专题-矿井瓦斯的防治研究.doc

1、专题部分矿井瓦斯的防治研究摘要：煤炭是我国的基础能源，煤炭开采过程中瓦斯问题突出。本文介绍了我国煤矿瓦斯灾害现状，目前瓦斯治理的主要措施，以及今后一段时间内在瓦斯治理方面所要进行的工作。瓦斯灾害是煤矿井工矿的主要灾害，多年来，经过治理，瓦斯灾害得到了有效控制，但形势依然严峻，其仍然是煤矿安全生产的大敌。治理瓦斯灾害，防范瓦斯事故，始终是煤矿安全和全国安全生产工作的重中之重。依靠传统的加大通风量、优化巷道布置体系的方法，不能从根本上解决瓦斯灾害问题。怎样才能够经济有效的治理瓦斯灾害，成为煤矿工作者的一个重要课题。关键词：煤矿瓦斯 瓦斯治理 瓦斯 瓦斯抽采 Abstract:Coal is Chi

2、nas basic energy, coal mining process gas issues outstanding.This article describes the current situation in China coal mine disaster, the main gas control measures in the present, and future governance of gas over time work to be undertaken.Mine and Mine gas disaster is a major disaster, many years

3、 after treatment, gas disaster has been effectively controlled, but the situation is still grim, it is still the enemy of safety in coal mines.Gas disasters and prevent gas accidents is always the safety and coal mine production safety a top priority.Rely on the traditional increase ventilation, roa

4、dway layout system optimization methods, can not fundamentally solve the problem of gas disaster.How will gas cost-effective management of disasters, as mine workers is an important topic.Key words: coal seam gas; gas control; gas; gasextraction 1瓦斯及瓦斯灾害概述1.1瓦斯的性质和它的组成瓦斯是井下煤岩涌出的各种气体的总称，其主要成分是以甲烷为主的烃

5、类气体，有时也专指甲烷，瓦斯的物理与化学性质一般都是针对甲烷而言的。瓦斯是在煤炭发育过程中形成的，故也称煤层气. 甲烷是无色、无味、可以燃烧或爆炸的气体。它对人呼吸的影响同氮气相似，可使人窒息。例如，由于甲烷的存在，冲淡了空气中的氧气，当甲烷浓度为43%时，空气中相应的氧浓度降到12%，人会感到呼吸非常短促；当甲烷的浓度在空气中达到57%时，相应的氧浓度被冲淡到9%，人即刻处于昏迷状态，有死亡危险1.2瓦斯的来源1.2.1煤层和围岩的透气性差煤系地层岩性组合及其透气性，对煤层瓦斯含量有重大影响，煤层及围岩的透气性越大，瓦斯越易流失，瓦斯含量下；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量大。1.2.2煤

6、层埋藏深度的增加煤层埋藏深度增加，不仅因地应力增高而使得煤层及围岩的透气性变差，而且使得瓦斯向地表运移的距离也增长，二者都有利于封存瓦斯。1.2.3 岩浆岩的侵入岩浆岩侵入含煤岩系、煤层，对瓦斯的生成和赋存影响显著。其一是使煤受岩浆岩热的影响，煤层的煤化变质程度增高，其存贮瓦斯的能力增强，也易于生成瓦斯；其二是对瓦斯排放通路起到了封闭作用，易于存贮瓦斯；其三是使煤层受力，造成煤层结构的破坏，形成软分层；其四是使局部煤系地层处于不均衡的应力紧张状态，积蓄了弹性潜能。1.2.4 地质构造变化带的影响由于断层作用，在煤层及其顶、底板岩层中，产生了一系列的构造裂隙，在断层带内地应力较小，而在断层带两侧

7、地应力值较大，因而在断层带附近往往出现瓦斯涌出异常现象。观测表明，在断层附近瓦斯涌出量的变化呈正常带一升高带一降低带(断层面附近)一升高带一正常带。 1.3 瓦斯灾害给我国煤矿带来的困扰瓦斯灾害，特别是瓦斯煤尘爆炸和煤与瓦斯突出给煤矿带来的最大危害是威胁井下人员生命，摧毁矿井设施，迫使矿井停产，并投入大量人力物力抢险救灾。据资料统计，19811995年，我国重点煤矿在加强瓦斯灾害防治的前提下，仍因瓦斯煤尘爆炸死亡1 582人。瓦斯突出死亡569人瓦斯窒息死亡278人造成直接经济损失近15亿元。近年来，我国煤矿瓦斯灾害事故仍呈不断升级趋势，给煤矿安全生产造成极大威胁。2我国瓦斯防治的现状瓦斯灾害

8、防治的主要目的是防止瓦斯积聚消除瓦斯突出，防治瓦斯煤尘煤炸。防止瓦斯积聚的主要技术途径是减少瓦斯向采掘空间涌出和稀释采掘空间的瓦斯浓度，其中瓦斯抽放是减少瓦斯涌出的一种最有效途径，加强矿井通风是稀释采掘空间瓦斯浓度最有效的方法。消除瓦斯突出等动力现象的主要技术途径是释放煤岩层中的瓦斯和地压。瓦斯灾害防治的辅助手段主要是控制井下火源、建立防隔爆、抑爆和个人防护体系、加强瓦斯监测。电器防爆、使用抗静电和阻燃性材料、使用煤矿许用安全爆破器材、有效防治煤层自然发火、有效控制外因火灾等措施是控制井下火源的主要途径；建立防隔爆抑爆体系是把瓦斯煤尘爆炸控制在最小破坏范围内；建立个人安全防护体系是确保灾害发生

9、时尽量减少人员伤亡；加强瓦斯监测是为了实时发现瓦斯灾害预兆，以便及时采取措施消除灾害隐患。强化矿井通风是为了稀释瓦斯浓度，但我国目前有不少高瓦斯突出矿井存在总供风量不足、通风系统复杂、稳定性差、风流调节与控制困难等问题。要增加供风量，需要增加或扩大进回风井硐和巷道优化通风网络，减少通风阻力，更换大功率通风机械设施等，这需要投入大量的工程和资金；要增强通风系统的稳定性和可调控性，应调整采掘部署，实现集约化生产，完善通风设施强化通风管理。要扩大单工作面生产能力，但又受到瓦斯威胁的制约，风速太大会加速采空区煤炭自然发火，扬起煤尘，恶化生产环境，甚至引起煤尘爆炸，国内矿井回采工作面通风量般应控制在2

10、000m3min以内。部分矿井采用无金属支护的尾巷排放瓦斯，尾巷瓦斯浓度可控制在3以内，尾巷和回风巷稀释的瓦斯量可达30m3min以上，但由于瓦斯涌出和瓦斯浓度分布的不均衡性，这种做法并非安全可靠。瓦斯抽放是控制采掘空间瓦斯浓度、消除采掘工作面瓦斯突出危险性的一种有效途径。将煤岩层和采掘空间中的瓦斯抽排至地面，极大地减少煤岩层和采掘空间中的瓦斯量，发生瓦斯动力现象的动力得到极大削弱，于是采掘空间的瓦斯量可由通风方法稀释，使发生瓦斯灾害事故概率大大降低。限制我国高瓦斯突出矿井井下瓦斯抽放的主要原因，一是煤层的低渗透率和高可塑性，使得沿煤层打钻孔困难，煤层采前预抽效果较差(这些难题通过近几年的攻关

11、研究，已得到较好的解决，目前正在逐步完善)；二是我国煤矿大部分处于偏僻地区，矿区居民较少，民用气量不大，浓度偏低，远距离输送缺乏管网，运输成本高；三是抚顺、六枝和晋城过去曾试验过小型机组煤层气发电，因国家电网管理政策不配套，矿区自发电上网困难而影响到煤层气发电的利用；用瓦斯生产甲醛、炭黑等化工产品，产品质次市场疲软，要生产质优产品技术难度大：因此我国目前煤矿瓦斯抽放的主要目的仍然是为解决安全难题的燃眉之急的一项措施，产生不了经济效益，对矿井来说几乎是一项只有投入没有产出的工程，矿井不可能投入足够资金扩大瓦斯抽放能力。我国地面钻孔抽放瓦斯目前尚处于勘探试验阶段。20世纪70年代，为了解决煤矿瓦斯

12、灾害问题，曾在白沙、抚顺、焦作、阳泉等矿区打了40多个地面钻孔，采用钻孔水力压裂等措施后抽放瓦斯，取得了一些经验，但产气效果不理想，抽气成本太高。1992年，联合国开发计划署资助我国开发煤层气，由煤炭科学研究总院西安分院承担煤层气资源评价，同时在开滦、铁法、松藻进行r示范性的地面、井下试验(美国REI公司负责铁法和松藻项目，GAI公司负责开滦项目，项目已于1998年完成)，试验结果：铁法抽采空区瓦斯的3个地面钻孔，两年半时间内单孔平均产气量为747m3d；开滦施工的3个地面钻孔进行采前预抽，由于水量大，最大产气量2000m3d，不适合于商业开发；松藻主要完善利用系统，冬季民用用气率达100。1

13、995年我国煤炭工业部与美国能源部签定“化石能研究与开发合作议定书”，就煤层气回收与利用领域达成合作协议；同时又同美国安然、美中能源、阿莫科、德士古等公司就淮南、淮北、三交、平顶山、晋城等矿区地面煤层气开发进行合作。1996年，由煤炭部、地矿部和中国石油天然气总公司联合组建中联煤层气有限责任公司，从事煤层气资源的勘探、开发、输送、销售和利用，并享有对外合作专营权。1998年1月中联公司与美国德士古公司合作开发淮北煤层气，预计最终投资规模达5亿美元；同年6月又与美国阿科石油公司和菲利浦斯石油公司合作开发山西河东煤田煤层气；到目前已在全国lO多个矿区施工了100多口井，最大产气量达10000m3d

14、以上，但90以上的气井产气量小于1 ooom3d，据估算，按现有市场价格计，地面钻孔产量小于3 000m3d时，抽放10a以上方可收回投资，因此从目前试验的情况看地面钻孔抽取效果较差，很难达到商业化开采的经济价值。研究表明，在埋深2 000m以内，我国陆上煤田的煤层气资源总量为3035万亿m3，仅次于原苏联和加拿大开发潜力相当大。但我国含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层内生裂隙系统遭到破坏，塑变性大大增强，成为低透气性的高延性结构，其透气性比美国和澳大利亚低23个数量级，这使得地面钻孔完井后采气效果差，水力压裂增产效果不明显。按美国地面煤层气开发选区标准，认为煤层渗透率在(34)1

15、03衄f最佳，但不能低于l10-3时，且要求煤层内生裂隙发育良好。我国煤层渗透率一般在(010001)x 10-3F范围内，渗透率最大的抚顺煤田也仅为(O54_38)10-3衄F，水城、丰城、鹤岗、开滦、柳林等渗透率较好的矿区也仅为(011，8)10。3肿f，远不如美国圣胡安和勇士盆地。抚顺井下水平钻孔与美国同类条件比较，抚顺钻孔影响范围仅50m，而美国达到100m。煤层的低渗透率特点，决定了我国地面开发煤层气的难度很大。3矿井瓦斯事故产生的原因或机理矿井瓦斯事故产生的原因很复杂，通过对原因的归类，大致可分为两大类：主观原因和客观原因。3.1主观上的原因3.1.1对瓦斯的防治重视不够低瓦斯矿井

16、发生瓦斯爆炸事故的重要原因，就是管理人员思想麻痹，认为低瓦斯矿是不会发生瓦斯爆炸，或者发生爆炸事故的概率低，制度不健全，放松管理。低瓦斯矿井在日常管理中，表现为不设瓦斯检查员，或瓦斯检查不认真，或停风后不认真排放瓦斯，或风量不足不加以认真解决等。3.1.2不能准确的确定瓦斯爆炸的下线浓度瓦斯的主要成分是甲烷，也是造成爆炸事故的主要成分。一般实验表明甲烷的爆炸浓度下限为5。而实际上瓦斯气体成分很复杂，其中的可燃气体除了甲烷以外，还存在着如氢气及异丁烷和正己烷等重烃类气体，上述成分的存在会降低瓦斯爆炸浓度下限，增加了瓦斯爆炸的危险性。中国矿业大学李增华教授做了大量的试验证明了上述观点。3.2客观上的原因3.2.1采深加大，瓦斯涌出量增加随着采场向深部延伸，瓦斯的逸散、释放通道逐渐不畅，致使煤