煤矿瓦斯抽采现状与发展方向煤炭科学研究总院沉阳研究院罗海珠市公开课金奖市赛课一等奖课件

煤矿瓦斯抽采现实状况与发展方向煤炭科学研究总院沈阳研究院罗海珠研究员/副院长9月4日全国煤矿瓦斯防治工作会议技术交流材料之一第1页第1页汇报提纲：一.煤矿瓦斯抽采意义重大二.煤矿瓦斯抽采概况三.煤矿瓦斯抽采技术优选与集成四.瓦斯抽采技术简介五.瓦斯抽采存在主要问题六.煤矿瓦斯抽采发展方向第2页第2页一.煤矿瓦斯抽采意义重大1.瓦斯灾害严重—瓦斯治理主线办法10月：国有重点煤矿885处，国有地方煤矿1320处，乡镇煤矿10517处煤矿突出矿井754个和高瓦斯矿井2260个瓦斯灾害事故经常发生，瓦斯事故起数和死亡人数均占50%左右重特大事故中主要是瓦斯事故第3页第3页一.煤矿瓦斯抽采意义重大1.瓦斯灾害严重—瓦斯治理主线办法突出矿井7546%高瓦斯矿井226018%低瓦斯矿井970876%总：12722第4页第4页高瓦斯矿井分布图云南省210，9%其余19个省244，11%山西省228，10%江西省242,11%湖南省157,7%贵州省638，28%四川省393,17%重庆市148,7%一.煤矿瓦斯抽采意义重大2.瓦斯灾害分布广、致灾差别大--瓦斯治理主线办法第5页第5页一.煤矿瓦斯抽采意义重大2.瓦斯灾害分布广、致灾差别大--瓦斯治理主线办法突出矿井：湖南、贵州、重庆、河南、四川、安徽和云南7个省市，占突出矿井总数89%高瓦斯矿井：贵州、四川、江西、山西、云南、湖南和重庆7省市，占高瓦斯矿井总数89%第6页第6页一.煤矿瓦斯抽采意义重大实践证实：

瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯治本之策第7页第7页一.煤矿瓦斯抽采意义重大

3.瓦斯利用瓦斯是一个清洁能源，用途广泛瓦斯是温室气体，依据节能减排要求，多抽少排，减少对环境影响第8页第8页一.煤矿瓦斯抽采意义重大4.瓦斯抽采是国家政策要求对煤矿安全、瓦斯及煤层气抽取利用、矿上矿下预警测报系统等要作系统研究高瓦斯、突出矿井“先抽后采”、“抽采达标”第9页第9页4.瓦斯抽采是国家政策要求：瓦斯事故死亡人数比下降20%以上瓦斯抽采总量突破100亿m3建成瓦斯治理示范矿井和示范县各100个一.煤矿瓦斯抽采意义重大第10页第10页二.煤矿瓦斯抽采概况

我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：（1）

高透气性煤层瓦斯抽采阶段50年代早期，初次在抚顺矿区高透气性特厚煤层中采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，取得了成功。处理了抚顺矿区向深部发展安全关键问题。

第11页第11页二.煤矿瓦斯抽采概况

（2）

邻近层卸压瓦斯抽采阶段

50年代中期，采用穿层钻孔、顶板搜集瓦斯巷(高抽巷)抽采上邻近层瓦斯试验在阳泉矿区首先取得成功。处理了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大问题。

我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：第12页第12页二.煤矿瓦斯抽采概况

（3）

低透气性煤层瓦斯强化抽采阶段60年代，试验了地面、井下水力压裂，水力割缝，松动爆破，大直径（扩孔）钻孔，网格式密集布孔，预裂控制爆破，交叉布孔等各种强化办法。对减少突出危险性煤层瓦斯压力和煤层消突起到积极作用。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：第13页第13页二.煤矿瓦斯抽采概况（4）

综合抽采瓦斯阶段80年代开始、为适应综采和综放采煤技术推广应用，试验研究了开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等各种办法在一个采区内综合抽采瓦斯办法。处理了高产、高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大难题。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：第14页第14页二.煤矿瓦斯抽采概况（5）立体抽采瓦斯阶段

近年来，试验研究了地面钻孔井与井下钻孔联合抽采矿井瓦斯。地面钻孔对开采层进行压裂、抽采瓦斯以及对采动影响卸压瓦斯和采空区瓦斯进行抽采。在开采过程中，井下钻孔对煤层瓦斯进行抽采，实现立体抽采方式。处理了开采煤层预抽时间短，抽采率低问题。我国煤矿瓦斯抽采经历了五个发展阶段：第15页第15页二.煤矿瓦斯抽采概况中国煤矿抽采瓦斯矿井数量分布图全国抽采瓦斯矿井数量1、贵州省122个2、山西省122个3、河南省44个4、辽宁省21个5、重庆市21个6、四川省20个7、安徽省19个8、黑龙江省15个9、河北省12个10、江西省8个11、宁夏6个第16页第16页二.煤矿瓦斯抽采概况全国煤矿抽采瓦斯量百分比图

全国煤矿抽采瓦斯量

阳泉、晋城、淮南、淮北、松藻、盘江、水城、抚顺等10余个矿区年抽采量超1亿m3

省市抽采量（Mm3）河北64.94甘肃34.10山西1973.85内蒙24.8辽宁255.36吉林14.78黑龙江136.32江西35安徽210.50山东2.08河南276.99重庆330.22四川111.75贵州556.11陕西43.54青海0.41宁夏109.20新疆11.。69第17页第17页二.煤矿瓦斯抽采概况以来煤矿瓦斯抽采和利用情况第18页第18页三.煤矿瓦斯抽采技术优选与集成

煤矿瓦斯抽采技术通过数十年实践和试验研究，已经积累了上百种瓦斯抽采方式办法，通过研究将应用范围广、效果好、有发展潜力5类41种抽采技术挑选出来，推荐给全行业，以利于煤矿“先抽后采”、“抽采达标”，实现安全生产目的。1.开采煤层瓦斯抽采技术2.邻近层卸压瓦斯抽采技术3.围岩瓦斯抽采技术4.采空区瓦斯抽采技术5.综合瓦斯抽采技术第19页第19页三.煤矿瓦斯抽采技术优选与集成

1.开采煤层瓦斯抽采技术分类煤矿抽采瓦斯办法名称开采煤层瓦斯抽采办法1.立井揭煤层超前钻孔预抽瓦斯办法2.石门揭煤层超前钻孔预抽瓦斯办法3.煤巷掘进预抽（排）瓦斯办法4.煤巷先抽后掘抽采瓦斯办法5.穿层钻孔大面积预抽瓦斯办法6.顺层上向钻孔预抽瓦斯办法7.顺层下向孔预抽瓦斯办法8.顺层走向水平孔预抽瓦斯办法9.顺层交叉网状钻孔抽采瓦斯办法10.边掘边抽卸压瓦斯办法11.边采边抽卸压瓦斯办法12.开采上保护层抽采开采煤层（被保护层）瓦斯办法13.开采下保护层抽采开采煤层瓦斯办法14.混合式抽采上、下保护层瓦斯办法15.水力压裂强化抽采开采煤层瓦斯办法16.水力割缝强化抽采开采煤层瓦斯办法17.长钻孔控制预裂爆破强化抽采开采煤层瓦斯办法第20页第20页

三.煤矿瓦斯抽采技术优选与集成

2.邻近层卸压瓦斯抽采技术类型煤矿抽采瓦斯办法名称邻近层卸压瓦斯抽采办法1.平行穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯办法2.迎面斜交钻孔抽采上邻近层瓦斯办法3.顶板走向长钻孔抽采上邻近层瓦斯办法4.地面垂直钻孔抽采上邻近层（含采空区）瓦斯办法5.走向高抽巷抽采上邻近层瓦斯办法6.倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯办法7.走向高、中、低位抽瓦斯巷相结合抽采上邻近层瓦斯办法8.下向孔抽采下邻近层瓦斯办法（由于底板涌水，投放效果普通较差）9.上向孔抽采下邻近层瓦斯办法第21页第21页

三.煤矿瓦斯抽采技术优选与集成

3.采空区瓦斯抽采技术类型煤矿抽采瓦斯办法名称采空区瓦斯抽采办法1.从回风巷布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯办法2.从回风巷抬高钻场布孔抽采卸压带、冒落带瓦斯办法3.低位专用抽瓦斯巷抽采卸压带、冒落带瓦斯办法4.密闭回风巷横贯插管抽采采空区积聚瓦斯办法5.密闭尾巷抽采采空区积聚瓦斯办法6.埋管抽采采空区积聚瓦斯办法7.顶煤专用巷抽采采空区瓦斯办法8.顶煤专用巷与埋（插）管相结合抽采采空区瓦斯办法9.钻孔抽采老空区瓦斯办法10.密闭插管抽采老采空区瓦斯办法11.上隅角工作面瓦斯抽采办法第22页第22页

三.煤矿瓦斯抽采技术优选与集成

4.围岩瓦斯抽采技术类型煤矿抽采瓦斯办法名称围岩瓦斯抽采办法1.邻近围岩瓦斯抽采办法（与邻近层瓦斯抽采相结合）2.钻孔抽采地质结构裂隙带瓦斯办法3.钻孔抽采围岩孔洞（溶洞）瓦斯办法4.密闭瓦斯喷出巷道抽采围岩瓦斯办法第23页第23页

“十五”以来，针对我国煤矿瓦斯治理现实状况，国家组织完毕了“煤矿瓦斯治理技术筛选综合集成和示范”项目研究，在低透气性煤层增透抽采瓦斯、长钻孔定向钻进技术及装备、抽采钻孔封孔技术、松软突出煤层成孔工艺及装备、抽采参数监测监控和采煤采气一体化技术等方面，取得了主要突破，在15个示范矿井得到应用。四.瓦斯抽采技术简介第24页第24页（1）典型瓦斯抽采技术简介顺层钻孔抽采本层瓦斯

顺层钻孔用于区域性抽采，适合用于煤层透气性λ≥0.1m2/MPa2.d、煤层瓦斯含量≥8m3/t或开采突出煤层。可抽采工作面前方煤体卸压瓦斯，提升钻孔抽采半径，抽采效果提升1.5倍。顺层钻孔及交叉布孔预抽本层瓦斯示意图四.瓦斯抽采技术简介第25页第25页网格式穿层钻孔适合用于松软低透气性突出煤层瓦斯抽采，可处理突出煤层打顺层孔时喷孔、塌孔问题。网格式穿层钻孔是我国单一煤层防突主要办法，已在突出严重北票、白沙、中梁山等矿区应用。

网格式穿层钻孔布置示意图

2.网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介第26页第26页

该技术适合用于煤层群开采条件下，邻近层和采空区瓦斯涌出量较大工作面。该抽采技术与顶板岩巷抽采法、顶板穿层短钻孔抽采法相比，技术和经济上含有明显优越性。该技术在淮南、铁法等20多个矿区160个矿应用。顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯示意图3.顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介第27页第27页高位巷道密闭抽采邻近层与采空区瓦斯示意图4.高位巷道密闭抽采邻近层与采空区瓦斯

该办法适合用于煤层群开采或采空区丢煤较多，煤层顶板有遇水膨胀泥岩层无法施工钻孔，高产高效工作面。含有抽采量大，抽采强度影响范围广特点，是消除工作面上隅角和后运送机道瓦斯超限有效办法之一。该技术在阳泉五矿、铁法大隆、大同塔山等多个矿区推广应用。

（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介第28页第28页淮南潘一矿1541综放工作面，煤层有突出突出性，工作面同时采用顶板走向长钻孔、工作面顺层水平长钻孔、上隅角插管抽采、深孔控制预裂爆破强化抽采。当前瓦斯综合抽采已在全国范围内广泛应用。工作面综合抽采瓦斯示意图

5.综合抽采瓦斯技术（1）典型瓦斯抽采技术简介四.瓦斯抽采技术简介第29页第29页1.水力冲割煤层卸压强排强抽瓦斯技术

该技术利用高压形成高速射流，冲割煤体制裂缝和造空穴，增大卸压范围，增大煤层瓦斯流动性，提升煤层瓦斯抽采效果。

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。四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第30页第30页

利用炸药爆破产生高压冲击波瞬间撞击聚能药包与钻孔之间水，形成高压水射面，使煤体产生新裂隙，同时高压水楔入原生裂隙中使裂隙延伸，而控制孔起到裂隙导向和空间补偿作用，从而提升瓦斯抽采效果。适合用于低透气性煤层强化抽采瓦斯、煤层消除突出危险和释放地层应力。2.深孔定向聚能水封爆破技术

四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第31页第31页3.煤矿井下定向长钻孔钻机

煤科总院西安院钻机研制方面取得长足进展，已研制出300m、500m、1000m系列钻进装备。ZDY6000LD（A）钻机四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第32页第32页

测量系统构成示意图线缆绞车钻机钻具测量探管控制及显示界面水力输送钻杆推送钻孔测量系统由孔口控制单元、测斜探管、线缆绞车等构成。依据需要可通过孔口控制单元进行测量数据统计、显示和存储等操作。4.煤矿井下定向长钻孔轨迹测量系统四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第33页第33页钻进能力200m～1000m，钻孔直径范围为75mm～300mm，钻机功率22kW～90kW，主要用于煤矿井下快循环施工瓦斯抽采孔，也可用于其它工程钻孔，大大减少施工时工人搬运钻机劳动强度，减少辅助工作时间，提升劳动效率。5.履带式钻机四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第34页第34页钻机可实现100m以外远距离控制钻杆自动装卸和钻孔施工，并进行远程视频监控和钻孔参数检测，提升了突出煤层施工钻孔作业人员防护能力。6.突出煤层顺层钻孔远控施工技术及装备四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第35页第35页该技术是将钻机钻进技术与射流割缝技术进行有机结合形成钻进和割缝一体化。首先利用钻机打钻，当压控钻割钻头穿层钻进到煤层预定位置后，利用射流割缝工艺在钻孔侧壁形成缝槽，同时排出了煤体中部分煤体，增长了煤体暴露面积，使煤层内部卸压、瓦斯释放，形成一个由“点”到“线”，由“线”到“面”，由“面”到“整体”卸压区，从而达到安全防突目的。7.穿层钻孔高压磨料射流钻割一体化防突装备四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第36页第36页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垂直钻井，钻井终孔点控制在目的煤层上方5m至10m，当工作面推动至钻井附近，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”技术即预抽、卸压抽和采空区抽。8.地面钻井抽采动区瓦斯技术四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第37页第37页该技术能直接在煤矿井下环境中现场焊接瓦斯塑料管道,主要用于瓦斯矿井中聚乙烯﹑聚丙烯管道热熔对接焊9.煤矿井下塑料管道焊接装置四.瓦斯抽采技术简介（2）近年来瓦斯抽采新技术简介第38页第38页五.煤矿瓦斯抽采存在主要问题（1）煤层透气性低我国煤层渗入率平均在0.002～16.17mD之间，＜0.1mD占35%，0.1～1.0mD37%，＞1.0mD占8%，＞10mD较少；高瓦斯突出煤层大多属于渗入率低煤层；抽采瓦斯难度大。第39页第39页五.煤矿瓦斯抽采存在主要问题（2）抽采率低、抽采浓度不高资料统计多数矿井瓦斯抽采量仅为6Mm3/a左右，瓦斯抽采率为30%左右，瓦斯抽采浓度