矿大课件—煤与瓦斯共采技术

1、4 4 煤与瓦斯共采技术煤与瓦斯共采技术 4-1 4-1 煤与瓦斯共采的基本概念煤与瓦斯共采的基本概念 4-2 4-2 采前地面钻井开采煤层气技术采前地面钻井开采煤层气技术 4-3 4-3 采动卸压瓦斯抽采技术采动卸压瓦斯抽采技术 4-4 4-4 瓦斯综合利用技术瓦斯综合利用技术 4-5 4-5 煤与瓦斯共采的经济评价煤与瓦斯共采的经济评价5-1 煤与瓦斯共采的基本概念 一、煤与瓦斯赋存特性一、煤与瓦斯赋存特性 二、我国煤矿瓦斯灾害现状二、我国煤矿瓦斯灾害现状 三、煤与瓦斯共采技术体系三、煤与瓦斯共采技术体系：煤储层变质程度高、渗透：煤储层变质程度高、渗透率低、压力小和含气饱和度低的特点。率低

2、、压力小和含气饱和度低的特点。 我国我国70%煤层渗透率煤层渗透率110-3m2(阳泉阳泉3#煤煤为为0.0375 10-3m2 、淮北、淮北8#煤为煤为0.0075 10-3m2、抚顺煤田为（、抚顺煤田为（0.5 3.8）10-3m2、美国、美国SanJuan煤田为（煤田为（5 15 ）10-3m2 、BlackWarrier煤田为（煤田为（1 25 ）10-3m2 ）2004年郑州大平煤矿“10.20”瓦斯爆炸事故死亡148人，陕西铜川陈家山煤矿“ 11.28”瓦斯爆炸事故死亡166人，2005年辽宁孙家湾煤矿海州立井“2.14”瓦斯爆炸事故死亡214人。煤层瓦斯（煤层瓦斯（CH4）是有害

3、气体，同时又是洁）是有害气体，同时又是洁净能源。净能源。 瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出，一直是我国煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出，一直是我国煤矿所面临的重大灾害。同时，因煤炭开采而排所面临的重大灾害。同时，因煤炭开采而排放到大气中的瓦斯还造成了严重的环境破坏放到大气中的瓦斯还造成了严重的环境破坏。将煤层瓦斯作为一种资源（即所谓的煤层。将煤层瓦斯作为一种资源（即所谓的煤层气）加以抽采利用，是解决上述问题的根本气）加以抽采利用，是解决上述问题的根本出路。出路。 煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采技术体系煤与瓦斯共采技术体系煤层采前抽采煤层采前抽采煤层卸压抽采煤层卸压抽采提高瓦斯抽采率、降低矿井瓦斯涌出量、

4、消除瓦斯事故提高瓦斯抽采率、降低矿井瓦斯涌出量、消除瓦斯事故瓦斯资源化利用、消除大气污染瓦斯资源化利用、消除大气污染 本煤层本煤层卸压瓦斯卸压瓦斯 邻近层邻近层卸压瓦斯卸压瓦斯远距离煤层远距离煤层卸压瓦斯卸压瓦斯 回风井回风井风流瓦斯风流瓦斯 老采空区老采空区卸压瓦斯卸压瓦斯5-2 采前地面钻井开采煤层气技术 一、开采工艺一、开采工艺 二、适用条件二、适用条件 三、工程实例三、工程实例 阳泉目前共打阳泉目前共打1313口地面羽状水口地面羽状水平井、平井、1111口地面垂直井进行抽采煤层口地面垂直井进行抽采煤层瓦斯试验，瓦斯试验， 最好的单井瓦斯抽采量最好的单井瓦斯抽采量40004000立方米立

5、方米/ /天左右。天左右。我国已钻的我国已钻的200多口采前地面煤层气井中，多口采前地面煤层气井中，稳产高产井很少，单井产量超稳产高产井很少，单井产量超3000m3/d的的也只有约也只有约30口。口。(SanJuan煤田煤田(14 28) 106m3/d） 如何提高煤层采前渗透率是目前尚未解决如何提高煤层采前渗透率是目前尚未解决的难题的难题 。5-3 采动卸压瓦斯抽采技术 一、采动岩层移动对瓦斯卸压运移的影响一、采动岩层移动对瓦斯卸压运移的影响 二、本煤层采动卸压瓦斯抽采技术二、本煤层采动卸压瓦斯抽采技术 三、煤层群采动卸压瓦斯抽采技术三、煤层群采动卸压瓦斯抽采技术 实践证明，一旦煤层采动，煤

6、层渗透率将实践证明，一旦煤层采动，煤层渗透率将增大数十倍至数百倍。因此，我国应重视增大数十倍至数百倍。因此，我国应重视对卸压瓦斯的抽放。将煤层瓦斯作为一种对卸压瓦斯的抽放。将煤层瓦斯作为一种资源，资源，煤矿从采掘部署上把瓦斯抽放当作煤矿从采掘部署上把瓦斯抽放当作正规的开采工艺流程，利用采动矿山压力正规的开采工艺流程，利用采动矿山压力与岩层移动对煤层瓦斯的卸压作用，从时与岩层移动对煤层瓦斯的卸压作用，从时间、空间与资金上给于保证，对抽放瓦斯间、空间与资金上给于保证，对抽放瓦斯进行利用进行利用 。 一、采动岩层移动对瓦斯卸压运移的影响一、采动岩层移动对瓦斯卸压运移的影响 显然，瓦斯卸压运移与采动岩

7、层移动显然，瓦斯卸压运移与采动岩层移动及采动裂隙的动态分布特征有着紧密及采动裂隙的动态分布特征有着紧密的关系。的关系。 岩层控制的关键层理论为采动岩层运动规律提供了新的理论基础。卸压瓦斯抽采技术体系 O”O” 煤与煤层气共采的煤与煤层气共采的“O”形圈理论形圈理论 “O”形圈相当于一条形圈相当于一条“瓦斯河瓦斯河”，周围煤岩，周围煤岩体中的瓦斯解析后通过渗流不断地汇集到这体中的瓦斯解析后通过渗流不断地汇集到这条条“瓦斯河瓦斯河”中。因此，卸压瓦斯抽放钻孔中。因此，卸压瓦斯抽放钻孔应打到采动裂隙应打到采动裂隙“O”形圈内，以保证钻孔连形圈内，以保证钻孔连续抽采、较高的瓦斯抽采率。续抽采、较高的瓦

8、斯抽采率。“O”形圈抽放理论形圈抽放理论，在一些矿区（如淮北、阳泉、淮南）的卸压瓦斯抽放中对钻孔布置起到指导作用。桃园矿地面瓦斯抽放钻井位置平面示意图桃园地面斯抽放站照片抽放瓦斯点火照片关键层运动对瓦斯卸压运移的影响 关键层运动影响邻近层瓦斯动态涌出 主关键层位置影响下解放层最大卸压高度 关键层运动影响卸压瓦斯抽采钻孔破坏：导气裂隙带；：导气裂隙带；：卸压解吸带；：卸压解吸带；：原始赋存带：原始赋存带瓦斯卸压运移的瓦斯卸压运移的“三带三带” 阳泉15煤综放面初采期瓦斯涌出特征统计结果邻近层瓦斯涌出特征邻近层瓦斯没有涌入工作面邻近层瓦斯涌出第1次峰值邻近层瓦斯涌出第2次峰值高抽巷开始大量抽出瓦斯

9、推进距/m瓦斯涌出量/m3min-110.121.5/16.110.121.5/16.120.626/24.53741.6/38.51.36.44/3.27.516/10.517.029.0/22.71.56.1/4.08205综放面具有三层关键层结构综放面上覆岩层移动动态及卸压瓦斯涌出规律K8206综放面一层复合关键层结构上覆岩层移动动态及卸压瓦斯涌出规律 覆岩关键层结构对初采期邻近层瓦斯卸压涌出特征起控制作用，不同关键层结构条件下邻近层瓦斯卸压涌出的规律不同，治理初采期瓦斯的后高抽巷应根据具体覆岩关键层结构进行布置。03502802504500175275煤 层关 键 层017545027

10、5煤 层03502M Pa11M Pa1M Pa10M Pa9M Pa8M Pa7M Pa6M Pa5M Pa4M Pa3M Pa1M Pa2M Pa3M Pa4M Pa5M Pa6M Pa7M Pa8M Pa9M Pa10M Pa11M Pa0.3M Pa0.3M Pa标高为+240m观测线的应力图1.00E+061.50E+062.00E+062.50E+063.00E+063.50E+064.00E+06050100150200250300350400450X(m)(Pa)模型中无关键层模型中有关键层模型中无关键层模型中有关键层走向长度/m300250200150100500350400

11、4503.02.52.01.51.00.50.0-0.5膨胀率/mm/m煤层上方240m处岩层膨胀率分布模拟实验台实物模型尺寸：3.2m1.7m1.6m模型主体框架图模型采动系统图 UI型通风 U型通风Fluent数值模拟数值模拟首 采 煤 层地 表采动卸压瓦斯抽采采动卸压瓦斯抽采冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机

12、巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况中国煤矿瓦斯抽采量的增长情况阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、晋城、抚顺晋城、抚顺 、淮北等、淮北等1010个矿业集个矿业集团年抽采量超过团年抽采量超过1 1亿立方米亿立方米山西、辽宁、安徽、重庆等山西、辽宁、安徽、重庆等5 5个省个省市年抽采量超过市年抽采量超过2 2亿立方米亿立方米 三、煤层群采动卸压瓦斯抽采技术三、煤层群采动卸压瓦斯抽采技术 5

13、-4 5-4 瓦斯综合利用技术瓦斯综合利用技术 一、民用燃气一、民用燃气 二、瓦斯发电二、瓦斯发电 三、其它工业用途三、其它工业用途 四、瓦斯液化利用四、瓦斯液化利用 阳煤集团是我国最早瓦斯利用的企业之一，已经有50年的历史。累计抽采瓦斯46亿立方米，利用瓦斯11亿立方米。 建造储配站6座，敷设中低压输配管路791公里。 2007年抽采4.4亿m3，浓度30%以上的可利用瓦斯量3亿立方米。 民用和发电等工业总利用量1.98亿立方米，利用率66%。阳泉市阳泉市1212万户居民约万户居民约7070万人都已经用上了瓦斯做饭万人都已经用上了瓦斯做饭 矿区主要办公楼逐步改造中央燃气空调矿区主要办公楼逐步

14、改造中央燃气空调中央燃气空调中央燃气空调中央燃气空调中央燃气空调食堂燃气灶食堂燃气灶瓦斯发电厂瓦斯发电厂 现一期已经建设成三个瓦斯发电站，现一期已经建设成三个瓦斯发电站，其中赛鱼瓦斯发电站其中赛鱼瓦斯发电站5.4 MW5.4 MW（3 318001800），），贵石沟瓦斯发电站贵石沟瓦斯发电站11.4MW11.4MW（6 619001900），神），神堂嘴瓦斯发电站堂嘴瓦斯发电站12.2 MW12.2 MW（4 430403040），总），总发电量发电量29MW29MW。 已建成一期年产已建成一期年产4040万万t t氧化铝焙烧工程氧化铝焙烧工程计划二期年产计划二期年产8080万吨万吨氧化铝氧

15、化铝1010年规划年产年规划年产120120万吨万吨氧化铝氧化铝大型工业燃气锅炉大型工业燃气锅炉陶瓷燃气窑炉陶瓷燃气窑炉自动化永磁材料烧结生产线自动化永磁材料烧结生产线瓦斯液化工厂瓦斯液化工厂矿交车矿交车排矸车排矸车 5-5 5-5 煤与瓦斯共采的经济评价煤与瓦斯共采的经济评价作业动因库作业动因库高抽巷高抽巷管线管线抽采大队抽采大队泵站泵站作业动因作业动因材料电力职工薪酬折旧费其他成本要素成本要素瓦斯成本 瓦斯气成本要素阳泉三矿实际成本构成表阳泉三矿实际成本构成表 单位：万元单位：万元作业动因作业动因年限年限200520052006200620072007高抽巷成本高抽巷成本573.46573

16、.46860.22860.221715.351715.35泵站成本泵站成本70.3170.31172.4172.4223.6223.6管线成本管线成本413.87413.87743.19743.191078.931078.93抽采大队成本抽采大队成本135.7018135.701847.984547.984519.107919.1079合合 计计1193.34181193.34181823.79451823.79453036.98793036.9879瓦斯抽采量（万瓦斯抽采量（万m m3 3）3020.813020.818001.348001.347085.187085.18矿井瓦斯抽采单位成本矿井瓦斯抽采单位成本（元（元/m/m3 3）0.39500.39500.22790.22790.42860.4286三矿各个成本要素波动均较大三矿各个成本要素波动均较大五矿实际成本构成表五矿实际成本构成表 单位：万元单位：万元作业动因作业动因年限年限200520062007高