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2013年5月

王兆豐

○研究員，博導(dǎo)

○國家安全生產(chǎn)專家○河南省安全生產(chǎn)專家

○河南省特聘教授○煤礦災(zāi)害預(yù)防與搶險(xiǎn)救災(zāi)教育部工程中心常務(wù)副主任○瓦斯防治技術(shù)與裝備研究所所長

聯(lián)系電話/p>

電子郵箱：wzf3988@163.com1.瓦斯預(yù)測煤樣定點(diǎn)取樣器2.煤層瓦斯含量快速測定儀3.煤層瓦斯壓力自動化測定儀4.不用電的瓦斯稀釋器5.二氧化碳相變致裂煤層瓦斯強(qiáng)化抽采技術(shù)匯報(bào)內(nèi)容我國煤礦開采深度大，平均540m，延深速度10～15m/年，20多對千米深井深度增加，煤層瓦斯壓力、瓦斯含量升高；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜高瓦斯突出礦井增多（2010年資料：高瓦斯礦2859對，突出礦647對）大部分礦區(qū)高瓦斯、突出煤層單一煤層賦存，煤軟、透氣性低，瓦斯抽采極為困難我國煤礦瓦斯治理難度不斷增加瓦斯突出預(yù)測離不開取煤樣現(xiàn)有的孔口取樣方法無法“定點(diǎn)”取樣混樣嚴(yán)重，深部（6-10m）K1、△h2值測值嚴(yán)重偏低低指標(biāo)突出時(shí)有發(fā)生1.瓦斯預(yù)測煤樣定點(diǎn)取樣器

瓦斯突出預(yù)測傳統(tǒng)取樣方式1.瓦斯預(yù)測煤樣定點(diǎn)取樣器

1.瓦斯預(yù)測煤樣定點(diǎn)取樣器

1.瓦斯預(yù)測煤樣定點(diǎn)取樣器

定點(diǎn)取樣器采用Φ42mm鉆桿設(shè)計(jì)，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/mm取煤器長/mm取煤器容積/cm3取樣量/g螺距/mm定點(diǎn)取樣器87072520550~150701.瓦斯預(yù)測煤樣定點(diǎn)取樣器

瓦斯含量是煤礦瓦斯治理重要的基礎(chǔ)參數(shù):

●瓦斯涌出量預(yù)測●瓦斯抽采設(shè)計(jì)●瓦斯突出區(qū)域預(yù)測●區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)●瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評價(jià)●……2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀傳統(tǒng)的井下瓦斯含量測定—（1）井下取樣與解吸測定鉆屑采集方法與器具傳統(tǒng)的井下瓦斯含量測定—（2）煤樣殘存含量實(shí)驗(yàn)室測定2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀重慶院生產(chǎn)的DGC瓦斯含量直接測定裝置2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀傳統(tǒng)的瓦斯含量測定方法需要2~3天時(shí)間，即便是重慶研究院新生產(chǎn)的DGC瓦斯含量直接測定裝置，測定時(shí)間一般需要6-8小時(shí)，難以滿足瓦斯突出區(qū)域預(yù)測、區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)和瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的時(shí)效性。2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀

河南理工大學(xué)瓦斯防治技術(shù)及裝備研究所研制的CHP50M型煤層瓦斯含量快速測定儀，采用雙流量傳感器智能識別自動切換技術(shù)，解決了單一傳感器無法準(zhǔn)確測定高、中、低瓦斯含量的難題，實(shí)現(xiàn)了煤層瓦斯含量井下快速測定。2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀

和現(xiàn)有的瓦斯含量測試儀器相比，有如下優(yōu)勢：

●組合式流量傳感器自動切換設(shè)計(jì)，滿足高、中、低瓦斯含量煤層的測定精度●瓦斯含量井下直讀，無需測定殘余瓦斯含量●測定快速，測定周期15分鐘●一次充電連續(xù)工作8個(gè)小時(shí)以上●測定準(zhǔn)確率不低于90%2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀2.煤層瓦斯含量井下快速測定儀已取得防爆合格證和MA認(rèn)證，并在全國部分礦區(qū)推廣。3.煤層瓦斯壓力自動化測定儀常見的井下煤層瓦斯壓力測定方法適用條件：松軟巖層或煤巷測壓；煤層群分層測壓；穿層鉆孔測壓；用于煤層孔測壓時(shí)，煤層傾角應(yīng)該大于10°;鉆孔長度≥15m.煤層瓦斯壓力測定時(shí)，常常遇到下列問題：1）抄表繁瑣；

2）很難得到完整的瓦斯壓力恢復(fù)曲線，不利于排除水壓等因素的影響，對最終確定煤層原始瓦斯壓力不利；3）容易作假。3.煤層瓦斯壓力自動化測定儀河南理工大學(xué)瓦斯防治技術(shù)及裝備研究所研制的CPD8M型瓦斯壓力測定儀，采用充電電池供電和休眠節(jié)電設(shè)計(jì)，可自動準(zhǔn)確記錄長達(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，適用于主動測壓和被動測壓。3.煤層瓦斯壓力自動化測定儀CPD8M型煤層瓦斯壓力自動化測定儀主要技術(shù)參數(shù)：

1）測壓范圍：0-8MPa2）巡檢時(shí)間：可任意設(shè)定，1min~12h3）采用休眠節(jié)電設(shè)計(jì)，電池使用時(shí)間30d4）可顯示、繪制壓力恢復(fù)曲線，查詢歷史數(shù)據(jù)3.煤層瓦斯壓力自動化測定儀已取得防爆合格證和MA認(rèn)證，并在全國部分礦區(qū)推廣。3.煤層瓦斯壓力自動化測定儀4.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)，將瓦斯積聚點(diǎn)的風(fēng)流引射到回風(fēng)流中，起到稀釋瓦斯的作用，適用于回風(fēng)隅角、獨(dú)頭巷道、高冒區(qū)等局部瓦斯積聚點(diǎn)。名稱進(jìn)氣端直徑（mm）有效進(jìn)風(fēng)壓力（MPa）壓氣風(fēng)量（m3/min）引射風(fēng)量（m3/min）重量（kg）外形尺寸（mm）瓦斯稀釋器800.4~0.70.9~1.518~2820Φ219×1063主要技術(shù)參數(shù)4.不用電的瓦斯稀釋器瓦斯稀釋器作用原理1-壓氣進(jìn)口2-引射氣流進(jìn)口3-增壓室4-擴(kuò)散端4.不用電的瓦斯稀釋器瓦斯稀釋器作用原理4.不用電的瓦斯稀釋器4.不用電的瓦斯稀釋器5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)瓦斯預(yù)抽--瓦斯災(zāi)害治理治本之策增透--高效預(yù)抽、有效消突的關(guān)鍵預(yù)裂爆破--非常有效的增透措施，但因下列原因限制了該方法的推廣應(yīng)用：

◆“啞炮”處理極為困難

◆裝藥困難

◆炸藥管制河南理工大學(xué)、湖南漢壽中煤科技公司和英國CARDOX公司合作開發(fā)了用于煤層瓦斯強(qiáng)化抽采的液態(tài)CO2相變致裂技術(shù)裝備。二氧化碳炮預(yù)裂爆破技術(shù)的優(yōu)勢：⑴爆破過程無火花外露；⑵采用低壓起爆（9V），相比傳統(tǒng)起爆（1800V）更安全；⑶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；⑷不需進(jìn)行驗(yàn)炮，爆破后便可進(jìn)人，可連續(xù)作業(yè)。5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)液態(tài)CO2相變致裂的技術(shù)追求針對我國高瓦斯突出煤層地應(yīng)力大、瓦斯壓力高、透氣性差、煤層瓦斯預(yù)抽效果差的特征，采用國際領(lǐng)先的液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)取代炸藥對煤層實(shí)施預(yù)裂爆破，增加煤層透氣性，強(qiáng)化抽采瓦斯預(yù)抽效果，快速消除瓦斯突出危險(xiǎn)性。5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)液態(tài)CO2相變致裂演示試驗(yàn)錄像5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)16051底抽巷穿層鉆孔預(yù)裂爆破

根據(jù)九里山礦的區(qū)域瓦斯治理技術(shù)措施，在16051底抽巷，每隔2米在頂板布置一組鉆場，每組鉆場有7~11個(gè)鉆孔，預(yù)抽煤層瓦斯。為提高抽采效果，礦井采用高壓水射流進(jìn)行擴(kuò)孔，每個(gè)鉆孔沖出煤量0.5~1t。試驗(yàn)鉆場未進(jìn)行擴(kuò)孔。5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)焦作九里山礦底板巖巷穿層鉆孔強(qiáng)化抽采試驗(yàn)鉆孔數(shù)據(jù)對比鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)由0.0964d-1降到0.0323d-1，抽采類型由

較

難抽采改善為可以抽采5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)14121工作面淺孔松動爆破14121工作面位于14采區(qū)西翼，該工作面地面標(biāo)高為+92.3m，工作面標(biāo)高-153.7~196.2m，埋深246~288.5m。14121工作面走向長243.5m，傾斜寬132.5m，工作面所采煤層總厚度在5.8~8.5m之間，平均煤厚為6.91m，平均傾角為12.5°，含平均厚度1.1m的軟煤。5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)預(yù)裂效果圖河南理工大學(xué)5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)爆破效果對比炸藥液態(tài)二氧化碳技術(shù)優(yōu)勢1、根據(jù)預(yù)裂孔與炸藥孔爆破后的效果對比，表明液態(tài)二氧化碳預(yù)裂技術(shù)的消突效果與炸藥的消突效果相似，且爆破過程無火花，不會引起瓦斯爆炸。2、液態(tài)二氧化碳松動爆破使更多的煤塊從煤墻上脫落，產(chǎn)生了更多的裂隙，表現(xiàn)出了更好的消突效果。5.液態(tài)CO2相變致裂強(qiáng)化預(yù)抽消突新技術(shù)14121工作面上隅角頂板治理試驗(yàn)背景14121工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，偽頂為碳質(zhì)泥巖，直接頂為粉砂巖，老頂為砂巖，頂板巖性堅(jiān)硬穩(wěn)定。在工作面回采完，液壓支架向前推移之后，上隅角頂板不容易及時(shí)垮落，引起上隅角區(qū)域積聚瓦斯，容易導(dǎo)致瓦斯超限，埋下事故隱患。因此，處理上隅角頂板，使其在推移液壓支架后及時(shí)垮落，填滿采空區(qū)，避免瓦斯積聚勢在必行。工作面現(xiàn)采取的措施是往上隅角頂板打直徑為42mm、長2.2m的鉆孔，用炸藥爆破進(jìn)行強(qiáng)制放頂。然而，在嚴(yán)重突出危險(xiǎn)區(qū)使用炸藥作業(yè)始終存在安全隱患，考慮到液態(tài)二氧化碳相變致裂裝備爆破過程無火花外露、爆破威力大的優(yōu)點(diǎn)，確定進(jìn)行本次試驗(yàn)，考察液態(tài)