煤礦瓦斯排放與利用

1、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(yáng)研究院羅海珠 研究員/副院長(zhǎng)2009年9月4日,2009年全國(guó)煤礦瓦斯防治工作會(huì)議技術(shù)交流材料之一,匯報(bào)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(jiǎn)介五.瓦斯抽采存在的主要問(wèn)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(guó)有重點(diǎn)煤礦885處，國(guó)有地方煤礦

2、1320處，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦10517處煤礦突出礦井754個(gè)和高瓦斯礦井2260個(gè)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、

3、重慶、河南、四川、安徽和云南7個(gè)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(shí)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(duì)環(huán)境的影響,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,4.瓦斯抽采是國(guó)家政策的要求對(duì)煤礦安全、

4、瓦斯及煤層氣抽取利用、礦上礦下預(yù)警測(cè)報(bào)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(guó)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(gè),一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,二.煤礦瓦斯抽采概況,我國(guó)煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個(gè)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

5、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(wèn)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(yàn)在陽(yáng)泉礦區(qū)首先獲得成功。 解決了煤層群開(kāi)采中首采工作面瓦斯涌出量大的問(wèn)題。,我國(guó)煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段：,二.煤礦瓦斯抽采概況,（3） 低透氣性煤層瓦斯強(qiáng)化抽采階段 60年代，試驗(yàn)了

6、地面、井下水力壓裂，水力割縫，松動(dòng)爆破，大直徑（擴(kuò)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(qiáng)化措施。 對(duì)降低突出危險(xiǎn)性煤層瓦斯壓力和煤層消突起到積極作用。,我國(guó)煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個(gè)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(kāi)始、為適應(yīng)綜采和綜放采煤技術(shù)的推廣應(yīng)用，試驗(yàn)研究了開(kāi)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(gè)采區(qū)內(nèi)綜合抽采瓦斯措施。 解決

7、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(guó)煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個(gè)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(lái)，試驗(yàn)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(duì)開(kāi)采層進(jìn)行壓裂、抽采瓦斯以及對(duì)采動(dòng)影響卸壓瓦斯和采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。在開(kāi)采過(guò)程中，井下鉆孔對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行抽采，實(shí)現(xiàn)立體抽采方式。 解決了開(kāi)采煤層預(yù)抽時(shí)間短，抽采率低的問(wèn)題。,我國(guó)煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段：,二

8、.煤礦瓦斯抽采概況,,2007年中國(guó)煤礦抽采瓦斯礦井?dāng)?shù)量分布圖,全國(guó)抽采瓦斯礦井?dāng)?shù)量,1、貴州省122個(gè)2、山西省122個(gè)3、河南省44個(gè)4、遼寧省21個(gè)5、重慶市21個(gè)6、四川省20個(gè)7、安徽省19個(gè)8、黑龍江省15個(gè)9、河北省12個(gè)10、江西省8個(gè)11、寧夏6個(gè),二.煤礦瓦斯抽采概況,,2007年全國(guó)煤礦抽采瓦斯量比例圖,全國(guó)煤礦抽采瓦斯量,陽(yáng)泉、晉城、淮南、淮北、松藻、盤(pán)江、水城、撫順等10余個(gè)礦區(qū)年抽采量超1

9、億m3,二.煤礦瓦斯抽采概況,2001年以來(lái)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(guò)數(shù)十年的實(shí)踐和試驗(yàn)研究，已經(jīng)積累了上百種瓦斯抽采方式方法，通過(guò)研究將應(yīng)用范圍廣、效果好、有發(fā)展?jié)摿Φ?類(lèi)41種抽采技術(shù)挑選出來(lái)，推薦給全行業(yè)，以利于煤礦“先抽后采”、“抽采達(dá)標(biāo)”，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。,1.開(kāi)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

10、采技術(shù),,三.煤礦瓦斯抽采技術(shù)的優(yōu)選與集成 1.開(kāi)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(lái)，針對(duì)我國(guó)煤礦瓦斯治理的現(xiàn)狀，國(guó)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(xiàng)目研究，在低透氣性煤層增透抽采瓦斯

11、、長(zhǎng)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(cè)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(gè)示范礦井得到應(yīng)用。,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)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λ≥0.1m2/MPa2.d、煤層瓦斯含量≥8m3/t或開(kāi)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.

12、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(jiǎn)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(shí)噴孔、塌孔問(wèn)題。 網(wǎng)格式穿層鉆孔是我國(guó)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(jiǎn)介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,該技術(shù)適用于煤層群開(kāi)采條件下，鄰近層和

13、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(gè)礦區(qū)160個(gè)礦應(yīng)用。,頂板走向長(zhǎng)鉆孔抽采鄰近層瓦斯示意圖,3.頂板走向長(zhǎng)鉆孔抽采鄰近層瓦斯,,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)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(kāi)采或采空區(qū)

14、丟煤較多，煤層頂板有遇水膨脹的泥巖層無(wú)法施工鉆孔，高產(chǎn)高效工作面。 具有抽采量大，抽采強(qiáng)度影響范圍廣特點(diǎn)，是消除工作面上隅角和后運(yùn)輸機(jī)道瓦斯超限的有效方法之一。 該技術(shù)在陽(yáng)泉五礦、鐵法大隆、大同塔山等多個(gè)礦區(qū)推廣應(yīng)用。,,（1）典型瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)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(shí)采用頂板走向長(zhǎng)鉆孔、工作面順層水平長(zhǎng)鉆孔、上隅角插管抽采、深孔控制預(yù)裂爆破強(qiáng)

15、化抽采。 目前瓦斯綜合抽采已在全國(guó)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(jiǎn)介,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,1.水力沖割煤層卸壓強(qiáng)排強(qiáng)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(dòng)性，提高煤層瓦斯抽采效果。,,,1— 供水管路；2— 井下移動(dòng)高壓水力泵站；3— 溢流閥；4— 壓力表；5— 單向閥；6— 截止閥；7— 鋼

16、絲編織高壓膠管；8— 鉆機(jī)；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(kuò)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(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)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(shí)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(bǔ)償作用，從而提

17、高瓦斯抽采效果。適用于低透氣性煤層強(qiáng)化抽采瓦斯、煤層消除突出危險(xiǎn)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(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,3. 煤礦井下定向長(zhǎng)鉆孔鉆機(jī) 煤科總院西安院鉆機(jī)研制方面取得長(zhǎng)足進(jìn)展，已研制出300m、500m、1000m系列鉆進(jìn)裝備。,ZDY6000LD（A）鉆機(jī),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,鉆孔測(cè)量系統(tǒng)由孔口控制單元、測(cè)斜探管、線纜絞車(chē)等

18、組成。根據(jù)需要可通過(guò)孔口控制單元進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)記錄、顯示和存儲(chǔ)等操作。,4.煤礦井下定向長(zhǎng)鉆孔軌跡測(cè)量系統(tǒng),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,鉆進(jìn)能力200m～1000m，鉆孔直徑范圍為75mm～300mm，鉆機(jī)功率22kW～90kW，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(shí)工人搬運(yùn)鉆機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少輔助工作時(shí)間，提高勞動(dòng)效率。,5.履帶式鉆機(jī),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,（2）近年

19、來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)100m以外遠(yuǎn)距離控制鉆桿自動(dòng)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(cè)，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(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,該技術(shù)是將鉆機(jī)鉆進(jìn)技術(shù)與射流割縫技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合形成鉆進(jìn)和割縫一體化。首先利用鉆機(jī)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(shí)排出了煤體中部分煤體

20、，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(gè)由“點(diǎn)”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(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,在煤層開(kāi)采前從地面向預(yù)開(kāi)采煤層頂板施工直徑為150mm至300mm的垂直鉆井，鉆井終孔點(diǎn)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

21、增透，即可利用鉆井通過(guò)覆巖裂隙將煤層卸壓瓦斯直接抽采至地面?；幢钡V區(qū)還開(kāi)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(dòng)區(qū)瓦斯技術(shù),四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,該技術(shù)能直接在煤礦井下環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)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(duì)接焊,9.煤礦井下塑料管道焊接裝置,四. 瓦斯抽采技術(shù)簡(jiǎn)介,（2）近年來(lái)瓦斯抽采新技術(shù)簡(jiǎn)介,五.煤礦瓦斯抽采存在的主要問(wèn)題,（1

22、）煤層透氣性低我國(guó)煤層滲透率平均在0.002～16.17mD之間，＜0.1mD占35%，0.1～1.0mD37%，＞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(wèn)題,（2）抽采率低、抽采濃度不高資料統(tǒng)計(jì)多數(shù)礦井瓦斯抽采量?jī)H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(qiáng)，復(fù)制性差，受煤層地質(zhì)條件控制。因此，選擇

23、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(cè)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(wèn)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(lái)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(jī)及隨鉆測(cè)斜裝置等還不成熟。突出危險(xiǎn)煤層施工的遙控鉆機(jī)有待完善。

24、,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(lì)企業(yè)多抽瓦斯、多用瓦斯，減少瓦斯排放量，依靠市場(chǎng)引導(dǎo)、政策驅(qū)動(dòng)、自主創(chuàng)新，加強(qiáng)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(kāi)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)研究試驗(yàn)單一低透氣性煤層強(qiáng)化抽采技術(shù)及裝備，提高低透氣性煤層瓦斯的抽采率，消除或降低煤層的突出

25、危險(xiǎn)性。,六.煤礦瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展方向,（4）研制可施工出大直徑、長(zhǎng)距離水平鉆孔的新型鉆機(jī)及配套設(shè)備（5）研究鉆進(jìn)工藝技術(shù)，解決松軟煤層鉆進(jìn)與成孔技術(shù)（6）研究長(zhǎng)鉆孔施工及定向技術(shù)，開(kāi)發(fā)定向長(zhǎng)鉆孔的監(jiān)控裝置，保證鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求（7）研制大流量、高效率抽采瓦斯泵，提高抽采瓦斯泵的單機(jī)效率（8）繼續(xù)開(kāi)采地面鉆孔抽采瓦斯試驗(yàn)，完善水力壓裂、采動(dòng)影響煤層瓦斯抽采工藝技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)先抽后采,請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)批評(píng)指正謝 謝！