专题-高瓦斯厚煤层工作面瓦斯抽采技术研究.doc

1、第 28 页 专题高瓦斯厚煤层工作面瓦斯抽采技术研究摘 要：我国最严重的矿井自然灾害之一就是煤矿瓦斯事故，它长期制约着我国乃至全球煤矿安全生产的工作。为了降低矿井的瓦斯涌出量和回采空间中的瓦斯体积分数，经过矿井瓦斯抽放等技术措施，从而达到了矿井安全生产的目的，同时，通过对厚煤层工作面瓦斯抽放，减少瓦斯泄漏，对环境也有至关重要的保护作用。但在现在的技术条件下，我国矿井的瓦斯抽放的方法和技术依然不足，而且不同的瓦斯抽放方法的一些适用条件以及抽放率达不到要求，同时，在瓦斯抽放上所用的工艺设备等方面仍然存在一些无法解决的问题。近年来，我国各大煤矿为了实现安全高效的回采，不断追寻一套适合厚煤层高瓦斯突出

2、矿井开采的技术方法，尽管国内外的一些专家、学者深入的研究和探索了对工作面瓦斯的防治工作，并且赢得了重大的技术性突破，但是因为在实际的矿井生产过程里，能够影响煤矿瓦斯的赋存状况的因素比较多，同时矿井中瓦斯气体的分布状况、瓦斯涌出、运移和流动的规律受到多种因素的影响，想要准确的获得矿井瓦斯合理有效的抽采钻孔位置等一系列问题都存在着一定困难。本文通过基础理论分析、建立数学模型，在实验室根据相关矿井的实际条件，对其进行动态模拟，和在现场通过仪器进行实际的测定等手段:首先要对矿井的地质条件进行分析，对煤层的赋存条件做出适当的了解，掌握矿井瓦斯的赋存条件和瓦斯分布的特征，分析回采工作面瓦斯涌出的影响因素，

3、煤层在采动后对瓦斯运移规律的影响等各方面的问题。最后，要根据上述条件结合矿井的实际状况建立厚煤层回采工作面瓦斯涌出量的一个预测模型和掘进工作面的瓦斯涌出量的预测模型。根据实验室的实验结果探究厚煤层的瓦斯抽采技术。关键词:煤矿瓦斯；“三软”厚煤层；涌出量预测；相似模拟；瓦斯综合抽采技术1 绪论1.1 引言地球上蕴藏量最丰富的就是煤炭资源，散布区域最广阔的一种化石燃料。中国煤炭资源非常丰富，除上海外，其他各省份均有分布。煤炭是中国的基础能源，在一次性能源生产和消费结构，约占总数的70%，并将在未来一段长时间是主导的能源结构。近年来，煤炭生产逐步向高产高效集约发展，挖掘深度迅速延伸至深，延伸率每年1

4、0 20 m（最快达到50 m）。伴随煤层采深的不断增高，地球体内的应力加大，煤体内瓦斯的压力和浓度不断升高，很多新形式的瓦斯事故在煤矿开采中显现出来，对煤矿的安全生产带来了极大的风险。瓦斯事故是是中国最严重的矿难。我国的煤矿经常发生瓦斯与煤尘爆炸事故、煤与瓦斯突出事故，在这些事故中伤亡的人数非常多，对煤矿的安全生产有着严重的影响。目前，全国统计的高瓦斯和煤与瓦斯突出的矿井就高达约9500多处，占全部生产矿井总数的30%左右。自打国家建立以来，我国共发生了71次一次性伤亡100人以上的特别重大的事故，其中由瓦斯爆炸引起的就有高达49起事故，占全部特别重大事故的69%。可以这样说，不论是过去还是

5、将来，煤矿安全中最重要的工作的一直都是矿井瓦斯灾害的防治工作。我国矿井的的瓦斯综合治理的道路依然很长远啊。1.2 国内外研究现状为满足国家经济快速发展的需要，世界各国的煤炭生产规模和产量正在不断扩大。而制约矿井增产的重要因素就是矿井瓦斯抽采效果和效率。与此同时，低透气性高瓦斯厚煤层随着井下开采深度的不断增加，也越来越多。因此，管理矿井安全的工作人员和一些专家的作用就是控制降低矿井发生瓦斯事故的次数和降低危害性，研究如何能够卸载矿井瓦斯压力，使煤层的透气性大大增加，从而加快了瓦斯抽采的速度，大大提高瓦斯抽采的效率。在上个世纪80年代，率先把地面钻井技术应用于瓦斯抽采技术的就是美国，并把采前预抽工

6、作应用于那些没有投入生产的矿井，而且已经获得了较好的成就。整体来讲，世界上主要生产煤炭的国家都会按照自己实际的地质状况，使用不同的抽采瓦斯的方案，比如煤层预抽采瓦斯，掘进面抽采瓦斯、工作面抽采瓦斯、采空区抽采瓦斯、和地面钻井抽采瓦斯等。而我国也经历过几个不同的瓦斯抽采技术的发展阶段。最近这几年，由于不断增加煤层的开采深度，尤其是厚煤层工作面瓦斯的浓度增加的很快，无法用任何单一的瓦斯抽采方法来解决煤矿瓦斯安全问题。所以，在国内投产的矿井，开始采取各种瓦斯抽采技术综合应用的措施来解决厚煤层高瓦斯透气性低的矿井的安全生产问题，争取大力发展高产高效的煤与瓦斯共采的绿色环保综合抽采技术。1、国外瓦斯抽采

7、情况统计瓦斯抽采的技术的在不断发展不断进步，世界各国的可抽采瓦斯矿井和瓦斯抽采量也有了显著的提高。早在二十世纪五十年代末，欧洲的英国、比利时和其他一些国家就进行了大规模的对煤矿的瓦斯进行抽采，当时的年抽采量达到了5700 m3。从二十世纪六十年代到九十年代，全世界的矿井瓦斯总抽采量迅速攀升，1951年的全世界瓦斯抽采量为1.246亿m3，到了1987年，其瓦斯抽采总量增加到54.31亿m3。单个矿井的抽采量也由原来的198万m3/井增至577万m3/井，而可抽采瓦斯矿井的数目增加了近十倍，由最初的68个增加到后来619个。根据最近的调查统计表明，从全球的范围内来说，对矿井使用瓦斯抽采技术的国家

8、就有17个之多，其中有最大的抽采量的国家就是前苏联，一年的瓦斯抽采量就达到了24亿m3左右，而且还有很多的国家对瓦斯抽采技术进行不停的实验和研究。世界各国的经济都在快速的发展，为了满足全球对瓦斯的需求，全球的矿井都在大力发展生产规模，加大产量。在现代的矿井生产中，制约着矿井增产的一个重要的因素就是矿井瓦斯的抽采效果以及抽采效率，同样的，在矿井中煤炭开采的工作不断进行，渐渐地增加矿井的开采深度，在地下深处，高瓦斯低透气性的煤层也逐渐增多。因此，怎样卸载瓦斯压力、增加煤层的透气性、加快瓦斯的抽采速度、提高瓦斯的抽采效率，是现在煤矿工作的一部分，能够尽量的防止以及控制煤与瓦斯突出的事故，这些工作已经

9、被国家作为重点的研究对象，确保煤矿生产安全顺利进行。2、国内瓦斯抽采情况统计最近这几年，煤层气的开发和利用得到快速的发展，我国也开始对其重视，从煤矿井下抽采的瓦斯也逐渐增多，根据据统计可以得出:在2005年全国煤矿累计抽采的瓦斯量达到了23亿立方米。而2006年的抽采量到32亿立方米，利用量达11.5亿立方米。到了2007年，全国的瓦斯抽采量已经达47.35亿立方米，而瓦斯的利用量也达到了14.46亿立方米。在2008年，我国瓦斯抽采量就达到了 58 亿 立方米，比2005年增加了 150% ，瓦 斯 利 用 量 比 2005 年 增 长 160% 。而在2009 年 1-10 月，瓦斯的累计

10、抽采量达 50.2亿 立方米，而瓦斯的利用量也增长到了15.1亿立方米，比以往增长了98%和10.2%。煤矿的瓦斯利用量大幅度增长，在这个过程中，合理的利用瓦斯抽采技术，可以减低发生瓦斯事故的次数，而且矿上发生事故和死亡人数也大大的下降。瓦斯抽采技术也减少了瓦斯污染环境的问题。瓦斯抽采已经可以成为治理瓦斯的一种主要手段，并值得大力宣传并且推广。1.3 本文主要研究内容在厚煤层高瓦斯的开采过程中，煤矿正常的生产已经受到了瓦斯危害影响，其中采空区瓦斯危害是目前煤矿的防治重点。在煤矿瓦斯排放量排放量中占有相当大的比例，采空区瓦斯，采空区瓦斯抽放，可以减少发生瓦斯灾害的地区。 综上所述，通过国内外矿井

11、瓦斯防治技术的研究现状，我们一致认为，前人的研究领域已经十分的深入和广泛，并己经取得了许多重要的研究成果，为矿井的安全生产做出了重大的贡献。本文试图在广泛学习、借鉴的基础上，结合朔里矿井的生产实际，就矿井生产中的高瓦斯厚煤层瓦斯抽采技术的分析、探索和研究。各种用于本文深入研究的研究方法，如基本的理论分析，类似的实验方法，用于模拟材料的计算机模拟和现场工业性试验方法。煤矿生产通风瓦斯数据采集，现场调查，现场调查等方法，通过对该矿瓦斯地质赋存状态、瓦斯分布及涌出规律、瓦斯抽采工艺技术和煤与瓦斯突出预测及防治等问题进行深入分析、研究、论证和技术方案的比较，试图得到解决付家焉煤矿高瓦斯灾害的方案模式，

12、其具体研究内容主要包括以下几个方面:1、 对于整个矿区研究和分析了矿区地质构造在不同时期的位置对瓦斯地质分布、赋存规律的影响，分析了由于构造的运动引起的应力场的变化特点、地壳运动作用规律及其对煤、岩层中瓦斯的产生、分布、运动、存储前提的影响和对煤矿乃至整个矿区瓦斯突出危险区域的严重影响，在此基础上，对瓦斯赋存和分布的矿井构造控制，仔细研究褶皱的影响，断层和陷落柱的主要地质因素对瓦斯分布，流动。2、 对工作面和采空区瓦斯分布和运移规律的研究是我在实验室建立，通风系统模型的相似性模型，采用各种通风，并有针对性的测定，最终确定矿井采空区瓦斯分布和运移的普遍规律。根据煤矿的实际情况，确定采场矿和采空区

13、瓦斯分布规律的试验，发射，和气体流量的计算基本参数，气体排放和法律，按照工作面采空区建立预测模型，为预防和控制煤矿瓦斯抽采和煤与瓦斯突出。3、无论是在瓦斯涌出量预测矿井通风设计研究，确认或天然气的开采和管理设计离不开的矿井瓦斯涌出量。通过对各种气体的预测方法的比较，最后确定了矿井瓦斯涌出量预测方法进行有针对性的预测源。煤层的瓦斯含量是这个预测方法的主要依据，为了预测掘进工作面，采矿和采空区瓦斯排放。4、通过相似模拟实验研究采空区瓦斯运移规律。基于相似模拟实验研究煤矿区，矿井采空区瓦斯分布及迁移规律，为采矿设计方案进行瓦斯抽放。 本文以厚煤层高瓦斯突出矿井基本研究对象，并从矿井的实际情况出发，综

14、合对比、分析和研究了该矿井的基本地质构造、可采情况、基本参数瓦斯地质赋存、分布、涌出及运移规律、通风排放瓦斯极限能力煤层分布和、瓦斯抽采(如抽采钻孔参数等)和抽采系统。采用基础理论分析、实地考察、现场观测、实验室相似模拟采空区实验和基础数据搜集等多种方式相结合的办法，矿井瓦斯涌出量预测的必要性和可行性进行论述，对矿井瓦斯抽排各种气体的采矿方法的综合比较，确定矿井最优解采气。2 矿井瓦斯运移规律分析2.1 瓦斯在煤层中的赋存规律煤是由裂隙多孔介质，煤的孔隙结构，其中充满了各种形状的孔隙和裂缝的微观。当开采煤炭的工作接触到煤层的时候，瓦斯就会从内部煤层向外涌出，这个涌出运移的过程十分复杂，但也由原

15、来的条件下，煤层地下应力场的影响，岩石的运动鞋，各种因素的挖掘方法。所以说，从宏观的角度来探究某一特定区域煤层瓦斯的运移规律是可以的。煤层中的裂、孔隙的大小和形状都不相同，所以说空隙和裂隙较大的区域会出现紊流的状态，较小的区域会出现层流的运动，而扩散分子滑动的现象会出现在微孔裂隙中。前人根据数值模拟、实验室模拟以及现在实测，得出了瓦斯流动的主要规律符合达西定律(层流运动)。2.1.1 瓦斯在煤层中运移的基本参数1、煤层瓦斯压力在煤层气煤层瓦斯压力瓦斯压力是由自由。矿井地下瓦斯赋存带的上部所产生的瓦斯压力大约为0.150.2 MPa，随着矿井深度的增加，煤层瓦斯压力也会逐渐增加。通过资料显示，井

16、下的深度增加814 m，瓦斯压力大约就会增加0.1 MPa。在一般情况下，当煤层的赋存状况比较稳定，而且没有大的破坏煤田地质构造的情况下，相同煤层和深度的各点的瓦斯压力基本相同，而当地质构造出现较大变化时，会直接影响到瓦斯压力的分布。例如，在某些地质构造复杂的地带，由于受到强大的构造应力的影响，煤体中所包含的一些大的裂隙和孔隙会变小甚至完全闭合，减少了瓦斯流动、渗流和扩散的通道，或者干脆形成了相互隔离的空间。这就使地应力大大增高，而隔离空间中的瓦斯也大大增高，最终导致了局部地带瓦斯压力骤增的情况。除了地质构造对瓦斯压力分布有影响之外，采动应力也会使局部低瓦斯压力增高。此外，应力分布之间的关系是由煤层瓦斯压力强度煤层位置的影响。在通常的情况下，由于受到瓦斯风化带的影响，构造地应力较小的处于浅部煤层，所以其瓦斯压力就比较小或者与静水压力相似，p/P