1、 “十五十五”以来我国能源消费总量过快增长，以来我国能源消费总量过快增长，10年增长年增长2.2倍，给资源环境带来巨大压力。我国倍，给资源环境带来巨大压力。我国GDP目前占世界生产总值不到目前占世界生产总值不到10%，但能源消耗，但能源消耗已经高于已经高于20%，能源排放的污染气体居世界首位，能源排放的污染气体居世界首位，温室气体占世界总量的温室气体占世界总量的25%，GDP的能耗、污染的能耗、污染排放和碳排放都过高。排放和碳排放都过高。 “中国能源中长期（中国能源中长期（2030、2050）发展战略研）发展战略研究究”提出转变能源供需模式，使其由提出转变能源供需模式，使其由“以粗放的以粗放的
2、供给满足增长过快的需求供给满足增长过快的需求”，向，向“以科学的供给以科学的供给满足合理的需求满足合理的需求”转变。转变。我国煤炭产量约占世界煤炭产量的我国煤炭产量约占世界煤炭产量的45%，占世界，占世界总量的比重逐年增加，而一些发达国家的煤炭产总量的比重逐年增加，而一些发达国家的煤炭产量是下降的。煤电在电力中的比重将由当前的约量是下降的。煤电在电力中的比重将由当前的约60%逐步下降，逐步下降，2050年可降至年可降至35%左右。左右。 煤炭科学产能是指在安全、高效、洁净、环境友煤炭科学产能是指在安全、高效、洁净、环境友好的条件下生产煤炭好的条件下生产煤炭。而我国现在每年生产的。而我国现在每年
3、生产的30多亿吨原煤只有不到一半符合科学产煤标准。多亿吨原煤只有不到一半符合科学产煤标准。符合科学开采的煤炭产能在符合科学开采的煤炭产能在20年后预计可达到年后预计可达到34亿亿-38亿吨。亿吨。 煤炭目前是我国主力能源，煤炭的洗选、开采和煤炭目前是我国主力能源，煤炭的洗选、开采和利用必须改变粗放形态，走安全、高效、环保的利用必须改变粗放形态，走安全、高效、环保的科学发展道路，煤炭在我国总能耗中的比重应该科学发展道路，煤炭在我国总能耗中的比重应该逐步下降，逐步下降，2050年可望减至年可望减至40%（甚至（甚至35%）以）以下，其战略地位将调整为重要的基础能源。下，其战略地位将调整为重要的基础
4、能源。我国煤炭的赋存特点，跟我国的地形地貌一样，我国煤炭的赋存特点，跟我国的地形地貌一样，复杂多变。露天煤矿比重低，绝大部分是井工矿，复杂多变。露天煤矿比重低，绝大部分是井工矿，且矿井条件复杂，煤与瓦斯突出、水、火、顶板且矿井条件复杂，煤与瓦斯突出、水、火、顶板等自然灾害多。等自然灾害多。复杂的地质条件也造就了一支特别能战斗的队复杂的地质条件也造就了一支特别能战斗的队伍，经过多年的奋战，我们已拥有比较先进的伍，经过多年的奋战，我们已拥有比较先进的煤炭科学技术和装备水平。煤炭科学技术和装备水平。 2000年以来我国煤矿安全科技工作者围绕煤年以来我国煤矿安全科技工作者围绕煤矿瓦斯灾害治理、防灭火、
5、粉尘防治、水害防矿瓦斯灾害治理、防灭火、粉尘防治、水害防治、瓦斯利用、安全监测监控和应急救援等方治、瓦斯利用、安全监测监控和应急救援等方面开展了大量基础研究及应用技术开发面开展了大量基础研究及应用技术开发,取得取得了众多研究成果。了众多研究成果。瓦斯灾害防治技术瓦斯灾害防治技术 煤矿井下钻孔施工关键技术煤矿井下钻孔施工关键技术地面钻井地面钻井抽采瓦斯抽采瓦斯技术技术 井下采动裂隙带探测技术井下采动裂隙带探测技术 煤层气利用煤层气利用技术技术进展进展1 1、瓦斯灾害危险区、瓦斯灾害危险区瓦斯地质预测技术瓦斯地质预测技术n实践表明，煤矿瓦斯灾害的发生具有区域分实践表明，煤矿瓦斯灾害的发生具有区域分
6、布的特点，瓦斯灾害特别是煤与瓦斯突出，布的特点，瓦斯灾害特别是煤与瓦斯突出，地质条件是其主控因素。地质条件是其主控因素。n取得的取得的3项创新成果项创新成果：以瓦斯地质数学模型：以瓦斯地质数学模型法为基础的瓦斯涌出量预测技术、多尺度突法为基础的瓦斯涌出量预测技术、多尺度突出区域预测瓦斯地质方法和指标及可视化预出区域预测瓦斯地质方法和指标及可视化预测等。测等。（1 1）瓦斯地质数学模型法为基础的）瓦斯地质数学模型法为基础的瓦斯涌出量预测技术瓦斯涌出量预测技术 分源预测法和瓦斯地质数学模型法结合起来，分源预测法和瓦斯地质数学模型法结合起来，通过技术互补，改进和完善了以瓦斯地质数学模型通过技术互补，
7、改进和完善了以瓦斯地质数学模型法为基础的瓦斯涌出量预测技术，并在郑煤集团告法为基础的瓦斯涌出量预测技术，并在郑煤集团告成矿和大平矿进行了示范应用。对大平矿成矿和大平矿进行了示范应用。对大平矿3个工作个工作面预测的相对误差分别为面预测的相对误差分别为2.4%、4.4%、17.5%，平均误差为平均误差为8.1%。（2 2）多尺度突出区域预测瓦斯地质方）多尺度突出区域预测瓦斯地质方法及指标法及指标 突出区域预测瓦斯地质方法的核心是突出区域预测瓦斯地质方法的核心是识别瓦斯富集识别瓦斯富集区和构造软煤发育区。区和构造软煤发育区。考虑到考虑到不同规模的构造对瓦斯赋不同规模的构造对瓦斯赋存和构造软煤的控制作
8、用是有差异的存和构造软煤的控制作用是有差异的，井田的划分、矿，井田的划分、矿井内部采区的安排以及工作面的布置都在很大程度上受井内部采区的安排以及工作面的布置都在很大程度上受到构造格局的影响。因此，从构造的尺度效应、矿井生到构造格局的影响。因此，从构造的尺度效应、矿井生产布局和突出区域预测的研究方法、获得构造软煤等基产布局和突出区域预测的研究方法、获得构造软煤等基本数据的技术途径和精细可靠程度等多个因素来看，本数据的技术途径和精细可靠程度等多个因素来看，突突出区域预测应在不同的尺度进行。出区域预测应在不同的尺度进行。（3 3）多尺度瓦斯地质编图方法及可视化预测系统）多尺度瓦斯地质编图方法及可视化
9、预测系统 采用采用Visual C+ 6.0作为作为软件开发平台软件开发平台，利用利用GIS组件组件MapObjects2.3，结合瓦斯地质理论、结合瓦斯地质理论、GIS原理原理与方法、数据库技术和可视化理论等，实现了矿井基与方法、数据库技术和可视化理论等，实现了矿井基础图件的可视础图件的可视表达，表达，建立了瓦斯地质信息库（包括断建立了瓦斯地质信息库（包括断层、钻孔、瓦斯含量、突出点等信息），开发出了可层、钻孔、瓦斯含量、突出点等信息），开发出了可独立运行的独立运行的数字瓦斯地质编图系统，实现了瓦斯含量数字瓦斯地质编图系统，实现了瓦斯含量预测过程及预测结果的可视化。预测过程及预测结果的可视化
10、。 鹤壁六矿北四采区突出区域预测图鹤壁六矿北四采区突出区域预测图 2 2、基于电磁辐射原理的煤岩动力灾害预测技术、基于电磁辐射原理的煤岩动力灾害预测技术中国矿大研究了电磁辐射法监测预报煤岩动力灾中国矿大研究了电磁辐射法监测预报煤岩动力灾害的技术及方法，开发了煤与瓦斯突出电磁辐射监害的技术及方法，开发了煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪，测仪，初步实现了电磁辐射的动态连续监测初步实现了电磁辐射的动态连续监测。 但在实用化技术方面需进一步研究完善但在实用化技术方面需进一步研究完善，如在，如在电电磁辐射预警临界值及动态预警准则、磁辐射预警临界值及动态预警准则、煤岩动力灾害煤岩动力灾害电磁辐射电磁辐射动态监测
11、动态监测等方面，是这一技术得以广泛应等方面，是这一技术得以广泛应用的关键，也是现场安全生产管理人员最为关注的用的关键，也是现场安全生产管理人员最为关注的问题。问题。 电磁辐射预测技术成果电磁辐射预测技术成果n 通过理论分析和进一步现场实测干扰源特征，对煤岩通过理论分析和进一步现场实测干扰源特征，对煤岩电磁辐射电磁辐射自动监测预报装备和动态监测软件自动监测预报装备和动态监测软件进行了完进行了完善，善，提高了滤噪、抗干扰能力、稳定性和准确性。提高了滤噪、抗干扰能力、稳定性和准确性。n 同时，开发了在线式电磁辐射实时监测系统软件，同时，开发了在线式电磁辐射实时监测系统软件，可可以对监测数据进行处理和
12、分析，判断电磁辐射水平的以对监测数据进行处理和分析，判断电磁辐射水平的变化趋势，从而对煤与瓦斯突出和冲击矿压危险发生变化趋势，从而对煤与瓦斯突出和冲击矿压危险发生的可能做出预测预报。实现了远程监视南山、峻德矿的可能做出预测预报。实现了远程监视南山、峻德矿电磁辐射测试数据。电磁辐射测试数据。n 实现了与煤矿安全监测系统联网运行实现了与煤矿安全监测系统联网运行完善提高后的完善提高后的电磁辐射装置电磁辐射装置电磁辐射指标的临界值研究成果电磁辐射指标的临界值研究成果u 在南山矿和红菱矿的监测试验表明，在南山矿和红菱矿的监测试验表明，电磁辐射强度电磁辐射强度指标对煤与瓦斯突出危险程度非常敏感。指标对煤与
13、瓦斯突出危险程度非常敏感。u 通过现场对比试验，综合分析确定了两个矿通过现场对比试验，综合分析确定了两个矿电磁辐电磁辐射指标的临界值：南山矿射指标的临界值：南山矿238和和311工作面煤与瓦斯工作面煤与瓦斯突出的突出的电磁辐射预测临界值均为电磁辐射预测临界值均为20mV；红菱矿红菱矿1200掘进工作面的掘进工作面的电磁辐射强度临界值为电磁辐射强度临界值为49mV。u这些成果为推进电磁辐射技术用于瓦斯灾害预测这些成果为推进电磁辐射技术用于瓦斯灾害预测提供了重要支撑。提供了重要支撑。3 3、井下地质雷达超前探测技术、井下地质雷达超前探测技术 “十五十五” 期间，在引进、消化吸收和创新期间，在引进、
14、消化吸收和创新国外技术的研究上，重庆院国外技术的研究上，重庆院成功地开发出成功地开发出了井下防爆地质雷达技术与装备了井下防爆地质雷达技术与装备。近几年近几年重点开展了雷达天线、现场工作方重点开展了雷达天线、现场工作方法及应用考察等研究。法及应用考察等研究。 煤层煤层煤层煤层掘进头掘进头接发射发射接收接收异常体异常体介质分界面介质分界面巷道掘进头雷达超前探测平面示意图 地质雷达超前探测地质雷达超前探测3 3项创新成果项创新成果 针对不同深度、不同地质异常，开发了针对不同深度、不同地质异常，开发了矿井矿井受限空间防爆屏蔽单脉冲调制平面的系列天受限空间防爆屏蔽单脉冲调制平面的系列天线线（50MHz2
15、00MHz），），多种天线结合使多种天线结合使用还可提高解释精度和降低物探多解性。用还可提高解释精度和降低物探多解性。井下超前探测工作方法可多样灵活，可实现井下超前探测工作方法可多样灵活，可实现向下、向上、向侧帮全方位探测。向下、向上、向侧帮全方位探测。 开发出的防爆型地质雷达可适用于矿井瓦斯开发出的防爆型地质雷达可适用于矿井瓦斯突出危险区域探测突出危险区域探测；煤层；煤层异常变化带异常变化带探测；探测；陷落柱及煤层夹矸探测等。陷落柱及煤层夹矸探测等。4 4、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术、煤矿井下定向长钻孔施工关键技术 近几年来，在瓦斯抽放长钻孔施工钻机能力方面，以西安院、重庆院等为主的科研
16、单位已取得了长足进步，研究成功了500-1000m的系列长钻孔装备。但是仅有钻机能力满足设计要求是不够的，定向钻进工艺和稳定组合钻具 是实现长钻孔施工成功的关键。为此，针对瓦斯抽放长钻孔施工过程中的为此，针对瓦斯抽放长钻孔施工过程中的钻孔定位钻孔定位和钻具等关键技术难题和钻具等关键技术难题，西安院重点研究完善了稳定，西安院重点研究完善了稳定组合钻头、组合钻具，开发了多点即时测斜仪等组合钻头、组合钻具，开发了多点即时测斜仪等。稳定组合钻头及稳定组合钻具稳定组合钻头及稳定组合钻具 多级组合钻头多级组合钻头复合片组合式复合片组合式扩孔钻头扩孔钻头内凹复合片钻头内凹复合片钻头应用效果应用效果 在七台河
17、精煤集团新兴矿在七台河精煤集团新兴矿4105141051工作面分别完成了工作面分别完成了孔深孔深520m520m、685m685m和和374m374m的近水平高位岩石定向钻孔。的近水平高位岩石定向钻孔。 在铜川局玉华矿完成了一个孔深在铜川局玉华矿完成了一个孔深820m820m定向钻孔。定向钻孔。 在彬长公司大佛寺矿钻进了深度为在彬长公司大佛寺矿钻进了深度为705m705m的长钻孔的长钻孔 20062006年，在寺河矿年，在寺河矿23052305工作面对研制的工作面对研制的73mm73mm高高强度钻杆、稳定组合钻头和组合钻具进行了试验验强度钻杆、稳定组合钻头和组合钻具进行了试验验证证, , 共钻
18、进三个钻孔，孔深分别为共钻进三个钻孔，孔深分别为603m603m、350m350m和和612m612m的近水平煤层定向钻孔。的近水平煤层定向钻孔。 创新点创新点钻孔施工过程中，钻杆会受到拉、压、弯、扭等多钻孔施工过程中，钻杆会受到拉、压、弯、扭等多种作用，种作用，断钻是工程中的普遍现象断钻是工程中的普遍现象，解决了解决了73mm73mm高高强度强度钻杆结构设计与制造关键技术钻杆结构设计与制造关键技术，为提高成孔率创，为提高成孔率创造了先决条件。造了先决条件。 优化的多级组合钻头、钻具和螺旋槽扶正器，增加优化的多级组合钻头、钻具和螺旋槽扶正器，增加了钻孔定向精度和成孔率。了钻孔定向精度和成孔率。
19、 测斜仪采用新型半导体传感器测斜仪采用新型半导体传感器，测斜过程中，测斜过程中实时显实时显示钻进轨迹及与钻孔设计的方位差，示钻进轨迹及与钻孔设计的方位差，解决了瓦斯抽放解决了瓦斯抽放长钻孔施工过程中的钻孔定位关键技术难题。长钻孔施工过程中的钻孔定位关键技术难题。5 5、突出松软煤层抽放钻孔关键技术、突出松软煤层抽放钻孔关键技术 突出松软煤层钻孔难一直制约着我国煤矿瓦斯抽突出松软煤层钻孔难一直制约着我国煤矿瓦斯抽放与突出防治的技术发展。放与突出防治的技术发展。 实践证明，螺旋钻进、压风排渣是实践证明，螺旋钻进、压风排渣是松软突出煤层成松软突出煤层成孔的有效途径，但还需要解决一些关键技术。孔的有效
20、途径，但还需要解决一些关键技术。重庆院重庆院创新研究思路，从工艺和装备两方面入手创新研究思路，从工艺和装备两方面入手，通过攻关研究，取得了实质性的技术突破。通过攻关研究，取得了实质性的技术突破。 重点开展了重点开展了3 3方面核心技术的研究方面核心技术的研究 试验考察了钻机钻具试验考察了钻机钻具转速与排渣效果的关系转速与排渣效果的关系，确定了，确定了螺旋钻机的临界转速，避免或减弱了螺旋钻机施工时因螺旋钻机的临界转速，避免或减弱了螺旋钻机施工时因排渣不畅而形成阻塞和憋钻现象。排渣不畅而形成阻塞和憋钻现象。试验研究了试验研究了钻进速度与煤的性质、成孔直径、钻具转速钻进速度与煤的性质、成孔直径、钻具
21、转速的关系的关系，对螺旋钻杆主要参数进行了分析，确定了螺旋对螺旋钻杆主要参数进行了分析，确定了螺旋钻杆螺旋角。钻杆螺旋角。通过对螺旋成孔所需临界转速、钻杆螺旋升角、中心管通过对螺旋成孔所需临界转速、钻杆螺旋升角、中心管径、螺距的优化研究，确定了钻机的最优参数，开发出径、螺距的优化研究，确定了钻机的最优参数，开发出适用于松软突出煤层顺层长钻孔施工的适用于松软突出煤层顺层长钻孔施工的螺旋钻机和相应螺旋钻机和相应的钻具的钻具。 55kw型螺旋钻机 在渝阳煤矿煤柱区成孔深度达在渝阳煤矿煤柱区成孔深度达168米，由米，由于见岩而终孔，还能继续钻进。于见岩而终孔，还能继续钻进。 在同一地点，用相同能力的钻
22、机，采用矿在同一地点，用相同能力的钻机，采用矿上现有的螺旋钻杆及钻头作对比试验，最大上现有的螺旋钻杆及钻头作对比试验，最大成孔深度还不到成孔深度还不到80米，米，60米左右就卡钻、抱米左右就卡钻、抱钻，钻，70多米时钻机就不能旋转了。多米时钻机就不能旋转了。 通过现场试验，螺旋钻进成孔技术能成孔通过现场试验，螺旋钻进成孔技术能成孔160m深度以上，为今后顺层长钻孔的施工深度以上，为今后顺层长钻孔的施工从装备和工艺技术上奠定了很好的基础。从装备和工艺技术上奠定了很好的基础。6 6、安全生产监测监控关键技术安全生产监测监控关键技术 3个方面的重要创新：个方面的重要创新：n红外甲烷传感器已达到商业化
23、应用阶段红外甲烷传感器已达到商业化应用阶段n瓦斯抽放监测关键技术取得突破瓦斯抽放监测关键技术取得突破n安全监测与生产监控已实现综合一体化安全监测与生产监控已实现综合一体化红外甲烷传感器研究与发展红外甲烷传感器研究与发展n国内外用于煤矿井下甲烷气体检测有国内外用于煤矿井下甲烷气体检测有光干涉、载光干涉、载体催化、热导、红外、激光、气敏体催化、热导、红外、激光、气敏等原理。我国等原理。我国煤矿煤矿瓦斯监控系统瓦斯监控系统中配套使用的低浓度甲烷传感中配套使用的低浓度甲烷传感器基本上都是采用器基本上都是采用载体催化原理载体催化原理，瓦斯抽放监测瓦斯抽放监测系统系统中使用的高浓度甲烷传感器基本上都采用中
24、使用的高浓度甲烷传感器基本上都采用热热导原理。导原理。n由于载体催化传感器存在由于载体催化传感器存在抗高瓦斯冲击的性能差抗高瓦斯冲击的性能差、调校周期短等缺点，、调校周期短等缺点，一直制约着甲烷检测技术一直制约着甲烷检测技术的发展。的发展。红外甲烷传感器红外甲烷传感器( (配监测系统配监测系统) )测量范围：测量范围：010.0%CH4分辨率：分辨率：0.01CH4测量精度：测量精度：0.001.00%CH4 0.10%CH41.002.00%CH4 0.20%CH42.004.00%CH4 0.30%CH44.0010.0%CH4 8.00%真值真值(相对误差相对误差)元件检测反应速度：元件
25、检测反应速度：20s调校周期：调校周期：6个月个月使用寿命：使用寿命：5年年信号带负载能力：信号带负载能力：0400报警方式：间歇式声光报警报警方式：间歇式声光报警85dB(声强声强)，能见度能见度20m(光强光强)0.7/台，是催化的台，是催化的3-4倍，是倍，是国外（国外（2万）的万）的1/3。抽放管道用红外甲烷传感器红外红外线甲线甲烷气烷气体检体检测技测技术术技术指标：技术指标：测量范围测量范围:(0100)%VOL:(0100)%VOL响应时间：响应时间：40s(t40s(t9090) )测量精度：真值的测量精度：真值的7%66个月个月工作电压：工作电压：DC 924VDC 924V工
26、作电流：工作电流：50mA.18VDC50mA.18VDC温度范围：温度范围：-20-20到到50 50 压力范围：压力范围：40kPa40kPa到到130kPa130kPa使用寿命：使用寿命：5 5年年优点：优点：1.1.测量范围宽测量范围宽2.2.测量精度高测量精度高3.3.稳定性能好稳定性能好4.4.适应压力、温度范围宽适应压力、温度范围宽5.5.高调校时间长高调校时间长6.6.整机功耗小整机功耗小管道管道红外红外甲烷传感器与甲烷传感器与热导热导原理甲烷传感器比较原理甲烷传感器比较指标指标 产品产品红外原理甲烷传感器红外原理甲烷传感器热导原理甲烷传感器热导原理甲烷传感器测量范围测量范围0
27、100CH4测量测量适合于适合于2080CH4测量测量分辨率分辨率高（可达高（可达0.01）低（只能到低（只能到0.1）测量精度测量精度全量程全量程真值的真值的7 7真值的真值的1010，且，且高端和低高端和低端测量不准端测量不准反应速度反应速度快快快快稳定性稳定性长（可长（可6个月标校）个月标校）短短(15天天)元件寿命元件寿命5年年(预期预期) )易损坏（一般易损坏（一般1年）年）功耗功耗低功耗低功耗低功耗低功耗抗干扰程度抗干扰程度不受目标气体成分、湿度、不受目标气体成分、湿度、温度、压力变化而影响测温度、压力变化而影响测量量目标气体成分、湿度、温度、目标气体成分、湿度、温度、压力变化对测
28、量值影响非常压力变化对测量值影响非常大大市场价格市场价格0.9-1万元万元/台台,是热导的是热导的3-4倍倍 1 1 法兰法兰 2 2 截止阀截止阀 3 3 采样旁管采样旁管 4 4 差压变送器差压变送器 5 5 智能显示仪智能显示仪 6 6 电源及信号进线嘴电源及信号进线嘴 7 7 红外甲烷电源及信号红外甲烷电源及信号 8 8 显示窗显示窗 9 9 探头气室探头气室 1010 V V型锥体型锥体 1111 负压取样管负压取样管 1212 温度探头温度探头 1313 正压取样口正压取样口 1414 V V锥流量传感器测量管段锥流量传感器测量管段它是一种差压式流量传感器。它通过在管道中心安装一锥
29、形体，使管道中它是一种差压式流量传感器。它通过在管道中心安装一锥形体，使管道中心流体绕锥形体流动，迫使高流速的中心与接近管壁的低流速均匀化从而心流体绕锥形体流动，迫使高流速的中心与接近管壁的低流速均匀化从而在锥体前后形成稳定的差压，通过计算得到介质流量在锥体前后形成稳定的差压，通过计算得到介质流量。7.地面钻井地面钻井“一井三用一井三用”技术技术 首先超前于煤炭开采，首先超前于煤炭开采，设置压裂井形式的地面设置压裂井形式的地面钻井，以压裂法在煤层钻井，以压裂法在煤层中形成人工裂缝和产气中形成人工裂缝和产气通道，利用瓦斯自然释通道，利用瓦斯自然释放的正压进行瓦斯收集，放的正压进行瓦斯收集，消除下
30、煤组的煤与瓦斯消除下煤组的煤与瓦斯突出突出 冒落带弯曲下沉带底鼓破碎带裂隙带首 采 煤 层地 表风 巷机 巷二用二用：下煤组开采时：下煤组开采时对上煤组和中组煤造对上煤组和中组煤造成采动卸压及应力释成采动卸压及应力释放，利用同一个地面放，利用同一个地面钻井，以负压的方式钻井，以负压的方式抽采处于弯曲下沉带抽采处于弯曲下沉带内上煤组和中煤组中内上煤组和中煤组中的瓦斯的瓦斯 。三用三用：开采上煤组和：开采上煤组和中煤组的同时，再次中煤组的同时，再次利用所述同一个地面利用所述同一个地面钻井负压抽采中煤组钻井负压抽采中煤组或上煤组本层工作面或上煤组本层工作面开采时的采空区瓦斯。开采时的采空区瓦斯。地面
31、钻井地面钻井“一井三用一井三用”技术应用实例技术应用实例 芦岭矿属高瓦斯突出矿井，主采芦岭矿属高瓦斯突出矿井，主采8、9煤层厚度在煤层厚度在1012米左右，属特厚煤层。米左右，属特厚煤层。 提前提前810年对年对8、9、10煤层进行压裂预抽，首煤层进行压裂预抽，首先使先使10煤预抽瓦斯在煤预抽瓦斯在40%以上，实现保护层开采消突；以上，实现保护层开采消突；其次当其次当10煤开采时，二次利用压裂井改作采动井，抽煤开采时，二次利用压裂井改作采动井，抽采被保护层采被保护层7、8、9煤层的采动区卸压瓦斯；最后在煤层的采动区卸压瓦斯；最后在开采开采8、9煤层时，三次利用该井抽采煤层时，三次利用该井抽采8
32、、9煤层的采空煤层的采空瓦斯，这样就可以实现压裂井变为采动井和采空区井，瓦斯，这样就可以实现压裂井变为采动井和采空区井，使使“一井三用一井三用”最大限度地抽采和开采煤层瓦斯，达最大限度地抽采和开采煤层瓦斯，达到 根 治 瓦 斯 确 保 矿 井 安 全 的 战 略 目 标 。到 根 治 瓦 斯 确 保 矿 井 安 全 的 战 略 目 标 。 抽采瓦斯的日产气量可以达到抽采瓦斯的日产气量可以达到3000m2，供，供10台台500千瓦发电机组同时发电。千瓦发电机组同时发电。8.地面长距离水平定向钻进技术地面长距离水平定向钻进技术 利用大功率定向钻机，由地面钻进生产垂利用大功率定向钻机，由地面钻进生产
33、垂直井至目标煤层下直井至目标煤层下50m，再对目标煤层扩，再对目标煤层扩孔到孔到460mm；由地面穿层斜井至目标煤层，；由地面穿层斜井至目标煤层，沿煤层水平钻进，依靠定向系统实现水平沿煤层水平钻进，依靠定向系统实现水平井与垂直生产井的对接，形成井与垂直生产井的对接，形成“三托一三托一”或或“二托一二托一”的瓦斯抽采系统。的瓦斯抽采系统。地面长距离水平定向钻进技术地面长距离水平定向钻机地面长距离水平定向钻进技术地面长距离水平定向钻进技术9.地面钻孔瓦斯抽放技术地面钻孔瓦斯抽放技术 羽羽状状钻钻孔孔 原理：地面原理：地面钻井一个开钻井一个开孔位置，多孔位置，多个分支进入个分支进入煤层，使煤煤层，使
34、煤层钻孔长度层钻孔长度极大增加，极大增加，加大钻井控加大钻井控制范围和抽制范围和抽瓦斯量。瓦斯量。地面钻孔瓦斯抽放技术地面钻孔瓦斯抽放技术 定定向向钻钻孔孔 1民用燃料民用燃料(CH440%)2工业燃料工业燃料(CH440%)3发电发电(CH430%)4煤层气液化煤层气液化(CH440%)5浓缩富集浓缩富集1细水雾输送及低浓度发电技术细水雾输送及低浓度发电技术1混燃发电及热逆流转反应技术混燃发电及热逆流转反应技术中高浓度煤层气中高浓度煤层气低浓度煤层气低浓度煤层气矿井乏风中甲烷矿井乏风中甲烷不同浓度煤层气不同浓度煤层气 规模：规模：2010年达年达200万户以上，应用前景好。万户以上，应用前景
35、好。 所需甲烷浓度：所需甲烷浓度：40%以上。以上。 国家政策：国家政策：未进入城市公共配气管网的民用煤层未进入城市公共配气管网的民用煤层气销售价格由供需双方协商确定；进入城市公共配气销售价格由供需双方协商确定；进入城市公共配气管网并纳入政府管理范围的民用煤层气销售价格，气管网并纳入政府管理范围的民用煤层气销售价格，按照与天然气、煤气、液化气等可替代燃料保持等按照与天然气、煤气、液化气等可替代燃料保持等热值合理比价关系的原则确定。一般民用价格在热值合理比价关系的原则确定。一般民用价格在1.02.5元元/m3（纯）。（纯）。 管道建设：管道建设：第一条跨省煤层气长输管道项目第一条跨省煤层气长输管
36、道项目“端端氏晋城博爱煤层气管道氏晋城博爱煤层气管道”正在建设。正在建设。 (1) 民用燃料民用燃料(2) 中高浓度煤层气发电中高浓度煤层气发电蒸汽轮机蒸汽轮机燃气轮机燃气轮机内燃机内燃机技术成熟度技术成熟度成熟成熟成熟成熟成熟成熟kW投资投资55006500元元5500元左右元左右50005500元元热效率热效率1525%3040%3243%利用利用CH4浓度浓度30%以上以上40%以上以上6%以上以上特点特点技术成熟、运技术成熟、运行可靠、系统行可靠、系统庞大、复杂庞大、复杂单机功率大、单机功率大、占地面积小占地面积小系统简单、运行系统简单、运行灵活、适用瓦斯灵活、适用瓦斯浓度范围广浓度范
37、围广适应性适应性主要用于联合主要用于联合循环发电循环发电用于大型煤层用于大型煤层气电厂气电厂广泛广泛阳泉煤层气氧化铝焙烧阳泉煤层气氧化铝焙烧项目：年耗煤层气项目：年耗煤层气1.26亿亿m3，减排约，减排约189189万万tCOtCO2 2e e，利用甲烷浓度，利用甲烷浓度35%。铁法煤层气供法库县陶瓷城项目铁法煤层气供法库县陶瓷城项目：甲烷浓度：甲烷浓度41%，年利用量，年利用量3500万万m3，已经有，已经有8家企业使用煤层气，日用量在家企业使用煤层气，日用量在14-16万万m3 。(3) 工业燃料工业燃料 汽车燃料汽车燃料应用情况：山西太原、晋城、长治等地区，用于出租车、柴应用情况：山西太
38、原、晋城、长治等地区，用于出租车、柴油车、排矸车等燃柴油车辆。油车、排矸车等燃柴油车辆。举例：举例：2007年，太原市建成年，太原市建成7座煤层气加气站，约有座煤层气加气站，约有1000辆出租车改用煤层气作为燃料。太原市煤层气价格为辆出租车改用煤层气作为燃料。太原市煤层气价格为3.2元元/m3，93号汽油最低号汽油最低6.07元元/升，升，1m3煤层气与煤层气与1升汽油热值升汽油热值相当，两者价格相差近相当，两者价格相差近3元。元。(4) 液化液化技术技术港华煤层气液化厂区图港华煤层气液化厂区图山西港华煤层气液化项目：山西港华煤层气液化项目：阳泉含氧煤层气液化项目：阳泉含氧煤层气液化项目：处于
39、商业化示范阶段处于商业化示范阶段采用地面开发的煤层气采用地面开发的煤层气与管道运输比较经济性好与管道运输比较经济性好CH4浓度浓度92%以上以上一期一期25万万m3/d，已投产，已投产二期二期57万万m3/d，正在建设中，正在建设中液化装置全部国产化液化装置全部国产化处于工业试验阶段处于工业试验阶段适用浓度：适用浓度：CH4浓度在浓度在30%以上以上日产气量：目前日产气量：目前1.2t/d应用情况：经过一年连续开机试应用情况：经过一年连续开机试验，运行平稳。验，运行平稳。煤层气抽采、液化、储存、运输、使用流程煤层气抽采、液化、储存、运输、使用流程以脱氮最为复杂，难度最大，可采取的核心分离技以脱
40、氮最为复杂，难度最大，可采取的核心分离技术有术有：(5) 浓缩富集浓缩富集低温精馏分离技术低温精馏分离技术在大规模分离煤层气在大规模分离煤层气(Mm3/d) 时才具有时才具有商业价值，适宜于商业价值，适宜于CH4浓度在浓度在30%以上。以上。 变压吸附变压吸附(PSA)目前处于工业性示范研究目前处于工业性示范研究膜分离技术膜分离技术离工业化还有差距离工业化还有差距存在问题：存在问题：低温精馏法在工业上获得成功应用，但该工艺复杂，设备投低温精馏法在工业上获得成功应用，但该工艺复杂，设备投资大，成本高，不适于中小型煤矿。资大，成本高，不适于中小型煤矿。变压吸附变压吸附(PSA)技术，开发合适的吸附
41、剂，降低成本。技术，开发合适的吸附剂，降低成本。(6) 低浓度煤层气发电低浓度煤层气发电技术成熟，运行功率为技术成熟，运行功率为400420kW，发电单位投资，发电单位投资为为80009500元元/kW。盘江盘江矿区矿区 彬长矿区彬长矿区潞安煤业潞安煤业平煤集团平煤集团两淮地区两淮地区峰峰集团峰峰集团阳泉矿区阳泉矿区离柳矿区离柳矿区阜新阜新矿区矿区 鸡西矿区鸡西矿区石炭井矿区石炭井矿区华蓥山矿区华蓥山矿区(7) 矿井乏风中甲烷的利用矿井乏风中甲烷的利用抚矿矿井乏风与抽采瓦斯混合发电流程图抚矿矿井乏风与抽采瓦斯混合发电流程图处于研究示范阶段、技处于研究示范阶段、技术不成熟、成本高。术不成熟、成本
42、高。(7) 矿井乏风中甲烷的利用矿井乏风中甲烷的利用示范工程示范工程1抚矿矿井乏风与抽采瓦斯混合发电抚矿矿井乏风与抽采瓦斯混合发电利用瓦斯利用瓦斯3400Nm3/h（浓度（浓度30%）利用乏风利用乏风22600Nm3/h装机装机3500kW年发电年发电3000万万kWh回收余热回收余热17800 m3/h(温度温度360）示范工程示范工程2 引进瑞典的风排瓦斯净化装置引进瑞典的风排瓦斯净化装置郑州告成煤矿采用低浓度瓦斯湿式输送系统，利用矿区郑州告成煤矿采用低浓度瓦斯湿式输送系统，利用矿区的的CMM与与VAM混合气氧化加热，混合气氧化加热，该项目投运后，每年该项目投运后，每年可消耗瓦斯可消耗瓦斯
43、150150万万m m3以上，提供以上，提供4040万万m m34040生活生活热水热水， 但但无经济性。无经济性。示范工程示范工程3 3胜动煤矿乏风甲烷氧化装置胜动煤矿乏风甲烷氧化装置 阜新某煤矿拟安装阜新某煤矿拟安装10台台6万万m3/h的乏风氧化装置，利用乏风浓度的乏风氧化装置，利用乏风浓度为为0.6%，10台每小时可氧化纯台每小时可氧化纯CH43600m3(相当于减排相当于减排50t二氧化二氧化碳碳)，能替代，能替代1台台15t/h的蒸汽锅炉，的蒸汽锅炉，1天可节煤天可节煤72t。利用技利用技术名称术名称技术特点技术特点发展发展阶段阶段国内外发展与应用水平国内外发展与应用水平投资投资用
44、途用途所需浓所需浓度度效率效率国外国外国内国内内燃机内燃机发电或热发电或热电联产电联产6%，对，对稳定性要求稳定性要求不高不高32-43%商业商业化化已形成多种型号装已形成多种型号装备，在发达国家煤备，在发达国家煤矿多有应用矿多有应用主要以国产设备为主要以国产设备为主，有多个省市煤主，有多个省市煤矿应用矿应用50005500元元/kW燃气轮机燃气轮机发电或热发电或热电联产电联产40%对稳对稳定性要求高定性要求高30-40%商业商业化化技术较为成熟，目技术较为成熟，目前最大装机容量已前最大装机容量已达达325MW 国内晋城、靖远应国内晋城、靖远应用，单机容量用，单机容量2MW 5500元元/kW
45、左右左右 瓦斯锅炉瓦斯锅炉民用、工民用、工业业30-40%对对稳定性要求稳定性要求高高商业商业化化世界各产煤国多有世界各产煤国多有应用应用中国煤矿多有应用中国煤矿多有应用很少很少蒸汽机蒸汽机发电或热发电或热电联产电联产30%对稳对稳定性要求高定性要求高10%-25%商业商业化化因效率低，国外显因效率低，国外显有应用有应用目前新建目前新建较昂贵较昂贵煤层气液煤层气液化技术化技术将甲烷分将甲烷分离并液化离并液化35%以上以上99.8%示范示范阶段阶段尚未有含氧煤层气尚未有含氧煤层气分离液化技术的成分离液化技术的成功案例功案例山西晋城矿业集团、山西晋城矿业集团、阳泉煤业集团示范阳泉煤业集团示范应用应
46、用较高较高变压吸附变压吸附技术、深技术、深冷分离技冷分离技术等净化术等净化富集技术富集技术瓦斯富集瓦斯富集净化，提净化，提高瓦斯浓高瓦斯浓度度50%（太（太低浓度经济低浓度经济性较差）性较差）净化净化效率效率高达高达98%示范示范阶段阶段美、德使用美、德使用变压吸变压吸附技术附技术进行天然气进行天然气或城市煤气生产，或城市煤气生产，规模达规模达30000Nm3/d 西南化工研究院、西南化工研究院、抚顺分院有成熟变抚顺分院有成熟变压吸附技术与装备压吸附技术与装备 2400027000元元/万万m3（天然气）（天然气） 主要利用技术汇总表主要利用技术汇总表-1-1（1 1）煤层气利用率低）煤层气利
47、用率低图：煤层气历年利用率变化示意图图：煤层气历年利用率变化示意图（2 2）装备水平需进一步提高）装备水平需进一步提高（4 4）经济效益差）经济效益差（3 3）政策落实不到位）政策落实不到位（5 5）未形成规模化）未形成规模化1000kW1000kW以上内燃机组及大功率高参数燃气轮机组尚不成以上内燃机组及大功率高参数燃气轮机组尚不成熟熟, ,发电效率比国外装备低发电效率比国外装备低1010个百分点、可靠性较差个百分点、可靠性较差 发电发电补贴费用未兑现，建议从可再生能源发电统筹补贴费用未兑现，建议从可再生能源发电统筹资金中给予解决资金中给予解决1.1.煤矿区煤层气开发利用是主体煤矿区煤层气开发
48、利用是主体图：历年及规划中煤矿区煤层气抽放量在图：历年及规划中煤矿区煤层气抽放量在1108m3以上矿区数量以上矿区数量112336811183605101520253035401990199319962000200220042006200820102015年份矿区数（个）2.2.煤层气发电、压缩和液化后作为工业和民用燃料煤层气发电、压缩和液化后作为工业和民用燃料是今后主要利用方向是今后主要利用方向发展趋势发展趋势3.3.低浓度瓦斯利用技术是重点低浓度瓦斯利用技术是重点 4.4.装备的大型化、成套化是必然选择装备的大型化、成套化是必然选择 目前，瓦斯利用技术主要在中高浓度瓦斯领域目前，瓦斯利用技
49、术主要在中高浓度瓦斯领域推广，忽视了低浓度瓦斯和矿井乏风瓦斯的利用。推广，忽视了低浓度瓦斯和矿井乏风瓦斯的利用。2.2.煤层气发电、压缩和液化后作为工业和民用燃料煤层气发电、压缩和液化后作为工业和民用燃料是今后主要利用方向是今后主要利用方向发展趋势发展趋势3.3.低浓度瓦斯利用技术是重点低浓度瓦斯利用技术是重点 4.4.装备的大型化、成套化是必然选择装备的大型化、成套化是必然选择 目前，瓦斯利用技术主要在中高浓度瓦斯领域目前，瓦斯利用技术主要在中高浓度瓦斯领域推广，忽视了低浓度瓦斯和矿井乏风瓦斯的利用。推广，忽视了低浓度瓦斯和矿井乏风瓦斯的利用。提提 纲纲一、坚持从规划、设计源头抓瓦斯治理。一
50、、坚持从规划、设计源头抓瓦斯治理。二、坚持瓦斯抽采精细化、规范化、最大化、二、坚持瓦斯抽采精细化、规范化、最大化、信息化。信息化。三、坚持瓦斯治理技术创新，促进瓦斯抽采与三、坚持瓦斯治理技术创新，促进瓦斯抽采与利用。利用。四、坚持瓦斯治理与利用并重，以用促抽。四、坚持瓦斯治理与利用并重，以用促抽。五、坚持瓦斯治理七项管理制度，严肃问责。五、坚持瓦斯治理七项管理制度，严肃问责。淮南矿区瓦斯抽采淮南矿区瓦斯抽采 淮南矿业集团煤炭储量285亿吨，现有12对生产矿井，其中突出矿井11对，高瓦斯矿井1对；基建矿井1对，为突出矿井。谢桥矿谢桥矿顾桥矿顾桥矿潘三矿潘三矿潘一矿潘一矿潘二矿潘二矿新庄孜矿新庄孜
