煤矿瓦斯预测与瓦斯抽放技术.ppt

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1、矿井瓦斯涌出预测与瓦斯抽放,河南理工大学 二 O O 七 年 一 月,矿井瓦斯涌出预测与瓦斯抽放,王兆丰 研究员, 河南省特聘教授、博导 河南理工大学瓦斯地质研究所所长 国家煤矿安全监察局安全生产专家，河南省安全生产专家，中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会副主任委员，河南省职业安全健康协会副理事长，河南省煤炭学会瓦斯突出防治专业委员会主任委员。 联系电话：13939103988，（0391）3987919（办） 电子邮箱：,组员（19881989）,副组长（19901991）,组长（19921993）,研究室副主任（19941995）,研究室主任（19961998）,研究所副所长（19992000

2、）,研究所所长（20002001）,煤科总院抚顺分院,河南理工大学,省特聘教授（20012006）,瓦斯地质研究所所长（2002？）,助理工程师（1989）,工程师（1991）,高级工程师（1993）,研究员（1999）, 1996年首批煤炭工业技术拔尖人才 2001年辽宁省优秀共产党员、煤科总院劳动模范 2001年全国优秀科技工作者 2005年焦作市劳动模范 2006年河南省优秀共产党员 2006年河南省优秀专家 国家煤矿安全监察局安全生产专家 河南省安全生产专家,完成国家和省部科研项目28项 国家科技进步二等奖、三等奖各一次 省部科技进步一等奖3次, 瓦斯涌出量预测与瓦斯抽放 典型事故案例

3、分析,汇报内容,国家能源保障需要大家,今后全球性能源紧缺是必然的，石化能时代是短暂的,人类已经进入过渡消费自然资源期,全球能源的储产比（BP2003）,世界能源供需平衡是依靠发展中国家低消费维持的，人口占全球14%的发达国家消耗了全球总能源消费的58% （2000）,制约发展中国家发展（能源消费）争夺能源已成为大国的国策,中美关系与能源 中海油以185亿美元的现金竞标收购美国优尼科石油公司在美国政府干预下受阻 中青报12.2文章：美议员担心中美因争夺能源走向战争 中美两国消费的原油接近世界原油消费量的13，但是中国人均石油消费小于两桶，远远低于美国人均消费25桶的标准 民主党人利伯曼说：“中美

4、两国的石油消费23来自进口，让我们在可能导致军事对抗的激烈竞争到来之前注意这个问题。”,解决中国能源问题必须克服两大误区 能源安全就是石油问题 解决中国石油问题找国外市场 解决中国能源安全的出路 必须坚持自力更生 必须坚持以煤炭为主体 必须尽快克服煤炭工业发展的根本性问题,中国和世界的一次能源结构,中国煤炭行业取得了巨大成就，做出了重大贡献,2006年煤矿发生灾害事故2945起，死亡4746人，同比减少361起、1192人，分别下降10.9%和20.1% 2006年煤矿发生重大事故237起，死亡1072人，同比增加29起、195人，分别上升13.9%和22.2% 2006年煤矿发生特大事故39

5、起，死亡744人，同比减少19起、995人，分别下降32.8%和57.2% 我国煤炭产量占世界煤炭产量的3035%，事故死亡人数却占世界煤矿事故死亡总数的80%左右 百万吨死亡率是印度的10倍、南非的20倍、美国的100倍,一、瓦斯的性质、危害与用途 二、煤层瓦斯含量测定 三、矿井瓦斯涌出量预测 四、煤矿瓦斯抽放技术 五、煤矿瓦斯抽放存在的问题 六、提高煤矿瓦斯抽放效果的途径,第一部分内容提要,一、瓦斯的性质、危害与用途,化学式：CH4； 分子直径：0.4110-9m； 分子量：16.042kg/kmol； 分子体积：22.36m3/kmol 密度：0.7168kg/m3； 对空气的比重：0.

6、5545； 沸点：-161.7（0.1MPa下）； 溶点： -182.5； 液态密度：415kg/m3 ； 扩散系数：0.196cm2/s； 水中的溶解度：55.6 l/m3，33.1 l/m3； 空气中的爆炸下限：5%； 发热量：8568大卡/m3 空气中的爆炸上限：16%；,一、瓦斯的性质、危害与用途,重大瓦斯事故次数和死亡人数占同期“一通三防”事故次数和死亡人数比例,重大瓦斯事故次数比例,重大瓦斯事故死亡人数比例,一、瓦斯的性质、危害与用途,一、瓦斯的性质、危害与用途,作城镇煤气 作锅炉和窑炉的燃料 瓦斯发电 作机动车的燃料 作化工原料生产化工产品,一、瓦斯的性质、危害与用途,二、煤层瓦

7、斯含量测定,1.煤的残存瓦斯含量测定方法 测定步骤 （1）采样 （2）试验室脱气与气体分析 （3）煤样粉碎 （4）粉碎后脱气与气体分析 （5）煤样称重与工业分析 （6）煤中残存瓦斯量计算,二、煤层瓦斯含量测定,1.煤的残存瓦斯含量测定方法 测定装置,二、煤层瓦斯含量测定,(2)地勘解吸法 测定步骤 采样 瓦斯解吸规律测定,密封罐 瓦斯解吸速度测定仪,二、煤层瓦斯含量测定,(2)地勘解吸法 测定步骤 损失瓦斯量计算 试验室煤样脱气及气体成分分析 煤层瓦斯含量计算 缺点:要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长,二、煤层瓦斯含量测定,(3)井下钻屑解吸法(A) 原理：与地勘解吸法类似 与地勘解

8、吸法的区别：损失瓦斯量推算方法不同 取样损失瓦斯推算公式： q=q1t-k 缺点：仅适用于k1的煤层，要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长,二、煤层瓦斯含量测定,(4)钻屑解吸法(B) 和钻屑解吸法(A)相比:改进了损失瓦斯量推算方法 取样损失量推算公式： qt=qoe-kt 测定步骤:同钻屑解吸法(A) 缺点：仅适用于k1的煤层，要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长,二、煤层瓦斯含量测定,（5）井下钻屑解吸法(C) 煤炭科学研究总院抚顺分院“九五”期间提出 测定依据： X=a+bV1 测定仪器：WP-1型快速测定仪 优点：不需要推算损失瓦斯量和测定残存瓦斯量,测定周期仅153

9、0min,二、煤层瓦斯含量测定,测定步骤： （1）采样 风动钻机压风引射负压取样，粒度为12mm，煤样10g （2）瓦斯解吸量测定 皂膜流量计 （3）送样过程中的瓦斯解吸量 （4）煤样粉碎过程和粉碎后解吸 的瓦斯量 （5）可解吸瓦斯量的计算 优点： 简单易行，定点采样,负压取样器,皂膜流量计,二、煤层瓦斯含量测定,二、煤层瓦斯含量测定,（6）间接法 计算公式： 需要数据：瓦斯压力，吸附常数，工业分析，孔隙率 缺点：需测参数多，周期长,二、煤层瓦斯含量测定,三、矿井瓦斯涌出量预测 1、矿井瓦斯涌出来源,开采层瓦斯,邻近层瓦斯,采空区瓦斯,煤壁瓦斯,落煤瓦斯,煤壁瓦斯,落煤瓦斯,回采区瓦斯,掘进区

10、,已采区瓦斯,矿井瓦斯,三、矿井瓦斯涌出量预测 2、影响矿井瓦斯涌出量的因素,三、矿井瓦斯涌出量预测 3、矿井瓦斯涌出量预测的任务与目的,任务 确定新矿井、新水平、新采区、新工作面投产前瓦斯涌出量 目的 （1）通风设计提供基础参数 （2）瓦斯管理与治理提供决策依据 （3）为地面煤成气和井下瓦斯抽放开发提供设计依据,三、矿井瓦斯涌出量预测 4、矿井瓦斯涌出量预测方法分类,三、矿井瓦斯涌出量预测 5、矿山统计预测法,矿山统计法 （1） 基本公式 开采实践表明，在一定深度范围内，矿井相对瓦斯涌出量与开采深度呈如下线性关系：,三、矿井瓦斯涌出量预测 5、矿山统计预测法,矿山统计法 （2） 瓦斯测定资料

11、统计分析,式中：q为采区或工作面瓦斯涌出量的月平均值，m3/t；Qi、Ci为月内每次测得的回风量(m3/min)和回风流中瓦斯浓度(%)；n为统计月份的测定次数； A为统计月平均日产量，t/d ；Hc为全矿井加权平均开采深度(m)；Hi、Ai为鉴定月份第i采区的采深(m)和产量(t)。,三、矿井瓦斯涌出量预测 5、矿山统计预测法,矿山统计法 （3） 使用条件及要点 生产矿井的延深水平、生产水平的新采区、与生产矿井邻近的新矿井，在应用中必须保证预测区的开采技术条件、地质条件与生产区相同或类似。 应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。 某些矿井相对

12、瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系。 在采煤不正常的情况下测得的瓦斯涌出量，以及地质变化带采区瓦斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。 在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响。,三、矿井瓦斯涌出量预测 6、分源预测法,（一）分源预测法的基本原理 以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。,三、矿井瓦斯涌出量预测 6、分源预测法,三、矿井瓦斯涌出量预测 6、分源预测法,（二）预测所需的原始资料 （1）各煤层瓦斯含量测定资料、瓦斯风化带深度以及瓦斯含量等值线图； （2）

13、地层剖面和柱状图，图上应标明各煤层和煤夹层的厚度、层间距离和岩性； （3）煤的工业分析（灰分、水分、挥发分和密度）和煤质牌号； （4）开拓和开采系统图，应有煤层开采顺序、采煤方法、通风方式等。,分源预测法 2 ) 计算方法 （1） 开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量 薄及中厚煤层不分层开采时按下式计算： 厚煤层分层开采时按下式计算： （2） 邻近层瓦斯涌出量,三、矿井瓦斯涌出量预测 6、分源预测法,分源预测法 2 ) 计算方法 （3） 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 （4） 掘进落煤的瓦斯涌出量 （5）回采工作面瓦斯涌出量 （6） 掘进工作面瓦斯涌出量,三、矿井瓦斯涌出量预测 6、分源预测法,分源预测法

14、2 ) 计算方法 （7） 生产采区瓦斯涌出量 （8） 矿井瓦斯涌出量,三、矿井瓦斯涌出量预测 6、分源预测法,五、矿井瓦斯抽放,四、煤矿瓦斯抽放技术,五、矿井瓦斯抽放,煤层抽放瓦斯难易程度分类指标,五、矿井瓦斯抽放,瓦斯抽放效果评价指标,五、矿井瓦斯抽放,2.11.5 煤矿瓦斯抽放方法,五、矿井瓦斯抽放,开采层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,开采层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,开采层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,开采层抽放瓦斯方法,4 开采层卸压抽放,边掘边抽,当掘进煤层巷道瓦斯涌出量大于3m3min时，由煤巷两侧掘进小钻场，在钻场内布置钻孔，抽放巷道周围卸压煤体的瓦斯，并截取深处煤体涌出

15、的瓦斯。 适用条件与优缺点 掘进煤层巷道时瓦斯涌出量超过3m3/min，通风不易解决瓦斯问题。 适于透气性低，预抽效果不好的煤层。 抽出巷道周围煤休的卸压瓦斯，并可截取煤体深处涌出的瓦斯，减少涌入巷道的瓦斯量，抽放效果好。 钻孔易漏气，往往不易保证规定的抽放瓦斯浓度。,五、矿井瓦斯抽放,开采层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,邻近层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,2.11.5.2 邻近层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,邻近层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,邻近层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,邻近层抽放瓦斯方法,五、矿井瓦斯抽放,采空区瓦斯抽放,五、矿井瓦斯抽放,采空区瓦斯抽放,五、矿井瓦斯抽放

16、,采空区瓦斯抽放,1半封闭采空区瓦斯抽放,高位钻孔抽放,五、矿井瓦斯抽放,2.11.5.3 采空区瓦斯抽放,五、矿井瓦斯抽放,（五）瓦斯抽放存在的问题,2006年15月，国有重点煤矿286处高瓦斯和瓦斯突出矿井，抽放瓦斯9.76亿m3，利用2.32亿m3、利用率23.9%（民用2.07亿m3、发电0.25亿m3 ）。,抽放时间短,抽放负压低,封孔质量差,采掘失调,瓦斯抽放率低,封孔长度短,泵能力不足,管网阻力大,抽放浓度低,钻孔数量少,抽放方法落后,施工难度大,钻机能力不足,影响瓦斯抽放效果的因素众多,（六）提高瓦斯抽放效果的技术对策,对策之一：改善采掘平衡，确保抽放时间,突出预测,高效消突,

17、敏感指标,区域预测,点预测,临界值,快速掘进,三维地震构造探测,地质雷达,水力挤出高效消突技术,水力挤出前,水力挤出后,对策之二:：改革打钻工艺，增加吨煤孔长,“保压钻进”,VLD千米定向 钻机,钻孔实际轨迹图,钻孔实际剖面图,对策之三:优化抽放系统，提高抽放能力,更换大直径管道,管路设置放水器,抽放泵能力匹配,推广聚氨酯封孔,对策之四:优选抽放方式，强化综合抽放瓦斯,优选抽放方法,综合抽放瓦斯,增大煤层透气性,交叉钻孔,高能气体致裂,水力化措施,注入气体置换,爆破压裂,提高抽放率,5m,d,75,交叉钻孔强化预抽煤层瓦斯,“钻墙” 边掘边抽瓦斯,分段走向顶板岩石钻孔高效抽放采空区瓦斯,均压高效抽放全封闭采空区瓦斯,均压埋管高效抽放半封闭采空区瓦斯,对策之五: 抽采并重，以抽保采，以用促抽,对策之五: 加强管理，健全制度,健全制度,队伍培训,人员管理,设备管理,谢谢大家， 欢迎到河南理工大学光临指导！,谢谢大家， 欢迎到河南理工大学光临指导！,