5_煤矿瓦斯抽采方法分类与基本指标.ppt

安全工程专业,,中国矿业大学安全工程学院煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,矿井瓦斯防治,程远平王亮,一、瓦斯抽采的沿革二、抽采的目的和分类三、抽采基本指标,第五讲煤矿瓦斯抽采方法分类及抽采指标,一、瓦斯抽采历史沿革,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。,中国古代煤窑瓦斯引排方法,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的储瓦斯罐，瓦斯抽采流量10m3/min,瓦斯浓度3040，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；,一、瓦斯抽采历史沿革,,1960年中国有抚顺、阳泉、天府和北票等户企业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、峰峰等户企业抽采瓦斯，全国瓦斯抽采量150Mm3；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；,一、瓦斯抽采历史沿革,,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1300Mm32005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、水城和抚顺矿业集团的年瓦斯抽采量都超过100Mm3。2010年全国共抽采瓦斯88亿m3，其中井下73.5亿m3，地面14.5亿m3。,一、瓦斯抽采历史沿革,,二、瓦斯抽采目的与分类,减少瓦斯涌出、预防瓦斯超限、降低瓦斯积聚，为矿井通风创造有利的条件；降低煤层中存储的瓦斯能量、提高煤体强度，防治煤与瓦斯突出；开发利用高效洁净的能源；降低对环境的污染。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采的目的,中国煤矿安全规程第一百四十五条和煤矿瓦斯抽采基本指标第三节规定，有下列情况的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采瓦斯系统一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的；矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的大于或等于≥40m3/min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。（3）开采有煤与瓦斯突出危险的煤层。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采系统建立的条件,1984年欧洲共同体委员会煤炭理事会出版的欧洲共同体采煤工业手册根据开采关系将煤矿瓦斯抽采方法分为工作面抽采、采空区抽采、煤层预抽和地面钻孔抽采；并对上述抽采分类进行了细化，主要分为井下钻孔抽采、地面钻孔抽采、专用瓦斯巷道抽采、采空区人工洞穴抽采、密闭墙内抽采和报废矿井抽采。该手册主要在法国、德国、英国及比利时应用，由于这几个国家煤层赋存条件变化不大，因此抽采瓦斯的方法也不繁杂，所以抽采瓦斯方法类别也较简单。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采方法分类比较,1974年前苏联煤炭工业部、苏联矿业技术监督局批准颁布了煤矿瓦斯抽采细则，该细则中针对不同瓦斯源，将瓦斯抽采方法分为未卸压煤层和围岩的瓦斯抽采方法上、下邻近层及围岩瓦斯抽采采空区瓦斯抽采综合抽采瓦斯方法,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采方法分类比较,由于煤矿瓦斯抽采细则颁布的时间较早，内容主要结合前苏联各煤层赋存及开采技术条件如急倾斜、煤层群、前进式采煤法等编制的，因此对近期我国新发展的开采工艺技术如特厚煤层的综合机械化采放顶煤开采等、对高产高效工作面的高瓦斯涌出量进行有效抽采等涉及内容较少；而井下水力破裂或压裂抽采瓦斯方法，由于工艺装备复杂，也没有获得大量推广应用。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采方法分类比较,俞启香教授在矿井瓦斯防治一书中将瓦斯抽采方法分为开采层抽采、邻近层抽采、采空区抽采和围岩抽采。于不凡教授在煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册中将瓦斯抽采方法分为未卸压煤层和围岩抽采、卸压煤层和围岩抽采、采空区抽采和综合抽采。上述分类方法主要依据开采煤层和邻近煤（岩）层的空间关系，在次级分类方法上考虑开采时间关系。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采方法分类比较,按瓦斯源分类可分为开采煤层瓦斯抽放、邻近煤层（包括围岩、不可采煤层）瓦斯抽放及围岩瓦斯抽放。采空区瓦斯仍是来源于开采煤层的丢煤及邻近层和围岩瓦斯的涌出，采空区瓦斯应属于二次瓦斯积聚源。按与煤层开采的时间关系分类可分为开采煤层瓦斯预抽、边采（掘）边抽和采后抽采。按抽放瓦斯的原理分类可分为未卸压煤层瓦斯抽放、卸压煤层瓦斯抽放及强化（或人为卸压）抽放瓦斯等。按抽放瓦斯的工艺方式分类可分为钻孔（井下钻孔、地面钻孔等）抽放瓦斯、巷道（顶底板岩巷、煤巷等）抽放瓦斯、钻巷结合抽放瓦斯及插埋管抽放瓦斯等。此外，还有按煤层赋存条件、开采技术条件及装备条件来命名的各种抽放瓦斯方法。如急倾斜煤层群瓦斯抽放、单一煤层瓦斯抽放、开采保护层瓦斯抽放、综放工作面瓦斯抽放和井下移动泵站瓦斯抽放等。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采方法分类,依据抽采指标标准中，将瓦斯抽采指标分为四种类型第一种类型为突出煤层采前抽采应达到的指标，第二种类型为高瓦斯煤层采前抽采应达到的指标，第三种类型为回采工作面开采过程中抽采应达到的指标，第四种类型为矿井瓦斯抽采应达到的指标。分类指导思想第一层次以煤层开采时间为依据，第二层次以采煤层瓦斯源的空间条件为依据。,二、瓦斯抽采目的及分类,,瓦斯抽采方法分类新方法,,三、瓦斯抽采基本指标,防治煤与瓦斯突出规定煤矿瓦斯抽采基本指标,采掘作业前能通过瓦斯抽采达到消除突出危险性的目的；采掘工作面抽采率应能确保正常通风能力可将风流中瓦斯浓度稀释到规定的安全指标以内，不留瓦斯超限隐患；矿井瓦斯抽采率应能确保矿井正常通风能力足以满足要求、并限制不合理地增加矿井风量、鼓励提高抽采量。确保工作面风速不超、瓦斯浓度不超。,三、瓦斯抽采基本指标,,总体原则,突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。,,三、瓦斯抽采基本指标,,突出煤层的抽采指标,理由1）因为全国各煤矿差异性很大，用1-2个指标很难代表各地情况，因此给予一定选择机会，但目的应能有效消消除突出危险性。现有的大量统计资料表明始突深度数据以内发生瓦斯突出的可能性较小，即使发生也不会是以瓦斯为主导的突出，因此瓦斯抽采所能控制的程度以此为宜。考虑到许多矿井没有这一历史数据，因此增加具体含量和压力指标。,三、瓦斯抽采基本指标,,突出煤层的抽采指标,理由2含量指标主要依据国内统计资料和国外经验借鉴（如澳大利亚、俄罗斯、德国等）；但该指标与煤质参数有关，少数煤层其残余含量都与8m3/t接近，抽采技术要达到残余量指标又不可行；为此增加压力指标。国外经验主要由各州立法确定，而我国习惯是国家统一确定，这就增加了难度。3原苏联和我国突出矿井统计资料表明，在煤层可燃基瓦斯含量小于10m3/t时，基本上没有发生过突出，可燃基瓦斯含量指标换算成原煤瓦斯含量，近似为8m3/t。,三、瓦斯抽采基本指标,,突出煤层的抽采指标,,理由4原西德和澳大利亚开采煤层煤质较坚硬，统计资料表明，煤层可解吸瓦斯含量小于9m3/t时，基本上没有发生过突出。但这些国家实际执行过程中普遍都将可解吸瓦斯含量降低到6m3/t左右，换算成原煤瓦斯含量也与8m3/t接近。5压力指标确定为0.74MPa，主要依据原有规定以及统计资料和理论分析的结果。6以上指标都是任选一，达到以上指标只能有效控制突出事故，还不能说完全消除突出危险性。,三、瓦斯抽采基本指标,,突出煤层的抽采指标,问题由于我国幅员辽阔、各矿区煤层地质条件万别较大，统一指标很难反应各矿区煤炭开采的实际情况，抽采指标和防突规定中规定的指标均为建议值，各矿区应根据自己的实际情况研发适合本矿区煤层和瓦斯赋存特点的瓦斯抽采指标体系。,三、瓦斯抽采基本指标,,突出煤层的抽采指标,瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表1规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表2规定。,三、瓦斯抽采基本指标,,高瓦斯煤层的抽采指标,解释选择表1和表2如何量化界定，实际上只是导向性的。表1和表2能满足其中之一就行，企业可以根据自己情况进行选择，没有特殊要求指定选某一个表。但本标准如果只用一个表，难以满足不同条件的煤矿，因此设置了两个表，企业可任选。为避免盲目选择，给出一个导向性意见。,三、瓦斯抽采基本指标,,高瓦斯煤层的抽采指标,解释瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面主要抽采邻近层和围岩中的瓦斯，采用工作面瓦斯抽采率来描述瓦斯抽采效果比较合理直观；而瓦斯涌出量主要来自于本煤层时，关键是要控制本煤层瓦斯含量，如果采用工作面瓦斯抽采率则不容易界定计算范围；采取本煤层剩余瓦斯含量指标比较直观。,三、瓦斯抽采基本指标,,高瓦斯煤层的抽采指标,三、瓦斯抽采基本指标,,高瓦斯煤层的抽采指标,矿井瓦斯抽采率反映一个矿井对瓦斯抽采的重视程度,表3指标应该说大多数矿井通过努力是能够达到的。,解释通过对58个矿井2004年的瓦斯抽采率统计表明满足表3规定的17个，占29.3；不满足的36个，占62.1；绝对瓦斯涌出量15m3/min的5个，占8.6，这类矿井多属于突出矿井；也就是说一些突出矿井涌出量不大，抽瓦斯效果也不好，但不能有效控制突出，对这类矿井强化瓦斯抽采是非常必要的。不满足表3规定的36个矿井通过调整采掘部署、加大抽采力度等措施，可以达到标准规定的指标。,三、瓦斯抽采基本指标,,高瓦斯煤层的抽采指标,采掘工作面风速不得超过4m/s，风流中瓦斯浓度不得超过1。解释这一条实际上暗含了取消放限管理的规定，目的就是促使企业强化瓦斯抽采。,工作面瓦斯抽采应确保工作面风速不超、瓦斯浓度不超,三、瓦斯抽采基本指标,,高瓦斯煤层的抽采指标,按AQ/T1047-2007规定测定瓦斯压力按MT/T77规定测定瓦斯含量绝对瓦斯涌出量的测定和计算方法按新制定的AQ1025-2006（矿井瓦斯等级鉴定规范）执行。工作面和矿井瓦斯抽采率计算时，计算时间内工作面或矿井范围内地面钻井、固定系统和移动系统抽出的瓦斯都可算作抽出量，抽出量与抽出量、风排量之和的比值即为抽出率。,三、瓦斯抽采基本指标,,指标测定及计算方法,矿井必须综合抽采瓦斯，并且提前35年制定抽采瓦斯规划，每年年底前编制下年度的抽采瓦斯计划，以确保抽采瓦斯工作面的正常衔接，做到“抽、掘、采”平衡。低瓦斯矿井新水平、新采区应测定煤层原始瓦斯含量和压力，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井每个采区垂深每增加50m应测定煤层原始瓦斯含量和压力。,三、瓦斯抽采基本指标,,其他要求,四、瓦斯抽采最大化,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井要加大瓦斯抽采力度，实现由风排为主向抽采为主转变，做到应抽尽抽，努力实现抽采最大化。应抽尽抽就是对应当进行瓦斯抽采的煤层，必须采用采前抽采瓦斯方法，降低煤层瓦斯含量，在达到抽采指标要求的同时，对煤层瓦斯尽最大能力进行抽采，使煤层含量降到尽可能低的水平。瓦斯抽采指标是基本指标，是煤矿瓦斯抽采的最低要求，因为在很多情况下即使瓦斯抽采达到基本指标的要求，也并不能保证工作面可以达到安全生产条件。各矿区不应该只根据最低要求进行瓦斯抽采，而应该尽可能的抽采出煤层中的瓦斯，努力使煤层瓦斯含量降至最低，实现瓦斯抽采最大化，为工作面安全生产创造条件。,四、应抽尽抽，实现瓦斯抽采最大化,,要求,淮南矿业集团所属矿井大部分为煤与瓦斯突出矿井，在确保抽采达标的前提下，对煤层瓦斯应抽尽抽、努力实现抽采最大化，降低回风流瓦斯浓度。2009年淮南矿业集团坚持应抽尽抽，努力实现瓦斯抽采最大化，所属各矿风排瓦斯浓度最大仅为0.28，有力保障煤矿安全生产。,四、应抽尽抽，实现瓦斯抽采最大化,,实例,