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2013年9月矿井瓦斯抽采技术中煤科工集团院重庆研究院龙伍见内容提要瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障概述煤层瓦斯基本参数及测定煤矿瓦斯抽采方法及选择煤矿瓦斯抽采系统抽采工程及管理瓦斯抽采达标一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障1.瓦斯抽采的意义瓦斯是煤矿安全生产的最大危害，但同时也是热值高、无污染的宝贵能源和优质化工原料。搞好瓦斯抽采和利用，既可保证煤矿安全，又可节省煤电等其它能源，变害为利，变废为宝，是落实“以人为本”的科学发展观的具体体现，对于保护生命、保护资源、保护环境、调整产业结构，促进煤炭工业的安全发展、节约发展、清洁发展和可持续发展，都具有重要的现实意义和长远的战略意义。一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障瓦斯抽采是瓦斯治理与防止瓦斯事故的根本措施煤层瓦斯（煤层气）是矿井发生瓦斯爆炸和瓦斯突出灾害事故的根源，预防煤矿瓦斯灾害是世界各采煤国家关注的焦点。瓦斯抽采和利用是防止煤矿瓦斯事故的根本措施。我国高瓦斯和瓦斯突出矿井占全部（国有）矿井的一半左右，而且矿井瓦斯涌出量和煤层的突出危险性随开采深度的增加迅速增大。一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障瓦斯抽采和利用是综合开发利用我国能源资源的有力举措我国煤层气资源丰富，居世界第三位。根据最新一轮资源评估结果，我国埋深2000米以浅的煤层气资源量约36万亿立方米，相当于450多亿吨标准煤或350多亿吨标准油，与陆上常规天然气资源量（38万亿立方米）相当。煤层气资源的开发利用得到国家高度重视，《国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》中明确提出“鼓励瓦斯抽采利用，变害为利，促进煤层气产业化发展”。目前，我国煤层气开发已成为发展前景广阔的新兴产业。一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障瓦斯抽采和利用是减排温室气体改善环境质量的有效手段瓦斯的主要成分甲烷是一种强效的温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍，对臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。我国是煤炭生产大国，据估算，煤炭开采过程中每年向大气中排放的瓦斯总量约200亿立方米，煤矿瓦斯对空排放量占全部工业生产排放甲烷量的1/3左右。近年来，随着煤炭产量的快速增长和煤矿开采深度的增加，这一问题更加突出，已引起国际社会的普遍关注。2005年2月《联合国气候变化框架条约》及核准的《京都议定书》生效，我国面临温室气体减排的压力越来越大。一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障2.我国煤矿瓦斯抽采的发展历程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一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障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；一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障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；1995年：中国年瓦斯抽采量600Mm3；一、概述瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障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8.66亿m3。2002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11.46亿m3。2003年：中国年瓦斯抽采量13亿m3；2005年:①中国年瓦斯抽采量达到23亿m3;②利用量超过10亿m3;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1亿m3。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障一、概述2006年:①中国年瓦斯抽采量达到30亿m3;②利用量达到12亿m3；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1亿m3；④地面抽采量为1.30亿m3，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。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障一、概述2011年：全国瓦斯抽采量为115亿m3，其中地面抽采瓦斯量23亿m3，井下抽采瓦斯量92亿m3。利用瓦斯量为53亿m3，利用率达46%。2012年：全国瓦斯抽采量为125亿m3，其中地面抽采瓦斯量25.7亿m3，井下抽采瓦斯量99.4亿m3。利用瓦斯量为52亿m3，利用率为41.53%。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障一、概述3.瓦斯抽采的四个发展阶段1）高透气性煤层瓦斯抽采阶段20世纪50年代初期，在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔预抽煤层瓦斯获得了成功，解决了抚顺矿区向深部发展的安全关键问题，而且抽出的瓦斯还被作为燃料得到了应用。2）邻近层卸压瓦斯抽采阶段20世纪50年代中期，在开采煤层群的矿井中，采用井下穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区获得成功，解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。通过大量的抽瓦斯试验，认识到利用煤层开采后形成的顶底板采动卸压作用对未开采的相邻煤层进行边采边抽可以有效地抽出瓦斯，减少邻近层卸压瓦斯向开采层工作面的大量涌出。到60年代，该方法已在不同煤层赋存条件下的上、下邻近层中得到推广应用，都取得了较好的效果。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障一、概述3）低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及突出危险煤层采用通常的钻孔抽放技术预抽瓦斯的效果不理想，难以解除煤层开采时的瓦斯威胁。为此，从20世纪60年代开始，试验研究了多种强化抽放开采煤层瓦斯的方法，如对煤层进行高、中压注水，地面钻孔水力压裂，水力割缝，松动爆破，大直径(扩孔)钻孔，网格式密集布孔，预裂控制爆破，交叉布孔等。其中，多数方法在试验范围取得了提高瓦斯抽放量的效果。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障一、概述4）综合抽采瓦斯阶段从20世纪80年代开始，随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是存在邻近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大，采区瓦斯平衡构成也发生了很大变化。为了解决高产高效工作面多瓦斯涌出源、高瓦斯涌出量的问题，必须结合煤层赋存条件，实施综合采瓦斯。把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内有机地结合起来综合使用，在空间上及时间上为瓦斯抽采创造更多的有利条件，使瓦斯抽采量及抽采率达到更高的水平。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障煤层瓦斯基本参数主要有：煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、煤层透气性系数和钻孔瓦斯流量衰减系数。了解和掌握煤层基本参数及其测定方法，是进行瓦斯抽采的基础，也是开展煤与瓦斯突出防治工作的基础。如果没有掌握煤层的瓦斯基本参数，瓦斯治理工作就缺乏针对性，就不会取得好的治理效果。大家必须高度重视瓦斯基本参数的测定工作，并作为一项经常性的技术工作长期坚持做。二、煤层瓦斯基本参数及测定瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障（一）煤层瓦斯含量及测定方法1、基本定义煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量(标准状态下的瓦斯体积)，单位为m3/m3或m3/t。煤层瓦斯原始含量：指未受采矿采动及抽采影响的煤体内的瓦斯含量。煤层瓦斯残余含量：指受采矿采动及抽采影响的煤体内现存的瓦斯含量。煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯。二、煤层瓦斯基本参数及测定瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障二、煤层瓦斯基本参数及测定2、影响煤层瓦斯含量的因素(1)煤的吸附特性煤的吸附性能决定于煤化程度。煤的煤化程度越高，存储瓦斯的能力越强。因此，在其它条件相同时，高变质煤比低变质煤瓦斯含量大。(2)煤层露头煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越多；反之地表无露头的煤层，瓦斯含量较高。(3)煤层的埋藏深度煤层的埋藏深度的增加，有利于封存瓦斯。瓦斯风化带中瓦斯含量小，不会发生瓦斯突出。甲烷带内，瓦斯含量随深度的增加而增大。如：阳泉3号煤层为无烟煤，挥发分为7%，瓦斯压力1.3MPa，瓦斯含量为25m3/t；抚顺胜利矿为气煤，挥发分为45%，瓦斯压力1.7MPa，瓦斯含量仅7m3/t。瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障(4)围岩透气性围岩为致密完整的低透气性岩层，如泥岩，完整的石灰岩，煤层中的瓦斯就易于保存下来，瓦斯含量就大，瓦斯压力也大。围岩透气性大，如中粗砂岩、砾岩等，瓦斯越易流失，煤层瓦斯含量就小。(5)煤层倾角埋藏深度相同时，煤层倾角越小，煤层的瓦斯含量就越高。如芙蓉煤矿北翼煤层倾角40~800，瓦斯涌出量约20m3/t，无瓦斯突出现象；南翼煤层倾角6~120，瓦斯涌出量高达150m3/t，具有发生瓦斯突出的危险性。这种现象的主要原因在于：煤层透气性一般大于围岩；煤层倾角越小，在顶板岩性密封好的条件下，瓦斯不易通过煤层排放，煤体中的瓦斯容易得到贮存。二、煤层瓦斯基本参数及测定瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障(6)地质构造封闭型地质构造有利于封存瓦斯，开放型地质构造有利于瓦斯排放。a.褶曲构造①背斜构造瓦斯风化带以下，背斜顶板为致密岩层又未遭到破坏时，在背斜轴部的瓦斯容易积聚和保存下来，形成瓦斯含量较高的“气顶”，称为储瓦斯构造。当背斜轴部的顶部岩(煤)层因张力作用而形成有连通地表的裂隙时，背斜轴部的瓦斯就会流失掉，瓦斯含量就会降低。二、煤层瓦斯基本参数及测定1-不透气岩层2-煤层瓦斯含量增高区域3-煤层瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障二、煤层瓦斯基本参数及测定②向斜构造向斜构造一般轴部的瓦斯含量比翼部高，这是轴部岩层受到强力挤压，围岩的透气性会变得更低，则轴部封存较多瓦斯。1-不透气岩层2-煤层瓦斯含量增高区域3-煤层瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障二、煤层瓦斯基本参数及测定b.断裂构造开放性断层(张性、张扭性断层)，不论其与地表是否直接相通，都会因其有利于瓦斯的散放而使瓦斯含量降低，如图a、b。而封闭性断层(压性、压扭性断层)不利于瓦斯的排放，煤层瓦斯含量则较高，如图c。1-瓦斯丧失区域；2-瓦斯含量降低区；3-瓦斯含量异常增高区；4-瓦斯含量正常增高区瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障二、煤层瓦斯基本参数及测定(3)其他构造煤包储瓦斯构造局部煤层突然变厚而形成的大“煤包”会出现瓦斯含量增高现象。因为煤包周围在构造挤压应力作用下，煤层被压薄，形成对大煤包封闭的条件，有利于瓦斯的封存。1-不透气岩层2-煤层瓦斯含量增高区域3-煤层瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障二、煤层瓦斯基本参数及测定地垒地堑储瓦斯构造由两条封闭断层与致密围岩圈闭而形成的“地垒”或“地堑”等构造，因为有着良好的圈闭条件，生成的瓦斯难于扩散或排放，其瓦斯含量较其他地点要高。1-不透气岩层2-煤层瓦斯含量增高区域3-煤层瓦斯研究分院致力安全科技提升生命保障(7)水文地质条件地下水活跃的地区，煤层瓦斯含量减小。其原因有二：一是瓦斯能溶于水，尽管其溶解度很小，但经过漫长的地质年代，可以从煤层中带走数量可观的被溶解的瓦斯；二是地下水溶蚀一部分矿物质，使地层得到卸压，地应力降低，导致煤岩层裂隙发育和透气性的增加，从而增强了煤层瓦斯的流失。国内煤矿普遍存在凡是不大的矿井瓦斯小，水小的矿井瓦斯大的规律。以上是对这些因素的简要说明，在分析某一煤层瓦斯含量以及有无