煤矿瓦斯灾害和瓦斯治理（完整版）

2023/1/101煤矿瓦斯灾害和瓦斯治理——瓦斯地质和气相压裂瓦斯综合治理2023/1/102汇报提纲中国煤矿瓦斯灾害的历史和现状瓦斯地质及其在瓦斯治理中的应用低渗煤层气相压裂瓦斯综合治理技术和应用气相压裂瓦斯抽采机理和工艺技术气相压裂瓦斯治理工业试验：掘进面气相压裂卸压增透消突试验回采面气相压裂增透快速抽采试验坚硬顶板气相压裂顶板弱化处理试验突出煤层气相压裂井筒快速揭煤试验煤层气地面抽采治理瓦斯意义和前景2023/1/1032005-2014年全国煤炭生产情况2023/1/1042014年前10位产煤省（区）2023/1/1052014年产量前10位煤炭企业2023/1/106中国煤矿瓦斯现状瓦斯灾害制约中国煤炭安全生产随采深增加，瓦斯灾害日益严重中国年增加采深15-30m，瓦斯增加1m3/t2012年12281处煤矿其中高瓦斯和突出矿井3284处，比2011年（2895处）增加389处，突出矿井增加50处2023/1/107高瓦斯矿井总数量2859对

中国高瓦斯煤矿分布2023/1/108突出矿井总数量647对2008年突出井数达到780对中国突出煤矿分布2023/1/109

2005～2014年度煤矿事故情况

2023/1/10102005～2014年度瓦斯事故情况2023/1/1011

2005～2014年度百万吨死亡率情况

2023/1/1012中国煤矿瓦斯灾害历史回顾1950年至今中国一次死亡100人以上煤矿事故情况11950.02.27河南省宜洛煤矿老李沟井瓦斯爆炸18721954.12.06内蒙古包头大发煤矿瓦斯煤尘爆炸10431960.05.09山西大同矿务局老白洞煤矿瓦斯煤尘爆炸68441960.05.14四川重庆松藻二井煤与瓦斯突出12551960.11.28河南平顶山矿务局龙山庙煤矿瓦斯煤尘爆炸18761960.12.15四川重庆中梁山煤矿南井瓦斯煤尘爆炸12471961.03.16辽宁抚顺矿务局胜利煤矿电器火灾11081968.10.24山东新汶矿务局华丰煤矿煤尘爆炸10891969.04.04山东新汶矿务局潘西煤矿二号井煤尘爆炸115101975.05.11陕西铜川矿务局焦坪煤矿前卫斜井瓦斯煤尘爆炸101111977.02.24江西丰城矿务局坪湖煤矿瓦斯爆炸114121981.12.24河南平顶山矿务局五矿瓦斯煤尘爆炸1332023/1/1013131991.04.21山西洪洞县三交合煤矿瓦斯煤尘爆炸147141996.11.27山西大同市新荣区郭家窑乡东村煤矿瓦斯煤尘爆炸114152000.09.27贵州省水城矿务局木冲沟煤矿瓦斯煤尘爆炸162162002.06.22黑龙江省鸡西城子河煤矿瓦斯爆炸124172004.10.20河南郑煤集团大平煤矿瓦斯爆炸148182004.11.28陕西铜川陈家山煤矿瓦斯爆炸166192005.02.14辽宁阜新矿业集团孙家湾海州立井瓦斯爆炸214202005.08.07广东省兴宁市大兴煤矿透水事故123212005.11.27黑龙江七台河矿务局东风煤矿煤尘爆炸171222005.12.07河北省唐山市开平区刘官屯煤矿瓦斯爆炸108232007.8.17山东新泰市华源公司透水事故172242007.12.05山西洪洞县原新窑煤矿瓦斯爆炸105252009.11.21黑龙江鹤岗新兴煤矿瓦斯爆炸108100人以上煤矿事故25起，瓦斯爆炸19起，占76%。中国煤矿瓦斯灾害历史回顾2023/1/1014世界上10大煤矿死亡事故2023/1/10152005～2014中-美煤矿死亡人数对比

2023/1/1016美国1900年以来煤矿伤亡递减情况2023/1/10171949年以来中国煤矿死亡人数及变化趋势

2023/1/1018美国煤矿死亡人数和百万吨死亡率2023/1/1019印度煤矿死亡人数和百万吨死亡率2023/1/1020美国行业死亡人数对比2023/1/1021煤矿灾害种类与治理难易程度对比顶板瓦斯/煤尘爆炸:机理清晰，灾害发生主要是管理问题煤与瓦斯突出：类似地震，具有突然性和不可预测性，具有自然灾害属性，预测和防治技术难度最大火灾水灾2023/1/1022

世界瓦斯突出历史、现状与趋势国家年份突出煤/千t突出瓦斯/万m3

比利时187934前苏联顿巴斯196914.560天府197012.7140法国19381.2740日本1981660波兰580CO2皖北200210.5123南桐19695350德国195310070CO22023/1/1023

世界瓦斯突出历史、现状与趋势

国家年份煤/千t瓦斯/万m3

伤亡矿工土耳其1992263波兰1941不详187波兰193052.8CO2151河南大平20041.8925148（突出和爆炸）比利时187934141鹤岗新兴2009不详108（突出和爆炸）日本1981660932023/1/1024

世界瓦斯突出历史、现状与趋势

世界上第一次瓦斯突出，1843年法国ISSAC煤矿中国第一瓦斯突出，1950年吉林辽源富国矿

1998年估计全世界瓦斯突出30000次左右世界主要瓦斯突出国家16个中国，15000次左右，1995/10815次法国，6245-1899/1964前苏联，3500/1995波兰，多于2000次/1995比利时，1190/1956-1963日本，多于2000次/1925-19802023/1/1025中国煤矿近年瓦斯突出简况2004年10月20日，河南大平瓦斯突出和爆炸，148人死亡。2009年5月30日，重庆风华煤矿瓦斯突出，30人死亡。2009年11月21日，黑龙江鹤岗新兴煤矿瓦斯突出和爆炸，108人死亡。2010年3月31日，河南伊川瓦斯突出和爆炸矿难，46人死亡。2010年6月13日，平煤13矿打钻过程中瓦斯突出，13人遇难。

2010年10月16日，河南平煤集团平禹四矿发生瓦斯突出事故，突出的煤尘约2500吨。事故发生后239人安全撤至地面，37人死亡。2011年10月27日：河南焦作九里山矿发生煤与瓦斯突出事故，致18人死，4人被困。2011年12.2日，山西晋煤集团寺河煤矿瓦斯突出事故。2023/1/1026瓦斯突出-瓦斯爆炸的严重后果伊川2010.3.31瓦斯突出引起瓦斯爆炸的地面现场2023/1/1027汇报提纲中国煤矿瓦斯灾害历史和现状瓦斯地质及其在瓦斯治理中的应用低渗高瓦斯煤层气相压裂瓦斯综合治理技术和应用气相压裂原理气相压裂器材与工艺气相压裂瓦斯治理工业试验：掘进面压裂卸压增透抽采消突回采面压裂增透抽采坚硬顶板弱化处理煤层气地面抽采瓦斯治理的意义和前景2023/1/1028瓦斯地质的形成发展历史瓦斯生成于煤并赋存于煤的一种地质体。瓦斯地质的定义：瓦斯地质是用地质学的理论和方法研究瓦斯这一地质体生成、运移、赋存、突出、涌出、产出机理和规律的学科，为治理瓦斯灾害和开发瓦斯资源提供可靠的理论依据。瓦斯地质在瓦斯突出机理研究中诞生，在预测瓦斯突出和防治瓦斯灾害中发展，为煤矿安全生产和瓦斯抽采直接服务。2023/1/1029

煤与瓦斯突出的综合假说Taylor1833在世界上第一次报道了英国北部煤田的瓦斯突出，他描述到:软煤，结构破坏，紧邻地质构造。前苏联霍多特的三要素综合假说要素1：瓦斯（压力和含量）要素2：煤体力学性质要素要素3：地应力和采动应力要素2023/1/1030瓦斯地质的形成发展历史瓦斯（突出）地质学彭立世、袁崇孚等、张子戌等，1976-1983,1983-2000瓦斯地质理论：瓦斯地质区划论、地质条件控制、构造煤、瓦斯地质单元法、瓦斯地质图1990年出版《瓦斯地质概论》瓦斯（赋存）地质学杨力生、张祖银、张子敏、张玉贵等第一轮全国瓦斯地质编图:1983-1992第二轮全国瓦斯地质编图和11.5专项：2006-20102009《瓦斯地质学》出版中国瓦斯地质规律和应用研究，2011年国家科技进步二等奖2023/1/1031瓦斯地质的主要内容1976-1982年，焦作矿业学院彭立世、袁崇孚教授调查了三省十二个矿区61对矿井的瓦斯突出特征，完成了《湘赣豫煤与瓦斯突出带地质构造特征》课题研究，核心论点：瓦斯地质区划论：煤与瓦斯突出分布不均衡，具有分区分带性（瓦斯突出的区、带、点分布），分区分带受地质条件控制；瓦斯突出的控制性因素：地质条件（沉积、岩性组合、煤级、瓦斯、地应力），主要是地质构造控制瓦斯突出的分区分带；突出发生的必要条件：构造煤是煤与瓦斯突出发生的必要条件-在当时采深条件下；煤与瓦斯突出预测方法：瓦斯地质单元法；瓦斯地质表现手段：瓦斯地质图。2023/1/10322023/1/1033杨力生教授与《中国煤矿瓦斯地质图》编图小组成员合影2023/1/10342023/1/1035前国家主席江泽民观看《中国煤层瓦斯地质图》2023/1/1036

我国煤矿瓦斯突出现状与趋势

中国煤与瓦斯突出现状2008年底，全国突出矿井700多处随采深和开采强度增加，突出趋势是：传统突出矿井更加严重高瓦斯矿井迅速变为突出矿井低瓦斯矿井也有瓦斯突出发生瓦斯突出依然发生，引起人身伤亡事故日趋严重瓦斯地质将在瓦斯突出灾害预测和防治中发挥关键作用2023/1/1037瓦斯地质的两个基础支撑瓦斯：赋存机理、分布规律及其控制性地质因素构造煤：形成机理、赋存规律及其对突出的控制作用2023/1/10瓦斯赋存机理和规律瓦斯赋存机理煤体微孔表面对气体的吸附作用，吸附量与煤和气体气体有关。煤层甲烷吸附的物理实质：煤的孔隙结构-表面性质、温度和压力三元状态方程，对于同一煤层，瓦斯含量受温度和压裂控制。朗格缪尔（Langmuir）等温吸附方程Q=abP/(a+bP)Q:吸附压力为P时的瓦斯吸附量a：常数，瓦斯饱和吸附量，对于某种煤其a值为常数，即极限吸附量不变b:常数，瓦斯1/2饱和吸附量时的瓦斯吸附压力，对于某种煤其b值也是常数P：瓦斯吸附过程压力3个假设：即单分子层吸附、各吸附点能量均等以及吸附质分子间没有相互作用力。2023/1/1039瓦斯赋存机理和规律瓦斯赋存规律朗格缪尔瓦斯多温度-等温吸附线2023/1/10402023/1/1040

煤对甲烷-氮气-CO2的吸附特征加拿大烟煤的气体吸附特征，Bustin潞安高级烟煤的气体吸附特征，李小春2023/1/1041瓦斯赋存机理和规律瓦斯含量赋存规律及其控制性地质因素甲烷含量变化的基本规律和五种控制性地质因素：煤的变质程度（煤中微孔结构和表面性质）：瓦斯含量随煤级升高而升高。顶底板岩性（气相密封程度）：瓦斯含量随顶底板泥岩厚度增加而增加。煤层埋深/上覆基岩厚度/底板标高（煤层上覆压力和水力封堵压力）：瓦斯含量随煤层埋深增加而升高，一般规律：风氧化带一下百米梯度2-5m3/t。水文地质条件：瓦斯含量从地下水径流区-滞流区逐渐升高。地应力状态（压力状态）：瓦斯含量随地应力升高而增加。2023/1/1042瓦斯赋存机理和规律瓦斯赋存规律及其控制性地质因素甲烷含量变化趋势的控制性地质因素和基本规律：煤级、埋深/底板标高、水文地质条件控制瓦斯含量的区域性变化规律-比较容易研究在同一煤田，特别是井田中，煤级变化不大；瓦斯含量随埋深增加而增加；顶底板岩性和构造条件（最难研究）控制瓦斯含量的局部变化规律顶板岩性变化较大，瓦斯含量在泥岩区增加，在砂岩区降低；瓦斯含量在褶皱向斜部位升高，在背斜部位降低；在断层构造发育区，瓦斯含量受断层的封闭能力控制。2023/1/1043潞安煤的30˚C等温吸附高河煤的30˚C等温吸附古城煤的等温吸附2023/1/1044潞安煤的30˚C等温吸附李村煤的等温吸附五阳煤的等温吸附2023/1/1045潞安煤的30˚C等温吸附常村煤的等温吸附大宁煤的等温吸附2023/1/1046潞安矿区的瓦斯赋存规律瓦斯赋存规律潞安矿区甲烷含量的基本规律：潞安贫瘦煤的甲烷干燥吸附：28-30m3/t。2023/1/1047常村-高河煤矿瓦斯赋存规律2023/1/1048余吾-五阳煤矿瓦斯赋存规律2023/1/1049李村-古城煤矿瓦斯赋存规律2023/1/1050潞安煤矿区的瓦斯赋存规律2023/1/1051潞安煤矿区的瓦斯含量-浓度关系2023/1/1052潞安煤矿区瓦斯赋存规律和瓦斯地质图潞安矿区瓦斯含量分布规律风氧化带埋深400m左右；瓦斯含量6-25m3/t;区域含量梯度3.44m3/t.hm;瓦斯含量由东部向西部随速度增加而增加；顶底板岩性、陷落柱和构造的变化造成瓦斯含量局部变化。2023/1/1053瓦斯地质的核心-构造煤瓦斯地质的核心理论和方法：构造煤的形成机理及其对瓦斯突出的控制作用构造煤的分类和瓦斯地质特征地质构造对构造煤的控制作用构造煤的分布与瓦斯突出预测潞安矿区3#煤层下分层有构造煤分布2023/1/1054构造煤煤体结构指煤层在地质历史演化过程中经受各种地质作用后表现的结构特征。煤原生结构煤构造煤是指保留了原生沉积结构和原生构造特征的煤层。是煤层在构造应力作用下，发生结构和构造的变化，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩聚等变形-变质作用的产物。2023/1/1055构造煤构造煤碎裂结构碎粒结构糜棱结构碎裂煤碎粒煤糜棱煤宏观结构2023/1/1056类型号类型赋存状态和分层特点光泽和层理煤体破碎程度裂隙、揉皱发育程度手试强度坚固性系数f瓦斯放散指数ΔP突出危险程度Ⅰ原生结构煤层状、似层状、与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰、原生条带状结构明显呈现较大的保持棱角的块体，块体间无相对位移内、外生裂隙均可辩认，未见揉皱镜面捏不动或成cm级碎块＞0.3～0.5＜10非突出Ⅱ碎裂煤层状、似层状、透镜状，与上下分层整合接触煤岩类型界限清晰，原生条带状结构断续可见呈现棱角状块体，但块体间已有相对位移煤体被多组互相交切的裂隙切割，未见揉皱镜面可捻搓成cm、mm级碎粒＞0.3～0.510～15过渡Ⅲ碎粒煤透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡，原生结构遭到破坏煤被揉搓捻碎、主要粒级在1mm以上构造镜面发育易捻搓成mm级碎粒或煤粉＜0.3＞15易突出Ⅳ糜棱煤透镜状、团块状、与上下分层呈构造不整合接触光泽暗淡，原生结构遭到破坏煤被揉搓捻碎的更细小，主要粒级在1mm以下构造、揉皱镜面发育极易捻搓成粉末或粉尘＜0.2～0.3＞20易突出煤体结构的四类划分2023/1/1057潞安矿区的原生结构煤五阳7603胶带煤样高河W13092023/1/1058潞安矿区的原生结构煤古城煤样余吾北辅大巷煤样2023/1/10592023/1/1060潞安矿区的原生结构煤常村2101胶带迎头煤样2023/1/10612)碎粒结构煤被破碎成粒：主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤层原生层理被破坏，层理不清，裂隙较发育，煤层煤体主要呈粒状。碎粒结构往往紧靠碎裂结构分布，常常距离煤层顶板或底板一定距离，也常常位于断裂带的中心部位。2023/1/10623)糜棱结构

煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。2023/1/1063潞安矿区原生结构煤的微观特征2023/1/1064湖南红卫煤矿糜棱煤微观特征2023/1/10河南理工大学瓦斯地质研究所65平顶山十三矿的IV-V类构造煤2023/1/10河南理工大学瓦斯地质研究所66平顶山十三矿的IV-V类构造煤2023/1/1067构造煤的瓦斯地质特征构造煤力学强度大幅度降低原生结构煤和碎裂煤的坚固性系数接近，一般0.5以上构造煤的坚固性系数f值一般在0.3以下碎粒煤和糜棱煤的f值一般在0.2以下降低了瓦斯突出发生启动的力学条件2023/1/1068构造煤的瓦斯地质特征破坏类型Ⅰ、Ⅱ类煤（难突出煤）Ⅲ类煤（可能突出煤）Ⅳ,Ⅴ类煤（易突出煤）无烟煤比表面积m2/g54～170，平均128170～190，平均175＞190～287，平均236贫、瘦煤比表面积m2/g＞100＞100～140＞140构造煤的比表面积增加2023/1/1069构造煤的瓦斯地质特征构造煤的瓦斯放散初速度大幅度增加。增加了瓦斯突出发生时的瞬间解吸速度和动能解吸指标Δh2（mm水柱）越大。与Ⅰ类煤相比，Ⅱ类煤、Ⅲ类煤、Ⅳ类煤和Ⅴ类煤在前10min解吸指标分别提高了0.8、1.8、3.1、3.6倍，表明构造煤的破坏程度愈大，瓦斯解吸量和解吸速度愈大。Δh2=60.72K12023/1/1070构造煤的瓦斯地质特征江西青山煤矿煤的突出参数比较糜棱煤碎粒煤碎裂煤原生结构煤1.02380.35560.28270.26231.00.80.40.20.60f萍乡青山矿各类煤的坚固性系数直方图Δp糜棱煤碎粒煤碎裂煤原生结构煤510.8413.4115.99155100萍乡青山矿各类煤的瓦斯放散指数直方图2023/1/1071构造煤的瓦斯地质特征焦作无烟煤等温吸附对比试验表明，构造煤的吸附常数稍微大于原生结构煤的，但差异不大。2023/1/1072构造煤的瓦斯地质特征构造煤的渗透率/透气性随压力升高急剧降低，利于瓦斯保存。2023/1/1073构造煤的瓦斯突出倾向性评价很低的煤体强度f值比表面积增大解吸速度增加瓦斯含量稍有增加渗透率-透气性降低打钻困难、塌孔、喷孔严重构造煤造就了其利于瓦斯突出发生的多种地质条件构造煤是突出发生的必要条件

瓦斯地质学的研究内容2023/1/1074

瓦斯突出与突出倾向煤体瓦斯地质单元法或综合假说的具体应用高瓦斯U构造煤=突出倾向煤体在始突瓦斯条件下（0.74），一定量的构造煤分布区为突出倾向区在构造煤（f≤0.2）普遍分布区，高瓦斯区视为突出倾向区域突出预测转化为构造煤、地质构造和瓦斯的预测高瓦斯构造煤突出倾向煤体2023/1/1075

瓦斯突出发生的断层盘位机理和规律

小型正断层带的构造煤形成与分布2023/1/1076小型正断层带的构造煤形成与分布构造煤分布于正断层的下降盘2023/1/1077小型正断层与顺煤断层形成顺序正断层形成与顺煤断层之后2023/1/1078小型正断层与顺煤断层构的形成顺序正断层形成于顺煤断层之后（平顶山矿区八矿戊9-1012121采面）平顶山八矿己15—13160顺煤断层与切层断层关系图2023/1/1079构造煤主要发生在逆断层的下降盘（平顶山十二矿16041风巷联络巷南52m处)小型逆断层带构造煤的形成与分布2023/1/1080大型重力滑动构造带构造煤的形成和分布新密矿区芦店滑动构造剖面图新密矿区告成矿井1-2线剖面图2023/1/1081顺煤断层构造煤的分布与瓦斯突出模型顺煤断层构造煤的分布规律和瓦斯突出预测阳泉15#煤上分层-突出煤特征晋城-潞安3#煤下分层-突出煤特征焦作二1#煤上、下分层-突出煤特征郑州二1#煤全层-突出煤特征四川白胶中分层-突出煤特征2023/1/1082正断层带构造煤的分布与瓦斯突出模型正断层两盘的瓦斯突出分布特征及其地质成因浅析（2000煤炭学报）构造煤体主要分布在正断层的下降盘瓦斯突出主要发生在正断层的下降盘2023/1/1083逆断层带构造煤的分布与瓦斯突出模型CoalandGasOutburstsinFootwallsofReverseFaults-Int.J.CoalGeo.2001构造煤主要分布在逆断层的下降盘瓦斯突出主要发生在逆断层的下降盘2004年10月20日河南大平瓦斯突出和爆炸事故案例突出煤岩1890t，死亡矿工148人2023/1/1084地质构造对构造煤-突出危险带的控制作用煤与瓦斯突出预测：转化为地质构造和构造煤发育规律预测；断层的瓦斯赋存具有两面性，即封闭性断层增加和和开放性断层降低，但构造煤的断层赋存状态一般十分稳定不变。正断层发育区：构造煤（突出危险带）多沿断层正盘呈带状分布；逆断层发育区：构造煤（突出危险带）多沿断层逆下降盘呈带状分布；顺煤断层发育区：构造煤（突出危险带）呈片状或席状分布，呈片出现；顺煤断层和正-逆断层叠加的构造煤发育区：叠加复合带构造煤最发育，突出最严重。可能是潞安矿区深部瓦斯突出发生的潜在规律。2023/1/1085河南省瓦斯地质图2023/1/1086瓦斯突出预测参数和瓦斯地质方法瓦斯突出预测两参数法-浅部煤层瓦斯突出预测三参数法-深部煤层，瓦斯突出机理和预测复杂化参数破坏类型瓦斯放散初速度△p坚固性系数f瓦斯含量M3/t瓦斯压力（相对压力）P（MPa）临界值Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0.58≥0.742023/1/1087汇报提纲中国煤矿瓦斯灾害历史和现状瓦斯地质基本理论和在瓦斯治理中应用潞安低渗高瓦斯煤层气相压裂瓦斯综合治理技术和应用潞安煤的孔隙特性和低渗透特征气相压裂原理气相压裂器材与工艺气相压裂瓦斯治理工业试验：掘进面压裂卸压增透抽采消突回采面压裂增透抽采坚硬顶板弱化处理经济效益分析2023/1/1088潞安矿区瓦斯治理现状高河煤矿瓦斯抽采技术参数2023/1/1089潞安矿区瓦斯治理现状李村煤矿瓦斯抽采技术参数2023/1/1090潞安煤的孔-裂隙特性煤岩微观结构对比-五阳煤不联通孔隙2023/1/1091潞安煤的孔-裂隙特性煤岩微观结构对比-五阳煤分散孔隙和剪切裂隙2023/1/1092潞安煤的孔-裂隙特性煤岩微观结构对比-常村煤分散孔隙2023/1/1093潞安煤的孔-裂隙特性煤岩微观结构对比-余吾煤的分散孔隙结构2023/1/1094潞安煤的孔-裂隙特性煤岩微观结构对比-高河煤的均质致密结构2023/1/1095大宁煤的孔-裂隙特性煤岩微观结构对比-山西大宁煤的复杂孔隙结构2023/1/1096大宁煤的孔-裂隙特性大宁煤的复杂孔隙结构2023/1/1097新疆阜康煤的孔-裂隙特性新疆阜康煤的复杂孔隙2023/1/1098潞安煤的孔喉结构研究五阳进汞压力大于李村煤与高河，五阳煤吸附能力强，抽采难度大。2023/1/1099

潞安煤的孔喉结构研究李村煤进汞压力大于新疆煤和晋城大宁煤；微孔为主，中大孔少。2023/1/10100煤矿瓦斯治理技术状况对比分析技术优点缺点适宜条件开采上下解放层消突抽采效果好成本高工程量大多煤层顶-底板巷穿层孔抽采抽采消突效果好成本高工程量大单煤层密集钻孔（潞安技术）抽采消突效果较好工程量大成本高浓度低流量小抽采时间长潞安达标2-3年,李村1m/孔，达标2年，高河2.5m/孔，达标2-3年水力压裂效果较好设备大成本高难定向控制单煤层水力割缝有效果设备大成本高抽采时间短单煤层水力冲孔效果较好设备大成本高时间长成本高构造煤注气驱替有效果时间长封孔难度大单煤层深孔松动爆破有效果效果一般，残留炸药难题单煤层气相压裂效果好施工简单成本低成本运输管理潞安达标6-12月其他新技术2023/1/10101低渗煤层气相压裂增透瓦斯抽采概述气相压裂技术原理主要材料：气体干式压裂作用原理：液态气加热增压气化，体积膨胀600倍力学机理：高能气体射流（动压）和后续静压力联合作用破煤机理：高压低频长波作用，形成煤层裂隙但不形成破碎带安全性能:安全启爆器9V，无火花，在瓦斯环境安全应用，属于非爆破器材类2023/1/10102

低渗煤层气相压裂器材气相压裂器材改进和性能提升2023/1/10103气相压裂增透瓦斯抽采机理气相压裂低渗煤层瓦斯综合治理理论裂隙卸压圈形成机理在高压气体射流作用和后续静压力联合作用下，煤层中形成裂隙-卸压圈，在其影响范围内，裂隙发育，地应力均化并降低。裂隙卸压圈瓦斯快速抽采机理裂隙卸压圈内裂隙发育，瓦斯透气性提高了10倍甚至百倍，瓦斯抽采速度提高，百米瓦斯抽采流量提高10倍甚至更高。裂隙卸压圈卸压消突机理裂隙卸压圈内地应力得以释放和均匀化，瓦斯透气性大幅度提高，利于瓦斯快速解吸和抽采，裂隙卸压圈内煤与瓦斯突出倾向性得以缓解。气相压裂隙卸压圈分布—垂直于钻孔分析分布-不同于水力压裂2023/1/10104气相压裂裂隙泄压圈瓦斯抽采机理裂隙卸压圈裂隙包络面裂隙圈半径气相压裂钻孔a裂隙卸压区-层b2023/1/10105气相压裂近期主要进展和成果1、气相压裂瓦斯抽采参数测试与效果评价2、回采工作面气相压裂瓦斯快速抽采技术试验3、掘进工作面气相压裂卸压消突快速掘进技术4、高瓦斯坚硬顶板气相压裂弱化落顶技术试验5、突出煤层气相压裂井筒快速揭煤技术试验2023/1/10106项目进度和完成情况第一阶段（2012.1—2012.2）：项目准备和立项立项论证，试验器材进口和器材改进研究试验区瓦斯地质条件和工程施工条件制定研究计划，编写试验设计和详细实施方案第二阶段（2011.01—2012.12）：回采工作面气相压裂增透瓦斯高效抽采技术高河煤矿E1305回采工作面气相压裂增透瓦斯高效抽采技术现场技术试验与操作工艺和各类规范编制第三阶段（2013.01·～2013.12）：掘进工作面气相压裂卸压消突快速掘进技术气相压裂低渗煤层瓦斯综合治理机理研究回采工作面气相压裂增透瓦斯高效抽采技术试验掘进工作面气相压裂卸压消突快速掘进技术试验常村顶板软化落顶技术研究气相压裂瓦斯高效抽采效果综合评价第四阶段（2014.02-2014.05）：项目总结和鉴定编写项目研究报告和组织鉴定。第五阶段（2014.5之后）：技术推广应用阶段2023/1/10107项目实物工程量完成情况

项目实物工作量一览表矿井类别李村煤矿常村煤矿高河煤矿五阳煤矿钻孔（个）巷道（m）钻孔（个）巷道进尺（m）钻孔（个）巷道进尺（m）钻孔（个）巷道进尺（m）顺层钻孔17140282241252290掘进迎头39234053041410604320顶板压裂30240压裂管（根次）5624806376813933504320合计共施工262个压裂钻孔，使用压裂管3484（根次），试验巷道6918m，其中回采工作面2654m，掘进工作面4024m,顶板弱化240m2023/1/10108气相压裂增透后的煤层特征气相压裂效果图片2023/1/10109气相压裂增透后的煤层特征气相压裂效果图片2023/1/10110

气相压裂瓦斯抽采效果评价参数

参数压裂前压裂后评价方法透气性系数/m2/MPa2·d0.003890.186899可抽采实测抽采影响半径/m1.04.5增加5倍实测百米瓦斯纯流量/m3/min·hm0.003504～0.0055880.06实测衰减系数/d-10.2023-0.29430.0496可抽采实测2023/1/10111

气相压裂瓦斯抽采效果评价参数

气相压裂后瓦斯抽采参数测试透气性系数：增加50倍以上。抽采影响半径：增加5倍，5m。百米瓦斯纯流量：0.1-0.3m3/hm.min,2023/1/10112气相压裂回采面瓦斯抽采效果回采工作面气相压裂增透瓦斯高效抽采技术高河E1305瓦斯排放巷道C-D孔系列参数压裂前压裂后评价测试方法瓦斯抽采浓度/%低于10%50-70提高5-7倍管路瓦斯浓度百米瓦斯纯流量/m3/min·hm0.00089～0.02840.1-0.2提高10-20倍单孔流量和浓度衰减系数/d-10.1833～0.4389（难抽采煤层）-0.02-0.0(可抽采煤层）可抽采煤层单孔流量和浓度单孔抽采纯量/m314-20140-278提高10-20倍单孔流量和浓度抽采210天，瓦斯含量从11.73m3/t降低到了6.5m3/t，抽采率45%。原抽采设计2.5m/孔，抽采720天时抽采率40%。气相压裂缩短达标时间510天。2023/1/10113高河矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10114高河矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10115高河矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10116高河矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10117高河矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10118李村矿回采面气相压裂瓦斯抽采回采工作面气相压裂增透瓦斯高效抽采技术李村1301工作面运输巷瓦斯抽采参数压裂前压裂后评价测试方法瓦斯抽采浓度/%低于10%32.9提高5-7倍17个钻孔监测百米瓦斯纯流量/m3/min·hm0.0035～0.00560.063提高10倍17个钻孔监测衰减系数/d-10.0978～0.148（难抽采煤层）-0.02-0.0(可抽采煤层）可抽采煤层17个钻孔监测单孔抽采纯量/m310～1490.7提高6-10倍17个钻孔监测没有进行瓦斯含量测试2023/1/10119李村矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10120李村矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10121李村矿回采面气相压裂瓦斯抽采效果2023/1/10122李村矿气相压裂掘进面快速掘进试验掘进工作面气相压裂卸压消突快速掘进技术李村煤矿试验据15个掘进面2340m进尺统计，百米巷道K1值超限率由气相压裂之前密集钻孔技术的4.135次，下降到气相压裂以后的0.548次，下降了86.7%。气相压裂后，效果检验孔容易钻进，顶钻喷孔次数减少，是地应力降低和突出危险性缓解的重要标志。掘进时间节约35%，掘进速度提高35%潜在突出危险面-连续无空白压裂卸压消突。2023/1/10123李村矿掘进面气相压裂掘进消突效果13012023/1/10124李村矿掘进面气相压裂消突效果分析2023/1/10125李村矿掘进面气相压裂消突效果分析2023/1/10126李村矿掘进面气相压裂消突效果分析2023/1/10127李村矿掘进面气相压裂消突效果分析2023/1/10128李村矿掘进面气相压裂消突效果分析2023/1/10129李村矿掘进面气相压裂消突效果分析2023/1/10130五阳煤矿气相压裂快速掘进试验

五阳煤矿掘进巷道压裂钻孔4个，压裂孔及辅助钻孔抽采效果良好，单孔平均纯量0.11m3/min，消突效果明显。气相压裂后，效果检验孔容易钻进，顶钻喷孔次数减少，是地应力降低和突出危险性缓解的重要标志。掘进时间节约35%，掘进速度提高35%2023/1/10131五阳矿掘进面气相压裂试验效果2023/1/101327609排水巷迎头气相压裂前后对比（80m进尺）瓦斯地质条件：3次瓦斯含量测试，平均含量12m3/t常规钻孔：12孔，准备5天，抽采18天达标，抽采流量0.017-0.064，均0.044m3/min气相压裂：7孔，准备3天，抽采12天达标，抽采流量0.010-0.409，均0.114/min压裂孔抽采流量：0.045-0.409,均0.255m3/min,均367m3/d,800m巷道需要：常规技术需23天x10=230天；气相压裂法需要15天x10=150天，节约80天，两种技术成本持平五阳矿掘进面压裂消突效果2023/1/10133常村矿顶板气相压裂弱化冒落试验是否进行顶板预裂直接顶厚度及岩性基本顶厚度及岩性初次来压步距（m）

N3-1面气相压裂3.8m泥岩3.77米细粒砂岩21.8m

N3-2面否2.51m泥岩2.52米细粒砂岩39.7m

N3-3面否1.63m泥岩3.86米中粒砂岩40.6m

S5-7面炸药预裂3.73m泥岩5.18米细粒砂岩23.5mS6-2面炸药预裂2.0m泥岩7.02m细粒砂岩相邻工作面岩性及初次来压步距对比表2023/1/10134掘进工作面压裂增透卸压抽采消突效果明显：K1值（大于0.5条件下）在压裂段明显降低，打钻难度减小；瓦斯涌出均匀化，瓦斯超限次数大幅度减少；可以实现连续无间断掘进施工；掘进施工时间缩短了35%左右。顺层钻孔气相压裂增透瓦斯快速抽采效果明显：透气性系数提高50-90倍，难抽采变可以抽采；抽采半径提高4-5倍；抽采浓度由10%以下提高到了50-80%；抽采纯流量由0.01提高到0.2m3/min以上，提高了5-20倍；瓦斯衰减系