深部开采瓦斯治理关键技术课件.ppt

1、2022-6-82022-6-81.1 n浅部资源日益枯竭，国内外矿山都相继进入深部资浅部资源日益枯竭，国内外矿山都相继进入深部资源开采状态源开采状态；2022-6-81.1 p我国的煤炭资源埋深在1000m以下的为2.95亿吨，占煤炭资源总量的53%；p我国煤矿开采深度以812m/a的速度增加，东部矿井正以每年10-25m的速度发展，可以预计在未来1020内年我国很多煤矿将进入到1000m到1500m的深度。p已有一批矿山进入深部开采，如沈阳采屯煤矿、开滦赵各庄矿、徐州张小楼矿、北漂冠山矿、新汶孙庄矿、北京门头沟矿、长广矿，以及平煤部分矿井等的开采深度在2006年已经超过了1000m。202

2、2-6-82022-6-8p平煤集团现有平煤集团现有31对矿井，垂深大于对矿井，垂深大于800m的采掘工作面的采掘工作面36个，这些深个，这些深采矿井的年产量占集团公司总产量的采矿井的年产量占集团公司总产量的30%，并以，并以2025m/a的速度向的速度向地下深部延伸，随着时间的推移，深部超高地压开采所占的比重将进地下深部延伸，随着时间的推移，深部超高地压开采所占的比重将进一步提升；一步提升；p鹤壁、荥巩等矿区浅部资源基本开采殆尽，深部煤炭资源储量虽相当鹤壁、荥巩等矿区浅部资源基本开采殆尽，深部煤炭资源储量虽相当丰富，但标高都在丰富，但标高都在-600m至至-1500m之间；之间；p永城煤电目

3、前逐渐转入永城煤电目前逐渐转入600m以下的开采深度；以下的开采深度；p义煤集团的冲击地压问题由来已久，进入深部后该问题更加严重，跃义煤集团的冲击地压问题由来已久，进入深部后该问题更加严重，跃进煤矿采深已达进煤矿采深已达1000余米；余米；p郑煤集团目前也逐渐转入埋深郑煤集团目前也逐渐转入埋深600m以下；以下；p深部煤炭资源储量丰富，地质工作者就新提交埋深深部煤炭资源储量丰富，地质工作者就新提交埋深1500米米煤炭资源量煤炭资源量100亿亿吨以上。吨以上。2022-6-8仅重力引起的垂直原岩应力通常就超过工程岩体的抗压强度(20 MPa);工程开挖所引起的应力集中水平则更是远大于工程岩体的强

4、度(40 MPa)构造应力或残余构造应力使应力大大提高2022-6-8n高瓦斯含量、压力高瓦斯含量、压力随着煤矿采深的增加，瓦斯含量和瓦斯压力迅速增加，并造成瓦斯灾害事故的频繁发生;近年来，由于瓦斯突出和爆炸引起的死亡10人以上的煤矿事故70%出现在中国采深600m以下的矿井;深部煤层松软，煤层的透气性差深部煤层松软，煤层的透气性差（透气性系数（透气性系数0.00010.00010.0061mD0.0061mD）, ,深孔钻进困难，瓦斯预抽效果较差深孔钻进困难，瓦斯预抽效果较差; ;2022-6-8丁组煤层，瓦斯压力-400m:0.6MPa，-800m：2.16MPa； 瓦斯含量4.5m3/t

5、-7.06m3/t戊组煤层，瓦斯压力-430m：1.51MPa，-800m：2.55MPa； 瓦斯含量16.76m3/t - 30m3/t己组煤层，瓦斯压力-430m：1.67MPa，-800m：2.45MPa； 瓦斯含量11.56m3/t - 29.5m3/t2022-6-8随着采深的增加引起的覆岩自重压力的增大和构造应力的增强，采场矿压显现强烈，表现为围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳、甚至发生破坏性的冲击地压，给顶板管理带来许多困难；近10年巷道支护成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整个巷道掘进量的40%，这些特征在平顶山、鹤壁、焦作等矿区表现明显；破坏前兆非常不明显，使破坏预测预报十分困难

6、，从而造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生，具有区域性，如巷道大面积的冒顶垮落等。2022-6-8p高冲击倾向性高冲击倾向性进入深部以后，地质构造变得复杂、自重应力增大，煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构造应力以及工程扰动的作用下，使得积聚的能量大于矿体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去结构稳定性，发生冲击地压。2022-6-8p高岩溶水压高岩溶水压在采深大于1 000 m的深部，其岩溶水压将高达7 MPa，甚至更高;岩溶水压的升高，使得矿井突水灾害更为严重;焦煤、平煤、郑煤等都面临着深度突水隐患的威胁；2022-6-8p高地温高地温越往地下深处，地温越高;地温梯度一般为3

7、050km不等，常规情况下的地温梯度为30km;2022-6-8p5个力学特性转化特点个力学特性转化特点围岩应力场的复杂性围岩的大变形和强流变性特性动力响应的突变性深部岩体的脆-延转化深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性2022-6-8p6大灾害表现形式瓦斯超限、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸岩爆频率和强度均明显增加采场矿压显现剧烈突水事故趋于严重地温升高、作业环境恶化2022-6-8p四种矿井类型的转变浅部硬岩矿井向软岩矿井转变低瓦斯矿井向高瓦斯矿井转变非突出矿井向突出矿井转变非冲击矿井向冲击矿井转变2022-6-8p深部动力灾害特征深部动力灾害特征开采深度的增大，矿井的自然条件、瓦斯条件和开采技术条件发生

8、了显著变化，出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性的复杂现象交织的情况，突出的危险性越来越大;突出危险程度大，发生冲击和有冲击危险的矿井数量逐年增加，突出事故规模和发生次数呈上升趋势，灾害治理困难 ；2022-6-8p区域瓦斯治理措施和局部瓦斯治理措施区域瓦斯治理措施和局部瓦斯治理措施煤矿企业、突出矿井煤矿企业、突出矿井应当根据突出矿井的实际状况和条件制定具体的区域综合防突措施和局部综合防突措施。在煤与瓦斯突出煤层采掘工作面前方局部区域内采取防突措施，经效果检验确认，消除该局部区域的突出危险性，形成防止突出的安全带后，在留有足够超前距的条件下，可在安全带内进行采掘作业。2022-6-8p

9、区域防突措施区域防突措施 开采保护层分为上保护层和下保护层两种方式。 预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯地面井预抽煤层瓦斯以及或、或 预抽煤层瓦斯区域防突措施应按上述列举的各类方式的优先顺序选取，或一并采用多种方式的预抽煤层瓦斯措施。2022-6-8p瓦斯治理措施的发展瓦斯治理措施的发展探索阶段。探索阶段。 20世纪5080年代，主要摸清煤与瓦斯突出规律，引进消化和吸收国外煤与瓦斯突出防治技术和经验，研究适合中国特点的煤与瓦斯突出预测方法和突出防治工程方法。局部措施为主阶局部措施为主阶。20世纪8090年代末，主要贯彻落实“四位一体”综合防突措施，以1988年防治煤与瓦斯突出细则出

10、版和1995年的修订为代表，研究重点是煤与瓦斯突出危险性预测方法与预测指标，同时兼顾突出防治工程方法的深化研究。2022-6-8自本世纪初开始，淮南矿业集团在长期瓦斯治理经验总结的基础上，提出了“可保尽保，应抽尽抽”的瓦斯治理战略2005年3月国家发展改革委、国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局在总结淮南、阳泉、平顶山、松藻等煤矿瓦斯治理经验的基础上，编写了煤矿瓦斯治理经验五十条，在瓦斯治理的基本思想中明确提出区域性治理与局部治理并重，实施“可保尽保，应抽尽抽”的瓦斯治理战略。并在第33条中明确提出：“强制开采保护层，做到可保尽保，并抽采瓦斯，降低瓦斯含量”。第35条中提出：“顶、底板

11、穿层钻孔掩护强突出煤层掘进”。2022-6-8第六条第六条 防突工作坚持防突工作坚持“”的原则。未采取区域综合防突措施并达到要求指标的，严禁进行采掘活动， 区域防突工作应当做到“多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标”。区域瓦斯治理区域瓦斯治理是煤与瓦斯突出和冲击地压防治观念和治理技术路线的重大转变，具有战略意义。为了应对日趋严重的煤与瓦斯突出灾害，人们越来越清醒地认识到，在现有技术条件下，区域性瓦斯治理是技术的首选;许多矿业集团结合自身特点，制定了区域性瓦斯治理战略并付诸实施;2022-6-8平煤集团实现“四个转变”：即由措施型向工程型转变、由局部治理向区域治理转变、由生产过程的被动治理向超

12、前治理转变、由单独抽采向综合利用转变。淮南矿业集团在“可保尽保，应抽尽抽”瓦斯治理战略目标的基础上，2006年全面实施岩巷计划，为区域性瓦斯治理创造条件;淮北矿业集团2006年明确提出，“区域性治理为主，局部治理为辅”的瓦斯治理战略目标，目前已基本实现这一目标;n阳泉煤业集团在超远距离保护层成功开采实践的基础上，2007年明确提出全面调整矿井采掘部署，改变开采层序，为实施保护层开采及卸压瓦斯抽采创造条件。2022-6-8保护层开采是最经济有效的煤与瓦斯突出以及冲击地压动力灾害防治保护层开采是最经济有效的煤与瓦斯突出以及冲击地压动力灾害防治措施；措施；第四十条第四十条 区域防突措施应当优先采用开

13、采保护层。区域防突措施应当优先采用开采保护层。我国煤矿安全规程第192条规定：“对于有突出危险煤层，应采取开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防治突出措施”。第193条规定：“在突出矿井开采煤层群时，应优先选择开采保护层防治突出措施”。第198条规定：“开采保护层时，应同时抽采被保护层瓦斯”。2022-6-8首采煤层地表被保护层被保护层保护层保护层1#3#4#5#6#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在突出矿井开采煤层群时，如在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上的无突出危险煤层的，除因突出煤层距离太近而威胁保护层工作面安全的或可能破坏突出煤层开采条件的以外，必须首先开采保护层。

14、有条件的矿井也可将软岩层作为保护层开采；当煤层群中有几个煤层都可作为保护层时，应综合比较分析，择优开采保护效果最好的煤层；当矿井中所有煤层都有突出危险时，应选择突出危险程度较小的煤层作保护层先行开采，但采掘前必须按本规定的要求采取预抽煤层瓦斯区域防突措施并进行效果检验；应优先选择上保护层。在选择开采下保护层时，不得破坏被保护层的开采条件。2022-6-8p 2022-6-82022-6-812344321A保护层；B被保护层；C保护范围边界线保护层工作面沿倾斜方向的保护范围 2022-6-81234l 若保护层采煤工作面停采时间超过3个月、且卸压比较充分，则该保护层采煤工作面对被保护层沿走向的

15、保护范围对应于始采线、采止线及所留煤柱边缘位置的边界线可按卸压角 5660划定。2022-6-8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迎 面 斜 交 钻 孔支 架戊 8-19190风 巷迎 面 斜 交 钻 孔采 空 区四矿迎面斜交钻孔抽放布置图四矿迎面斜交钻孔抽放布置图n上隅角抽放上隅角抽放 为防止回采过程中工作面上隅角瓦斯超限，在上隅角或尾巷中为防止回采过程中工作面上隅角瓦斯超限，在上隅角或尾巷中埋管或插管，并铺设一趟瓦斯抽

16、放管进行抽放，抽放管末端安埋管或插管，并铺设一趟瓦斯抽放管进行抽放，抽放管末端安装一套可伸缩管装一套可伸缩管 。n高位钻场抽放高位钻场抽放 高位钻孔采空区高位钻场戊8-19150机巷戊8-19150风巷高 位 钻 场高 位 钻 孔采 空 区四矿顶板高位钻孔瓦斯抽放布置图四矿顶板高位钻孔瓦斯抽放布置图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p 瓦斯抽采方法实例瓦斯抽采方法实例山西省晋城市山西省晋城市 沁水蓝焰煤层气公司沁水蓝焰煤层气公司钻煤层气井钻煤层气井450450口，运行口，运

17、行146146口井，日产气量达到口井，日产气量达到5050万万m m3 3； 沁南煤层气开发示范工程沁南煤层气开发示范工程潘河项目已完成潘河项目已完成100100口煤层气井群，抽采能力达口煤层气井群，抽采能力达70Mm70Mm3 3。 压裂作业现场压裂作业现场瓦斯抽采现场瓦斯抽采现场中梁山底板网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法中梁山底板网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法 底板岩巷穿层钻孔放水器流量计瓦斯抽采干管回风上山人行上山轨道上山运输上山瓦斯道边界回风上山岩石轨道巷岩石集中巷联络巷联络石门风巷机巷上区段岩石轨道巷上区段岩石集中巷开切眼收作线机巷风巷上区段机巷岩石轨道巷岩石集中巷联络石门联络巷8煤层

18、9煤层10m20m80m40m底板巷道网格式上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采方法底板巷道网格式上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采方法 弯曲下沉带弯曲下沉带裂隙带裂隙带冒落带冒落带底板瓦斯抽放巷底板瓦斯抽放巷抽放钻孔抽放钻孔开采煤层开采煤层卸压煤层卸压煤层70m70m底板巷上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采方法底板巷上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采方法 开采层开采层B8回风巷回风巷进风巷进风巷下卸压层下卸压层B7下卸压层下卸压层B6底板岩石巷底板岩石巷抽放钻孔抽放钻孔底板卸压区域底板卸压区域钻孔施工钻孔施工封堵钻孔施工封堵钻孔施工抽采卸压瓦斯抽采卸压瓦斯顶板走顶板走向穿层向穿层钻孔抽钻孔抽采卸压采卸压瓦斯方瓦斯方法法钻孔长度：钻孔

19、长度：170200m钻场间距：钻场间距：130m2022-6-8组合保护层开采防突钻孔布置图（祁南煤矿）井上下立体综合强化抽采（井上下立体综合强化抽采（海孜煤矿）地面采动区抽放井13口，地面卸压抽放单孔瓦斯抽采量达120万m3以上。保护层工作面开采风排瓦斯量小于5 m3/min，工作面瓦斯抽采率达80以上，被保护层瓦斯预抽率50以上 根据预测的采煤工作面相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量，并结合矿井瓦斯治理实际效果，选择相适应的瓦斯治理方法。工作面瓦斯绝对涌出量Q10m3/min的，采用顶板走向钻孔抽采。工作面瓦斯绝对涌出量Q为：1020 m3/min的，采用顶板走向钻孔为主，倾向钻孔、上隅角埋管

20、等为辅的综合抽采措施。工作面瓦斯绝对涌出量Q为：2050 m3/min的，采用以高抽巷、底抽巷（穿层钻孔）、上下顺槽倾向穿层钻孔、顺层钻孔等为主，上隅角埋管为辅的综合抽采措施。工作面瓦斯绝对涌出量Q50 m3/min的，除采用以上抽采技术措施外，还应考虑采用地面钻孔进行抽采。2022-6-82022-6-8l淮南集团2002年以前，煤炭产量徘徊在千万吨左右，岩巷一直是制约生产接替和瓦斯治本的“瓶颈”，也是安全生产中长期以来未能彻底解决的一个“顽疾”。2002年下半年淮南集团把岩巷工作提到了重要的位置。随后，把2005年、2006年和2007年定为岩巷年，2008年以来，抓岩巷工作的力度远远超过

21、了岩巷年，提出要把岩巷当作安全生产技术的第一要务。08年底淮南集团煤炭产量突破6000万吨，百万吨死亡率0.13，实现了历史性跨越，岩巷工作功不可没。l淮南集团计划在2012年实现亿吨煤炭产量，岩巷先行，岩巷是实现煤炭亿吨战略目标的关键；2022-6-82022-6-8已施工下山煤巷变坡进入底板2022-6-8已施工下山煤巷变坡进入顶板2022-6-8煤巷直接变坡施工岩巷煤巷直接变坡施工岩巷 (c)图2 煤巷做绕巷进入底板施工岩巷煤巷做绕巷进入底板施工岩巷煤巷做绕巷进入底板施工岩巷n高（低）位巷穿层松动爆破高（低）位巷穿层松动爆破 爆破位置松爆钻孔2爆破位置爆破位置松爆钻孔1松爆钻孔3机 巷高

22、抽巷己15煤层己13煤层八矿高位巷穿层松动爆破示意图2022-6-8(a) 剖面图(b) 平面图顺层钻孔递进瓦斯抽采区域消突示意图2022-6-8(a) 剖面图剖面图(b) 平面图顺层钻孔递进瓦斯抽采区域消突示意图p治理瓦斯，必须确保投入，早投入、高投入；治理瓦斯，必须确保投入，早投入、高投入；p必须软硬件协调，工程、技术、管理、培训并重；必须软硬件协调，工程、技术、管理、培训并重；p必须建立健全防治体系，管理是前提，技术是支撑，通风是基础，抽必须建立健全防治体系，管理是前提，技术是支撑，通风是基础，抽采是重点，防突是关键，监测是保证；采是重点，防突是关键，监测是保证；n没有卸不了压的瓦斯，只

23、有打不到位的钻孔。没有卸不了压的瓦斯，只有打不到位的钻孔。n必须正确处理抽掘采之间的关系，强化打钻队伍，提高打钻质量，打必须正确处理抽掘采之间的关系，强化打钻队伍，提高打钻质量，打钻重于掘进，采气重于采煤；钻重于掘进，采气重于采煤；n必须坚持不安全不生产原则，先抽后掘，抽采不达标不掘进；先抽后必须坚持不安全不生产原则，先抽后掘，抽采不达标不掘进；先抽后采，抽采不达标不回采；采，抽采不达标不回采；n必须科学谋划，分区治理，分源抽采，立体治理，必须科学谋划，分区治理，分源抽采，立体治理， “ “应保尽保、应应保尽保、应抽尽抽抽尽抽”, ,高突矿井在低瓦斯状态下开采；高突矿井在低瓦斯状态下开采；n以

24、抽保用，以用促抽，煤气共采，瓦斯利用成为利润第二级；以抽保用，以用促抽，煤气共采，瓦斯利用成为利润第二级；n治理瓦斯，岩巷先行。治理瓦斯，岩巷先行。n瓦斯是害也是宝。变抽放为抽采，煤与瓦斯共采，治理与利用并重。瓦斯是害也是宝。变抽放为抽采，煤与瓦斯共采，治理与利用并重。2022-6-8p近几年来，每年用于矿井通风系统、瓦斯抽放系统、安全监控系统、防尘防灭火系统的新建及更新改造；防治煤与瓦斯突出及瓦斯综合治理装备的购置等方面的资金投入力度逐年递增。2003年为12675.16万元，2004年为30951.246万元，2005年为34455.7万元，2006年为35379.95万元，2007年为42944.47万元。p在瓦斯涌出量从2001年的493 m3/min增加到2007年的562 m3/min的情况下，瓦斯超限次数从2001年的1000多次降到2007年的35次；瓦斯抽采量从2001年的3113万m3增加到2007年的1.2145亿m3；集团公司已连续5年多未发生煤与瓦斯突出动力现象和重大“一通三防”事故；原煤百万吨死亡率整体呈下降趋势；原煤产量从2001年的1973万t增加到2007年2500万t。2022-6-8