煤与瓦斯共采技术在深井开采建设中的应用.ppt

煤与瓦斯共采技术在深井开采建设中的应用,,李万峰生产部总工程师淮南矿业集团,提纲,,一、概述二、卸压瓦斯抽采技术三、无煤柱煤与瓦斯共采技术四、瓦斯利用技术五、结论,概述,1,低透气性煤层群柱状图,1.1淮淮南煤层赋存情况,淮南煤田属华北型煤田。成煤于二迭纪、石炭纪。煤层主要发育在二迭系上、下石盒子组、山西组煤系地层中。有可采煤层17层，平均可采厚度34.55m，主要可采煤层根据层间距由下到上划分为分成A、B、C三组。主要可采煤层有C13、B11b、B9b、B8、B7、B4b、A3、A1等煤层。,,1.2淮南煤矿瓦斯状况,高瓦斯10～36m3/t、低透气性0.0011mD煤层群8～15层开采条件，瓦斯压力最高达6.8MPa浅部为2～3MPa；淮南矿区13对生产矿井全部为煤与瓦斯突出矿井。随着开采深度增加，瓦斯涌出量也不断增大。1995年为400m3/min，2000年为595.71m3/min，2013年5月份绝对瓦斯涌出量达1465.59m3/min。大部分主采煤层为突出煤层。测得的最大煤层瓦斯含量26m3/t,最大瓦斯压力6.8MPa。,淮南煤矿开采现状及面临的困难,淮南矿业集团淮南矿区现有生产矿井13对，设计生产能力6940万吨/年，2011生产原煤6751万吨，2012年生产原煤7106万吨，2013年计划原煤产量7100万吨。淮南矿区煤层埋藏深，地质构造复杂，瓦斯压力高、含量大，煤层松软，目前大部分矿井均已进入深部开采（谢一矿望井二水平巷道最大埋深1000m，新庄孜矿井巷道最大埋深900m，朱集东矿开拓延伸水平埋深1000m），随着采场下延及高强度集约开采条件，地压大，瓦斯突出危险性剧增。,卸压瓦斯抽采技术,2,高瓦斯高突出危险性的客观现实决定了煤炭开采必须治理瓦斯，安全生产必须治理瓦斯。设计坚持“开采保护层、分组设置岩巷、立体抽采”的煤与瓦斯共采思路，全面实施区域治理瓦斯，实现煤与瓦斯共采，把保护层开采作为瓦斯治理、煤与瓦斯共采的的关键措施，2003～2012年，矿区开采保护层工作面53个，面积1051.5万m2，产量6135万吨。未来5年，集团公司计划开采保护层开采面积2050.5万m2。保护层产量8525万吨。矿区通过应用以下技术实现了煤与瓦斯共采。,保护层开采前，在被保护层顶、底板施工抽采巷道，保护层开采时对抽采巷道进行封闭，抽采被保护层卸压瓦斯。保护层卸压开采后，上向、下向卸压层间距达10150m，采用在被卸压煤层底板弯曲下沉带预先布置巷道钻孔抽采卸压瓦斯的技术方法，抽采率达65以上。,2.1高抽巷穿层钻孔卸压瓦斯抽采技术,图1新庄孜矿66310工作面高低抽巷瓦斯抽采技术,新庄孜矿66310工作面绝对瓦斯涌出量90～95m3/min,瓦斯来源主要是邻近层瓦斯，通过高低抽巷辅以钻孔抽采技术，抽采纯量83～88m3/min，抽采率达到90﹪，实现了高瓦斯煤层在低瓦斯状态下开采。该面自2012年10月1日回采，至2013年5月回采结束，回采走向780m，工作面日平均推进3m以上，最高月推进126m，工作面回风流中瓦斯浓度0.2～0.4，未出现瓦斯超限、异常情况，确保了工作面安全高效回采。,工作面上下顺槽，顶、底抽巷，为顶底板瓦斯抽采钻孔创造了施工空间，对被保护层等目标煤层实施打钻抽采。保护层卸压开采后，瓦斯富集区位于两巷顶板采空侧上方宽030m，高825m的环形裂隙区、顶板破碎角50对应向上4058.7m的竖向裂隙区；下向卸压距离达15150m，采用预先布置巷道和穿层钻孔抽采卸压瓦斯，瓦斯压力由3.6Mpa降低至0.2Mpa，透气性系数增大570倍，抽采率达50以上。,2.2顶底板钻孔瓦斯抽采技术,图2顶底板钻孔瓦斯抽采技术,潘一矿东区1252（1）保护层工作面上距被保护煤层C13煤层70m。保护层B11-2煤层瓦斯含量11.5m3/t，被保护层C13-1煤层瓦斯含量15.6m3/t，瓦斯治理方案既要考虑被保护层瓦斯的抽采，又要考虑本煤层瓦斯的治理和抽采，工作面设计为“一面五巷”布置方式，即布置工作面上下顺槽、上下顺槽底板巷和工作面高抽巷。高抽巷穿层钻孔抽采13-1煤层卸压瓦斯，轨顺高位钻场顶板走向钻孔，轨、运顺顺层钻孔抽采本煤层瓦斯。效果特别明显的是高抽巷穿层钻孔抽采C13-1煤层卸压瓦斯纯量高达66m3/min。,图3潘一东顶底板钻孔抽采瓦斯,在工作面两顺槽沿煤层施工钻孔，在工作面回采前及回采期间进行预抽。,2.3顺层钻孔瓦斯抽采技术,图4朱集矿顺层钻孔抽采瓦斯,朱集矿1112（1）工作面按照每10m布置一个，设计孔深115m，孔径113mm，共设计328个钻孔，覆盖从切眼至停采线外20m的区域，预抽本煤层瓦斯进行区域消突。在工作面投产前全部施工完毕并合茬进行抽采，确保本煤层瓦斯抽采率达到30，残余瓦斯压力＜0.74MPa，残余瓦斯含量＜8m3/t，顺层钻孔的抽采在工作面回采前结束。工作面采取顺层钻孔区域消突后，瓦斯预抽率30.7，残余瓦斯含量3.26m/t，残余瓦斯压力0.05MPa，预抽评价合格。,地面布置钻孔抽采被卸压煤层解析瓦斯技术，通过优化开采卸压煤层地面钻孔结构及抽采工艺，实践表明工作面采后30m钻孔抽出高浓度瓦斯，单孔流量832m3/min,瓦斯浓度6095，瓦斯抽采率64.71。该技术适用于矿区的首采层（抽采层上方无采空区），在工作面范围内施工地面钻井，淮南矿区新井C组煤开采模式，先采瓦斯含量小的11煤，保护13煤，钻井间距为260m左右，钻井终孔至11-2煤层底板约10米，在工作面回采期间抽采13煤层瓦斯及其卸压瓦斯。截止到2013年6月底，集团公司共有37个工作面实施地面钻孔抽采瓦斯，抽采总量17608万m3。,2.4地面钻孔瓦斯抽采技术,朱集矿1111（1）工作面，布置6口地面钻井，共抽采瓦斯量1458万m3；单井平均出气量达到243万m3。1111（1）工作面4地面钻井在工作面日推进度＞12刀的情况下，对钻井结构无影响，连续13天单口井抽采瓦斯纯流量在40m3/min以上，最大达到48.54m3/min，地面钻井抽采瓦斯达到了最大化。1112（1）工作面。布置9口地面钻井，目前工作面正在回采，已出气的7口井共抽采瓦斯量1354万m3，其中4井单井抽采瓦斯纯流量达51.95m3/min。,图6地面钻井图,图7地面钻井抽采瓦斯情况,无煤柱煤与瓦斯共采技术,3,高瓦斯保护层开采工作面使用Y型通风沿空留巷技术，在采空区侧采用膏体泵送充填料留巷，实现原上下进风，留设巷道回风，有效解决了隅角瓦斯问题，同时在充填体上预埋瓦斯管路抽采采空区瓦斯，保证了风排瓦斯在规定指标以下。,图8Y型通风沿空留巷工作面,朱集矿井11-2煤使用沿空留巷Y型通风方式，沿工作面倾斜方向布置运输顺槽、轨道顺槽、运输顺槽底（高）抽巷、轨道顺槽底（高）抽巷，轨道顺槽与轨道顺槽底（高）抽巷间布置联络巷，采用运输、轨道顺槽进风，轨道顺槽留巷及其外错底（高）抽巷回风。工作面沿空留巷Y型通风系统分为底抽巷模式和高抽巷模式，分别如图9所示。,（a）底抽巷模式,（b）高抽巷模式,图9工作面沿空留巷Y型通风系统示意图,其中外错的轨顺高抽巷的“一巷多用”为该工作面井下瓦斯综合治理的关键。外错轨顺高抽巷功能①掩护煤巷掘进；②作为Y型通风工作面回风用；③向本工作面被保护范围13-1煤施工穿层钻孔，抽采13-1煤卸压瓦斯；④对采空区裂隙带施工大直径平钻孔，抽采采空区瓦斯；⑤可向相邻工作面对应被保护13-1煤施工穿层钻孔；⑥作为相邻11-2工作面回采期间的高抽巷进行抽采。实现了“一面三巷、一巷多用、联合治理、连续开采”的瓦斯治理模式，回采期间采用沿空留巷Y型通风、地面钻井结合井下钻孔的煤与瓦斯共采立体抽采方式治理瓦斯。,工作面采前采用“高强全锚固锚杆大直径中空注浆锚索”超前预加固技术、开采及采后采用半原位充填留巷技术，有效的控制了沿空留巷的变形。,图10工作面沿空留巷现场图片,轨顺采前控制效果,轨顺留巷200米后效果,强支撑自移模板液压充填支架,选用综采支架液压模板一体化支架，能实现充填墙体紧随工作面及时快速构筑，兼顾了采煤生产和充填平行作业，自移模版支架可实现日进12刀、推进9.6m的回采进度。,瓦斯利用,4,各矿均建立了高低浓瓦斯抽采系统，高浓瓦斯以民用燃气为主，矿区建立了6座储配站，输配能力23万m3，民用燃气用户已发展到65914户。低浓瓦斯用于发电，瓦斯发电装机规模56230kw，2012年完成瓦斯发电量2.45亿度。集团公司还建立了瓦斯提纯系统，进一步提升了瓦斯利用率。2013年瓦斯抽采量5.7亿m3，瓦斯抽采率66；瓦斯利用量1.7亿m3，瓦斯发电量3.4亿度。瓦斯利用率31.5。,图11瓦斯提纯设备图片,结论,5,五结论,煤与瓦斯共采是煤层群开采最有效的技术之一，通过拦截抽采临近厚煤层的卸压瓦斯，可实现保护层的安全开采。通过煤与瓦斯共采，获得了被保护层安全开采煤量，可实现高瓦斯突出煤层在低瓦斯状态下安全开采。通过煤与瓦斯共采，使瓦斯得到合理开发并有效利用，做到了保护了大气环境，降低了煤矿瓦斯事故，实现了安全、高效、洁净开采。,,五结论,卸压瓦斯抽采方面，通过在瓦斯富集区（上向被卸压煤层解吸瓦斯富集区，竖向楔形瓦斯富集区，顶板环形瓦斯富集区；下向被卸压煤层解吸瓦斯富集区）布置瓦斯治理工程，显著提高了瓦斯抽采率。Y型通风工作面沿空留巷采前采用“高强全锚固锚杆大直径中空注浆锚索”超前预加固技术、开采及采后采用半原位充填留巷技术，有效的控制了沿空留巷的变形。选用综采支架液压模板一体化支架，能实现充填墙体紧随工作面及时快速构筑，兼顾了采煤生产和充填平行作业，自移模版支架可实现日进12刀、推进9.6m的回采进度。,,敬请批评指正,谢谢,