第8章煤矿瓦斯抽采技术－本科生.ppt

1,煤矿瓦斯抽采技术,6,讲授主要内容,1瓦斯抽采技术基本方法2强化预抽煤层瓦斯技术3卸压抽采煤层瓦斯技术4采空区瓦斯抽采技术5抽采瓦斯新技术6综合抽采瓦斯技术7产高效矿井瓦斯综合治理技术,7,1.1地面钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,8,1.2井下穿层钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,9,1.2井下穿层钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,10,1.2井下穿层钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,11,1.3井下顺层钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,12,1.3井下顺层钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,13,1.3井下顺层钻孔抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,14,1.4巷道抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,15,1.4巷道抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,16,1.4巷道抽采煤层瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,17,1.5人工卸压抽采瓦斯技术水力掏槽瓦斯抽采技术煤层水力割缝抽采瓦斯技术煤层水力压裂抽采瓦斯技术深孔预裂爆破抽采瓦斯技术,1瓦斯抽采技术基本方法,,地面水力压裂,井下水力压裂,加支撑剂（砂子）,不加支撑剂,,,水力掏槽瓦斯抽采技术,,,a防逆风装置钢体墙结构安装示意图b防逆风装置砖体墙结构实际安装图,防突栅栏安装示意图,22,2.1穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,北票台吉矿穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,23,2.1穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,中梁山穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,24,2.1穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,松藻打通二矿穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,25,2.1穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,松藻打通二矿穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,26,2.2穿层网格布孔预抽石门揭煤瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,中梁山穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,27,2.2穿层网格布孔预抽石门揭煤瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,中梁山穿层网格布孔预抽开采层瓦斯技术,28,2.3沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,焦作九里山矿沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯技术,29,2.3沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,沿层交叉钻孔预抽开采层瓦斯技术原理,30,2.4底板专用瓦斯巷穿层钻孔抽采开采层瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,水城大河边矿底板专用巷抽采瓦斯技术,31,2.5水平长钻孔抽采区域瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,晋城寺河矿区域预抽瓦斯技术,32,2.5水平长钻孔抽采区域瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,晋城成庄矿递进式模块预抽瓦斯技术,33,2.6扇形长钻孔抽采掘进面瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,晋城成庄矿掘进面扇形钻孔抽采瓦斯技术,34,2.7定向羽状水平井抽采瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,煤层气定向羽状水平井抽采瓦斯技术,35,2.7定向羽状水平井抽采瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,山西宁武盆地武M1－1井眼轨迹水平投影,36,2.7定向羽状水平井抽采瓦斯技术,2强化预抽煤层瓦斯技术,山西大宁矿区DNP02井钻孔轨迹3D视图,a、地面钻孔水力压裂抽放煤层瓦斯方法,深度700ｍ,一开套管－地表层,生产套管,压裂裂隙长20－80ｍ氮气压裂,砾石层,煤层,多煤层地区煤层气直井结构示意图,直井段,斜井段,沿煤层水平段,煤层气水平井示意图,多煤层盆地将实施的单直井多层单支水平井,单直井双向水平井示意图,CDX天然气公司设计的双煤层羽状水平井模式,图9-27美国CDX天然气公司和美国钢铁公司在西弗吉尼亚完成的大规模羽状水平井煤矿瓦斯开发项目的布井平面图,43,3.1煤层卸压方法分类,3卸压抽采煤层瓦斯技术,人为卸压法,煤层卸压方法,,,,,,,爆破松动、致裂卸压法,水力割缝、造穴卸压法,本层采动卸压法,先采下层卸压法,物理化学卸压法,水力压裂、破裂卸压法,密集钻孔等机械卸压法,先采上层卸压法,,,采掘卸压法,44,3.2掘进工作面边掘边抽瓦斯技术,3卸压抽采煤层瓦斯技术,挂耳抽采,巷帮截留抽采,45,3.3迎面斜交钻孔边采边抽瓦斯技术,3卸压抽采煤层瓦斯技术,淮北芦岭煤矿迎面钻孔预抽及边采边抽瓦斯技术,,46,3.3迎面斜交钻孔边采边抽瓦斯技术,3卸压抽采煤层瓦斯技术,平顶山一矿迎面钻孔预抽及边采边抽瓦斯技术,钻孔与巷道壁夹角75,钻孔间距5m,孔深60～80m,孔径89mm。,47,3.5厚煤层下行分层开采边采边抽瓦斯,3卸压抽采煤层瓦斯技术,48,3.6一次采全高预抽及边采边抽瓦斯,3卸压抽采煤层瓦斯技术,49,3.7地面钻孔煤层水力压裂抽采瓦斯技术,3卸压抽采煤层瓦斯技术,铁法地面钻孔煤层水力压裂抽采瓦斯技术,50,4.1均压埋管抽采采空区瓦斯技术,4采空区抽采瓦斯技术,51,4.2走向高抽巷抽采采空区瓦斯技术,4采空区抽采瓦斯技术,,52,由于采动作用的采动，在开采层的上部空间形成三带冒落带、裂隙带和缓慢下沉带。在开采层的下部煤岩层，承受的自重应力大大降低，由压缩状态转为膨胀状态，形成底鼓破碎带,冒落带高度为采高的68倍,裂隙带高度为采高的1030倍,缓慢下沉带高度为采高的30倍以上直至地表,底鼓破碎带深度为采高的510倍,53,4.3倾向高抽巷抽采采空区瓦斯技术,4采空区抽采瓦斯技术,54,4.4引巷密闭插管抽采采空区瓦斯技术,4采空区抽采瓦斯技术,老虎台矿54001一I综放工作面从1995年2月开采，同时采用上述方法抽采采空区瓦斯，直到同年12月，共抽出瓦斯2201万，抽出率达到93．69％，基本上消除了瓦斯超限和积聚的现象。,55,4.5高位钻孔抽采采空区瓦斯技术,,水城大湾矿高位抽采钻孔布置,4采空区抽采瓦斯技术,56,4.6地面钻孔卸压抽采采空区瓦斯技术,4采空区抽采瓦斯技术,在煤层开采前从地面向预开采煤层顶板施工直径为150mm至300mm的垂直钻井，钻井终孔点控制在目标煤层上方5m至10m，当工作面推进至钻井附近，由于顶板垮落，煤层覆岩内部产生大量裂隙，煤层得到卸压增透，即可利用钻井通过覆岩裂隙将煤层卸压瓦斯直接抽采至地面。淮北矿区还开发出了地面井“一井三用”的技术即预抽、卸压抽和采空区抽。,57,4.6地面钻孔卸压抽采采空区瓦斯技术,4采空区抽采瓦斯技术,58,5.1深孔预裂控制爆破增透抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,定向爆破增透数值模拟,定向爆破增透原理,定向爆破器材,,59,液态二氧化碳预裂爆破是20世纪50年代开发的一种爆破技术，是专门为高瓦斯矿井的采煤工作面研发的。,二氧化碳炮预裂爆破技术的优势⑴爆破过程无火花外露；⑵采用低压起爆（9V），相比传统起爆（1800V）更安全；⑶不产生具有破坏性的震荡或震波，减少了诱发瓦斯突出的几率；⑷不需进行验炮，爆破后便可进人，可连续作业。,1--充液态二氧化碳的管道;2--垂直筒壁的放气门排气口;3--切变盘与密封垫;4--加热元件;5--密封垫;6--注液口;7--通向加热元件的电极;8--通向管体的电极;9--注液或释放二氧化碳的圆角头定位螺钉,新方法----液态二氧化碳预裂爆破，正在进行现场工业性试验,,60,61,5.2水力导喷增流提透抽采瓦斯技术,水力导喷增流提透抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,,62,高压水射流扩孔,63,5.2水力导喷增流提透抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,64,5.3煤矿井下定向长钻孔抽采瓦斯技术针对长钻孔施工中的钻孔定位和钻具等关键技术难题，西安院在十五期间，完善了稳定组合钻头、组合钻具，开发了多点即时测斜仪等。①多点即时测斜仪,方位角测量误差小于0.5，倾角小于0.5，工具面向角误差小于3，可以满足施工要求。②由钻头、钻杆和稳定器组成的钻具称之为稳定组合钻具。根据功能的不同，定向钻进中使用的稳定组合钻具有下斜组合保直稳定组合钻具、上仰组合钻具等5种组合。,5抽采瓦斯新技术,65,5.3煤矿井下定向长钻孔抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,,线缆绞车,,钻机,钻具,测斜探管,控制及显示界面,水力输送,钻杆推送,66,5.3煤矿井下定向长钻孔抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,晋城成庄矿千米钻孔递进式模块抽采瓦斯技术,VLD千米定向钻机,山西亚美大宁煤矿,68,5.3煤矿井下定向长钻孔抽采瓦斯技术在七台河精煤集团新兴矿41051工作面分别完成了孔深520m、685m和474m的近水平高位岩石定向钻孔。在铜川局玉华矿完成了一个孔深820m定向钻孔。在彬长公司大佛寺矿钻进了深度为705m的长钻孔在寺河矿2305工作面对研制的Φ73mm高强度钻杆、稳定组合钻头和组合钻具进行了试验验证,共钻进三个钻孔，孔深分别为603m、350m和612m的近水平煤层定向钻孔。,5抽采瓦斯新技术,69,5.4自动变径大直径钻孔抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,,自动变径扩孔钻具成孔钻孔结构示意图,70,5.5钻割抽一体化增透抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,,高压水力割缝系统示意图,72,5.5钻割抽一体化增透抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,,本煤层钻割一体化卸压增透效果,73,5.6顶板钻孔向松软低透气煤层打分支钻孔,5抽采瓦斯新技术,74,5.7地面钻井煤层气抽采技术,5抽采瓦斯新技术,75,5.7地面钻井煤层气抽采技术①晋煤集团煤层气项目2008年，已形成煤层气井1400口，产气能力6亿m3;投入运行339口，单井日产近2500m3/d，日总产气量80万m3。②中联煤层气的潘河项目2007年底单井平均稳定产气量3500m3/d，单井最高稳定产气量9900m3/d。③中石油樊庄-郑庄煤层气项目郑庄、樊庄区块位于沁水盆地南部晋城斜坡带，面积1090Km2，煤层气总资源量2656亿m3，探明储量460亿m3。,5抽采瓦斯新技术,76,5.7地面钻井煤层气抽采技术④河南省煤层气公司焦作位村矿井，地面原始煤层压裂井6口，初期单井产气量1300-1400m3/d。⑤淮南矿业集团地面采动区井15口，单井日产气量8000～25000m3/d，2007年产量803万m3⑥铁法煤业集团地面原始煤层压裂井6口，日产气稳定在3500～8000m3/d,浓度95以上地面采动区井31口，初中期平均日产气5000～22000m3/d，浓度72～96。,5抽采瓦斯新技术,77,5.8高压水射流割缝卸压抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,降低摩阻，提高导流能力（割理比水平井摩阻高3倍以上）,79,5.8高压水射流割缝卸压抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,80,5.9水力冲割煤层卸压强排强抽瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,1供水管路；2井下移动高压水力泵站；3溢流阀；4压力表；5单向阀；6截止阀；7钢丝编织高压胶管；8钻机；9高压水射流钻杆；10煤层；11回转式高压旋转接头；12球形铰接固定器；13高压旋转水射流扩孔装置；14煤渣及回水管路；15封孔材料；16封孔钢管。,81,5.10煤层注气置换抽采瓦斯技术,5抽采瓦斯新技术,,82,6.1抽采瓦斯新技术－综合抽采瓦斯技术,6综合抽采瓦斯技术,铁法工作面综合抽采瓦斯技术,83,6.1抽采瓦斯新技术－综合抽采瓦斯技术,平顶山回采面分源抽采瓦斯技术,6综合抽采瓦斯技术,84,6.2高低浓度双系统抽采瓦斯技术,晋城双系统抽采瓦斯技术,6综合抽采瓦斯技术,85,7.3回采工作面瓦斯治理尾巷排放防止回风瓦斯超限,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,阳泉二矿71211工作面“U＋L”型通风系统,86,7.3回采工作面瓦斯治理尾巷排放防止回风瓦斯超限,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,阳泉二矿21080工作面“U＋L”型通风系统,87,7.3回采工作面瓦斯治理顺层交叉钻孔抽采开采层瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,88,7.3回采工作面瓦斯治理穿层网格钻孔抽采开采层瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,89,7.3回采工作面瓦斯治理分层开采边采边抽开采层瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,90,7.3回采工作面瓦斯治理顶板水平长钻孔抽采邻近层瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,91,7.3回采工作面瓦斯治理顶板水平长钻孔抽采邻近层瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,92,7.3回采工作面瓦斯治理顶板瓦斯巷抽采邻近层瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,93,7.4工作面上隅角瓦斯治理“W型”通风防止上隅角瓦斯超限,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,回采工作面两进一回“W型”通风系统,94,7.3回采工作面瓦斯治理尾巷抽排半封闭采空区瓦斯防治回风瓦斯超限,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,95,7.4工作面上隅角瓦斯治理高位钻孔抽采采空区瓦斯防治上隅角瓦斯超限,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,96,7.5采空区瓦斯治理密闭巷道抽采全封闭采空区瓦斯,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,97,7.6综合抽采瓦斯技术,7高产高效矿井瓦斯综合治理技术,平顶山回采面分源抽采瓦斯技术,钻杆三功能通孔功能、散热功能、应力解除功能,钻穴内两条排渣路线上部风力排渣路线、下部机械排渣路线,,三河南理工大学钻具创新研究介绍,应力解除功能说明,增扭装置关键时刻给钻机助一臂之力,,102,8提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔钻孔密封是瓦斯抽采工艺的重要环节，密封质量的好坏，直接关系到瓦斯抽采效果。原则封孔深度要超过孔口的裂隙带深度，完整致密的岩孔一般3m，煤系地层钻孔一般57m，煤孔一般710m。,,103,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔方法封孔器封孔胶圈封孔器适用于岩孔,,104,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔方法水泥砂浆封孔适用于岩孔和煤孔人工封孔,,105,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔方法水泥砂浆封孔适用于岩孔和煤孔压气封孔,注浆泵封孔,,106,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔方法水泥注浆泵封孔注浆泵,,107,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔方法聚氨酯封孔适用于煤层长钻孔,,108,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽严封闭严密封孔方法带压封孔,,109,抽放钻孔“囊袋”封孔技术,,110,抽放钻孔“囊袋”封孔技术,,111,8提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,多钻孔、严封闭、综合抽综合抽多煤层开采的高瓦斯或突出矿井，针对几个主要瓦斯涌出源实现预抽、卸压抽、采空区抽的综合抽采。有条件的矿区阜新、屯留、寺河，开展地面、井下综合抽采。,