煤层群开采瓦斯卸压抽采“三带”范围的理论研究
【摘要】我国煤储层普遍具有变质程度高、渗透率低、压力小和含气饱和度低的特点,采前瓦斯抽采难度大,而煤层开采后会引起周围
岩层产生“卸压增透”效应,煤岩层渗透率将增大数十倍至数百倍,
瓦斯渗流速度加剧,瓦斯涌出量随之增大,这就为瓦斯的抽采创造了
有利条件。因此,利用煤层开采引起的卸压作用进行煤与瓦斯共采将是我国煤矿瓦斯灾害防治与环境保护的最佳途径。目前,从煤与瓦斯共采的角度出发,作者所在课题组提出了煤层群条件下采动上覆瓦斯卸压抽采的“三带”划分:导气裂隙带、卸压解吸带和不易解吸带,
但尚未给出明确的“三带”范围划分指标,也没有对其影响因素进行研究。本论文对此进行了深入研究。根据岩石三轴卸载过程中原生裂纹变形的岩石本构模型,得出了轴压卸载条件下岩石变形的计算解析式,并以膨胀率达到3‰作为充分卸压的变形临界值,计算、拟合得出不同埋深条件下充分卸压的应力卸压程度临界值计算通式,确定了煤层群开采瓦斯卸压抽采“三带”范围中卸压解吸带的应力卸压程度指标。运用相似材料物理模拟和数值模拟,就覆岩关键层结构、工作面面长和煤层采高对“三带”范围的影响进行了研究。结果表明:工作面面长、煤层采高对覆岩瓦斯卸压抽采“三带”范围影... 更多还原【Abstract】 The coal reservoirs in China are characteristic
of high metamorphism degree, low permeability, tiny pressure and low gas saturation generally., and there is great
difficulty in gas extraction before coal mining, but coal mining can lead to the pressure relief and permeability improvement among surrounding strata, the permeability of coal seam will increase by dozens of times to hundreds of times, the flow velocity faster, and gas emission volume greater, which provides a favorable condition for ... 更多还原
【关键词】瓦斯卸压抽采“三带”；关键层；煤与瓦斯共采；绿色开采；
【Key words】“three zones”of gas pressure relief and extraction；key stratum；coal and gas simultaneous extraction；green mining；
摘要6-7
Abstract 7-8
图清单17-24
表清单24-26
变量注释表26-28
1 绪论28-41
1.1 问题的提出与研究意义28-29
1.2 文献综述29-39
1.3 主要研究内容与方法39-41
2 瓦斯卸压抽采“三带”范围判别指标的理论研究41-56
2.1 概述41-43
2.2 采动卸压指标的理论分析43-52
2.3 “三带”范围判别指标的确定52-55
2.4 小结55-56
3 覆岩关键层结构对“三带”高度的影响研究56-95
3.1 概述56-58
3.2 覆岩关键层位置对导气裂隙带高度的影响58-79
3.3 覆岩主关键层对卸压解吸带高度的影响79-93
3.4 小结93-95
4 工作面面长对“三带”高度的影响研究95-115
4.1 概述95-97
4.2 工作面面长对导气裂隙带高度的影响97-107
4.3 工作面面长对卸压解吸带高度的影响107-113
4.4 小结113-115
5 煤层采高对“三带”范围的影响研究115-142
5.1 概述115-116
5.2 煤层采高对导气裂隙带高度的影响116-127
5.3 煤层采高对卸压解吸带范围的影响127-140
5.4 小结140-142
6 瓦斯卸压抽采“三带”判别方法及其在煤与瓦斯共采中的应用142-167
6.1 瓦斯卸压抽采“三带”范围判别方法及抽采模式选择142-145
6.2 阳泉矿区煤与瓦斯共采概况145-148
附录A 绿色开采的现状及重要性 摘要：分析了研究煤炭资源绿色开采的必要性和意义，对煤炭资源绿色开采的内涵作了 进一步的阐述，介绍了绿色开采技术体系框架及其研究进展，从煤炭经济与管理角度， 分析了实现绿色开采存在的困难，并提出了相应的政策建议。 关键词：煤炭资源；绿色开采；循环经济；关键层 引言 在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源，煤炭工业能否健康发展是事关我国能源安全和经济可持续发展的重大问题。目前，尽管我国的煤炭产量和消费已 占世界的1/3，但整个煤炭行业距离经济有竞争力、充分考虑安全与环境保护的健康发展还有很多问题没有根本解决。资源与环境协调开采是解决煤炭开采环境问题的根本出路。 关于资源与环境的几点认识：①环境是一种资源，自然环境是亿万年来自然力作用的结果。 有些稀缺公共资源，破坏后很长时间得不到恢复，具有不可逆性。②环境通过各种各样过程转化 为人类生产和消费产生废弃物的能力称为环境的自净能力，也称为环境容量。③矿产资源与土地、水、植被等环境要素紧密相关，大规模地开采将直接构成对环境的威胁和破坏。④过去由于环境 资源没有进入经济系统的分析过程，导致环境不断恶化，环境资源稀缺程度不断提高，由此，生 产与环境协调的技术创新就成为社会的，甚至市场的必然需求。 1.煤炭与主体能源
制约我国经济发展的突出瓶颈是能源，由于我国的资源赋存情况，能源资源储量中 煤约占92％，石油占2.9％，天然气占0.2％，水电占4.7％。近期我国煤炭生产与消费 占整体能源的70％，而油气仅占20％。发展可再生能源是能源战略的选择，但太阳能与风能能量密度极低，高度分散，利用成本高。有人认为高度分散的太阳能、风能和生物 质能应服务于农村和小城镇。因此，进入常规还有一个过程，而煤炭在近几十年仍然是 我国的主体能源，我国 2005年生产煤炭21.9亿t，规划 2010 年为25亿t ，2020年为28亿吨。为此，在考虑发展可再生能源的同时，应该下大力气解决煤炭开发与利用中出 现的问题。 由于经济高速发展，大量使用煤炭，由此突显对环境的影响，煤炭能否成为主体能 源关键要解决煤炭开发与利用对环境的影响。由于没有一个国家有完整的办法可以惜鉴，因此必须依靠政府和企业投入大量的资金、科技人员和研究机构在科学技术和经济管理 上做出实质的创新性成果，而且要跟上经济发展对煤炭利用的需求，否则环境的承受能 力和温室气体对气候的影响将限制煤炭成力主体能源，也将影响经济的快速发展。 作力以煤炭开采为主的煤炭企业面临的两大任务是：为国家“安全生产煤炭”和形 成“煤炭开发与环境协调发展”的技术，最终将矿区建成绿色家园。 2 煤炭开采的现实与绿色开采的提出 2.1 资源开采的两种情况 资源开采的两种可能：①人类的索取超过了自然的生产力，生态资本出现赤宇，人类将 自食其果。②在向自然索取的同时，遵循自然规律，时刻不忘回馈自然和养护自然，从 而在人类和自然之间建立起复合的生态平衡机制。经济学家指出：“真正文明”的产出，
绿色开采的概念与技术体 系参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
绿色开采的概念与技术体系参考文本使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 绿色开采技术的主要内容包括:保水开采，建筑物下采 煤与离层注浆减沉，条带与充填开采，煤与瓦斯共采，煤 巷支护与部分研石的井下处理，煤炭地下气化等。 另外，岩层控制的关键层理论为绿色开采研究提供了 一个理论平台。 党的十六大报告明确提出“走出一条科技含量高，经 济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到 充分发挥的新型工业化路子”。因此，必须充分考虑我国 资源相对短缺，环境比较脆弱的基本特点，建立起适合我 国国情的资源节约、环境友好的新型工业化发展道路。 近期提出的循环经济是指遵循自然生态系统的物质循
环和能量流动规律重构经济系统。将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用－绿色工业－资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程，保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃，从而将经济活动对自然环境的影响和破坏减少到最低限度。它不同于传统经济的高开采、低利用、高排放”，而是要达到“低开采、高利用、低排放”的可持续发展目标。对矿业来说就是要实现绿色矿业”，其核心内容之一就是要实现绿色开采”。 “绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，努力去实现低开采、高利用、低排放”的开采技术。 矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致的，开发建设后，人为活动便使环境发生巨大的变化，由此形成了矿区独特的生态环境问题，如造成农田及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积，河川径流量减少、地下水供水水源干
专家：实现安全生产应“煤与瓦斯共采” 时间：2011-8-16 13:59:42 来源：煤炭网 如何解决我国低透气性煤层的煤矿瓦斯治理难题，实现煤炭的安全高效开采？专家指出，煤炭与瓦斯（煤层气）共采是必经之路。 8月13日—14日，在由北京大学、山西省委、省政府办公厅联合主办的山西省转型跨越发展暨世界新能源战略高峰论坛在山西太原召开。 论坛上，中国工程院院士、煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主任袁亮指出，我国煤炭探明储量5.57万亿吨，其中负1000米以下占53%，同时我国煤矿地质条件极其复杂，95%为井工开采，70%以上国有煤矿是高瓦斯矿井。随着开采规模和开采深度增加，我国大部分煤矿将面临低透气性高瓦斯开采难题，这正是造成煤矿瓦斯事故多发的重要因素，如何实现安全高效开采一直是困扰采矿界的世界性难题。 “靠引进国外煤矿瓦斯开发技术不能解决我国复杂地质条件下的瓦斯治理难题。只有走‘煤与瓦斯共采’的路子才能实现我国煤炭的科学开采。”袁亮说。 近年来，我国成功自主研发的低透气性煤层群卸压开采抽采瓦斯煤与瓦斯共采技术、无煤柱煤与瓦斯共采技术，突破了传统采矿和瓦斯治理理论，实现了煤与瓦斯共采、瓦斯变害为宝，这些技术在我国地质条件最复杂的安徽淮南矿区得到了成功应用，并在全国高瓦斯矿区得到全面推广。此外，晋城沁水盆地突破了高阶煤地面煤层气开发禁区，取得了一系列技术突破，为我国地面煤层气开发提供了重要技术手段。 此外，我国煤矿瓦斯开发利用较为成功的淮南和晋城矿区的典型案例表明，我国在低透气性煤层的“煤与瓦斯共采”技术达到了世界领先水平。 袁亮建议，从“十二五”开始，我国煤矿瓦斯开发应做到“两条腿走路”，即短期内无法采用地面煤层气开采的“三低一高”（低饱和度、低渗透性、低储层压力，高变质程度）矿区，推广“淮南模式”，走煤矿区采煤采气一体化、煤与瓦斯共采的路子，力争用5年—10年时间，煤矿区瓦斯抽采量达到150亿—250亿立方米；在适合地面煤层气开发条件的地区，优先安排勘探开发，突破关键技术和政策瓶颈，解决“气权矿权重置”等问题，推广“晋城模式”，走先抽煤层气后采煤的路子。 目前，“淮南模式”和“晋城模式”已在山西焦煤集团、晋城煤业集团等煤矿企业大力推广。 论坛上，山西省政协副主席令政策也高度认可煤层气产业的前景以及煤层气产业发展对山西省转型跨越发展的意义。他说：“山西省煤层气储量丰富，达10万亿立方米，但目前每年产量不到50亿立方米，如果每年开发利用量达到500亿立方米，就相当于一个‘绿色大庆’了。”
我国煤炭资源绿色开采及其建议 摘要：煤炭是重要的不可再生能源，对经济、社会发展有巨大作用。随着社会 发展，能源需求与日俱增，煤炭资源开采量逐年增加。与此同时，日益严峻的环 境形势给煤炭行业发展带来一系列问题。由于我国长期处于粗放发展模式下，煤 田开采相关技术水平并不高，长期的粗放经营影响依然存在，集约化生产还有很 长的路要走，绿色化开采技术推行还面临许多问题。本文就此研究煤矿开采面临 的问题、煤矿绿色开采技术与发展建议。 关键词：煤炭；绿色开采；技术；建议 1.煤矿开采面临的问题 （1）从采煤对环境的影响考虑，挖空地下部分容易导致地面沉陷、坍塌，破坏水土结构，甚至可能引起沙漠化。开采煤炭要排出废水，会对土地、水体造成 污染。而煤矸石自燃或大量堆积也会影响空气质量与土壤，从而对矿区环境造成 破坏。 （2）煤矿开采事故频发，在媒体发达的今天，造成了严重的社会影响。由于开采会影响岩土状态，岩层遭破坏后可能会导致瓦斯气体、地下水体在间隙间逸散、流动，可能会导致瓦斯中毒、井下突水。这些问题不止严重影响作业人员生 命安全，还会造成财产损失。 （3）随着浅层煤炭资源的大量开发，资源总量减少，煤炭开采向更深处、地质条件更复杂地区发展，矿洞承压更大，地质活动对矿洞影响更明显，救援更困难、损失更大，而煤炭至今依然是不可或缺的能量来源，如何平衡社会日益增长 的能源需求与采矿安全、环境保护，成为必须解决的问题。 2.煤矿绿色开采技术 2.1瓦斯和煤共采技术 回顾煤矿企业的历史不难发现，粗放型管理导致的瓦斯爆炸事故给矿工的人 身安全和企业的发展都带来了严重灾难。现如今，随着绿色开采理念地提出，瓦 斯和煤共采技术得到了极大的重视。然而，由于我国煤储层大多数渗透率低于1，气体饱和度小，不利于预先采集。因此，若能最大程度地运用煤矿开采过程中岩 层移动对渗透系数的增加作用，将能大大提高瓦斯抽取效率，实现高产、稳产。 并且能够有效地改善矿井中的空气构成，预防因瓦斯爆炸引起的矿难事故。 2.2采空区填充技术 对煤矿采挖后形成的空洞进行及时、有效地填充能够很大程度上降低形成地 表塌陷的概率。然而由于经济、技术以及材料的制约，只有少数发达地区的煤矿 企业能够做到有计划地、协调性地进行开采和填充作业。同时，基于开采成本因素，这种填充通常表现为对关键部位的条形填充。然而，随着采空区的扩大，这 种加固方法并不安全稳定，应尽可能地因地制宜，如应用采挖中得到的煤矸石进 行直接填充，或者在资金充裕的前提下应用新的填充技术，都可以使采空区的持 久稳定性得到提高，创造环境保护和持续采矿的双赢新局面。 2.3建筑物下采煤与减沉技术 煤矿的分布方向具有不确定性，而且由于我国建筑的密集程度高，因而出现 建筑物下压煤的概率非常之大。如何有效地利用这一部分资源也是煤矿绿色开采 技术的一大研究分支。在开采过程中，要按照岩层控制理论的指导，以不破坏关 键层为主要原则，将结构关键层的各种特性参数分析透彻，先行作出可行性的开 采计划。随着计划的推进，对关键层的破断、离层等相关指标要严密监控，以便
专论与综述 煤矿绿色开采技术的研究与实践 钱鸣高,许家林,缪协兴 (中国矿业大学,江苏徐州221008) [摘 要] 阐述了煤矿绿色开采的提出、概念及绿色开采技术体系。绿色开采技术的主要内容应包括:保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条 带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分矸石的井下处理、煤炭 地下气化等,介绍了基于岩层控制的关键层理论开展的绿色开采技术 研究与实践成果。 [关键词] 绿色开采;关键层理论;岩层移动 [中图分类号] TD823 [文献标识码] A [文章编号] 1003-6083(2004)01-0001-04 1 煤矿绿色开采的提出 党的十六大报告明确提出“……走出一条科技含量高,经济效益好,资源消耗低,环境污染少,人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”因此,必须充分考虑我国资源相对短缺,环境比较脆弱的基本特点,建立起适合我国国情的资源节约、环境友好的新型工业化发展道路。 近期提出的循环经济(recycling economy)是指遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律重构经济系统[1],将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用—绿色工业—资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程,保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃,从而将经济活动对自然环境的影响破坏减少到最低程度。它不同于传统经济的“高开采、低利用、高排放”,而是达到“低开采、高利用、低排放”的可持续发展目标。显然,此处的“绿色工业”是广义的概念,应由各个工业部门去实现。对矿业来说就是要实现“绿色矿业”。“绿色矿业”的核心内容之一就是要实现“绿色开采”。 “绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则,形成一种与环境协调一致的,努力去实现“低开采、高利用、低排放”的开采技术。 矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致的,而进行开发建设后,强烈的人为活动便使环境 基金项目:国家自然科学基金资助项目(59674011,50374066);国家杰出青年科学基金项目(50225414)发生巨大的变化,由此形成了矿区独特的生态环境问题,如造成农田以及建筑物破坏,村庄迁徙,矸石堆积,使河川径流量减少,以及地下水供水水源干枯,在地面导致的土地沙漠化,由于开采而使矿物内的有害物质流入地下水中等。我国目前的煤矿生产是在以下两种情况下进行的:一是生产成本不完全。如投入不足;技术装备落后;安全设施欠帐;工人工资太低。二是相关费用支付不全。如矿产资源费以及植被恢复,地面塌陷与水损失;污染治理等。提出并形成绿色开采技术是为了正视开采对环境造成的影响和破坏,并有清醒的认识与足够的估量,以便提出必要的对策和对政府提出必要的政策建议。 煤炭开采形成的环境问题主要为: (1)对土地资源的破坏和占用。煤炭开采对土地资源的破坏损害,井下开采以地表塌陷和矸石山压占为主,而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主。 (2)对水资源的破坏和污染。煤炭开采过程中,进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干,破坏了地下水资源。同时开采还可能污染地下水资源。 (3)对大气环境的污染。主要来自矿井排出的煤层瓦斯抽放和煤矿矸石山的自燃。 以山西省为例,1949～1998年共生产原煤56亿多t,地面塌陷破坏面积达666000多hm2,其中40%是耕地。矸石山占地2000多hm2。至1998年煤炭地下采空面积达1300km2(全省面积的1%)。采煤破坏地下水4.2亿m3/a,地表水迳流
收稿日期:20031010 作者简介:吴财芳(19762),男,山东省烟台市人,博士研究生,从事瓦斯地质、煤层气地质方面的研究. 第33卷第2期 中国矿业大学学报 V ol .33N o .22004年3月 Journal of Ch ina U niversity of M ining &T echnol ogy M ar .2004 文章编号:100021964(2004)022******* 煤与瓦斯共采技术的研究现状及其应用发展 吴财芳,曾 勇,秦 勇 (中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221008) 摘要:论述了煤与瓦斯共采技术的重要性及其对煤矿绿色开采的意义,介绍了煤与瓦斯共采技术的研究现状及面临的新问题,并阐明了其理论依据.分析了煤与瓦斯共采在煤矿井下的成功经验,并举例说明了井下瓦斯抽放与地面煤层气开发有机结合的重要性.最后指出了煤与瓦斯共采应注意的问题以及今后的研究方向. 关键词:煤与瓦斯共采;煤层气;瓦斯抽放;绿色开采中图分类号:TD 712;TD 82 文献标识码:A P resent Situati on ,A pp licati on ,and D evel opm ent of Si m ultaneous Extracti on of Coal and Gas WU Cai 2fang ,ZEN G Yong ,Q I N Yong (School of R es ources and Eeath Sciene ,CUM T ,Xuzhou ,J iangsu 221008,Ch ina ) Abstract :T he i m portance of si m ultaneous extracti on of coal and gas and its purpo rt to green exp l oitati on are discussed .T he p resent situati on and the theo ry of th is technique asw ell a s om e ne w p roble m s are in troduced .Experience of si m ultaneous extracti on of coal and gas in coal m ine is analyzed and an exa mp le is used to exp lain the sign ificance of the organic com binati on of gas dra w ing underground w ith coalbed m ethan exp l o iting on ground surface .F inally ,p roble m s w e should pay attenti on to and the devel op ing w ay of si m ultaneous extracti on of coal and gas are pointed out .Key words :si m ultaneous extracti on of coal and gas ;coal bed m ethan ;gas dra w ing ;green exp l oitati on 煤层瓦斯,又称为煤层气,自生自储地赋存于煤层之中.近几年来,随着煤矿井下开采深度的增加和开采强度的增大,地质条件越来越复杂,频发的瓦斯灾害严重地威胁着矿井工作人员的生命安全,制约着矿井生产的发展.但是,煤层气又是经济的可燃气体,是一种清洁、方便、高效的能源,其发 热量为33.5～36.8M J m 3 ,并且不存在环境污染问题.大力开发煤层气,既可以充分利用地下资源,又可以改善矿井安全条件和提高经济效益,并有利于改善地方环境质量和全球大气环境.因此,如何更有效地开发和利用煤层瓦斯,一直以来都是广大的科研工作者努力的方向和目标.钱鸣高院士首次提出了“煤矿绿色开采”的概念[1],并且阐述了它的内涵和技术体系[1].绿色开采技术的主要内容[1]包括:保水开采、“三下”采煤、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分矸石的井下处理、煤炭地下气化等.由此可见,煤与瓦斯共采技术是绿色开采的重要组成部分之一[223],其研究内容和发展方向具有重要的理论意义和现实意义.我国煤矿在防治瓦斯灾害方面应彻底转变观念,从采掘部署上把瓦斯抽取纳入正规生产的工艺流程,从时间和空间上给予充分保证,促进煤层瓦斯的开发和利用规模化、系统化.只有这样,我国煤矿瓦斯灾害才会得到有效控制,高瓦斯突出矿井才会随着治理瓦
中国煤炭资源现状中国是世界第一产煤大国，也是煤炭消费的大国。1996 年中国煤炭探明可采储量居世界第三位，全行业年煤炭开采量达到近10 亿吨。煤炭行业已经成为国民经济高速发展的重要基础。中国煤炭状况：在我国的自然资源中，基本特点是富煤、贫油、少气，这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。与石油和天然气比较而言，我国煤炭的储量相对比较丰富，占世界储量的11.60%。我国煤炭资源总量为 5.6 万亿吨，其中已探明储量为１万亿吨，占世界总储量的11%。建国以来，煤炭在全国一次能源生产和消费中的比例长期占70%以上。据有关部门预测，到2005 年，全国一次能源生产量为12.3 亿吨标准煤，其中煤炭为7.85 亿吨标准煤(折合11 亿吨原煤)，仍占63.8%。专家预测，在本世纪前30 年内，煤炭在我国一次性能源构成中仍将占主体地位。我国的煤炭资源分布广泛但不均匀。全国除上海外，其他省（区）、市均有探明储量。从地区分布看，储量主要集中分布在山西、内蒙古、陕西、云南、贵州、河南和安徽，七省储量占全国储量的81.8%，分布呈现“北多南少”“西、多东少”的特点。当前我国煤炭行业产业的低机械化带来的采煤效率低下，煤炭企业占用劳动力过多，煤炭开采安全等突出问题日渐严重；煤炭行业的低进入壁垒以及高退出壁垒使得我国煤炭行业竞争无序，较低的产业集中度也造成了国际竞争力的下降。因此，加快调整产业结构，促进我国煤炭行业的健康、可持续发展，成为我国煤炭行业工作的重点。近年来，煤炭行业在国家一系列政策措施的支持下，坚持以发展为中心，以结构调整为主线，通过实施关井压产、关闭破产和安全专项整治，使煤炭供需总量基本平衡，经济运行持续好转，呈现恢复性增长的强劲势头。但是，煤炭行业存在的一些深层次矛盾和问题还没有从根本上解决。这里，我主要是从“煤炭产业集中度低”这一方面进行具体的说明。与发达市场经济国家相比，我国煤炭行业的市场集中度很低。据了解，目前世界各产煤国煤炭行业集中度均高于中国，美国年产煤10 亿吨左右，前 4 家公司占70%；澳大利亚年产煤近 4 亿吨， 5 位公司占71%；前印度年产煤 4.5 亿吨， 1 家公司占90%。然而，我国高度分散的市场结构加剧了小矿与大矿之间激烈的资源争夺战，为现代化矿井建设和大规模机械化开采留下了巨大的隐患，进而导致我国煤炭市场的供需失衡，煤炭产业效率极低的规模结构，影响了我国煤炭企业的国际竞争力严重制约了煤炭产业发展，造成了有限煤炭资源的巨大浪费。（1）产品附加值低，经济效益低。炭开采业发达，煤炭加工业滞后；产品初级加工较发达，深加工、精加工较欠缺，产业链条短；产品品种单一，产业发展过于依赖初级产品；煤炭加工转化率低，投入产出率低，产业自我积累能力低下，经济效益不佳。具体表现在：筛选、洗选、炼焦、发电在煤炭加工转化的整体数量中占有绝对比重，而深度加工产品极低。一些科技含量较高的清洁能源产品和技术，如工业型煤，干法洗煤、水煤浆、煤焦油深加工、煤层气开发等基本上还停留在初级阶段。（2）.煤炭企业管理水平低，劳动力素质低。几年，在旺盛市场需求刺激下，一些大中型煤矿超能力、超强度生产，采易弃难，造成采掘衔接紧张，资源回收率低，矿井服务年限下降，埋下事故隐患，导致重特大事故频发。煤炭行业从业人员多是富余人员、待业青年、农转非家属，文化水平普遍较低。产业结构调整后，不能尽快适应新的产业在技术方面和管理方面的要求，使经济增长的数量和质量不协调，严重制约了煤炭企业优化调整产业结构的步伐。
防治煤与瓦斯突出知识考试题 1、压风自救装置吊挂高度为距巷道底板( B ),但在同一条巷道内的吊挂高度必须统一、整齐。 A、— B、— C、— D、— 2、在突出煤层的石门揭煤和煤巷掘进工作面进风侧，必须设置至少2道牢固可靠的反向风门。风门之间的距离不得小于（ C ）。 A、2m B、3m C、4m D、6m 3、采煤工作面放炮地点到工作面的距离由矿技术负责人根据具体情况确定，但不得小于（ B ）。 A、50m B、100m C、150m D、200m 4、发现煤与瓦斯突出预兆，必须立即（ B ），并向调度室汇报。 A、加快工作 B、停止工作撤出人员 C、正常工作 5、瓦斯突出时，瓦斯浓度达到（ A ）时会引发爆炸事故。 A、5%-16% B、0、1%-64% C、5%-12% D、16%-40% 6、矿井瓦斯是井下从煤岩中涌出的以（ D ）为主的有毒、有害气体的总称。 A、一氧化碳（CO） B、氮气（N2） C、一氧化碳（CO） D、甲烷（CH4） 7、煤与瓦斯突出是在地应力和（ C ）的共同作用下，破碎的煤岩和瓦斯由煤体或岩体突然向采掘空间抛出的异常的动力现象，对矿井安全生产威胁极大。 A、一氧化碳 B、二氧化碳 C、瓦斯 D、氮气 8、采煤工作面浅孔注水湿润煤体措施可用于煤质较硬的突出煤层。注水孔间距根据实际情况确定，孔深不小于（ A ）。 A、4m B、5m C、6m D、8m 9、突出煤层的掘进工作面与煤层巷道交叉贯通前，被贯通的煤层巷道必须超过贯通位置，其超前距不得小于5m，并且贯通点周围( A )内的巷道应加强支护。A、10m B、15m C、20m D、30m 10、穿层钻孔的封孔段长度不得小于（ D ）。A、2m B、3m C、4m D、5m 11、煤与瓦斯突出次数和强度，随煤层厚度，特别是软分层厚度的增加而增加。煤层倾角愈大，突出危险性也（ B ）。 A、愈小 B、愈大 C、没有明显 12、下列现象中煤与瓦斯突出的前兆是（ A ）。 A、瓦斯涌出量增大，工作面温度降低 B、有水气 C、煤壁挂红 D、钻孔有水流出 13、回采工作面采用超前排放钻孔和浅孔卸压抽放作为工作面防突措施时，钻孔直径一般为（ B ），钻孔在控制范围内应当均匀布置，在煤层的软分层中可适当增加钻孔数。 A、40～65mm B、75～120mm C、130～160mm 14、回采工作面中高压注水措施注水参考的参数值为：钻孔间距 3.0m，孔径42mm，孔长（ C ），封孔深度2～4m，注水压力8～12MPa，并以注水时煤壁或相邻钻孔出水为准。 A、～ B ～ C、～10m 15、煤与瓦斯突出频率低而强度高，下列选项哪个不是可能的原因（ C ）。 A、围岩破碎不严重 B、地应力相对集中 C、煤层酥松 D、煤质坚硬 16、矿井瓦斯积聚常常在巷道上部是由于（ C ）的原因。 A、风流速度小 B、巷道有冒高 C、瓦斯比空气轻 D、风流速度大 17完整可靠的（ A ）是煤矿安全生产的先决条件。 A、通风系统 B、机电运输 C 、防治水系统 18、煤与瓦斯突出的有声预兆下列哪项不是（ C ）。 A、响煤炮 B、机枪声 C、水叫声 19、瓦斯是（ B ）、无毒、无嗅的气体。 A、有色、无味 B、无色、无味 C、臭鸡蛋味 20、风门墙要用不燃性材料建筑，厚度不应小于（ B ），防突门不应小 于。 A、 B、 C、 二、多选题（每题3分，共45分） 1、煤与瓦斯突出的危害（ ABCD ）。 A、突出煤流充塞巷道，能摧毁巷道设施，机电设备，破坏通风系统，影响矿井正常生产 B、突出煤流埋人死亡，高浓度瓦斯造成人员窒息死亡 C、遇火源引发瓦斯燃烧和爆炸 D、污染环境 2、煤与瓦斯突出发生爆炸的条件是（ ABC ）。 A、瓦斯与空气混合气体中氧气含量达到12％以上 B、瓦斯浓度达到5％至16％之间 C、是遇到明火，点火温度达到650度以上 3、煤与瓦斯突出的无声预兆为（ ABCD ） A、气温降低 B、硬度降低、光泽暗淡 C、煤体干燥、煤尘飞扬 D、打钻时严重顶钻、夹钻或喷孔 4、煤与瓦斯突出的有声预兆为：地压活动剧烈、顶板来压、( B )；煤层产生震动（ A ）；听到煤炮声或闷雷声（ D ） A、手扶煤壁感到震动和冲 B、不断发生掉渣和支架断裂声 C、瓦斯含量超过0、5%； D、突出时伴有巨雷般响声 5、突出矿井的通风系统应当符合下列要求的是（ ABCDE ）
一第39卷第8期煤一一炭一一学一一报 Vol.39一No.8一一2014年 8月 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY Aug.一 2014一 谢和平,周宏伟,薛东杰,等.我国煤与瓦斯共采:理论二技术与工程[J].煤炭学报,2014,39(8):1391-1397.doi:10.13225/https://www.doczj.com/doc/438984717.html,ki.jccs.2014.9038 Xie Heping,Zhou Hongwei,Xue Dongjie,et al.Theory,technology and engineering of simultaneous exploitation of coal and gas in China [J].Journal of China Coal Society,2014,39(8):1391-1397.doi:10.13225/https://www.doczj.com/doc/438984717.html,ki.jccs.2014.9038 我国煤与瓦斯共采:理论二技术与工程 谢和平1,周宏伟2,薛东杰2,高一峰3 (1.四川大学,四川成都一610065;2.中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京一100083;3.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州一221008) 摘一要:针对我国煤层低渗透二强吸附的特点,系统分析总结了我国煤与瓦斯共采基础理论与关键技术的研究现状与最新进展三在基础理论研究方面,着重阐释了采动力学及瓦斯增透理论的定量评价理论体系;在关键技术研究方面,重点介绍了卸压开采抽采瓦斯技术体系二全方位立体式抽采瓦斯技术体系二深部薄厚煤层瓦斯抽采技术体系的技术组成与最新科研进展三进一步指出了建立煤与瓦斯共采理论体系所面临的难题与挑战,展望了煤与瓦斯共采未来的发展方向三关键词:煤与瓦斯共采;基础理论;工程技术;最新进展 中图分类号:TD712一一一文献标志码:A一一一文章编号:0253-9993(2014)08-1391-07 收稿日期:2014-06-30一一责任编辑:王婉洁 一一基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2011CB201201);教育部博士点基金资助项目(20130023110017)一一作者简介:谢和平(1956 ),男,湖南双峰人,中国工程院院士三E -maill:xiehp@https://www.doczj.com/doc/438984717.html, Theory ,technology and engineering of simultaneous exploitation of coal and gas in China XIE He-ping 1,ZHOU Hong-wei 2,XUE Dong-jie 2,GAO Feng 3 (1.Sichuan University ,Chengdu 一610065,China ;2.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining ,China University of Mining and Technology (Beijing ),Beijing 一100083,China ;3.State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering ,China University of Mining and Technolo-gy ,Xuzhou 一221008,China ) Abstract :Considering the low permeability and enhanced adsorption of coal seams in China,the authors made a brief review about the status and latest progress on the fundamental theory and key engineering technology development on the simultaneous exploitation of coal and gas.On the basis of theoretical research,the authors laid stress on interpreta-tion of the mining-induced mechanics and theory of quantitative evaluation on enhanced permeability of coal.Then the latest scientific research in key technologies is focused on the stress-relief-induced gas extraction technology system,the spatial direction-based gas extraction technology system,and some advances of extraction technology system used in the thick or thin coal seam in deep.Furthermore the problems and challenges facing the prospect and establishment of theory on simultaneous exploitation of coal and gas were discussed.Key words :simultaneous exploitation of coal and gas;fundamental theory;engineering technology;latest progress 一一煤炭是我国主体能源,瓦斯作为煤的伴生产物,不仅是煤矿重大灾害源和大气污染源,更是一种宝贵的不可再生能源三我国瓦斯总量大,与天然气总量相当,且随着采深的增加,瓦斯含量将显著增大三实现 煤与瓦斯共采,是深部煤炭资源开采的必然途径三深部煤与瓦斯共采不仅能保障我国经济持续发展对能源的需求,还将进一步提升我国煤矿安全高效洁净的生产水平,尤其对优化我国能源结构二减少温室气体
煤炭绿色开采 摘要：绿色开采的理念是针对煤炭大量开采造成的环境问题提出的，本文阐述了煤炭绿色开采的重要性和现实意义，介绍了当前我国煤炭绿色开采的现状，分析了影响矿山发展绿色开采的关键因素，既自然因素、技术因素和法律体系因素，对科学采矿具有一定的指导意义。 关键词：绿色开采;内涵;必要性;现状;关键因素保水开采;煤与瓦斯共采;充填开采;煤炭地下气化 煤碳是工业的粮食，改革开放以来，在我国的能源结构中煤炭约占70%到75%，我国是世界上少有的以煤碳为主要能源的国家。近年来，随着煤炭的大量开采，资源的不断消耗，矿山生产已对环境造成了严重的破坏，因此，要想高效可持续发展就必须大力实施绿色开采，一时间，绿色开采成为了热点话题。当前，我国的“绿色开采”尚处于起步阶段，诸多技术环节还有待完善，影响矿山绿色开采的关键因素也需进一步探讨和解决。 根据我国的能源资源状况,煤炭作为我国最重要的一次性能源,在未来几十年内,其在能源构成中的主体地位将不会改变。2020年我国煤炭消费量将达到40亿t。 煤炭开采造成岩层移动破坏,引起岩层中水与瓦斯的流动,导致煤矿瓦斯事故与井下突水事故;煤炭开采引起岩层移动,进而造成地表沉陷,导致农田、建筑设施的损坏;煤炭开采形成的大量堆积在地面的矸石,既占用良田,又造成环境污染;随着我国矿井开采深度的不断
增加,矿山压力显现及冲击地压等动力灾害发生的频次增加,强度增大,危及矿井的安全生产。上述问题若得不到有效解决,在未来几十年内,随着能源总需求和煤炭产量的不断增长,煤炭资源开采所带来的矿区安全和生态环境问题将更为严重,人类的生存和社会发展环境将受到严重威胁。因此，提倡绿色开采，发展绿色开采对环境保护、减少浪费、高效可持续发展具有举足轻重的作用，同时，对我国煤炭事业的未来具有积极的推动作用和科学意义，总之，绿色开采已迫在眉睫。 何为“绿色开采”？煤矿绿色开采是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、矸石、土地、拌生矿产等一切可以利用的各种资源。基本出发点通过绿色开采技术的应用，使煤炭开采对矿区环境的扰动量小于区域环境容量，实现资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。简单的讲就是合理利用资源，优化技术，高效、持续、协调的发展煤炭工业，减少对环境的破坏。取得最佳的经济效益和社会效益。 由于科学技术的原因，我国的绿色开采起步比较晚，生产力水平还比较地下，多数企业仍把经济利益放在第一位，绿色开采的思想意识淡薄。对于开采现状，生产力低、利用率低、安全性差、污染破坏严重的现象仍然存在。近年来，煤炭企业纷纷重组整合，经过全面优化生产，上述问题有所改观，但要想实现真正的绿色开采还需全员动员，从思想上转变认识，努力提高技术，从而走新型工业化道路，建设绿色矿山体系。
煤矿绿色开采技术的研究 与实践 Revised by Hanlin on 10 January 2021
煤矿绿色开采技术的研究与实践[摘要]阐述了煤矿绿色开采的提出、概念及绿色开采技术体系。绿色开采技术的主要内容应包括:保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分研石的井下处理、煤炭地下气化等，介绍了基于岩层控制的关键层理论开展的绿色开采技术研究与实践成果。 [关键词]绿色开采;关键层理论;岩层移动 1煤矿绿色开采的提出 党的十六大报告明确提出“……走出一条科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”因此，必须充分考虑我国资源相对短缺，环境比较脆弱的基本特点，建立起适合我国国情的资源节约、环境友好的新型工业化发展道路。 近期提出的循环经济(recyclingeconomy)是指遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律重构经济系统[’}，将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用－绿色工业－资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程，保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃，从而将经济活动对
自然环境的影响破坏减少到最低程度。它不同于传统经济的“高开采、低利用、高排放”，而是达到“低开采、高利用、低排放”的可持续发展目标。显然，此处的‘绿色工业”是广义的概念，应由各个工业部门去实现。对矿业来说就是要实现“绿色矿业”。“绿色矿业”的核心内容之一就是要实现“绿色开采”。 “绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，努力去实现“低开采、高利用、低排放”的开采技术。 矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致的，而进行开发建设后，强烈的人为活动便使环境发生巨大的变化，由此形成了矿区独特的生态环境问题，如造成农田以及建筑物破坏，村庄迁徙，矸石堆积，使河川径流量减少，以及地下水供水水源干枯，在地面导致的土地沙漠化，由于开采而使矿物内的有害物质流入地下水中等。我国目前的煤矿生产是在以下两种情况下进行的:一是生产成本不完全。如投入不足;技术装备落后;安全设施欠帐;工人工资太低。二是相关费用支付不全。如矿产资源费以及植被恢复，地面塌陷与水损失;污染治理等。提出并形成绿色开采技术是为了正视开采对环境造成的影响和破坏，并有清醒的认识与足够的估量，以便提出必要的对策和对政府提出必要的政策建议。 煤炭开采形成的环境问题主要为:
防治煤与瓦斯突出知识考试题库 2017年9月 一、判断题 1. 煤层突出的危险性随煤层含水量的增加而减小。（√） 2. 突出矿井的入井人员必须随身携带隔离式自救器。（√） 3. 对于瓦斯涌出量大的煤层或采空区，在采用通风方法处理瓦斯不合理时，应采取瓦斯抽放措施。（√） 4．在采掘工作面出现明显的突出预兆时，应立即打开自救器戴好，然后按避灾路线撤到安全的地方。（√） 5．突出的煤向外抛出距离较远，具有明显的分选现象。（√） 6．突出的煤堆积角小于煤的自然安息角。（√） 7．突出的煤破碎程较度高，含有大量的块煤和手捻无粒感的煤粉。（√） 8．压出空洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。（×） 9．突出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞。（×） 10．突出矿井，是指在矿井的开拓、生产范围内有突出煤层的矿井。（√） 11．有突出矿井的煤矿企业主要负责人及突出矿井的矿长是本单位防突工作的第一责任人。（√） 12．突出煤层的任何区域的任何工作面进行揭煤和采掘作业前，必须采取安全防护措施。（√） 13.瓦斯喷出区域和煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤层的掘进通风方式可以不采用压人式。（×） 14. 突出煤层采掘工作面回风侧不得设置调节风量的设施。（√） 15．在突出煤层的煤巷中安装、更换、维修或回收支架时，必须采取预防煤体垮落而引起突出的措施。（√） 16．在煤与瓦斯突出矿井工作面采用串联通风时，必须制定安全措施。（×） 17．井巷揭穿突出煤层的地点应尽量避开地质构造带。（√） 18．煤与瓦斯突出矿井，在无突出危险工作面进行采掘时，可不采取安全防护措施。（×） 19．采取金属骨架措施预防煤与瓦斯突出时，揭穿煤层后，应拆除或回收骨架。（×） 20．煤与瓦斯突出分布不受地质构造限制。（×）
一、1、开采影像开始波及地表的开采空间宽度为启动距 2、地下煤层采出后，地表移动盆地内有多个点的下沉值达到最大下沉值的采动状态称为超充分采动。 3、在充分采动或接近充分采动条件下，地表移动盆地主断面上三个临界变形中最外边的一个临界变形值点至采空区边界的连线与水平线在矿柱一侧的夹角称为移动角。 4、在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层岩层。实践表明，其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层活动中起主要的控制作用。对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。 5、百米钻孔瓦斯流量衰减系数是指百米钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关系的系数，可作为评估开采层预抽瓦斯难易程度的一个指标。 二、1、答：在岩层移动过程中，采空区周围岩层的移动和破坏形式主要有以下几种：弯曲、垮落、煤的挤出、岩石沿层面的滑移、岩石的下滑、底板的隆起等。 2、答：下沉系数q，水平移动系数b，主要影响半径r 与主要影响角正切tanβ，拐点偏移距s 3、答：协调开采技术是指为了减少采动对建筑物的有害影响，几个领近煤层、厚煤层的几个分层或同一煤层的几个工作面同时开采时，合理布置回采工作面之间的位置、错距和开采顺序，使一个工作面的地表变形与另一个工作面的地表变形互相抵消，以减少开采引起的地表动态和静态变形。协调开采又分为：①单一煤层多工作面协调开采、②多煤层协调开采、③厚煤层分层协调开采。 4、随着回采工作面的推进,逐步用充填料充填采空区的采矿方法称为充填采矿法。充填采空区的目的主要是利用充填体进行地压管理,以控制围岩崩落和地表沉陷并为回采工作创造安全和方便的条件。 5、水体下采煤留设安全煤岩柱的实质是确定煤层开采的最高标高，即确定开采上限。类型：（1）防水安全煤岩柱。（2）防砂安全煤岩柱。（3）防塌安全煤岩柱。 6、 7、答：不同煤矸石中各种化学成分含量不同，根据煤矸石中的不同化学成分含量，对煤矸石进行不同方式的资源化利用。煤矸石的现有主要利用方式有煤矸石能源利用、制作建材和陶瓷、直接利用、农业利用、制作新型材料、回收矿产品和化工利用等。 8、“三下一上”采煤是指建筑物下、铁路下、水体下和承压水体上采煤。 三、1、答：煤矿绿色开采是指考虑环境与资源保护的煤炭开采方法。具体来说，煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度认识和对待煤、瓦斯、水、土地、矸石等一切可以利用的资源；基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响；基本手段是控制或利用采动岩层破断运动；目标是取得经济效益的同时，实现最佳的环境效益和社会效益。 2、答：①下沉控制技术：条带开采、房柱式开采、充填开采、部分充填开采等技术；②变形控制技术：多工作面变形控制技术（协调开采）、单一工作面开采变形控制技术。