王魁军：矿井瓦斯涌出量预测与抽放(简)

1、煤炭科学研究总院首届科技论坛 矿井瓦斯防治技术优选瓦斯涌出量预测与抽放2008年12月8日煤炭科学研究总院首届科技论坛汇报主要内容:第一部分、矿井瓦斯涌出量预测筛选第二部分、煤矿瓦斯抽放技术优化2第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选一、瓦斯涌出量预测筛选研究的内容及目标二、瓦斯涌出量预测筛选原则三、瓦斯涌出量预测筛选结果四、瓦斯涌出量预测技术研究展望 3第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选一、研究筛选的内容及目标 、研究筛选的内容（1）地勘瓦斯含量测定技术；（2）煤层瓦斯赋存参数测试技术；（3）矿井瓦斯涌出量预测技术。 、筛选研究的目标 （1）优化集成我国先进适用的瓦斯涌出预测技术，形成适用于我国矿区

2、特点的矿井瓦斯涌出预测技术体系。 （2）提出我国目前广泛应用的矿山统计法、分源预测法等预测技术的适用条件，并根据不同条件推广应用先进适用的瓦斯涌出预测技术。 4第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选 二、筛选原则 以调研、查询及检索到的各种预测技术为基础，进行归类综述然后以此为基础全面系统地进行筛选。 重点筛选应用范围广、适用性强，便于煤矿现场应用，应用效果较好的预测技术。这方面的技术在报告中作重点论述，包括技术原理、适用条件、测定步骤、测定仪器、应用情况及典型应用等。 对于不适用现场或目前已不再应用的瓦斯涌出预测技术，除在报告中综述作简要介绍外，不再作重点论述。5第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选三

3、、矿井瓦斯涌出预测技术筛选流程及筛选结果 矿井瓦斯涌出预测技术筛选流程图 图14种5种7种8种8种1种4种3种1种4种6第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选3.1、地勘瓦斯含量测定技术筛选及适用性 筛选依据 地勘钻孔瓦斯解吸法和真空罐法、集气式岩芯采取器法相比，技术比较成熟，成功率和可靠性高；真空罐法和集气式岩芯采取器法在我国现在已经不再使用。 地勘钻孔瓦斯解吸法已制定标准，并得到推广应用；1984年制定了编号为MT77-84的煤炭工业部标准煤层瓦斯含量和成分测定方法（解吸法）（后被编号为MT/T 77-94的标准煤层瓦斯测定方法（解吸法）所取代），2007年又对其进行了修订； 间接测定方法主要存

4、在测压困难，所以限制了此种方法在地勘中的应用，使此种方法主要应用在生产矿井中。 筛选结果 筛选出地勘瓦斯含量测定技术为地勘钻孔瓦斯解吸法。地勘瓦斯含量测定技术筛选框架图 图24种7矿井瓦斯涌出预测技术筛选及适用性研究3.2、井下瓦斯含量测定技术筛选及适用性 筛选依据 井下解吸法测定煤层瓦斯含量准确率较高且方便快捷，它在我国煤矿本煤层、邻近层瓦斯含量测定中广为采用。 朗格缪尔法和快速测定法在我国应用的较多且可信度较高； 含量系数法用于分析瓦斯流动规律或要求不甚精确的的场合时，比较简便。 筛选结果 最后筛选出的井下煤层瓦斯含量测定方法为井下解吸法、朗格缪尔法、含量系数法及瓦斯含量的快速测定法。井下

5、瓦斯含量测定技术筛选框架图 图35种8第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选井下瓦斯压力测定技术框架图 图43.3、煤层瓦斯压力测定技术筛选及适用性筛选依据 直接法是煤矿井下测定瓦斯压力的首选方法，此种方法测定结果准确、应用广泛。 在不具备直接法测定的条件下或与直接法进行对比时常采用间接法，用的较为成熟且可信度较高的是朗格缪尔法及快速测定方法， 。 筛选结果 最后筛选出的煤层瓦斯压力测定技术为直接法、朗格缪尔法及快速测定煤层瓦斯压力方法7种9第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选煤层透气性系数的测定技术筛选框架图 图53.4、煤层透气性系数的测定技术筛选及适用性筛选依据 煤层透气性系数的测定方法分为实验室

6、测定和现场测定。 实验室测定与现场测定有很大的差别，其相差数倍、数十倍甚至上百倍。目前实验室的测定值还不能直接真室反映现场的实际情况； 综合分析现场煤层透气性系数的各种测定方法，从理论推导及现场应用的情况分析比较，钻孔径向流量法与其它方法相比，具有数学推导方法合理，现场应用方便，计算简单之优点。且该方法在我国煤矿现场中得到了广泛的应用。并被作为标准测定方法列入教科书及相关文献。 筛选结果 最后筛选出煤层透气性系数的测定技术为钻孔径向流量法。8种10第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选矿井瓦斯涌出量预测技术框架图 图63.5、矿井瓦斯涌出量预测技术筛选及适应性8种11矿井瓦斯涌出预测技术筛选及适用性

7、研究 3.5、矿井瓦斯涌出量预测技术筛选及适应性筛选依据 分源预测法和矿山统计法已经达到实用阶段，并且于2006年发布了安全生产行业标准矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006）。 含量法主要是国外的几种方法,在我国分源预测法建立之前应用较多，现在在现场的基本不再应用； 类比法由于简单可行，现场应用也较多。 灰色系统预测法、神经网络预测法由于计算过程复杂，必须借助计算机的编程，所以很少有现场采用，且目前还在探索阶段； 瓦斯地质数学模型法是一种可以同时处理定性变量和定量变量的多元统计分析方法，现场有一定的应用。 速度预测法是以现场实测的瓦斯涌出初速度V0与衰减系数为基础，只在相关文献上报告

8、过，现场没有应用。 筛选结果 最后筛选出矿井瓦斯涌出量预测技术为矿山统计法、分源预测法、类比法及瓦斯地质数学模型法。12第一部分矿井瓦斯涌出预测技术筛选 四、瓦斯预测技术研究展望 完善地勘钻孔瓦斯解吸方法 研究准确合理的瓦斯初始解吸时间参数，完善地面勘探钻孔取芯过程中煤样损失量补偿的方法，并研发地面钻孔瓦斯含量快速测定配套装备，提高煤层瓦斯含量测值的稳定性与准确性。 研究和完善煤层瓦斯压力、含量快速测定技术及装备 改进、完善与提高以煤层瓦斯压力、瓦斯含量等主要瓦斯特征参数测定技术，提高测定的快速准确性。 进一步完善分源预测法 分源预测法计算公式中,部分参数的取值具有随意性,预测结果有不确定的成

9、份，所以此种方法还需进一完善，尤其是预测公式中各种参数的取值更应科学合理，以提高预测精度及适用范围。 逐渐发展、完善并推广动态预测技术 矿井实现动态预测可以真实反映具有动态行为的采掘工作面生产过程中的瓦斯涌出实际情形，使预测更具有针对性、时效性、可靠性，以适应现代矿井高产高效建设的需要，这一技术也是今后发展的重点方向。13第二部分、煤矿瓦斯抽放优选1、瓦斯抽放方法优选的前提和必要性2、矿井瓦斯抽放技术方法的优选方法 3、煤矿瓦斯抽放方法的分类 4、煤矿瓦斯抽放方法的优选结果 5、影响瓦斯抽放效果因素分析6、今后瓦斯抽放工作建议第二部分、煤矿瓦斯抽放优选一、瓦斯抽放方法优选的前提和必要性、矿井瓦

10、斯抽放方法优选的前提 长期的生产实践证明，矿井瓦斯抽放是目前保证煤矿安全生产、防治瓦斯灾害的主要手段。 经过数十年的试验研究与实践，我国煤矿瓦斯抽放技术已积累了上百种瓦斯抽放方式和方法，煤矿瓦斯抽放的规模有了很大发展，已具备对各种瓦斯抽放方式方法进行技术优选和优化的条件。 、矿井瓦斯抽放方法优选的必要性 为保障煤矿有效治理瓦斯灾害，实现“抽采达标”，确保煤矿高效、高产安全生产，各煤矿有必要针对本矿的地质、开采条件，选择经济有效的瓦斯抽放方式方法。 在上百种瓦斯抽放方法中，有些虽然符合相关规范与标准，并且在特定条件下应用也能解决实际问题，但应用范围不广，也不能取得很高的抽放率，因此有必要将国内应

11、用范围广、效果好、有发展潜力的抽放技术挑选出来，以便于重点推广。第二部分、煤矿瓦斯抽放优选二、瓦斯抽放优选方法、以现有资料文献列出的抽放瓦斯方法分类方案为基础，先对现有的瓦斯抽放方式方法进行分类，把分散的各矿应用试验过的有效瓦斯抽放方法进行归类。、在同一类型的瓦斯抽放方法中，系统地进行对比、优选和优化。第二部分、煤矿瓦斯抽放优选三、煤矿瓦斯抽放方法分类、煤矿抽放瓦斯方法分类方案 根据国内外煤矿抽放瓦斯类型、方法及方式分类的特点，结合我国煤矿抽放瓦斯技术的实际应用情况、发展趋势及习惯称谓，同时为了让煤矿便于结合本矿瓦斯涌出源选用合理的抽放方法，本次提出以瓦斯源及抽放作用原理为基础的煤矿瓦斯抽放分

12、类方法和方案，并据此进行煤矿瓦斯抽放方法优选及适用条件的分析研究。第二部分、煤矿瓦斯抽放优选三、煤矿瓦斯抽放方法分类、煤矿瓦斯抽放类型煤矿瓦斯抽放类型以抽放瓦斯源为基础，可分为4个类型，即：开采煤层瓦斯抽放；邻近层瓦斯抽放；围岩瓦斯抽放；采空区瓦斯抽放。第二部分、煤矿瓦斯抽放优选开采煤层瓦斯抽放方法类型开采煤层未卸压瓦斯抽放方法开采煤层采动卸压瓦斯抽放方法人为强化卸压瓦斯抽放方法回采工作面大面积预抽瓦斯方法煤巷掘进预抽瓦斯方法边掘边抽卸压瓦斯抽放方法边采边抽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放方法层

13、外先采卸压瓦斯抽放方法开采煤层瓦斯抽放方法岩巷揭煤层预抽瓦斯方法三、煤矿抽放瓦斯方法分类下邻近层卸压瓦斯抽放方法邻近层瓦斯抽放方法类型上邻近层卸压瓦斯抽放方法钻孔抽放瓦斯方式巷道抽放瓦斯方式钻孔巷道混合抽放瓦斯方式邻近层瓦斯抽放方法 三、煤矿抽放瓦斯方法分类围岩瓦斯抽放方法类型顶底板围岩采动卸压瓦斯抽放方法围岩裂隙（溶洞）喷出瓦斯抽放方法作为邻近层瓦斯被抽放涌入采空区瓦斯被抽放钻孔方式抽放封闭巷道插管抽放方式围岩瓦斯抽放方法 三、煤矿抽放瓦斯方法分类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报废矿

14、井瓦斯抽放方法采空区冒落拱（带）卸压瓦斯边采边抽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采空区抽放瓦斯方法 三、煤矿抽放瓦斯方法分类第二部分、煤矿瓦斯抽放优选 四、煤矿抽放瓦斯方法优选结果 把我国现有的一百多种瓦斯抽放方式方法，分为种瓦斯抽放类型进行梳理、比较、优化，共优选41种煤矿瓦斯抽放方法。这些抽放方式方法可以作为各矿选用瓦斯抽放方法的技术依据, 抽放率值也可供瓦斯抽放设计中参考。四、煤矿抽放瓦斯方法优选结果 序号煤矿抽放瓦斯方法名称参考抽放率（）一开采煤层瓦斯抽放方法1.立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法2.石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯方法3.煤巷掘进预抽（排）

15、瓦斯方法4.煤巷先抽后掘抽放瓦斯方法5.穿层钻孔大面积预抽瓦斯方法6.顺层上向钻孔预抽瓦斯方法7.顺层下向孔预抽瓦斯方法8.顺层走向水平孔预抽瓦斯方法9.顺层交叉网状钻孔抽放瓦斯方法10.边掘边抽卸压瓦斯方法11.边采边抽卸压瓦斯方法12.开采上保护层抽放开采煤层（被保护层）瓦斯方法13.开采下保护层抽放开采煤层瓦斯方法14.混合式抽放上、下保护层瓦斯方法15.水力压裂强化抽放开采煤层瓦斯方法16.水力割缝强化抽放开采煤层瓦斯方法17.长钻孔控制预裂爆破强化抽放开采煤层瓦斯方法303030303030-403030404040-50(含预抽量)40-6050-6050-7030-7040-50

16、40-50四、煤矿抽放瓦斯方法优选结果 序号煤矿抽放瓦斯方法名称参考抽放率（）二邻近层卸压瓦斯抽放方法1.平行穿层钻孔抽放上邻近层瓦斯方法2.迎面斜交钻孔抽放上邻近层瓦斯方法3.顶板走向长钻孔抽放上邻近层瓦斯方法4.地面垂直钻孔抽放上邻近层（含采空区）瓦斯方法5.走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯方法6.倾斜高抽巷抽放上邻近层瓦斯方法7.走向高、中、低位抽瓦斯巷相结合的抽放上邻近层瓦斯方法8.下向孔抽放下邻近层瓦斯方法（因为底板涌水，投放效果一般较差）9.上向孔抽放下邻近层瓦斯方法三围岩瓦斯抽放方法1.邻近围岩瓦斯抽放方法（与邻近层瓦斯抽放相结合）2.钻孔抽放地质构造裂隙带瓦斯方法3.钻孔抽放围岩孔洞

17、（溶洞）瓦斯方法4.密闭瓦斯喷出巷道抽放围岩瓦斯方法50-80506080四、煤矿抽放瓦斯方法优选结果 序号煤矿抽放瓦斯方法名称参考抽放率（） 四采空区瓦斯抽放方法1.从回风巷布孔抽放卸压带、冒落带瓦斯方法2.从回风巷抬高钻场布孔抽放卸压带、冒落带瓦斯方法3.低位专用抽瓦斯巷抽放采空区卸压带、冒落带瓦斯方法4.密闭回风巷横贯插管抽放采空区积聚瓦斯方法5.密闭尾巷抽放采空区积聚瓦斯方法6.埋管抽放采空区积聚瓦斯方法7.顶煤专用巷道抽放采空区瓦斯方法（放顶煤采煤方法）8.顶煤专用巷与埋（插）管相结合抽放采空区瓦斯方法（放顶煤采煤方法）9.钻孔抽放老采空区瓦斯方法（井下钻孔及地面钻孔）10.密闭插管

18、抽放老采空区瓦斯方法11.上隅角工作面瓦斯抽放方法40-5040-6050-6030303050-8050-9030-7030-5015-20综合抽放瓦斯类型多瓦斯源综合抽放方法开采煤层全过程综合抽放瓦斯方法多邻近层综合抽放瓦斯方法采空区瓦斯综合抽放方法钻孔抽放，巷道抽放、插埋管等抽放方式五、综合瓦斯抽放方法 第二部分、煤矿瓦斯抽放优选第二部分、煤矿瓦斯抽放优选 六、影响瓦斯抽放效果因素分析（1）煤层地质赋存条件：如煤系地层的煤层层数、层间距离、岩性、煤层厚度、倾角、煤层瓦斯含量、透气性及地质构造等等。属于自然因素，不是人为可以改变的。 （2）煤层开采技术条件：如煤层群的开采顺序，开采方法、巷道布置、开采强度、通风方式及采掘接替等等。开采技术条件应考虑有足够抽放瓦斯时间及抽瓦斯工程布置、施工的空间及时间，以达到高效抽放瓦斯。 （3）抽放瓦斯的方式方法及合理工艺参数：如瓦斯源的定量确定，钻孔及集瓦斯巷的布置方式及参数，合理的抽放工艺（如负压、泵站管路设计