煤礦瓦斯災(zāi)害治理新技術(shù)課件

1、煤礦瓦斯災(zāi)害治理適用新技術(shù) 2019年3月10日 “十五”以來我國能源消費(fèi)總量過快增長，10年增長2.2倍，給資源環(huán)境帶來巨大壓力。我國GDP目前占世界生產(chǎn)總值不到10%，但能源消耗已經(jīng)高于20%，能源排放的污染氣體居世界首位，溫室氣體占世界總量的25%，GDP的能耗、污染排放和碳排放都過高。 “中國能源中長期（2030、2050）發(fā)展戰(zhàn)略研究”提出轉(zhuǎn)變能源供需模式，使其由“以粗放的供給滿足增長過快的需求”，向“以科學(xué)的供給滿足合理的需求”轉(zhuǎn)變。我國煤炭產(chǎn)量約占世界煤炭產(chǎn)量的45%，占世界總量的比重逐年增加，而一些發(fā)達(dá)國家的煤炭產(chǎn)量是下降的。煤電在電力中的比重將由當(dāng)前的約60%逐步下降，205

2、0年可降至35%左右。 煤炭科學(xué)產(chǎn)能是指在安全、高效、潔凈、環(huán)境友好的條件下生產(chǎn)煤炭。而我國現(xiàn)在每年生產(chǎn)的30多億噸原煤只有不到一半符合科學(xué)產(chǎn)煤標(biāo)準(zhǔn)。符合科學(xué)開采的煤炭產(chǎn)能在20年后預(yù)計可達(dá)到34億-38億噸。 煤炭目前是我國主力能源，煤炭的洗選、開采和利用必須改變粗放形態(tài)，走安全、高效、環(huán)保的科學(xué)發(fā)展道路，煤炭在我國總能耗中的比重應(yīng)該逐步下降，2050年可望減至40%（甚至35%）以下，其戰(zhàn)略地位將調(diào)整為重要的基礎(chǔ)能源。我國煤炭的賦存特點(diǎn)，跟我國的地形地貌一樣，復(fù)雜多變。露天煤礦比重低，絕大部分是井工礦，且礦井條件復(fù)雜，煤與瓦斯突出、水、火、頂板等自然災(zāi)害多。復(fù)雜的地質(zhì)條件也造就了一支特別能

3、戰(zhàn)斗的隊(duì)伍，經(jīng)過多年的奮戰(zhàn)，我們已擁有比較先進(jìn)的煤炭科學(xué)技術(shù)和裝備水平。 2000年以來我國煤礦安全科技工作者圍繞煤礦瓦斯災(zāi)害治理、防滅火、粉塵防治、水害防治、瓦斯利用、安全監(jiān)測監(jiān)控和應(yīng)急救援等方面開展了大量基礎(chǔ)研究及應(yīng)用技術(shù)開發(fā),取得了眾多研究成果。重要創(chuàng)新性成果瓦斯災(zāi)害防治技術(shù) 煤礦井下鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù)地面鉆井抽采瓦斯技術(shù) 井下采動裂隙帶探測技術(shù) 煤層氣利用技術(shù)進(jìn)展1、瓦斯災(zāi)害危險區(qū)瓦斯地質(zhì)預(yù)測技術(shù)實(shí)踐表明，煤礦瓦斯災(zāi)害的發(fā)生具有區(qū)域分布的特點(diǎn)，瓦斯災(zāi)害特別是煤與瓦斯突出，地質(zhì)條件是其主控因素。取得的3項(xiàng)創(chuàng)新成果：以瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法為基礎(chǔ)的瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)、多尺度突出區(qū)域預(yù)測瓦斯地質(zhì)方

4、法和指標(biāo)及可視化預(yù)測等。（1）瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法為基礎(chǔ)的瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù) 分源預(yù)測法和瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法結(jié)合起來，通過技術(shù)互補(bǔ)，改進(jìn)和完善了以瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法為基礎(chǔ)的瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)，并在鄭煤集團(tuán)告成礦和大平礦進(jìn)行了示范應(yīng)用。對大平礦3個工作面預(yù)測的相對誤差分別為2.4%、4.4%、17.5%，平均誤差為8.1%。（2）多尺度突出區(qū)域預(yù)測瓦斯地質(zhì)方法及指標(biāo) 突出區(qū)域預(yù)測瓦斯地質(zhì)方法的核心是識別瓦斯富集區(qū)和構(gòu)造軟煤發(fā)育區(qū)?？紤]到不同規(guī)模的構(gòu)造對瓦斯賦存和構(gòu)造軟煤的控制作用是有差異的，井田的劃分、礦井內(nèi)部采區(qū)的安排以及工作面的布置都在很大程度上受到構(gòu)造格局的影響。因此，從構(gòu)造的尺度效應(yīng)、礦井

5、生產(chǎn)布局和突出區(qū)域預(yù)測的研究方法、獲得構(gòu)造軟煤等基本數(shù)據(jù)的技術(shù)途徑和精細(xì)可靠程度等多個因素來看，突出區(qū)域預(yù)測應(yīng)在不同的尺度進(jìn)行。（3）多尺度瓦斯地質(zhì)編圖方法及可視化預(yù)測系統(tǒng) 采用Visual C+ 6.0作為軟件開發(fā)平臺，利用GIS組件MapObjects2.3，結(jié)合瓦斯地質(zhì)理論、GIS原理與方法、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和可視化理論等，實(shí)現(xiàn)了礦井基礎(chǔ)圖件的可視表達(dá)，建立了瓦斯地質(zhì)信息庫（包括斷層、鉆孔、瓦斯含量、突出點(diǎn)等信息），開發(fā)出了可獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)字瓦斯地質(zhì)編圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了瓦斯含量預(yù)測過程及預(yù)測結(jié)果的可視化。 鶴壁六礦北四采區(qū)突出區(qū)域預(yù)測圖 2、基于電磁輻射原理的煤巖動力災(zāi)害預(yù)測技術(shù)中國礦大研究了電磁輻

6、射法監(jiān)測預(yù)報煤巖動力災(zāi)害的技術(shù)及方法，開發(fā)了煤與瓦斯突出電磁輻射監(jiān)測儀，初步實(shí)現(xiàn)了電磁輻射的動態(tài)連續(xù)監(jiān)測。 但在實(shí)用化技術(shù)方面需進(jìn)一步研究完善，如在電磁輻射預(yù)警臨界值及動態(tài)預(yù)警準(zhǔn)則、煤巖動力災(zāi)害電磁輻射動態(tài)監(jiān)測等方面，是這一技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵，也是現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理人員最為關(guān)注的問題。 電磁輻射預(yù)測技術(shù)成果通過理論分析和進(jìn)一步現(xiàn)場實(shí)測干擾源特征，對煤巖電磁輻射自動監(jiān)測預(yù)報裝備和動態(tài)監(jiān)測軟件進(jìn)行了完善，提高了濾噪、抗干擾能力、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時，開發(fā)了在線式電磁輻射實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，判斷電磁輻射水平的變化趨勢，從而對煤與瓦斯突出和沖擊礦壓危險發(fā)生的可能做出預(yù)測預(yù)

7、報。實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)視南山、峻德礦電磁輻射測試數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了與煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行完善提高后的電磁輻射裝置電磁輻射指標(biāo)的臨界值研究成果 在南山礦和紅菱礦的監(jiān)測試驗(yàn)表明，電磁輻射強(qiáng)度指標(biāo)對煤與瓦斯突出危險程度非常敏感。 通過現(xiàn)場對比試驗(yàn)，綜合分析確定了兩個礦電磁輻射指標(biāo)的臨界值：南山礦238和311工作面煤與瓦斯突出的電磁輻射預(yù)測臨界值均為20mV；紅菱礦1200掘進(jìn)工作面的電磁輻射強(qiáng)度臨界值為49mV。這些成果為推進(jìn)電磁輻射技術(shù)用于瓦斯災(zāi)害預(yù)測提供了重要支撐。3、井下地質(zhì)雷達(dá)超前探測技術(shù) “十五” 期間，在引進(jìn)、消化吸收和創(chuàng)新國外技術(shù)的研究上，重慶院成功地開發(fā)出了井下防爆地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)與裝備。近幾

8、年重點(diǎn)開展了雷達(dá)天線、現(xiàn)場工作方法及應(yīng)用考察等研究。 煤層煤層掘進(jìn)頭接發(fā)射接收異常體介質(zhì)分界面巷道掘進(jìn)頭雷達(dá)超前探測平面示意圖 地質(zhì)雷達(dá)超前探測3項(xiàng)創(chuàng)新成果 針對不同深度、不同地質(zhì)異常，開發(fā)了礦井受限空間防爆屏蔽單脈沖調(diào)制平面的系列天線（50MHz200MHz），多種天線結(jié)合使用還可提高解釋精度和降低物探多解性。井下超前探測工作方法可多樣靈活，可實(shí)現(xiàn)向下、向上、向側(cè)幫全方位探測。 開發(fā)出的防爆型地質(zhì)雷達(dá)可適用于礦井瓦斯突出危險區(qū)域探測；煤層異常變化帶探測；陷落柱及煤層夾矸探測等。 4、煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 近幾年來，在瓦斯抽放長鉆孔施工鉆機(jī)能力方面，以西安院、重慶院等為主的科研單位已

9、取得了長足進(jìn)步，研究成功了500-1000m的系列長鉆孔裝備。但是僅有鉆機(jī)能力滿足設(shè)計要求是不夠的，定向鉆進(jìn)工藝和穩(wěn)定組合鉆具 是實(shí)現(xiàn)長鉆孔施工成功的關(guān)鍵。為此，針對瓦斯抽放長鉆孔施工過程中的鉆孔定位和鉆具等關(guān)鍵技術(shù)難題，西安院重點(diǎn)研究完善了穩(wěn)定組合鉆頭、組合鉆具，開發(fā)了多點(diǎn)即時測斜儀等。穩(wěn)定組合鉆頭及穩(wěn)定組合鉆具 多級組合鉆頭復(fù)合片組合式擴(kuò)孔鉆頭內(nèi)凹復(fù)合片鉆頭應(yīng)用效果 在七臺河精煤集團(tuán)新興礦41051工作面分別完成了孔深520m、685m和374m的近水平高位巖石定向鉆孔。 在銅川局玉華礦完成了一個孔深820m定向鉆孔。 在彬長公司大佛寺礦鉆進(jìn)了深度為705m的長鉆孔 2019年，在寺河礦2

10、305工作面對研制的73mm高強(qiáng)度鉆桿、穩(wěn)定組合鉆頭和組合鉆具進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證, 共鉆進(jìn)三個鉆孔，孔深分別為603m、350m和612m的近水平煤層定向鉆孔。 煤礦井下瓦斯抽放長鉆孔裝備及工藝創(chuàng)新點(diǎn)鉆孔施工過程中，鉆桿會受到拉、壓、彎、扭等多種作用，斷鉆是工程中的普遍現(xiàn)象，解決了73mm高強(qiáng)度鉆桿結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造關(guān)鍵技術(shù)，為提高成孔率創(chuàng)造了先決條件。 優(yōu)化的多級組合鉆頭、鉆具和螺旋槽扶正器，增加了鉆孔定向精度和成孔率。 測斜儀采用新型半導(dǎo)體傳感器，測斜過程中實(shí)時顯示鉆進(jìn)軌跡及與鉆孔設(shè)計的方位差，解決了瓦斯抽放長鉆孔施工過程中的鉆孔定位關(guān)鍵技術(shù)難題。5、突出松軟煤層抽放鉆孔關(guān)鍵技術(shù) 突出松軟煤層鉆孔

11、難一直制約著我國煤礦瓦斯抽放與突出防治的技術(shù)發(fā)展。 實(shí)踐證明，螺旋鉆進(jìn)、壓風(fēng)排渣是松軟突出煤層成孔的有效途徑，但還需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)。重慶院創(chuàng)新研究思路，從工藝和裝備兩方面入手，通過攻關(guān)研究，取得了實(shí)質(zhì)性的技術(shù)突破。 重點(diǎn)開展了3方面核心技術(shù)的研究 試驗(yàn)考察了鉆機(jī)鉆具轉(zhuǎn)速與排渣效果的關(guān)系，確定了螺旋鉆機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速，避免或減弱了螺旋鉆機(jī)施工時因排渣不暢而形成阻塞和憋鉆現(xiàn)象。試驗(yàn)研究了鉆進(jìn)速度與煤的性質(zhì)、成孔直徑、鉆具轉(zhuǎn)速的關(guān)系，對螺旋鉆桿主要參數(shù)進(jìn)行了分析，確定了螺旋鉆桿螺旋角。通過對螺旋成孔所需臨界轉(zhuǎn)速、鉆桿螺旋升角、中心管徑、螺距的優(yōu)化研究，確定了鉆機(jī)的最優(yōu)參數(shù)，開發(fā)出適用于松軟突出煤層順

12、層長鉆孔施工的螺旋鉆機(jī)和相應(yīng)的鉆具。55kw型螺旋鉆機(jī)松藻礦區(qū)現(xiàn)場鉆孔對比 在渝陽煤礦煤柱區(qū)成孔深度達(dá)168米，由于見巖而終孔，還能繼續(xù)鉆進(jìn)。 在同一地點(diǎn)，用相同能力的鉆機(jī)，采用礦上現(xiàn)有的螺旋鉆桿及鉆頭作對比試驗(yàn)，最大成孔深度還不到80米，60米左右就卡鉆、抱鉆，70多米時鉆機(jī)就不能旋轉(zhuǎn)了。 通過現(xiàn)場試驗(yàn)，螺旋鉆進(jìn)成孔技術(shù)能成孔160m深度以上，為今后順層長鉆孔的施工從裝備和工藝技術(shù)上奠定了很好的基礎(chǔ)。6、安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù) 3個方面的重要創(chuàng)新：紅外甲烷傳感器已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用階段瓦斯抽放監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)取得突破安全監(jiān)測與生產(chǎn)監(jiān)控已實(shí)現(xiàn)綜合一體化紅外甲烷傳感器研究與發(fā)展國內(nèi)外用于煤礦井下甲烷氣

13、體檢測有光干涉、載體催化、熱導(dǎo)、紅外、激光、氣敏等原理。我國煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中配套使用的低濃度甲烷傳感器基本上都是采用載體催化原理，瓦斯抽放監(jiān)測系統(tǒng)中使用的高濃度甲烷傳感器基本上都采用熱導(dǎo)原理。由于載體催化傳感器存在抗高瓦斯沖擊的性能差、調(diào)校周期短等缺點(diǎn)，一直制約著甲烷檢測技術(shù)的發(fā)展。紅外甲烷傳感器(配監(jiān)測系統(tǒng))測量范圍：010.0%CH4分辨率：0.01CH4測量精度：0.001.00%CH4 0.10%CH41.002.00%CH4 0.20%CH42.004.00%CH4 0.30%CH44.0010.0%CH4 8.00%真值(相對誤差)元件檢測反應(yīng)速度：20s調(diào)校周期：6個月使用壽命

14、：5年信號帶負(fù)載能力：0400報警方式：間歇式聲光報警85dB(聲強(qiáng))，能見度20m(光強(qiáng))0.7/臺，是催化的3-4倍，是國外（2萬）的1/3。抽放管道用紅外甲烷傳感器紅外線甲烷氣體檢測技術(shù)技術(shù)指標(biāo)：測量范圍:(0100)%VOL響應(yīng)時間：40s(t90)測量精度：真值的6個月工作電壓：DC 924V工作電流：50mA.18VDC溫度范圍：-20到50 壓力范圍：40kPa到130kPa使用壽命：5年優(yōu)點(diǎn)：1.測量范圍寬2.測量精度高3.穩(wěn)定性能好4.適應(yīng)壓力、溫度范圍寬5.高調(diào)校時間長6.整機(jī)功耗小管道紅外甲烷傳感器與熱導(dǎo)原理甲烷傳感器比較管道流量、甲烷濃度監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù) 1 法蘭 2 截止

15、閥 3 采樣旁管 4 差壓變送器 5 智能顯示儀 6 電源及信號進(jìn)線嘴 7 紅外甲烷電源及信號 8 顯示窗 9 探頭氣室 10 V型錐體 11 負(fù)壓取樣管 12 溫度探頭 13 正壓取樣口 14 V錐流量傳感器測量管段它是一種差壓式流量傳感器。它通過在管道中心安裝一錐形體，使管道中心流體繞錐形體流動，迫使高流速的中心與接近管壁的低流速均勻化從而在錐體前后形成穩(wěn)定的差壓，通過計算得到介質(zhì)流量。 7.地面鉆井“一井三用”技術(shù) 首先超前于煤炭開采，設(shè)置壓裂井形式的地面鉆井，以壓裂法在煤層中形成人工裂縫和產(chǎn)氣通道，利用瓦斯自然釋放的正壓進(jìn)行瓦斯收集，消除下煤組的煤與瓦斯突出 地面鉆井二用：下煤組開采時

16、對上煤組和中組煤造成采動卸壓及應(yīng)力釋放，利用同一個地面鉆井，以負(fù)壓的方式抽采處于彎曲下沉帶內(nèi)上煤組和中煤組中的瓦斯 。三用：開采上煤組和中煤組的同時，再次利用所述同一個地面鉆井負(fù)壓抽采中煤組或上煤組本層工作面開采時的采空區(qū)瓦斯。 地面鉆井“一井三用”技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 蘆嶺礦屬高瓦斯突出礦井，主采8、9煤層厚度在1012米左右，屬特厚煤層。 提前810年對8、9、10煤層進(jìn)行壓裂預(yù)抽，首先使10煤預(yù)抽瓦斯在40%以上，實(shí)現(xiàn)保護(hù)層開采消突；其次當(dāng)10煤開采時，二次利用壓裂井改作采動井，抽采被保護(hù)層7、8、9煤層的采動區(qū)卸壓瓦斯；最后在開采8、9煤層時，三次利用該井抽采8、9煤層的采空瓦斯，這樣就可以實(shí)

17、現(xiàn)壓裂井變?yōu)椴蓜泳筒煽諈^(qū)井，使“一井三用”最大限度地抽采和開采煤層瓦斯，達(dá)到根治瓦斯確保礦井安全的戰(zhàn)略目標(biāo)。 抽采瓦斯的日產(chǎn)氣量可以達(dá)到3000m2，供10臺500千瓦發(fā)電機(jī)組同時發(fā)電。8.地面長距離水平定向鉆進(jìn)技術(shù)利用大功率定向鉆機(jī)，由地面鉆進(jìn)生產(chǎn)垂直井至目標(biāo)煤層下50m，再對目標(biāo)煤層擴(kuò)孔到460mm；由地面穿層斜井至目標(biāo)煤層，沿煤層水平鉆進(jìn)，依靠定向系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水平井與垂直生產(chǎn)井的對接，形成“三托一”或“二托一”的瓦斯抽采系統(tǒng)。地面長距離水平定向鉆進(jìn)技術(shù)地面長距離水平定向鉆機(jī)地面長距離水平定向鉆進(jìn)技術(shù)9.地面鉆孔瓦斯抽放技術(shù) 羽狀鉆孔 原理：地面鉆井一個開孔位置，多個分支進(jìn)入煤層，使煤層鉆孔

18、長度極大增加，加大鉆井控制范圍和抽瓦斯量。地面鉆孔瓦斯抽放技術(shù) 定向鉆孔 1民用燃料(CH440%)2工業(yè)燃料(CH440%) 10、煤層氣利用技術(shù)進(jìn)展3發(fā)電(CH430%)4煤層氣液化(CH440%)5濃縮富集1細(xì)水霧輸送及低濃度發(fā)電技術(shù)1混燃發(fā)電及熱逆流轉(zhuǎn)反應(yīng)技術(shù)中高濃度煤層氣低濃度煤層氣礦井乏風(fēng)中甲烷不同濃度煤層氣 規(guī)模：2019年達(dá)200萬戶以上，應(yīng)用前景好。 所需甲烷濃度：40%以上。 國家政策：未進(jìn)入城市公共配氣管網(wǎng)的民用煤層氣銷售價格由供需雙方協(xié)商確定；進(jìn)入城市公共配氣管網(wǎng)并納入政府管理范圍的民用煤層氣銷售價格，按照與天然氣、煤氣、液化氣等可替代燃料保持等熱值合理比價關(guān)系的原則確

19、定。一般民用價格在1.02.5元/m3（純）。 管道建設(shè)：第一條跨省煤層氣長輸管道項(xiàng)目“端氏晉城博愛煤層氣管道”正在建設(shè)。 (1) 民用燃料(2) 中高濃度煤層氣發(fā)電陽泉煤層氣氧化鋁焙燒項(xiàng)目：年耗煤層氣1.26億m3，減排約189萬tCO2e，利用甲烷濃度35%。鐵法煤層氣供法庫縣陶瓷城項(xiàng)目：甲烷濃度41%，年利用量3500萬m3，已經(jīng)有8家企業(yè)使用煤層氣，日用量在14-16萬m3 。(3) 工業(yè)燃料 汽車燃料應(yīng)用情況：山西太原、晉城、長治等地區(qū)，用于出租車、柴油車、排矸車等燃柴油車輛。舉例：2019年，太原市建成7座煤層氣加氣站，約有1000輛出租車改用煤層氣作為燃料。太原市煤層氣價格為3.

20、2元/m3，93號汽油最低6.07元/升，1m3煤層氣與1升汽油熱值相當(dāng)，兩者價格相差近3元。(4) 液化技術(shù)港華煤層氣液化廠區(qū)圖山西港華煤層氣液化項(xiàng)目：陽泉含氧煤層氣液化項(xiàng)目：處于商業(yè)化示范階段采用地面開發(fā)的煤層氣與管道運(yùn)輸比較經(jīng)濟(jì)性好CH4濃度92%以上一期25萬m3/d，已投產(chǎn)二期57萬m3/d，正在建設(shè)中液化裝置全部國產(chǎn)化處于工業(yè)試驗(yàn)階段適用濃度：CH4濃度在30%以上日產(chǎn)氣量：目前1.2t/d應(yīng)用情況：經(jīng)過一年連續(xù)開機(jī)試驗(yàn)，運(yùn)行平穩(wěn)。煤層氣抽采、液化、儲存、運(yùn)輸、使用流程抽采液化運(yùn)輸儲存使用以脫氮最為復(fù)雜，難度最大，可采取的核心分離技術(shù)有：(5) 濃縮富集低溫精餾分離技術(shù)在大規(guī)模分離

21、煤層氣(Mm3/d) 時才具有商業(yè)價值，適宜于CH4濃度在30%以上。 變壓吸附(PSA)目前處于工業(yè)性示范研究膜分離技術(shù)離工業(yè)化還有差距存在問題：低溫精餾法在工業(yè)上獲得成功應(yīng)用，但該工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，成本高，不適于中小型煤礦。變壓吸附(PSA)技術(shù)，開發(fā)合適的吸附劑，降低成本。(6) 低濃度煤層氣發(fā)電技術(shù)成熟，運(yùn)行功率為400420kW，發(fā)電單位投資為80009500元/kW。盤江礦區(qū) 彬長礦區(qū)潞安煤業(yè)平煤集團(tuán)兩淮地區(qū)峰峰集團(tuán)陽泉礦區(qū)離柳礦區(qū)阜新礦區(qū) 雞西礦區(qū)石炭井礦區(qū)華鎣山礦區(qū)(7) 礦井乏風(fēng)中甲烷的利用撫礦礦井乏風(fēng)與抽采瓦斯混合發(fā)電流程圖處于研究示范階段、技術(shù)不成熟、成本高。(7)

22、礦井乏風(fēng)中甲烷的利用示范工程1撫礦礦井乏風(fēng)與抽采瓦斯混合發(fā)電利用瓦斯3400Nm3/h（濃度30%）利用乏風(fēng)22600Nm3/h裝機(jī)3500kW年發(fā)電3000萬kWh回收余熱17800 m3/h(溫度360）示范工程2 引進(jìn)瑞典的風(fēng)排瓦斯凈化裝置鄭州告成煤礦采用低濃度瓦斯?jié)袷捷斔拖到y(tǒng)，利用礦區(qū)的CMM與VAM混合氣氧化加熱，該項(xiàng)目投運(yùn)后，每年可消耗瓦斯150萬m3以上，提供40萬m340生活熱水， 但無經(jīng)濟(jì)性。示范工程3勝動煤礦乏風(fēng)甲烷氧化裝置 阜新某煤礦擬安裝10臺6萬m3/h的乏風(fēng)氧化裝置，利用乏風(fēng)濃度為0.6%，10臺每小時可氧化純CH43600m3(相當(dāng)于減排50t二氧化碳)，能替代1

23、臺15t/h的蒸汽鍋爐，1天可節(jié)煤72t。主要利用技術(shù)匯總表-1煤層氣利用存在的障礙和問題（1）煤層氣利用率低圖：煤層氣歷年利用率變化示意圖煤層氣利用存在的障礙和問題（2）裝備水平需進(jìn)一步提高（4）經(jīng)濟(jì)效益差（3）政策落實(shí)不到位（5）未形成規(guī)?；?000kW以上內(nèi)燃機(jī)組及大功率高參數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)組尚不成熟,發(fā)電效率比國外裝備低10個百分點(diǎn)、可靠性較差 發(fā)電補(bǔ)貼費(fèi)用未兌現(xiàn)，建議從可再生能源發(fā)電統(tǒng)籌資金中給予解決發(fā)展趨勢1.煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用是主體圖：歷年及規(guī)劃中煤礦區(qū)煤層氣抽放量在1108m3以上礦區(qū)數(shù)量11233681118360510152025303540199019932019200020

24、1920192019201920192019年份礦區(qū)數(shù)（個）2.煤層氣發(fā)電、壓縮和液化后作為工業(yè)和民用燃料是今后主要利用方向發(fā)展趨勢3.低濃度瓦斯利用技術(shù)是重點(diǎn) 4.裝備的大型化、成套化是必然選擇 目前，瓦斯利用技術(shù)主要在中高濃度瓦斯領(lǐng)域推廣，忽視了低濃度瓦斯和礦井乏風(fēng)瓦斯的利用。2.煤層氣發(fā)電、壓縮和液化后作為工業(yè)和民用燃料是今后主要利用方向發(fā)展趨勢3.低濃度瓦斯利用技術(shù)是重點(diǎn) 4.裝備的大型化、成套化是必然選擇 目前，瓦斯利用技術(shù)主要在中高濃度瓦斯領(lǐng)域推廣，忽視了低濃度瓦斯和礦井乏風(fēng)瓦斯的利用。提 綱一、堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理。二、堅持瓦斯抽采精細(xì)化、規(guī)范化、最大化、信息化。三、堅

25、持瓦斯治理技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)瓦斯抽采與利用。四、堅持瓦斯治理與利用并重，以用促抽。五、堅持瓦斯治理七項(xiàng)管理制度，嚴(yán)肅問責(zé)?；茨系V區(qū)瓦斯抽采淮南礦業(yè)集團(tuán)煤炭儲量285億噸，現(xiàn)有12對生產(chǎn)礦井，其中突出礦井11對，高瓦斯礦井1對；基建礦井1對，為突出礦井。謝橋礦顧橋礦潘三礦潘一礦潘二礦新莊孜礦李嘴孜礦謝一礦丁集礦潘北礦顧北礦朱集項(xiàng)目部潘一礦東區(qū)項(xiàng)目部張集礦淮南礦區(qū)瓦斯抽采淮南礦區(qū)瓦斯抽采瓦斯絕對涌出量每分鐘1332m3/min，而且每年以100 m3/min遞增。礦區(qū)煤層賦存條件極其復(fù)雜，瓦斯含量高（1226m3/t）、瓦斯壓力大（高達(dá)6.2MPa）、埋藏深（3001500 m）、煤層極松軟（f值0.

26、10.8）、透氣性低（滲透率為0.001mD）；多組煤層群開采，煤層傾角090，煤層圍巖為軟巖，地壓大；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層多。 淮南煤田是高瓦斯、高地壓、高地溫、高承壓水復(fù)雜地質(zhì)條件下煤層群開采的典型礦區(qū)，自然災(zāi)害威脅巨大，尤其是瓦斯治理難，歷史上曾是全國煤礦瓦斯事故重災(zāi)區(qū)?；茨系V區(qū)瓦斯抽采 新莊孜礦85年“824”事故死亡28人 潘一礦87年“129”事故死亡45人 潘一礦93年“120”事故死亡39人 謝一礦95年“623”事故死亡76人 潘三礦97年“1113”事故死亡88人 謝二礦97年“1127”事故死亡45人 2019年起決心全面治理瓦斯，樹立全面積極的瓦斯治理觀，認(rèn)真貫徹落實(shí)國家

27、煤礦安全監(jiān)察局“十二字”方針和“十六字”瓦斯治理工作體系，探索出一條高瓦斯礦區(qū)瓦斯綜合治理的新路子?；茨系V區(qū)瓦斯抽采與利用 一、堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理淮南礦區(qū)瓦斯抽采與利用 嚴(yán)格貫徹落實(shí)國家局“19號令”和集團(tuán)公司2009年“88號文”，堅定不移地開采保護(hù)層，堅決做到“不掘突出頭，不采突出面”。全面梳理分析淮南礦區(qū)各礦井保護(hù)層開采條件，科學(xué)確定關(guān)鍵保護(hù)層，及各煤層的開采順序區(qū)域性治理措施的實(shí)施，保護(hù)層最薄煤層0.3m;無保護(hù)層可采的突出煤層突出危險區(qū)，分類采取預(yù)抽措施。堅定不移地實(shí)施多打巖巷多打鉆，給足抽采卸壓時間，目標(biāo)是使高瓦斯煤層抽采到低瓦斯?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行采掘作業(yè)。 淮南礦區(qū)瓦斯抽采堅

28、持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 新建礦井的井筒落底標(biāo)高及開拓開采布局設(shè)計必須有利于瓦斯治理；礦井新水平、新采區(qū)開拓設(shè)計必須優(yōu)先考慮瓦斯治理；礦井采場中長期規(guī)劃必須符合瓦斯治理規(guī)劃要求；“一通三防”系統(tǒng)能力，特別是礦井通風(fēng)能力和抽采能力的設(shè)計預(yù)留12倍的能力?；茨系V區(qū)瓦斯抽采堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 瓦斯治理工程超前施工。瓦斯治理規(guī)劃按照“精排一年，細(xì)排三年，規(guī)劃五年”的要求，前瞻性考慮瓦斯治理工程，超前施工，為瓦斯治理預(yù)留空間和時間。2019年正在回采的謝橋礦1161（3）綜采工作面采，突出危險區(qū)用“一面四巷”治理瓦斯，底板巷和高抽巷分別提前了8年和5年施工，對工作面消突和抽采。淮南礦區(qū)瓦

29、斯抽采與利用 堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 堅持“瓦斯超限就是事故”，實(shí)施“可保盡保、應(yīng)抽盡抽”的瓦斯治本戰(zhàn)略，堅持瓦斯治理五項(xiàng)指標(biāo)目標(biāo)管理?；茨系V區(qū)瓦斯抽采堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 保護(hù)層開采面積，從2019年的143萬平方米增加到2019年的316萬平方米； 瓦斯抽采量，從2019年的1.5億立方米提高到2019年的4億立方米；瓦斯抽采率，從2019年的43%提高到2019年的63%?；茨系V區(qū)瓦斯抽采堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 瓦斯鉆孔量，從2019年的96萬米提高到2019年的380萬米?；茨系V區(qū)瓦斯抽采堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 瓦斯治理巷道總進(jìn)尺，從2019年的1.4

30、萬米增加到2019年的5.5萬米?；茨系V區(qū)瓦斯抽采堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理 瓦斯治理取得明顯成效，瓦斯超限次數(shù)從2019年的343次下降到2019年的13次，今年至目前為止，共發(fā)生2次瓦斯超限?；茨系V區(qū)瓦斯抽采堅持從規(guī)劃、設(shè)計源頭抓瓦斯治理淮南礦區(qū)瓦斯抽采二、堅持瓦斯抽采精細(xì)化、規(guī)范化、最大化、信息化 根據(jù)瓦斯賦存情況設(shè)計抽采參數(shù)（壓力、瓦斯含量、透氣性系數(shù)、抽采半徑），實(shí)現(xiàn)防突分級治理、分級管理，為提高防突工作的效率和效果提供了基礎(chǔ)保證。底（頂）板巷穿層鉆孔做到保直鉆進(jìn)和反演，選擇不少于15%的鉆孔進(jìn)行測斜，鉆孔施工后及時反演并繪制措施竣工圖。堅持抽采高負(fù)壓，從設(shè)計源頭考慮鉆孔施工需要

31、，對巷道（鉆場）處于斷層破碎帶的進(jìn)行噴、注漿處理。礦井瓦斯抽采系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高、低濃度分開抽采，各抽采系統(tǒng)安裝自動放水器，采煤工作面上隅角推行以移動泵或地面低濃抽采系統(tǒng)抽采。采用封孔管卡固定合茬軟管，開展抽采系統(tǒng)的檢漏工作，確保各地點(diǎn)抽采負(fù)壓需要。瓦斯抽采精細(xì)化 嚴(yán)格執(zhí)行抽采、打鉆安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)，鉆孔施工高質(zhì)量，執(zhí)行誰打鉆、誰負(fù)責(zé)的原則。鉆孔嚴(yán)封孔，實(shí)行帶壓封孔，下向鉆孔全程下套管，建立鉆孔成孔和封孔質(zhì)量驗(yàn)收制度，鉆孔封孔前、封孔后、合茬前對鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測，標(biāo)準(zhǔn)是孔口負(fù)壓13kPa。封孔24小時內(nèi)，預(yù)抽鉆孔抽采瓦斯?jié)舛炔坏玫陀?0。瓦斯抽采規(guī)范化 建立“大流量、多臺泵，大管徑、多回路”的

32、高強(qiáng)抽采能力格局。地面抽采系統(tǒng)安裝單泵流量達(dá)500 m3/min的大抽采泵，系統(tǒng)實(shí)際抽采能力預(yù)留24倍的富余系數(shù)。抽采干管設(shè)計要有系統(tǒng)需要抽采最大流量的1.52.0倍能力，采掘工作面支管設(shè)計要有需要抽采最大流量的1.31.5倍能力，礦井抽采系統(tǒng)根據(jù)抽采需要及時進(jìn)行改（擴(kuò)）建，實(shí)現(xiàn)抽采能力最大化。重視被保護(hù)層卸壓瓦斯抽采，規(guī)定被保護(hù)層原始瓦斯含量在10m3/t以下的，卸壓瓦斯預(yù)抽率不得低于35%；被保護(hù)層原始瓦斯含量在1015 m3/t的，卸壓瓦斯預(yù)抽率不得低于45%；被保護(hù)層原始瓦斯含量在15 m3/t以上的，卸壓瓦斯預(yù)抽率不得低于60%，確保實(shí)現(xiàn)高瓦斯煤層抽采到低瓦斯?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行采掘活動。瓦斯

33、抽采最大化 地面永久及井下移動抽采泵站、井巷揭煤工作面、底（頂）板穿層預(yù)抽評價單元必須安裝抽采自動計量裝置(包括流量、濃度、溫度、壓力傳感器)，實(shí)現(xiàn)瓦斯壓力、濃度、瞬時的抽采混合量、瞬時的瓦斯抽采純量、累計抽采量、抽采率、抽采負(fù)壓、溫度等“八參數(shù)”同時在線監(jiān)測，準(zhǔn)確、精確計量瓦斯抽采量，實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽采信息化。采用正壓傳感器進(jìn)行煤層瓦斯壓力在線監(jiān)測，自動生成實(shí)時壓力曲線，獲得煤層瓦斯壓力隨抽采時間的變化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯壓力在線監(jiān)測；采用負(fù)壓自動放水器，通過水位傳感器將信號上傳至監(jiān)控分站，實(shí)現(xiàn)放水在線監(jiān)測和自動定時放水，并通過監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動或手動遙控放水。所有在線監(jiān)測信息均在監(jiān)控終端顯示，

34、做到了實(shí)時監(jiān)控。瓦斯抽采信息化淮南礦區(qū)瓦斯抽采三、堅持瓦斯治理技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)瓦斯抽采與利用 以煤礦瓦斯治理國家工程研究中心為平臺，結(jié)合承擔(dān)的“十一五”國家科技支撐計劃項(xiàng)目和國家科技重大專項(xiàng)研發(fā)任務(wù)，加大產(chǎn)學(xué)研力度，深入推進(jìn)瓦斯治理技術(shù)自主創(chuàng)新。完善了保護(hù)層開采技術(shù)體系，創(chuàng)立了低透氣性高瓦斯煤層群無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)，建立了井上下立體瓦斯抽采體系，創(chuàng)新了打鉆技術(shù)、深部開采石門快速揭煤技術(shù)、瓦斯治理信息化技術(shù)等等，初步解決了瓦斯治理難題。主要抽采技術(shù)有：堅持瓦斯治理技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)瓦斯抽采與利用（一）無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)。 2019年以來，在袁亮院士的帶領(lǐng)下，研究成功煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關(guān)鍵

35、技術(shù)。利用埋管抽采留巷形成的采空區(qū)聚集瓦斯，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)高濃度瓦斯抽采；利用高位鉆孔抽采頂板遠(yuǎn)程卸壓煤層瓦斯；利用下向穿層鉆孔抽采下部遠(yuǎn)程卸壓煤層瓦斯；留巷鉆孔抽采瓦斯保障技術(shù)。 新莊孜礦采用沿空留巷開采B10煤層，解放上覆B11b煤層和下伏B8煤層，通過留巷卸壓煤氣共采，開采保護(hù)層14萬，上覆B11b煤層瓦斯抽采量490萬m，抽采率67%；下伏B8煤層瓦斯抽采量280萬m，抽采率76%。共解放煤量190萬噸。淮南礦區(qū)瓦斯抽采堅持瓦斯治理技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)瓦斯抽采與利用（二）立體瓦斯抽采技術(shù) 煤層群開采過程中，瓦斯涌出主要來源于鄰近煤層卸壓瓦斯，采用地面鉆井、高抽巷或工作面兩巷穿層鉆孔抽采上覆煤層卸

36、壓瓦斯，采用底板巷或工作面兩巷穿層鉆孔攔截抽采下伏煤層卸壓瓦斯，采用遠(yuǎn)距離底板巷上向穿層鉆孔抽采遠(yuǎn)距離下伏煤層卸壓瓦斯，充分利用保護(hù)層采動影響實(shí)現(xiàn)最大化抽采上下煤層卸壓瓦斯，形成立體式抽采模式。 新莊孜礦62110工作面，其上覆B11b煤及下伏B8煤均為強(qiáng)突煤層，距保護(hù)層煤層70m的遠(yuǎn)距離下伏B7、B6煤層也為突出煤層，采用62110工作面上下風(fēng)巷穿層鉆孔抽采B11b煤層卸壓瓦斯，采用62110工作面底板巷下向孔抽采B8煤層卸壓瓦斯，采用B6煤層底板巷上向鉆孔抽采B7、B6煤層卸壓瓦斯，構(gòu)成立體抽采模式。上覆B11b煤層抽采量達(dá)22 m/min，下伏B8煤層抽采量20 m/min，下伏B7、B6煤層抽采量25m/min，實(shí)現(xiàn)瓦斯治理效果最大化。立體抽采模式 開采112下保護(hù)層，采用地面鉆井抽采上覆的131煤層卸壓區(qū)域瓦斯。顧橋礦1121（1）工作面