瓦斯抽采基本知识牛汉清课件.ppt
瓦斯抽采（放）基础知识和矿井瓦斯抽采的基本方法1930煤矿：牛汉清,什么是瓦斯煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在于煤矿的伴生气体，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。无色、无味、无臭，比重0.554密度 0.716kg/M3，难容于水，化学性质不活泼。什么是瓦斯突出瓦斯突出是指随着煤矿开采深度、瓦斯含量的增加，煤层中形成了在地应力，瓦斯释放的引力作用下，使软弱煤层突破抵抗线，瞬间释放大量瓦斯和煤而造成的一种地质灾害。,瓦斯抽放发展概况,瓦斯抽采基础知识,一、瓦斯抽采(放)一瓦斯抽采的概念 为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤层中存在或释放出的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点的做法叫做瓦斯抽采。二瓦斯抽采的目的 1、预防瓦斯超限，确保矿井安全生产；2、开采保护层并具有抽放瓦斯系统的矿井；3、无保护层可采的矿井，预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用；4、开发利用瓦斯资源，变害为利。,二、预抽煤层瓦斯的方式 目前，能做为区域防突措施的只有开采保护层和区域预抽煤层瓦斯。对于突出危险区域煤层不具备开采保护层的条件时，必须采用预抽煤层瓦斯。预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯井下穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯穿层钻孔预抽煤巷条带层瓦斯顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯,预抽煤层瓦斯的方法，一般可用上述的排列顺序优先选取，或多种方法并用。有条件的矿井，应优采选用地面井预抽煤层瓦斯这种区域防突方法，但我国目前对于该种方法的相关技术参数，效果等还缺少必要的试验考察，在一些矿井此方法还不宜单独使用。其余五种，便可按其排列顺序优先选取。由于预抽煤层瓦斯，还不能向开采保护层那样可靠的防突效果，而且预抽煤层瓦斯的实施条件，效果特点也有差别，所以有条件的矿井最好采用多种方式联合使用的预抽煤层瓦斯。,三、预抽煤层瓦斯的基本条件和要求,（一）采取预抽煤层瓦斯，区域防突时的要求 1、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20米，下帮至少10米，其它帮道轮廓线外至少15米。2、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。,3、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。4、石门揭煤时，钻孔应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7米以前实施。,二、对预抽煤层瓦斯钻孔的一般性要求,（1）、钻孔应当在整个预抽区域均匀布置。（2）、钻孔间距离应根据实际考察的煤层有效抽采半径确定。（3）、预抽瓦斯钻孔封堵必须严密，穿层钻孔的封孔长度不得小于5米，顺层钻孔的封孔长度不得小于8米。（4）钻孔孔口负压不得小于13KPa,预抽瓦斯浓度低于30%时，应当采取改进封孔措施。,开采保护层时应考虑抽放被保护层瓦斯。,瓦斯抽放的条件,矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件,一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3m3min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。,开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。,大于或等于40m3min；年产量1.01.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.61.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.40.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15 m3/min。,三、煤矿安全规程对抽采瓦斯的规定,四、煤层瓦斯抽采难易程度的指标,煤层抽放瓦斯难以程度（可行性）主要针对预抽方法而言，主要有钻孔瓦斯流量衰减系数（瓦斯压力）和煤层透气性系数两项指标，是用来衡量开采层瓦斯抽放难易程度的重要参数。根据这两项指标将未卸压原始煤层的抽放难以程度划分为三类，即容易抽放、可以抽放和较难抽放。,矿井瓦斯储量,可抽瓦斯量,瓦斯抽放率,钻孔瓦斯流量衰减系数,煤层透气性系数,可按下式计算：W=W1+W2+W3+W4,=K/2pn,可按下式计算：Wk=Wdk/100,矿井瓦斯抽放率,工作面本开采层的抽放率,工作面邻近层的抽放率,工作面总抽放率,dk=100Qkc/(Qky+Qkc),db=100Qbc/(Qbc+Qby),Dl=100Qlc/(Qlc+Qly),dg=100(Qbc+Qlc)/(Qlc+Qly+Qbc+Qby),Qt=Q0e-t=（lnQ0-lnQt）/t,施工参数,为了判断瓦斯抽采的可能性和抽采效果，安全的进行抽采工作，必须对一些基本参数进行测算。其中包括施工参数、检测参数和管理参数。,瓦斯抽采的基本参数,166,瓦斯抽放的意 义,瓦斯抽放是消除煤矿重大瓦斯事故的治本措施,瓦斯抽放能够利用宝贵的瓦斯资源。,瓦斯抽放能够解决矿井仅靠通风难以解决的问题，降低矿井通风成本,五、瓦斯抽采的意义,安 全,经 济,环 保,六、瓦斯抽放系统的构成,瓦斯抽放管路,瓦斯流量计,瓦斯抽放泵,瓦斯抽放安全装置,瓦斯抽放管路的铺设,瓦斯抽放管路由总管、分管、支管等构成，管材一般选用无缝钢管、焊接管、聚乙烯管等，支管也可选用玻璃钢管。瓦斯抽放管路系统的铺设应根据矿井的开拓系统、巷道状况、钻场位置、瓦斯流量等因素而定。应尽量做到：井下抽放管路出气系统设于回风巷道内；抽放管路在铺设时必须吊挂平直，离地面高度不小于300mm；必须保证抽放系统中所有管路的接头严密、不漏气；管路铺设再有提升运输的巷道內时，抽放管路与矿车最外缘的间隙必须大于700mm。,严禁瓦斯管路与电缆同侧吊挂及与带电物体接触及砸坏瓦斯管路，设有抽放管路的巷道需要进行维修时，必须制定保护抽放管路的措施；瓦斯抽放管路要每隔一定距离或在高度起伏变化处留有放水三通。瓦斯抽放管路的选型 抽放管路的选型是决定抽放投资和抽放效果的重要因素之一。瓦斯抽放管路直径D应根据绝对瓦斯涌出量、预计的瓦斯抽放量及预计的瓦斯抽放率，采用下式进行计算：D=(4Qc)/(60v)1/2,式中 D-瓦斯管内径，m;Qc-管内气体混合流量，m3/min;v-管内气体经济合理平均流速，取 v=515m/s。矿井瓦斯管路直径：在采区工作面内一般选用200250mm，大巷的干管选用250325mm，井筒和地面选用325400mm。,瓦斯抽放管路与钻孔的连接可用高压胶皮软管通过抽放多通连接，高压胶皮软管的尺寸可根据封孔套管的直径来选择，煤层钻孔一般选用2英寸半的高压胶管，岩石钻孔一般选用3英寸或4英寸的高压胶管。瓦斯抽放管路安装及拆卸注意的事项,、瓦斯抽放泵站（房）,地面固定式瓦斯抽放泵房,井下临时瓦斯抽放泵站,矿井瓦斯抽放方法的选择,一、瓦斯抽放的原则瓦斯抽放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放被保护层卸压瓦斯预抽瓦斯消突开发利用瓦斯抽放要有针对性本煤层瓦斯涌出临近层瓦斯涌出围岩和采空区瓦斯涌出做好抽放设计、施工和管理,二、抽放瓦斯的方法,三、抽放方法的选择依据,抽放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：瓦斯主要来源于开采层，则既可用钻孔抽放，也可以用巷道预抽，多数采用钻孔预抽法。瓦斯主要来源于顶、底板邻近煤层，则可在开采层打穿层钻孔，或在邻近层巷道打钻孔抽放。采空区涌出瓦斯较大，可用钻孔或密闭巷道抽放采空区瓦斯。煤层透气性差不易抽放时，则需采用卸压抽放（采掘卸压、人工卸压）方法。掘进巷道遇到大量瓦斯涌出，而用通风方法难以解决，则可视其瓦斯来源预抽或边掘边抽煤（岩）层瓦斯。煤层赋存较浅（小于400m），地面平坦，也可考虑垂直钻孔抽放开采层、邻近层或采空区的瓦斯。,四、本煤层瓦斯抽放,本煤层瓦斯抽放又称“开采煤层瓦斯抽放”，是指在煤 层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道进行该煤层的抽放工作，以减少煤层的瓦斯含量和回风流中的瓦斯浓度，确保煤层开采过程中的安全生产。（1）适用条件 本煤层瓦斯含量较大，通风方法难以解决。煤层透气性系数一般大于0.23/(MPa2d)，而单孔瓦斯流量也大于0.1m/min，中厚煤层的预抽效果较好。在采掘部署上，能保证抽放瓦斯的工程施工和25年的抽采时间。,（2）分类,本煤层瓦斯抽放,未卸压抽放,卸压抽放,巷道抽放,钻孔抽放,顺层钻孔,穿层钻孔,边抽边掘,先抽后掘,边采边抽,强化抽放,四、本煤层瓦斯抽放,穿层钻孔,抚顺龙凤矿穿层钻孔抽放瓦斯示意图1-煤层；2-钻孔；3-钻场；4-运输大巷；5-封闭墙；6-瓦斯管路,每隔30m掘一10m的钻场，每一钻场向煤层打35孔，呈扇形布置，中孔微仰，两侧平孔。孔间距小于于极限抽放半径，一般3050m，钻孔直径70100mm，穿层后进入顶板0.51m。抽放负压不超过14KPa。钻场封闭或插管封闭。,四、本煤层瓦斯抽放,穿层钻孔,煤层群穿层钻孔抽放瓦斯示意图,四、本煤层瓦斯抽放,穿层钻孔,网格式穿层钻孔布置,四、本煤层瓦斯抽放,顺层钻孔,顺层钻孔抽放瓦斯示意图1-回风巷道；2-运输巷道；3-瓦斯管；4-抽放钻孔；5-回采工作面,先掘运输巷道，掘进期间打顺层钻孔，回风巷及切眼形成后再抽放一段时间。优点：钻孔不在煤岩中施工，钻进施工速度快成本低，揭露煤层面积大。缺点：抽放时间短。,主要技术参数：钻孔直径70100mm，钻孔长度4070m。钻孔间距520m，中低负压抽放。,提高预抽效果的措施：大直径（阳泉 300mm，3倍），提高负压（鹤壁 10.6Kpa，0.25倍），交叉钻孔（焦作，0.41倍），强化增透等。,四、本煤层瓦斯抽放,顺层钻孔,扇形布置,管理不到位，容易形成较大的抽采盲区,四、本煤层瓦斯抽放,顺层钻孔,顺层交叉网状钻孔预抽煤层瓦斯方法,四、本煤层瓦斯抽放,顺层钻孔,顺层交叉钻孔布置（平煤十矿）,交叉钻孔是由平行钻孔和斜向钻孔的组合。其特点是利用钻孔交叉时产生的相互影响影响，以提高煤层瓦斯抽放效果。,技术参数：h1=0.80.9m，h2=1.11.4m，d=2.5或3m，钻孔直径75mm，钻孔深度7090m。,四、本煤层瓦斯抽放,顺层钻孔顺层钻孔和穿层钻孔比较穿层钻孔优点：a）由于抽放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，穿层钻孔抽放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。采用未卸压抽放法抽放薄及中厚煤层时，一般优先考虑顺层钻孔布孔方式。突出煤层，可打穿层钻孔。,四、本煤层瓦斯抽放,边掘边抽,适用条件：适用于容易抽放瓦斯煤层，煤巷掘进工作面区域瓦斯涌出量较大（超过3m3/min）时。技术参数：巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈，且处于巷帮煤体卸压范围内，钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75100mm，孔长50100m，钻场间距3050m，每个钻场内布置24个孔，孔底距巷帮平距815m。封孔一般用膨胀水泥，封孔长度79m。应用说明：在鸡西穆梭矿掘进1.71.9m厚的煤巷时，掘进巷道瓦斯涌出达8.2m3/min，采用该方法后，抽出瓦斯57m3/min，巷道瓦斯涌出量降低6070%。,四、本煤层瓦斯抽放,边掘边抽,适用条件：适用于煤与瓦斯突出危险煤层，用于消除掘进工作面突出危险性。技术工艺参数：巷帮钻孔主要应避开巷道周围松动圈，且处于巷帮煤体卸压范围内，钻孔封孔段长度应超过巷道松动圈范围。孔径75100mm，孔长50100m，钻场间距3050m，每个钻场内布置24个孔，孔底距巷帮平距815m。应用说明：在淮南局各矿应用，潘三矿掘进巷道平均抽放瓦斯1.5m3/min，最高3.2m3/min，抽放率达3550%,一年内累计安全掘进1080m，平均月进90m，最高115m，认为这是防治掘进过程中瓦斯超限和防治突出的治本措施。,巷帮钻孔结合超前钻孔抽放瓦斯方法边掘边抽卸压瓦斯方法,四、本煤层瓦斯抽放,边采边抽,适用条件：适用条件：受回采工作面前方矿压变化的影响，回采工作面前方一段范围内，煤体被压碎松动卸压，该地段煤体内瓦斯会大量解吸，随着回采工作向前推进，此松动卸压地段也会不间断的向前移动。因此抽放该地段内的卸压瓦斯，会取得较好的效果。但顺层单一平行钻孔孔口，孔底与回采工作面距离相同，所以钻孔孔口与孔底同时被破坏，钻孔抽放松动卸压区内瓦斯的时间短。而交叉钻孔中的斜向钻孔或斜交钻孔，当孔底被回采工作面采过后，仍有部分钻孔段留在卸压煤体内抽放瓦斯，因而能取得较好的抽放瓦斯效果。技术参数：在抽放期间，要严格抽放瓦斯钻孔管理，发现钻孔大量漏气时，必须及时关闭，以免影响整个抽放系统的抽放负压及瓦斯浓度。应用说明：焦作九里山矿。,四、本煤层瓦斯抽放,边采边抽,五、邻近层瓦斯抽放,保护层卸压瓦斯抽放,五、邻近层瓦斯抽放,保护层卸压瓦斯抽放,1一卸压圈,2一冒落圈,3一开采煤层,4邻近煤层,五、邻近层瓦斯抽放,保护层卸压瓦斯抽放,五、邻近层瓦斯抽放,保护层卸压瓦斯抽放,五、邻近层瓦斯抽放,保护层卸压瓦斯抽放,阳泉四矿抽放上邻近层瓦斯 回风巷布孔方式,六、抽放采空区瓦斯,回风巷打钻抽放采空区瓦斯,六、抽放采空区瓦斯,高位钻场抽放采空区瓦斯,技术工艺参数：抽放效果较好，但增加了斜巷钻场掘进量。钻场间距一般为5060m，每个钻场打直径75mm的钻孔6个，终孔位置距回风巷12m左右，在冒落拱上方12m的老顶裂隙带内，钻孔长度约70m。应用说明：在水城矿区每孔抽放量为0.230.44m3/min，一个钻场抽放量平均约为2m3/min，抽放瓦斯浓度为35%，使上隅角瓦斯浓度从3%下降到0.76%。,七、人为卸压（强化）抽放方法,水力割缝适用条件：中硬或软（打钻不自喷）的厚煤层，采用顺层上向孔及水平孔的煤层均可采用水力割缝强化抽瓦斯措施。技术工艺参数：钻孔布置参数与顺层预抽瓦斯钻孔相同。水射流参数为：水量1015 m3/h时，软分层中割缝，水压为8Mpa时，在钻孔两侧形成深0.8m、高0.2m的缝槽；在中硬煤层中，水压超过10MPa才能割出深0.4m的缝。应用说明：在鹤壁、白沙等矿试验应用。鹤壁矿水力割缝的结果表明，割缝前，未卸压煤层钻孔瓦斯抽放量平均为0.041m3/min百米，割缝后，钻孔抽放量为0.122 m3/min百米，增大3.4倍。瓦斯抽放时间为三个月。,本次培训结束,Thank You!,
