专题-淮南矿区瓦斯抽采技术分析.doc

1、专题部分淮南矿区瓦斯抽采技术分析摘要本文系统总结评述了近年来煤矿瓦斯治理和抽放理论及其应用的诸多成果和最新进展，根据淮南矿区实际,通过查阅资料和理论分析，阐述了淮南矿区瓦斯综合治理的基本方法，简述了顶板走向钻孔、高抽巷、专用巷道等瓦斯治理技术的现场使用条件及技术参数，分析了局部及区域性瓦斯治理技术在淮南矿区的应用效果和存在的问题，提出并研究了复杂特困条件下煤与煤层气共采技术。应用数值模拟、相似材料试验、工业性试验等方法，研究了开采煤层顶板煤层气抽采技术、开采保护层卸压增透抽采煤层气技术、地面钻井抽采采动影响区域煤层气技术等采动煤岩移动卸压抽采煤层气技术，以及原始煤层强化抽采煤层气技术的关键参数

2、,简要的进行了分析整理。关键词： 煤矿煤层气 矿井瓦斯 抽采 治理ABSTRACTThis paper summarizes and reviews the achievements and lasted advances of methane harness and drainage theory and its applying. According to the actual huainan coal mine, through the data access and theoretical analysis, this paper expounds the comprehensive

3、control of huainan coal mine gas the basic method, this paper describes the roof to drilling, with the pumping lane, special streets, etc gas treatment technology of the field use conditions and technical parameters, analyzed local and regional gas treatment technology in the application effect of h

4、uainan coal mine and the existing problems The co-extract ion technology of coal and CMM under the complicated and difficult geological cond-Itions in Huainan Coal Mining Area is presented1 With numerical simulation, similar materials testing, commercial testing, etc1, the CMM drainage technologies

5、with the displacement and depressurization of mining coal rock, involving coal seam roof, depressurization and enhanced permeability of protective coal seam, and mining influence zone of surface drilling drainage, and the intensified CMM drainage technologies with virgin coal seam are studied, the k

6、ey parameters obtained1 The on-site application of the technologies is introduced in an all round way. Key words: CMM;coal mine gas; drainage;management1 课题研究的背景到目前为止，瓦斯灾害依然是我国煤矿伤亡、损失最大以及发生最频繁的重大恶性事故，严重威胁着矿井的安全生产，并给煤矿企业带来沉重的经济负担，迫使许多高瓦斯突出矿井长期处于亏损经营状态，有的甚至破产。据统计，原国有重点煤矿576处矿井中，高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井有277处，占48

7、%以上。在1976年我国煤矿瓦斯事故死亡人数比例占20.2%，而到了2000年，煤矿的瓦斯事故死亡人数的比例却上到54%,仅当年全国共发生特大瓦斯事故69起，死亡1326人，分别占当年煤矿特大事故总起数和死亡总人数的92%和94. 4%。煤层瓦斯还是造成温室效应、破坏臭氧层等大气环境污染之源，其温室效应是同质量二氧化碳的20-60倍，对大气臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍。尤其是近年来，随着煤炭开采深度的增加，采掘机械化程度的提高，矿井瓦斯排放量也在急剧增大，相应的在排放过程中消耗的人力、财力也迅速增加。据估计，我国每年不经过任何处理直排大气的瓦斯约为7.71010 m3，占世界煤矿瓦斯排放量

8、的32. 5%，造成严重的大气污染。同时，瓦斯又是一种经济的可燃气体，是高热、洁净、方便的能源，具有其它能源无法比拟的无污染、无油污等多种优点。按瓦斯的热值（约为3.35 3.77105 J/m3）计算，1000 m3瓦斯约相当于4t原煤所产生的热量。另外，瓦斯除用做民用燃料之外，还可作为化土原料生产氨气和化肥等。因此，瓦斯集利与害于一身，是煤矿特有的宝贵资源，应该作为煤矿的第二能源加以积极的开发和利用。国内外大量的实践证明，如能实现煤与瓦斯两种资源的有效、安全共采，不但可以大大地降低矿井瓦斯排放量、有效防治瓦斯灾害，从而保障煤炭的安全回采，而目还可作为清洁能源加以利用，使其变害为宝，减少将其

9、排放于大气所造成的环境污染，并为社会提供更多的就业机会，从而实现矿井安全生产、新能源供应和环境保护三重效应，获得显著的经济和社会效益。我国是世界上煤层瓦斯（煤层气）资源储量巨大的国家之一。据中联煤层气有限责任公司与煤炭科学研究总院西安分院最新一轮的全国煤层气资源预测（2000年），在300-2000 m范围内储藏着3. 1461013 m3的瓦斯资源，约占世界的13%，与我国常规天然气的资源量相当，极具开采利用价值。然而，以往我国大部分煤矿开采中，只将其作为有害气体加以控制和排放。虽然，近年来我国在开采煤层气方而的研究和开发力度有所提高，但与美国勘探利用煤层瓦斯资源（其年产量占天然气总产量的5

10、%，相当于我国天然气的年总产量）相比，我国日产气量超过1000 m3的气井数目不多，且产气量不甚稳定，主要原因是我国煤层瓦斯赋存明显地存在着“两高三低”的特征以及与之相应的瓦斯储运理论和开采技术尚未有重大突破。因此，必须在吸收美国开发煤层瓦斯成功经验的基础上，研究适合我国煤层瓦斯的储运理论和开采技术。2 煤矿瓦斯抽采技术机理的国内外研究现状2.1 国外研究现状瓦斯在煤层及采动裂隙岩体中的运移和聚积规律，是煤矿瓦斯防治和抽放技术发展的基础，而这项研究涉及渗流力学、岩石力学、采矿及安全工程学等多学科，但关键却在于力学学科的渗流理论。自1947年前苏联学者P. M.克里切夫斯基将渗透理论用于描述煤层

11、内瓦斯运移过程，得出了考虑瓦斯吸附性质的瓦斯渗流规律，为煤岩瓦斯渗流理论的发展奠定了基础，到现在，煤岩瓦斯耦合作用理论已经发展了近60年。目前，在国内外指导煤矿瓦斯防治和抽放瓦斯机理的数学模型主要集中在煤层瓦斯渗流规律、煤层瓦斯扩散理论、煤层瓦斯渗流一扩散规律以及多物理场、多相煤岩瓦斯祸合规律、煤层卸压瓦斯越流理论和采动裂隙带瓦斯运移规律等方而的研究。目前，美国、加拿大、澳大利亚、英国等国家的煤层气产业发展比较迅速。由于各国的煤层气资源条件、政策等差别、煤层气发展的状况有所不同。美国是世界上煤层气商业化开发最成功的国家，也是迄今为止煤层气产量最高的国家。目前，美国在研究、勘探、开发利用方面处于

12、世界领先地位。美国利用地面钻孔水力压裂开采煤层气技术，进行煤层气地面开发有两种情况。一种是以圣胡安 盆地为代表，在没有采煤作业的煤田开采煤层气，采用的技术与常规天然气生产技术基本相似，渗透 率低的煤层往往需要采取煤层激励增产措施；另一种以黑勇士盆地为代表，在生产矿区内开发煤层气。采气与采煤密切相关，特别是采用地面钻井抽取采空区的煤层气，由于采煤时引起上覆煤层和岩层下沉与煤裂，采空区上方岩石冒落，压力释放，透气性增加，瓦斯大量释放聚集于采空区，抽气容易，不需要进行煤层压裂处理。由于美国极力支持 煤层气的开发利用，国内大批科研院所积极投身于 煤与煤层气共采的科学研究。美国还十分重视煤层气的勘探技术

13、开发，80年代先后投入60多亿美元，进行了大规模科研试验，取得了总体勘探技术的突破，对世界煤层气产业的发展做出了重要贡献。加拿大对煤层气的开发利用和对煤与煤层气共采的研究的起步时间基本和我国相当。由于加拿大政府一直支持煤层气的发展，一些研究机构根据本国以低变质煤为主的特点，开展了一系列的技术研究工作，在多分支水平羽状井、连续油管压裂、煤与瓦斯共采等技术方面取得了进展，降低了煤层气的开采成本，给煤层气的发展带来了机遇。澳大利亚早在1976年就开始开采煤层气，主要在昆士兰的鲍恩盆地。19871988 年期间已经用地面钻井方法在煤层中采出了煤层气。昆士兰天然气公司已经在靠近Chinachill的Ar

14、gyle21 井取得煤层气生产成功,日产气量超过21832万m3。但到目前 为止其煤层气的产量还是以矿井煤层气抽放为主，生产的煤层气主要供给建在井口的煤层气发电站。 欧洲等国开发利用煤层气资源已有很长的历史，但将煤层气作为单独的资源进行开发是最近的事，对煤与煤层气共采技术的研究也处于初级阶段。欧洲主要的产煤国有三个，即德国、波兰和英国。此外，乌克兰、西班牙、捷克和斯洛伐克、匈牙利、法国、比利时及荷兰也拥有大量的煤炭资源，因而也是煤层气开发的有利地区。2.2 国内研究现状2.2.1煤与煤层气共采技术的基础研究煤与煤层气共采是钱鸣高院士和缪协兴教授等 提出的绿色开采的有机组成部分，因其要在一定的地

15、质条件下实现煤与煤层气共采，所以其基础包括矿井地质和煤层气防治理论、采动岩体结构运动规律、煤层气运移规律和卸压煤层气富集区理论及创新型技术等。采动岩体结构理论是采场矿压理论等基础上发展起来的，最重要的核心是由钱鸣高院士、缪协兴教授等将采场矿压砌体梁力学模型发展到岩层控制的结构关键层力学模型。关键层理论提出的目的是 为了研究覆岩中厚硬岩层对层状矿体开采中节理裂 隙的分布及其对瓦斯抽放与突水防治以及对开采沉 陷控制等的影响。在 “煤与瓦斯共采”技术方面 , 岩层运动中的关键层理论所得出的节理裂隙场分布、离层规律将对上邻近层瓦斯动态涌出与下解放 层开采最大卸压高度的影响等瓦斯抽出技术有重要 参考作用

16、。周世宁院士于1963 年在北京矿业学院科学文选中首次完整的发表了“煤层瓦斯流动理论及其应用”。周院士在实验室进行了瓦斯流动的物理模拟试验，应用相似理论将实验结果以相似准数的形式导出通用的单向、径向和球向不稳定流动瓦斯涌出量计算公式，科学系统的阐明了瓦斯在煤层中的单向、径项和球向流动规律和瓦斯在煤层中的扩散渗透规律。煤层瓦斯流动理论的提出及发展给煤与煤层气共采的科学研究提供技术和理论基础。2.2.2 煤与煤层气共采技术的研究我国煤层气抽采技术经历从“高透气性煤矿煤层气抽放”、“邻近层卸压煤层气抽放”、“低透气性煤层强化煤层气抽放”和“综合抽放煤层气”四个阶段。袁亮院士根据淮南矿区煤层煤层气含量高、埋 藏深、极松软、透气性低和煤层气压力大等复杂地 质条件于 2006 年提出 “复杂地质条件煤与煤层气 共采技术体系”。该体系包括采动煤岩移动卸压增 透抽采瓦斯技术、原始煤层强化抽采瓦斯技术、采空区瓦斯抽采技术等。 袁亮院士结合淮南矿区煤层群开采条件分