煤矿特厚强突出煤层瓦斯灾害综合治理技术

XX矿业集团XX煤矿特厚强突出煤层瓦斯灾害综合治理技术汇报人：蔡祥雷汇报提纲一、矿井基本概况二、瓦斯治理总体框架三、瓦斯治理技术体系四、瓦斯治理保障体系五、矿井瓦斯治理与利用成果一、矿井基本概况（一）芦岭煤矿煤层赋存（二）芦岭煤矿瓦斯赋存（三）芦岭煤矿瓦斯事故（四）煤层与瓦斯灾害特征（一）淮北矿业集团概况许疃祁南刘店涡北海孜青东袁店临涣童亭杨柳孙疃桃园朱仙庄芦岭朔里石台岱河双龙袁庄朱庄杨庄共有20对生产矿井，年产量3300万吨，以优质配焦煤为主矿区地质条件复杂，突出灾害严重，突出矿井产量占2/3（二）芦岭煤矿瓦斯赋存构造：受宿北断裂、西寺坡断裂和宿东向斜影响，地质条件十分复杂应力：最大水平主应力SE方向，为垂直应力2.5倍芦岭西寺坡断裂宿北断裂宿东向斜地质构造（一）芦岭煤矿煤层赋存柱状图78～20m89100.29-2.221.198.962.720～3.2m1.9265～100m0-4.300.3-17.750.0-9.82煤层编号煤层间距煤层厚度芦岭煤矿1960年建井经改扩建后生产能力为230万t/a主采8、9、10煤层，均为煤与瓦斯突出煤层8煤厚8.96m，9煤厚2.72m，局部合层厚度15m以上10煤厚1.92m，局部分层为10-1和10-2两层平均间距80m开采煤层（一）芦岭煤矿煤层赋存采用立井—集中大巷—分区石门开拓方式8、9煤层联合布置，10煤层单独布置多水平生产的复杂布局一水平二水平三水平-400m-590m-800m回采完毕正在开采，剩余储量4140万t正在开采，剩余储量5030万t储备区域，储量7880万t（深部区域）-1000m生产布局（二）芦岭煤矿瓦斯赋存8、9煤层瓦斯压力赋存规律标高-880m，实测最大瓦斯压力5.0MPa；标高-500m时，瓦斯压力3.0MPa，瓦斯含量20m3/t；推测标高-1000m时，瓦斯压力7.5MPa，瓦斯含量26.3m3/t8、9煤层（二）芦岭煤矿瓦斯赋存012345-1000-900-800-700-600-500-400-300标高/m瓦斯压力/MPa0.00822.1084PH10煤层瓦斯压力赋存规律标高-680m，实测最大瓦斯压力3.5MPa；标高-600m时，瓦斯压力2.8MPa，瓦斯含量8.0m3/t；推测标高-1000m时，瓦斯压力6.1MPa，瓦斯含量12.2m3/t10煤层矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出特征（二）芦岭煤矿瓦斯赋存年度绝对涌出量/m3/min相对涌出量/m3/t2010119.2734.022011117.2227.032012106.9826.16201395.1024.09201492.9419.37201593.7219.502016100.5026.73201791.3025.91201870.2130.118、9煤层发生过26次煤与瓦斯突出2002年4月7日发生了突出煤岩量10500t，突出瓦斯量123万m3的特大型突出，死亡13人（万吨级）突出强度居全国第二位、长江以北第一位。（三）矿井瓦斯灾害瓦斯灾害分析——煤与瓦斯突出（四）煤层与瓦斯灾害特征特厚极松软低渗透性强突出危险9m，合层厚15mf=0.11-0.46平均0.260.0007mD万吨级的煤与瓦斯突出二、瓦斯治理总体框架（一）总体思路（二）总体布局（三）总体目标（一）总体思路规范与标准国家、省级、企业级、矿级客观条件煤层与瓦斯赋存特征理论与实践预抽瓦斯保护层开采瓦斯治理总体布局瓦斯治理技术体系瓦斯治理保障体系效果途径瓦斯利用技术抽采瓦斯利用最大化强突出煤层低瓦斯状态生产消除突出灾害抽采最大化系统集成（二）总体布局8煤9煤10-110-2煤层、瓦斯赋存的规律采掘部署的实际时间空间现有技术技术进步瓦斯治理总体布局强突出煤层群（二）总体布局8、9煤层瓦斯灾害特征与采掘安排二水平预抽瓦斯三级瓦斯强化预抽深部区域压裂采气密集穿层钻孔预抽穿层钻孔水力冲孔（）密集顺层钻孔抽采软岩或10煤保护层开采地面钻井卸压抽采密集顺层钻孔卸压抽采地面钻井水力压裂煤层顶板水平井压裂三水平保护层开采两级卸压瓦斯抽采目标：瓦斯含量由12-18m3/t降至2-3m3/t，预抽率85%以上，实现综采放顶煤开采目标：超前10年以上开采煤层气，削弱突出危险，为井下瓦斯防治创造条件目标：瓦斯含量由20-22m3/t降至2-3m3/t，瓦斯抽采率90%左右，实现综采放顶煤开采（二）总体布局8、9煤层瓦斯灾害特征与采掘安排三级瓦斯强化预抽地面水力压裂构建技术体系，满足二水平开采需要构建技术体系，满足三水平大规模应用需要技术储备，适应将来瓦斯治理需要保护层开采由底板穿层孔预抽，转向保护层开采；由井下治理，转向井上下并重，最终转向地面为主。时空发展（三）总体目标特厚极松软低透气性强突出危险煤层低瓦斯状态下的安全高效开采三、矿井瓦斯治理技术体系（一）底板穿层钻孔与三级强化预抽技术（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采技术（三）地面钻井压裂抽采技术（探索）（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术基本流程一级双底板岩巷，密集底板穿层钻孔，间距5m×5m（以煤层中厚线为准），抽采时间12月，含量降至4-5m3/t。二级水力冲孔排煤、卸压，间距10m×10m（以顶板为准），单孔冲出煤量3-6吨，冲煤率3‰以上，瓦斯含量降至3.0-4.5m3/t。三级密集顺层钻孔排煤、卸压、抽采，钻孔间距走向2m、垂向2m抽采1个月，含量降至2.0-3.5m3/t。区域性消除突出危险综采放顶煤开采的条件强突出煤层低瓦斯状态下安全高效生产（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术密集穿层钻孔强化预抽（第一级）钻孔煤层中厚线间距不超5m排煤率1.5‰左右全程下花管维持钻孔空间预抽时间12月以上残余瓦斯含量降至4.0-5m3/t区域性消除煤层的突出危险区段轨道巷区段集中巷密集钻孔机巷风巷喷孔现象，研发防喷+除尘一体机（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术底板穿层钻孔预抽后效果——Ⅱ885综放工作面区域指标0.5MPa区域指标5m3/t（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术水力冲煤钻孔（第二级）钻孔顶板间距10m冲孔水压5—8MPa单孔出煤量3-6吨冲煤率3‰以上残余瓦斯含量降至3.0-4.2m3/t进一步降低煤层瓦斯含量，具备放顶煤开采条件区段轨道巷区段集中巷冲煤钻孔机巷风巷（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术冲煤效果——Ⅱ885综放工作面8煤厚1.1-14.79m，平均8.3m；9煤厚0-4.86m，平均2.2m标高-414m，原始瓦斯压力3.5MPa，瓦斯含量16.3m3/t4个评价单元，两级抽采后，统计残存量3—4.2m3/t,反算瓦斯压力0.27-0.41MPa单元一，抽采1184-1670天，抽采瓦斯量280.79万m3抽采率74.2%，残余4.2m3/t单元三，抽采1135-1605天，抽采量340.4万m3，抽采率80.1%，残余3.2m3/t单元四，抽采440-583天，抽采瓦斯20.38万m3，抽采率79.3%，残余3.4m3/t单元二，抽采539-698天，抽采瓦斯91.76万m3，抽采率81.8%，残余3.0m3/t（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术密集顺层钻孔预抽（第三级）钻孔走向间距2m，垂距2-3m（终孔）全程下花管以维持钻孔空间抽采时间2月以上残余瓦斯含量降至2.0-3.5m3/t实现高瓦斯强突出煤层的低瓦斯状态生产区段轨道巷区段集中巷机巷风巷（一）底板穿层钻孔与三级瓦斯预抽技术三级瓦斯预抽效果——Ⅱ885综放工作面综放工作面开采过程的瓦斯涌出最大为4.5m³/min，回风流瓦斯浓度在0.2%以下。开采过程中循环预测指标，Smax最大值为2.6kg/m，△h2最大值为80pa，均远小于防突规定临界值等。实测残余瓦斯含量3.5m3/t以下；实测残余瓦斯压力0.30MPa以下。（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采保护层选择突出煤层群条件，10煤突出危险性小，可作为保护层10煤层需要预抽消突，大面积穿层钻孔抽采时间6个月，预抽率80%以上，残余量降至4—5m3/t；消突后，进入煤层，掘进煤巷；再补充顺层钻孔抽煤层瓦斯,降低保护层回采瓦斯涌出。柱状图8煤9煤10煤平均23m平均59m8煤9煤10煤钻井间距110-160m保护层选择在Ⅲ1采区10煤层赋存不稳定，有些分叉严重，连续性差，强行开采需要多次揭煤9-10煤层间软岩可作为保护层开采软岩为厚3.0～7.0m、平均5.1m的泥岩硬度f=1.9～4.6，平均3.73抗压强度平均25.3MPa，抗拉强度2.26MPa。柱状图软岩8煤9煤10煤平均23m平均59m（二）保护层开采与三级（二级）卸压瓦斯抽采二级卸压瓦斯抽采（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采一级卸压抽采地面采动井，间距110-160m（8+9煤）上向拦截钻孔，间距20m倾向拦截钻孔，间距20m底板岩巷穿层钻孔，间距30m（10煤层）二级卸压抽采被保护层工作面机巷、风巷中施工顺层钻孔，钻孔间距5m，一组2-3个立体抽采，区域性消除突出危险具备综放开采的条件（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采一级卸压瓦斯抽采（立体抽采）8煤9煤10煤软岩地面钻井高位上向拦截钻孔抽放巷倾向拦截钻孔10煤底板穿层钻孔地面采动井高位走向拦截钻孔倾向拦截钻孔地面钻井+高位走向拦截钻孔+倾向拦截钻孔+10煤穿层钻孔立体抽采，消除8、9、10煤的突出危险性一级卸压瓦斯立体抽采之地面钻井抽采采动井走向间距110-160m；单采动井流量可达60万m3/月，浓度多在30%以上。（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采瓦斯抽采流量瓦斯抽采浓度软岩一级卸压瓦斯立体抽采之高位走向钻孔每130m一个钻场，施工拦截钻孔，钻孔终点至9煤层底板下方5m要求当前一组钻孔在进入工作面冒落带前，后一组钻孔必须实现正常抽采钻孔间距20m×20m，压茬长度40m，钻孔直径不小于113mm平面图剖面图（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采一级卸压瓦斯立体抽采之倾斜拦截钻孔在邻近煤层底板岩巷施工倾向拦截钻孔，拦截钻孔终孔位于9煤底板下方5m钻孔间距20m×20m，钻孔直径大于113mm平面图剖面图（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采地面钻井向上抽，走向、倾向钻孔下拦截，保障软岩保护层工作面开采安全一级卸压瓦斯立体抽采之10煤底板穿层钻孔10煤层底板岩石巷道施工网格式上向穿层钻孔钻孔穿透10煤，进入煤层顶板1m钻孔间距30m×30m，钻孔直径113mm剖面图平面图（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采减少10煤层卸压瓦斯向保护层工作面运移，保障软岩工作面开采安全卸压瓦斯强化抽采被保护煤层底板施工专用抽采巷，巷道选择在动压影响范围外钻孔施工时间选择在保护层开采上覆岩层基本稳定后钻孔穿透8煤层，进入顶板1m钻孔覆盖整个被保护层，间距20m×20m，进一步降低瓦斯含量，具备放顶煤开采条件（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采保护层开采后瓦斯治理效果（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采保护层开采后，被保护层消突，残余瓦斯压力由5.0MPa降至0.35MPa以下，残余瓦斯含量由22m³/t降至4.5m³/t以下。地面采动井抽采效果最好，抽采量占总量近2/3，抽采浓度达90%以上。通过立体、高效抽采被保护层卸压瓦斯，确保了保护层工作面安全回采，回采期间回风瓦斯控制在0.1%以下。被保护层工作面掘进时，循环预测指标Smax最大3.2kg/m，△h2最大90Pa，均远小于防突规定临界值等。抽采方法瓦斯量（m3/min）浓度%百分比%地面采动井21.59065高位拦截孔8.24025其他2.5107风排瓦斯0.80.13总计33100机巷风巷二级卸压瓦斯强化抽采（二）保护层开采与二级卸压瓦斯抽采工作面煤巷掘进后进行施工钻孔走向间距5m，垂距5m（终孔）抽采时间2月以上残余瓦斯含量降至2.5-3.5m3/t实现高瓦斯强突出煤