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中国煤矿瓦斯抽采技术


中国煤矿瓦斯抽采

中国煤矿瓦斯抽采技术
程远平 中 国 矿 教授 业 大 学

煤矿瓦斯治理国家工程研究中心

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

中国古代煤窑瓦 斯引排方法

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150 Mm3 ;

? 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;

中国煤矿瓦斯抽采技术的沿革
? 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。

? 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1146.1Mm3。
? 2003年:中国年瓦斯抽采量1300Mm3;

? 2005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100 Mm3。

中国煤矿瓦斯抽采技术的沿革
? 2006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
与煤矿安全

2006年全国煤炭产量

乡镇煤矿 8.92, 38%

2006年全国煤炭产量23.25亿吨 其中95%以上为井工开采

国有地方 3.09, 13%

国有重点 11.25, 49%

1976年以来全国煤炭产量与死亡人数
10000 8000 25 20 15
4826 4805 4942 13.74 9.99 4.83 4746

死亡人数
6877

产量
7016

23.25 6995

死亡人数/人

6000 4000 2000

10 5

0 1976

1981

1986

1991 1996 时间/年

2001

0 2006

年产量/亿吨

全国煤矿百万吨死亡率
5.87 全国煤矿 乡镇煤矿 国有地方 3.85 3.08 2.77 2.81 1.94 2.04 0.93 0.96 1.98 0.63 2006年 国有重点

5.53

2004年

2005年

中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况
3500
瓦斯抽采量/Mm 3

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1965
150

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

3000

600 328

1985

1995

2006

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%

透气 性系 数/ m 2 /MP a 2 .d
100 200 300 400 0
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J a n S u a n 盆地煤层

中国煤层透气性与美国对比

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 高瓦斯及煤 与瓦斯突出 矿井 煤与瓦斯突 出矿井

415 234 142 34

50200

100 56.4

100

27.5

15831 1945

34.2 8.0

31.5 3.9

8.1 0.99

特大型突出 矿井

特大型煤与瓦斯突出矿井数量分布

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。
5 4 4 3 2

11

2 1 1 1

江西

湖南

安徽

河南

贵州

重庆

四川

甘肃

辽宁

陕西

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

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

瓦斯抽采方法分类

? 采前抽采 ? 采中抽采

预抽 卸压抽采

? 采后抽采

采空区抽采

预抽煤层瓦斯原理

瓦斯流向

瓦斯流向

等压力线

等压力线

单向流动

径向流动

? ? k ?p V ?? ? ?x

abp W ? k1 ? p ? k2 ? 1 ? bp

预抽煤层瓦斯增透技术
? 煤层压裂
? 松动爆破 ? 水力冲孔、水力扩孔、水力割缝

? 驱替(CO2)

地面钻井及压裂井

地面压裂井筛管完井方式示意图

地面垂直钻井结构示意图

松动爆破增透原理与器材

定向爆破增透原理

定向爆破增透数值模拟

定向爆破器材

水力冲孔孔群增透

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表

首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

走向高抽巷

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

倾向高抽巷

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

倾向穿层孔

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

顶板走向孔

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

地面钻井

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带
底板巷

穿层钻孔

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

机巷

风巷 首采煤层

采动卸压抽采煤层瓦斯原理
地表 弯 曲 下 沉 带

裂 隙 带 冒 落 带 底 鼓 破 碎 带

机巷

风巷 首采煤层

穿层钻孔 底板巷

中国煤矿瓦斯抽采
方法实例

中国地面煤层气开发CBM-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。

瓦斯抽采现场

压裂作业现场

中梁山底板网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法

穿层钻孔 流量计 底板岩巷 瓦斯抽 采干管 放水器

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

上区段岩石轨道巷 上区段岩石集中巷 风巷 岩石轨道巷 开 切 眼 联络巷 联络石门 岩石集中巷 收 作 线 机巷 边 界 回 风 上 山

瓦 斯 道

运 输 上 山

轨 道 上 山

人 行 上 山

回 风 上 山 上区段机巷 风巷 80m 20m 机巷 联络石门 岩石轨道巷 9煤层 联络巷 8煤层

40m

10m

岩石集中巷

淮南谢桥矿采动区域地面钻井法抽卸压瓦斯方法

井壁结构

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

地面钻井示意图

地面瓦斯抽采效果

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

卸压煤层 抽放钻孔 70m 底板瓦斯抽放巷

弯曲下沉带

裂隙带

开采煤层 冒落带

淮南谢一矿保护层开采 上、下邻近层瓦斯综合抽采方法
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;
B11工作 面运输巷 上部卸压边界 B11工作 面回风巷 -660m 上部卸压边界

1# 3#2# 4#

3# 4#

2#

1#
-715m
顶板 钻 走向 孔 风巷 B9b

-720m

B10底 板岩巷

1#
B9b 运输 巷

B11

B10底 板岩巷

4# 5#

3#

2#
下部卸压边界 -780m B6底板巷

B10 B9c B9b B 9a B8 B7 B6
23o

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~B9b 70m;B9a~B9b 5.6m;B9a~B9b 5.6m B8~B9b 9.0m;B7~B9b 20.5m;B6~B9b 35.0m

下部卸压边界

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
底板卸压区域 进风巷 回风巷 开采层B8

下卸压层B7

下卸压层B6
底板岩石巷 抽放钻孔

淮南矿业集团远距离下保护 层及被保护层瓦斯治理方法

顶板高位抽放巷

被保护层
13#煤层

进风巷
卸压瓦斯抽放钻孔 底板瓦斯抽放巷

回风巷

保护层瓦斯抽放钻孔

进风巷
11#煤层

回风巷

保护层

淮南矿业集团上保护层及 被保护层瓦斯治理方法
顶板高位抽放巷 进风巷

回风巷 保护层 尾巷

被保护层

进风巷 卸压瓦斯抽放钻孔 底板瓦斯抽放巷

回风巷

阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采系统
顶板倾 斜钻孔 进风平硐 顶板倾 斜钻孔 储瓦斯罐 顶板倾 斜钻孔 瓦斯管 瓦斯 泵房 安全 出口

瓦斯管

阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采方法

顶板倾斜高抽巷 抽采卸压瓦斯法

顶板倾斜钻孔抽采 卸压瓦斯法

顶板走向高抽巷 抽采卸压瓦斯法

及阳 被泉 保三 护矿 层超 瓦远 斯距 抽离 采保 方护 法层

顶板走向高位 抽放钻孔 被保护层 进风巷 卸压瓦斯 抽放钻孔 被保护层底板卸 压瓦斯抽放巷 保护层顶板高 位抽放巷 内错式瓦斯尾巷

进风巷
回风巷

保护层

进风巷

回风巷

松藻煤矿被保护层卸压瓦斯抽采方法

钻孔施工

封堵钻孔施工

抽采卸压瓦斯

沈阳红菱矿极薄上保护层开采瓦斯抽采方法

铁法晓南矿顶板走向穿层钻孔抽采卸压瓦斯方法

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

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