矿井瓦斯抽采技术与管理专题讲座PPT.ppt

矿井瓦斯抽采技术与管理,矿井瓦斯抽采技术与管理 刘利平（中级工程师）13994501919阳煤集团通风部抽采科,主讲内容：,一、阳煤集团瓦斯抽采发展历程二、瓦斯抽采技术现状三、煤矿瓦斯抽采工程设计要点四、瓦斯抽采技术管理指标五、瓦斯抽采新技术、新工艺、新装备,第一讲阳煤集团瓦斯抽采技术 发展历程,阳煤集团瓦斯抽采技术发展,1、概况阳煤集团现有矿井42个，分布在太原、阳泉、晋中、临汾、忻州、朔州六个地区，分属寿阳、晋东、晋北、晋南4个区域公司和本部管理，其中阳泉本部区10座、寿阳区4座，晋东区7座，晋南区13座，晋北区8座。现有生产矿井14座，基建及拟建矿井28座。为此，阳煤集团瓦斯治理研究主要以阳泉矿区21座高、突矿井为对象阳煤集团高突矿井主要分布在沁水煤田，属近水平煤层，现主采3#、8#、15#煤层，各煤层瓦斯含量在14.7521.73m3/t之间，瓦斯压力在0.252.3MPa之间。矿井相对瓦斯涌出量16m3/t46m3/t；,矿井绝对瓦斯涌出量150m3/min535 m3/min，煤层透气性系数0.000375毫达西，属本煤层难抽放煤体。根据阳煤集团多年的生产经验，在煤层开采过程中，上储集气层段开采3、6号煤层的工作面瓦斯涌出来源，本煤层与邻近层约各占50%；开采中储集层段8、9、12号煤层的工作面瓦斯涌出来源，邻近层涌出约占60-70%，本煤层涌出约占30-40%；开采下储集层段15号煤层的工作面，邻近层瓦斯涌出约占85-90%，本煤层约占10-15%。如果15号煤层上部有开采的邻近煤层，则工作面邻近层瓦斯涌出量比值降低，与层间距和开采间隔时间有关。,瓦斯抽采技术发展,1、瓦斯抽采技术发展阳煤集团瓦斯抽采技术是随着采煤工艺的不断改进而逐步发展起来的。1954年我们就进行了抽放上邻近层瓦斯的试验，90年代又进行了走向顶板岩石巷抽放瓦斯试验，倾斜顶板岩巷抽放试验。经过多年努力、总结经验、改进技术、在瓦斯防治工作中创立了一整套瓦斯治理技术，如高抽巷、大直径卸压钻孔、内错尾巷、外错尾巷等；推广应用了大直径穿层钻孔抽放邻近层瓦斯、顺层长钻孔抽放本煤层瓦斯、顶板岩石倾斜高抽巷抽放邻近层瓦斯、顶板岩石走向高抽巷抽放邻近层瓦斯、小断面伪倾斜高抽巷抽放初采期近距离邻近层瓦斯、采空区埋管抽放采空区瓦斯等技术；逐步形成了“密钻孔、大孔径、高抽巷、大管路邻近层和本煤层分源双系统独立抽采”的高效瓦斯抽采模式，为减少和消除瓦斯突出等灾害打下了坚实的基础。,2、瓦斯抽采量情况,目前，阳煤集团高、突24座矿井中，17座为高瓦斯矿井，7座为煤与瓦斯突出矿井。现建设地面抽采泵站建成26座（不含正在建设8座），108台泵，装机能力为5.2万m3/min。2013年瓦斯量抽采12.26亿m3（本煤层抽采量1.6亿m3阳煤集团逐年瓦斯抽采总量示意图见图,历年钻孔进尺、本煤层瓦斯抽采量,年度钻孔工程量（m）抽采量(万m3)2007658097 102320081802068 403020093047870 777320105370241 1047620116670000 1297220127903786 1668220138266800 16274合计33718862 69230,第二讲、瓦斯抽采技术现状,矿井瓦斯抽采方法的选择,（1）瓦斯抽采的原则瓦斯抽采应具有明确的目的性减小风流瓦斯，消除工作面瓦斯超限抽采被保护层卸压瓦斯预抽瓦斯消突开发利用瓦斯抽采要有针对性本煤层瓦斯涌出邻近层瓦斯涌出围岩和采空区瓦斯涌出做好抽采设计、施工和管理,矿井瓦斯抽采方法的选择,（2）抽采瓦斯的方法,矿井瓦斯抽采方法的选择,（2）抽采瓦斯的方法,矿井瓦斯抽采方法的选择,（2）抽采瓦斯的方法,矿井瓦斯抽采方法的选择,（2）抽采瓦斯的方法,矿井瓦斯抽采方法的选择,（3）抽采方法的选择依据抽采瓦斯方法选择主要根据矿井（或采区）瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采技术条件等综合确定。其原则为：开采层瓦斯抽采方法选择应符合下列规定：1 容易抽采及可以抽采的煤层，宜采用本煤层预先抽采的抽采方法，可采用沿层或穿层布孔方式2 可以抽采及较难抽采的煤层，宜采用边采边抽的抽采方法。煤层抽采难易程度见表。,矿井瓦斯抽采方法的选择,3 单一较难抽采的煤层，可选用密集顺层钻孔、密集网格穿层钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、水砂压裂、松动爆破、深孔预裂爆破、高压水射流扩孔等方法强化抽采。4 对煤与瓦斯突出危险严重的煤层，宜选择穿层网格布孔方式。5 煤巷掘进时瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。,矿井瓦斯抽采方法的选择,邻近层瓦斯涌出量较大时，可采用从开采层回风巷或专用排放瓦斯巷向邻近层打穿层钻孔进行抽采或选用“高抽巷”等抽采方法。当围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯并喷出时，应采取抽采围岩瓦斯的措施。煤层埋藏较浅、瓦斯含量较高、地面施工钻孔条件较好的厚煤层或煤层群，可采用地面钻孔预抽开采层瓦斯、邻近层卸压瓦斯或采空区瓦斯的抽采方法。,矿井瓦斯抽采方法的选择,对瓦斯涌出来源多、分布范围广、煤层透气性差、煤层赋存条件复杂的矿井，应采用多种抽采方法相结合的综合瓦斯抽采。有煤与瓦斯突出危险的矿井开采保护层时，应同时抽采被保护层的瓦斯。,阳煤集团瓦斯抽采技术,目前，集团公司瓦斯抽采的方法：推广应用了大直径穿层钻孔抽放邻近层瓦斯、顺层钻孔采用普通钻机、进口钻机及千米钻机施工钻孔，抽放本煤层瓦斯；顶板岩石倾斜高抽巷抽放邻近层瓦斯、顶板岩石走向高抽巷抽放邻近层瓦斯、小断面伪倾斜高抽巷抽放初采期近距离邻近层瓦斯、采空区埋管抽放采空区瓦斯等技术；,阳煤集团瓦斯抽采方法,一、邻近层抽放方式 根据煤层赋存情况，在全部的3#、12#煤工作面及局部可采的6#、8#、9#煤层普遍采用钻孔法抽采瓦斯，即采用钻机向上邻近层打大直径顶板穿层钻孔进行瓦斯抽采。15#煤综采放顶煤工作面采用顶板巷道抽放方式抽放瓦斯。（下一步要求施工布置走向高抽巷）1、抽采钻孔 抽采瓦斯的钻场布置在与回风巷相邻的专用瓦斯排放巷内，由该巷按垂直于巷道走向方向向开采工作面顶板打钻，按照采后煤层顶板移动规律，终孔位置一般打在裂隙带内。,阳煤集团瓦斯抽采方法,顶板穿层钻孔抽放瓦斯效果的好坏，关键是顶板穿层钻孔终孔的空间位置应处在采后破坏裂隙带的边缘。在有隔离煤柱开采的工作面打钻时，钻孔仰角受煤柱宽度和上邻近层高度的限制，钻孔下部还不能受到冒落带的破坏，一般要求钻孔出煤柱伸向工作面高度距开采层不小于10-15m。钻孔间距要根据瓦斯涌出量确定，采用综采机械化开采中厚煤层时，钻孔间距一般掌握在30-40之间，距切巷20米范围内至少2对高低孔，孔径不低于200mm。,阳煤集团瓦斯抽采方法,邻近层瓦斯抽采钻孔示意图,阳煤集团瓦斯抽采方法,2、顶板岩石走向高抽巷抽放方式 集团公司开采的15#煤层综采工作面必须采用走向高抽巷与初采倾斜高抽巷进行抽采；其它煤层上邻近层瓦斯涌出量大于15m3/min时，优先采用走向高抽巷与初采倾斜高抽巷进行抽采。走向高抽巷以一定的水平度布置。高抽巷距15#煤的距离不得小于8.5倍的开采煤层高度为宜。走向高抽巷至工作面回风顺槽的水平距离要根据高抽巷到15#煤的距离而定，一般应掌握在25m1/3工作面采长之内，高抽巷距15#煤层越近，应越靠近工作面回风顺槽。,阳煤集团瓦斯抽采方法,走向高抽巷初次抽出瓦斯一般在工作面回采到距切巷28米左右，大量抽出瓦斯在38米左右，我们把顶板走向高抽巷与后高抽巷贯通，利用走向高抽巷进行抽放来解决工作面初采期间的瓦斯涌出，大大缩短了高抽巷初次抽出瓦斯的距离，降低了工作面初采期间瓦斯超限次数。3、初采伪倾斜高抽巷 初采伪倾斜高抽巷其关键是，要布置在顶板初始冒落的边缘带上，使之随顶板的冒落自下而上逐段报废，使抽放负压点随之上移，瓦斯抽放浓度逐渐升高，直至顶板冒裂高度与高抽巷连通，渡过初采期。,阳煤集团瓦斯抽采方法,顶板岩石走向高抽巷与初采伪斜抽放方式,阳煤集团瓦斯抽采方法,二、本煤层瓦斯预抽方式：对突出煤层和按照集团公司规定必须抽采的高瓦斯含量煤层，坚决落实“先抽后采”。1、本煤层预抽布置方式：回采面采用本煤层预先抽采瓦斯的方法时、瓦斯抽采顺层钻孔布置方式一般为平行于切巷方向（垂直于顺槽）布置。2、选用单侧布孔时，钻孔深度小于采长15-20米。若采用双侧布孔时，钻孔累计深度应大于工作面采长（即中部垂叠15-20米）。,阳煤集团瓦斯抽采方法,3、钻孔间距应按钻孔抽采半径确定，宜增大钻孔见煤长度。突出（按突出管理）煤层的钻孔间距不得大于3米（3m以下煤层单排布孔，3m以上双排三花布孔），中厚煤层钻孔进尺不低于0.15 m/t，厚煤层不低于0.1m/t；吨煤钻孔量见表,阳煤集团瓦斯抽采方法,本煤层预抽钻孔单侧布置示意图,阳煤集团瓦斯抽采方法,本煤层预抽钻孔双侧布置示意图,阳煤集团瓦斯抽采方法,掘进工作面预抽本煤层瓦斯：掘进工作面预抽方式可根据各矿掘进情况采取在巷道迈步式布置双侧耳状钻场预抽、双巷交替施工预抽、超前施工岩（煤）巷预抽和采区布置长距离钻孔预抽等的抽放方式。1、双巷交替预抽、迈步式布置双侧耳状钻场施工抽采钻孔时，应在工作面正前直接施工超前钻孔进行预抽，即钻孔正前不少于9个，两帮各不少于8个。巷道轮廓线以外保护范围不小于15米，正前孔深不小于60米，预留20米超前保护距离，钻孔直径不小于110mm，终孔间距不大于5m。,阳煤集团瓦斯抽采方法,双巷交替预抽、迈步式布置双侧耳状钻孔布置图,瓦斯抽采方法,(2）、利用千米钻机可定向、钻孔深度大的优势，进行采掘工作面顺层钻孔区段预抽瓦斯。,防突规定中瓦斯抽采的六种方法,1、地面井预抽煤层瓦斯 2、穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯 3、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯 4、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯 5、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区 域煤层瓦斯 6、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内的整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层。要求钻孔控制回采巷道外侧的范围是：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15m。以上所述的钻孔控制范围均为沿层面的距离，以下同。,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整条煤层巷道及其两侧一定范围内的煤层。该范围与本条第项中回采巷道外侧的要求相同。顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整个开采块段的煤层。,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施（在构造破坏带应适当加大距离）。钻孔的最小控制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮6m），同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线（包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线）的最小距离不小于5m，且当钻孔不能一次穿透煤层全厚时，应当保持煤孔最小超前距15m；,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯抽采钻孔要求,顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应控制的条带长度不小于60m，巷道两侧的控制范围与回采巷道外侧的要求相同。当煤巷掘进和回采工作面在预抽防突效果有效的区域内作业时，工作面距未预抽或者预抽防突效果无效范围的前方边界不得小于20m。厚煤层分层开采时，预抽钻孔应控制开采的分层及其上部至少20m、下部至少10m（均为法向距离，且仅限于煤层部分）,瓦斯抽采,顺层钻孔和穿层钻孔比较穿层钻孔优点：a）由于抽采钻孔和开采煤层呈正交或斜交，钻孔穿透了煤层内的各分层及其层理，瓦斯容易进入钻孔。所以同一煤层和钻孔长度相同的条件下，穿层钻孔抽采瓦斯量大于顺层钻孔。b)可以利用开拓巷道提前打钻孔，赢得充分的预抽时间；对有突出危险的煤层可以避免石门揭煤和掘进煤巷采用其他麻烦的局部防突措施。c)一般在岩石中开孔，封孔质量可靠。顺层钻孔的优点：钻孔煤壁暴漏面积大，钻进效率高，成本低。采用未卸压抽采法抽采薄及中厚煤层时，一般优先考虑顺层钻孔布孔方式。突出煤层，可打穿层钻孔。,钻孔施工,1、钻孔方位确定 在方位线上前后各吊一根铅垂线，在立轴内固定好钻杆，调整钻机使钻杆和二根铅垂线相切，此时的方位为施工方位。2、钻孔倾角确定 在立轴内插入钻杆，将半圆仪紧贴钻杆，调整立轴达到设计角度。钻孔施工角度误差不大于0.1开孔位置误差不大于0.5m。开孔要圆滑，终孔要打到设计层位。,钻孔施工,3、钻孔终孔位置 钻孔终孔位置要深入到邻近层的裂隙带内（一般应布置在25-30m,为所采煤层厚度的8-10倍采高为宜（裂隙带内），伸入工作面水平长度应不小于15m,钻孔与出煤柱垂高应掌握不易于被切孔压垮；钻孔长度应符合终孔位置层位要求。4、钻孔间距,钻孔施工,钻孔有效排放半径：规定的排除放时间内，该范围内瓦斯压力or瓦斯含量降低到安全容许值，此时的有效范围。L2R,钻孔有效排放半径测定方法。,多孔法：,钻孔抽采时间,确定依据：钻孔瓦斯有效抽放率；钻孔瓦斯衰减系数。计算公式：式中 T-抽放时间，d；-钻孔瓦斯衰减系数，d-1;k-系数（or抽放率）,取0.7 0.8。5、孔口抽放负压与封孔长度 抽放负压与煤层透气性系数、封孔质量、管路质量有关。一般取 13.6 26.6 kPa。封孔长度：岩孔：25m；煤孔：410m,钻孔封孔,封孔长度要求穿层钻孔的封孔段长度不得小于5m顺层钻孔的封孔段长度不得小于8m抽采负压要求本煤层钻孔孔口抽采负压不得小于13kPa；邻近层抽采孔口负压不小于5 kPa,卸压抽放瓦斯参数（邻近层抽放）,卸压抽放瓦斯参数（邻近层抽放）邻近层：开采煤层顶底板内赋存的能向开采煤层涌出瓦斯的煤层。1、开采煤层回采后对邻近层影响特征（1）形成采动裂隙和卸压带 顶板：冒落、移动、卸压、变形 底板：膨胀、卸压变形 按裂隙发育情况分为“三带”I带内：瓦斯大量流向开采煤 层采空区。当层间距小于810m时，煤层处于冒落带内。,卸压抽放瓦斯参数（邻近层抽放）,II带：瓦斯流向开采煤层采空区。特点：煤层透气性大大增加，抽出量大，瓦斯浓度高。III带：瓦斯不流向开采煤层采空区。特点：煤层透气性增加较小，抽出量小，瓦斯浓度高。（2）邻近层采动影响区内透气性系数 煤层透气性系数增加几倍 几百倍。（3）邻近层残余瓦斯压力变化规律 由于不同层间距的邻近层瓦斯得到不同程度的排放，其残余 瓦斯压力变化如图。R=层间距/采高,主要结论：,（1）邻近层抽采总可以抽出瓦斯，适用于各种条件；（2）钻孔流量决定于采动影响程度（层间距）和瓦斯含量。（3）抽采率的高低，决定于层间距及各种抽采参数的选择。（4）邻近层距开采层愈远，抽采率愈大，抽出的瓦斯浓度愈大，可抽时间愈长。,第三讲、瓦斯抽采技术管理,第一节、抽采工程设计要求,1、经矿井瓦斯涌出量预测或者矿井瓦斯等级鉴定、评估符合应当进行瓦斯抽采条件的新建矿井、生产矿井新水平、技改和资源整合矿井，其矿井初步设计必须包括瓦斯抽采工程设计内容。2、矿井瓦斯涌出量预测和瓦斯抽采工程设计，必须由取得国家相关规定资质的单位对抽采系统负担区域内的瓦斯涌出量预测，预测单位对报告结果负责，并报省煤炭管理部门审批后，作为瓦斯抽采工程设计依据。,3、矿井瓦斯抽采工程设计所依据的瓦斯参数的选取及方案选择要进行可行性论证，依据煤矿瓦斯抽采工程设计规范（GB504712008）、煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006）标准等要求进行设计。4、矿井瓦斯涌出量预测和瓦斯抽采设计及抽采工程验收由集团公司初审、验收后，上报省煤炭工业厅审批、验收。经省煤炭工业厅组织验收合格后，方准投入使用。5、矿井瓦斯抽采工程设计应当与矿井开采设计同步进行，合理安排掘进、抽采、回采三者间的超前与接替关系，保证有足够的工程施工及抽采时间；分期建设、分期投产的矿井，其瓦斯抽采工程必须一次设计，并满足分期建设过程中瓦斯抽采达标的要求。,6、建立局部瓦斯抽采系统时，由矿总工程师负责组织编制设计和安全技术措施，报集团公司批准。井下临时瓦斯抽采系统设计和抽采工程验收由集团公司组织相关部门进行审批、验收。7、依照煤矿安全规程及法规、标准等规定要求进行瓦斯抽采的矿井，瓦斯抽采工程设计、改变瓦斯抽采主干系统或采用新的抽采方法时，矿要编制专门设计和措施，报集团公司总工程师批准。,第二节、瓦斯抽采系统建立条件,一、根据煤矿安全规程、煤矿瓦斯抽采工程设计规范（GB504712008）、煤矿瓦斯抽放规范、煤矿瓦斯抽采基本指标、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定等相关法律、法规、规程、标准等要求。有下列情况之一的矿井必须进行瓦斯抽采，并实现抽采达标：1）、开采有煤与瓦斯突出危险煤层的；2）、一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或者一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min的；3）、矿井绝对瓦斯涌出量大于或等于40m3/min的；,4）、矿井年产量为1.01.5Mt，其绝对瓦斯涌出量大于30m3/min的；5）、矿井年产量为0.61.0Mt，其绝对瓦斯涌出量大于25m3/min的；6）、矿井年产量为0.40.6Mt，其绝对瓦斯涌出量大于20m3/min的；7）、矿井年产量等于或小于0.4Mt，其绝对瓦斯涌出量大于15m3/min的。,一、凡符合下列情况之一时，应建立地面固定瓦斯抽采系统：,1）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的矿井；2）瓦斯抽采系统设计抽采量大于或等于2m3/min的矿井。地面固定瓦斯抽采系统宜根据下列具体情况分别布置高负压或低负压瓦斯抽采系统：1）采用采空区抽采等抽采方法的矿井宜采用低负压抽采系统。2）采用本煤层预抽、边采边抽、边掘边抽、邻近层卸压抽采等抽采方法的矿井，宜采用高负压抽采系统。3）本条1、2款的抽采方法均采用的矿井，且矿井设计抽采量大于或等于10m3/min时，宜采用两套管路分别建立高、低负压抽采瓦斯系统。,当地面抽采泵产生的负压不能满足要求时，可在井下安设瓦斯抽采系统与地面瓦斯抽采系统串联工作，同时应对瓦斯抽采系统网络进行分析计算，并应做好井上、井下瓦斯抽采系统的匹配选择。（2009年煤矿瓦斯抽采抽采设计规范中提到，到2011年煤矿瓦斯抽采达标暂行规定要求抽采泵站能力、抽采孔口负压有了新的要求）,三、瓦斯抽采泵选择要求,矿井抽采瓦斯设备的能力，应满足矿井抽放瓦斯期间或在抽放瓦斯设备服务年限内所达到的开采范围的最大抽放量和最大抽放阻力的需求，且应有不小于15的富裕能力。抽采设备选型应符合下列规定：1）瓦斯抽采泵应选用湿式。2）抽采设备应配备防爆电气设备及防爆电动机。,3）泵站的装机能力和管网能力应当满足瓦斯抽采达标的要求。备用的抽采泵及附属设备应与抽采设备具有同等能力。在一个抽放站内，抽放瓦斯泵及附属设备只有一套工作时，应备用一套；两套或两套以上工作时，应至少备用一套。备用泵能力不得小于运行泵中最大一台单泵的能力；运行泵的装机能力不得小于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的2倍，即：,标准状态下抽采泵流量可按下式计算：QK=式中 Qb标准状态下抽采泵的计算流量（m3/min）；Q1015年内最大的设计瓦斯抽采量（m3/min）；X抽采泵入口处预计的瓦斯浓度（%）泵的机械效率（%），可取80%；K抽采能力富余系数，可取1.21.8。,抽采泵工况流量可按下列公式计算：Qg=Qb P=PdHr T=273+t 式中 Qg工况状态下的抽采泵流量（m3/min）；Qb标准状态下抽采泵的计算流量（m3/min）P抽采泵入口绝对压力（Pa）；T抽采泵入口瓦斯的绝对温度（K）；t抽采泵入口瓦斯的温度（）。,四、抽采管路选择、管理,1、煤矿瓦斯抽采管路应符合国家有关规定抗静电、耐腐蚀、阻燃、抗冲击、具有良好的气密性、足够的机械强度及安装维护方便等要求。504712、山西省煤炭厅瓦斯处对矿井瓦斯抽采管路严禁使用非金属管材（除钻孔封孔管、连接管外）作为瓦斯抽采管路使用。3、瓦斯抽采主管、分管管路服务年限超过10年的，必须使用螺旋焊管或直缝焊钢管。采区、工作面支管应优先采用前述焊接管。4、瓦斯抽采管路的管径在服务年限内所达到的开采范围的最大抽放量和最大抽放阻力的需求，且应有不小于15的富裕能力。,5、抽采管路管径可根据主管、干管、分管、支管中不同的瓦斯流量，按下式分别计算：式中 d管路内径（m）；Q管路内混合瓦斯流量（m3/min）；各类管路的流量应按照其使用年限或服务区域内的最大值确定，并应有1.21.8的富余系数；V经济流速（m/s），可取512m/s。,抽采管路系统管理要求,瓦斯抽采泵站应符合现行国家标准建筑物防雷设计规范GB 50057的有关规定，并应设置防雷电设施，通往井下的抽采管路应采取防雷电和隔离措施。矿井瓦斯抽采泵站宜设置自动监控系统，应实时监控抽采瓦斯浓度、负压、流量、泵站设备运行状态参数、环境瓦斯浓度、循环供水、供电、设备开停状态等，同时对泵站设备运行异常、环境瓦斯浓度超限和供水系统发生故障时应报警和进行断电控制。抽采瓦斯监控系统应并入矿井安全监测监控系统。利用瓦斯时，抽采泵出气侧管路系统必须装设防回火、防回气、防爆炸的安全装置；低浓度瓦斯用管道输送利用时应安设阻火泄爆、抑爆、阻爆三种不同原理的阻火防爆装置；抽出的低浓度瓦斯不利用时，其地面排空管路应安设阻火泄爆、抑爆两种不同原理的阻火防爆装置。阻火泄爆装置宜采用水封式阻火泄爆装置，抑爆装置宜采用自动喷粉抑爆装置。（安设标准见 AQ1076-2009）,第二节、抽采瓦斯矿井必备的技术管理资料,瓦斯抽采系统应当确保工程超前、能力充足、设施完备、计量准确；瓦斯抽采管理应当确保机构健全、制度完善、执行到位、监督有效。加强抽采瓦斯的利用，有效控制向大气排放瓦斯。凡是进行瓦斯抽采的矿井必须建立健全瓦斯抽采管理工作体系，岗位责任制、钻孔钻场检查管理制度、抽放工程质量验收制度；制定矿井瓦斯抽采达标评判细则，建立瓦斯抽采考核奖惩制度、先抽后采例会制度、技术档案管理制度等。,3、瓦斯抽采的矿井，必须建立健全专业的瓦斯抽采机构。建立专门的瓦斯抽采队伍，人员配备必须满足抽采瓦斯的要求，由通风区（或抽采区）统一管理，必须配备足够数量的专业工程技术人员，负责瓦斯抽采技术工作。4、瓦斯抽采技术和管理人员应当定期参加专业技术培训，瓦斯抽采工应当参加专门培训并取得相关资质后上岗。5、瓦斯抽采矿井在编制矿井的生产发展规划和年度生产计划时，必须同时组织编制相应的瓦斯抽采达标规划和年度实施计划，确保“抽掘采”平衡。矿井生产规划和计划的编制应当以预期的矿井瓦斯抽采达标煤量为限制条件。,6、矿井应将矿井瓦斯抽采纳入生产衔接计划管理，采掘面必须首先制订抽采衔接计划，根据抽采衔接计划再制订生产衔接计划。采掘工作面等地点未达到设计要求的预抽时间、抽采量和瓦斯抽采不达标的，严禁进行采掘作业。7、瓦斯抽采矿井要按时填报抽放观测日报、通风工作月报、本煤层钻孔施工量及抽放量统计表、瓦斯抽采预测预报表、抽采钻机井下使用情况逐月汇总表等报表内容，上述报表经分管领导审核签字后报回集团公司通风部。8、各矿（公司）每半年要绘制一次瓦斯抽采系统图，并报集团公司通风部。,9、矿井必须有以下瓦斯抽采技术资料管理。（一）矿井瓦斯抽采规划、年度、季、月度计划（二）矿井、水平、采区、采掘工作面瓦斯抽采设计、措施。（三）图纸：1）矿井或采区瓦斯抽采系统图。2）泵站平面与管网（包括阀门、安全装置、检测仪表、放水器等）布置图。3）抽采钻场及钻孔布置图4）泵站供电系统图,（四）报表1）抽采工程年、季、月报表；2）抽采量年、季、月、旬、日报表（五）记录1）抽采工程和钻孔施工记录；2）抽采参数测定记录；3）泵房（站）值班记录4）管路工程记录班报5）泵站（含临时泵站）观察记录班报（六）台帐1、抽采设备台帐；2、抽采工程管理台帐；3、瓦斯抽采系统和抽采参数、抽采量管理台帐。（七）矿井瓦斯抽采年、季、月度工作总结以及采煤工作面瓦斯抽采总结等。,（八）牌板1）抽采钻场钻孔施工管理牌板。内容包括：钻孔设计剖面图、钻孔设计参数、钻孔施工负责人、钻孔施工技术要求、钻孔施工注意事项等。悬挂在施工钻场内。2）抽采钻场钻孔位置牌板。内容包括：各钻孔剖面图，在剖面上标明各钻孔的深度、终孔层位、钻场间距、有效抽采距离、拆孔距离，以及钻场间距和钻孔管理注意事项等；悬挂在抽采钻孔附近。3）抽采钻场钻孔观测牌板。内容包括：钻场编号、钻孔编号、钻孔终孔日期、开抽日期、抽采孔数、验收人，以及钻孔的抽采负压、流量、瓦斯浓度、观测日期、观测人姓名等；悬挂在抽采钻场内。（九）抽采系统月度分析总结报告。各矿（公司）所有抽采技术资料均要存档，矿每月要对抽采技术资料进行系统分析总结，查找问题和不足，提出整改措施。,第四讲 瓦斯抽采达标评判,瓦斯抽采达标评判,一、瓦斯抽采的基础条件评判 瓦斯抽采矿井必须满足以下八项基础条件，不符合下列情况之一的，应当判定为抽采基本条件不达标：1、经矿井瓦斯涌出量预测或者矿井瓦斯等级鉴定、评估符合应当建立瓦斯抽采系统的矿井，抽采设计及抽采系统工程报省煤炭工业厅备案或审批、验收合格，且系统运行稳定；2、抽采泵站的装机能力和管网能力应当满足瓦斯抽采达标的要求。备用泵能力不得小于运行泵中最大一台单泵的能力；运行泵的装机能力不得小于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的2倍，即：预抽瓦斯钻孔的孔口负压不得低于13kPa，卸压瓦斯抽采钻孔的孔口负压不得低于5kPa。,瓦斯抽采效果评判,3、矿井在编制生产发展规划和年度生产计划时，必须同时组织编制相应的瓦斯抽采达标规划和年度实施计划，确保“抽掘采平衡”；4、各矿（公司）瓦斯抽采设计应当符合集团公司和上级相关规定。回采工作面抽采施工设计，必须由矿编制专项设计，经矿总工程师审查，报集团（区域）公司总工程师批准；掘进工作面抽采设计由矿总工程师批准。5、采掘工作面抽采工程竣工后，必须由矿领导组织相关部门进行验收，相关负责人签字；并绘制抽采工程竣工图和记录保存施工过程中的异常现象（如喷孔、顶钻、卡钻）等内容；6、瓦斯抽采矿（公司）必须建立瓦斯抽采达标自评价工作体系和瓦斯抽采管理制度；,瓦斯抽采的基础条件评判,7、建立、完善瓦斯抽采监控系统，实时监控管网瓦斯浓度、压力或压差、流量、温度等参数及设备的开停状态进行监测。计量测点应布置在泵站、主管、分（支）管、采区支管及需要单独评价的区域分支、钻场等测点，抽采瓦斯计量装置应当符合相关计量标准要求，定期检测。8、建立瓦斯抽采效果评判测试技术分析的实验室，仪器、仪表配备齐全。,瓦斯抽采效果评判,（二）抽采钻孔布孔均匀程度评价；预抽煤层瓦斯的抽采钻孔严格按照设计施工，钻孔在有效控制范围内均匀布置，钻孔有效控制范围应当满足煤矿瓦斯抽采基本指标或防治煤与瓦斯突出规定的要求；预抽钻孔间距不得大于设计间距。（三）抽采瓦斯效果评判指标测定；1、将钻孔间距基本相同和预抽时间基本一致（预抽时间差异系数小于30%，）的区域划为一个评价单元。,瓦斯抽采效果评判,2、对同一评价单元预抽瓦斯效果评价时，首先应根据抽采计量等参数计算抽采后的残余瓦斯含量或残余瓦斯压力，并计算可解吸瓦斯量，当其满足采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到指标要求后，再进行现场实测预抽瓦斯效果指标。3、按煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250，以下简称含量测定方法）现场测定煤层的残余瓦斯含量，按煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法（AQ/T1047，以下简称压力测定方法）现场测定煤层的残余瓦斯压力，依据现场测定的煤层残余瓦斯含量，计算现场测定的煤层可解吸瓦斯量。,瓦斯抽采效果评判,4、突出煤层现场测定点应当符合下列要求：（1）用穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段或回采区域煤层瓦斯时，沿采煤工作面推进方向每间隔3050m至少布置1组测定点。当预抽区段宽度（两侧回采巷道间距加回采巷道外侧控制范围）或预抽回采区域采煤工作面长度未超过120m时，每组测点沿工作面方向至少布置1个测定点，否则至少布置2个测点；（2）用穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯时，在煤巷条带每间隔3050m至少布置1个测定点；（3）用穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯时，至少布置4个测定点，分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧，并且至少有1个测定点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围；,瓦斯抽采效果评判,（4）用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯时，在煤巷条带每间隔2030m至少布置1个测定点，且每个评判区域不得少于3个测定点；（5）各测定点应布置在原始瓦斯含量较高、钻孔间距较大、预抽时间较短的位置，并尽可能远离预抽钻孔或与周围预抽钻孔保持等距离，且避开采掘巷道的排放范围和工作面的预抽超前距。在地质构造复杂区域适当增加测定点。测定点实际位置和实际测定参数应标注在瓦斯抽采钻孔竣工图上。,抽采效果达标评判,预抽瓦斯效果达标应当满足如下标准：1对瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面，评价范围内煤的可解吸瓦斯量满足表1规定的，判定采煤工作面评价范围瓦斯抽采效果达标。,抽采效果达标评判,2对于突出煤层，当评价范围内所有测点测定的煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量都小于预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量、且施工测定钻孔时没有喷孔、顶钻或其他动力现象时，则评判为突出煤层评价范围预抽瓦斯防突效果达标；否则，判定以超标点为圆心、半径100m范围未达标。预期的防突效果达标瓦斯压力或瓦斯含量按煤层始突深度处的瓦斯压力或瓦斯含量取值；没有考察出煤层始突深度处的煤层瓦斯压力或含量时，分别按照0.74MPa、8m3/t取值。3对于瓦斯涌出量主要来自于突出煤层的采煤工作面，只有当瓦斯预抽防突效果和煤的可解吸瓦斯量指标都满足达标要求时，方可判定该工作面瓦斯预抽效果达标。,抽采效果达标评判,对瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面，计算的瓦斯抽采率满足表2规定时，其瓦斯抽采效果判定为达标。,抽采效果达标评判,采掘工作面同时满足风速不超过4m/s、回风流中瓦斯浓度低于1%时，判定采掘工作面瓦斯抽采效果达标。矿井瓦斯抽采率满足表3规定时，判定矿井瓦斯抽采率达标。,抽采效果达标评判,针对集团公司情况，瓦斯涌出量主要来源邻近层和本煤层的采煤工作面，工作面瓦斯抽采达标评判时，应对本煤层、邻近层分别进行瓦斯抽采效果评判。邻近层达标评判按抽采工程设计要求施工完毕验收合格后判定为评判达标。本煤层瓦斯抽采效果评判，可按走向长度每150m划分为一个区域单元进行评价。,抽采达标责任,核定矿井生产能力时应当把矿井瓦斯抽采达标能力作为约束指标；矿井其他能力均大于瓦斯抽采达标能力的，按瓦斯抽采达标能力确定矿井生产能力。瓦斯抽采不达标的煤矿，不得组织采掘作业；擅自组织生产作业的，煤矿安全监管监察部门应当责令其限期整改，逾期未整改完成的，责令停产整顿。有下列情况之一的，煤矿安全监管监察部门应当责令矿井所有井巷揭煤、煤巷（半煤岩巷）掘进和采煤工作面停产：（一）未进行瓦斯抽采达标评判仍组织生产的；（二）在瓦斯抽采达标评判中弄虚作假，提供虚假评判报告的。,抽采达标责任,矿井瓦斯抽采未达标，擅自组织生产造成事故的，煤矿安全监管监察部门应当责令其停产整顿，并依法严肃追究责任。,第五讲、瓦斯抽采新技术、新工艺、新技术装备,瓦斯抽采技术研究,1、积极推广应用地面钻井抽采和矿井井下抽采相结合的综合瓦斯抽采工艺。2、积极推广应用千米钻机大面积预抽采工艺，对回采和准备工作面大面积钻孔预抽瓦斯应保证足够的抽采时间，实现瓦斯抽采达标有保护层开采条件的优先开采保护层，没有保护层开采条件的则试验探索用更先进、可靠的大面积预抽技术，真正达到“区域防突为主、局部防突为辅”的目标。为此，阳煤集团进行了以下内容的研究试验：,（1）千米钻机钻孔方式,（1）千米钻机钻孔方式利用千米钻机可定向、钻孔深度大的优势，进行顺层钻孔区段预抽瓦斯。钻孔穿透1-2个工作面及其配套顺槽，超前预抽采未卸压瓦斯。采掘工作面千米钻机顺层预抽瓦斯钻孔布置见图1-35。掘进顺层(千米钻机)钻孔煤巷条带瓦斯示意图,顺层(千米钻机)钻孔区段预抽瓦斯示意图,顺层(千米钻机)钻孔回采区段预抽瓦斯示意图,底板岩巷超前掩护保护煤巷顺槽钻孔布置方式,在距突出煤层一定距离的底板岩层中先掘进一条岩巷，在岩巷内向待掘煤层巷道位置及其周边规定区域施工钻孔预抽瓦斯，其布置方式见图1-6。,地面直井压裂预抽方式,在地面以300m间距布置垂直钻井至待采掘煤层，超前7年以上时间预抽煤层瓦斯，地面垂直井预抽方式见图,深入研究和强化实施低透气性煤层增透技术,研究试验深孔CO2预裂爆破、水力割缝、水力冲孔增透技术。完善瓦斯抽采煤层钻孔封孔技术，提高管路连接质量，切实提高矿井瓦斯抽采效率，为矿井有效防突和减人减面高效生产创造条件。对松软、低透气性煤层应加大抽采钻孔密度和孔径4、煤与瓦斯突出LON神经元网络快速监测监控技术研究5、综掘工作面远程遥控突出防护新技术装备研究6、试验应用煤与瓦斯突出预警系统，实现防突技术、管理的智能化，提高科学性、可靠性。7、试验研究各矿突出煤层工作面突出危险性的多参量动态、综合预测技术方法和指标，研究试验根据综合分析瓦斯、地应力、地质构造等多因素的区域预测技术方法和指标,技术装备,采用深孔定向钻机；采用德国EH-1400；EH-260超大扭矩、动力大孔径、能施工长度达300余钻机，横穿一个工作面及两条顺槽；建立瓦斯含量、压力实验室等,抽采瓦斯基本参数,煤层透气性系数 煤层透气性系数是反映煤层瓦斯流动难以程度的标志，其物理意义是1m长的煤体上，其压力平方差为1MPa2时，通过1煤体断面，1昼夜流过的瓦斯量m。单位：/(MPa2d)1/(MPa2d)=0.025mD（毫达西）,1m,1,A,B,钻孔施工,钻孔有效排放半径：规定的排除放时间内，该范围内瓦斯压力or瓦斯含量降低到安全容许值，此时的有效范围。L2R,钻孔抽采时间,确定依据：钻孔瓦斯有效抽放率；钻孔瓦斯衰减系数。计算公式：式中 T-抽放时间，d；-钻孔瓦斯衰减系数，d-1;k-系数（or抽放率）,取0.7 0.8。5、孔口抽放负压与封孔长度 抽放负压与煤层透气性系数、封孔质量、管路质量有关。一般取 13.6 26.6 kPa。封孔长度：岩孔：25m；煤孔：410m,瓦斯抽采涌出量预测,矿井瓦斯涌出量预测采用分源预测法或矿山统计法。（AQ1018）按煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250，以下简称含量测定方法）现场测定煤层的残余瓦斯含量，按煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法（AQ/T1047，以下简称压力测定方法）现场测定煤层的残余瓦斯压力，依据现场测定的煤层残余瓦斯含量，按下列公式计算现场测定的煤层可解吸瓦斯量。,A1、瓦斯抽采后煤的残余瓦斯含量计算,按公式（1）计算：,可解吸瓦斯量计算方法：,按公式计算:式中：煤的可解吸瓦斯量，m3/t；抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量，m3/t；煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量，按公式 计算。,可解吸瓦斯量计算方法：按公式计算:式中：煤的可解吸瓦斯量，m3/t；抽采瓦斯后煤层的残余瓦斯含量，m3/t；煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量，按公式 计算。,各种瓦斯抽采技术参数：可根据煤矿安全规程、煤矿瓦斯抽放规范、瓦斯抽采基本指标AQ1026（27）-2006、煤矿瓦斯抽采工程设计规范（GB504712008）、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定等相关资料等规定要求计算。,谢谢大家！,集团公司,Make Presentation much more fun,二0一四年四月,