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1、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。第1页/共164页 煤炭是我国的主要能源
2、中国和世界的一次性能源结构比较中国和世界的一次性能源结构比较76.86%76.86%2.56%2.56%18.91%18.91%2.42%2.42%0.54%0.54%煤煤石油石油天然气天然气水电水电核能核能3%3%10%10%24%24%24%24%39%39%中国中国世界平均世界平均第2页/共164页我国煤矿开采的特点FF我国煤炭资源丰富我国煤炭资源丰富我国煤炭资源丰富我国煤炭资源丰富 2000m2000m2000m2000m深深深深度度度度5.575.575.575.57万万万万亿亿亿亿吨吨吨吨；1000m1000m1000m1000m深深深深度度度度2.82.82.82.8万万万万亿亿
3、亿亿吨吨吨吨FF煤炭占能源比重大煤炭占能源比重大煤炭占能源比重大煤炭占能源比重大 当前约当前约当前约当前约70%70%70%70%以上；本世纪以上；本世纪以上；本世纪以上；本世纪50%50%50%50%FF开采条件复杂开采条件复杂开采条件复杂开采条件复杂 井工开采比重井工开采比重井工开采比重井工开采比重95%95%95%95%；开采深度；开采深度；开采深度；开采深度 400m 400m 400m 400mFF安全情况不好安全情况不好安全情况不好安全情况不好 百万吨死亡率大于百万吨死亡率大于百万吨死亡率大于百万吨死亡率大于5 5 5 5，居世界之首；，居世界之首；，居世界之首；，居世界之首；每年
4、死亡总数每年死亡总数每年死亡总数每年死亡总数6000600060006000人，超过世界的总和。人，超过世界的总和。人，超过世界的总和。人，超过世界的总和。第3页/共164页1976年以来全国煤炭产量与死亡人数年以来全国煤炭产量与死亡人数第4页/共164页全国煤矿百万吨死亡率全国煤矿百万吨死亡率第5页/共164页煤矿安全状况严峻煤矿安全状况严峻2000-2002年我国煤矿灾害事故死亡人数第6页/共164页各主要产煤国家的百万吨死亡率各主要产煤国家的百万吨死亡率各主要产煤国家的百万吨死亡率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第7页/共164页煤矿安全状况严峻煤矿安全状况严
5、峻我国百万吨死亡人数是美国等先进采煤国家的50100倍第8页/共164页我国煤矿死亡事故构成我国煤矿死亡事故构成1995年死亡率居高不下的原因和条件死亡率居高不下的原因和条件瓦斯瓦斯瓦斯瓦斯30.87%30.87%机电机电 4.06%4.06%运输运输运输运输13.06%13.06%顶板顶板顶板顶板36.14%36.14%放炮放炮 2.34%2.34%水害水害 5.06%5.06%火灾火灾 1.51%1.51%其它其它 6.97%6.97%19861995 年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例第9页/共164页我国煤矿死亡事故构成我国煤矿死亡事故构成
6、2001年*瓦斯瓦斯瓦斯瓦斯42.96%42.96%机电机电 1.70%1.70%运输运输运输运输8.70%顶板顶板顶板顶板33.10%33.10%放炮放炮 1.20%1.20%水害8.00%火灾火灾 1.00%1.00%其它其它 3.10%3.10%H H2001 年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例年全国煤矿死亡事故按事故性质统计所占比例第10页/共164页我国煤矿死亡事故构成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。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。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。采掘工作面推进引发
7、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。尽管出现兖州、神东等世界第一流现代化矿区。尽管出现兖州、神东等世界第一流现代化矿区。尽管出现兖州、神东等世界第一流现代化矿区。1995199519951995年至今生产第年至今生产第年至今生产第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。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。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。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。第11页/共164页20012001年瓦斯事故死亡人数比例年
8、瓦斯事故死亡人数比例瓦斯灾害事故居高不下瓦斯灾害事故居高不下第12页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标标准号标准号标准号标准号:AQ1026-2006:AQ1026-2006:AQ1026-2006:AQ1026-20062006200620062006年年年年11111111月月月月2 2 2 2日发布日发布日发布日发布2006200620062006年年年年12121212月月月月1 1 1 1日实施日实施日实施日实施国家安全生产监督管理总局发布国家安全生产监督管理总局发布国家安全生产监督管理总局发布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本标准规定了
9、煤矿瓦斯抽采应达到的指标及测算方法；应达到的指标及测算方法；适用于井工煤矿。适用于井工煤矿。第13页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标qq瓦斯抽采的含义瓦斯抽采的含义?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
10、替。等，确定不同瓦斯含量区域的抽掘采接替。第14页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标1 1、瓦斯抽采的必要性、瓦斯抽采的必要性（1 1）瓦斯抽采）瓦斯抽采 防治瓦斯的根本措施。防治瓦斯的根本措施。（2 2）国外经验）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。通过立法强化瓦斯抽采，可以有效控制瓦斯灾害发生。（3 3）瓦瓦斯斯 宝宝贵贵的的清清洁洁资资源源、很很强强的的大大气气温温室室效效应应气气体体、煤煤矿矿灾灾害害的的主要危险源。主要危险源。第15页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标q CHCH4 4是是造造成成温温室室效效应应的的主主要要气气体体之
11、之一一，据据测测算算，大大气气中中CHCH4 4浓浓度度每每增增加加110110-6-6，地球表面温度增加，地球表面温度增加11。q每每摩摩尔尔CHCH4 4引引起起气气候候变变化化的的作作用用是是每每摩摩尔尔COCO2 2的的2626倍倍，因因此此，减减少少CHCH4 4排排放要比减少等量的放要比减少等量的COCO2 2排放对减少温室效应的贡献要大排放对减少温室效应的贡献要大20602060倍倍。第16页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标pp 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、
12、高效和生瓦斯事故危害大，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产规模发展产规模发展产规模发展。pp 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。我国埋藏较好的经济效益。我国埋藏较好的经济效益。我国埋藏较好的经济效益。我国埋藏2000200020002000mmmm以内瓦斯资源
13、量相当于以内瓦斯资源量相当于以内瓦斯资源量相当于以内瓦斯资源量相当于40404040GtGtGtGt标准煤，按标准煤，按标准煤，按标准煤，按我国现有能耗标准，相当于我国约使用我国现有能耗标准，相当于我国约使用我国现有能耗标准，相当于我国约使用我国现有能耗标准，相当于我国约使用27 27 27 27 年年年年的能源。的能源。的能源。的能源。第17页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标（4 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）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。如化煤矿瓦斯抽采。如国务院关于预
14、防煤矿生产安全事故的特别规定国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定（国务院令（国务院令第第446446号）、关于促进煤炭工业健康发展的若干意见（国发号）、关于促进煤炭工业健康发展的若干意见（国发200518200518号）、关于进号）、关于进一步加强安全生产工作的决定（国发一步加强安全生产工作的决定（国发2004220042号）。号）。（5 5）国务院办公厅）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关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见”（国办（国办发发200620064747号）号）“五、煤层中吨煤瓦斯含量必须降低到规定标准以下，方可实五、煤层中吨煤瓦斯含量必须降低
15、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”。第18页/共164页一、一、煤矿瓦斯抽采基本指标 2、标准制定的原则p总体原则：促进煤矿安全生产、技术经济合理、便于监管。p 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。p 时机成熟修改标准，提出更高要求。第19页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指
16、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：大于或等于大于或等于 40 m40 m3 3minmin；年产量年产量 1.0 1.5 Mt 的矿井，大于的矿井，大于 30 m3min；年产量年产量 0.61.0 Mt 的矿井，大于的矿井，大于 25 m3min ；年产量年产量 0.40.6 Mt 的矿井，大于的矿井，大于 20 m3min ；年产量等于或小于年产量等于或小于 0.4 Mt，大于，大于 15 m3min 。
17、第20页/共164页一、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：p“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%。p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。第21页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标4、必须达到的指标 1）总体原则p基本消除突出危险性；p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。第22页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、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
18、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。第23页/共164页一、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。5-8m8m石门第24页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标8m5-8m井筒5-8m8m斜井第25页/共164页一、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
19、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。8m5-8m平巷第26页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标 4 4）关于掘进工作面前方）关于掘进工作面前方10m10m控制范围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；允许有更大范围满足抽采指标要求；允许推进的距离推进的距离是满足指标要求的范围与最小是满足指标要求的范围与最小控制范围之差。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
20、，而我国目前技术水平还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。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最小超前距L第27页/共164页一、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。第28页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标 5）采煤工作面瓦斯
21、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。第29页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标工作面绝对瓦斯涌出量工作面绝对瓦斯涌出量QQ(m(m3 3/min)/min)工作面抽采率工作面抽采率（%）风排瓦斯风排瓦斯(m(m3 3/min)/min)5Q5Q101020204 4 8 810Q10Q202030307 7 14 1420Q20Q4040404012 12 24 2440Q40Q707050502020 35 3570Q70Q100100606028 28 40
22、 40Q 100Q 10070703030表表表表1 1 1 1 采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标采煤工作面瓦斯抽采率应达到的指标第30页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标工作面日产量工作面日产量（t t）可解吸瓦斯量可解吸瓦斯量WWj j（mm3 3/t/t）对应的瓦斯涌出量对应的瓦斯涌出量mm3 3/min/min1000t1000t8 8 5.6 5.6100110012500t2500t7 74.94.912.312.3250125014000t4000t6 610.410.416.716.7400140016000t6
23、000t5.55.515.315.322.922.9600160018000t8000t5 520.820.827.827.88001800110000t10000t4.54.525.025.031.331.310000t10000t4 427.827.8表2 采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标第31页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标 6）矿井瓦斯抽采率应达到的指标矿井绝对瓦斯涌出量矿井绝对瓦斯涌出量Q(mQ(m3 3/min)/min)矿井抽采率矿井抽采率（%）风排瓦斯量风排瓦斯量(m(m3 3/min)/min)QQ20202525151520Q20Q
24、4040353514 14 26 2640Q40Q8080404024 24 48 4880Q80Q160160454544 44 88 88160Q160Q300300505080 80 150 150300Q300Q5005005555135 135 225 225Q500Q5006060200200第32页/共164页一、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
25、是促使企业强化瓦斯抽采。第33页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标 五、指标的测定与计量方法五、指标的测定与计量方法1 1）瓦斯压力和瓦斯含量）瓦斯压力和瓦斯含量q按按MT/T 638MT/T 638规定测定瓦斯压力。规定测定瓦斯压力。q按按MT/T 77 MT/T 77 规定测定瓦斯含量。规定测定瓦斯含量。q瓦斯压力与瓦斯含量的关系瓦斯压力与瓦斯含量的关系。第34页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标 2 2）煤的残存瓦斯含量）煤的残存瓦斯含量 煤的残存瓦斯含量按下式测算。煤的残存瓦斯含量按下式测算。第35页/共164页一、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
26、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。说明说明:因为，因为，所以，保证产量情况下，使工作面瓦斯瓦斯所以，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浓度不超限，必须控制煤层瓦斯解 吸瓦斯量。吸瓦斯量。第36页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标3）抽采率q按AQ 1025-2006测定和计算绝对瓦斯涌出量。q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：第37页/共164页一、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3
27、5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。第38页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、煤矿瓦斯抽采基本指标 20062006年年1111月月2 2日发布，日发布，20062006年年1212月月1 1日实施日实施。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
28、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。”第39页/共164页一、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。第40页/共164页一、煤矿瓦斯抽采基本指标一、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
29、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”。第41页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式q 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。第42页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式q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下邻近层瓦斯抽采意图第43页/共164页二、我国煤层
30、条件下瓦斯抽采模式二、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。第44页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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瓦斯抽采量随时间变化关系示意图第45页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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
31、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。第46页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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瓦斯抽采影响范围随时间变化示意图第47页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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
32、化处理、排水、抽气和气水分离等工艺过程。地表采空区抽放未采动区钻孔抽放拐弯钻孔 抽放地面钻孔抽放瓦斯方式示意第48页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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1
33、4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。第49页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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。第50页/共164页二、我国煤层条件
34、下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式淮淮南南矿矿区区地地面面抽抽采采钻钻孔孔布布置置第51页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式v 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。v 张北矿地面采空区钻孔抽放瓦斯流量为1025m3/min，浓度为6080。v 谢桥矿地面采空区钻孔抽放瓦斯流量为1020m3/min，浓度为6090。v 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。第52页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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
35、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。第53页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式现状：在晋城矿区，采用国产在晋城矿区，采用国产MKMK6 6、7 7型全液压型全液压坑道钻机，试验研究的顺煤层钻孔钻进坑道钻机，试验研究的顺煤层钻孔钻进500500mm深孔深孔的成孔工艺技术，成孔率达到的成孔工艺技术，成孔率达到
36、95%95%以上；采用澳大以上；采用澳大利亚利亚VLDVLD10001000定向千米钻机和试验研究的顺煤层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，成孔最深达枝状钻孔成孔工艺技术，成孔最深达10051005mm，并创并创下了单台钻机在井下年定向钻进下了单台钻机在井下年定向钻进7848478484mm的世界纪的世界纪录。录。第54页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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（针对煤质松软（f f值在值在0.20.2左右）、瓦斯左右）、瓦
37、斯压力高、地应力大煤层施工顺层钻孔极其困难等问题，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。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：课题目标：120120mm以上的钻孔成孔率达到以上的钻孔成孔率达到90%90%以上，以上，150150mm以上的钻孔成孔率达到以上的钻孔成孔率达到60%60%以上。目前在松藻矿以上。目前在松藻矿区严重
38、突出煤层成功打出了区严重突出煤层成功打出了160160mm以上的顺层钻孔。以上的顺层钻孔。第55页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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走向方向顺煤层长钻孔倾斜方向顺煤层长钻孔倾斜方向顺煤层长钻孔第56页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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。钻孔顺煤层水平长钻顺煤层水平长钻孔布置示意图孔布置示意图第57页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层
39、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。钻孔回风顺槽倾斜方向顺煤层水平长钻孔布置示意倾斜方向顺煤层水平长钻孔布置示意第58页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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：煤层厚度煤层厚度2 2mm以上、赋存稳定、构造简单、煤层坚固性系数大以上、赋存稳定、构造简单、煤层坚固性系数大于于0.80.8。可利用开拓巷道施工钻孔，能够保证足够的预抽时间。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。尽量采用长孔钻机，如：
40、国外引进的千米钻机。可采用高负压，低流量抽放。可采用高负压，低流量抽放。制约因素顺层长钻孔施工困难。但利用顺层长钻孔施工困难。但利用压风排渣压风排渣钻进技术，对提高松钻进技术，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，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，利用液压利用液压150150型钻机型钻机的成孔深度能够达到的成孔深度能够达到8010080100mm以上；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，可采用性方面，可采用控制预裂松动爆破技术控制预裂松动爆破技术。第59页/共164页二
41、、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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。）巷帮钻场掘进迎头抽放钻孔第60页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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3453610m掘进5m超前距5m某掘进工作面爆破和控制钻孔布置示意图706006001234660060058760060034006005002300第61页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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，
42、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。第62页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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
43、装药量3 5Kg，用活节木炮棍送入孔底。炮泥水炮泥炸药卷雷管导爆索2m0.5m爆破孔装药结构图爆破孔装药结构图第63页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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
44、 6个。第64页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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。第65页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式q布孔参数：迎头施工迎头施工1020个钻孔，孔深个钻孔，孔深20m左右；左右；两帮钻场分别施工两帮钻场分别施工36个孔，孔深个孔，孔深4060m，两帮两帮钻场采用迈步式布置；钻场采用迈步式布置；迎头钻孔保持迎头钻孔保持5m以上超前孔，帮孔保持以上超前孔，帮孔保
45、持10m以以上压茬距。上压茬距。q效果分析通过合理的钻孔布置，使工作面前方约通过合理的钻孔布置，使工作面前方约50m，两两帮一定范围内的煤体均在钻孔控制下；帮一定范围内的煤体均在钻孔控制下；第66页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式现场测定，迎头钻孔现场测定，迎头钻孔1616h h抽出的瓦斯量占有效时间内抽出的瓦斯量占有效时间内抽放量的抽放量的80%80%，故迎头钻孔抽放时间为，故迎头钻孔抽放时间为1616h h，帮孔在帮孔在掘进过程中保持连续抽放；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，有利于及时准帮孔能有效地探控掘进前方地质构造，有利
46、于及时准确地采取针对性措施；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；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，瓦斯抽放浓度一般基本上可消除炮后瓦斯超限现象，瓦斯抽放浓度一般在在12%12%左右。左右。掘进速度在一定程度上受到限制。掘进速度在一定程度上受到限制。第67页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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。开开采采保保护护层层抽抽放放卸卸压压瓦瓦斯斯保护线第68
47、页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽放模式二、我国煤层条件下瓦斯抽放模式q技术关键合理选择首采煤层，否则首采层瓦斯治理难度大；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，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；近层处于有效卸压范围内；一般地，采高达到一般地，采高达到1.41.4mm以上以上时，开采下保护层卸时，开采下保护层卸压高度能够达到压高度能够达到6060mm以上，采高达到以上，采高达到1.81.8mm以上以上时，时，开采下保护层
48、卸压高度能够达到开采下保护层卸压高度能够达到100100mm。开采上保。开采上保护层的卸压深度一般在护层的卸压深度一般在6060mm以内；以内；合理布置卸压抽放钻孔，孔间距不大于两倍抽放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。钻孔排放半径。第69页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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
49、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；第70页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、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。离层区压实区压实区采空区采空区“O”O”区域示意图区域示意图第71页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二
50、、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。18.5m11.5m顶板裂隙分布特征示意顶板裂隙分布特征示意第72页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式二、我国煤层条件下瓦斯抽采模式120m2030m3、钻场及钻孔布置高位瓦斯抽放钻孔布置示意第73页/共164页二、我国煤层条件下瓦斯抽采模