瓦斯抽采与监测监控

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,强化瓦斯抽采与监测监控促进瓦斯治理水平再上新台阶,煤炭科学研究总院重庆研究院 胡千庭,2008年7月8日,1,主要内容,瓦斯抽采初见成效,强化瓦斯抽采的目标及可行性,强化瓦斯抽采应采取的措施,瓦斯治理的监测监控技术保障,2,一、瓦斯抽采初见成效,1、瓦斯抽采量与瓦斯事故死亡人数呈反变关系,3,一、瓦斯抽采初见成效,2、一些瓦斯灾害严重矿区强化了瓦斯抽采，瓦斯灾害事故显著减少。,瓦斯抽采量超过1亿m,3,的矿区,4,一、瓦斯抽采初见成效,这些矿区主要集中在山西,(,晋城、阳泉）、重庆（松藻） 、安徽（淮南、淮北）、贵州（盘江、水城）、黑龙江（鸡西）、辽宁（抚顺）和宁夏（宁煤）的国有重点矿井。,山西阳泉一直重视瓦斯抽采，煤矿瓦斯事故一直保持在较低水平，晋城原来主要开采低瓦斯矿井，,1998,年后逐步进入高瓦斯矿区，期间发生过重大瓦斯事故，这几年瓦斯抽采量飞速增长，瓦斯事故也得到有效控制。,安徽淮南：,5,一、瓦斯抽采初见成效,1997年以前淮南瓦斯事故死亡人数,6,近些年淮南矿区事故显著减少,百万吨死亡率,瓦斯抽采量显著提高,百万吨死亡率显著下降,7,一、瓦斯抽采初见成效,安徽淮北矿区属于严重瓦斯事故区，淮北矿区芦岭矿,2003,年前瓦斯重特大事故多发（,2002,年,4.7,特大突出事故死亡,13,人和,2003,年,5.13,瓦斯,爆炸事故死亡,86,人），,2004,年后强化瓦斯抽采,全矿杜绝死亡事故，,2006,年杜绝重伤事故。,黑龙江鸡西矿区,2003,年前年年发生瓦斯事故（如,2002,年,6.20,事故和,2003,年,1.20,事故），强化瓦斯抽采后已连续五年杜绝瓦斯事故。,8,一、瓦斯抽采初见成效,贵州盘江,1990,1999,年发生重特大瓦斯事故,8,起，死亡,177,人，,2000,年后强化瓦斯抽采，已连续七年未发生一通三防较大以上事故；水城,2003,年前重特大瓦斯事故多发，近几年重特大瓦斯事故也得到有效控制。,重庆的国有重点矿井多属于严重突出危险矿区，历史上瓦斯灾害严重。近年来松藻矿区,2005,和,2007,年消灭突出，中梁山近些年消灭瓦斯事故、南桐等矿区也基本控制了重特大突出事故的发生。,9,3、瓦斯超限次数显著降低,淮南工作面回风设定报警瓦斯浓度由,1.0%,改为,0.8%,，并基本控制瓦斯不超限；,淮北芦岭矿回风平均瓦斯浓度降低了,0.2%,，年瓦斯超限次数由上百次降到基本杜绝；,盘江、鸡西随着瓦斯抽采量的增加，瓦斯超限次数显著降低。,一、瓦斯抽采初见成效,10,一、瓦斯抽采初见成效,盘江瓦斯超限次数显著降低,11,3、瓦斯超限次数显著降低,强化瓦斯抽采后，国有重点矿井瓦斯超限显著减少,瓦斯爆炸事故也显著减少，2007年除煤与瓦斯突出事故外的瓦斯事故仅死亡26人。,一、瓦斯抽采初见成效,12,一、瓦斯抽采初见成效,4、显著降低突出的危害,时间,地点,死亡人数,突出强度(t),瓦斯量(m,3,/t),应力特征,动 力 特 征,10.13,丰城建新,19,379,36(预抽33%)注水落煤,630m,巷道应力迭加(口大),抛出20m,无分选,无显著动力效应风门完好(内有幸存者)、未被埋人员逃生,11.12,平煤十矿,12,2000,20(煤层变薄边缘,950m,综采面初次来压期间,抛出270m,无分选,无显著动力效应,进回风侧未被埋人员全部逃生,松藻、淮北、盘江等矿区基本消除突出伤亡事故。,13,一、瓦斯抽采初见成效,5、显著提高矿井的安全生产效率,淮南工作面单产达到300万吨/年；,松藻在没有增加新建矿井条件下煤炭产量增加约100万吨；,盘江矿区2004年产量708万吨，2007年达1002万吨，增加产量近300万吨。,鸡西自强化瓦斯抽采后，年增加产量100万吨以上。,14,二、瓦斯抽采目标及可行性,1、瓦斯抽采应达到的目标煤矿瓦斯抽采基本指标,在,采掘作业前将突出危险区变为非突出区,突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m,3,/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下。,15,控制范围是指与最外轮廓线平行的平面上的投影距离,5-8m,8m,石门,8m,5-8m,井筒,5-8m,8m,斜井,8m,5-8m,平巷,掘进工作面前方10m，采煤工作面前方20m。,二、瓦斯抽采目标及可行性,16,对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件,工作面绝对瓦斯涌出量Q(m,3,/min),工作面抽采率（%）,备注,5Q10,20,风排瓦斯4-8,10Q20,30,风排瓦斯7-14,20Q40,40,风排瓦斯12-24,40Q70,50,风排瓦斯20-35,70Q100,60,风排瓦斯28-40,Q,100,70,风排瓦斯,30,二、瓦斯抽采目标及可行性,17,对采煤工作面将瓦斯抽采到通风能够解决的条件,工作面日产量（t）,可解吸瓦斯量W,j,（m,3,/t）,对应的最大瓦斯涌出量,1000t,8,5.6m,3,/min,10012500t,7,4.9,12.3,25014000t,6,10.416.7,40016000t,5.5,15.322.9,60018000t,5,20.827.8,800110000t,4.5,25.031.3,10000t,4,27.8,二、瓦斯抽采目标及可行性,18,二、瓦斯抽采目标及可行性,提高矿井瓦斯抽采率，减少风排瓦斯，实现国家减排目标,矿井绝对瓦斯涌出量Q(m,3,/min),矿井抽采率（%）,备注,Q20,25,风排瓦斯量,15,20Q40,35,14-26,40Q80,40,24-48,80Q160,45,44-88,160Q300,50,80-150,300Q500,55,135-225,Q500,60,200,19,二、瓦斯抽采目标及可行性,2、实现抽采达标的可行性,对单一突出危险煤层煤巷掘进时,钻场,掘进工作面,预抽钻孔,边掘边抽钻孔,掘进工作面预抽和边掘边抽布孔方式,20,二、瓦斯抽采目标及可行性,底板岩石巷道,未来煤巷位置,底板岩石巷道穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯,21,二、瓦斯抽采目标及可行性,顺煤层长钻孔预抽煤层瓦斯,对具有突出危险的回采工作面,22,二、瓦斯抽采目标及可行性,顺煤层上下向钻孔预抽煤层瓦斯,采用以上预抽采煤层瓦斯的方法，选择合理参数、合理布置预抽瓦斯工程是完全能够实现采掘作业前将瓦斯抽到规定指标以内，如松藻、中梁山等。,运输顺槽,回风顺槽,切眼,23,二、瓦斯抽采目标及可行性,2、实现抽采达标的可行性,对非突出高瓦斯单一煤层,回风顺槽位置,钻孔,切,眼,位,置,运输顺槽位置,24,二、瓦斯抽采目标及可行性,采用以上顺煤层钻孔预抽瓦斯方法、并合理布置预抽瓦斯工程，是能够实现本煤层可解吸瓦斯含量降低到规定指标以下，如铜川、晋城等。,25,二、瓦斯抽采目标及可行性,2、实现抽采达标的可行性,对煤层群开采条件,首采层,卸压线,底板抽瓦斯巷道,顶板抽瓦斯巷,图4 开采保护层抽卸压瓦斯方式,顶板岩石水平钻孔,26,二、瓦斯抽采目标及可行性,27,二、瓦斯抽采目标及可行性,2、实现抽采达标的可行性,对煤层群开采条件,采空区,抽瓦斯巷,抽瓦斯钻孔,回风巷位置,采空区高冒带钻孔抽瓦斯方法,裂隙区,28,二、瓦斯抽采目标及可行性,抽瓦斯钻孔,采空区,回风巷位置,采空区高冒带走向钻孔和埋管抽瓦斯方法,裂隙区,顶板走向高抽巷,29,二、瓦斯抽采目标及可行性,采空区,预埋抽瓦斯管,回风巷位置,采空区高冒带走向钻孔和埋管抽瓦斯方法,裂隙区,底板岩巷和大直径管路,大直径连通钻孔,采用以上采动卸压区抽瓦斯方法能够使工作面瓦斯抽采率达到指标要求，如淮南、盘江、抚顺等矿区。综合采用以上方法，能够达到矿井瓦斯抽采率指标要求。,30,三、强化瓦斯抽采应采取的措施,1、真正认识到瓦斯抽采达标的意义,全国2007年抽采瓦斯量47.35亿m3，其中抽采量超过1亿m,3,的企业10家，占总抽采量的46.5%；这些企业的煤层赋存条件基本代表了我国煤层的基本情况，这些企业由于高度认识到抽采达标的意义，取得了显著的安全经济效益。,31,三、强化瓦斯抽采应采取的措施,建议各地方根据自身的具体情况，制定分阶段目标，强制执行煤矿瓦斯抽采基本指标，力争三年内全面实现抽采达标。,32,三、强化瓦斯抽采应采取的措施,2、积极推广已有先进技术和管理经验，促进抽采达标工作的迅速展开,优先选择采动区抽瓦斯方法、优先开采保护层，采动区抽采不能解决的瓦斯决心通过预抽解决；,不能被保护层保护的突出煤层下决心预抽；严重突出危险煤层和高含量区煤层应尽可能选择地面钻井预抽或底板岩石巷道穿层钻孔预抽瓦斯；,33,三、强化瓦斯抽采应采取的措施,邻近层瓦斯以采动区瓦斯抽采方法为主； 采空 区瓦斯以采空区抽瓦斯方法为主；,各开采高瓦斯突出煤层的煤矿企业应积极创造条件，全面实施预抽、采动卸压抽、采空区抽有机结合的全方位综合抽采瓦斯方法，真正做到应抽尽抽。,34,三、强化瓦斯抽采应采取的措施,3、应从抽掘采系统布局上和区域瓦斯治理措施上下功夫,开采低渗透性煤层的矿井应积极投入工程，决心调整和理顺抽掘采部署；突出煤层采掘工作面应从区域上贯彻先抽后采掘的方针，积极采用区域防治突出的技术措施；同时还应全面启动和激励大量高瓦斯突出小煤矿的瓦斯抽采工作。,35,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,监测监控是瓦斯治理环节中及时掌握信息,、,实现有效控制隐患的重要手段,也是矿山数字化,、,自动化,、智能化的必备条件.,1、监测监控系统组成,传输及中转系统,A1,B1,C1,Z1,存储输出及分析控制系统,A,B,C,Z,各类传感器及控制执行机构,有线或无线,36,2、传感器技术,传感器类型,甲烷、CO、O2、H2S等各种气体浓度传感器；,速度、位移、压力、温度、电流、电压、流量等各种参数传感器；,开闭、位置等各种状态传感器,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,37,系列催化元件,甲烷浓度传感器,载体热催化式传感器：简单实用、价格低廉：2200元以内，目前国内甲烷检测的主流；但量程小：0-4%，寿命短：约1年，调校期短：15天，反应慢：30S，且易发生H2S和高浓度甲烷中毒。,光干涉式传感器：光电转换技术没有取得突破。,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,38,热导式传感器，测量范围0100，但只有在860CH4范围内满足精度要求，通常用作高浓度段瓦斯的测量；测值受环境温度等因素影响大，不易补偿；,红外传感器，测量范围可达0-100%，寿命5-8年，调校期12月以上，反应时间15S以内，价格8000元以内。,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,英国E2V的红外气体传感头,中国重庆院红外气体传感头,39,其他气体传感器,CO和O2传感器目前主要采用电化学原理，寿命1年左右；长寿命高可靠性传感器目前还没有达到实用化阶段。,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,40,传感器发展方向激光传感器：,激光“选频”吸收,测气体浓度，可测量CH4、CO、CO2、O2等气体浓度；,激光拉曼散射特性,测温度；因而有光纤温度测量技术；,布里渊散射特性,测应力应变等。,高稳定性、快速反应、宽量程、环境影响小、寿命长、应用领域广等；但目前成本较高。,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,重庆院的激光甲烷传感器,41,管路瓦斯流量传感器,涡街和孔板对低流速测定误差较大；孔板压损大。,V型内锥精度1.5级，量程比1：10，可测1.0m/s低流速；,超声时差法传感器具有精度高、量程宽、无压损等优点；是高精度流量传感器的发展方向。,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,V型内锥流量传感器,42,3、监测监控技术,传输及转接系统,基于光纤工业以太环网+现场总线的宽带传输技术：传输速度100Mb/s、1000Mb/s，实现数据语音视频的即时传输，传输距离40km以上,传输延时小于5S，传输误码率在10,-8,（亿分之一）以内。,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,基于光纤工业以太环网+现场总线技术的系统结构图如下:,43,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,44,发展方向,（1）光纤无源接入千兆网宽带通讯技术GEPON,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,采用,PON,（以太无源光网）和以太网协议，综合了,PON,和以太网的优点，具有：,高可靠性无源光器件可有效避免电磁干扰和雷电影响；,对业务透明便于升级和引入新业务；,可以支持语音、数据、视频等接入；,低成本减少光纤、光收发模块、中心局终端数量，无,需远程供电和机房；,适用于点对多点通信，组网灵活，支持树型、星型、总线,型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。,45,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,46,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,发展方向,（2）无线通讯传输：ZigBee、wiFi技术,Zigbee是一种短距离、低速率(10,250kb/s),、低功耗、,节点间距短（10m,几百米）、时延短（,30ms),，,可构建多达数万个模块组成的无线数传网络平台。.,G,R,R,R,R,R,R,E,E,E,E,E,E,E,R,To WLAN or Internet,47,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,Wi-Fi（Wireless Fidelity）是一种通过AP实现有线和无线连接的短程无线传输技术，带宽可达108M、54M、11M，可以承载数据、语音、图象信息的传输。,48,四、瓦斯治理的监测监控技术保障,发展方向,高抗电磁干扰技术：抗井下大功率电气设备的电磁噪声,灾害预警技术：根据监测监控以及各种相关测量的数据建立数据库，运用相关预警模型对灾害危险性进行趋势分析预警，并提出应对措施建议。,49,谢谢!,50,