煤矿瓦斯抽采与利用

四、未采动区井下钻孔抽瓦斯
2、旋转钻进钻机施工的顺煤层水平长钻孔
◆立体交叉钻孔布局抽瓦斯效果会更好 ◆适合于构造相对简单、赋存相对稳定、煤层坚固 性系数f≥1的中厚以上煤层。
钻孔
回风顺槽位 置
切 眼 位 置
运输顺槽位置
四、未采动区井下钻孔抽瓦斯
3、旋转钻进钻机施工的顺煤层倾斜长钻孔
◆立体交叉钻孔布局抽瓦斯效果会更好
回采布置工 作面煤体
1
1 2 3 4 5 6 7 8 10 15 14 13 12 11 9
回采布置工 作面煤体
8 10 9 15 14 13 12 11
2 3 4 5 6 7
连采机 多巷掘 进面
四、未采动区井下钻孔抽瓦斯
4、旋转钻进钻机施工的顺煤层钻孔 ◆适合于钻孔过程不发生突出的煤层。
钻场
边掘边抽钻孔

集输：井群间合理调配压力，减少相互干扰，达到 井群产气最大化
二、未采动区地面钻井抽瓦斯
2、适用条件

平均渗透率≥0.1md的煤层，且煤层总厚度、
煤层埋藏深度及煤层气含量满足下表要求
煤层埋深（m）
埋深≤500 m 埋深>500 m
煤层总厚度（m） 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 9.0 10.0 ≥10.0 8.0 10.0
◆适合于各种条件的煤层。
2000～4000m
盘 区 巷 道
3301及2307采面区域
煤层采掘活动前模块式预抽示意图
500m
连采机 多巷掘进巷道
500m
3302及3303采面区域
四、未采动区井下钻孔抽瓦斯
4、旋转钻进钻机施工的顺煤层钻孔 ◆适合于巷道瓦斯涌出量大的非突出煤层。
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 I 1 I I 4 3 2 1
煤矿瓦斯抽采利用及 监测监控
煤炭科学研究总院重庆研究院 胡千庭 2008年7月27日
一、瓦斯流动
1、描述瓦斯渗流的Darcy渗流定律 所谓渗流:是指流体在多孔介质内由于压力差 驱动形成的层流运动,即对多孔介质Re<0.25;
v=(k/μ)(P2-P1)/L； q=(k/μ)A(P2-P1)/L
P1 q q
3、注意事项

钻井结构要考虑 顶部岩层错动可 能带来的钻孔切
断（尤其是在岩
层性质差异大的 交界面附近）。
四、未采动区井下钻孔抽瓦斯
1、孔底马达钻机施 工的顺煤层枝状长钻 孔预抽煤层瓦斯方法
◆大宁矿实施案例(VLD 钻机)
◆适合于构造相对简单、 赋存相对稳定、煤层坚 固性系数f≥1的中厚以 上煤层。
掘进工作面 掘进工作面预抽和边掘边抽布孔方式
预 抽 钻孔
四、未采动区井下抽瓦斯
4、旋转钻进钻机施工的顺煤层钻孔 ◆适合于严重突出危险煤层。
未来煤 巷位置 底板岩石 巷道 底板岩石巷道穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯
五、采动区井下抽瓦斯
1、保护层开采时抽采卸压煤层瓦斯 适合于有保护层开采条件的煤层
顶 板 岩 石 钻孔
17.0 14.0 21.0 17.0
12.0 11.0 10.0 15.0 13.0 11.0
资料来源：结合国内外工程实践分析认为。
二、未采动区地面钻井抽瓦斯
3、技术进步

注CO2置换驱赶技术，适于不宜开采的煤层；
H2O CH4 CO2 H2O CH4
原理：煤对CO2 的吸附能力大于 煤对CH4的吸附 能力，因而注入 CO2置换CH4。
CH4 CO2 CO2
CH4
二、未采动区地面钻井抽瓦斯
3、技术进步

水平羽状钻孔；
原理：地面钻井一个 开孔位置，多个分支 进入煤层，使煤层钻 孔长度极大增加，加 大钻井控制范围和抽 瓦斯量。
三、采动区地面钻井抽瓦斯
1、原理
采动前布置并施
工好钻井，采动
下煤层时抽上煤
层卸压瓦斯，采
过钻井位置后， 还可继续抽开采 层采空区瓦斯。
q
1m2
P1 Q
P2
L 1m
P2-P1=RQ2, R为流动阻力系数 mgh+1/2(mv2)+pAL=constant
二、未采动区地面钻井抽瓦斯
1、工艺流程

钻井→测井→
固井→完井→
压裂→排采→
集输。
地面压裂井筛管完井方式示意图
二、未采动区地面钻井抽瓦斯
钻井：定向钻井、排渣、减少煤层损害 测井：测定煤层渗透率、瓦斯压力含量等 固井：下套管并用水泥固定井壁和套管 完井：射孔、造穴等 压裂：高压水携带砂石压裂并支撑煤层 排采：排水采气，水压低于气压，控制压差预防 煤层损害
P2
1m2
1m
一、瓦斯流动
描述多孔介质渗流难易程度的物理量K称为渗透率;
渗透率K的单位是cm2或md（石油）；
对某一特定流体,考虑流体绝对粘度系数μ后,将 K/μ定 义为某一特定流体的渗透率,单位是m2/Mpa.d； 煤矿瓦斯界常用透气性系数λ =K/(2μP0),单位是 m2/Mpa2.d 或m2/atm2.d（=100 m2/Mpa2.d)。 1μm2 = 9.81*102md; 1md=1.019*10-3μm2
1md相当于瓦斯界使用的38.69m2/Mpa2.d。
一、瓦斯流动
2、瓦斯扩散(不存在压差作用时) Fick定律
v=D(C2-C1)/L
C1
1m2
q=DA(C2-C1)/L
C2
q
q L 1m
D是扩散系数,单位是cm2/s；C2、C1为瓦斯浓度，%；
一、瓦斯流动
3、瓦斯流动（对多孔介质Re≥2.5） 通风方程 贝努力方程
卸压线
抽瓦斯巷
首采层
底板抽瓦斯巷
图开采保护层抽卸压瓦斯
五、采动区井下抽瓦斯
2、回风巷高位钻孔抽采空区瓦斯

适合于采空区瓦斯涌出量大的条件，尤其对首 采层、邻近煤层多、采空区丢煤多的开采层
抽瓦斯钻孔 抽 瓦 斯巷
裂隙区
回风巷位置
采空区
采空区高冒带钻孔抽瓦斯方法
五、采动区井下抽瓦斯

平面布置模式如下：（Y型通风模式，双巷模式）
三、采动区地面钻井抽瓦斯
2、适用条件
对煤层群条件，尽可能选择下部煤层作
首采层，以利于钻井抽采上部煤层卸压 瓦斯和开采层采空区瓦斯；
对单一煤层主要用于抽开采层采煤工作
面卸压条带和采空区瓦斯。
三、采动区地面钻井抽瓦斯
3、注意事项

钻井布置要结 合采煤工作面 布置统筹考虑；
三、采动区地面钻井抽瓦斯
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五、采动区井下抽瓦斯

平面布置模式如下：（Y型通风，沿空留巷模式）
五、采动区井下抽瓦斯

平面布置模式如下：（U型通风，双巷模式）
非 金 属 管
五、采动区井下抽瓦斯