煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀與發(fā)展方向.ppt

煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀與發(fā)展方向,煤炭科學(xué)研究總院沈陽研究院 羅海珠 研究員/副院長 2009年9月4日,2009年全國煤礦瓦斯防治工作會議技術(shù)交流材料之一,匯報提綱：,一.煤礦瓦斯抽采意義重大 二.煤礦瓦斯抽采概況 三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成 四.瓦斯抽采技術(shù)簡介 五.瓦斯抽采存在的主要問題 六.煤礦瓦斯抽采發(fā)展方向,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,1. 瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重瓦斯治理的根本措施 08年10月：國有重點煤礦885處，國有地方煤礦1320處，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦10517處 煤礦突出礦井754個和高瓦斯礦井2260個 瓦斯災(zāi)害事故經(jīng)常發(fā)生，瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)均占50%左右 重特大事故中主要是瓦斯事故,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,1. 瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重瓦斯治理的根本措施,總：12722,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,2. 瓦斯災(zāi)害分布廣、致災(zāi)差異大-瓦斯治理的根本措施,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,2. 瓦斯災(zāi)害分布廣、致災(zāi)差異大-瓦斯治理的根本措施,突出礦井：湖南、貴州、重慶、河南、四川、安徽和云南7個省市，占突出礦井總數(shù)的89% 高瓦斯礦井：貴州、四川、江西、山西、云南、湖南和重慶7省市，占高瓦斯礦井總數(shù)的89%,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,實踐證明： 瓦斯抽采是煤礦治 理瓦斯的治本之策,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,3. 瓦斯利用 瓦斯是一種清潔能源，用途廣泛 瓦斯是溫室氣體，根據(jù)節(jié)能減排要求，多抽少排，降低對環(huán)境的影響,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,4.瓦斯抽采是國家政策的要求 對煤礦安全、瓦斯及煤層氣抽取利用、礦上礦下預(yù)警測報系統(tǒng)等要作系統(tǒng)的研究 高瓦斯、突出礦井“先抽后采”、“抽采達(dá)標(biāo)”,4.瓦斯抽采是國家政策的要求 2010年： 瓦斯事故死亡人數(shù)比07年下降20%以上 瓦斯抽采總量突破100億m3 建成瓦斯治理示范礦井和示范縣各100個,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,二.煤礦瓦斯抽采概況,我國煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個發(fā)展階段： （1） 高透氣性煤層瓦斯抽采階段 50年代初期，首次在撫順礦區(qū)高透氣性特厚煤層中采用井下鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，獲得了成功。 解決了撫順礦區(qū)向深部發(fā)展的安全關(guān)鍵問題。,二.煤礦瓦斯抽采概況,（2） 鄰近層卸壓瓦斯抽采階段 50年代中期，采用穿層鉆孔、頂板收集瓦斯巷(高抽巷)抽采上鄰近層瓦斯的試驗在陽泉礦區(qū)首先獲得成功。 解決了煤層群開采中首采工作面瓦斯涌出量大的問題。,我國煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個發(fā)展階段：,二.煤礦瓦斯抽采概況,（3） 低透氣性煤層瓦斯強化抽采階段 60年代，試驗了地面、井下水力壓裂，水力割縫，松動爆破，大直徑（擴孔）鉆孔，網(wǎng)格式密集布孔，預(yù)裂控制爆破，交叉布孔等多種強化措施。 對降低突出危險性煤層瓦斯壓力和煤層消突起到積極作用。,我國煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個發(fā)展階段：,二.煤礦瓦斯抽采概況,（4） 綜合抽采瓦斯階段 80年代開始、為適應(yīng)綜采和綜放采煤技術(shù)的推廣應(yīng)用，試驗研究了開采煤層瓦斯采前預(yù)抽、卸壓鄰近層瓦斯邊采邊抽及采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個采區(qū)內(nèi)綜合抽采瓦斯措施。 解決了高產(chǎn)、高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的難題。,我國煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個發(fā)展階段：,二.煤礦瓦斯抽采概況,（5）立體抽采瓦斯階段 近年來，試驗研究了地面鉆孔井與井下鉆孔聯(lián)合抽采礦井瓦斯。地面鉆孔對開采層進(jìn)行壓裂、抽采瓦斯以及對采動影響卸壓瓦斯和采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。在開采過程中，井下鉆孔對煤層瓦斯進(jìn)行抽采，實現(xiàn)立體抽采方式。 解決了開采煤層預(yù)抽時間短，抽采率低的問題。,我國煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個發(fā)展階段：,二.煤礦瓦斯抽采概況,2007年中國煤礦抽采瓦斯礦井?dāng)?shù)量分布圖,全國抽采瓦斯礦井?dāng)?shù)量,1、貴州省122個 2、山西省122個 3、河南省44個 4、遼寧省21個 5、重慶市21個 6、四川省20個 7、安徽省19個 8、黑龍江省15個 9、河北省12個 10、江西省8個 11、寧夏6個,二.煤礦瓦斯抽采概況,2007年全國煤礦抽采瓦斯量比例圖,全國煤礦抽采瓦斯量,陽泉、晉城、淮南、淮北、松藻、盤江、水城、撫順等10余個礦區(qū)年抽采量超1億m3,二.煤礦瓦斯抽采概況,2001年以來煤礦瓦斯抽采和利用情況,三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成,煤礦瓦斯抽采技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的實踐和試驗研究，已經(jīng)積累了上百種瓦斯抽采方式方法，通過研究將應(yīng)用范圍廣、效果好、有發(fā)展?jié)摿Φ?類41種抽采技術(shù)挑選出來，推薦給全行業(yè)，以利于煤礦“先抽后采”、“抽采達(dá)標(biāo)”，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。,1.開采煤層瓦斯抽采技術(shù) 2.鄰近層卸壓瓦斯抽采技術(shù) 3.圍巖瓦斯抽采技術(shù) 4.采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù) 5.綜合瓦斯抽采技術(shù),三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成 1.開采煤層瓦斯抽采技術(shù),三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成 2.鄰近層卸壓瓦斯抽采技術(shù),三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成 3.采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù),三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成 4.圍巖瓦斯抽采技術(shù),“十五”以來，針對我國煤礦瓦斯治理的現(xiàn)狀，國家組織完成了“煤礦瓦斯治理技術(shù)篩選綜合集成和示范” 項目研究，在低透氣性煤層增透抽采瓦斯、長鉆孔定向鉆進(jìn)技術(shù)及裝備、抽采鉆孔封孔技術(shù)、松軟突出煤層成孔工藝及裝備、抽采參數(shù)監(jiān)測監(jiān)控和采煤采氣一體化技術(shù)等方面，取得了重要突破，在15個示范礦井得到應(yīng)用。,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡介,順層鉆孔抽采本層瓦斯 順層鉆孔用于區(qū)域性抽采，適用于煤層透氣性0.1m2/MPa2.d、煤層瓦斯含量8m3/t或開采突出煤層。 可抽采工作面前方煤體的卸壓瓦斯，提高鉆孔的抽采半徑，抽采效果提高1.5倍。,順層鉆孔及交叉布孔預(yù)抽本層瓦斯示意圖,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,網(wǎng)格式穿層鉆孔適用于松軟低透氣性突出煤層的瓦斯抽采，可解決突出煤層打順層孔時噴孔、塌孔問題。 網(wǎng)格式穿層鉆孔是我國單一煤層防突的主要方法，已在突出嚴(yán)重的北票、白沙、中梁山等礦區(qū)應(yīng)用。,網(wǎng)格式穿層鉆孔布置示意圖,2.網(wǎng)格式穿層鉆孔抽采本層瓦斯,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,該技術(shù)適用于煤層群開采條件下，鄰近層和采空區(qū)瓦斯涌出量較大的工作面。 該抽采技術(shù)與頂板巖巷抽采法、頂板穿層短鉆孔抽采法相比，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上具有顯著的優(yōu)越性。 該技術(shù)在淮南、鐵法等20多個礦區(qū)160個礦應(yīng)用。,頂板走向長鉆孔抽采鄰近層瓦斯示意圖,3.頂板走向長鉆孔抽采鄰近層瓦斯,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,高位巷道密閉抽采鄰近層與采空區(qū)瓦斯示意圖,4. 高位巷道密閉抽采鄰近層與采空區(qū)瓦斯,該方法適用于煤層群開采或采空區(qū)丟煤較多，煤層頂板有遇水膨脹的泥巖層無法施工鉆孔，高產(chǎn)高效工作面。 具有抽采量大，抽采強度影響范圍廣特點，是消除工作面上隅角和后運輸機道瓦斯超限的有效方法之一。 該技術(shù)在陽泉五礦、鐵法大隆、大同塔山等多個礦區(qū)推廣應(yīng)用。,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,淮南潘一礦1541綜放工作面，煤層有突出突出性，工作面同時采用頂板走向長鉆孔、工作面順層水平長鉆孔、上隅角插管抽采、深孔控制預(yù)裂爆破強化抽采。 目前瓦斯綜合抽采已在全國范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。,工作面綜合抽采瓦斯示意圖,5. 綜合抽采瓦斯技術(shù),（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,1.水力沖割煤層卸壓強排強抽瓦斯技術(shù),該技術(shù)利用高壓形成高速射流，沖割煤體制裂縫和造空穴，增大卸壓范圍，增大煤層瓦斯的流動性，提高煤層瓦斯抽采效果。,1 供水管路；2 井下移動高壓水力泵站；3 溢流閥；4 壓力表；5 單向閥；6 截止閥；7 鋼絲編織高壓膠管；8 鉆機；9 高壓水射流鉆桿；10 煤層；11 回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭；12 球形鉸接固定器；13 高壓旋轉(zhuǎn)水射流擴孔裝置；14 煤渣及回水管路；15 封孔材料；16 封孔鋼管。,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,利用炸藥爆破產(chǎn)生的高壓沖擊波瞬間撞擊聚能藥包與鉆孔之間的水，形成高壓水射面，使煤體產(chǎn)生新的裂隙，同時高壓水楔入原生裂隙中使裂隙延伸，而控制孔起到裂隙導(dǎo)向和空間補償作用，從而提高瓦斯抽采效果。適用于低透氣性煤層強化抽采瓦斯、煤層消除突出危險和釋放地層應(yīng)力。,2. 深孔定向聚能水封爆破技術(shù),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,3. 煤礦井下定向長鉆孔鉆機 煤科總院西安院鉆機研制方面取得長足進(jìn)展，已研制出300m、500m、1000m系列鉆進(jìn)裝備。,ZDY6000LD（A）鉆機,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,鉆孔測量系統(tǒng)由孔口控制單元、測斜探管、線纜絞車等組成。 根據(jù)需要可通過孔口控制單元進(jìn)行測量數(shù)據(jù)記錄、顯示和存儲等操作。,4.煤礦井下定向長鉆孔軌跡測量系統(tǒng),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,鉆進(jìn)能力200m1000m，鉆孔直徑范圍為75mm300mm，鉆機功率22kW90kW，主要用于煤礦井下快循環(huán)施工瓦斯抽采孔，也可用于其他工程鉆孔，大大降低施工時工人搬運鉆機的勞動強度，減少輔助工作時間，提高勞動效率。,5.履帶式鉆機,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,鉆機可實現(xiàn)100m以外遠(yuǎn)距離控制鉆桿自動裝卸和鉆孔施工，并進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和鉆孔參數(shù)檢測，提高了突出煤層施工鉆孔作業(yè)人員的防護(hù)能力。,6.突出煤層順層鉆孔遠(yuǎn)控施工技術(shù)及裝備,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,該技術(shù)是將鉆機鉆進(jìn)技術(shù)與射流割縫技術(shù)進(jìn)行有機結(jié)合形成鉆進(jìn)和割縫一體化。首先利用鉆機打鉆，當(dāng)壓控鉆割鉆頭穿層鉆進(jìn)到煤層預(yù)定位置后，利用射流割縫工藝在鉆孔側(cè)壁形成縫槽，同時排出了煤體中部分煤體，增加了煤體暴露面積，使煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯釋放，形成一個由“點”到“線”，由“線”到“面”，由“面”到“整體”的卸壓區(qū)，從而達(dá)到安全防突目的。,7.穿層鉆孔高壓磨料射流鉆割一體化防突裝備,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,在煤層開采前從地面向預(yù)開采煤層頂板施工直徑為150mm至300mm的垂直鉆井，鉆井終孔點控制在目標(biāo)煤層上方5m至10m，當(dāng)工作面推進(jìn)至鉆井附近，由于頂板垮落，煤層覆巖內(nèi)部產(chǎn)生大量裂隙，煤層得到卸壓增透，即可利用鉆井通過覆巖裂隙將煤層卸壓瓦斯直接抽采至地面。 淮北礦區(qū)還開發(fā)出了地面井“一井三用”的技術(shù)即預(yù)抽、卸壓抽和采空區(qū)抽。,8.地面鉆井抽采動區(qū)瓦斯技術(shù),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,該技術(shù)能直接在煤礦井下環(huán)境中現(xiàn)場焊接瓦斯塑料管道,主要用于瓦斯礦井中聚乙烯聚丙烯管道的熱熔對接焊,9.煤礦井下塑料管道焊接裝置,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術(shù)簡介,五.煤礦瓦斯抽采存在的主要問題,（1）煤層透氣性低 我國煤層滲透率平均在0.00216.17mD之間，0.1mD占35%，0.11.0mD37%，1.0mD占8%，10mD較少； 高瓦斯突出煤層大多屬于滲透率低的煤層； 抽采瓦斯的難度大。,五.煤礦瓦斯抽采存在的主要問題,（2）抽采率低、抽采濃度不高 資料統(tǒng)計多數(shù)礦井瓦斯抽采量僅為6Mm3/a左右，瓦斯抽采率為30%左右，瓦斯抽采濃度25%左右。 煤礦瓦斯抽采技術(shù)工藝性強，復(fù)制性差，受煤層地質(zhì)條件控制。因此，選擇適應(yīng)本礦生產(chǎn)、地質(zhì)條件的抽采技術(shù)并進(jìn)集成創(chuàng)新十分重要。 抽采參數(shù)的選擇、抽采瓦斯管理及監(jiān)測監(jiān)控不完善也是原因之一。,五.煤礦瓦斯抽采存在的主要問題,（3）抽采鉆孔施工工藝及裝備不適應(yīng)煤層條件及抽采需求 瓦斯含量高、松軟突出煤層內(nèi)施工抽采鉆孔難度大，往往只能打成10多米的鉆孔，給瓦斯抽采和防突帶來困難。 定向水平千米鉆孔抽采瓦斯是代替高抽巷、降低抽采成本的有效措施，但千米鉆機及隨鉆測斜裝置等還不成熟。 突出危險煤層施工的遙控鉆機有待完善。,六.煤礦瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展方向,（1）進(jìn)一步加大抽采瓦斯和利用工作扶持力度，激勵企業(yè)多抽瓦斯、多用瓦斯，減少瓦斯排放量，依靠市場引導(dǎo)、政策驅(qū)動、自主創(chuàng)新，加強煤礦瓦斯抽采與利用，保障煤礦安全生產(chǎn)，減少生態(tài)環(huán)境污染，促進(jìn)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 （2）開展瓦斯抽采先進(jìn)適用技術(shù)的推廣和抽采新技術(shù)的研究工作，為煤礦高效抽采瓦斯提供技術(shù)支撐。 （3）繼續(xù)研