【煤层气技术】煤层气开采技术4.ppt
四、邻近层瓦斯抽采,原理在煤层群开采条件下，由于开采层的采动，在上部空间形成三带：冒落带、裂隙带和缓慢下沉带上部卸压区在阳泉矿区条件下，冒落带高度为采高的68倍裂隙带高度为采高的1030倍缓慢下沉带在裂隙带上部 直至地表,四、邻近层瓦斯抽采,在开采层的下部煤岩层，承受的自重应力大大降低，由压缩状态转为膨胀状态下部卸压区 在卸压区内的煤层，吸附瓦斯解吸形成的游离瓦斯充满层间空隙，并通过层间裂隙涌入回采空间和采空区，这种层间空隙和裂隙不仅是卸压瓦斯的储存地点，也是良好的流动通道。因此，钻孔穿入或透过这些层间空隙裂隙就能取得较好的抽采瓦斯效果。因为卸压瓦斯通过钻孔抽出要比通过层间的纵向裂隙涌向开采空间和采空区容易得多。这就是利用钻孔抽采邻近层瓦斯的基本原理。,四、邻近层瓦斯抽采,钻孔抽采由开采层层内巷道打钻 适用于缓倾斜或倾斜煤层的走向长壁工作面钻场设在工作面副巷内 多用于抽采上邻近层瓦斯,四、邻近层瓦斯抽采,钻场设在工作面进风正巷内 多用于抽采下邻近层瓦斯,在开采层层外巷通打钻 适用于不同倾角的煤层和不同采煤方法的回采面,四、邻近层瓦斯抽采,钻场设在开采层底板岩巷内 多用于抽采下邻近层瓦斯,四、邻近层瓦斯抽采,钻场设在开采层顶板岩巷内 多用于抽采上邻近层瓦斯,四、邻近层瓦斯抽采,布孔主要参数布孔原则 抽采钻孔合理的空间位置应选择在冒落拱上部和卸压角以里的范围内，即钻孔必须深入到邻近层的卸压带内，但又要避开冒落带和大的破坏裂隙区，以免抽采钻孔大量漏气，甚至被切断而失效。,四、邻近层瓦斯抽采,钻孔角度 公式计算法,简化公式法,四、邻近层瓦斯抽采,钻孔角度 作图法钻孔间距,四、邻近层瓦斯抽采,巷道抽采顶板岩石走向高抽巷抽采上邻近瓦斯基本情况 阳煤集团综采放顶煤开采15号煤层，工作面瓦斯涌出量一般在16.2665.16m3/min之间，最大高达108m3/min。工作面瓦斯涌出量90%以上来自邻近层和围岩,四、邻近层瓦斯抽采,走向高抽巷布置层位确定原则上邻近层瓦斯涌出密集区8号、9号、10号、11号和K4灰岩处于有效瓦斯排放范围内冒落带上部充分离层层位，水平通道连通性好工作面采过后不很快破坏超过冒落带高度11.5倍采高层位 自顶板以上4768m，约710倍采高层位,四、邻近层瓦斯抽采,走向高抽巷布置水平位置原则处于充分卸压的裂隙带范围考虑矿井通风负压影响水平距距回风巷外帮水平投影长度52m，约工作面采长1/3距离,四、邻近层瓦斯抽采,抽采效果抽采瓦斯浓度一般60%95%，平均78%抽采率为86.34%93.44%，平均90.87%工作面抽采瓦斯量5060m3/min,四、邻近层瓦斯抽采,顶板岩石倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯高抽巷布置层位：垂高5060m，裂隙带的中下部伸入工作面距离：52m，水平投长度43m充分进入到卸压带高抽巷间距：200多m,四、邻近层瓦斯抽采,顶板岩石倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯效果浓度：75%99%，平均85.77%抽采量：17.0870.59m3/min，平均35.35m3/min抽采率：58%90.17%，平均75.03%,四、邻近层瓦斯抽采,顶板水平长钻孔抽采上邻近层瓦斯(一矿12号煤层4108综采面)钻孔位置层位距开采层26m，6.5m厚的灰色砂岩中钻孔距回风巷的水平距离，0.20.3倍工作面长度,四、邻近层瓦斯抽采,顶板水平长钻孔抽采上邻近层瓦斯(一矿12号煤层4108综采面)成孔工艺 MK-6型钻机，普通回转不取芯钻进，以清水作清洗液。开孔直径200mm，终孔直径150mm，钻进了2个长度分别为508m、603.5m的长钻孔抽采效果1号孔孔内垮塌未出瓦斯，2号孔初始抽采量10.67m3/min，最大为23.92m3/min，平均20.3m3/min。瓦斯浓度最高90%，平均60%,五、采空区瓦斯抽采,采空区瓦斯涌出 我国煤矿采空区瓦斯涌出量在矿井瓦斯平衡中占有相当大的比例，在160多对矿井中，比例为25%35%者约占半数，个别矿井高达40%50%,五、采空区瓦斯抽采,O型圈理论,全封密闭抽取示意图,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法全封闭抽取(松藻局打通一矿)布置,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法全封闭抽取(松藻局打通一矿)效果累计抽采552d，共抽瓦斯72万m3平均抽采负压10.4KPa瓦斯浓度25%45%，平均37.8%平均抽采量0.906m3/min抽采期间必须经常检测密闭内的CH4，CO、O2、温度参数，如有发火征兆，应控制抽采或暂停抽采。,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法全封闭抽取法(六枝局化处矿)布置效果 解决相邻回采工作面上隅角及回风流瓦斯超限，效果明显，方法简单、可行,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法全封闭抽取法密闭示意图,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法半封闭抽取法插管抽采法向冒落拱上方打钻沿倾向打钻孔,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法向冒落拱上方打钻沿走向打水平钻孔,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法向冒落拱上方打钻沿走向打水平长钻孔,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法向冒落拱上方打钻沿走向打水平钻孔,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法上隅角埋管抽采法,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法上隅角埋管抽采法,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法工作面尾巷抽采(水城老鹰山矿、阳泉一矿)效果(水城老鹰山矿)抽采瓦斯浓度25%40%抽采量1.213.12m3/min效果(阳泉一矿)抽采瓦斯浓度25%左右抽采量15m3/min以上,五、采空区瓦斯抽采,抽取方法内错高位巷,六、瓦斯抽采附属装置,三防装置抽采系统可能出现的意外：瓦斯管路漏气突然停泵或因机械故障使抽采失常，有可能形成回流或带进火源放空管排出的瓦斯受雷击起火抽采管路上积存静电或井下杂散电流引燃瓦斯机械碰撞管路或电缆漏电产生火花,六、瓦斯抽采附属装置,三防装置水封式装置,六、瓦斯抽采附属装置,三防装置铜网式装置,六、瓦斯抽采附属装置,三防装置波纹板式装置,六、瓦斯抽采附属装置,放水器简易人工放水器,六、瓦斯抽采附属装置,放水器高负压人工放水器,六、瓦斯抽采附属装置,放水器U型管自动放水器,六、瓦斯抽采附属装置,放水器自动放水器,七、瓦斯抽采检测装置,抽采瓦斯浓度检测低负压时，直接用高浓度光学瓦斯检定器测定高负压时，用高负压抽气筒或CO检知管抽气筒取气，直接送入高浓度光学检定器测定,七、瓦斯抽采检测装置,抽采瓦斯流量测定皮托管法,七、瓦斯抽采检测装置,抽采瓦斯流量测定孔板法,七、瓦斯抽采检测装置,抽采瓦斯流量测定均速管法,七、瓦斯抽采检测装置,抽采瓦斯压力测定测量仪表真空压力表真空表U型汞柱计或水柱计低压传感器,七、瓦斯抽采检测装置,WGC瓦斯抽采管道参数测定仪便携式本安型智能测定仪测定参数甲烷浓度抽采负压管道温度流量(配合孔板、均速管、皮托管等)存储、显示、打印,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,钻场、钻孔合理空间位置的确定 针对主要瓦斯源，结合煤层地质和井巷确定钻场、钻孔的合理空间位置邻近层抽采抽采上邻近层瓦斯钻孔应满足在冒落拱上部和卸压角以里的范围抽采下邻近层瓦斯钻孔应在卸压带内布孔邻近层瓦斯抽采钻孔间距应保证安全抽采量以上连续接替顶板岩巷或水平长钻孔位置应在裂隙带中下部，与风巷水平距离约1/3工作面长采空区抽采采空区插管、埋管抽采吸风口应设在采空区的上部位置钻孔抽采采空区瓦斯应打在靠回风侧冒落拱上部的裂隙带内,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,采用深孔控制预裂爆或高压水射流扩孔技术，提高低透气性煤层预抽效果开展综合抽采瓦斯技术 多煤层开采的高瓦斯或突出矿井，针对几个主要瓦斯涌出源实现预抽、卸压抽、采空区抽的综合抽采严密封孔 钻孔密封是瓦斯抽采工艺的重要环节，密封质量的好坏，直接关系到瓦斯抽采效果。,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔原则 封孔深度要超过孔口的裂隙带深度，完整致密的岩孔一般3m，煤系地层钻孔一般57m，煤孔一般710m。,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔方法封孔器封孔胶圈封孔器 适用于岩孔,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔方法水泥砂浆封孔 适用于岩孔和煤孔人工封孔,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔方法水泥砂浆封孔 适用于岩孔和煤孔压气封孔,注浆泵封孔,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔方法水泥注浆泵封孔 注浆泵,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔方法水泥注浆泵封孔操作方法,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,严密封孔方法聚氨酯封孔 适用于煤层长钻孔,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,矿井瓦斯抽采系统工作状态监控监控范围,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,矿井瓦斯抽采系统工作状态监控监控范围,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,矿井瓦斯抽采系统工作状态监控自动监控内容管道瓦斯抽采参数监控流量、浓度、负压、温度泵站参数实时监控环境参数 环境瓦斯浓度抽采泵工况参数 轴温、开停状态供电参数 电流、电压、功率供水参数 流量、压力、温度、缺水保护瓦斯利用监控储气罐参数 罐高、罐压、密封水位、水温供气参数 压力、流量、浓度、温度、阀门开度,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,矿井瓦斯抽采系统工作状态监控自动监控功能抽采管道系统实时统计并显示瓦斯抽采标准流量分析瓦斯动态抽采量变化趋势，评价监测点抽采措施的有效性当某监测点瓦斯抽采质量明显下降时，及时发出信号，以便查找分析原因，消除故障，恢复正常抽采状态,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,矿井瓦斯抽采系统工作状态监控自动监控功能抽采泵站实时统计并显示地面主干管道的标准抽采量对泵站设备工作状态进行监控，出现故障及时处理或更换对抽采泵房进行安全监控利用系统对储气罐工况进行监控监测储气罐进、出管道瓦斯参数变化、统计分析瓦斯资源利用情况,八、提高矿井瓦斯抽采效果的技术途径,瓦斯抽采自动监控系统MDM95型瓦斯抽采与利用监控系统JC1型瓦斯抽采参数监控装置最终目标实现矿井瓦斯抽采的科学管理使矿井瓦斯抽采系统处于最佳工作状态,九、瓦斯抽采管理及主要安全技术措施,组织管理建立抽采瓦斯的专门机构，配备专业施工队伍，负责瓦斯抽采工程的施工和日常管理工作。所有人员必须经过培训合格后才能上岗。瓦斯泵房的设备和管路系统除日常检查外，应建立定期检查维修制度。在各抽采区主管和分支管路上安设有瓦斯流量、浓度、负压等检测装置，同时还配备专人定期进行巡回检测，以便掌握不同地点的抽采状况。此外，还配有专人进行放水和管路维护，处理管路积水和漏气，以保证管路畅通无阻。对抽采方法及其有关参数，需在抽采实践中进一步考察和验证，以便确定合理的综合抽采方法。达到合理布置钻孔，提高抽采效果。抽采泵站的司机及值班人员必须经过专门培训，使其熟悉瓦斯抽采的有关规定，掌握各种安全、监控仪表和设备的用途及其操作程序。,九、瓦斯抽采管理及主要安全技术措施,主要安全措施在井下打钻地点，安设有瓦斯遥测断电仪，一旦瓦斯超限，自动切断钻机电源，并发出报警。打钻人员应及时撤离施工地点。在打钻过程中，如遇钻孔瓦斯压力和涌出量较大时，应加强通风并采取防止瓦斯喷出的措施，以保证施工人员的安全。长钻孔钻机的操作人员必须经过专门培训后方可上机操作，并须严格遵循钻机的操作规程和安全注意事项。操作人员不能靠近旋转部件和滑动部件站立；不能把手放在卡盘和钻杆夹持器之间；不能穿太松的衣服和使用手动工具；在马达和水泵周围须安设保护装置；操作者应严密注视着钻杆的位置和它的运动，防止钻杆被卡住；助手不要正对着站在钻杆的后面。,九、瓦斯抽采管理及主要安全技术措施,主要安全措施瓦斯抽采钻孔在施工完毕后，应及时严密封孔并接入抽采，防止巷道瓦斯超限和发生瓦斯事故。在有自然发火危险煤层的采空区抽采瓦斯时，必须经常检测CO浓度和气体温度等有关参数的变化，发现有自然发火征兆时，要采取措施。要逐步采用自动监控装置(KHY3型矿井火灾“束管”监测系统)，以保证抽采工作的安全地面管路埋于地下，应采取防冻和防腐措施，瓦斯管路与建筑物和其他设施之间按规定留有安全距离。,九、瓦斯抽采管理及主要安全技术措施,主要安全措施泵房进出端管路上设置有防回火、防回气、防爆炸装置，泵房设有防雷接地装置；泵房建筑采用不燃性材料，泵站周围设有消火栓。泵房内的所有设备和仪表均选用防爆型。泵房内配有自动监测装置，监测抽采管内的瓦斯流量、浓度、负压和泵房内的瓦斯浓度、电机轴温和真空泵的水温等参数，一旦出现异常，自动切断真空泵电机 电源。,十、名词解释和瓦斯抽采率计算,抽采瓦斯名词解释本煤层抽采瓦斯：抽采开采煤层的瓦斯。邻近层抽采瓦斯：抽采受开采层采动影响的上、下邻近煤层：(可采煤层、不可采煤层、煤线、岩层)的瓦斯。采空区抽采瓦斯：抽采现采工作面采空区和老采空区的瓦斯。前者称现采空区(半封闭式)抽采，后者称老采空区(全封闭式)抽采。综合抽采瓦斯：在一个抽采瓦斯工作面同时采用两种以上方法进行抽采瓦斯。,十、名词解释和瓦斯抽采率计算,抽采瓦斯名词解释未卸压抽采瓦斯：抽采未受采动影响和未经人为松动卸压煤(岩)层的瓦斯。这种抽采方法亦称为预抽。卸压抽采瓦斯：抽采受采动影响和经人为松动卸压煤(岩)层的瓦斯。边掘边抽：掘进巷道的同时，抽采巷道周围卸压煤体内的瓦斯。边采边抽：抽采回采工作面前方卸压煤体的瓦斯或厚煤层分层开采时抽采未采分层卸压煤体的瓦斯。,十、名词解释和瓦斯抽采率计算,抽采瓦斯名词解释穿层钻孔抽采瓦斯：向煤层打垂直或斜交层理的钻孔抽采瓦斯。顺层钻孔抽采瓦斯：顺煤层打钻孔抽采瓦斯。网格布孔抽采瓦斯：穿层钻孔布置成方格网形预抽煤(岩)层瓦斯。交叉布孔抽采：顺层孔立体交叉布孔预抽煤层的瓦斯。,十、名词解释和瓦斯抽采率计算,瓦斯抽采率计算矿井(或采区),式中 qkc矿井抽采瓦斯量，m3/min；qkf矿井风排瓦斯量，m3/min。,十、名词解释和瓦斯抽采率计算,瓦斯抽采率计算工作面(开采层)瓦斯抽采率预抽率,式中 Qg在一定时间内开采层抽出的 总瓦斯量，万m3；Wg抽采工作面(开采层)的瓦斯储 量，万m3。,十、名词解释和瓦斯抽采率计算,瓦斯抽采率计算工作面(邻近层)瓦斯抽采率,式中 qk邻近层抽采瓦斯量，m3/min；qy邻近层涌向工作面的瓦斯量，m3/min。,十一、瓦斯自动引排装置,掘进工作面(盲巷)积聚瓦斯排放方法常规方法增阻排放法断开排放法三通排放法分段排放法,十一、瓦斯自动引排装置,掘进工作面(盲巷)积聚瓦斯排放方法自动排放方法(KQJ-1型瓦斯自动引排装置),掘进工作面积聚瓦斯引排示意图,十一、瓦斯自动引排装置,回采工作面上隅角积聚瓦斯瓦斯引排方法常规方法挂风幛排瓦斯尾巷抽采局部扇风机吹排,十一、瓦斯自动引排装置,回采工作面上隅角瓦斯排放方法自动排放方法(KQJ-1型瓦斯自动引排装置),回采工作面上隅角瓦斯排放示意图,十一、瓦斯自动引排装置,KQJ-1型瓦斯自动引排装置,
