瓦斯抽采工艺（精选十篇）
瓦斯抽采工艺 篇1
1 煤层抽放钻孔的分类
高瓦斯、高突出矿井预抽煤层瓦斯钻孔布置方式主要有顺层钻孔和穿层钻孔2 种。顺层钻孔分为顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、顺层孔预抽回采区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔网格式抽采等。穿层钻孔为地面穿层钻孔、穿层钻孔预抽条带煤层瓦斯、穿层钻孔预抽本煤层瓦斯, 穿层钻孔预抽采空区瓦斯 ( 高位孔) 等穿层钻孔[2]。
2 顺层钻孔封孔技术
2. 1 本煤层钻孔
本煤层顺层孔封孔的质量, 关系到采煤工作面能否正常进行采煤, 封孔质量好能有效缓解工作面防突效果, 为瓦斯抽放工作起到更好的作用。现从封孔技术来看各种钻孔的设计, 根据现场实际来对封孔进行一一解析。
2. 1. 1 本煤层钻孔的设计
在本煤层中布置钻孔的方式主要有扇形钻孔、平行钻孔、斜向钻孔、交叉钻孔等。①扇形孔。需要掘钻场, 这样导致孔间距比较小, 此时方位角必须严格按照设计施工, 控制好间距及方位角成了重中之重。而封孔的质量也成了一个比较关键的环节, 孔口间距小, 封孔长度必须保证每个孔之间不能因为煤层裂隙而造成负压达不到13 MPa要求或者造成孔口串孔, 影响瓦斯抽放浓度。由于孔间距比较小, 必须当班成孔的必须及时封孔, 以免施工下一个孔的时候, 造成前一个孔塌孔。②平行钻孔当施工平行钻孔时不需要掘钻场, 钻机垂直于巷道, 可以直接施工, 但每施工完一个孔后在施工下一个孔时都要移动一次钻机, 钻机移动量大, 时间较长, 有效打钻时间短。由于钻孔孔径和钻孔长度的影响, 钻机排渣比较困难, 再加上钻孔处瓦斯比较大, 喷孔比较严重, 必须采取一些安全防护措施。③斜向钻孔。其作用是为了破坏掉煤层层理, 更好地产生裂隙来释放瓦斯。④交叉钻孔。交叉孔一般由平行孔与斜向孔组成, 分为上下2 排, 在巷道内直接施工, 不需要施工钻场。平行孔与斜向孔之间由于应力的空间叠加, 使钻孔的破坏区增大, 并使钻孔周围的破坏区连通, 提高了钻孔控制区内煤层的透气性。但钻孔间距是影响抽采效果的关键因素。间距太大, 钻孔周围的破坏区不能形成相互影响带和充分影响带, 发挥不了钻孔间的交叉效应; 间距太小, 交叉钻孔的空间交叉效应又不能充分体现。
2. 1. 2 传统本煤层钻孔封孔工艺
传统封孔工艺还延续着以前的聚氨酯封孔法, 由于有效封孔段较短, 钻孔周围裂隙发育等原因, 多数钻孔存在漏气现象, 钻孔抽采瓦斯浓度较低; 在长时间负压抽采下, 钻孔外空气经巷帮裂隙和钻孔裂隙进入煤体形成漏气[3]。高地应力下及松软煤层中施工的抽采钻孔很快会出现塌孔现象, 阻碍了瓦斯流动, 大大降低了抽采量。钻孔施工后, 可利用有效长度降低抽采量, 研究一种新型本煤层钻孔封孔技术, 解决抽采浓度低、抽采量小、衰减快、瓦斯利用率低等问题。
2. 1. 3 本煤层钻孔封孔新工艺
新工艺主要采用三段式聚氨酯压入水泥砂浆带压组合式封孔方式, 效果比较明显, 封孔方式比较实用。如图1 所示, 目前瓦斯抽采主要封孔材料有PVC封孔直管、PVC封孔筛管、注浆管、棉布、聚氨酯等材料[4]。根据《防治煤与瓦斯突出规定》第50条规定, 顺层钻孔的封孔段长度一般不小于8 m; 第49 条规定, 穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施时, 除倾斜、急倾斜煤层巷道外, 其他为巷道两侧轮廓线外至少各15 m, 对于穿层钻孔掩护两回采巷道掘进时, 顺层钻孔必须大于15 m[5], 这样才能避开穿层钻孔对回采巷道两帮15 m范围对煤体破坏及钻孔封孔密封性的影响。同时这对顺层钻孔封孔提出了更高的要求, 带压封孔可以使水泥浆液压入到钻孔煤层裂隙中[6], 对煤层裂隙进行填充, 避免煤层煤壁裂隙对封孔质量的影响, 加强了封孔气密性, 延长抽采衰减时间, 提高了瓦斯抽放浓度[7]。
2. 1. 4 新技术与现有封孔工艺技术比较
采用三段式封孔过程中, 两端头的聚氨酯配合棉纱或囊袋封孔是整个封孔的关键。与普通封孔相比, 主要特点: ①带压力封孔, 浆液对煤层进行充填, 使封孔段气密性更强。②两端头采用聚氨酯配合面纱或囊袋, 使得聚氨酯充分膨胀, 减少聚氨酯的浪费, 同时避免在向孔里运送聚氨酯囊袋的过程中的破损[8]。③钻孔二次注浆, 水泥浆液可以膨胀整个钻孔, 避免浆液只充填钻孔一半, 造成钻孔上壁裂隙漏气现象。采用此工艺至少能使瓦斯抽采的体积分数提高30% ~ 60% , 抽采浓度和流量将有较大提高, 抽采负压也可相对提高, 特别在松煤层中其效果更为突出[9]。如图2 所示, 对本煤层顺层孔15 m三段式封孔后, 孔深80 m, 孔径94 mm, 采用PVC管、水泥等封孔后, 对10 组顺层孔进行对比分析, 将所有钻孔的瓦斯抽采浓度趋势图绘制分析, 相同时间内新工艺抽出的瓦斯浓度比传统的高出30% ~60% 。新工艺和传统工艺的钻孔瓦斯浓度衰减系数两者很接近, 但是随着时间的推移, 两者瓦斯浓度相差就越来越大。由分析知, 新的封孔工艺提高了瓦斯抽采效率。该封孔工艺为今后在松软煤层和中硬煤层之间施工穿层孔提供了强有力的技术支撑, 保证了钻孔施工精度和钻孔瓦斯抽放效果[7]。
2. 2 工作面钻孔抽放封孔
工作面钻孔抽放作为局部综合防突措施的补充方式, 主要有超前排放钻孔、浅孔抽放钻孔、水力冲孔钻孔、水力疏松钻孔等局部措施, 这些钻孔主要表现为抽放周期短, 煤层松软破碎, 易塌孔, 抽放频繁, 封孔效果达不到理想的状态。而封孔器与煤壁接触面较小, 气密性较差, 抽放瓦斯效果较差, 强度太小, 使用过程中易损坏, 更换频繁, 增加材料费投入[10]。
2. 2. 1 工作面钻孔布设方式
工作面钻孔布设方式一般根据工作面不同方式而布置, 主要分为掘进工作面和采煤工作面。对于掘进工作面, 根据《防治煤与瓦斯突出规定》要求, 通过向工作面前方的煤体打钻孔使煤体卸压和排放瓦斯, 使钻孔周围的煤体破坏而造成更大范围的煤体卸压和瓦斯排放, 从而起到防突作用, 钻孔在控制范围内应均匀布置, 在煤层的软分层中可适当增加钻孔数, 一般为扇形布置, 一排或多排的布置方式。而采煤工作面根据钻孔的有效排放或抽放半径确定, 垂直于煤壁打若干排抽放瓦斯钻孔, 然后对抽放钻孔进行封孔, 并使钻孔与瓦斯抽放管道系统相连接, 及时对瓦斯进行预抽, 减少工作面瓦斯释放, 对工作面前方煤体进行破坏和卸压。
2. 2. 2 工作面钻孔新工艺
工作面推进速度快, 根据煤体破坏严重、易塌孔、抽放时间短、封孔方式简单等特点, 采用便携可重复封孔器对于工作面钻孔起到很大的作用, 封孔时需要不断地往里打气, 直至气囊充涨与煤壁紧贴, 形成密封状态[11]。这种打气工作强度大, 密封时间不长, 容易漏气。使用弹性橡胶制作的凹型圆形封孔器如图3 所示, 封孔简单, 直接插入到煤层钻孔进行连抽, 就可以起到密封作用, 抽采效果明显, 可以反复使用。
3 穿层钻孔封孔技术
3. 1 穿层钻孔
穿层钻孔是通过穿过岩层的保护作用, 对煤体进行破坏和预抽高瓦斯煤层瓦斯或通过岩层对采空区进行瓦斯抽采的方式。此方式主要用于高瓦斯高突出矿井区域综合防突措施中。穿层钻孔主要分为上穿层钻孔和下穿层钻孔, 而上穿层钻孔比较普遍, 抽放效果好, 施工容易。在此主要对上穿层钻孔封孔方式作一讨论。
3. 2 穿层钻孔布设形式
上穿层钻孔主要有煤层条带预抽穿层钻孔、煤层区域预抽穿层钻孔、高位穿层钻孔等上穿层钻孔, 主要成一字扇形布置、多重扇形布置, 压茬式等钻孔布置方式。上穿层钻孔工程量大, 钻孔岩粉量大, 封孔材料量大。
3. 3 穿层钻孔封孔新工艺
封孔方式目前一般采用两段式聚氨酯水泥砂浆封孔, 返浆式注浆方式对岩孔进行封堵。封孔段长度一般在2 ~ 3 m, 水泥砂浆以1∶ 1 进行混合, 验证气密性关键在于是否漏浆, 返浆从筛管里漏出, 验证岩孔已注满 ( 图4) 。此种穿层钻孔封孔, 主要是将岩石中的裂隙用水泥砂浆进行封堵, 直至将水泥砂浆封孔至煤层底板, 致使水泥砂浆从煤层底板的筛孔管里面返浆下来, 水泥砂浆对岩层段进行了岩柱式封孔, 使得抽放位置直至煤层, 直接对煤层进行瓦斯抽放, 达到最大效果的密封形式。
穿层钻孔传统工艺与新工艺对比如图5 所示, 根据每组8 个孔的传统工艺封的45#钻场和新工艺封的50#钻场进行了对比, 其浓度和纯流量均有较大提高。
该矿就新工艺进行了初步探讨, 目前还处于试验阶段, 没有进行大规模的推广, 所以就效果对比方面有部分不足, 在今后的研究中, 还需不断改进, 进行更深层次的优化研究。
4 钻孔封孔的问题与建议
煤矿瓦斯抽采已成为高瓦斯高突出矿井普遍的措施及方式, 它对于解决煤层瓦斯起到很大的作用, 但每年因抽采钻孔的施工数量很大, 矿井也投入了大量的财力、物力、人力, 而最后关键的步骤在于封孔, 并对其进行连抽, 目前还不是很理想。
4. 1 主要存在问题
( 1) 目前封孔方式及技术已经达到了相当水平, 但是封孔过程中还是存在“缺斤少两”现象, 对封孔要求不高, 重视程度不高, 造成未能真正达到封孔技术要求。
( 2) 对于高瓦斯高突出矿井封孔连抽后, 地应力重新分布、瓦斯压力变化, 煤层逐渐移动, 造成封孔管和水泥砂浆柱挤压变形破碎或扭曲[11], 同时碎煤屑堵压封孔筛管孔, 造成瓦斯难以预抽出, 达不到瓦斯抽放效果。
( 3) 煤层存在高瓦斯、压力大、瓦斯衰减快、瓦斯有效抽放时间短、煤层瓦斯难以抽出的特点, 封孔气密性强也不能抽出瓦斯, 这也是目前瓦斯抽采遇到的一种难题。
4. 2 对于钻孔封孔的几点建议
( 1) 严格执行“真打钻、真封孔、真抽放、真数据”四真工作, 严格管控钻孔施工的每一个关键环节[12], 形成关键环节关键管控, 使钻孔验收流程化、系统化、无漏洞可寻, 真正将钻孔封孔工作落到实处。
( 2) 根据不同的抽放钻孔, 合理采用不同的封孔方式和不同的封孔材料, 不断对封孔技术要求与封孔材料进行创新和改进, 努力寻找一种或多种适合本矿的封孔方式, 并对封孔方式进行数据研究, 作为新的理论指导生产。
( 3) 做到一孔一流程、一孔一数据、一孔一分析, 不断寻找瓦斯抽出煤层的新方法, 尝试用新的方法或技术对瓦斯抽放进行改进。
摘要：为了提高煤矿瓦斯抽采钻孔封孔工艺, 对穿层钻孔和顺层钻孔的设计和传统工艺的封孔进行了对比分析, 提出了本煤层顺层三段式聚氨酯砂浆带压组合式、工作面封孔器以及穿层钻孔两段式聚氨酯砂浆封孔等新工艺。应用表明, 新工艺有利于提高瓦斯抽采浓度, 延长抽采时间, 解决了封孔中遇到的许多问题, 确保了煤矿瓦斯安全高效抽采。
关键词：瓦斯抽采,封孔,顺层钻孔,穿层钻孔
参考文献
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矿井瓦斯抽采标准224 篇2
为进一步规范公司瓦斯抽采管理，推进瓦斯抽采钻孔封孔、联孔标准化工作的精细化水平，特制定本标准。
1．矿井瓦斯抽采系统
1．1根据瓦斯涌出预测情况，对矿井瓦斯抽采系统进行委托设计，并上报审批。
1．2矿井抽采系统原则建立地面固定式抽采泵系统，系统具有预抽和采空区抽采功能，且能互通、互换。
1．3瓦斯抽采系统中运行抽采泵能力与备用泵台数能力一致。
1．4瓦斯抽采泵站必须安设抽采参数监测系统，主要监测数据接入矿井安全监控系统。
1．5瓦斯抽采泵站进气管路必须同时安装人工和自动检测流量、压力、浓度、温度的装臵。
1．5．1每1h对自动检测数据进行一次检测和记录，每7d人工检测一次，对自动检测数据进行校正。
1．5．2矿井抽采量报表以泵站人工检测数据校准值为准。1．6井下瓦斯抽采主要大巷主管、盘区干管、顺槽支（分）管及专用抽采巷道必须按装设标准要求安装流量、浓度、压力、温度自动检测计量或人工检测计量装臵。计量装臵安装在巷道口50m范围以内。
1．7每个瓦斯抽采钻场和抽采评价单元必须装设流量、浓度、压力、浓度人工检测计量装臵。1．8瓦斯抽采钻孔应装设浓度、压力人工检测装臵。1．9安设检测、计量装臵的地点应设臵观测牌板和管理牌板。
1．10井下瓦斯抽采管路检测计量装臵要求计量可靠，检测及时。
1．11瓦斯抽采管路系统和抽采钻孔参数每7d至少检测一次，检测结果记入现场管理牌板，并汇总汇报。
1．12瓦斯抽采管路系统和瓦斯抽采钻孔应安排人员定期进行巡回检查、放水、除渣，发现问题及时处理。
1．13应根据瓦斯抽采管路系统和抽采钻孔参数检测分析结果，及时对瓦斯抽采系统和抽采钻孔进行调整或调节，保证高效抽采。
2．矿井瓦斯抽采管路
2．1敷设瓦斯抽采管路应根据井下巷道的布臵、抽采地点的分布、矿井的发展规划以及瓦斯利用的要求等因素统筹确定，避免或减少主干管路的频繁变动，确保管道运输、安装和维护方便。
2．2瓦斯抽采管路的材质必须符合煤矿使用要求，严禁使用玻璃钢管路。安装使用5年以上的抽采管路复用至其它地点时，必须重新进行性能检验合格后方可使用。
2．3瓦斯抽采管路要保持通用性，变径连接时要设过渡节。
2．4敷设在运输巷道内的瓦斯抽采管路，其高度满足通车需要。2．5瓦斯抽采管路安装必须吊挂或垫高，每根吊挂（支撑）不少于2处，沿巷道底板支撑敷设时，支撑高度不得小于300mm，吊挂(支撑)材料强度不得小于管路重量的5倍。使用导电材质吊挂（支撑）时，导电材质与管路接触处应垫非导电材料。
2．6瓦斯抽采管路通过通风设施时，必须设臵防止压挤管路的装臵，设施两端封堵严密不漏风。
2．7在有瓦斯抽采管路的巷道内，风、水等管路和缆线必须避开抽采钻孔开孔位臵。电缆（包括通信、信号电缆）必须与抽采管路分挂在巷道两侧，并不得与瓦斯抽采管路及连接附属装臵接触。
2．7．1瓦斯抽采管路与风、水等管路布设在巷道同一侧时，瓦斯抽采管路与风、水等管路的法线间距不得小于300mm；若在相同高度水平敷设时，水平间距不得小于300mm。
2．7．2瓦斯抽采管路与电缆线、其他管路交叉通过时，其间距不小于300mm，或垫非导电材料隔开。
2．8瓦斯抽采管路应设臵明显的具有反光性能警示标志，采用不同颜色箭头标明进、出气流方向。
2．8．1矿井抽采主管路、盘区管路、采掘工作面（抽采区域）抽采管路（封连孔管路除外）上，应每隔200m至少设臵一处明显的警示标志，不足200m时，至少设臵2处。巷道拐弯处及管路分叉处应设臵警示标志。
2．8．2警示统一使用长箭头标志，箭尾部分明显标识“瓦斯抽采管路严禁碰撞”字样，整个标志采用红底白字，标志高 度不小于10cm。
2．9瓦斯抽采管路上的控制阀门必须编号管理，阀门开启角度、方向标识清楚。主要阀门角度调节实行挂牌管理，非操作人员不得随意调整。
2．10瓦斯抽采管路连接必须可靠严密，直径φ400mm及以上的抽采管路或抽采时间超过半年，均不得采用快速接头连接。
2．11瓦斯抽采管路附属装臵设臵
2．11．1瓦斯抽采主、干、支管路每200m～500m设臵一处放水器，管路拐弯、低洼、温度突变处应设臵放水器。
2．11．2钻孔可单个设臵放水器，也可根据钻孔涌水情况分组设臵放水器。
2．11．3优选功能完善可靠的自动式放水器，放水器容量根据水量大小和放水间隔设定。
2．11．4瓦斯抽采钻孔和抽采管路应设臵除煤粉(渣)装臵，定期进行除排渣，防止钻孔或管路堵塞。
2．11．5在温差变化较大的地点，应设臵防止抽采管路热胀冷缩的伸缩装臵。
2．12金属瓦斯抽采管路不得作为采空区埋、插管抽采使用。
3．瓦斯抽采钻孔工程
3．1矿井、区域、采掘工作面等抽采地点的瓦斯抽采钻孔或专用瓦斯抽采巷道工程必须根据煤层原始含量、可抽采时间、抽采系统能力、衰减系数、煤层透气性、抽采半径、地质 等参数情况，进行专门抽采设计，瓦斯抽采设计经矿有关部门审查，报矿总工程师审批后实施。
3．2瓦斯抽采工程设计图应悬挂在施工现场。3．3采煤工作面顺煤层瓦斯抽采钻孔单向布臵时，终孔位臵距另一侧应在10～15m范围内；双向布臵时，钻孔长度交叉重叠长度不少于20m。
3．4巷帮、联络巷及掘进工作面正前顺煤层密集瓦斯抽采钻孔应分层布臵，覆盖全断面。
3．5区域瓦斯抽采钻孔施工推广采用定向钻机，补充钻孔可采用普通钻机。
3．6所有瓦斯抽采工程都必须严格按设计施工。瓦斯抽采钻孔施工过程中，必须记录钻孔情况。达不到设计要求时，及时报告相关部门。
3．7瓦斯抽采工程施工过程中的出现异常情况（如喷孔、卡钻、掉钻杆等）等时，应及时汇报，并在现场标明。
3．8瓦斯抽采钻孔完工后，可在孔口或钻场分别或集中悬挂管理牌板，填写钻孔参数等情况。
3．9矿井建立抽采工程竣工验收制度，由专门部门对抽采工程进行验收并绘制抽采工程竣工图。竣工验收资料应有相关责任人签字。
3．10瓦斯抽采钻孔全部施工结束后，编制瓦斯抽采钻孔工程竣工报告，报送相关部门。
4．瓦斯抽采钻孔封孔
4．1瓦斯抽采钻孔施工完毕后应及时封孔抽采，并在钻 孔管理牌内准确记录开始抽采时间。
4．2瓦斯抽采钻孔封孔必须封堵严密，一般采取充填式封孔。定向长钻孔应采用水泥砂浆封孔，普通钻孔可采用聚胺脂或其它工艺封孔。
4．3瓦斯抽采钻孔封孔管及内臵筛孔管一般不得采用金属材质，并具有一定抗压强度。不影响采掘作业的顶板岩石抽采钻孔封孔时，孔口段可采用金属管路。
4．4瓦斯抽采钻孔的封孔深度和封孔段长度应根据煤岩强度、卸压带宽度、裂隙发育程度、负压等确定。各矿应根据自身条件，按《煤矿瓦斯抽放规范》AQ-1027-2006标准制定本单位封孔标准。定向钻机长钻孔的封孔长度为8m～25 m。
4．5煤层瓦斯抽采钻孔封孔管外露长度在100mm～300mm之间；岩石钻孔封孔管外露长度不得大于500mm。
4．6瓦斯抽采钻孔封孔封孔后外部不得留有空洞，否则应用砂浆或黄泥填实。
4．7普通瓦斯抽采钻孔封孔管直径不小于φ50 mm，定向长钻孔封孔管直径不小于φ108 mm。特殊钻孔封孔管直径由本单位自行制定标准。
5．瓦斯抽采钻孔联孔
5．1瓦斯抽采钻孔封联孔应采用符合煤矿使用的合格材料。
5．2瓦斯抽采钻孔应采用联孔装臵进行联孔，特殊情况下可采用符合煤矿井下使用的其它管路进行联接。
5．3抽采钻孔可以单个或多个并入汇流管后接入主、干、分支管路，接入前必须向下通过放水器，再向上连入主、干管路或分支管路，连接处必须接阀门。
5．4抽采钻孔连接管应保持水平并略低于孔口位臵至少100 mm，接入放水器及抽采系统管路的连接管保持竖直或水平，不得出现存水的弯曲段。
5．5主管路或分支管路连接抽采钻孔的三通应设臵在管路的正下方或外侧，不得设臵在管路中心线上方。
5．6采用多个钻孔并入汇流管联接方式时，应根据百米钻孔流量计算确定汇流管直径，但不得小于封孔管直径。
6．本标准规定内容检查代入通风质量标准化检查进行扣分。
7．其他未尽事宜执行《煤矿瓦斯抽放设计规范》、《煤矿瓦斯抽采基本指标》和《煤矿瓦斯抽放规范》等规定。
演礼煤业瓦斯抽采管理考核办法
瓦斯抽采工艺 篇3
摘要：为解决潘三煤矿顺层钻孔封孔不严造成消突效果差和CO超标的问题，结合矿井煤层实际情况，提出了一种新封孔工艺瓦斯抽采技术，此项技术包括选择初凝时间可调、流动性强的速凝膨胀封孔剂，带压封孔以及增加封孔长度等措施。经1762（3）综采工作面现场实践证明，顺层钻孔抽采浓度大幅增加，CO超标现象明显减少，封孔效果良好。
关键词：顺层钻孔；封孔；瓦斯抽采
中图分类号：TD712.6文献标志码：B
文章编号：1672-1098（2015）01-0035-04
潘三矿的13煤、11煤等突出危险区综采工作面回采前均采用顺层钻孔预抽消突，因抽采浓度低，合茬抽采后单孔浓度普遍在15%以下，而且衰减后，下降到5%～10%，还经常出现CO达到或超过24×10-6，造成90%以上钻孔间歇性抽采。为尽早实现工作面预抽达标，我矿采取将顺层钻孔施工间距由10 m加密为5 m，甚至25 m，靠增加钻孔量或延长抽采时间提高抽采量。不仅费时费力费财，还因为抽采出现CO存在自然发火重大安全隐患，不能实现快速安全消突。
经分析顺层长钻孔停抽原因，主要是封孔不严，封孔工艺不过关造成钻孔漏气，钻孔在煤层中施工，周围煤体相对比较松软，裂隙发育程度较高，传统封孔工艺很难解决抽采漏气问题[1]。钻孔漏气导致单孔瓦斯浓度衰减快[2]，而且强抽易引起煤体提前氧化，出现CO。为了达到抽采浓度最大化、抽采时间持续化，最终实现采煤工作面快速消突，在1762（3）综采工作面顺层钻孔实施新工艺封孔抽采技术。
1工作面概况
1762（3）工作面标高-640～-584 m，处于13煤突出危险区域，瓦斯原始压力25 MPa，瓦斯含量82 m3/t。轨道顺槽及切眼采用底板巷穿层钻孔掩护，运输顺槽为沿空掘进。工作面走向长度为870 m，倾斜长度为242 m，煤层平均厚度为4m， 工作面内煤层角度6°～11°， 平均为7°。 工作面回采前， 采用顺层长钻孔预抽消突， 分别在轨、 运顺垂直巷帮开孔， 相向施工， 间距10 m，轨顺设计81个，长110 m，为下向顺层孔。运顺设计80个，长140 m，为上向顺层孔（见图1）。
选择1792（3）工作面为比对面，主要是1762（3） 工作面与1792（3）工作面属于同采区同煤层，工作面消突措施相同。
图11762（3）工作面钻孔布置示意图
2创新顺层长钻孔封孔新工艺
封孔新工艺主要特点：选择初凝时间可调，流动性强的速凝膨胀封孔剂；实现带压封孔，注浆压力达到2 MPa，对钻孔周边松散的煤体和裂隙加强密封；增加封孔长度，由12 m加长为14 m，以减少穿层钻孔影响；加强现场组织管理，确保封孔质量。
21封孔材料选择
以往潘三矿顺层长钻孔，采用聚氨酯有机发泡材料作为封孔剂进行封孔。应用实践中发现，抽采效果不够理想。主要表现在，一方面，抽采瓦斯浓度低，抽采效果差，影响了消突效果；另一方面，抽采钻孔CO超标，甚至出现过钻孔发火的现象。
出现这些现象的原因在于，封孔效果差，出现抽采钻孔漏气。而造成聚氨酯封孔漏气的原因在于以下两个方面：一方面，顺层钻孔的孔口段处在巷道的塑性破坏范围内，煤体完整性差，裂隙和节理发育，具有一定的渗透性；另一方面，聚氨酯封孔剂，初凝时间难以调节，封孔长度不易控制，聚氨酯反应速度太快，不能使钻孔周边松散煤体和缝隙得到充分密封[3]。
为了提高顺层钻孔的密封性，需要找到一种新型的封孔材料。新型的封孔材料必须具备以下特点：初凝时间可调，封孔长度容易控制，材料的流动性强，能够渗流到钻孔周围的裂隙中，充分密封钻孔。通过比较多种具有类似这种特性的材料，并经过多次密封试验，最后确定选用JD-WFK-2型速凝膨胀水泥封孔剂，作为新的封孔材料。
该速凝膨胀封孔剂外观为灰色粉末，无毒、无污染、无腐蚀性。将材料按比例1：1兑水施工，制料过程中发生单纯的物理络合反应，反应不剧烈，无明显热量放出，无有毒有害气体生成。该封孔剂初凝时间可调，封孔长度容易控制，流动性强。该封孔剂的膨胀系数为08%～12%，凝固膨胀后不析水，密实性好。在封孔时，采用带压注射，封孔剂能够渗流到钻孔周围煤体的裂隙内，能够显著提高钻孔的封孔质量。
22封孔工序
221扫孔下套管前，利用压风，通过钻杆，将封孔段内的煤粉全程清扫干净。
22.2下套管及堵孔
采用2 m花管、12 m实心双抗管和2 m实心铁管，连接成抽采管。花管放置在钻孔前段，双抗管与花管连接。双抗管前端2 m包裹棉纱与聚氨酯混合物，并用铁丝固定。将底部敷设棉纱的双抗管送至孔中预定深度后，反复抽动双抗管路，使底部棉纱与孔壁充分接触，形成前端封堵段。在前端封堵段后，铺设两路钢管，分别做为注浆管和返浆管，两路钢管在孔口处外露03 m。注浆管长度40 m；若为上向钻孔，则返浆管长12 m；若为下向钻孔，则返浆管长度为40 m。在孔口段，采用速凝膨胀封孔材料或聚氨酯进行封堵，封堵深度15 m，凝固时间10 min。封孔段配置两路铁管，在孔口安设球阀，外露300 mm，分别做为注浆管和返浆管，注浆管长4 m，返浆管上向孔长12 m，下向孔长4 m（见图2）。
图2顺层钻孔封孔工艺图
223压注封孔材料
采用型号OZB-50-6风动注浆泵注浆，将速凝膨胀封孔剂与水按1∶1比例混合后注入孔中，当预埋返浆管有浆液流出时，钻孔内浆液已满， 此时关闭返浆管路球阀继续注
浆。经过反复试验，确定了带压注浆的压力和时间最佳值，即注浆泵压力达到2 MPa，保持注浆5 min后停止注浆并关闭注浆管，此时钻孔内裂隙已经充分封堵。由于速凝膨胀封孔剂具有凝固膨胀后不析水，膨胀系数高的特点，因此在停泵后，浆液凝固过程中，材料将继续膨胀，充填裂隙，达到密封钻孔的目的（见图3）。endprint
224合茬抽采
待注浆4 h后，封孔材料完全凝固，即可连接抽采管路进行瓦斯抽采，抽采负压保持在13～15 kPa。
3抽采效果分析
在1762（3）工作面已成功使用新的封孔工艺封孔139个。封孔后瓦斯抽采数据与1792（3）顺层孔抽采数据对比如表1所示，单孔浓度对比如图4所示，单孔抽采纯量对比如图5所示。
图3顺层钻孔及（下向）封孔效果图
1. 1762（3）运顺钻孔抽采纯量；2. 1792（3）运顺钻孔采纯量
图51762（3）和1792（3）平均单抽采纯量考察图
由表1、图4及图5可看出，新的封孔工艺与老的封孔工艺对比，在相同负压（13 kPa）下钻孔的抽采效果有了很大程度提高，一个月后的抽采浓度由原来10%，提高到25%，增幅达到150%。不仅如此，新的封孔工艺的应用，提高了钻孔的密封性，钻孔因抽采漏气出现CO气体的几率大大降低（见图6），延长了钻孔抽采寿命（见图7）。
图61792（3）和1762（3）顺层孔内CO对比图
图71792（3）和1762（3）顺层钻孔抽采寿命对比图
目前1762（3）顺层钻孔平均抽采时间已持续达两个月以上，单孔平均抽采量005 m3/min，相比1792（3）工作面顺层孔抽采寿命而言，提高了9倍以上。
4结论
通过改进封孔工艺与加强现场管理相结合，潘三矿在1762（3）顺层长钻孔瓦斯抽采浓度和连续抽采时间，相对于以前封孔工艺，两个月后单孔平均抽采浓度，由原来不到10%，提高到25%，增幅达到150%，钻孔因CO浓度大于24×10-6而停抽率由原来74%降为2%，降低了近37倍。
参考文献：
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瓦斯抽采工艺 篇4
关键词：瓦斯抽采问题,改进工艺,抽采效果
1 矿井瓦斯抽采现状及抽采问题
经现场多次勘察、观测钻场的抽采情况, 12采区、14采区的穿层钻孔、本煤层钻孔均用聚氨酯封孔, 封孔效果不理想, 抽放7—10天后, 孔口负压:穿层钻孔在18—22MP, a, 本煤层钻孔在7—8MPa, 钻孔内瓦斯浓度由40%直线下降到5%左右。底板穿层钻场在运输大巷内, 每隔25米, 沿石门方向, 掘进到煤层底板法向距离7~10米处, 距开门位置大多超过6米, 钻场日常维护、管理要用局扇送风。同时, 底板穿层钻场断面小, 钻孔间的间距只有0.4米~0.6米, 要密密麻麻布滿整个断面, 施工难度大, 又不能准确保证钻孔设计参数。底板穿层钻场之间相隔25米左右, 在钻孔交叉点出现有钻孔贯通的现象, 也出现抽放孤岛 (盲区) 的现象。这些问题严重影响抽采效果。
2 底板穿层钻场及钻孔工艺
根椐该矿3煤层的瓦斯基本参数、已抽采的数据、经验及同井田相邻矿井的经验, 该矿确定其瓦斯抽放半径为3米。在25采区32工作面, 离煤层底板法向距离7米到10米外, 平行运输大巷, 采用前探措施掘一瓦斯专用抽放巷, 不再掘专用的抽放钻场, 钻场和抽放巷合一, 毎隔60米与运输大巷贯通。钻孔方位一致, 相互平行, 穿过煤层, 进入顶板0.5米左右。主钻孔间距5.8—6米, 在四个主钻孔中心补打一补充钻孔, 以消除抽放孤岛 (盲区) , 钻孔的倾角根据控制范围确定。具体布置如图:
3 穿层钻孔封孔工艺
经多次实验, 钻孔穿透煤层成孔后, 钻杆退到岩石段, 将孔冲洗干净, 迅速把钻杆退完。用准备好的抽放管和注浆管送入钻孔内, 在孔口用聚氨酯封孔1米左右, 等聚氨酯凝固后, 连接注浆管和注浆泵, 用1.5—3.2MPa注浆压力进行注浆, 注浆到抽放管返浆为止。水泥凝固1—2天, 再接上抽采泵抽放。
穿层钻孔封孔:抽放管采用6分PVC管, 长约11米左右, 前端1.5米预先钻有￠8厘米的筛孔, 如果钻孔是平孔或下向孔时, 抽放管前端1.5米处装上挡板。注浆管采用4分铁管。遇到地质裂隙发育处, 用高压注浆封堵裂隙, 二次封孔。
4 本煤层顺层钻孔封孔工艺
将聚氨酯A、B胶液同时倒入混合桶, 火速用木棒搅拌均匀, 直到胶液由黄褐色变成乳白色为止。然后将搅拌好的胶液均匀倒在棉布条或者棉纱上, 并将涂有胶液的棉布条或者棉纱匀称卷緾在抽放管前端后1.5—3.5米处, 抽放管卷好后, 立即插入抽放孔。涂—卷—插的全过程要在10分钟内完成。待胶液发泡膨胀直到硬化固结后, 将膨胀水泥用水和好, 捏成长条, 送入钻孔并捣实。水泥干后就进行抽放。
5 抽采效果
25采区2532工作面的抽采工程的布置比以往的14采区1431工作面、12采区1231工作面抽采工程的布置, 缩短工期60天, 给抽采和接替留有充裕的时间。同时, 施工困难减小了, 钻进量也减小, 保证了钻孔设计参数确保抽采钻孔等工程的利用率和抽采工作如期顺利进行。25采区2532工作面抽放10天后, 现场观测到穿层钻孔抽采负压达32KPa, 瓦斯浓度在28%左右。穿层钻孔预抽12个月的条带区域, 效果检验时, 残余瓦斯含量为4.329M3/T, 反推算其残余瓦斯压力为0.598MPa。在预抽条带区域掘进, 没有发生过煤与瓦斯突出和发现瓦斯超限现象。本煤层顺层钻孔预抽区域瓦斯的钻场, 抽放7天后, 观测孔口负压为20KPa, 瓦斯浓度保持在25%左右。25采区的抽采时间与12采区和14采区对比:底板穿层钻孔预抽时间12个月, 比12、14采区缩短3个月, 石门揭煤预抽时间4个月, 比12、14采区缩短2个月, 本煤层顺层钻孔预抽时间6个月, 比12、14采区缩短2个月。抽采率对比提高了10%, 达到30%。抽采参数的监测能及时跟踪、掌握, 定期和不定期的检测。
5 结语
省瓦斯抽采汇报材料 篇5
汇
报
材
料
尊敬的各位领导、各位专家：
大家好！
首先，我谨代表山西煤业有限公司全体员工对各位领导、各位专家的莅临指导工作表示热烈的欢迎和衷心的感谢！
下面由我就山西煤业有限公司通风瓦斯抽采情况做以下汇报：
一、矿井基本情况：山西煤业有限公司现开采*号煤层，设计规模为120万t/a，井田面积为*.7851 km2。根据《山西煤业有限公司*号煤层瓦斯涌出量预测报告》，跃进煤业有限公司120万t/a达产时，矿井相对瓦斯涌出量最大为*.40m3/t，绝对瓦斯涌出量最大为*.31m3/min，属高瓦斯矿井。需建立抽采系统。为确保矿井安全、高效生产，委托煤炭科学研究总院对我公司*号煤层瓦斯抽采工程进行初步设计，并经山西煤炭工业厅晋煤瓦发【2011】*号文件《关于山西煤业有限公司瓦斯抽采工程初步设计的批复》进行了批复。我公司根据瓦斯抽采工程初步设计要求，进行了抽采工程的建设，于201*年11月20号建成并投入试运行。瓦斯抽采工程投资共计900余万元。其中土建、采暖、给排水投入130万元，机电及相关设备投入420万元，管路及附属设施投入 350万元。
二、矿井通风系统
矿井通风方式为中央并列式，通风方法为机械抽出式。共布置主斜井、副斜井和回风斜井三支井筒。回风斜井安装FBCDZ-№20/B型轴流式通风机两台（一用一备），功率2×220KW，采用双回路供电。矿井总进风量4522m3/min，总回风量4620m3/min，负压1000pa。回采工作面采用U+I型通风系统。掘进工作面采用对旋局扇风机，型号为：FBDNo6.0-2x15 KW（一用一备），对掘进巷道进行压入式供风。井下各用风地点配风情况为：*502综放工作面风量为1379 m3/min，*503备用综放工作面风量为812 m3/min，西采区运输巷风量为591 m3/min，西采区轨道巷风量为595 m3/min，其他硐室用风量总计690 m3/min。矿井通风系统可靠、设施完好、风量充足，满足设计要求，通风能力核定为145万吨/a。矿井通风系统能够满足安全生产需要。
三、瓦斯储量情况：根据山西煤业有限公司《*号煤层瓦斯涌出量预测报告》及《*号煤层瓦斯抽采工程初步设计》：矿井瓦斯储量22734万m3、可抽量为7957万m3，年抽采量为635万m3，理论抽采服务时间12.53年，能满足10年的抽采时间的要求。煤层瓦斯压力0.14Mpa,煤层最大瓦斯含量4.50m3/t，回采工作面瓦斯可涌出量预测3.04m3/t.,邻近层瓦斯可涌出量预测3.68m3/t，掘进巷道煤壁与落煤瓦斯可涌出量合计1.97m3/t。故主要针对本煤层与上邻近层瓦斯进行抽采，掘进工作面无需进行抽采。最终确定的抽采方法为：邻近层抽采、本煤层抽采、半封闭采空区抽采、全封闭采空区抽采。
四、抽采系统概况：我公司建立高、低负压两套抽采系统。高负压系统对本煤层进行抽采，抽采泵型号为2BEA—303，一用一备，瓦斯泵流量60 m3/min,功率为90KW。高负压系统管路：从地面瓦斯泵站开始，经回风斜井、回风大巷、到采区回风巷，为直径273mm的主管路，管路长度为2350米，到*502、*503回风顺槽为直径219mm的支管路，管路长度1000米。
低负压系统对邻近层、半封闭、全封闭采空区进行抽采，抽采泵型号为2BEC 42，一用一备，瓦斯泵流量128 m3/min,功率为132KW。低负压抽采系统管路从地面瓦斯泵站开始，经回风斜井、回风大巷、到采区回风巷，为直径406mm的主管路，管路长度为2150米，到*502回风顺槽、*503运输顺槽为直径273mm的支管路，管路长度1000米。所有瓦斯管路及相关附属设施均已全部安装到位。
五、抽采工艺参数：
抽采钻孔设备使用ZDY-4000LP(A)型钻机2台，钻杆直径Φ75mm；ZYJ-1200/320型钻机4台，钻杆直径Φ63mm钻机，使用金钢钻头进行钻孔施工。邻近层钻孔是在*503运输顺槽内向*502综采工作面上邻近层，布置顶板穿层高位钻孔，每15米一个钻孔，钻孔直径193mm，钻孔深度90米，覆盖*502综采工作面上邻近层。为增加邻近层瓦斯抽采效果，另在*502综采工作面的回风顺槽内向工作面上邻近层布置一套扇形抽采钻孔，从工作面切眼开始每隔20m设置一个钻场，每个钻场4个钻孔，钻孔直径75mm。覆盖*502综采工作面上邻近层。*号煤层属较难抽采煤层，所以本煤层钻孔使用顺层斜交的方式，从工作面切眼处开始，每5m布置一钻孔，每隔三个顺层孔,布置一个斜交孔，钻孔直径75mm。半封闭式采空区钻孔采用从*503运输顺槽向*502工作面回风顺槽冒落拱打钻孔的方式抽采冒落拱内瓦斯。钻孔长度30m,钻孔直径113mm。全封闭式采空区抽采在采区回风巷向*501采空区内插管，与上邻近层高位钻孔连接，抽采采空区上方裂隙带内瓦斯。
六、监测监控系统:
1、矿井安装一套KJN矿用安全监控系统，在地面瓦斯抽采泵站设置2个KJF型分站，接入监控系统，实时上传、统一管理。所设置的传感器有：管道甲烷传感器、管道流量传感器、管道温度传感器、管道负压传感器、水位传感器、设备开停传感器等。
2、抽采管道及钻孔监测：井下各管路及钻孔均装设参数测量装置，配用CJZ70型管道综合参数测定仪，能对管道及钻孔的温度、流量、瓦斯浓度、负压等参数进行测量，及时掌握各处瓦斯抽采情况。
3、抽采泵房管理：瓦斯抽放泵站司机6人持证上岗，对瓦斯抽采泵的运行、及泵站数据进行每半小时一次记录。
七、矿井通风瓦斯抽采系统运行情况
（一）、公司建立了以总工程师为首，通风副总工程师、技术员组成的“一通三防”技术管理体系；成立了以安全副总经理、总工程师为首，技术、安全、通风、调度、机电、地测部门组成的抽采达标自评价体系。根据实际生产需要配齐、配足了通风瓦斯管理人员和特殊工种操作人员，保证了通风瓦斯管理工作的正常运行；加强“一通三防”培训工作，每年开展一次“人人都是通风员”的专题活动，提高认识，增强能力。
（二）、建立和完善各种管理制度，加大考核力度
公司制定和完善矿井各级领导和职工“一通三防”和瓦斯治理岗位责任制、矿井“一通三防”管理制度，质量标准化管理考核制度、瓦斯超限责任追究制度等；制定瓦斯治理达标规划；联合调度、安全、企管、财务等部门加大对瓦斯治理方面的综合考核，并与工资奖金挂钩，提高瓦斯管理能力。
（三）、加强通风瓦斯管理，实现抽采达标
我公司加强通风瓦斯管理，严格按照有关规定构筑通风设施、配足通风人员、合理高效供风，保证通风系统的正常运行；制定抽采达标管理制度和实施细则。严格按照抽采达标规定全面实现矿井抽采达标、回采工作面抽采达标。做到不达标不生产。抽采系统投入运行以来，稳定可靠，邻近层抽采效果良好。工作面瓦斯抽采率达到50%以上，有效解决了工作面的瓦斯问题。由于本煤层瓦斯可解析量低，所以本煤层瓦斯抽采浓度及流量较低。
（四）、引进先进技术
我公司积极引进瓦斯治理先进技术、装备，提高通风、瓦斯治理能力，使公司瓦斯治理水平逐步提高。目前引进的邻近层穿层扇形钻孔抽采技术，取得了良好的抽采效果。
以上是我公司通风瓦斯抽采系统运行情况简述，恳请各位领导各位专家批评指正。
谢谢大家
煤矿瓦斯抽采技术研究及应用 篇6
关键词：煤矿瓦斯 抽采技术 研究 应用
随着我国社会经济的不断发展和进步，我国的采煤技术在最近的几年当中也得到了快速发展的机会，在对煤炭进行开采的过程当中，生产变得更加的机械化、科学化和自动化，这样煤炭在实际的开采过程当中规模也在不停的加大，同时也快速的增加了矿井的开采范围以及采动的空间，采空区以及回采工作面的瓦斯在涌出的时候速率和强度都在增强，而且涌出的面积也变得更大，在涌出的时候也不是很均匀，这样在对煤炭瓦斯进行防治的时候难度就会相应的增加。为了能够更好的去满足我国煤炭需求量快速增加的实际需求，现在很多的煤炭生产企业都在对生产技术进行不断改革和创新，但是在对煤炭瓦斯进行安全和高效抽采的时候，相应的技术却没有能够及时的发展和改革，那么在进行煤炭生产的过程当中就会埋下很多的安全隐患。面对这样的情况就需要对煤矿瓦斯抽采技术进行不断的研究。
1 对本文研究的实际矿区基本情况的介绍
本文在对煤矿瓦斯的抽采技术进行研究和实际应用的时候主要选择了某矿区来作为研究对象。对于该矿区来说，它的整个煤田的面积达到了3078平方千米，而现在实际的生产区域面积则达到了700多平方千米，整个该矿区现在总共有12个煤矿和15对矿井，在这15对矿井当中高瓦斯的矿井有11对，低瓦斯的矿井有3对，而突出矿井则有1对，同时该矿区现在还有1对建设中的矿井。整个矿区一共有42个采煤工作面，其中高突面有14个，同时有142个掘进工作面，而高瓦斯面达到了32个，在矿区生产的过程当中，有31台运转的主要通风机。
2 对瓦斯抽采系统的简单介绍
整个矿区在对瓦斯进行抽采的时候，通过对多年以来的实际抽采经验进行不断的总结和分析，不断的攻关和研究瓦斯抽采治理的技术，然后再不断的总结抽采实际应用的技术。矿区在对瓦斯进行抽采的时候，根据实际的生产情况，先后不同的采取了顶板瓦斯巷抽采的技术、瓦斯尾巷的抽采技术、对上隅角进行抽采的技术、降段抽采的技术、老塘抽采的技术、高位抽采巷技术、迎面斜交钻孔抽采的技术、开采解放层的抽采技术等一系列的抽采技术。从这个世纪初开始的时候，该矿区的生产企业就曾经在不同的矿井中修建了6处地面集中抽采泵站，采用的都是集中瓦斯抽采泵，对瓦斯的抽采总能量能够有效的达到每分钟888立方米，在不同的井下也总共修建了11处移动的抽采泵站，采用的瓦斯抽采泵都是移动式的。在整个矿区当中，进行预先抽采的地点一共有17处，有14处时在采煤工作面，而剩余的3处则在掘进工作面。
3 对煤矿瓦斯抽采技术的分析
在煤矿生产过程当中，应该要根据矿井中煤层的赋存情况、采掘的布置情况、瓦斯的来源、开采的程序以及实际的地质情况等因素来选择煤矿瓦斯的抽采技术。在我国煤层的主要特点就是煤层具有非常低的透气性、煤层含有非常高的瓦斯量、煤层具有非常严重的突出危险、在对煤层进行开采的时候是采用群开采的方式以及地质条件比较的复杂，这是因为我国的煤层具有这些特点，所以在对煤层瓦斯进行开采的时候应该要以卸压抽采为主，因为本文研究的矿区矿井的数量比较多，所以在对瓦斯进行抽取的时候试验和采用过的技术也比较多，本文则主要介绍几种比较常见的煤炭瓦斯抽采方法。
3.1 在对本层瓦斯进行抽采的时候可以选择采用顺层密集长钻孔抽采技术。在对瓦斯进行区域性的抽采时就可以选择采用顺层密集长钻孔抽采技术，在解决综采面消突问题的时候以及降低工作面瓦斯含量的时候采用顺层密集长钻孔抽采技术非常有效果。采用这种抽采技术在进行钻孔的时候一般都要在80m以上，孔之间的距离应该要保持在3到5m之内，在对瓦斯进行预抽的时候时间可能需要半年以上。
在布置孔的过程当中，基本上都是采用的交叉钻孔或者是斜交孔，这样的话在对瓦斯进行抽采的时候效率就能够得到有效的提高，如果是采用的斜向布孔的方式，那么在对瓦斯进行抽采的时候就能够边采边抽同时进行；如果是采用交叉布孔的话，那么就能够在不增加工作量的情况下，让本层瓦斯的抽采效率得到很好的提升。在该矿区我们就采用顺层交叉钻孔的方式来对突出层的煤矿瓦斯进行抽采，在经过实际的抽采之后可以发现，采用交叉钻孔的方式那么在实际的抽采过程当中就不会出现因为钻孔而出现的堵孔和塌孔等现象对抽采的效果产生影响的情况。采用交叉钻孔的抽采方式和平行钻孔的抽采方式相比较，抽采的效率提高了很多。
3.2 在对本层瓦斯进行抽采的时候还可以选择采用网格式穿层钻孔的抽采方式。采用网格式穿层钻孔的抽采方式能够有效的避免在突出煤层当中打顺层孔时出现的塌孔以及喷孔的现象。在透气性比较低的煤层当中对瓦斯进行预抽有非常大的难度，但是如果在布置钻孔的时候能够比较的合理和科学，而且在进行预抽的时候相关的技术条件也能够得到有效的保证，在这样的情况如果采用网格式穿层钻孔的抽采方式那么就能够很好的达到抽采的期望效果，一般情况下都能够达到30%以上的瓦斯抽采率。现在如果需要对单一松软以及低头比较严重的突出煤层进行防突，那么最有效的一种办法就是采用网格式的穿层钻孔。在采用网格式穿层钻孔的抽采方式时，需要在煤层的顶板打岩巷，这样就可能导致在进行煤矿瓦斯抽采的时候成本比较的高。
3.3 在对邻近煤层的瓦斯进行抽采的时候可以选择采用顶板走向长钻孔的抽采技术。在对那些高瓦斯没有煤柱的采煤工作面进行瓦斯抽采的时候，就需要采用顶板走向长钻孔来抽采临近煤层瓦斯的抽采技术。为了能够去有效的对瓦斯超限的问题进行解决，那么在对迎面定向的水平长钻孔进行布置的时候就选择采用沿着开采层的顶板岩层的走向来进行，这样就能够有效的代替顶板的瓦斯巷，从而来对上邻近层的瓦斯进行抽采。如果和顶板穿层短钻孔瓦斯抽采技术以及顶板岩巷瓦斯抽采技术相比较的话，顶板走向长钻孔的抽采技术不管是在经济方面还是在抽采的效率方面都有非常明显的优势，特别是在对那些连续紧张的矿井瓦斯进行抽采的时候，采用顶板走向长钻孔的抽采技术的话能够更加的突出它的优势。
4 结束语
我国的煤矿瓦斯抽采技术长时间的发展过程当中，一共主要经历了四个阶段，分别是以局部的防突措施为主、进行先抽后采、抽采达标以及区域的防突措施先行。在这个过程当中，形成了比较系统的瓦斯抽采技术和一些相关的基本标准，同时也取得了一系列的成绩。但是在看到这些成绩的同时也应该要注意到现在进行煤矿瓦斯抽采时存在的一些主要问题。随着社会经济的不断发展，在进行煤矿开采的时候使用的技术越来越复杂，而开采的深度也在不断的增加，这样在对瓦斯进行抽采的时候就会面对一些新的技术难点。要想有效的去解决这些技术难点，那么各个煤矿生产企业就应该要在国家的大力支持之下，共同的改革和努力，加强研究煤矿瓦斯抽采的理念基础和不断的对技术进行开发，这样煤矿企业在生产的过程当中安全才能够得到有效的保证。
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煤矿瓦斯抽采必要性及抽采方法探讨 篇7
煤矿企业在原有瓦斯抽采技术上存在一定弊端,导致抽采过程中出现大量瓦斯的泄漏,造成人员伤亡事故。现如今通过改进抽采工艺,不但保证抽采施工的安全性,并且显著提高设备运行效率[1]。
1煤矿瓦斯抽采必要性分析
1.1确保煤矿作业施工安全
瓦斯主要成分是CH4和CO,该混合气体与明火反应发生爆炸。CO与人体血液中的血红蛋白结合,导致人体窒息,最终因脑部缺氧而死亡,所以在抽采过程中应控制CH4和CO含量,当采煤工作面瓦斯涌出量大于5 m3/min或掘进工作面瓦斯涌出量大于5 m3/min,该煤层便会涌出大量的CH4和CO气体,使其排放至周围空气中,所以采用通风方法解决瓦斯问题不合理。当矿井绝对瓦斯涌出量达到一定条件时,必须建立地面永久抽放系统或井下临时抽放系统,能够有效抑制CH4和CO气体大量涌出,使其在保证有效时间内排出瓦斯,减少对施工人员的危害[2]。
1.2有利于减少环境污染
瓦斯含有大量温室气体,其温室效应是CO2的20倍。根据现有煤矿行业分析,每年中国大约开采煤矿数量约10 000多个,产出煤量约4×108t,每吨排放出的瓦斯气体含量为30 m3,会产生120×108m3的瓦斯气体,产生的热量便会高达几兆焦耳,这些热量散失在空气中,会产生大量热量,导致温室效应。通过煤矿瓦斯抽采系统,会吸收大部分瓦斯气体,有利于减少空气污染。
1.3有利于瓦斯能源综合利用
瓦斯含有的杂质气体成分较少,燃烧后不会产生过多的污染物,瓦斯燃烧后的气体可充作肥料,有利于植物生长和光合作用。在中国西北地区藏有丰富的瓦斯资源,在地表2 000 m的深度,瓦斯的含量超过了30×108m3,其燃烧后的热值大约是2×108t煤炭放出的热量,根据现有资源来看,瓦斯能源综合利用能够全面促进国内经济发展。
2中国瓦斯抽采技术发展阶段
中国瓦斯抽采技术共经历三个发展阶段:邻近层卸压瓦斯抽采、低透气性瓦斯抽采及综合瓦斯抽采。
2.1邻近层卸压瓦斯抽采阶段
邻近层卸压瓦斯抽采在山西阳泉首次使用,在切割煤层过程中,单一煤层切割厚度达2.3 cm~3.2 cm,有效保证了切割煤层的单一厚度。煤层面工作长度为160 cm~240 cm,采用低透性U+L开采方式,在通风系统中建立一进两出的通风巷道,系统包括:进风巷、回风巷、尾巷、抽采钻孔及倾斜抽采巷,这种设计构造能够有效保证施工现场实际通风需求,具体规划设计如图1,外部空气流通过进风巷进入,将质量低密度较低的杂质气体通过回风巷和尾巷有序排除[3]。
2.2低透气性瓦斯抽采阶段
低透气性瓦斯抽采阶段在中国早期有所应用,主要用于通气性较差环境的开采。抽采过程中需要规划设计钻孔尺寸及布设方式,钻孔裂缝及裂缝也需有效处理,使其保证抽采工艺完整。钻孔尺寸大小直接关系瓦斯抽采率,若钻孔直径超过原有比例的20%,便增大了钻孔与煤层的接触面积,破坏煤层结构,增大钻孔直径还会使煤层抽采周围卸压圈增大,导致回风口通风量增加,对瓦斯的抽采有一定影响。通过调节钻孔比例大小对瓦斯抽采纯度对比,见表1,可知要保证调整钻孔大小要在一定调节比例范围内。
2.3综合瓦斯抽采阶段
采空区抽采试点检查保证后期抽采利用率在一定允许范围内。按照时间流程可将综合瓦斯的抽采分为:采前瓦斯抽采阶段、采中瓦斯抽采阶段及采后瓦斯抽采阶段;按照空间分布结构,可将综合瓦斯抽采范围分为:井下瓦斯抽采阶段和地面瓦斯抽采阶段;按照抽采对象可将煤矿综合瓦斯抽采分为:邻近层、本煤层及采空区瓦斯抽采阶段。每个阶段抽采过程,能够使综合瓦斯抽采效率达到最佳状态[4]。
3中国瓦斯抽采的主要方式
现阶段中国瓦斯抽采方式包括:顺层密集长钻孔抽采、网格式穿层钻孔抽采及顶板走向长钻孔抽采。
3.1顺层密集长钻孔抽采
顺层密集长钻孔适用于局域性瓦斯的抽采,一般在抽采过程中要求钻孔深度根据施工条件和施工能力确定,保证钻孔间隔在3 m~4 m,顺层钻孔应与煤层走向角度一致。钻孔在85 m以下煤层深度内转子速率控制在3 000 r/min。布孔需采用斜向孔或交叉口,斜向孔能防止杂质进入,煤层中含有细砂杂质较多,且颗粒直径较大,选用斜向孔能够有效防止杂质进入;交叉式能够显著提高抽采瓦斯效率,交叉式钻孔随抽采瓦斯深度及煤层倾角增加,能够自动调节抽采方式,避免瓦斯抽采设备出现设备故障[5]。
3.2网格式穿层钻孔抽采
网格式穿层钻孔抽采可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题,网格布局结构能支撑煤层地面结构,避免抽采过程中由于采空区大量抽采导致部分区域出现空洞,造成抽采区域出现坍塌现象。喷孔现象是抽采过程中较为常见的,主要是因为设备运行过程中,由于离心力不断增大,钻孔喷孔会发生大幅度偏离,导致瓦斯钻孔不能有效吻合相接。
3.3顶板走向长钻孔抽采
顶板走向长钻孔抽采要求在抽采工作区域设立钻场,钻场间隔保持在80 m范围内,每个钻场内部空隙部分要放置抽放孔,抽放孔位置要根据钻场钻孔大小而定,一般放置在4个~6个。钻孔安装完毕后,要调整瓦斯排放连接泵,抽采负压保证在200 k Pa~36 k Pa,抽采泵吸气量保证在3 000 m3/h~4 500 m3/h范围内,使顶板走向长钻孔抽采效率达到最高。一般顶板走向长钻孔设置在煤层顶板内,可以减少采空区瓦斯流向问题,采用移动泵对钻孔抽放,可以减少入口压力,防止出现钻孔内外层压力过大的现象。
4结语
通过探究分析煤矿瓦斯抽采必要性及抽采方法,希望相关工作者对抽采方法有更深刻认知。通过针对不同工作面的位置环境,采用不同抽采技术,运用不同类型抽采方式不但能够有效抑制瓦斯涌出量,并且能有效保障瓦斯抽采纯度,可以减少不必要的设备维护管理流程,提高设备运行效率,带动煤矿企业经济全面发展。
参考文献
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瓦斯抽采工艺 篇8
在采用钻孔抽采瓦斯时, 钻孔有效抽采半径的选取直接关系着抽采方法的选择、钻孔参数的确定以及瓦斯抽采效果的评价。如果布孔间距过大, 在抽采范围内容易形成盲区;如果布孔间距太小, 必然造成人力、物力、财力的浪费[2]。故准确确定该煤层瓦斯抽采半径, 对于矿井瓦斯抽采具有重要意义。
1 瓦斯流量法测试原理
目前常用的钻孔抽采半径测定方法有瓦斯流量法、压降法、计算机模拟法和气体示踪法等[3,4,5]。此次选用瓦斯流量法进行测定。
瓦斯流量法测试原理是:预抽煤层瓦斯时, 在瓦斯压力和孔底负压的共同作用下, 钻孔周围煤体的瓦斯不断进入钻孔并被抽走, 形成以钻孔中线为轴心的类似圆形的抽采影响圈, 抽采影响圈的半径称之为抽采影响半径。随着抽采时间的延长, 抽采影响半径会逐渐加大, 直到煤层瓦斯压力与孔底负压之差不足以克服深部煤体瓦斯运移到钻孔的阻力时为止, 在钻孔的抽采影响圈内, 煤体中瓦斯流量会逐渐衰减。在抽采钻孔周围不同地点布置测试钻孔, 通过测定测试孔瓦斯流量的变化, 即可确定钻孔的有效抽采半径。
2 现场实践
2.1 测试地点选择
此次试验地点选在郑煤集团白坪矿, 该矿由东、西两大瓦斯地质单元组成, 主采的二1煤全层构造软煤, 煤厚大, 煤厚变化大, 煤层透气性低, 属于极难抽采煤层。具体试验地点选在矿井东部瓦斯地质单元的13051胶带运输巷, 施工顺层钻孔测定本煤层瓦斯有效抽采半径。
2.2 测试步骤
(1) 打孔。选择井下13051胶带运输巷掘进巷道未受采动影响的新鲜煤壁处, 间隔一定距离依次施工各测试钻孔, 钻孔采用交叉布置的方式 (图1) , 孔深20 m, 孔径89 mm, 倾角-10°。
(2) 封孔。用水泥砂浆和聚氨酯“两堵一注”方法封孔, 封孔深度18 m, 待封孔材料凝固后, 测试并记录各测试孔的瓦斯流量变化, 每天测1次, 连续观测7~10 d。
(3) 由于测试孔是双向交叉布置的, 当记录测试钻孔的瓦斯流量若干天后, 在测试孔的中部打抽采孔, 孔深50 mm, 孔径89 mm, 并将抽采孔连到抽采管上进行联网抽采, 继续测定各测试孔的流量变化情况, 每天1次, 连续观测40 d。
(4) 绘制各测试孔抽采前后瓦斯流量变化曲线, 根据各测试孔的流量变化情况, 分析并确定抽采孔的有效抽采半径。
2.3 测试结果分析
根据测试记录的数据 (表1) 绘制了各测试孔的瓦斯流量变化曲线 (图2) 。
注:绝对瓦斯流量变化是抽采后瓦斯流量减去抽采前瓦斯流量相对瓦斯流量是绝对瓦斯流量变化除以抽采前瓦斯流量。
对表1和图2进行分析, 可以得出以下结论。
(1) 各个测试孔在抽采孔抽采前后其瓦斯流量虽然有跳跃变化, 但总体上呈衰减趋势。
(2) 在试验所考察的时间段内, 1、2、3号测试孔在不同的时间里都处在有效抽采半径内, 4、5、6号测试孔均不在有效抽采半径内。
(3) 抽采孔联网抽采后, 抽采28 d时, 抽采半径为0.5 m;抽采60, 90 d时, 抽采半径分别为1.0, 1.5 m。
3 影响煤层瓦斯抽采半径因素分析
影响煤层瓦斯抽采半径的因素是多方面的, 包括煤层透气性系数、抽采负压、钻孔孔径、煤层瓦斯压力以及抽采时间等[6,7,8]。
(1) 煤层透气性系数。煤层的透气性对有效抽采半径影响较大, 煤层透气性系数越大, 煤层中的瓦斯越容易流动, 在相同的抽采时间内, 有效抽采半径越大。
(2) 抽采负压。抽采负压相对于原始煤层瓦斯压力几乎可以忽略不计, 故抽采负压的变化对抽采半径的影响不明显。
(3) 钻孔孔径。孔径对有效抽采半径影响较大, 但钻孔孔径增加受目前钻进设备的限制, 所以, 在钻进设备满足的条件下, 可尽量增大孔径。
(4) 煤层瓦斯压力。在相同的抽采时间内, 原始瓦斯压力大的煤层由于煤层瓦斯压力和抽采负压的压力梯度较大, 有效抽采半径也较大。
(5) 抽采时间。抽采时间直接影响到钻孔抽采半径的大小。通常情况下, 抽采时间越长, 钻孔周围受影响的煤层范围越大, 那么钻孔的有效抽采半径也越大。然而对于透气性差的煤层, 一般抽采一段时间 (3~6个月) 后瓦斯就基本枯竭了, 再延长抽采时间意义不大, 并且在生产实践中也不允许太长的抽采时间。
基于以上分析, 结合白坪矿具体实际, 建议矿方在今后的瓦斯抽采实践中, 可通过增加卸压增透措施, 如开采保护层或采取水力化增透措施 (水力压裂、水利冲孔等) 来提高煤层的透气性, 进而达到增大煤层瓦斯有效抽采半径的目的。
4 结论
(1) 白坪矿采用孔径89 mm钻孔预抽煤层瓦斯, 抽采90 d时, 其有效抽采半径为1.5 m。
(2) 顺层钻孔有效抽采半径的确定, 避免了钻孔设计和施工过程中的盲目性, 对矿井的防突、消突工作有较大意义。
(3) 影响瓦斯抽采半径因素较多, 采取卸压增透措施提高煤层的透气性是提高煤层瓦斯抽采效果的较好途径。
摘要：为了提高瓦斯抽采中钻孔布孔间距的合理性, 将瓦斯流量作为考察指标, 对豫西白坪矿二1煤层开展了顺层钻孔有效抽采半径的测试研究。结果表明:瓦斯流量法测定顺层钻孔的有效抽采半径是一种有效的方法, 并确定了白坪矿采用89 mm的钻孔进行煤层瓦斯预抽, 抽采3个月时, 其有效抽采半径为1.5 m。
关键词：瓦斯流量法,顺层钻孔,有效抽采半径
参考文献
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大力推进煤矿瓦斯抽采利用 篇9
煤矿瓦斯抽采利用意义重大
煤矿瓦斯又称煤层气, 是赋存在煤层中的烃类气体, 和天然气一样, 主要成分是甲烷。瓦斯对煤矿安全生产是重大威胁, 但加以利用又是优质清洁能源。搞好煤矿瓦斯抽采利用, 就可以化害为利、变废为宝, 意义十分重大。
第一, 搞好煤矿瓦斯抽采利用是煤矿安全生产的治本之策。
瓦斯易燃易爆, 当空气中瓦斯浓度在5%—16%时, 遇到火源就会爆炸, 瞬间形成高温高压冲击波, 并产生大量一氧化碳。煤矿一旦发生瓦斯爆炸或煤与瓦斯突出事故, 就会造成人员大量伤亡。我国煤层赋存条件复杂, 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井约占1/3, 防治煤矿瓦斯事故始终是安全生产的重中之重。新中国成立以来, 全国共发生23起一次死亡百人以上的煤矿事故, 其中21起是瓦斯事故。近四年来, 煤矿重特大事故死亡人数近70%都是瓦斯事故造成的。搞好煤矿瓦斯抽采利用, 可以实现煤炭在低瓦斯状态下开采, 有效杜绝瓦斯事故发生, 是保障煤矿安全生产的根本措施和关键环节。
第二, 搞好煤矿瓦斯抽采利用是增加能源供给的有效措施。
煤矿瓦斯中甲烷含量大于90%, 1立方米瓦斯发热量大于8 000千卡, 是与天然气相当的优质清洁能源, 可广泛用于发电、工业窑炉、民用、汽车等方面燃料或生产化工产品。煤炭是我国的主体能源, 多年来在一次能源生产量和消费量中一直占70%左右, 而石油天然气资源十分短缺, 需要大量进口。搞好煤矿瓦斯抽采利用, 可以增加优质清洁能源供给, 改善能源供给结构。同时, 可以逐步减少对进口天然气的依赖, 有利于保障国家能源安全。
第三, 搞好煤矿瓦斯抽采利用是减少环境污染的重要举措。
煤矿瓦斯的温室效应是二氧化碳的21倍。据计算, 每利用1亿立方米甲烷, 相当于减排150万吨二氧化碳。2008年, 我国利用煤矿瓦斯16亿立方米, 共减少排放二氧化碳2 400万吨, 但煤层中绝大部分瓦斯还是直接排空了, 既浪费资源, 又污染环境。搞好瓦斯综合利用, 最大限度地控制瓦斯直接向大气中排放, 有利于减少空气污染, 保护生态环境。
第四, 煤矿瓦斯抽采利用是一个新的经济增长点。
中央提出, 应对当前国际金融危机、促进经济长期持续发展的一个重要措施, 是加快培育新的经济增长点。实现煤矿瓦斯抽采规模化利用、产业化发展, 需要大量投资建设抽采利用工程和配套管网、生产抽采利用设备, 可以有效带动钢铁、建筑施工、装备制造、运输及相关服务业发展, 促进投资需求扩大和就业增加。比如, 2009年全国瓦斯抽采利用直接投资超过66亿元, 带动国内生产总值增加约120亿元, 提供就业岗位约12万个。我国埋深2 000米以浅的煤层气地质资源量有36.8万亿立方米, 各产煤省逐步增加煤矿瓦斯抽采利用量, 将会形成一个从生产到服务的大产业, 成为新的经济增长点。各地和煤矿企业要看到煤矿瓦斯利用的巨大潜力, 把煤矿瓦斯这一丰富的资源尽快充分利用起来。
煤矿瓦斯抽采利用大有可为
国家十分重视煤矿瓦斯抽采利用, 近年来研究采取了一系列促进煤矿瓦斯抽采利用的重大政策措施, 各地区、各部门和煤矿企业按照国家的要求, 加大了煤矿瓦斯抽采利用工作力度, 煤矿瓦斯抽采利用取得了重要进展。2008年, 我国瓦斯抽采量达到58亿立方米, 比2005年增加150%;瓦斯利用量比2005年增长160%。2009年1—10月, 累计抽采量达50.2亿立方米, 利用量15.1亿立方米, 同比分别增长9.8%、10.2%。目前, 我国民用瓦斯用户约90万户, 瓦斯发电装机容量达92万千瓦。随着煤矿瓦斯抽采利用量的大幅增加, 瓦斯事故和死亡人数将会大幅下降, 瓦斯排放污染也将会大幅减少。2008年, 全国煤矿发生瓦斯事故起数和死亡人数分别比2005年下降56%和64%。2009年1—10月, 全国煤矿发生瓦斯事故127起, 死亡551人, 同比分别下降21.1%和22.0%, 共减少排放二氧化碳2 100万吨。
但是也要看到, 当前我国煤矿瓦斯抽采利用还处在起步阶段, 存在较大差距。主要表现在煤矿瓦斯抽采总量还不大, 利用水平还比较低, 发展很不平衡。我国矿井瓦斯平均抽采率仅有23%, 而美国、澳大利亚等主要产煤国家的抽采率均在50%以上;目前我国抽采瓦斯总体利用率平均只有30%, 特别是地面抽采只有5亿立方米, 仅占“十一五”规划地面抽采目标的25%, 大量的井下抽采瓦斯没有得到有效利用。全国煤矿瓦斯抽采和利用量的85%集中在山西、辽宁、黑龙江、安徽、河南、贵州、重庆等7省 (市) , 其中山西就占到50%, 地区差异突出。瓦斯灾害仍然是我国煤矿安全生产的最大危害, 是威胁矿工生命的“第一杀手”。2009年1—10月, 全国煤矿发生重大以上瓦斯事故起数和死亡人数, 分别占煤矿重大以上事故的42.9%和64.7%。山西屯兰煤矿“2·22”、重庆同华煤矿“5·30”、河南平顶山新华四矿“9·8”特别重大事故都是瓦斯事故, 给人民群众生命财产造成巨大损失, 教训十分惨痛。
我国煤矿瓦斯抽采利用发展相对滞后, 一方面说明我们的工作还有差距, 另一方面也说明我国煤矿瓦斯抽采利用有着巨大的潜力。目前, 煤矿瓦斯抽采利用的技术已经成熟, 一些地方特别是煤矿瓦斯抽采利用示范煤矿已经探索了一些成功的经验, 国家支持煤矿瓦斯抽采利用的政策体系已经形成, 并且支持力度不断加大, 各地和企业的积极性空前高涨, 煤矿瓦斯抽采利用的政策环境、社会环境十分有利。只要我们高度重视, 把国家的政策落实好, 把工作做扎实, 煤矿瓦斯抽采利用前景十分广阔。
切实加大煤矿瓦斯抽采利用工作力度
做好煤矿瓦斯抽采利用工作, 必须深入贯彻落实科学发展观, 进一步贯彻落实中央关于煤矿瓦斯防治的决策部署, 提高认识, 加强领导, 科学规划, 抓紧理顺体制机制, 加大投入和技术研发推广力度, 落实完善支持煤矿瓦斯抽采利用的各项政策, 尽快把煤矿瓦斯抽采利用提高到新的水平。
(一) 认真编制和落实煤矿瓦斯抽采利用规划。
促进煤矿瓦斯抽采利用, 必须坚持科学规划, 有序开发, 防止乱采乱抽、浪费资源。现在到2010年还有一年多时间, 完成“十一五”规划煤矿瓦斯抽采利用目标, 任务十分艰巨, 时间十分紧迫。从今年起, 要通过两年左右的努力, 争取全国瓦斯抽采量翻一番, 利用量翻两番, 减排指标同步达到规定标准要求, 重特大瓦斯事故切实得到有效遏制。有关部门要研究采取措施, 加强工作协调, 严格督促考核, 促进有关地区和企业完成既定目标。各地区和企业要加强瓦斯抽采利用生产组织协调, 确保完成本地区、本企业目标任务。要抓紧启动“十二五”期间煤矿瓦斯抽采利用规划编制工作, 明确目标、任务、标准、重点项目、资金投入、保障措施, 推进煤矿瓦斯有序有效开发。
(二) 抓紧理顺瓦斯抽采利用的体制机制。
要坚持深化改革, 消除制约煤矿瓦斯抽采利用的体制机制性障碍。一是积极解决矿业权重叠问题。国家有关部门和地方主管部门要按照采煤采气一体化原则, 加强沟通和政策协调, 实行煤、气开发主体的统一。二是创新企业组织经营形式。鼓励成立瓦斯抽采利用专业公司, 瓦斯抽采利用企业一定要实行独立核算, 实行规模化利用, 产业化开发。鼓励组建股份制公司, 促进煤炭企业和瓦斯抽采企业的合作。三是加强对煤层气探矿权的监管。对不能完成年最低勘查投入和抽采量的, 要依法核减煤层气探矿权面积, 直至注销探矿权。决不能允许一面有气不让别的企业采, 一面向大气排放或导致瓦斯事故不断发生。四是完善瓦斯防治和抽采利用考核激励机制。要把瓦斯抽采利用作为考核地方和企业安全生产、节能减排、工作绩效的重要指标, 定期通报抽采利用情况并形成制度。要通过对项目核准、技术改造、装备投入、建设用地等实行差别性政策, 完善瓦斯抽采利用激励机制, 充分调动地方和企业的积极性, 加快煤层气抽采利用产业化、规模化发展。五是积极引入煤层气抽采合作竞争机制。支持大型煤炭企业参与煤层气勘探开采, 鼓励外商和民营企业利用先进技术和资金投资煤层气开发, 提高瓦斯抽采技术和管理水平。
(三) 进一步落实完善瓦斯抽采利用政策。
目前, 影响煤矿瓦斯抽采利用的重要原因之一, 是国家鼓励支持抽采利用的政策没有得到很好落实, 有些政策还需要进一步完善。促进煤矿瓦斯抽采利用, 关键是要落实政策、完善政策。一是落实瓦斯抽采利用税费优惠政策。要严格落实瓦斯抽采企业增值税先征后返、进口设备税收优惠、设备加速折旧、免征企业所得税、抵扣纳税额, 以及提取生产安全费用用于瓦斯抽采等政策规定, 确保政策到位, 不打折扣, 提高瓦斯抽采企业的积极性。认真落实瓦斯开采企业探矿权和采矿权使用费减免政策, 促进扩大煤层气资源勘探量, 加快煤矿瓦斯前期开发利用。二是落实瓦斯抽采利用财政补贴政策。按照瓦斯发电自发自用、多余上网的原则, 认真落实瓦斯上网电价比照可再生能源电价政策。目前, 瓦斯上网电价标准偏低, 瓦斯发电企业没有积极性。国家将适度提高财政补贴标准, 鼓励瓦斯发电并网。电网企业要千方百计克服困难, 积极创造条件, 保证瓦斯发电优先上网。三是落实城乡居民使用煤层气的政策。有关地区和部门要积极推进煤层气输送管网建设, 或与天然气并网输送, 扩大民用地域范围。要落实国家有关价格政策, 实行煤层气与天然气同质同价或适度低价销售, 扩大民用和汽车燃料市场, 扩大瓦斯利用规模。四是完善瓦斯抽采利用标准。要借鉴国际标准, 加强研究, 加强沟通, 努力使瓦斯防治的安全生产标准、抽采利用标准、减少排放标准协调起来, 既确保煤矿安全生产, 又促进煤矿瓦斯资源的有效利用。五是研究制定参与“利用清洁发展机制”国际合作的相关政策。有关部门要进一步修订符合国际合作交易的标准和办法, 消除交易政策性壁垒, 扩大项目合作, 加快瓦斯利用。
(四) 增强瓦斯抽采利用科技保障能力。
矿井瓦斯抽采系统优化研究 篇10
霍尔辛赫煤矿最大绝对瓦斯涌出量为211.81m3/min, 矿井供风能力为9 780 m3/min (163 m3/s) 。根据《煤矿安全规程》, 总回风允许瓦斯浓度不得超过0.75%[4], 通风备用系数及瓦斯涌出不均衡系数取1.2计算, 所允许的瓦斯涌出量为61.13 m3/min, 则需要抽出的瓦斯量为150.68 m3/min。现有的地面抽采系统抽采量仅72.73 m3/min, 远不能满足需求;而且煤层的透气性很低, 该系统的瓦斯抽采浓度5%~25%, 现有低浓度瓦斯排空端的安全设施均没有煤安标志, 不符合《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》[4]。
鉴于此, 在前人研究基础上, 对霍尔辛赫煤矿原有回风井地面瓦斯抽采系统的服务范围进行优化, 由全矿井缩小到只负责二、三盘区 (该盘区投产达产时矿井瓦斯涌出量为120.91 m3/min) 的瓦斯抽采, 改造低浓度瓦斯排空系统, 增设安全保障设施, 另外在四、五、六、七、一盘区新扩建抽采系统, 均采用2套管路分别建立高、低负压抽采瓦斯系统, 实现全矿井分区瓦斯治理。
1 工程背景
1.1 矿井概况及抽采现状
山西霍尔辛赫煤矿井田面积为71.394 7 km2, 批准开采3号煤层, 煤层平均厚5.65 m, 透气性很低 (0.006 25 m2/ (MPa2·d) ) , 矿井于2008年6月10日开工建设, 2011年12月正式投产, 生产规模3.0 Mt/a。
该矿于2009年开始建立瓦斯抽采系统, 地面高负压端采用DN800排空系统, 低负压端采用DN600排空系统。安装4台2BEP72型水环式真空泵, 其中, 预抽瓦斯泵2台, 1台运转, 1台备用;采空区抽采泵2台, 1台运转, 1台备用。预抽和采空区抽采的备用泵可实现互为备用。现有管路系统 (表1) 前期主要服务于矿井3201、3203、3207、3301工作面巷道掘进预抽、边掘边抽、回采面预抽、边采边抽及采空区瓦斯抽采, 随着矿井采掘部署, 后期服务于整个矿井。
1.2 分盘区矿井瓦斯涌出量预测
霍尔辛赫煤矿3号煤层前期生产二、三盘区达产时矿井最大瓦斯涌出预测结果见表2。前期二、三盘区达产时, 矿井最大相对瓦斯涌出量为19.15m3/t, 生产能力按照3.0 Mt/a计算, 则最大绝对瓦斯涌出量为120.91 m3/min。
霍尔辛赫煤矿3号煤层后期生产四、五、六、七、一盘区达产时矿井最大瓦斯涌出预测结果见表3。后期生产四、五、六、七、一盘区达产时矿井最大相对瓦斯涌出量为33.55 m3/t, 生产能力按照3.0 Mt/a计算, 则最大绝对瓦斯涌出量为211.81 m3/min。
2 瓦斯抽采系统改造的必要性研究
霍尔辛赫煤矿为低透气性、厚煤层的高瓦斯矿井, 现有的地面瓦斯抽采系统采用高、低负压分源抽采, 针对矿井目前瓦斯涌出量逐渐增大、抽采瓦斯浓度较低及现行抽采设计规范有新要求等情况, 有必要把现阶段运行的回风井瓦斯抽采系统升级优化。
(1) 目前已建成的回风井地面固定抽采系统高负压预抽瓦斯抽采率在10%~25%, 而采空区低负压瓦斯抽采浓度在5%~15%, 与文献[5]要求相差较远, 矿井需要对目前的抽采工艺系统进行完善和改造, 提高工作面、采空区[6]和矿井瓦斯抽采效果。同时, 低浓度瓦斯排空系统存在安全隐患, 必须改造。
(2) 由于矿井设计供风能力为所允许的瓦斯涌出量 (61.13 m3/min) , 则需要抽出的瓦斯量为150.68 m3/min, 远大于现有抽采系统的实际抽采量 (72.73 m3/min) 。因此, 必须缩小现有地面瓦斯抽采系统, 建立新的地面瓦斯抽采泵站。
综合分析, 无论是从矿井瓦斯涌出超限的安全生产角度, 还是从低浓度瓦斯排空的安全角度, 都必须新建立瓦斯双抽采系统[7,8,9], 实现瓦斯分源、分区域抽采, 改造现有地面低浓度瓦斯排空系统, 增设相应安全设施。
3 瓦斯双抽采系统的可行性研究
霍尔辛赫煤矿自2009年以来开始进行瓦斯抽采工作, 已积累了丰富的瓦斯抽采经验;此次低浓度地面瓦斯抽采系统改造地点位于回风井工业场地内, 面积及安全间距满足要求, 且水、暖、电等辅助条件齐备。另外, 在矿井生产后期, 大京村南新风井新建高、低负压瓦斯双抽采系统。回风井高、低负压瓦斯抽采拟用现有的抽采系统, 在现有管道走廊东侧新建一个同规模的管道走廊, 安设低浓度瓦斯排空安全保障设施。施工建设期间, 对现有抽采系统正常运行基本无影响;新瓦斯双抽采系统建成后, 将原系统的高、低负压排空管路引接至新的管道走廊。
原有地面抽采泵房有4台2BEP72水环真空泵, 预留3台机位, 对现有地面瓦斯抽采系统改造后, 将其服务范围进行优化缩小至仅服务二、三盘区 (二、三盘区投产时, 矿井最大瓦斯涌出量120.91m3/min) , 新增设2台2BEP72水环真空泵, 预抽瓦斯泵4台, 2台运转, 2台备用;采空区抽采泵2台, 1台运转, 1台备用。
4 矿井瓦斯系统改造分析
霍尔辛赫煤矿回风井地面瓦斯抽采系统改造措施:西回风井抽采系统服务区域由原来的负责全矿井抽采调整为负责二、三盘区的瓦斯抽采, 二、三盘区投产达产时矿井最大绝对瓦斯涌出量为120.91m3/min。现有回风井供风能力为9 780 m3/min, 按照总回风允许的瓦斯浓度0.75%、通风备用系数及瓦斯涌出不均衡系数取1.2计算, 允许瓦斯涌出量为61.13 m3/min, 则需要抽出的瓦斯量为59.78m3/min。
从3号煤层回采工作面的瓦斯涌出量构成来看, 3号煤层的瓦斯涌出量占56%, 其瓦斯来源主要为3号煤层本煤层的瓦斯涌出。因此, 根据矿井的瓦斯赋存状况、矿井开拓及抽采瓦斯目的, 结合抽采瓦斯方法的选择原则, 确定霍尔辛赫煤矿抽采瓦斯方法为以本煤层瓦斯抽采为主、采空区抽采 (裂隙带抽采) 为辅, 预抽与边采边抽、边掘边抽相结合的综合抽采瓦斯方法。高负压瓦斯抽采系统的抽采规模为51.08 m3/min, 设计抽采浓度为20%, 新购置2台2BEP72水环真空泵, 实现高负压2运2备;低负压瓦斯抽采系统的抽采量为21.65 m3/min, 设计抽采浓度为15%, 采用原有设备, 2运2备。高负压抽采系统抽采的瓦斯如果浓度较高则进行加压脱水处理后并网输送, 如果浓度较低则并入低负压端进入低浓度瓦斯发电站。
原有瓦斯抽采系统服务整个矿井, 高负压管路系统总阻力为20 060 Pa;低负压管路系统总阻力为21 398 Pa。对现有瓦斯抽采系统服务范围缩小后, 管路敷设长度大大减小。通过管路阻力计算公式对管路阻力进行计算。
其中, H为阻力损失;L为直管长度;Q0为标准状态下的瓦斯流量;d为管道内径;ν0为标准状态下的瓦斯运动黏度;ρ为管道内混合瓦斯密度;Δ为管道内壁的当量绝对粗糙度, 取0.017 cm;P0为标准状况下的大气压力, 取101 325 Pa;P为管道内气体的绝对压力;T为管道中的气体温度为t时的绝对温度 (T=273+t) ;T0为标准状态下的绝对温度 (T0= (273+20) K) ;t为管道内气体的温度。
直管阻力损失计算结果见表4、表5。
管路局部阻力损失按直管阻力损失的10%计算, 可得高负压瓦斯管路系统总阻力损失为5 630Pa, 采空区抽采管路的直管总阻力损失为5 367 Pa。结果表明, 优化后瓦斯抽采系统总管路阻力减小。
根据《霍尔辛赫煤矿3号煤层瓦斯抽采工程初步设计说明书》:高负压系统排放管道规格为DN800;低负压系统排放管道规格为DN600。根据《煤矿低浓度瓦斯管道输送安全保障系统设计规范》 (AQ1076—2009) :“安全保障设施安设段管道公称内径不大于500 mm”, 高、低负压系统排放管道管径只能选择DN500的管路, 根据断面积计算:
(1) 高负压。A820=0.502 4 m2;A530=0.204m2。高负压系统排放管道数量确定为3条。
(2) 低负压。A630=0.292 m2;A530=0.204 m2。低负压系统排放管道数量确定为2条。
从管道间引出DN800高负压排放管分为3趟DN500的排放支管;DN600的低负压排放管, 分为2趟DN500的排放支管, 在各个分支处设安全保障设施 (喷粉抑爆装置) , 气流经过喷粉抑爆装置后通过水封式阻火泄爆装置排到竖立的排空管, 最后排到大气中。在距离排空管口小于5 m的位置需安装火焰传感器和压力传感器, 如果瓦斯浓度达到利用范围, 则关闭排空管的阀门, 气流进入利用管路。改造后地面瓦斯抽采系统如图1所示。
5 结语
(1) 结合霍尔辛赫煤矿实际情况, 在现有回风井抽采系统基础上进行了改造, 缩小了回风井抽采系统服务范围, 仅负责抽采二、三盘区, 既节约了瓦斯治理的经济成本, 很好地利用了原有设备, 又解决了回风井瓦斯超限问题, 且大幅提高了瓦斯抽出率。
(2) 低浓度瓦斯排空管路增设安全保障设施, 以消除地面瓦斯抽采系统安全隐患。
(3) 改造后的低浓度瓦斯排空系统, 实现有针对性的利用瓦斯, 高浓度瓦斯进行并网输送, 低浓度瓦斯进行发电, 提高了瓦斯的利用价值。
参考文献
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