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.煤礦瓦斯抽采技術的優(yōu)選與集成四.瓦斯抽采技術簡介五.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. 瓦斯災害嚴重—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

2、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. 瓦斯災害嚴重—瓦斯治理的根本措施,總：12722,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,2. 瓦斯災害分布廣、致災差異大--瓦斯治理的根本措施,一. 煤礦瓦斯抽采意義重大,2. 瓦斯災害分布廣、致災差異大--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、

4、瓦斯及煤層氣抽取利用、礦上礦下預警測報系統(tǒng)等要作系統(tǒng)的研究高瓦斯、突出礦井“先抽后采”、“抽采達標”,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

5、中采用井下鉆孔預抽煤層瓦斯，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

6、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、為適應綜采和綜放采煤技術的推廣應用，試驗研究了開采煤層瓦斯采前預抽、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

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)瓦斯進行抽采。在開采過程中，井下鉆孔對煤層瓦斯進行抽采，實現(xiàn)立體抽采方式。 解決了開采煤層預抽時間短，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

8、.煤礦瓦斯抽采概況,,2007年中國煤礦抽采瓦斯礦井數(shù)量分布圖,全國抽采瓦斯礦井數(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

9、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.煤礦瓦斯抽采技術的優(yōu)選與集成,,煤礦瓦斯抽采技術經(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，通過研究將應用范圍廣、效果好、有發(fā)展?jié)摿Φ?類41種抽采技術挑選出來，推薦給全行業(yè)，以利于煤礦“先抽后采”、“抽采達標”，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的。,1.開采煤層瓦斯抽采技術2.鄰近層卸壓瓦斯抽采技術3.圍巖瓦斯抽采技術4.采空區(qū)瓦斯抽采技術5.綜合瓦斯抽

10、采技術,,三.煤礦瓦斯抽采技術的優(yōu)選與集成 1.開采煤層瓦斯抽采技術,,三.煤礦瓦斯抽采技術的優(yōu)選與集成 2.鄰近層卸壓瓦斯抽采技術,,三.煤礦瓦斯抽采技術的優(yōu)選與集成 3.采空區(qū)瓦斯抽采技術,三.煤礦瓦斯抽采技術的優(yōu)選與集成 4.圍巖瓦斯抽采技術,,,,,,“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

11、、長鉆孔定向鉆進技術及裝備、抽采鉆孔封孔技術、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等方面，取得了重要突破，在15個示范礦井得到應用。,四. 瓦斯抽采技術簡介,（1）典型瓦斯抽采技術簡介,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λ≥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.

12、5倍。,順層鉆孔及交叉布孔預抽本層瓦斯示意圖,四. 瓦斯抽采技術簡介,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，已在突出嚴重的北票、白沙、中梁山等礦區(qū)應用。,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）典型瓦斯抽采技術簡介,四. 瓦斯抽采技術簡介,該技術適用于煤層群開采條件下，鄰近層和

13、采空區(qū)瓦斯涌出量較大的工作面。 該抽采技術與頂板巖巷抽采法、頂板穿層短鉆孔抽采法相比，技術和經(jīng)濟上具有顯著的優(yōu)越性。 該技術在淮南、鐵法等20多個礦區(qū)160個礦應用。,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）典型瓦斯抽采技術簡介,四. 瓦斯抽采技術簡介,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)

14、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。 該技術在陽泉五礦、鐵法大隆、大同塔山等多個礦區(qū)推廣應用。,,（1）典型瓦斯抽采技術簡介,四. 瓦斯抽采技術簡介,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、深孔控制預裂爆破強

15、化抽采。 目前瓦斯綜合抽采已在全國范圍內(nèi)廣泛應用。,工作面綜合抽采瓦斯示意圖,5. 綜合抽采瓦斯技術,,,（1）典型瓦斯抽采技術簡介,四. 瓦斯抽采技術簡介,1.水力沖割煤層卸壓強排強抽瓦斯技術,,,,該技術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

16、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. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,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向和空間補償作用，從而提

17、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力。,2. 深孔定向聚能水封爆破技術,,,四. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,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展，已研制出300m、500m、1000m系列鉆進裝備。,ZDY6000LD（A）鉆機,四. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,鉆孔測量系統(tǒng)由孔口控制單元、測斜探管、線纜絞車等

18、組成。根據(jù)需要可通過孔口控制單元進行測量數(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. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,鉆進能力200m～1000m，鉆孔直徑范圍為75mm～300mm，鉆機功率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. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年

19、來瓦斯抽采新技術簡介,鉆機可實現(xiàn)100m以外遠距離控制鉆桿自動裝卸和鉆孔施工，并進行遠程視頻監(jiān)控和鉆孔參數(shù)檢測，提高了突出煤層施工鉆孔作業(yè)人員的防護能力。,6.突出煤層順層鉆孔遠控施工技術及裝備,四. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,該技術是將鉆機鉆進技術與射流割縫技術進行有機結合形成鉆進和割縫一體化。首先利用鉆機打鉆，當壓控鉆割鉆頭穿層鉆進到煤層預定位置后，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

20、，增加了煤體暴露面積，使煤層內(nèi)部卸壓、瓦斯釋放，形成一個由“點”到“線”，由“線”到“面”，由“面”到“整體”的卸壓區(qū)，從而達到安全防突目的。,7.穿層鉆孔高壓磨料射流鉆割一體化防突裝備,四. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,在煤層開采前從地面向預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煤層上方5m至10m，當工作面推進至鉆井附近，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)還開發(fā)出了地面井“一井三用”的技術即預抽、卸壓抽和采空區(qū)抽。,8.地面鉆井抽采動區(qū)瓦斯技術,四. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,該技術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. 瓦斯抽采技術簡介,（2）近年來瓦斯抽采新技術簡介,五.煤礦瓦斯抽采存在的主要問題,（1

22、）煤層透氣性低我國煤層滲透率平均在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。煤礦瓦斯抽采技術工藝性強，復制性差，受煤層地質(zhì)條件控制。因此，選擇

23、適應本礦生產(chǎn)、地質(zhì)條件的抽采技術并進集成創(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。

24、,六.煤礦瓦斯抽采技術發(fā)展方向,（1）進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、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，促進煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 （2）開展瓦斯抽采先進適用技術的推廣和抽采新技術的研究工作，為煤礦高效抽采瓦斯提供技術支撐。（3）繼續(xù)研究試驗單一低透氣性煤層強化抽采技術及裝備，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、危險性。,六.煤礦瓦斯抽采技術發(fā)展方向,（4）研制可施工出大直徑、長距離水平鉆孔的新型鉆機及配套設備（5）研究鉆進工藝技術，解決松軟煤層鉆進與成孔技術（6）研究長鉆孔施工及定向技術，開發(fā)定向長鉆孔的監(jiān)控裝置，保證鉆孔的各項參數(shù)能達到設計要求（7）研制大流量、高效率抽采瓦斯泵，提高抽采瓦斯泵的單機效率（8）繼續(xù)開采地面鉆孔抽采瓦斯試驗，完善水力壓裂、采動影響煤層瓦斯抽采工藝技術，真正實現(xiàn)先抽后采,請各位領導批評指正謝 謝！