煤矿瓦斯灾害治理新技术方案课件.ppt
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- 煤矿 瓦斯 灾害 治理 新技术 方案 课件
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1、 “十五十五”以来我国能源消费总量过快增长,以来我国能源消费总量过快增长,10年增长年增长2.2倍,给资源环境带来巨大压力。我国倍,给资源环境带来巨大压力。我国GDP目前占世界生产总值不到目前占世界生产总值不到10%,但能源消耗,但能源消耗已经高于已经高于20%,能源排放的污染气体居世界首位,能源排放的污染气体居世界首位,温室气体占世界总量的温室气体占世界总量的25%,GDP的能耗、污染的能耗、污染排放和碳排放都过高。排放和碳排放都过高。 “中国能源中长期(中国能源中长期(2030、2050)发展战略研)发展战略研究究”提出转变能源供需模式,使其由提出转变能源供需模式,使其由“以粗放的以粗放的
2、供给满足增长过快的需求供给满足增长过快的需求”,向,向“以科学的供给以科学的供给满足合理的需求满足合理的需求”转变。转变。我国煤炭产量约占世界煤炭产量的我国煤炭产量约占世界煤炭产量的45%,占世界,占世界总量的比重逐年增加,而一些发达国家的煤炭产总量的比重逐年增加,而一些发达国家的煤炭产量是下降的。煤电在电力中的比重将由当前的约量是下降的。煤电在电力中的比重将由当前的约60%逐步下降,逐步下降,2050年可降至年可降至35%左右。左右。 煤炭科学产能是指在安全、高效、洁净、环境友煤炭科学产能是指在安全、高效、洁净、环境友好的条件下生产煤炭好的条件下生产煤炭。而我国现在每年生产的。而我国现在每年
3、生产的30多亿吨原煤只有不到一半符合科学产煤标准。多亿吨原煤只有不到一半符合科学产煤标准。符合科学开采的煤炭产能在符合科学开采的煤炭产能在20年后预计可达到年后预计可达到34亿亿-38亿吨。亿吨。 煤炭目前是我国主力能源,煤炭的洗选、开采和煤炭目前是我国主力能源,煤炭的洗选、开采和利用必须改变粗放形态,走安全、高效、环保的利用必须改变粗放形态,走安全、高效、环保的科学发展道路,煤炭在我国总能耗中的比重应该科学发展道路,煤炭在我国总能耗中的比重应该逐步下降,逐步下降,2050年可望减至年可望减至40%(甚至(甚至35%)以)以下,其战略地位将调整为重要的基础能源。下,其战略地位将调整为重要的基础
4、能源。我国煤炭的赋存特点,跟我国的地形地貌一样,我国煤炭的赋存特点,跟我国的地形地貌一样,复杂多变。露天煤矿比重低,绝大部分是井工矿,复杂多变。露天煤矿比重低,绝大部分是井工矿,且矿井条件复杂,煤与瓦斯突出、水、火、顶板且矿井条件复杂,煤与瓦斯突出、水、火、顶板等自然灾害多。等自然灾害多。复杂的地质条件也造就了一支特别能战斗的队复杂的地质条件也造就了一支特别能战斗的队伍,经过多年的奋战,我们已拥有比较先进的伍,经过多年的奋战,我们已拥有比较先进的煤炭科学技术和装备水平。煤炭科学技术和装备水平。 2000年以来我国煤矿安全科技工作者围绕煤年以来我国煤矿安全科技工作者围绕煤矿瓦斯灾害治理、防灭火、
5、粉尘防治、水害防矿瓦斯灾害治理、防灭火、粉尘防治、水害防治、瓦斯利用、安全监测监控和应急救援等方治、瓦斯利用、安全监测监控和应急救援等方面开展了大量基础研究及应用技术开发面开展了大量基础研究及应用技术开发,取得取得了众多研究成果。了众多研究成果。瓦斯灾害防治技术瓦斯灾害防治技术 煤矿井下钻孔施工关键技术煤矿井下钻孔施工关键技术地面钻井地面钻井抽采瓦斯抽采瓦斯技术技术 井下采动裂隙带探测技术井下采动裂隙带探测技术 煤层气利用煤层气利用技术技术进展进展1 1、瓦斯灾害危险区、瓦斯灾害危险区瓦斯地质预测技术瓦斯地质预测技术n实践表明,煤矿瓦斯灾害的发生具有区域分实践表明,煤矿瓦斯灾害的发生具有区域分
6、布的特点,瓦斯灾害特别是煤与瓦斯突出,布的特点,瓦斯灾害特别是煤与瓦斯突出,地质条件是其主控因素。地质条件是其主控因素。n取得的取得的3项创新成果项创新成果:以瓦斯地质数学模型:以瓦斯地质数学模型法为基础的瓦斯涌出量预测技术、多尺度突法为基础的瓦斯涌出量预测技术、多尺度突出区域预测瓦斯地质方法和指标及可视化预出区域预测瓦斯地质方法和指标及可视化预测等。测等。(1 1)瓦斯地质数学模型法为基础的)瓦斯地质数学模型法为基础的瓦斯涌出量预测技术瓦斯涌出量预测技术 分源预测法和瓦斯地质数学模型法结合起来,分源预测法和瓦斯地质数学模型法结合起来,通过技术互补,改进和完善了以瓦斯地质数学模型通过技术互补,
7、改进和完善了以瓦斯地质数学模型法为基础的瓦斯涌出量预测技术,并在郑煤集团告法为基础的瓦斯涌出量预测技术,并在郑煤集团告成矿和大平矿进行了示范应用。对大平矿成矿和大平矿进行了示范应用。对大平矿3个工作个工作面预测的相对误差分别为面预测的相对误差分别为2.4%、4.4%、17.5%,平均误差为平均误差为8.1%。(2 2)多尺度突出区域预测瓦斯地质方)多尺度突出区域预测瓦斯地质方法及指标法及指标 突出区域预测瓦斯地质方法的核心是突出区域预测瓦斯地质方法的核心是识别瓦斯富集识别瓦斯富集区和构造软煤发育区。区和构造软煤发育区。考虑到考虑到不同规模的构造对瓦斯赋不同规模的构造对瓦斯赋存和构造软煤的控制作
8、用是有差异的存和构造软煤的控制作用是有差异的,井田的划分、矿,井田的划分、矿井内部采区的安排以及工作面的布置都在很大程度上受井内部采区的安排以及工作面的布置都在很大程度上受到构造格局的影响。因此,从构造的尺度效应、矿井生到构造格局的影响。因此,从构造的尺度效应、矿井生产布局和突出区域预测的研究方法、获得构造软煤等基产布局和突出区域预测的研究方法、获得构造软煤等基本数据的技术途径和精细可靠程度等多个因素来看,本数据的技术途径和精细可靠程度等多个因素来看,突突出区域预测应在不同的尺度进行。出区域预测应在不同的尺度进行。(3 3)多尺度瓦斯地质编图方法及可视化预测系统)多尺度瓦斯地质编图方法及可视化
9、预测系统 采用采用Visual C+ 6.0作为作为软件开发平台软件开发平台,利用利用GIS组件组件MapObjects2.3,结合瓦斯地质理论、结合瓦斯地质理论、GIS原理原理与方法、数据库技术和可视化理论等,实现了矿井基与方法、数据库技术和可视化理论等,实现了矿井基础图件的可视础图件的可视表达,表达,建立了瓦斯地质信息库(包括断建立了瓦斯地质信息库(包括断层、钻孔、瓦斯含量、突出点等信息),开发出了可层、钻孔、瓦斯含量、突出点等信息),开发出了可独立运行的独立运行的数字瓦斯地质编图系统,实现了瓦斯含量数字瓦斯地质编图系统,实现了瓦斯含量预测过程及预测结果的可视化。预测过程及预测结果的可视化
10、。 鹤壁六矿北四采区突出区域预测图鹤壁六矿北四采区突出区域预测图 2 2、基于电磁辐射原理的煤岩动力灾害预测技术、基于电磁辐射原理的煤岩动力灾害预测技术中国矿大研究了电磁辐射法监测预报煤岩动力灾中国矿大研究了电磁辐射法监测预报煤岩动力灾害的技术及方法,开发了煤与瓦斯突出电磁辐射监害的技术及方法,开发了煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪,测仪,初步实现了电磁辐射的动态连续监测初步实现了电磁辐射的动态连续监测。 但在实用化技术方面需进一步研究完善但在实用化技术方面需进一步研究完善,如在,如在电电磁辐射预警临界值及动态预警准则、磁辐射预警临界值及动态预警准则、煤岩动力灾害煤岩动力灾害电磁辐射电磁辐射动态监测
11、动态监测等方面,是这一技术得以广泛应等方面,是这一技术得以广泛应用的关键,也是现场安全生产管理人员最为关注的用的关键,也是现场安全生产管理人员最为关注的问题。问题。 电磁辐射预测技术成果电磁辐射预测技术成果n 通过理论分析和进一步现场实测干扰源特征,对煤岩通过理论分析和进一步现场实测干扰源特征,对煤岩电磁辐射电磁辐射自动监测预报装备和动态监测软件自动监测预报装备和动态监测软件进行了完进行了完善,善,提高了滤噪、抗干扰能力、稳定性和准确性。提高了滤噪、抗干扰能力、稳定性和准确性。n 同时,开发了在线式电磁辐射实时监测系统软件,同时,开发了在线式电磁辐射实时监测系统软件,可可以对监测数据进行处理和
12、分析,判断电磁辐射水平的以对监测数据进行处理和分析,判断电磁辐射水平的变化趋势,从而对煤与瓦斯突出和冲击矿压危险发生变化趋势,从而对煤与瓦斯突出和冲击矿压危险发生的可能做出预测预报。实现了远程监视南山、峻德矿的可能做出预测预报。实现了远程监视南山、峻德矿电磁辐射测试数据。电磁辐射测试数据。n 实现了与煤矿安全监测系统联网运行实现了与煤矿安全监测系统联网运行完善提高后的完善提高后的电磁辐射装置电磁辐射装置电磁辐射指标的临界值研究成果电磁辐射指标的临界值研究成果u 在南山矿和红菱矿的监测试验表明,在南山矿和红菱矿的监测试验表明,电磁辐射强度电磁辐射强度指标对煤与瓦斯突出危险程度非常敏感。指标对煤与
13、瓦斯突出危险程度非常敏感。u 通过现场对比试验,综合分析确定了两个矿通过现场对比试验,综合分析确定了两个矿电磁辐电磁辐射指标的临界值:南山矿射指标的临界值:南山矿238和和311工作面煤与瓦斯工作面煤与瓦斯突出的突出的电磁辐射预测临界值均为电磁辐射预测临界值均为20mV;红菱矿红菱矿1200掘进工作面的掘进工作面的电磁辐射强度临界值为电磁辐射强度临界值为49mV。u这些成果为推进电磁辐射技术用于瓦斯灾害预测这些成果为推进电磁辐射技术用于瓦斯灾害预测提供了重要支撑。提供了重要支撑。3 3、井下地质雷达超前探测技术、井下地质雷达超前探测技术 “十五十五” 期间,在引进、消化吸收和创新期间,在引进、
14、消化吸收和创新国外技术的研究上,重庆院国外技术的研究上,重庆院成功地开发出成功地开发出了井下防爆地质雷达技术与装备了井下防爆地质雷达技术与装备。近几年近几年重点开展了雷达天线、现场工作方重点开展了雷达天线、现场工作方法及应用考察等研究。法及应用考察等研究。 煤层煤层煤层煤层掘进头掘进头接发射发射接收接收异常体异常体介质分界面介质分界面巷道掘进头雷达超前探测平面示意图 地质雷达超前探测地质雷达超前探测3 3项创新成果项创新成果 针对不同深度、不同地质异常,开发了针对不同深度、不同地质异常,开发了矿井矿井受限空间防爆屏蔽单脉冲调制平面的系列天受限空间防爆屏蔽单脉冲调制平面的系列天线线(50MHz2
15、00MHz),),多种天线结合使多种天线结合使用还可提高解释精度和降低物探多解性。用还可提高解释精度和降低物探多解性。井下超前探测工作方法可多样灵活,可实现井下超前探测工作方法可多样灵活,可实现向下、向上、向侧帮全方位探测。向下、向上、向侧帮全方位探测。 开发出的防爆型地质雷达可适用于矿井瓦斯开发出的防爆型地质雷达可适用于矿井瓦斯突出危险区域探测突出危险区域探测;煤层;煤层异常变化带异常变化带探测;探测;陷落柱及煤层夹矸探测等。陷落柱及煤层夹矸探测等。4 4、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术 近几年来,在瓦斯抽放长钻孔施工钻机能力方面,以西安院、重庆院等为主的科研
16、单位已取得了长足进步,研究成功了500-1000m的系列长钻孔装备。但是仅有钻机能力满足设计要求是不够的,定向钻进工艺和稳定组合钻具 是实现长钻孔施工成功的关键。为此,针对瓦斯抽放长钻孔施工过程中的为此,针对瓦斯抽放长钻孔施工过程中的钻孔定位钻孔定位和钻具等关键技术难题和钻具等关键技术难题,西安院重点研究完善了稳定,西安院重点研究完善了稳定组合钻头、组合钻具,开发了多点即时测斜仪等组合钻头、组合钻具,开发了多点即时测斜仪等。稳定组合钻头及稳定组合钻具稳定组合钻头及稳定组合钻具 多级组合钻头多级组合钻头复合片组合式复合片组合式扩孔钻头扩孔钻头内凹复合片钻头内凹复合片钻头应用效果应用效果 在七台河
17、精煤集团新兴矿在七台河精煤集团新兴矿4105141051工作面分别完成了工作面分别完成了孔深孔深520m520m、685m685m和和374m374m的近水平高位岩石定向钻孔。的近水平高位岩石定向钻孔。 在铜川局玉华矿完成了一个孔深在铜川局玉华矿完成了一个孔深820m820m定向钻孔。定向钻孔。 在彬长公司大佛寺矿钻进了深度为在彬长公司大佛寺矿钻进了深度为705m705m的长钻孔的长钻孔 20062006年,在寺河矿年,在寺河矿23052305工作面对研制的工作面对研制的73mm73mm高高强度钻杆、稳定组合钻头和组合钻具进行了试验验强度钻杆、稳定组合钻头和组合钻具进行了试验验证证, , 共钻
18、进三个钻孔,孔深分别为共钻进三个钻孔,孔深分别为603m603m、350m350m和和612m612m的近水平煤层定向钻孔。的近水平煤层定向钻孔。 创新点创新点钻孔施工过程中,钻杆会受到拉、压、弯、扭等多钻孔施工过程中,钻杆会受到拉、压、弯、扭等多种作用,种作用,断钻是工程中的普遍现象断钻是工程中的普遍现象,解决了解决了73mm73mm高高强度强度钻杆结构设计与制造关键技术钻杆结构设计与制造关键技术,为提高成孔率创,为提高成孔率创造了先决条件。造了先决条件。 优化的多级组合钻头、钻具和螺旋槽扶正器,增加优化的多级组合钻头、钻具和螺旋槽扶正器,增加了钻孔定向精度和成孔率。了钻孔定向精度和成孔率。
19、 测斜仪采用新型半导体传感器测斜仪采用新型半导体传感器,测斜过程中,测斜过程中实时显实时显示钻进轨迹及与钻孔设计的方位差,示钻进轨迹及与钻孔设计的方位差,解决了瓦斯抽放解决了瓦斯抽放长钻孔施工过程中的钻孔定位关键技术难题。长钻孔施工过程中的钻孔定位关键技术难题。5 5、突出松软煤层抽放钻孔关键技术、突出松软煤层抽放钻孔关键技术 突出松软煤层钻孔难一直制约着我国煤矿瓦斯抽突出松软煤层钻孔难一直制约着我国煤矿瓦斯抽放与突出防治的技术发展。放与突出防治的技术发展。 实践证明,螺旋钻进、压风排渣是实践证明,螺旋钻进、压风排渣是松软突出煤层成松软突出煤层成孔的有效途径,但还需要解决一些关键技术。孔的有效
20、途径,但还需要解决一些关键技术。重庆院重庆院创新研究思路,从工艺和装备两方面入手创新研究思路,从工艺和装备两方面入手,通过攻关研究,取得了实质性的技术突破。通过攻关研究,取得了实质性的技术突破。 重点开展了重点开展了3 3方面核心技术的研究方面核心技术的研究 试验考察了钻机钻具试验考察了钻机钻具转速与排渣效果的关系转速与排渣效果的关系,确定了,确定了螺旋钻机的临界转速,避免或减弱了螺旋钻机施工时因螺旋钻机的临界转速,避免或减弱了螺旋钻机施工时因排渣不畅而形成阻塞和憋钻现象。排渣不畅而形成阻塞和憋钻现象。试验研究了试验研究了钻进速度与煤的性质、成孔直径、钻具转速钻进速度与煤的性质、成孔直径、钻具
21、转速的关系的关系,对螺旋钻杆主要参数进行了分析,确定了螺旋对螺旋钻杆主要参数进行了分析,确定了螺旋钻杆螺旋角。钻杆螺旋角。通过对螺旋成孔所需临界转速、钻杆螺旋升角、中心管通过对螺旋成孔所需临界转速、钻杆螺旋升角、中心管径、螺距的优化研究,确定了钻机的最优参数,开发出径、螺距的优化研究,确定了钻机的最优参数,开发出适用于松软突出煤层顺层长钻孔施工的适用于松软突出煤层顺层长钻孔施工的螺旋钻机和相应螺旋钻机和相应的钻具的钻具。 55kw型螺旋钻机 在渝阳煤矿煤柱区成孔深度达在渝阳煤矿煤柱区成孔深度达168米,由米,由于见岩而终孔,还能继续钻进。于见岩而终孔,还能继续钻进。 在同一地点,用相同能力的钻
22、机,采用矿在同一地点,用相同能力的钻机,采用矿上现有的螺旋钻杆及钻头作对比试验,最大上现有的螺旋钻杆及钻头作对比试验,最大成孔深度还不到成孔深度还不到80米,米,60米左右就卡钻、抱米左右就卡钻、抱钻,钻,70多米时钻机就不能旋转了。多米时钻机就不能旋转了。 通过现场试验,螺旋钻进成孔技术能成孔通过现场试验,螺旋钻进成孔技术能成孔160m深度以上,为今后顺层长钻孔的施工深度以上,为今后顺层长钻孔的施工从装备和工艺技术上奠定了很好的基础。从装备和工艺技术上奠定了很好的基础。6 6、安全生产监测监控关键技术安全生产监测监控关键技术 3个方面的重要创新:个方面的重要创新:n红外甲烷传感器已达到商业化
23、应用阶段红外甲烷传感器已达到商业化应用阶段n瓦斯抽放监测关键技术取得突破瓦斯抽放监测关键技术取得突破n安全监测与生产监控已实现综合一体化安全监测与生产监控已实现综合一体化红外甲烷传感器研究与发展红外甲烷传感器研究与发展n国内外用于煤矿井下甲烷气体检测有国内外用于煤矿井下甲烷气体检测有光干涉、载光干涉、载体催化、热导、红外、激光、气敏体催化、热导、红外、激光、气敏等原理。我国等原理。我国煤矿煤矿瓦斯监控系统瓦斯监控系统中配套使用的低浓度甲烷传感中配套使用的低浓度甲烷传感器基本上都是采用器基本上都是采用载体催化原理载体催化原理,瓦斯抽放监测瓦斯抽放监测系统系统中使用的高浓度甲烷传感器基本上都采用中
24、使用的高浓度甲烷传感器基本上都采用热热导原理。导原理。n由于载体催化传感器存在由于载体催化传感器存在抗高瓦斯冲击的性能差抗高瓦斯冲击的性能差、调校周期短等缺点,、调校周期短等缺点,一直制约着甲烷检测技术一直制约着甲烷检测技术的发展。的发展。红外甲烷传感器红外甲烷传感器( (配监测系统配监测系统) )测量范围:测量范围:010.0%CH4分辨率:分辨率:0.01CH4测量精度:测量精度:0.001.00%CH4 0.10%CH41.002.00%CH4 0.20%CH42.004.00%CH4 0.30%CH44.0010.0%CH4 8.00%真值真值(相对误差相对误差)元件检测反应速度:元件
25、检测反应速度:20s调校周期:调校周期:6个月个月使用寿命:使用寿命:5年年信号带负载能力:信号带负载能力:0400报警方式:间歇式声光报警报警方式:间歇式声光报警85dB(声强声强),能见度能见度20m(光强光强)0.7/台,是催化的台,是催化的3-4倍,是倍,是国外(国外(2万)的万)的1/3。抽放管道用红外甲烷传感器红外红外线甲线甲烷气烷气体检体检测技测技术术技术指标:技术指标:测量范围测量范围:(0100)%VOL:(0100)%VOL响应时间:响应时间:40s(t40s(t9090) )测量精度:真值的测量精度:真值的7%66个月个月工作电压:工作电压:DC 924VDC 924V工
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