矿井瓦斯综合治理技术与管理

1、矿井瓦斯综合治理技术与管理2022年8月14日一瓦斯抽采基本知识瓦斯抽采技术及方法瓦斯抽采设计瓦斯抽采工程施工与管理二三四1、瓦斯抽放系统1.1 抽放瓦斯的目的意义和条件目的： 矿井瓦斯抽放是为了减少和解除瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备（抽放泵）和专用管道（抽放管路）造成的负压，将煤岩层中存在或释放出来的瓦斯抽出来，输送到地面或其它安全地点并加以利用。 抽放的目的就是通过抽放降低风流中的瓦斯浓度，来改善矿井的安全生产条件和安全状况。瓦斯抽采基本知识一 意义：减少瓦斯涌出，避免瓦斯燃烧或爆炸，保证矿井安全生产；防治煤与瓦斯突出，减少人员伤亡；瓦斯为工业生产和人民生活服务,变害为利,创造良

2、好的社会效益和经济效益；减少瓦斯对大气的污染,有利于生态环境的保护。瓦斯抽采基本知识一 条件： 煤矿安全规程145条、国家安全生产行业标准AQ10262006煤矿瓦斯抽采基本指标和AQ10272006煤矿瓦斯抽放规范都规定：凡符合下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：瓦斯抽采基本知识一 1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。2）矿井的绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3/min；年产量1.0-1.5Mt的矿井，大于30 m3/min；年产量0.6-1.0Mt的

3、矿井，大于25 m3/min；年产量0.4-0.6Mt的矿井，大于20 m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min；3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。瓦斯抽采基本知识一 建立地面永久瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列两个条件： 1）瓦斯抽放系统的抽放量可稳定在2 m3/min以上； 2）瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在五年以上。瓦斯抽采基本知识一 1.2 瓦斯抽采系统的构成 瓦斯抽放系统分为地面固定式瓦斯抽放系统和井下临时瓦斯抽放系统。瓦斯抽放系统主要有管道、瓦斯泵、流量计、安全装置等组成。瓦斯抽采基本知识一 瓦斯抽采基本知识一 2 瓦斯抽采基本参数2

4、.1 基本参数 1）煤层瓦斯压力: 煤层孔隙中游离瓦斯呈现的压力。MPa 2）瓦斯含量: 单位质量煤中所含的瓦斯体积。m3/t 3）瓦斯储量：指井田开采过程中能够向开采空间排放瓦斯的煤层和岩层所赋存瓦斯的总量。万m3 4）可抽瓦斯量：指在当前技术条件下瓦斯储量中能够被抽放出来的瓦斯量。万m3瓦斯抽采基本知识一 5）抽放率矿井（或采区）抽放率：矿井（或采区）抽放率是指矿井（或采区）的抽出瓦斯量占其风排瓦斯量与抽放瓦斯量之和的百分比。 工作面本开采层的抽放率：开采层的抽放率是指从开采层抽出的瓦斯量占开采层涌出及其抽出瓦斯量的百分比。 工作面邻近层的抽放率：邻近层的抽放率是指从邻近层抽出的瓦斯量占邻

5、近层涌出及其抽出量之百分比。瓦斯抽采基本知识一 6）钻孔瓦斯流量衰减系数：煤层内钻孔的瓦斯流量随时间呈衰减变化的特性系数7）煤层透气系数：表征煤层对瓦斯流动的阻力，衡量瓦斯在煤层内流动难易程度的参数。未卸压煤层的抽放瓦斯效果主要取决于其透气性系数，是煤层瓦斯抽放的最重要系数。瓦斯抽采基本知识一 煤矿抽放瓦斯类型按抽放瓦斯来源可分为4个类型：瓦斯抽采技术及方法开采煤层瓦斯抽放类型邻近层瓦斯抽放类型围岩瓦斯抽放类型采空区瓦斯抽放类型二 瓦斯抽采技术及方法二开采煤层瓦斯抽采方法类型开采煤层未卸压瓦斯抽采方法开采煤层采动卸压瓦斯抽采方法人为强化卸压瓦斯抽采方法回采工作面大面积预抽瓦斯方法煤巷掘进预抽瓦

6、斯方法边掘边抽卸压瓦斯抽采方法边采边抽卸压瓦斯抽采方法开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法水力压裂法水力割缝法长钻孔控制预裂爆破法其它强化卸压法本层采掘巷道周边卸压瓦斯抽采方法层外先采卸压瓦斯抽采方法岩巷揭煤层预抽瓦斯方法1、图1 开采煤层瓦斯抽放方法类型瓦斯抽采技术及方法1）开采煤层未卸压瓦斯抽放方法岩巷揭煤层预抽瓦斯方法煤巷掘进预抽瓦斯方法回采工作面预抽瓦斯方法 二瓦斯抽采技术及方法二图2 开采煤层未卸压瓦斯抽采瓦斯抽采技术及方法二图3 开采煤层未卸压瓦斯抽采瓦斯抽采技术及方法2）开采煤层采动卸压瓦斯抽放方法开采煤层采掘巷道周边卸压瓦斯抽放方法开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法二瓦斯抽采技术

7、及方法二图4 开采煤层采掘巷道周边卸压瓦斯抽放方法瓦斯抽采技术及方法开采保护层抽放瓦斯的作用：减少被保护层卸压瓦斯向保护层回采工作面涌出，等于抽放了下邻近层涌出的卸压瓦斯，保障了保护层安全开采；消除被保护层煤与瓦斯突出危险；减少被保护层（主开采煤层）巷道掘进及回采的瓦斯涌出，消除瓦斯威胁。开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯的方法:上保护层开采抽放被保护层（开采层）瓦斯方法；下保护层开采抽放被保护层（开采层）瓦斯方法；混合式抽放上、下被保护层瓦斯方法。二瓦斯抽采技术及方法二图5 开采保护层抽放开采煤层卸压瓦斯方法瓦斯抽采技术及方法二下邻近层卸压瓦斯抽采方法邻近层瓦斯抽采方法类型上邻近层卸压瓦斯抽采方

8、法钻孔抽采瓦斯方式巷道抽采瓦斯方式钻孔巷道混合抽采瓦斯方式图6 邻近层瓦斯抽放方法类型2、瓦斯抽采技术及方法二图6 下邻近层瓦斯抽放瓦斯抽采技术及方法二图7 上邻近层瓦斯抽放瓦斯抽采技术及方法二围岩瓦斯抽采方法类型顶底板围岩采动卸压瓦斯抽采方法围岩裂隙（溶洞）喷出瓦斯抽采方法作为邻近层瓦斯被抽采涌入采空区瓦斯被抽采钻孔方式抽采封闭巷道插管抽放方式图8 围岩瓦斯抽放方法类型3、瓦斯抽采技术及方法二图9 采空区瓦斯抽放方法类型钻孔抽放方式巷道抽放方式插（埋）管抽放方式钻孔抽放方式密闭插管抽放方式采空区瓦斯抽放方法类型回采工作面采空区瓦斯抽放方法老采空区瓦斯抽放方法采空区冒落拱（带）卸压瓦斯边采边抽

9、方法采空区积聚瓦斯抽放方法工作面上隅角瓦斯抽放方法地面钻孔抽放密闭抽放报废矿井瓦斯抽放方法4、瓦斯抽采技术及方法二图9 钻孔抽放采空区冒落拱卸压瓦斯方法 瓦斯抽采技术及方法二图10 埋管抽放采空区瓦斯方法 1、概述1.1 设计阶段划分正规的瓦斯抽采工程设计一般包括以下两个阶段：初步设计：作为上级主管部门审批立项的依据，设计文件包括初步设计说明书、主要机电设备目录、概算书和设计图纸；施工设计：作为工程施工的依据，设计文件为施工设计图。根据需要可编制施工图预算。瓦斯抽采设计三1.2 设计依据矿井瓦斯抽采工程设计委托书；矿井初步设计说明书；矿井瓦斯抽采可行性论证报告；矿井提供的其他资料和数据； 瓦斯

10、抽采工程初步设计；瓦斯抽采站工程地质勘探报告；主要设备的安装尺寸、技术参数和基础安装图等。瓦斯抽采设计三1.3 设计内容瓦斯抽采方法及工艺设计；瓦斯抽采管路系统设计；瓦斯抽采泵站设计；瓦斯抽采利用方案设计；瓦斯抽采监测及通讯设计；瓦斯抽采泵站环保及消防设计。瓦斯抽采设计三2、设计所需基础资料矿井基本情况；煤层赋存情况；地质构造情况矿井开拓与开采情况；矿井通风情况；矿井瓦斯情况。瓦斯抽采设计三3、可行性论证瓦斯抽采可行性论证的目的；瓦斯抽采可行性论证的内容；矿井瓦斯资源评价；矿井瓦斯涌出量预测；瓦斯抽采的可行性论证；瓦斯抽采规模的确定。瓦斯抽采设计三瓦斯抽采设计三3、必要性和可行性论证3.1 必

11、要性凡符合下列情况之一时，必须建立瓦斯抽采系统： 1 高瓦斯矿井； 2 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，且用通风方法解决瓦斯问题不合理的矿井； 3 矿井绝对瓦斯涌出量达到下列条件时： 1）大于或等于40m3/min； 2）年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min； 3）年产量0.61.0 Mt的矿井，大于25m3/min；瓦斯抽采设计三 3）年产量0.61.0 Mt的矿井，大于25m3/min； 4）年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min； 5）年产量小于或等于0.4 Mt的矿井，大于15m3/min； 4 开采有

12、煤与瓦斯突出危险煤层的矿井。因此，可以从矿井瓦斯涌出预测情况、矿井通风能力、煤与瓦斯突出危险性和环境保护利用等方面去论证瓦斯抽放的必要性。瓦斯抽采设计三3.2 可行性瓦斯抽放的可行性主要从开采层瓦斯抽放的难易程度去论证，即论证技术上的可行性。瓦斯抽采的主要目的是保证矿井安全生产，所以一般不从经济上去论证瓦斯抽放的可行性。开采层瓦斯抽采的可行性取决于煤层的自然透气性，其评价指标有两个：煤层的透气性系数()和钻孔瓦斯流量衰减系数()。国家安全生产监督管理总局于2006年颁布的矿井瓦斯抽采规范规定的开采层预抽瓦斯可行性评价标准见下表 。 开采层预抽瓦斯难易程度表抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数 (d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2d)容易抽采10可以抽采0.0030.05100.1较难抽采0.050.1瓦斯抽采设计三4 抽采方法设计瓦斯来源分析；抽采瓦斯方法选择；抽采参数的确定；抽采钻孔布置与施工；抽采面配置、抽采量及钻孔工程量预计；抽采钻孔施工设备选型。瓦斯抽采设计三4 抽采方法设计瓦斯来源分析；抽采瓦斯方法选择；抽