煤层群煤与瓦斯共采理论评价方法

煤与瓦斯共采协同开采示意图
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煤与瓦斯共采内涵
（2）内涵与内涵的实质
安全 煤炭 开采 瓦斯 抽采
煤与瓦斯 回 经 协调共采 收 济
率 序 序 参 参 量 量
共采效益最大化
地质条件 开采方法 采煤工艺 管理模式
煤炭开采效益最大化
瓦斯赋存条件 抽采方法 抽采时间 管理模式
瓦斯开采效益最大化
我国的煤层气资源： 我国的煤层气资源：我国埋深2000m 我国埋深2000m以浅煤层气地质资源量 2000m以浅煤层气地质资源量
约36.8万亿立方米（ 万亿立方米（相当于450 相当于450亿吨标煤 450亿吨标煤, 亿吨标煤,与陆上天然气相 当）。 过去， 过去，煤矿中的煤层气（ 煤矿中的煤层气（瓦斯） 瓦斯）一直当作有毒、 一直当作有毒、易燃、 易燃、 易爆、 易爆、危害极大的有害气体， 危害极大的有害气体，没有作为资源开发和利用。 没有作为资源开发和利用。
不同倾角煤层开采后冒落、 不同倾角煤层开采后冒落、裂 隙带高度及形状示意图
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煤层群煤与瓦斯共采评价技术
（1）煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制的控制因素研究
采动裂隙场时空演化规律主控因素灰色关联分析
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煤与瓦斯共采内涵
（2）内涵与内涵的实质
外部环境（ 外部环境（开采对策） 开采对策） 外部环境（ 外部环境（开采对策） 开采对策）
煤炭开采 子系统
安全 回收率 序参量
煤炭开采 子系统
瓦斯抽采 子系统
效益
瓦斯抽采 子系统
初级阶段， 初级阶段， 内部无序 内部无序。 无序。
高级阶段， 高级阶段， 子系统间协同 子系统间协同。 协同。
1-坚硬岩层 2-中硬岩层 3-软弱岩层
覆岩性质对导高的影响曲线图
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煤层群煤与瓦斯共采评价技术
（1）煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制的控制因素研究
采动裂隙场时空演化规律主控因素灰色关联分析
（3）煤层倾角 长壁工作面开采时， 长壁工作面开采时，煤层倾角 对覆岩影响主要表现在岩体破坏 发育区的分布形态上的不同。 发育区的分布形态上的不同。 （4）工作面推进速度 工作面推进速度的快慢直接影 响覆岩的裂隙分布和顶底板变形 量，工作面推进度较慢， 工作面推进度较慢，围岩受 力时间越长， 力时间越长，其破坏程度就越 大，裂隙分布就越宽， 裂隙分布就越宽，围岩的卸 压范围扩大； 压范围扩大；反之， 反之，其破坏程度 及卸压范围就愈小。 及卸压范围就愈小。
煤与瓦斯共采内涵
（2）内涵与内涵的实质
煤与瓦斯共采： 煤与瓦斯共采：协调、 协调、协同！ 协同！ 协同什么： 采煤是一个复杂的系统， 协同什么 ：采煤是一个复杂的系统 ，瓦斯抽采 同样是一个复杂的系统， 同样是一个复杂的系统，是两个复杂系统的协同。 是两个复杂系统的协同。 煤与瓦斯共采的 煤与瓦斯共采的实质就 实质就是协调共采系统中 煤与瓦斯资源各个子系统的关系 煤与瓦斯资源各个子系统的关系，保持系统之 间的动态平衡， 间的动态平衡，使资源共采系统形成新的有序 结构， 结构，达到整体、 达到整体、综合和内性发展的组合， 综合和内性发展的组合，实 现资源高效 现资源高效、 高效、安全、 安全、经济开采 经济开采。 开采。
煤炭开采Leabharlann Baidu益最大化
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煤与瓦斯共采理论基础
（2）瓦斯抽采理论
如何把瓦斯资源安全、 如何把瓦斯资源安全、高效、 高效、高回收率地抽采出来？ 高回收率地抽采出来？ 瓦斯的赋存条件（ 瓦斯的赋存条件（瓦斯地质）： 瓦斯地质）：煤质 ）：煤质、 煤质、渗透性。。。 渗透性。。。 抽采技术、 抽采技术、工艺与装备： 工艺与装备：地面抽采、 地面抽采、井下抽采。。。 井下抽采。。。 抽采安全性及对策： 抽采安全性及对策：消突、 消突、8m3以下。。。 以下。。。 抽采效益的最大化： 抽采效益的最大化：经济？ 经济？环境？ 环境？盈利？。。。 盈利？。。。
（2）共采方法 方法
■ 单一煤层的煤与瓦斯共采 采煤采气， 采煤采气，消突， 消突，增透。。。 增透。。。 （地面抽采、 地面抽采、井下抽采、 井下抽采、联合抽采） 联合抽采） 提高瓦斯抽采浓度！ 提高瓦斯抽采浓度！ ■ 煤层群的煤与瓦斯共采 提高瓦斯抽采效率！ 提高瓦斯抽采效率！ 采煤采气， 采煤采气，首采层！ 首采层！ 提高煤矿开采安全！ 提高煤矿开采安全！ （地面抽采、 地面抽采、井下抽采、 井下抽采、地面井下联 合抽采、 合抽采、本煤层抽采、 本煤层抽采、邻近层抽采、 邻近层抽采、 联合抽采） 联合抽采）
55697.49亿吨 55697.49亿吨， 亿吨，其中探明保有资源量10176.45 其中探明保有资源量10176.45亿吨 10176.45亿吨， 亿吨，预测资源 量45521.04亿吨 45521.04亿吨。 亿吨。在探明保有资源量中， 在探明保有资源量中，生产、 生产、在建井占用资 源量1916.04 源量1916.04亿吨 1916.04亿吨， 亿吨，尚未利用资源量8260.41 尚未利用资源量8260.41亿吨 8260.41亿吨。 亿吨。
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煤与瓦斯共采内涵
（1）问题的提出
瓦斯（ 瓦斯（煤层气） 煤层气）的利用： 的利用： 世界上开发利用瓦斯（ 世界上开发利用瓦斯（煤层气） 煤层气）历史不长。 历史不长。美国在 研究、 研究、勘探、 勘探、开发利用方面处于世界领先地位， 开发利用方面处于世界领先地位，代表性 的技术是利用地面钻孔水力压裂开采瓦斯（ 煤层气） 的技术是利用地面钻孔水力压裂开采瓦斯 （煤层气 ）技 术。 我国瓦斯（ 煤层气） 年代， 我国瓦斯 （煤层气 ）井下抽放始于20世纪50年代 ， 年的历史。 瓦斯（ 煤层气） 至今已有60年的历史 。瓦斯 （煤层气 ）利用始于20世纪 70年代末 年代末。 国家将矿井瓦斯（ 煤层气） 。1982年，国家将矿井瓦斯 （煤层气 ）利用 工程正式纳入国家节能基本建设投资计划 。
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煤层群煤与瓦斯共采方法
（1）“近距离” 近距离”与“远距离” 远距离”煤层群的定义与划分
近距离煤层群 远距离煤层群 导通裂隙： 导通裂隙：裂隙径向尺度足以使瓦斯流动或者渗流至 邻近层的贯穿型裂隙。 邻近层的贯穿型裂隙。
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煤层群煤与瓦斯共采方法
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效果
煤层群煤与瓦斯共采评价技术
（1）煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制的控制因素研究 控制采动裂隙场变 化规律因素
工作面推进速度 煤层倾角 煤层开采厚度 上覆岩层的性质 工作面长度 采煤方法 煤层绝对瓦斯压力 煤的孔隙度 煤层透气性系数 百米钻孔瓦斯流量衰减系数 吸附常数a和b 相对瓦斯涌出量 原始瓦斯含量 是否突出
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煤层群煤与瓦斯共采方法
（1）“近距离” 近距离”与“远距离” 远距离”煤层群的定义与划分
■ 近距离煤层群
采动后可与邻近层形成导通裂隙的煤层群。 采动后可与邻近层形成导通裂隙的煤层群。
■ 远距离煤层群
采动后不能与邻近层形成导通裂隙的煤层群。 采动后不能与邻近层形成导通裂隙的煤层群。
以往： 以往：更多的是概念， 更多的是概念，对内涵的描述不够！ 对内涵的描述不够！ 我们研究： 我们研究：煤与瓦斯共采就是： 煤与瓦斯共采就是：煤炭开采和瓦斯 抽采的时空关系在安全、 资源回收率、 抽采的时空关系在安全 、资源回收率 、经济等方面实现 目标最大化。 目标最大化 。
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煤与瓦斯共采理论基础
（1）采煤理论
如何把煤炭资源安全、 如何把煤炭资源安全、高效、 高效、高回收率地开采出来？ 高回收率地开采出来？ 煤炭的赋存条件（ 煤炭的赋存条件（地质条件）： 地质条件）：煤厚 ）：煤厚、 煤厚、埋深。。。 埋深。。。 开采技术、 开采技术、工艺与装备： 工艺与装备：综采、 综采、综放。。。 综放。。。 开采安全性及对策： 开采安全性及对策：瓦斯、 瓦斯、水、火、冒顶。。。 冒顶。。。 开采效益的最大化： 开采效益的最大化：投入、 投入、产出、 产出、成本、 成本、售价。。。 售价。。。
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煤与瓦斯共采内涵
（1）问题的提出
煤的利用： 煤的利用： 《山海经》 山海经》中称煤为石涅， 中称煤为石涅，魏、晋时称石墨或石 炭，开发利用煤炭已有2500 开发利用煤炭已有2500年的历史 2500年的历史。 年的历史。 我国最早的近代煤矿， 我国最早的近代煤矿，河北的开平煤矿， 河北的开平煤矿，1877年筹 1877年筹 办，1881年建成唐山矿 1881年建成唐山矿， 年建成唐山矿，以后又建成林西、 以后又建成林西、西山等矿， 西山等矿， 到1894年 1894年，平均日产达到1500t 平均日产达到1500t， 1500t，最高日产达2000t 最高日产达2000t。 2000t。 新中国煤炭开采与利用， 新中国煤炭开采与利用，特别是近20 特别是近20年 20年，突飞猛 进。工作面日产可达4 工作面日产可达4万吨， 万吨，矿井产量可达2000 矿井产量可达2000万吨 2000万吨。 万吨。
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煤与瓦斯共采内涵
（1）问题的提出
2011 35.2
2002 15.1 2003 18.1 2004 19.6 2005 21.3 2006 23.3 2007 25.5 2008 27.2 2009 29.5 2010 32.5
1981
6.2
2011 35.2
1981年以来我国煤炭产量
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煤与瓦斯共采内涵
（1）问题的提出
2000年以来我国瓦斯（ 年以来我国瓦斯（煤层气） 煤层气）抽采与利用量
2012-09-24 第7页
煤与瓦斯共采内涵
（2）内涵与内涵的实质
煤是资源， 煤是资源，瓦斯（ 瓦斯（煤层气） 煤层气）也是资源！ 也是资源！ 二者伴生， 二者即可共采！ 二者伴生 ，二者即可共采 ！ 实现煤与瓦斯共采， 意义重大： 实现煤与瓦斯共采 ，意义重大 ：资源、 资源、安全、 安全、环境
2012绝色开采理论与实践研讨会
煤层群煤与瓦斯共采 理论、 理论、方法及评价技术研究
报
告
人： 齐庆新
煤炭科学研究总院 2012年9月23日
提
纲
煤与瓦斯共采内涵 煤与瓦斯共采理论基础 煤层群煤与瓦斯共采方法 煤层群煤与瓦斯共采评价技术 结语与思考
煤与瓦斯共采内涵
（1）问题的提出
煤是资源， 煤是资源，瓦斯（ 瓦斯（煤层气） 煤层气）也是资源！ 也是资源！ 瓦斯与煤伴生！ 瓦斯与煤伴生！ 我国的煤炭资源： 我国的煤炭资源：我国垂深2000 我国垂深2000m以浅的煤炭资源总量为
时空协同机制的控制因素
控制瓦斯抽采因素
控制工作面风排瓦斯 涌出的关键因素
工作面煤炭产量 工作面配风量
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煤层群煤与瓦斯共采评价技术
（1）煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制的控制因素研究
采动裂隙场时空演化规律主控因素灰色关联分析
（1）上覆岩层的性质 覆岩的破坏高度与其岩性及力学特性 密切相关 ,在其它条件相同时,岩性越硬 , 覆岩破坏发育越高;岩性越软,则反之。 则反之。 （2）煤层开采厚度(采高) 煤层开采厚度是覆岩破坏高度和发展 状态的基本影响因素。 状态的基本影响因素。采高与覆岩破坏 高度关系非常密切。 高度关系非常密切。以往的测试研究表 明，在其它条件相类似的情况下， 在其它条件相类似的情况下，两者 之间呈直线、 之间呈直线、分式函数或指数关系。 分式函数或指数关系。
瓦斯抽采效益最大化
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煤与瓦斯共采理论基础
（3）煤与瓦斯共采理论
如何把煤炭与瓦斯资源共同安全、 如何把煤炭与瓦斯资源共同安全、高效、 高效、高回收率 地开采出来？ 地开采出来？ 煤炭开采技术理论与瓦斯抽采技术理论：。。。 煤炭开采技术理论与瓦斯抽采技术理论：。。。 时空协同理论： 时空协同理论：采前采中采后、 采前采中采后、地面井下。。。 地面井下。。。 共采效益的最大化： 共采效益的最大化：经济？ 经济？社会？ 社会？安全？ 安全？环 境。。。 共采效益最大化