类别数量/处产量/万t矿井数量比例/%矿井产量比例/%矿井产量占全国产量比例/%矿井总数4155020010010027.5高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井23456.4煤与瓦斯突出矿井1421583134.231.58.1特大型突出矿井3419458.03.90.99特大型煤与瓦斯突出矿井数量分布45432112111江西湖南安徽河南贵州重庆四川甘肃辽宁陕西45户重点监控国有煤炭企业共34对矿井发生过千吨级以上的特大型煤与瓦斯突出，分布于10个省市，最大突出煤岩量12780t，最大突出瓦斯量350万m3。中国煤矿瓦斯抽采实践证明除沁水煤田等少数矿区外，中国绝大多数矿区不易采用地面钻井、压裂抽采技术。中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。现阶段中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。煤矿瓦斯抽采技术原理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保护环境瓦斯抽采的目的采前抽采预抽采中抽采卸压抽采采后抽采采空区抽采瓦斯抽采方法分类瓦斯流向等压力线瓦斯流向等压力线单向流动径向流动预抽煤层瓦斯原理kpVx121abpWkpkbp煤层压裂松动爆破水力冲孔、水力扩孔、水力割缝驱替（CO2）预抽煤层瓦斯增透技术地面垂直钻井结构示意图地面压裂井筛管完井方式示意图地面钻井及压裂井定向爆破增透数值模拟定向爆破增透原理定向爆破器材松动爆破增透原理与器材水力冲孔孔群增透采动卸压抽采煤层瓦斯原理首采煤层地表冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷走向高抽巷采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷倾向高抽巷采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷倾向穿层孔采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷顶板走向孔采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷地面钻井采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷底板巷穿层钻孔采动卸压抽采煤层瓦斯原理冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首采煤层地表风巷机巷底板巷穿层钻孔采动卸压抽采煤层瓦斯原理中国煤矿瓦斯抽采方法实例山西省晋城市①沁水蓝焰煤层气公司钻煤层气井450口，运行146口井，日产气量达到50万m3；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中国地面煤层气开发CBM-方法实例中梁山底板网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法底板岩巷穿层钻孔放水器流量计瓦斯抽采干管淮北祁南煤矿穿层孔与顺层孔抽采淮北祁南矿倾向顺层长钻孔递进掩护瓦斯抽采淮北芦岭煤矿底板岩巷网格式穿层钻孔瓦斯抽采回风上山人行上山轨道上山运输上山瓦斯道边界回风上山岩石轨道巷岩石集中巷联络巷联络石门风巷机巷上区段岩石轨道巷上区段岩石集中巷开切眼收作线机巷风巷上区段机巷岩石轨道巷岩石集中巷联络石门联络巷8煤层9煤层10m20m80m40m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法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井壁结构淮南潘一矿远距离下保护层开采底板巷道网格式上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采方法弯曲下沉带裂隙带冒落带底板瓦斯抽放巷抽放钻孔开采煤层卸压煤层70m淮南谢一矿保护层开采上、下邻近层瓦斯综合抽采方法B9cB9aB10B11B8B7B6B9bB9b运输巷-780m-715mB9b风巷-660m上部卸压边界上部卸压边界下部卸压边界下部卸压边界B11工作面回风巷B11工作面运输巷-720mB10底板岩巷B10底板岩巷B6底板巷23o1#2#3#4#1#2#3#4#5#1#2#3#4#顶板走向钻孔参数：B11突出危险煤层瓦斯压力4.5MPa,瓦斯含量14m3/t,B7、B8煤层瓦斯压力1.1MPa,瓦斯含量8m3/t。层间距：B11~B9b70m;B9a~B9b5.6m;B9a~B9b5.6mB8~B9b9.0m;B7~B9b20.5m;B6~B9b35.0m方法：开采层顶板走向钻孔抽卸压瓦斯法；开采层B9b采空区埋管法；B10底板网格式穿层孔抽卸压瓦斯法；B6底板网格式穿层钻孔抽卸压瓦斯法；淮南新庄孜煤矿煤层群多重上保护层开采底板巷上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采方法开采层B8回风巷进风巷下卸压层B7下卸压层B6底板岩石巷抽放钻孔底板卸压区域淮南矿业集团远距离下保护层及被保护层瓦斯治理方法被保护层卸压瓦斯抽放钻孔底板瓦斯抽放巷进风巷回风巷顶板高位抽放巷进风巷回风巷保护层保护层瓦斯抽放钻孔11#煤层13#煤层淮南矿业集团上保护层及被保护层瓦斯治理方法被保护层卸压瓦斯抽放钻孔底板瓦斯抽放巷进风巷回风巷顶板高位抽放巷进风巷回风巷保护层尾巷阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采系统顶板倾斜钻孔安全出口瓦斯泵房储瓦斯罐进风平硐顶板倾斜钻孔顶板倾斜钻孔瓦斯管瓦斯管顶板倾斜高抽巷抽采卸压瓦斯法顶板走向高抽巷抽采卸压瓦斯法顶板倾斜钻孔抽采卸压瓦斯法阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采方法进风巷保护层顶板高位抽放巷阳泉三矿超远距离保护层及被保护层瓦斯抽采方法保护层被保护层底板卸压瓦斯抽放巷被保护层卸压瓦斯抽放钻孔顶板走向高位抽放钻孔内错式瓦斯尾巷进风巷回风巷进风巷回风巷钻孔施工封堵钻孔施工抽采卸压瓦斯松藻煤矿被保护层卸压瓦斯抽采方法沈阳红菱矿极薄上保护层开采瓦斯抽采方法顶板走向穿层钻孔抽采卸压瓦斯方法铁法晓南矿顶板走向穿层钻孔抽采卸压瓦斯方法钻孔长度：170~200m钻场间距：130m焦作本煤层顺层钻孔预抽瓦斯方法钻孔施工感谢各位领导、专家