煤矿采空区瓦斯抽放工艺流程

2022-09-15

从50年代起, 我国开始涉及矿井瓦斯抽放, 距今大约有60年的历史[1]。抚顺、阳泉、天府和北票矿务局的6个煤矿先后进行井下瓦斯抽放试验, 年抽放量60×106m3左右。截至1999年底, 全国共有158座煤矿建立了井下抽放系统和地面输配气系统, 年抽放量达7.89×108m3, 见图1。据统计[2], 到2004年底国有重点煤矿建有煤矿瓦斯地面抽放系统308套, 井下移动抽采系统272套, 煤矿瓦斯抽采总量见图1。

目前井下抽放煤层气利用量不到50%还有很大的利用空间。阜新矿业集团[3]对王家营矿、五龙矿等矿进行了煤层气抽放, 集团总抽放能力11.69×104m3/d, 各矿煤层气抽放情况见图2。

一般报废矿井的瓦斯抽放浓度应在35%～70%, 其热值在3000×4.168KJ/m3～6000×4.168KJ/m3[2], 地面煤层气勘探成本[4]0.97元/m3, 瓦斯抽放成本[4]0.80元m3, 可见瓦斯抽放经济上是有很大利润空间, 又能解决煤矿生产安全问题, 即有社会效益, 又有经济效益, 是一项双赢。

1 抽放条件及原则

保证瓦斯抽放方案成功的关键条件因素包括以下几方面。

(1) 大范围的报废煤矿巷道, 最好是相连的; (2) 未采煤层已被上部巷道和下部巷道卸压; (3) 未采煤层中有大量残留的煤层气～煤层气高含量看来并不是最重要的; (4) 进水量极小, 主巷道中没有或几乎没有积水; (5) 从未充填井筒或平巷可抽取煤层气; (6) 无通路与浅部露头巷道相连以确保不漏气; (7) 在当地及附近地区还有煤层气市场。

原则是[1, 5～7]: (1) 报废矿井的瓦斯资源的基本评价; (2) 报废矿井瓦斯抽放可抽放性研究; (3) 报废矿井瓦斯抽放与利用; (4) 报废矿井瓦斯抽放的商务评价。

2 瓦斯抽放设计

2.1 资源量的确定

采空区矿井瓦斯资源的计算利用资源构成法[7], 废弃矿井瓦斯资源量是游离瓦斯资源量和吸附瓦斯资源量之和, 即:

式中:

为采空区内的游离瓦斯资源量, m3;

Qm t为废弃煤炭中的吸附瓦斯资源量, m3;V为采空区体积, m3;

为采空区瓦斯浓度, %;

T为废弃煤炭储量, t;

gmt为废弃煤炭中的瓦斯含量, m3/t。

2.2 设计的思路—井距的选择

(见表1)

2.3 完钻层位的确定

(1) 冒落高度的计算[8]:根据GB12719-91《水文地质、工程地质勘探规范》冒落带最大高度计算公式:

式中:冒落带最大高度为Hc, 煤层厚度为M。

(2) 冒落导水裂隙带经验公式[8]:

完钻层位应确立在煤层和Hc之间。

2.4 完井方式

完井层位应确立在Ht和Hc之间, 生产套管完井, 割开人工井底, 打到完钻层位。

3 施工方法

3.1 地面钻井

从施工角度和经济条件考虑, 煤层埋深大于300m, 适合常规煤层气钻井技术;不大于300m时, 采用车载式钻井机, 井径可以利用500mm～600mm或更大一些;技术套管完井。

3.2 井下钻机

SKZ-120A型深孔钻机主要性能参数:

适应岩种:f=8～16;

钻孔直径:68mm～120mm;

钻孔深度:低风压, 向上120m, 向下40m;中风压, 向上14 0m, 向下60 m;

使用气压:0.5MPa～1.2MPa;

耗气量:7M3～8M3/min;

钻具一次推进:1000mm;

钻具回转速度: (空载) 60r/min;

耗水量:8L/min～12L/min;

钻机重量:1200kg;

钻井进尺:100m。

4 瓦斯抽放

利用风机或负压机排出地表输入管路使用。

5 结语

目前, 国家有关部门对煤矿安全问题十分重视, 煤矿瓦斯抽放已经作为解决煤矿安全问题的首选方法, 刊物上的发表的文章也是比比皆是, 本文详细介绍了煤矿采空区瓦斯抽放工艺流程, 旨在促进煤矿采空区废弃能源的利用, 为社会创造更多效益。

摘要：我国开始涉及矿井瓦斯抽放, 距今大约有60年的历史, 到2004年底国有重点煤矿已建有煤矿瓦斯地面抽放系统308套, 井下移动抽采系统272套。一般报废矿井的瓦斯抽放浓度应在35%～70%, 其热值在3000×4.168KJ/m3～6000×4.168KJ/m3。地面煤层气勘探成本0.97元/m3, 瓦斯抽放成本0.80元/m3, 后者具有更大的利润空间, 同时又能解决煤矿生产安全问题, 既有社会效益, 又有经济效益, 是一项双赢。

关键词：煤矿,采空区,瓦斯抽放,废弃能源