煤矿瓦斯抽采基本指标与瓦斯抽放规范.ppt

煤矿瓦斯抽采基本指标与瓦斯抽放规范,河南理工大学 熊祖强 博士，副教授,一、煤矿瓦斯抽采基本指标二、我国煤层条件下瓦斯抽放模式三、促进瓦斯抽采的根本保证四、煤矿瓦斯抽放规范,主 要 内 容,煤炭在中国国民经济中的地位,中国是世界上少数几个一次能源以煤炭为主的国家。中国的煤炭工业为国民经济发展作出了重要贡献。首先，煤炭是中国工业动力的基础。在中国生产和消费的一次商品能源中煤炭约占74%，煤炭提供了78%的发电能源；其次，煤炭是中国的主要化工原料之一，提供了70%的化工原料；再次，煤炭是农业生产和城镇人民生活的重要物质，60%的民用商品能源是由煤炭提供。在探明的化石能源中，煤炭占94.3%。在未来的5060年内，随着新能源和可再生能源、水电和核电的发展，煤炭在一次能源中的消费比重会有所下降，但煤炭仍将是我国的主要能源。,煤炭是我国的主要能源,我国煤矿开采的特点,我国煤炭资源丰富 2000m深度5.57万亿吨；1000m深度2.8万亿吨煤炭占能源比重大 当前约70%以上；本世纪50%开采条件复杂 井工开采比重95%；开采深度 400m安全情况不好 百万吨死亡率大于5，居世界之首；每年死亡总数6000人，超过世界的总和。,1976年以来全国煤炭产量与死亡人数,全国煤矿百万吨死亡率,煤矿安全状况严峻,2000-2002年我国煤矿灾害事故死亡人数,各主要产煤国家的百万吨死亡率,煤矿安全状况严峻,煤矿安全状况严峻,我国百万吨死亡人数是美国等先进采煤国家的50100倍,我国煤矿死亡事故构成,我国煤矿死亡事故构成,2001年,我国煤矿死亡事故构成,分析（结论）采掘工作面推进引发的瓦斯、顶板及运输事故占绝对的比重。尽管出现兖州、神东等世界第一流现代化矿区。1995年至今生产第一线引发的事故比重以及瓦斯、顶板死亡事故严重的状况没有根本转变。,2001年瓦斯事故死亡人数比例,瓦斯灾害事故居高不下,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,标准号:AQ1026-20062006年11月2日发布2006年12月1日实施国家安全生产监督管理总局发布,本标准规定了煤矿瓦斯抽采应达到的指标及测算方法；适用于井工煤矿。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,瓦斯抽采的含义?瓦斯抽采与煤炭开采一体化部署，将瓦斯抽采计划纳入矿井的生产工序，按抽、掘、采配套进行生产计划及衔接安排，根据钻机能够钻进深度、钻孔布置参数、预抽时间、预抽效果、采煤工作面布置以及采掘进度等，确定不同瓦斯含量区域的抽掘采接替。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,1、瓦斯抽采的必要性（1）瓦斯抽采 防治瓦斯的根本措施。（2）国外经验 通过立法强化瓦斯抽采，可以有效控制瓦斯灾害发生。（3）瓦斯 宝贵的清洁资源、很强的大气温室效应气体、煤矿灾害的主要危险源。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,CH4是造成温室效应的主要气体之一，据测算，大气中CH4浓度每增加110-6，地球表面温度增加1。每摩尔CH4引起气候变化的作用是每摩尔CO2的26倍，因此，减少CH4排放要比减少等量的CO2排放对减少温室效应的贡献要大2060倍。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,瓦斯事故危害大，消除瓦斯事故隐患花费高，严重制约矿井高产、高效和生产规模发展。瓦斯又是一种优质资源，对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用，可以给煤矿带来较好的经济效益。我国埋藏2000m以内瓦斯资源量相当于40Gt标准煤，按我国现有能耗标准，相当于我国约使用27 年的能源。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,（4）国家把瓦斯抽采工程视为生命工程和资源工程。先后颁发多个文件，要求强化煤矿瓦斯抽采。如国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（国务院令第446号）、关于促进煤炭工业健康发展的若干意见（国发200518号）、关于进一步加强安全生产工作的决定（国发20042号）。（5）国务院办公厅“关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见”（国办发200647号）“五、煤层中吨煤瓦斯含量必须降低到规定标准以下，方可实施煤炭开采。煤矿安监局要会同有关部门组织制订具体标准，并加强监督检查”。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,2、标准制定的原则总体原则：促进煤矿安全生产、技术经济合理、便于监管。循序渐进原则：2030%的矿井能达到标准规定的指标；5060%的矿井可以通过调整采掘部署、补足瓦斯抽采工程、保证抽采时间等措施达到标准规定的指标；1020%的矿井还得降低生产能力来达到标准规定的指标；少数无法达到标准的矿井将予于关闭。时机成熟修改标准，提出更高要求。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,3、必须进行瓦斯抽采的矿井-规程145条规定 a）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于 5 m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于 3 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理时。b）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于 40 m3min；年产量 1.01.5 Mt 的矿井，大于 30 m3min；年产量 0.61.0 Mt 的矿井，大于 25 m3min；年产量 0.40.6 Mt 的矿井，大于 20 m3min；年产量等于或小于 0.4 Mt，大于 15 m3min。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,c)开采有煤与瓦斯突出危险煤层。说明：“用通风方法解决瓦斯问题不合理时”采掘工作面风速不得超过 4 m/s，回风流中瓦斯浓度不得超过1%。产量小于0.4 Mt，绝对瓦斯涌出量接近 15 m3min 的高瓦斯矿井，用a）款约束。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,4、必须达到的指标 1）总体原则基本消除突出危险性；确保正常通风能力就可以将风流中瓦斯浓度稀释到规定的安全指标以内。限制不合理地增加矿井风量，鼓励提高瓦斯抽采量。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,2）突出危险煤层必须达到的指标 煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量（或8m3/t）以下，或将瓦斯压力降到煤层始突深度的瓦斯压力（0.74MPa）以下。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,3）突出危险煤层达到指标的范围 a）石门（井筒）揭煤工作面控制范围应根据煤层的实际突出危险程度确定，但必须控制到巷道轮廓线外 8m 以上（煤层倾角8时，底部或下帮 5m）。钻孔必须穿透煤层的顶（底）板0.5m 以上。若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方 15m 以上。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,b）煤巷掘进工作面控制范围为：巷道轮廓线外8m以上（煤层倾角8时，底部或下帮5m）及工作面前方10m以上。c）采煤工作面控制范围：工作面前方20m以上。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,4）关于掘进工作面前方10m控制范围前方控制范围可以理解为最小超前距。也就是说要想进行采掘推进，前方必须有更大范围满足抽采指标要求；允许推进的距离是满足指标要求的范围与最小控制范围之差。国外是要求整个工作面都符合条件的前提下才能采掘，而我国目前技术水平还难以达到这种要求，因此没有照搬国外的经验。,推进距离,最小超前距,L,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,为了有效遏制突出伤亡事故的发生，应尽可能的采取区域性防突技术措施。本标准的目的就是希望把习惯于局部措施扭转到习惯于区域措施的途径上来。只有在因地质构造等影响、区域性防突技术措施没有有效消除突出危险的地带，执行补充措施时，才使用局部防突技术措施，减少与突出短兵相接的机会，减少突出伤亡事故。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,5）采煤工作面瓦斯抽采指标瓦斯涌出量主要来自于邻近层或围岩的采煤工作面瓦斯抽采率应满足表1规定，瓦斯涌出量主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤的可解吸瓦斯量应满足表2规定。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,表1 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,表2 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,6）矿井瓦斯抽采率应达到的指标,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,7）采掘工作面风速不得超过4m/s，回风流中瓦斯浓度不得超过1%。表1、表2、表3指标制订考虑到现有技术的可行性。即使达到了规定指标，有些高瓦斯矿井的风排瓦斯量仍然非常大，所以还需强调强化通风。这一条实际上暗含了取消煤矿安全规程放限管理的规定，目的就是促使企业强化瓦斯抽采。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,五、指标的测定与计量方法1）瓦斯压力和瓦斯含量按MT/T 638规定测定瓦斯压力。按MT/T 77 规定测定瓦斯含量。瓦斯压力与瓦斯含量的关系。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,2）煤的残存瓦斯含量 煤的残存瓦斯含量按下式测算。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,3）可解吸瓦斯量的确定 式中：Wj-煤的可解吸瓦斯量，m3/t；W-抽放后煤层瓦斯含量，m3/t；Wc-煤在标准大气压下的残存瓦斯含量。,说明:因为，所以，保证产量情况下，使工作面瓦斯瓦斯 浓度不超限，必须控制煤层瓦斯解 吸瓦斯量。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,3）抽采率按AQ 1025-2006测定和计算绝对瓦斯涌出量。工作面和矿井瓦斯抽采率计算时，计算时间内工作面或矿井范围内地面钻井、永久系统和移动系统抽出的瓦斯都可算作抽出量。矿井月平均瓦斯抽采率：,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,6、其它矿井必须综合抽采瓦斯，并且提前35年制定抽采瓦斯规划，每年年底前编制下年度的抽采瓦斯计划，以确保抽采瓦斯工作面的正常衔接，做到“抽、掘、采”平衡。低瓦斯矿井新水平、新采区应测定煤层原始瓦斯含量和压力，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井每个采区垂深每增加50m应测定煤层原始瓦斯含量和压力。本标准具有强制性，是与煤矿相关的各级安全监察部门执法监察的主要法律依据之一。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,2006年11月2日发布，2006年12月1日实施。安监总煤矿2006245号“关于遏制国有重点煤矿重特大瓦斯事故的通知”之“二、未严格执行煤矿瓦斯抽采基本指标（2006年12月1日起生效），至2007年10月1日仍未达到瓦斯抽采基本指标要求的高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，一律停产整顿。”,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,重点依靠企业自身监管，企业自身监管必须强化领导人的意识，正确处理瓦斯抽采与煤炭生产的关系；政府监督监察部门重点监察规划、设计、工程、系统、抽采计量和数据、瓦斯超限、通风等情况，并采取不定期抽查实际情况与相关资料的符合程度。,一、煤矿瓦斯抽采基本指标,本标准主要界定在瓦斯抽采指标，没有涉及瓦斯利用与排放的相关内容。国务院办公厅“关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见”（国办发200647号）“七、限制企业直接向大气中排放煤层气，环保总局要研究制订煤层气大气污染物排放的具体标准，并对超标准排放煤层气的企业依法实施处罚”。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,抽放瓦斯的方法：按瓦斯的来源分为：开采煤层的抽放、邻近层抽放和采空区抽放；按抽放的机理分为：未卸压抽放和卸抽放两类；按汇集瓦斯的方法分为：钻孔抽放、巷道抽放和巷道与钻孔综合法三类。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,提高抽放效果的保障1、合理抽掘采部署,下邻近层瓦斯抽采意图,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,2、优化抽放参数抽放钻孔的布置；合理钻孔预抽时间 钻孔预抽有一个合理的时间，预抽时间过短，钻孔抽采工程得不到有效利用。而一味地延长抽采时间也不科学，钻孔瓦斯流量随抽采时间的延长而衰减基本符合负指数方程，当超过一定的预抽时间，钻孔瓦斯流量衰减到很小，再继续预抽已没多大意义，况且影响采掘接替。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,瓦斯抽采量随时间变化关系示意图,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,有效抽采半径 钻孔的有效抽采半径是指在规定的抽采时间内钻孔抽采瓦斯的有效影响范围。显然，钻孔的有效抽采半径与抽采时间、瓦斯及煤层透气性有关。测定方法：一是通过观测抽采钻孔四周不同距离测压钻孔瓦斯压力随抽采时间的变化来确定，二是通过测定钻孔累计抽出瓦斯量随抽采时间的变化来确定。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,瓦斯抽采影响范围随时间变化示意图,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,（一）地面钻孔抽放瓦斯模式 地面钻孔瓦斯抽放技术与石油天然气开发基本相同，主要采用如图所示方式抽取煤层瓦斯。通常经过钻井、完井、固井、煤层强化处理、排水、抽气和气水分离等工艺过程。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,20世纪80年代末借鉴美国的经验，开展地面钻孔抽放瓦斯的勘探及试验工作，主要试验垂直钻孔进入煤层或采空区抽放未采动煤层或采空区瓦斯。从测井数据看，美国地面钻孔开发煤层气选区标准要求煤层渗透率不低于110-3m2，而我国煤层渗透率普遍低于此标准。地面钻孔抽放采空区瓦斯在淮北、铁法等矿区都取得成功，淮北矿区1994年底开始在桃源矿1018首采面进行采空区抽放试验，前半年平均抽放量577m3/d，以后衰减，共抽14个月，抽出瓦斯180km3，瓦斯抽放达到64.1%，瓦斯浓度一直保持在90%以上，钻孔抽放半径可达300m以上。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,铁法矿区首先在大兴矿北一采区405面进行地面钻孔抽放采空区瓦斯试验，共打3个试验孔，孔间距150m，套管直径180mm，初期单孔抽气量3440m3/d，后呈递减趋势，瓦斯浓度一直保持在95%以上。显然，地面钻孔抽放采空区瓦斯的技术是成功的，只要气源充足，并合理设计孔间距和平面位置，能够取得很好的抽放效果。但地面钻孔抽放存在初期投资大，地面抽放系统管理困难等不利因素。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,淮南矿区地面抽采钻孔布置,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,潘一矿的地面采空区钻孔抽放瓦斯流量为515 m3/min，浓度为6085。张北矿地面采空区钻孔抽放瓦斯流量为1025m3/min，浓度为6080。谢桥矿地面采空区钻孔抽放瓦斯流量为1020m3/min，浓度为6090。谢一矿的一个地面采空区钻孔抽放瓦斯量为45 m3/min，浓度为50。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,（二）顺层钻孔预抽煤层瓦斯 顺层钻孔预抽煤层瓦斯是一种主流发展技术，它能确保采掘工作在低瓦斯含量条件下进行，给采掘工作创造安全环境，抽放瓦斯成本相对较低。由于我国煤层透气性较低，煤层可钻性差，加之预抽时间长，造成采掘接替紧张，因此，往往一些企业难以接受。但单一煤层开采条件下，要取得安全高效生产效果，采取顺层钻孔预抽煤层瓦斯是最佳选择。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,现状：在晋城矿区，采用国产MK6、7型全液压坑道钻机，试验研究的顺煤层钻孔钻进500m深孔的成孔工艺技术，成孔率达到95%以上；采用澳大利亚VLD1000定向千米钻机和试验研究的顺煤层枝状钻孔成孔工艺技术，成孔最深达1005m，并创下了单台钻机在井下年定向钻进78484m的世界纪录。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,国家发改委煤矿瓦斯综合治理与利用重大关键技术研发与装备研制项目“松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进装备与配套工艺”,针对煤质松软（f值在0.2左右）、瓦斯压力高、地应力大煤层施工顺层钻孔极其困难等问题，研制了顺层强力钻机和多级组合钻具，研究了可减弱喷孔、垮孔的风力排渣钻进工艺，在一定程度上解决了顺层长钻孔钻进过程中因喷孔和垮孔严重而卡钻孔的问题。课题目标：120m以上的钻孔成孔率达到90%以上，150m以上的钻孔成孔率达到60%以上。目前在松藻矿区严重突出煤层成功打出了160m以上的顺层钻孔。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,顺层钻孔布置方式走向方向顺煤层长钻孔倾斜方向顺煤层长钻孔,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,特点：可利用煤层开拓巷道施工水平钻孔，能够保证足够的预抽时间。对于近水平煤层，若孔深只能达到200500m时，可调整为倾斜长壁开采方式。,顺煤层水平长钻孔布置示意图,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,一般矿井都能采用，该方式上向钻孔尽量打长，不足一个工作面长时，可在风巷打下向钻孔补充，确保钻孔控制整个工作面。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,顺层钻孔抽放适用条件及特点：煤层厚度2m以上、赋存稳定、构造简单、煤层坚固性系数大于0.8。可利用开拓巷道施工钻孔，能够保证足够的预抽时间。尽量采用长孔钻机，如：国外引进的千米钻机。可采用高负压，低流量抽放。制约因素顺层长钻孔施工困难。但利用压风排渣钻进技术，对提高松软煤层的钻孔成孔深度效果较好，只要满足风量和风压要求，利用液压150型钻机的成孔深度能够达到80100m以上；煤层透气性低时，预抽效果难以令人满意，在提高煤层透气性方面，可采用控制预裂松动爆破技术。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,深孔预裂控制松动爆破增透技术（降低或消除煤层突出危险性；增大掘进工作面前方煤体煤层透气性。）,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,1、迎头爆破孔和控制孔布置,某掘进工作面爆破和控制钻孔布置示意图,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,2、作用原理 深孔控制松动爆破是在工作面前方存在一定卸压煤体（不小于5m）的防护下，在前方引爆几个深孔炮眼形成煤体松动爆破，其中控制孔（不装药）在爆破过程中起到控制爆破方向与补偿爆破裂缝空间作用，形成卸压槽。其目的是增加煤体的裂隙长度和范围，以提高爆破煤体的透气性，使煤体瓦斯得以提前缓慢排放、瓦斯压力下降；使煤体原岩集中应力带及高压瓦斯带移向煤体深部；同时有利于消除由于煤质因软硬不均而引起的应力集中。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,3、施工工艺（1）钻孔 可采用煤电钻和预测预报钻杆施工。（2）装药结构和装药工艺 钻孔完孔后，装药前对爆破孔用压气仔细吹净钻孔内钻粉。每个爆破孔中放雷管2个，采用串联起爆，雷管脚线用塑料电线加长，每孔装药量3 5Kg，用活节木炮棍送入孔底。,爆破孔装药结构图,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,（3）封孔 4、爆破参数设计（1）爆破孔和控制孔孔径选择 爆破孔径在42 75mm之间较为合理，采煤电钻打眼时取50 mm，控制孔孔径为50mm。（2）爆破孔和控制孔间距选择 当煤层条件一定时，孔间距的大小应与爆破孔和控制孔的直径相匹配，淮南矿区试验结果表明，合理的孔间距应不大于1m（根据现场实际条件确定），（3）爆破孔和控制孔个数的确定 根据爆破有效影响半径值确定，每一循环迎头布置爆破孔2 3个，控制孔3 6个。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,“先抽后掘，边抽边掘”抽放技术 在煤层条件复杂时，可采用边抽边掘的方式降低掘进条带的瓦斯。目前已从“迎头超前钻孔抽放或排放”过渡到“两帮钻场钻孔+迎头钻孔”的边抽边掘方法。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,布孔参数：迎头施工1020个钻孔，孔深20m左右；两帮钻场分别施工36个孔，孔深4060m，两帮钻场采用迈步式布置；迎头钻孔保持5m以上超前孔，帮孔保持10m以上压茬距。效果分析通过合理的钻孔布置，使工作面前方约50m，两帮一定范围内的煤体均在钻孔控制下；,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,现场测定，迎头钻孔16h抽出的瓦斯量占有效时间内抽放量的80%，故迎头钻孔抽放时间为16h，帮孔在掘进过程中保持连续抽放；帮孔能有效地探控掘进前方地质构造，有利于及时准确地采取针对性措施；帮孔抽放瓦斯不受掘进施工的影响，可有效拦截巷道周边松动煤体向工作面涌出的瓦斯；基本上可消除炮后瓦斯超限现象，瓦斯抽放浓度一般在12%左右。掘进速度在一定程度上受到限制。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,（三）利用采动卸压网格抽放煤层瓦斯 最有效的卸压瓦斯抽放技术是开采保护层，如图。,开采保护层抽放卸压瓦斯,二、我国煤层条件下瓦斯抽放模式,技术关键合理选择首采煤层，否则首采层瓦斯治理难度大；根据首采层与其它煤层的层间距、层间岩层岩性，尽量考虑合理开采程序，不宜破坏邻近层又要使邻近层处于有效卸压范围内；一般地，采高达到1.4m以上时，开采下保护层卸压高度能够达到60m以上，采高达到1.8m以上时，开采下保护层卸压高度能够达到100m。开采上保护层的卸压深度一般在60m以内；合理布置卸压抽放钻孔，孔间距不大于两倍抽放钻孔排放半径。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,（四）煤层顶板走向钻孔（巷道）抽放瓦斯 1、作用 从回风顺槽沿煤层走向在煤层顶板向采空区上方施工巷道或钻孔，抽放采空区顶板裂隙或冒落空间内积存的高浓度瓦斯，通过巷道或钻孔抽放，能够切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，改变采空区流场分布，减少采空区瓦斯涌向工作面，并控制上隅角瓦斯积聚。2、作用原理 根据矿压理论，煤层开采后其顶底板岩层发生冒落移动，当上覆岩层下沉稳定后，上覆岩层采动裂隙区划可分为“竖三带”和“横三区”，即采动区沿垂直方向由下往上划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带；,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,沿工作面推进方向在工作面风巷和机巷区域分为煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。随着工作面不断向前推进，沿工作推进方向上的“横三区”随之交替向前移动。离层区的范围可采用相似材料模型实验或现场探测。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,煤层开采后在上述区域的岩层中形成两类裂隙：离层裂隙和竖向破断裂隙。离层裂隙随着工作面推进从开切眼开始逐渐增大，其中采空区中部离层裂隙最发育，但随着工作面开采距离不断增大，采空区中部离层裂隙趋于压实，而采空区上下两侧由于煤壁的支撑作用，离层裂隙仍较发育，这样采空区四周形成一个连通的离层裂隙发育区，即形成如图所示的“O”型圈。,顶板裂隙分布特征示意,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,3、钻场及钻孔布置,高位瓦斯抽放钻孔布置示意,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,4、技术参数顶板抽放口最佳位置：法距位于垂直煤层顶板向上825m（位于冒落带顶部，裂隙带下部），平距位于回风巷内错 830m。具体矿井，要根据其实际综合确定。其中钻孔的终孔位置，可以利用几何知识，通过计算得到。如图为谢一矿考察结果；钻场间距大于100m，钻孔长度大于120m，抽放负压1620kPa。淮南矿区顶板走向钻孔抽放钻孔纯量一般为520m3/min抽放率大于45%。钻孔角度尽量小。,二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式,当法距在1012m时，抽排瓦斯量很低；当法距在1415m时，抽排瓦斯量较高且稳定,当平距在817m时，抽排瓦斯量较高，说明此范围位于“O”型圈的离层区，裂隙发育；当平距大于17m时，抽排瓦斯量不稳定。,三、促进瓦斯抽采的根本保证,（一）将瓦斯抽放作为煤层气开发产业进行动作 瓦斯抽放不能停留在只为安全生产进行瓦斯抽放的观念上，而应该把它当作产业进行动作，观念的改变是最为迫切的。此外，规模开发煤层气后，易于实现抽掘采平衡。如晋城某矿设计生产能力4Mt，预计今年生产原煤5Mt，增加原煤产值1.5亿元以上，通风费用成本降低30%以上（抽放率30%以上），间接效益更为诱人。淮南局，1995年煤炭产量一千多万吨，抽放瓦斯500多万m3，1997年，抽放1045万m3，1998年，抽放2260万m3，1999年，抽放3752万m3，2000年，抽放4940万m3，2001年，抽放7133万m3，2002年达到1亿多(10796万m3)，2003年达到1.3亿立方米，确保障了煤炭产量达3000万t，避免了重大瓦斯伤亡事故的发生。,三、促进瓦斯抽采的根本保证,(二)瓦斯抽放是瓦斯矿井关键的生产程序 煤矿采掘过程中，瓦斯是最大的威胁，瓦斯抽放是解除这种威胁的最有效的措施，只有在进行大量的瓦斯抽放，通过足以稀释在任何意外情况出现的瓦斯超限时，才能给生产创造一个不受瓦斯威胁的相对安全环境。因此，瓦斯抽放不能作为一项被动的措施，而应纳入煤矿生产中最重要的一道生产工序。一般地，通过煤层瓦斯抽放使瓦斯含量降低到68m3/t，采掘过程中瓦斯治理的难度就要小得多。因此，应合理计划抽掘采生产衔接计划，并严格执行计划，真正把瓦斯抽放纳入第一道生产工序中。,三、促进瓦斯抽采的根本保证,（三）根据矿井特点研究瓦斯抽放和评价技术，强化瓦斯抽放管理 根据矿井自身特点研究瓦斯抽放的合理组合方式、工艺参数、抽放效果评价技术是非常必要。这些研究成果能够为矿井瓦斯抽放的科学管理、生产计划的科学编制以及计划的严格实施提供必要的科学依据，也是确保安全生产、提高工作效率和生产效益的有效手段。,三、促进瓦斯抽采的根本保证,（四）强化政府监督，通过法律和经济手段引导企业强化瓦斯抽放 瓦斯抽放是煤矿治理瓦斯灾害、控制重大瓦斯事故的主要措施，抽放的瓦斯予以利用也是控制瓦斯污染大气环境的有效手段，政府可以介入对瓦斯抽放的监督和引导。为了确保安全生产、减少大气污染，对煤矿生产过程中瓦斯抽放放和利用指标建立一套科学的评价体系，达不到要求的，政府采取相应的处罚措施。,三、煤矿瓦斯抽放规范,标准号:AQ1027-2006(MT/T692-1997)2006年11月2日发布2006年12月1日实施国家安全生产监督管理总局发布,四、煤矿瓦斯抽放规范,（一）、修订背景,以原国家安全生产监督管理局、煤矿安全规程（2004）、矿井瓦斯抽放管理规范（1997）、矿井抽放瓦斯工程设计规范（MT5018-96）为依据。充分考虑煤矿瓦斯抽放工艺特点。我国煤矿瓦斯抽放现状及发展趋势。规定了建立瓦斯抽放系统的条件及工程设计要求、瓦斯抽放方法、瓦斯抽放管理及职责、瓦斯利用、瓦斯抽放系统的报废程序、各类瓦斯抽放参数的测算方法。,四、煤矿瓦斯抽放规范,本标准代替MT/T692-1997 煤矿瓦斯抽放技术规范。主要改变内容：增加矿井瓦斯抽放工程设计的内容；增加移动瓦斯抽放系统；增加瓦斯抽放方法；增加瓦斯抽放管理；增加瓦斯利用；增加瓦斯抽放系统的报废；对一些词句进行了修改。,四、煤矿瓦斯抽放规范,1、瓦斯抽放 采用专用设备和管路把煤层、岩层和采空区中的瓦斯抽出或排出的措施。2、未卸压抽放瓦斯 抽放未受采动影响和未经人为松动卸压煤（岩）层的瓦斯。3、卸压抽放瓦斯,（二）、主要术语,四、煤矿瓦斯抽放规范,4、本煤层抽放瓦斯 抽放开采煤层瓦斯。5、邻近层抽放瓦斯 抽放受开采层影响的上、下邻近煤层的瓦斯。6、采空区抽放瓦斯 抽放现采工作面采空区和老空区的瓦斯。前者称现采空区（半封闭式）抽放，后者称为老采空区（全封闭式）抽放。,四、煤矿瓦斯抽放规范,4、本煤层抽放瓦斯 抽放开采煤层瓦斯。5、邻近层抽放瓦斯 抽放受开采层影响的上、下邻近煤层的瓦斯。6、采空区抽放瓦斯 抽放现采工作面采空区和老空区的瓦斯。前者称现采空区（半封闭式）抽放，后者称为老采空区（全封闭式）抽放。7、强化抽放 针对一些透气性低、采用用常规的预抽方式难以奏效的煤层而采取的特殊抽放方式。,四、煤矿瓦斯抽放规范,8、瓦斯储量 煤田开采过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤层和岩层中赋存的瓦斯总量。9、矿井瓦斯抽放量 矿井抽出瓦斯气体中的CH4含量。10、瓦斯抽放率 矿井、采区或工作面抽放瓦斯量占其抽排瓦斯总量的百分比。11、边采边抽 抽放回采工作面前方工作面卸压煤体瓦斯或厚煤层开采时抽放未采分层卸压的瓦斯。,四、煤矿瓦斯抽放规范,12、边掘边抽 掘进巷道的同时，抽放巷道周围卸压煤体内的瓦斯。13、高位钻孔 在风巷向煤层顶板施工的抽放钻孔（进入裂隙带）。,四、煤矿瓦斯抽放规范,14、高抽巷 在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内挖掘的专用抽放巷道。15、水力压裂 在钻孔内以水作为动力，在无自由面的情况下使煤体裂隙畅通的一种措施。16、水力割缝 在钻内运用高压水射流对钻孔两侧的煤体进行切割，形成一定深度的扁平缝槽的一种措施。17、深孔预裂爆破 在钻孔内利用炸药爆破作为动力，使煤体裂隙增大，提高煤层透气性的一种措施。,四、煤矿瓦斯抽放规范,符合下列情况之一的矿井，必须建立瓦斯抽放系统：a）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，用通风方法解决瓦斯问题不合理时。b）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20 m3min；年产量等于或小于0.4Mt，大于15 m3min。,（三）、建立瓦斯抽放系统的条件,四、煤矿瓦斯抽放规范,c)开采有煤与瓦斯突出危险煤层。符合上述条件，同时具备下列2个条件，应建立地面永久瓦斯抽放系统：（1）瓦斯抽放系统抽放量可稳定在2m3/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。新建瓦斯抽放系统的矿井，必须经有资质的专业机构进行可行性论证，由企业技术负责人组织瓦斯抽放工程设计设计依据的瓦斯参数必须经有资质的专业机构进行可行性论证。,四、煤矿瓦斯抽放规范,1、工程设计内容矿井概况瓦斯基础数据：瓦斯等级、矿井瓦斯涌出量、煤层瓦斯压力、含量、矿井瓦斯储量和可抽量、煤层透气性系数、钻孔流量及其衰减系数。抽放方法抽放设备：抽放泵、管路系统、监测及安全装置。泵站建筑瓦斯利用技术经济指标、设计文件。,（三）、地面永久瓦斯抽放系统,四、煤矿瓦斯抽放规范,2、瓦斯抽放系统工程设计的一般规定体现安全第一、技术经济合理原则，因地制宜采用新技术、新工艺、新设备、新材料。以批准的精查地质报告为依据，并参照邻近或条件类似生产矿井，保证有足够的工程施工及抽放时间。瓦斯抽放站，应经技术经济比较，一般采用集中建站方式，有下列情况可采用分散建站方式：分区开拓或分期建设的大型矿井；矿井瓦斯抽放量较大且瓦斯利用点分散；一套瓦斯抽放系统难以满足要求。,四、煤矿瓦斯抽放规范,分期建设、分期投产的矿井，瓦斯抽放工程可一次设计，分期建设、分期投抽。瓦斯抽放工程设计应进行矿井瓦斯资源评价。3、矿井瓦斯储量、可抽瓦斯量、年抽放量及抽放年限W储量=W可采层+W采动影响层+W围岩可抽瓦斯量-当前技术条件下能抽出的最大瓦斯量。Q设计可抽量=Q设计日可抽量T（年工作日）抽放年限与抽放区域的开采年限相适应。,四、煤矿瓦斯抽放规范,4、抽放管路系统避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管路运输、安装和维护方便，并应符合下列要求抽放管路通过巷道曲线少、距离短，平直，转角不小于50。宜沿回风巷或矿车不经常通过的巷道布置；若设在主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不小于1.8m，并固定在巷道壁上，瓦斯抽放管件的外缘距离巷道壁不宜小于0.1m。,四、煤矿瓦斯抽放规范,当抽放设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘面及机电硐室。管径要统一，变径时必须设过渡节。管径按最大流量分段计算，抽放管路按经济流速为515m/s和最大通过流量计算管径。当采用专用钻孔敷设抽放管路时，专用钻孔直径比管道外径大100mm，当沿竖井敷设抽放管路时，应将管道固定好。h阻力=h摩擦+h局部，h局部=（10%20%）h摩擦,四、煤矿瓦斯抽放规范,地面管路布置抽放管路附属装置及设施当条件适当时，可选用新材料的瓦斯抽放管，但井下抽放管路禁止采用玻璃钢管。在倾斜巷道中，管路应设防滑卡，通往井下的抽放管路应采取防雷措施。,四、煤矿瓦斯抽放规范,5、抽放设备及抽放站矿井瓦斯抽放设备的能力，应满足矿井瓦斯抽放期间或在瓦斯抽放设备服务年限内所达到的开采范围内的最大抽放量和最大抽放阻力要求，且应有不小于15%的富余能力。矿井抽放系统总阻力，必须按管网最大阻力计算，抽放系统应不出现正压状态。在一个抽放站内，瓦斯抽放泵只有一套工作，应备用一套；两套或以上工作时，应至少备用一套。,四、煤矿瓦斯抽放规范,抽放站位置：不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带。宜设在回风井工业场地内，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m。20m范围内禁止有明火。建在靠近公路和有水源的地方。考虑敷设方便，有利瓦斯输送。,四、煤矿瓦斯抽放规范,1、相关规定（1）井下移动泵站应安装在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。抽出的瓦斯必须引排到地面、总回风道或分区回风道；可直接送至永久抽放系统管道内，但必须使抽放系统瓦斯浓度符合煤矿安全规程第148条。（利用瓦斯时，瓦斯浓度不得低于30%。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25。）,（四）、井下移动泵站瓦斯抽放系统,四、煤矿瓦斯抽放规范,（2）井下移动泵站排出的瓦斯至回风道时，其出口必须采取安全措施。具体：栅栏设置位置，上风侧为管路出口外推5m，上下风侧栅栏间距不小于35m。瓦斯浓度必须在30m以内被混合到煤矿安全规程允许的限度以内。监测传感器的位置设在栅栏外1m以内。（3）井下移动泵站必须实行“三专”供电（专用变压器、专用开关、专用线路）,四、煤矿瓦斯抽放规范,1、一般规定建立抽放瓦斯系统的矿井必须实施先抽后采或边采边抽；,（五）、抽放瓦斯方法,四、煤矿瓦斯抽放规范,2、抽放方法的选择（1）开采煤层瓦斯抽放 煤层瓦斯抽放难易程度分类标准,四、煤矿瓦斯抽放规范,煤层透气性较好，宜采用本层预抽（顺层或穿层布孔）。煤层透气性较差，采用分层开采的厚煤层，可先利用先采分层的卸压作用抽放未采分层的瓦斯。单一低透气性煤层，采用强化抽放。煤与瓦斯突出危险性严重煤层，应选择穿层网格布孔方式。煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽放方法。,四、煤矿瓦斯抽放规范,（2）邻近层瓦斯抽放从开采层回风巷（或回风副巷）向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽放瓦斯。,四、煤矿瓦斯抽放规范,当邻近层瓦斯涌出量大时，可采用顶（底）板瓦斯巷道（高抽巷）抽放。,四、煤矿瓦斯抽放规范,高抽巷存在问题A）巷道掘进工程量大，工期长，成本高。B）开采煤层上方的瓦斯巷道，若顶板含水量过大，又具有向斜构造，有可能造成瓦斯道因水封而抽不出瓦斯。此时应提前做好探放水工作。,四、煤矿瓦斯抽放规范,当邻近层瓦斯涌出量大时，可在工作面回风侧沿开采煤层顶板布置水平长钻孔（高位钻孔）抽放上邻近层瓦斯。,四、煤矿瓦斯抽放规范,（3）采空区瓦斯抽放老空区应选用全封闭式抽放方法。其它,回风巷密闭墙插管抽放,向工作面冒落拱顶部打钻抽放,四、煤矿瓦斯抽放规范,开采煤层顶板专用巷道打钻抽放,导入法抽放瓦斯,四、煤矿瓦斯抽放规范,采空区上隅角埋管抽放瓦斯,四、煤矿瓦斯抽放规范,利用顶板泄排巷泄排采空区瓦斯 某矿综放面的回风巷是首先沿顶板掘进泄排巷，然后间隔150左右由泄排巷沿底掘进联巷及分期风巷,这也是防止煤层自然发火的需要。分期风巷以里的泄排巷与采空区相通，封闭以后泄排巷内积存着大量瓦斯,利用骨架风筒引到总回风道，由自然风压的作用泄排瓦斯，如果自然风压小，在骨架风筒的末端安设气动塑料抽出式风机。骨架风筒或气动风机的排风量在 80100 m3/min，排出的瓦斯量在2.03.0 m3/min之间。使用骨架风筒引导泄排巷的瓦斯，骨架风筒内的瓦斯不允许超过%,如图所示。,四、煤矿瓦斯抽放规范,四、煤矿瓦斯抽放规范,（4）专用抽放瓦斯巷道的要求位置、数量应能达到良好的抽放效果；必须提前掘好巷道，保证足够的抽放时间，有较大的抽放范围；专用于敷设抽放管路、布置钻场、钻孔的瓦斯抽放巷道采用矿井全压通风时，巷道风速不得低于0.5m/s。（5）钻场钻孔布置,四、煤矿瓦斯抽放规范,（6）封孔封孔方法的选择应根据抽放方法及孔口所处煤（岩）层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜选用新方法、新工艺。岩壁钻孔，宜采用封孔器封孔。煤壁封孔，宜采用充填材料进行封孔。封孔长度,四、煤矿瓦斯抽放规范,1、矿井瓦斯抽放工作由企业技术负责人负全面技术责任。保证抽放瓦斯工作正常衔接，做到“掘、抽、采”平衡。2、必须建立专门的瓦斯抽放队伍。3、必须建立健全的岗位责任制、钻孔钻场检查管理制度、抽放工程质量验收制度。4、具有完备的图纸和技术资料。5、加强瓦斯抽放参数的监测。6、“多打孔、严封孔、综合抽”是加强瓦斯抽放工作的方向。,（六）、抽放瓦斯管理,四、煤矿瓦斯抽放规范,7、永久抽放系统年抽放瓦斯量不小于100万m3，移动泵站不小于10万m3。8、瓦斯抽出率预抽煤层矿井：矿井20%，回采面25%；邻近层卸压抽放矿井：矿井35%，回采面45%；综合抽放方法矿井：矿井25%；煤与瓦斯突出矿井，预抽煤层瓦斯后，突出煤层瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa。,四、煤矿瓦斯抽放规范,9、预抽煤层瓦斯的钻孔量采用顺层孔抽放时钻孔量要求,吨煤钻孔量表,单位：m/t,四、煤矿瓦斯抽放规范,当采用穿层钻孔抽放时，见煤点孔间距：容易抽放煤层：15 20m；可以抽放煤层：1015m；较难抽放煤层：810m。10、钻机效率岩石 f8，600m/月.台岩石 f=68，1200m/月.台岩石 f6，1600m/月.台,四、煤矿瓦斯抽放