煤矿瓦斯抽采和突出防治技术-重庆院(董钢锋)课件

煤炭科学研究总院重庆研究院煤炭科学研究总院重庆研究院2007.112007.11煤矿瓦斯抽采和突出防治技术煤矿瓦斯抽采和突出防治技术煤矿瓦斯治理的基本原则u“先抽后采、监测监控、以风定先抽后采、监测监控、以风定产产”的瓦斯治理十二字方针的瓦斯治理十二字方针 u“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采煤气共采”的瓦斯综合治理战略的瓦斯综合治理战略 u“煤矿瓦斯抽采基本指标煤矿瓦斯抽采基本指标”（AQ1026-2006AQ1026-2006）2煤矿瓦斯治理的总体思路n形成以区域性措施（瓦斯抽采和开形成以区域性措施（瓦斯抽采和开采保护层）为主，局部措施为辅的采保护层）为主，局部措施为辅的综合治理体系综合治理体系n试验应用瓦斯治理新技术和新装备，试验应用瓦斯治理新技术和新装备，提高总体技术水平提高总体技术水平3提纲提纲保护层开采保护层开采瓦斯抽采技术瓦斯抽采技术瓦斯治理新技术瓦斯治理新技术技术发展思路技术发展思路4开采保护层区域防突技术开采保护层区域防突技术开采保护层区域防突技术开采保护层区域防突技术一、开采保护层的基本理论一、开采保护层的基本理论二、开采保护层瓦斯综合治理二、开采保护层瓦斯综合治理三、开采保护层实践三、开采保护层实践6开采保护层区域防突技术开采保护层区域防突技术一、开采保护层的基本理论一、开采保护层的基本理论1 1、保护层的概念；、保护层的概念；2 2、开采保护层防治煤与瓦斯突出机理；、开采保护层防治煤与瓦斯突出机理；3 3、保护效果及保护参数考察；、保护效果及保护参数考察；4 4、开采保护层应注意的问题。、开采保护层应注意的问题。7一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论1 1、保护层的概念、保护层的概念 所谓保护层，通常是指在煤层群开采中，所谓保护层，通常是指在煤层群开采中，某部分煤层具有煤与瓦斯突出或冲击地压等动某部分煤层具有煤与瓦斯突出或冲击地压等动力显现特点，而另一部分煤层不具有这种动力力显现特点，而另一部分煤层不具有这种动力显现特点或动力显现特点不明显，这时，根据显现特点或动力显现特点不明显，这时，根据赋存关系，选择某一层不具有动力显现特点或赋存关系，选择某一层不具有动力显现特点或动力显现特点不明显的煤层先行开采，而具有动力显现特点不明显的煤层先行开采，而具有动力显现特点的煤层在其邻近层开采后再开采。动力显现特点的煤层在其邻近层开采后再开采。先行开采的煤层称为保护层，后开采的煤层称先行开采的煤层称为保护层，后开采的煤层称为被保护层，保护层位于被保护层上方的称为为被保护层，保护层位于被保护层上方的称为上保护层，反之称为下保护层。上保护层，反之称为下保护层。8一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论2、开采保护层防治突出作用机理、开采保护层防治突出作用机理 保护层开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯保护层开采后，被保护层的应力变形状态、煤结构和瓦斯动力参数发生显著变化，从发生变化的时间看，卸压作用是最先出动力参数发生显著变化，从发生变化的时间看，卸压作用是最先出现的，有些卸压过程甚至在保护层工作面前方现的，有些卸压过程甚至在保护层工作面前方10102020m m处开始，一处开始，一般在工作面后方，当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显般在工作面后方，当膨胀变形速度加快时，瓦斯动力参数才发生显著变化。保护层防治煤和瓦斯突出的原理可用框图表示。著变化。保护层防治煤和瓦斯突出的原理可用框图表示。9一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论3、保护效果及保护参数考察、保护效果及保护参数考察 (1)保护层的有效保护层间距 保护层的保护作用随层间距的增大而减小，达到某一临界距离时，保护作用已不明显，该临界距离称之为有效层间距。我国根据大量试验资料统计分析认为，在采深小于550m，回采面长度小于120m条件下，保护层的有效保护层间垂距为：急倾斜煤层上保护层60m，下保护层80m，缓倾斜和倾斜煤层上保护层50m，下保护层100m。选择保护层时应根据保护层厚度、顶板管理方法，回采工作面长度和开采深度等因素确定有效垂距。10一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论3、被保护层有效保护范围确定、被保护层有效保护范围确定 (2)(2)保护层沿走向的合理超前距保护层沿走向的合理超前距 七七十十年年代代前前苏苏联联的的研研究究认认为为：以以被被保保护护层层变变形形值值等等于于最最大大膨膨胀胀变变形形值值80%80%为为标标准准，则则上上保保护护层层超超前前于于被被保保护护层层不不应应小小于于1 1倍倍层层间间距距，下下保保护护层层超超前前于于被被保保护护层层不不应应小小于于0.60.6倍倍层层间间距距。我我国国部部分分矿矿井井的的试试验验也也证证实实了了上上述述的的结结论论。考考虑虑到到瓦瓦斯斯排排放放和和抽抽放放，使使被被保保护护层层不不仅仅能能充充分分卸卸压压，并并能能充充分分排排放放或或抽抽放放瓦瓦斯斯，认认为为保保护护层层超超前前被被保保护护层层的的距距离离不不应应小小于于2 2倍倍层层间间距距，并并不不得得小小于于4040m m，实实践践证证明明，按按照照这这一一原原则则布布置置，对对防防治治煤煤与与瓦斯突出和治理瓦斯是有效的。瓦斯突出和治理瓦斯是有效的。11一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论3、被保护层有效保护范围确定、被保护层有效保护范围确定 (3)(3)保护层沿走向的卸压保护角保护层沿走向的卸压保护角 在在保保护护层层工工作作面面的的始始采采线线与与停停采采线线处处，由由于于地地压压的的传传递递作作用用,使使得得被被保保护护层层的的有有效效保保护护范范围围应应小小于于保保护护层层的的开开采采范范围围，被被保保护护层层的的始始采采线线与与停停采采线线应应以以保保护护层层始始采采线线和和停停采采线线内内退退一一定定距距离离，该该距距离离与与层层间间垂垂距距有有关关，根根据据试试验验表表明明，对对上上保保护护层层为为0.550.550.670.67倍倍层层间间垂垂距距为为宜宜，也也即即保保护护卸卸压压角角为为56566161为为宜宜，具具体体数数据据应应实实际际考考察察。但但被被保保护护层层进进入入到到距距保保护护层层始始采采线线与与停停采采线线4040m m以以内内时时，保保护护层层开开采采应应超超前前3 3个月以上。个月以上。12一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论3、被保护层有效保护范围确定、被保护层有效保护范围确定 (4)(4)保护层沿倾向的卸压保护角保护层沿倾向的卸压保护角 沿沿倾倾斜斜方方向向保保护护范范围围可可按按卸卸压压角角划划定定。卸卸压压角角大大小小与与煤煤层层倾倾角角，开开采采深深度度，层层间间岩岩性性等等因因素素有有关关，各各种种条条件件下下的的卸卸压压角角最最好好通通过过实实地地考考察察确确定定，前前苏苏联联矿矿山山测测量量科科学学研研究究所所通通过过现现场场测测定定和和实实验验室室模模拟拟资资 料料 分分 析析 得得 1=1801=180(+QO+10)QO+10)，2=2=+QOQO 1010，式式中中11、22分分别别为为下下保保护护层层上上山山方方向向和和下下山山方方向向卸卸压压角角，为为煤煤层层倾倾角角，QOQO为为最最大大下下沉沉角角，可可从从地地表表移移动动观观测测得得到到，也也可可按按细细则则表表1717数数值值确确定，表中定，表中33、44为上保护层上山及下山方向卸压角。为上保护层上山及下山方向卸压角。13一、开采保护层基本理论一、开采保护层基本理论4、开采保护层应注意的问题、开采保护层应注意的问题 开开采采保保护护层层时时，尽尽量量不不留留煤煤柱柱或或尽尽量量留留小小煤煤柱柱（4 4 6 6m m）。不不得得已已留留煤煤柱柱时时须须在在采采掘掘工工程程平平面面图图上上标标记记，以以便便划划定定保保护护范范围围。在在煤煤柱柱影影响响带带，突突出出危危险险性性比原始状态更大；比原始状态更大；被被保保护护层层采采掘掘工工作作面面尽尽量量布布置置在在保保护护范范围围内内，减减少少其其突出危险性；突出危险性；对对不不同同矿矿井井、不不同同保保护护层层和和被被保保护护层层，保保护护层层的的保保护护参参数数及及保保护护效效果果应应进进行行实实地地考考察察，根根据据考考察察结结果果指指导导下一步采掘和防突设计。下一步采掘和防突设计。14二、开采保护层瓦斯综合治理二、开采保护层瓦斯综合治理1 1、范围、范围 保保护护层层（首首采采层层）工工作作面面和和被被保保护护层层工工作作面面瓦瓦斯斯治理，其中首采层工作面瓦斯治理是关键所在。治理，其中首采层工作面瓦斯治理是关键所在。2 2、目的、目的 一一是是减减少少保保护护层层开开采采时时的的瓦瓦斯斯涌涌出出量量，同同时时也也加加大了对被保护层的保护效果。大了对被保护层的保护效果。3 3、技术途径、技术途径 可可采采用用底底板板穿穿层层钻钻孔孔抽抽放放、顶顶板板走走向向钻钻孔孔抽抽放放、高高抽抽巷巷、沿沿空空留留巷巷抽抽排排、风风流流排排放放等等技技术术措措施施进进行行首首采层瓦斯综合治理。采层瓦斯综合治理。15三、开采保护层的实践与经验三、开采保护层的实践与经验典型工程：典型工程：1 1、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层项目、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层项目2 2、潘三矿远距离开采下保护层项目、潘三矿远距离开采下保护层项目161 1、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层以以非非突突出出煤煤层层B8B8作作为为首首采采保保护护层层，依依次次开开采采B7aB7a、B7b B7b 煤煤层层，最最后后开开采采受受到到上上保保护护层层采采动动卸卸压压保保护护的的B6B6、B4B4突突出出煤煤层层。B8B8煤煤层层开开采采的的同同时时，在在B6B6、B4B4煤煤层层底底板板施施工工抽抽放放巷巷，分分别别向向B6B6、B7aB7a、B7bB7b和和B4B4施施工穿层钻孔，抽放并拦截煤层卸压瓦斯。工穿层钻孔，抽放并拦截煤层卸压瓦斯。根根据据卸卸压压层层的的不不同同卸卸压压效效果果，选选择择抽抽放放方方式式、确确定定钻钻孔孔布布置置参参数数和和抽抽放放时时机机。现现场场测测定定，多多重重开开采采B8B8、B7aB7a、B7b B7b 保保护护层层，突突出出煤煤层层B6B6、B4B4透透气气性性增增大大570570倍倍，单单孔孔抽抽放放量量增增大大4040倍倍。在在消消除除突突出出威威胁胁的的同同时时，较较好好地地解解决决了了B8B8煤煤层层回回采采时时的的瓦瓦斯斯治治理理问问题题。保保护护层层工工作作面面单单产产提提高高33%33%，突出煤层掘进月单进由，突出煤层掘进月单进由30m30m提高到提高到90m90m，安全和经济效益显著。，安全和经济效益显著。17 1 1、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层、新庄孜矿煤层群多重开采上保护层182 2、潘三矿远距离下保护层开采技术、潘三矿远距离下保护层开采技术开开采采近近水水平平煤煤层层远远距距离离下下保保护护层层上上向向卸卸压压，低低抽抽巷巷网网格格式式钻钻孔孔抽抽放放瓦瓦斯斯技技术术。潘潘三三矿矿13-113-1突突出出煤煤层层与与下下伏伏的的11-211-2层层间间距距平平均均为为77m77m，煤煤层层倾倾角角平平均均为为77。11-211-2煤煤层层厚厚度度平平均均为为1.8m1.8m，13-113-1煤煤层层厚厚度度平平均均4.2m4.2m。保保护护层层开开采采在在考考虑虑对对被被保保护护层层保保护护效效果果同同时时，也也要要解解决决保保护护层层自自身身开开采采时时的的瓦瓦斯斯治治理理方方法法。潘潘三三矿矿11-211-2保保护护层层开开采采，在在13-113-1煤煤层层底底板板25m25m左左右右布布置置专专用用瓦瓦斯斯抽抽放放岩岩巷巷，抽抽放放巷巷内内每每间间隔隔30m30m施施工工一一个个抽抽放放钻钻场场，每每个个钻钻场场布布置置5 5个个穿穿层层钻钻孔孔，钻钻孔孔孔孔底底间间距距30m30m，扇扇形形布布置置。在在11-211-2保保护护层层回回采采同同时时，抽抽放放13-113-1卸卸压压瓦瓦斯斯。现现场场考考察察结结果果：11-211-2煤煤层层回回采采后后，被被保保护护层层13-113-1煤煤层层透透气气性性增增大大28802880倍倍，钻钻孔孔抽抽放放量量增增大大160160倍，煤体瓦斯压力基本测不出来。倍，煤体瓦斯压力基本测不出来。192 2、潘三矿远距离下保护层开采技术、潘三矿远距离下保护层开采技术70m20煤层瓦斯综合抽采技术煤层瓦斯综合抽采技术煤层瓦斯综合抽采技术n开采层瓦斯抽采开采层瓦斯抽采n邻近层瓦斯抽采邻近层瓦斯抽采n采空区瓦斯抽采采空区瓦斯抽采221.开采层瓦斯抽采大面积预抽瓦斯的基本模式大面积预抽瓦斯的基本模式n穿层网格顶抽煤层瓦斯综合抽采技术231.开采层瓦斯抽采大面积预抽瓦斯的基本模式大面积预抽瓦斯的基本模式n顺层长钻孔顶抽煤层瓦斯综合抽采技术241.开采层瓦斯抽采大面积预抽瓦斯的基本模式大面积预抽瓦斯的基本模式n穿层条带平行钻孔预抽煤层瓦斯综合抽采技术251.开采层瓦斯抽采大面积预抽瓦斯的基本模式大面积预抽瓦斯的基本模式n穿层条带平行钻孔预抽穿层条带平行钻孔预抽(芙蓉白皎煤矿芙蓉白皎煤矿)煤层瓦斯综合抽采技术261.开采层瓦斯抽采大面积预抽瓦斯的基本模式大面积预抽瓦斯的基本模式n模块抽采(晋城寺河矿)煤层瓦斯综合抽采技术271.开采层瓦斯抽采提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径提高预抽瓦斯效果最根本的措施提高煤层透气性提高煤层透气性国内外试验和运用过的方法有：水力化措施水力化措施水力压裂、水力疏松、水力割裂、水力冲孔等孔内爆破孔内爆破化学处理化学处理应用前景较好的方法深孔控制预裂爆破高压水射流扩孔煤层瓦斯综合抽采技术281.开采层瓦斯抽采提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径n高压水射流扩孔原理 在已施工的煤孔中，采用旋转的高压水射 流，对钻孔周围煤体进行切割 钻孔直径扩大数倍 增大煤体暴露面积 扩大钻孔卸压范围 增加钻孔抽采瓦斯半径 提高预抽瓦斯效果煤层瓦斯综合抽采技术291.开采层瓦斯抽采n提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径n高压水射流扩孔高压水射流扩孔n效果图效果图煤层瓦斯综合抽采技术301.开采层瓦斯抽采提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径n高压水射流扩孔装备SKP型高水射流扩孔器由高压水射流扩孔头、高压水泵、高压钻杆等组成煤层瓦斯综合抽采技术311.开采层瓦斯抽采提高煤层预抽瓦斯效果的技术途径n高压水射流扩孔效果 在中梁山、芙蓉和松藻等矿务局的试验和应用表明：穿层钻孔：n孔径扩大2.55.7倍n钻孔瓦斯抽采量提高2倍以上煤层瓦斯综合抽采技术322.邻近层瓦斯抽采原理n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。这这就就是是利利用用钻孔抽采邻近层瓦斯的基本原理钻孔抽采邻近层瓦斯的基本原理。煤层瓦斯综合抽采技术332.邻近层瓦斯抽采巷道抽采巷道抽采n顶板岩石走向高抽巷抽采上邻近瓦斯顶板岩石走向高抽巷抽采上邻近瓦斯l基本情况基本情况 阳阳煤煤集集团团综综采采放放顶顶煤煤开开采采1515号号煤煤层层，工工作作面面瓦瓦斯斯涌涌出出量量一一般般在在16.2665.16m16.2665.16m3 3/min/min之之间间，最最大大高高达达108m108m3 3/min/min。工工作作面面瓦瓦斯斯涌涌出出量量90%90%以上来自邻近层和围岩以上来自邻近层和围岩煤层瓦斯综合抽采技术342.邻近层瓦斯抽采l走向高抽巷布置走向高抽巷布置层位确定层位确定原则原则n上上邻邻近近层层瓦瓦斯斯涌涌出出密密集集区区8 8号号、9 9号号、1010号、号、1111号和号和K4K4灰岩灰岩n处处于于有有效效瓦瓦斯斯排排放放范范围围内内冒冒落落带带上上部部充分离层层位，水平通道连通性好充分离层层位，水平通道连通性好n工工作作面面采采过过后后不不很很快快破破坏坏超超过过冒冒落落带带高度高度11.511.5倍采高倍采高层位层位 自顶板以上自顶板以上4768m4768m，约，约710710倍采高层位倍采高层位煤层瓦斯综合抽采技术352.邻近层瓦斯抽采l走向高抽巷布置走向高抽巷布置水平位置水平位置原则原则n处于充分卸压的裂隙带范围处于充分卸压的裂隙带范围n考虑矿井通风负压影响考虑矿井通风负压影响水平距水平距距回风巷外帮水平投影长度距回风巷外帮水平投影长度52m52m，约工作面采长，约工作面采长1/31/3距离距离l抽采效果抽采效果n抽采瓦斯浓度一般抽采瓦斯浓度一般60%95%60%95%，平均，平均78%78%n抽采率为抽采率为86.34%93.44%86.34%93.44%，平均，平均90.87%90.87%n工作面抽采瓦斯量工作面抽采瓦斯量5060m5060m3 3/min/min煤层瓦斯综合抽采技术362.邻近层瓦斯抽采n顶顶板板岩岩石石倾倾斜斜高高抽抽巷巷抽抽采采上上邻近层瓦斯邻近层瓦斯l高抽巷布置高抽巷布置n层层位位：垂垂高高5060m5060m，裂裂隙隙带带的的中下部中下部n伸伸入入工工作作面面距距离离：52m52m，水水平平投投长度长度43m43m充分进入到卸压带充分进入到卸压带n高抽巷间距：高抽巷间距：200200多多m m煤层瓦斯综合抽采技术372.邻近层瓦斯抽采n顶板岩石倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯顶板岩石倾斜高抽巷抽采上邻近层瓦斯l效果效果n浓度：浓度：75%99%75%99%，平均，平均85.77%85.77%n抽采量：抽采量：17.0870.59%17.0870.59%，平均，平均35.35m3/min35.35m3/minn抽采率：抽采率：58%90.17%58%90.17%，平均，平均75.03%75.03%煤层瓦斯综合抽采技术382.邻近层瓦斯抽采n顶板水平长钻孔抽采上邻近层瓦斯l钻孔位置n层位距开采层26m，6.5m厚的灰色砂岩中n钻孔距回风巷的水平距离，0.20.3倍工作面长度煤层瓦斯综合抽采技术392.邻近层瓦斯抽采n顶板水平长钻孔抽采上邻近层瓦斯顶板水平长钻孔抽采上邻近层瓦斯l成孔工艺成孔工艺 600m600m钻钻机机，普普通通回回转转不不取取芯芯钻钻进进，以以清清水水作作清清洗洗液液。开开孔孔直直径径200mm200mm，终终孔孔直直径径150mm150mm，钻钻进进了了2 2个个长长度度分分别别为为508m508m、603.5m603.5m的长钻孔的长钻孔l抽采效果抽采效果n1 1号号孔孔孔孔内内垮垮塌塌未未出出瓦瓦斯斯，2 2号号孔孔初初始始抽抽采采量量10.67m10.67m3 3/min/min，最最 大大 为为 23.92m23.92m3 3/min/min，平平 均均20.3m20.3m3 3/min/min。n瓦斯浓度最高瓦斯浓度最高90%90%，平均，平均60%60%煤层瓦斯综合抽采技术403.采空区瓦斯抽采n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（二）煤层瓦斯综合抽采技术413.采空区瓦斯抽采l向冒落拱上方打钻向冒落拱上方打钻a沿走向打水平钻孔沿走向打水平钻孔煤层瓦斯综合抽采技术423.采空区瓦斯抽采n上隅角埋管抽采法煤层瓦斯综合抽采技术433.采空区瓦斯抽采n上隅角埋管抽采法煤层瓦斯综合抽采技术44瓦斯治理新技术瓦斯治理新技术瓦斯治理新技术瓦斯治理新技术n瓦斯含量直接测定技术瓦斯含量直接测定技术n煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术n瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术46瓦斯含量直接测定技术瓦斯含量直接测定技术一、测定方法一、测定方法 DGCDGC瓦瓦斯斯含含量量直直接接测测定定装装置置是是在在我我国国原原有有地地质质勘勘探探期期间间瓦瓦斯斯含含量量测测定定技技术术的的基基础础上上，通通过过国国家家“十十五五”科科技技攻攻关，开发出的国内独有专利技术。关，开发出的国内独有专利技术。DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置48一、测定方法一、测定方法 qtDGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置49一、测定方法一、测定方法 （1 1）向煤层施工钻孔取芯；）向煤层施工钻孔取芯；（2 2）井井下下测测量量煤煤芯芯的的瓦瓦斯斯解解吸吸速速度度及及解解吸量吸量Q Q1 1，并以此来计算瓦斯损失量，并以此来计算瓦斯损失量Q Q0 0；（3 3）实实验验室室继继续续测测量量煤煤芯芯的的瓦瓦斯斯解解吸吸量量Q Q2 2；（4 4）将将部部分分煤煤样样装装入入密密封封粉粉碎碎系系统统粉粉碎碎，测测量量其其在在常常压压下下的的瓦瓦斯斯解解吸吸量量并并以以此此计计算算粉粉碎碎瓦斯解吸量瓦斯解吸量Q Q3 3；DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置50一、测定方法一、测定方法 （5 5）可解吸瓦斯含量）可解吸瓦斯含量Q Qm m ；Q Qm m Q Q0 0+Q+Q1 1Q Q2 2Q Q3 3。（6 6）测测定定煤煤芯芯的的常常压压吸吸附附量量Q Qa a，或或计计算算煤芯的常压吸附量煤芯的常压吸附量Q Qa a煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量Q QQ Qm mQ Qa a。DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置51一、测定方法一、测定方法 关键技术：关键技术：（1 1）针针对对不不同同煤煤层层及及取取芯芯条条件件的的取取芯芯装装置，保证煤芯的完整性、保质性和快速性。置，保证煤芯的完整性、保质性和快速性。（2 2）根根据据煤煤芯芯的的完完整整程程度度及及破破碎碎情情况况，将将煤煤芯芯分分为为5 5类类(完完整整棒棒状状、不不完完整整棒棒状状、块块状状、块块粉粉混混合合状状、粉粉状状)，选选用用不不同同的的计计算算模模型型，以以煤煤芯芯在在煤煤样样筒筒中中的的瓦瓦斯斯解解吸吸速速度度和和解解吸吸量量为为基基础础数数据据，计计算算从从钻钻孔孔取取芯芯到到装装入入煤煤样样筒筒的的瓦瓦斯损失量斯损失量Q Q0 0。DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置52二、测定装置二、测定装置（1 1）井下取芯装置）井下取芯装置井下取芯装置包括单层取芯、双层取芯装置。井下取芯装置包括单层取芯、双层取芯装置。DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置53二、测定装置二、测定装置（2 2）井下解吸装置）井下解吸装置DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置54二、测定装置二、测定装置（3 3）地面解吸装置）地面解吸装置DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置55二、测定装置二、测定装置（4 4）煤样粉碎装置）煤样粉碎装置水平粉碎水平粉碎垂直粉碎垂直粉碎DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置56二、测定装置二、测定装置（5 5）气体成分测定装置）气体成分测定装置气气体体成成分分测测定定装装置置包包括括：气气相相色色谱谱仪仪、色色谱谱分分析析载载气气、标标气气（O2O2、N2N2、CH4CH4、CO2CO2）、计算机与打印机等。）、计算机与打印机等。DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置57二、测定装置二、测定装置（6 6）数据处理软件）数据处理软件DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置58二、测定装置二、测定装置（7 7）辅助装置）辅助装置辅助装置包括电子天平、水分测定仪等。辅助装置包括电子天平、水分测定仪等。水分测定仪。水分测定仪。电子天平电子天平DGCDGC瓦斯含量直接测定装置瓦斯含量直接测定装置59煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术一、基本思想一、基本思想 在事故理论和灾害防治理论的指导下，在事故理论和灾害防治理论的指导下，结合矿井灾害发生规律，充分利用和发挥现有结合矿井灾害发生规律，充分利用和发挥现有煤矿安全监控系统、计算机网络技术、信息技煤矿安全监控系统、计算机网络技术、信息技术和灾害防治技术的优势，实时、动态收集尽术和灾害防治技术的优势，实时、动态收集尽可能多的安全信息，并经过综合分析后，从系可能多的安全信息，并经过综合分析后，从系统论的观点，在时、空的连续性上，对井下各统论的观点，在时、空的连续性上，对井下各作业场所的安全状态和发展趋势进行超前的预作业场所的安全状态和发展趋势进行超前的预测、评价和警示，并自动给出相应的防范措施测、评价和警示，并自动给出相应的防范措施建议。建议。煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 61二、系统基本框架二、系统基本框架 由监控系统、局域网、软件系统和用户构成。由监控系统、局域网、软件系统和用户构成。煤矿安全监控系统：煤矿安全监控系统：实时、动态的采集井下实时、动态的采集井下的安全监测信息；的安全监测信息；局域网：局域网：实现资源共享、各种安全信息的实现资源共享、各种安全信息的汇集、预警信息的发布等；汇集、预警信息的发布等；软件系统：软件系统：安全信息的采集、综合分析、图安全信息的采集、综合分析、图件绘制、综合预警等；件绘制、综合预警等；用户：用户：预警软件系统使用（预警指标和规则预警软件系统使用（预警指标和规则设置、数据维护、安全信息输入、输出、预警信息设置、数据维护、安全信息输入、输出、预警信息发布等）。发布等）。煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 62三、系统硬件构成三、系统硬件构成 煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 63四、系统软件构成四、系统软件构成 煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 MSRP SDB(空间数据库)MSRP Editor(矿图编辑系统)MSRP KJA(监控分析器)MSRP View(图形浏览器)MSRP EWS(灾害预警系统)MSRP Console(控制台)应用程序数据来源MSRP KBS(知识库系统)MSRP SMS(灾害防治专家系统)MSRP PCES（安全管理系统）64灾害预警系统的核心灾害预警系统的核心 煤与瓦斯突出预警煤与瓦斯突出预警 瓦斯煤尘爆炸预警瓦斯煤尘爆炸预警 火灾预警火灾预警 突水预警突水预警 冲击地压预警冲击地压预警 大面积冒顶预警大面积冒顶预警 日常安全管理预警日常安全管理预警 煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 MSRP EWS(灾害预警系统)65MSRP PCES（灾害防治专家系统）瓦斯防治专家系统瓦斯防治专家系统 火灾防治专家系统火灾防治专家系统 水灾防治专家系统水灾防治专家系统 冲击地压防治专家系统冲击地压防治专家系统 顶板灾害防治专家系统顶板灾害防治专家系统 煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 66五、系统预警过程五、系统预警过程 煤矿灾害预警技术煤矿灾害预警技术 预警系统初始化预警系统初始化预警基础信息预处理预警基础信息预处理动态安全信息获取动态安全信息获取危险源和隐患辨识危险源和隐患辨识危险预警发布危险预警发布防治建议防治建议防治专家系统防治专家系统预警模型选择与调整预警模型选择与调整安全信息综合分析安全信息综合分析67陕西某矿瓦斯地质图陕西某矿瓦斯地质图68重庆某矿突出区域预测图重庆某矿突出区域预测图69抽放效果分析图抽放效果分析图 7071瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术 更新观念，把瓦斯作资源抽采，变被动抽放更新观念，把瓦斯作资源抽采，变被动抽放更新观念，把瓦斯作资源抽采，变被动抽放更新观念，把瓦斯作资源抽采，变被动抽放为主动抽采，实现煤炭安全高效开采、瓦斯资源开发为主动抽采，实现煤炭安全高效开采、瓦斯资源开发为主动抽采，实现煤炭安全高效开采、瓦斯资源开发为主动抽采，实现煤炭安全高效开采、瓦斯资源开发与环境保护三重功效。与环境保护三重功效。与环境保护三重功效。与环境保护三重功效。瓦斯抽采与煤炭开采一体化部署，如淮南矿瓦斯抽采与煤炭开采一体化部署，如淮南矿瓦斯抽采与煤炭开采一体化部署，如淮南矿瓦斯抽采与煤炭开采一体化部署，如淮南矿区各高瓦斯矿井煤层群开采程序及瓦斯抽采规划；晋区各高瓦斯矿井煤层群开采程序及瓦斯抽采规划；晋区各高瓦斯矿井煤层群开采程序及瓦斯抽采规划；晋区各高瓦斯矿井煤层群开采程序及瓦斯抽采规划；晋城矿区城矿区城矿区城矿区3 3 3 3号煤层将瓦斯抽采计划纳入矿井的生产工序，号煤层将瓦斯抽采计划纳入矿井的生产工序，号煤层将瓦斯抽采计划纳入矿井的生产工序，号煤层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，根据钻按抽、掘、采配套进行生产计划及衔接安排，根据钻按抽、掘、采配套进行生产计划及衔接安排，根据钻按抽、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、预抽效机能够钻进深度、钻孔布置参数、预抽时间、预抽效机能够钻进深度、钻孔布置参数、预抽时间、预抽效机能够钻进深度、钻孔布置参数、预抽时间、预抽效果、采煤工作面布置尺寸以及采掘进度等，确定不同果、采煤工作面布置尺寸以及采掘进度等，确定不同果、采煤工作面布置尺寸以及采掘进度等，确定不同果、采煤工作面布置尺寸以及采掘进度等，确定不同煤层气含量区域的抽、掘、采工作面配比及模块抽采煤层气含量区域的抽、掘、采工作面配比及模块抽采煤层气含量区域的抽、掘、采工作面配比及模块抽采煤层气含量区域的抽、掘、采工作面配比及模块抽采模式。模式。模式。模式。一、合理抽掘采部署一、合理抽掘采部署瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术73 在在晋晋城城矿矿区区，采采用用国国产产600m600m全全液液压压坑坑道道钻钻机机，试试验验研研究究的的顺顺煤煤层层钻钻孔孔钻钻进进500m500m深深孔孔的的成成孔孔工工艺艺技技术术；采采用用澳澳大大利利亚亚VLDVLD10001000定定向向千千米米钻钻机机和和试试验验研研究究的的顺顺煤煤层层枝枝状状钻钻孔孔成成孔孔工工艺艺技技术术，成成孔孔最最深深达达1005m1005m，并并创创下了单台钻机在井下年定向钻进世界纪录。下了单台钻机在井下年定向钻进世界纪录。二、二、顺煤层枝状钻孔成孔工艺技术及装备顺煤层枝状钻孔成孔工艺技术及装备瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术74大宁矿顺煤层千米钻机枝状长钻孔施工竣工图大宁矿顺煤层千米钻机枝状长钻孔施工竣工图二、二、顺煤层枝状钻孔成孔工艺技术及装备顺煤层枝状钻孔成孔工艺技术及装备瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术75 国家发改委煤矿瓦斯综合治理与利用重大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关键技术研发与装备研制项目“松软突出煤层顺层松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进装备与配套工艺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针对煤质松软针对煤质松软(f(f(f(f值在值在值在值在0.20.20.20.2左右左右左右左右)、瓦斯压力高、地应力大煤层施工顺、瓦斯压力高、地应力大煤层施工顺、瓦斯压力高、地应力大煤层施工顺、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层钻孔极其困难等问题，研制了顺层强力钻机和多层钻孔极其困难等问题，研制了顺层强力钻机和多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、垮孔的风力排渣级组合钻具，研究了可减弱喷孔、垮孔的风力排渣级组合钻具，研究了可减弱喷孔、垮孔的风力排渣级组合钻具，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钻进工艺，在一定程度上解决了顺层长钻孔钻进过钻进工艺，在一定程度上解决了顺层长钻孔钻进过钻进工艺，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。程中因喷孔和垮孔严重而卡钻孔的问题。程中因喷孔和垮孔严重而卡钻孔的问题。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：课题目标：课题目标：120m120m120m120m以上的钻孔成孔率达到以上的钻孔成孔率达到以上的钻孔成孔率达到以上的钻孔成孔率达到90%90%90%90%以上，以上，以上，以上，150m150m150m150m以上的以上的以上的以上的钻孔成孔率达到钻孔成孔率达到钻孔成孔率达到钻孔成孔率达到60%60%60%60%以上。目前在松藻矿区严重突出以上。目前在松藻矿区严重突出以上。目前在松藻矿区严重突出以上。目前在松藻矿区严重突出煤层成功打出了煤层成功打出了煤层成功打出了煤层成功打出了160m160m160m160m以上的顺层钻孔。以上的顺层钻孔。以上的顺层钻孔。以上的顺层钻孔。三、松软突出煤层顺层钻孔工艺技术及装备三、松软突出煤层顺层钻孔工艺技术及装备瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术76 03030404年间，施工了年间，施工了年间，施工了年间，施工了100100口口口口地面试验井，井深地面试验井，井深地面试验井，井深地面试验井，井深400400600m600m。3434口井日产气量超过口井日产气量超过口井日产气量超过口井日产气量超过30003000m3，3737口井日产气量口井日产气量口井日产气量口井日产气量1000100030003000m3 ，2929口井日产气量小口井日产气量小口井日产气量小口井日产气量小于于于于1000 1000 m3。单井投资估算单井投资估算单井投资估算单井投资估算268268万元（井深万元（井深万元（井深万元（井深400m400m）、）、）、）、372372万元（井深万元（井深万元（井深万元（井深750m750m）。）。）。）。煤层透气性系数煤层透气性系数1.03.6md3.6md，9 9口井口井口井口井/k/km2，煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量每年约降低每年约降低1 m3。四、地面井预抽瓦斯技术四、地面井预抽瓦斯技术瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术77潘一矿的地面采空区钻孔抽放潘一矿的地面采空区钻孔抽放瓦斯流量为瓦斯流量为515 m3/min，浓，浓度为度为6085。张北矿张北矿地面采空区钻孔抽放地面采空区钻孔抽放瓦瓦斯流量为斯流量为1025m3/min，浓，浓度为度为6080。谢桥矿谢桥矿地面采空区钻孔抽放地面采空区钻孔抽放瓦瓦斯流量为斯流量为1020m3/min，浓，浓度为度为6090。谢一矿的一个谢一矿的一个地面采空区钻孔地面采空区钻孔抽放抽放瓦斯量为瓦斯量为45 m3/min，浓度为浓度为50。五、地面井抽采空区瓦斯技术五、地面井抽采空区瓦斯技术瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术78 用途：用途：n n 对矿区煤层气资源评价、矿井瓦斯涌出量以及煤层气抽采量预测n n利用以500m顺煤层长钻孔为基础的包括煤层气抽采钻孔成孔、钻孔布置、钻孔封孔等成套技术及装备n n通过相应工程支撑形成井下煤层气规模开发与采煤的一体化，完成矿井煤层气的规模开发与利用工程六、煤层气井下开发成套工艺技术六、煤层气井下开发成套工艺技术瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术79 技术关键技术关键n n煤层气赋存、涌出、抽取量变化规律与预测理论n n井下煤层气规模开发与兼顾煤炭开采的合理开拓方式与参数研究确定n n顺煤层长钻孔成孔工艺技术n n钻孔封孔工艺技术、材料和设备n n下向钻孔成孔工艺技术及孔内积水外排技术六、煤层气井下开发成套工艺技术六、煤层气井下开发成套工艺技术瓦斯抽采新技术瓦斯抽采新技术80技术发展思路技术发展思路技术发展思路技术发展思路研究各类资料获取手段，尽可能多的掌握研究各类资料获取手段，尽可能多的掌握资料；资料；研究分布变化规律；研究分布变化规律；根据开拓开采方式预测危害程度分布规律；根据开拓开采方式预测危害程度分布规律；制订防范措施。制订防范措施。一、以掌握赋存为基础一、以掌握赋存为基础82技术发展思路技术发展思路人为管理的局限性：人为管理的局限性：人为管理的局限性：人为管理的局限性：人最聪明，但最不可靠人最聪明，但最不可靠（十个人有十几个想法）；人具有定式思维、惯（十个人有十几个想法）；人具有定式思维、惯性思维，喜欢按经验办事，拍脑门子。性思维，喜欢按经验办事，拍脑门子。研究信息获取手段和灾害发生规律，研究信息获取手段和灾害发生规律，使之软件使之软件化、制度化。化、制度化。及时、全面收集安全及时、全面收集安全信息，信息，经过综经过综经过综经过综合分析后，以系统论的观点，做出科学的决策。合分析后，以系统论的观点，做出科学的决策。合分析后，以系统论的观点，做出科学的决策。合分析后，以系统论的观点，做出科学的决策。以技术提升管理，实现决策信息化、科学化。以技术提升管理，实现决策信息化、科学化。二、以技术提升管理二、以技术提升管理83三、以治本措施为中心三、以治本措施为中心技术发展思路技术发展思路努力做到从系统布局上消除隐患。采掘部署、巷道努力做到从系统布局上消除隐患。采掘部署、巷道系统、通风系统、抽掘采关系等；系统、通风系统、抽掘采关系等；努力做到生产作业前消除隐患，以区域防突措施为努力做到生产作业前消除隐患，以区域防突措施为主，扭转依赖于局部防突措施的局面；主，扭转依赖于局部防突措施的局面；努力实现机械化、自动化，提高工作效率，减少作努力实现机械化、自动化，提高工作效率，减少作业人员和人员违章的机会；业人员和人员违章的机会；善于算总帐，不计一时得失。更新设计理念、经营善于算总帐，不计一时得失。更新设计理念、经营理念，完善煤炭企业考核机制和运行体制。理念，完善煤炭企业考核机制和运行体制。84谢谢！谢谢！85