煤礦瓦斯防治新技術(shù)與新裝備

1、煤礦瓦斯防治新技術(shù)與新裝備煤礦災(zāi)害預(yù)防與搶險(xiǎn)救災(zāi)教育部工程中心河南理工大學(xué)瓦斯防治技術(shù)及裝備研究所 2011年11月20日 1. 煤層注氣置換瓦斯快速消突技術(shù)2. 嚴(yán)重突出煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù)3. 二氧化碳炮預(yù)裂爆破增透/消突技術(shù)4. 瓦斯突出預(yù)測(cè)煤樣定點(diǎn)取樣器 5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀6. 煤層瓦斯壓力自動(dòng)化測(cè)定儀7. 不用電的瓦斯稀釋器匯報(bào)內(nèi)容獲中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)2010年科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1. 煤層注氣置換瓦斯快速消突技術(shù)抽放鉆孔抽放影響區(qū)低透氣煤層抽放影響范圍小衰減快抽放效果差注氣鉆孔注氣流對(duì)瓦斯的驅(qū)替作用，卸載瓦斯運(yùn)移注入氣體對(duì)煤中瓦斯置換解吸作用。1. 煤層注氣置換瓦斯快速消突

2、技術(shù)注氣置換解吸作用機(jī)理（1）置換解吸（2）驅(qū)替載攜（3）稀釋擴(kuò)散（4）膨脹增透多元?dú)怏w的分壓作用1. 煤層注氣置換瓦斯快速消突技術(shù)陽(yáng)泉礦區(qū)掘進(jìn)工作面迎頭“邊注邊排”考察結(jié)果K1max單一排放邊注邊排排前預(yù)測(cè)排后效檢注前預(yù)測(cè)注后效檢左1.270.480.920.36中1.120.490.690.36右0.940.480.490.33鉆孔平均混合流量增大155217倍，純CH4流量平均增加30140倍相同時(shí)間下，注氣措施可使排放瓦斯效率提高78133倍。注氣2小時(shí)可保證效檢指標(biāo)不超標(biāo)。1. 煤層注氣置換瓦斯快速消突技術(shù)陽(yáng)泉礦區(qū)掘進(jìn)工作面迎頭“邊注邊抽”考察結(jié)果：?jiǎn)纬?9天的純瓦斯量，邊注邊抽措施

3、僅需9天；邊注邊抽瓦斯抽采率是單抽的2倍以上 。K1max單一抽放邊注邊抽抽前預(yù)測(cè)抽后效檢注前預(yù)測(cè)注后效檢左0.960.451.020.39中1.160.461.240.37右1.070.440.980.411. 煤層注氣置換瓦斯快速消突技術(shù)1. 煤層注氣置換瓦斯快速消突技術(shù)穿層鉆孔預(yù)抽煤巷（采面）瓦斯區(qū)域防突措施2. 嚴(yán)重突出煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù) 適用條件：?jiǎn)我煌怀雒簩踊蛎簩尤褐械谋Ｗo(hù)層煤層產(chǎn)狀變化大，難以施工長(zhǎng)鉆孔煤層松軟，成孔困難透氣性很差區(qū)域防突措施技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)難度小安全程度高抽采效果可靠預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)，不受掘進(jìn)影響便于校檢缺點(diǎn)：巖巷工程量很大，周期長(zhǎng)，成本高鉆孔長(zhǎng)

4、度利用率低低透氣性煤層必須采用強(qiáng)化增透措施2. 嚴(yán)重突出煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù) 低透氣性強(qiáng)突煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù)： 穿層鉆孔水力沖孔 瓦斯預(yù)抽 注氣置換煤體注水2. 嚴(yán)重突出煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：沖出煤量，鉆孔密度，氣水煤分離存在較大的卸壓空白帶存在較小的卸壓空白帶如何消除卸壓空白帶，需要結(jié)合具體條件研究2. 嚴(yán)重突出煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù)2. 嚴(yán)重突出煤層“五合一”區(qū)域消突技術(shù) 二氧化碳炮爆破是20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)的一種爆破技術(shù)，是專(zhuān)門(mén)為高瓦斯礦井的采煤工作面研發(fā)的。 二氧化碳炮預(yù)裂爆破技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：爆破過(guò)程無(wú)火花外露；采用低壓起爆（9V），相比傳統(tǒng)起爆（1800V

5、）更安全；不產(chǎn)生具有破壞性的震蕩或震波，減少了誘發(fā)瓦斯突出的幾率；不需進(jìn)行驗(yàn)炮，爆破后便可進(jìn)人，可連續(xù)作業(yè)。1-充液態(tài)二氧化碳的管道; 2-垂直筒壁的放氣門(mén)排氣口; 3-切變盤(pán)與密封墊; 4-加熱元件; 5-密封墊; 6 -注液口; 7-通向加熱元件的電極; 8-通向管體的電極; 9-注液或釋放二氧化碳的圓角頭定位螺釘3. 二氧化碳炮預(yù)裂爆破增透/消突技術(shù) 二氧化碳炮爆破原理：在爆破孔內(nèi)裝入預(yù)先注入液態(tài)二氧化碳的爆破管，并將其與低壓起爆器間連接；接通電流引爆爆破管的起爆頭后，管內(nèi)二氧化碳迅速?gòu)囊簯B(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，當(dāng)爆破管內(nèi)氣態(tài)二氧化碳?jí)毫_(dá)到預(yù)設(shè)壓力時(shí)，釋放頭內(nèi)的破裂盤(pán)被打開(kāi)，二氧化碳?xì)怏w透過(guò)排放

6、孔迅速向外爆發(fā)，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的膨脹能破碎煤體，從而達(dá)到爆破效果。3. 二氧化碳炮預(yù)裂爆破增透/消突技術(shù) 二氧化碳炮爆破增透在襄垣煤礦2號(hào)煤層初步應(yīng)用效果: 低透氣性煤層，0.005-0.01m2/(MPa2.d) 瓦斯含量11-12m3/t，百米鉆孔瓦斯流量0.025m3/min，流量衰減系數(shù)0.0150d-1 預(yù)抽鉆孔抽采7天，瓦斯?jié)舛扔?0%降到10%，百米鉆孔瓦斯流量降到0.005m3/min 10個(gè)鉆孔，二氧化碳預(yù)裂爆破后，1-15天內(nèi)的瓦斯?jié)舛?5-50%，百米鉆孔瓦斯流量0.15-0. 25m3/min；預(yù)抽45天后的瓦斯?jié)舛热钥蛇_(dá)到25%，百米鉆孔瓦斯流量仍高達(dá)0.03-0.05

7、m3/min二氧化碳炮預(yù)裂爆破增透效果令人興奮3. 二氧化碳炮預(yù)裂爆破增透/消突技術(shù)CO2炮預(yù)裂爆破技術(shù)現(xiàn)狀：1）CO2爆破管已經(jīng)研制成功，但尚未取得MA認(rèn)證；2）CO2爆破預(yù)裂安全增透快速消突技術(shù)尚未在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的工業(yè)性試驗(yàn)，目前正處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期。3. 二氧化碳炮預(yù)裂爆破增透/消突技術(shù)預(yù)測(cè)指標(biāo)測(cè)定無(wú)法 “定點(diǎn)”取樣 ，測(cè)值可靠性難以保證，低指標(biāo)突出1）人為因素：操作誤差等；2）技術(shù)因素：取樣時(shí)混樣嚴(yán)重，特別是在深部（6-10m）時(shí)，進(jìn)行K1值測(cè)定時(shí)的樣品近20-30%鉆粉來(lái)源于孔口1-5m的位置，測(cè)值嚴(yán)重偏低。4. 瓦斯突出預(yù)測(cè)煤樣定點(diǎn)取樣器 瓦斯突出預(yù)測(cè)傳統(tǒng)取樣方式4. 瓦斯突出預(yù)測(cè)煤樣

8、定點(diǎn)取樣器 4. 瓦斯突出預(yù)測(cè)煤樣定點(diǎn)取樣器 4. 瓦斯突出預(yù)測(cè)煤樣定點(diǎn)取樣器 效果明顯定點(diǎn)取樣器采用42mm鉆桿設(shè)計(jì)，完全符合防治煤與瓦斯突出規(guī)定的要求。定點(diǎn)取樣器主要技術(shù)參數(shù)名稱全長(zhǎng)/mm取煤器長(zhǎng)/mm取煤器容積/cm3取樣量/g螺距/mm定點(diǎn)取樣器87072520550150704. 瓦斯突出預(yù)測(cè)煤樣定點(diǎn)取樣器 DGC瓦斯含量直接測(cè)定裝置 現(xiàn)行的瓦斯含量測(cè)定方法需要23天時(shí)間，即便是重慶研究院新生產(chǎn)的DGC瓦斯含量直接測(cè)定裝置，測(cè)定時(shí)間一般需要6-8小時(shí)，難以滿足突出預(yù)測(cè)的時(shí)效性。5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀重慶院生產(chǎn)的DGC瓦斯含量直接測(cè)定裝置5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀 河南理工大學(xué)

9、瓦斯防治技術(shù)及裝備研究所研制的CHP50M型煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀采用雙流量傳感器智能識(shí)別自動(dòng)切換技術(shù)，使煤層瓦斯流量測(cè)定范圍增加到700ml/min，解決了不同煤層（特別是突出煤層）初始解吸速度大的難題，能夠滿足最大瓦斯含量50m3/t的測(cè)定 。 快速測(cè)定儀井下實(shí)測(cè)瓦斯含量周期僅需2030min。5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀 和傳統(tǒng)的瓦斯含量測(cè)試儀器相比，實(shí)現(xiàn)了瓦斯含量測(cè)定的自動(dòng)、快速、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，無(wú)需殘余瓦斯量測(cè)試。采用充電電池供電，充電后可以在井下連續(xù)工作8個(gè)小時(shí)以上，自動(dòng)存儲(chǔ)10個(gè)瓦斯含量的測(cè)定數(shù)據(jù)。 5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀工作原理：煤中瓦斯在第1分鐘的解吸速度V1值與煤的瓦斯含量

10、成線性關(guān)系，根據(jù)煤中瓦斯的解吸規(guī)律反推V1值，再根據(jù)某種煤樣不同瓦斯含量與V1值關(guān)系W=A+BV1，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定V1值求得瓦斯含量W。TV1V1V1WV1W5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀技術(shù)關(guān)鍵：瓦斯解吸速度V的準(zhǔn)確測(cè)定 煤樣中瓦斯在解吸過(guò)程中，解吸速度的量值范圍極寬，從0.5ml/min600ml/min，用一個(gè)流量傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)，如果兼顧低流速，則往往遇到高流速時(shí)就會(huì)因超出其檢測(cè)范圍而產(chǎn)生很大的誤差；如果選用高流量傳感器，則無(wú)法測(cè)定低流速值，導(dǎo)致V1推算不準(zhǔn)，嚴(yán)重影響瓦斯含量W的測(cè)定。 采用雙流量傳感器（高流速、低流速）智能識(shí)別自動(dòng)切換設(shè)計(jì)，可滿足0.5ml/min700ml/min的寬范圍

11、準(zhǔn)確測(cè)定。 目前，已取得防爆合格證和MA認(rèn)證，正在辦理生產(chǎn)許可證。5. 煤層瓦斯含量快速測(cè)定儀煤層瓦斯壓力測(cè)定時(shí)，常常遇到下列問(wèn)題： 1）壓力測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，人工抄表時(shí)間長(zhǎng)，工作繁瑣，容易造成認(rèn)為失誤； 2）抄表周期掌握不好時(shí)，得到的壓力恢復(fù)曲線不完整，對(duì)于排除水壓等因素的影響，最終確定煤層原始瓦斯壓力不利。6. 煤層瓦斯含量自動(dòng)化測(cè)定儀河南理工大學(xué)瓦斯防治技術(shù)及裝備研究所研制的CPD8M型瓦斯壓力測(cè)定儀，適用于主動(dòng)測(cè)壓和被動(dòng)測(cè)壓方法，采用充電電池供電，可自動(dòng)準(zhǔn)確記錄長(zhǎng)達(dá)30天內(nèi)的煤層瓦斯壓力變化，隨時(shí)查看壓力恢復(fù)曲線，可通過(guò)產(chǎn)品配套的軟件讀取數(shù)據(jù)并計(jì)算煤層透氣性系數(shù)。6. 煤層瓦斯含量自動(dòng)化測(cè)定儀 CPD8M型煤層瓦斯壓力自動(dòng)化測(cè)定儀主要技術(shù)參數(shù)： 1）測(cè)壓范圍：0-8MPa； 2）巡檢時(shí)間：可任意設(shè)定，1min12h； 3）電池使用時(shí)間：30d，采用休眠節(jié)電設(shè)計(jì)； 4）可顯示、繪制壓力恢復(fù)曲線，查詢歷史數(shù)據(jù)。6. 煤層瓦斯含量自動(dòng)化測(cè)定儀 目前，河南理工大學(xué)正在開(kāi)發(fā)根據(jù)壓力恢復(fù)曲線直接求解透氣性系數(shù)的技術(shù)，不久就可以在測(cè)得瓦斯壓力恢復(fù)曲線的同時(shí)獲得煤層透氣性系數(shù)。7. 不用電的瓦斯稀釋器工作原理： 采用壓風(fēng)引射原理，利用井下壓風(fēng)，