煤与瓦斯突出煤层群安全高效开采技术体系与展望

为了解决淮南矿区煤与瓦斯突出煤层群条件下复杂煤层赋存、多源瓦斯涌出、重复开采扰动、多头面生产准备等制约安全高效开采难题,通过分析煤与瓦斯共采技术原理,结合不同的煤与瓦斯赋存特点,对常规的开采上、下保护层瓦斯治理模式进行优化,提出重复开采下保护层远程泄压、开采近距离上保护层抽采瓦斯和顺序向上(下)开采依次保护3种煤与瓦斯共采改进模式,形成"采前、采中、采后"、"本煤层、邻近层、采空区"、"井下、井上"立体抽采瓦斯技术,以及无煤柱开采、突出危险保护层消突、岩巷快速施工、钻孔防喷及增透抽采、地面钻井施工、薄煤层开采装备等配套关键技术。统筹掘进、打钻、抽采、开采等安全生产工作,总结出准备区、治理区、开采区"三区"生产组织方式,从时间、空间上部署多煤层多头面多工序合理有序施工。应用结果表明:突出煤层群可以在低瓦斯状态下安全高效开采,能够建成特大型煤与瓦斯突出井工矿井。最后,针对深部开采面临的灾害治理工程量大、周期长、用工多、成本高等问题,给出了地面钻井治理瓦斯与水害技术思路、高瓦斯自燃煤层无煤柱无巷采煤攻关方向和智能矿山建设设想,并指出探索地面钻井治理灾害新技术、推广无煤柱无巷采煤新工法、研发智能化无人开采新装备是未来的创新方向。     

高瓦斯突出矿井卸压开采瓦斯综合治理实践

朱集东煤矿为“三高一深”（高地压、高瓦斯强突出、高地温、千米埋深）矿井,采掘工作面煤与瓦斯突出危险性极大,开采此类煤层最经济有效的办法是开采保护层。为抽采保护层11-2煤层开采过程中本煤层及邻近层大量卸压瓦斯,采用分源法计算瓦斯涌出量,结合工程类比取大值。根据瓦斯涌出量预测结果,选用Y型通风方式,辅以顺层钻孔、地面钻井、顶板巷大直径筛管平钻孔、留巷埋管及穿层钻孔等抽采方式,使工作面回采期间瓦斯抽采率达到84.8%,实现了深井高瓦斯工作面煤与瓦斯安全高效共采。     

强突出煤层群储层联合改造技术

强突出煤层瓦斯压力大,瓦斯含量高,突出灾害严重。传统的预抽瓦斯和保护层开采技术直接作用于强突出煤层存在较大的困难,因此采用理论分析和现场工程实践相结合的研究方法,提出了井上下联合采动卸压储层改造技术,即根据安全性和经济性的原则确定首采层,利用地面钻井改造首采层,抽采首采层的瓦斯,消除首采层开采的危险性。首采层开采过程中,利用原来的地面钻井抽采强突出煤层的采动卸压瓦斯,消除其突出危险性。该方法使现有的矿井瓦斯抽采方法和地面煤层气方法有效的结合,实现煤和瓦斯资源的安全高效开采。     

深部煤层渗透特征及首采关键层卸压改造技术

针对我国煤层开采地质条件复杂、含煤地层中煤层群广泛发育、突出煤层群瓦斯灾害严重的特征,采用理论分析、数据统计和工程实践相结合的方法,系统分析了我国深部煤储层渗透特征,即深部煤体呈天然粉化结构,微、小孔发育,渗透率通常小于10~(-6)μm~2;提出了应依据安全性、经济性和统筹规划的首采关键层选择内涵和首采关键层"钻孔卸荷"的理论模型,确定在埋深大于800 m时,吨煤钻孔长度、钻孔间距等定量化关键指标;在此基础上,介绍了我国采用地面井压裂、井下顺层钻孔和穿层钻孔改造首采关键层的技术途径,配合邻近层卸压瓦斯抽采方法构成立体瓦斯抽采模式,实现了高瓦斯突出矿井煤与瓦斯2种资源的安全高效开采。     

复杂地质条件下高瓦斯近距离突出煤层群煤与瓦斯共采技术

针对贵州西部复杂地质条件下瓦斯含量高、透气性低以及近距离突出煤层群开采等特点,应用煤与瓦斯共采理念,提出了保护层开采结合高抽巷及巷内穿层钻孔抽采卸压瓦斯方案,构建了突出煤层群的煤与瓦斯共采技术体系,有效解决了突出煤层群开采的煤与瓦斯突出及瓦斯超限的难题,为安全高效生产创造了条件,实现了煤与瓦斯安全高效共采。     

高瓦斯大采高长工作面瓦斯综合治理技术研究

寺河煤矿4301工作面为高瓦斯大采高长工作面,回采过程中面临着巨大的安全压力。通过采用地面钻孔抽采、井下千米钻机递进掩护抽采以及本煤层顺层钻孔抽采等立体空间式的"三级"瓦斯综合治理模式,实现了地面压裂与井下瓦斯抽采相结合,建立了井上下协同瓦斯抽采模式,同时井下采用"三进两回"的通风方式,有效杜绝了工作面和上隅角瓦斯超限,保证了工作面安全高效回采,实现了煤与瓦斯共采的绿色开采技术。     

玉溪煤矿煤与瓦斯共采模式探讨

针对玉溪煤矿煤层赋存条件、瓦斯储量高、瓦斯压力大等特点,优选出玉溪煤矿前、中、后期不同的煤与瓦斯共采模式。认为在玉溪煤矿开采前期(5年以内)采用井下穿层钻孔结合顺层钻孔的煤与瓦斯共采模式;开采中期(5-10年)采用地面井与井下顺层钻孔抽采相结合的煤与瓦斯共采模式;开采后期(10年以后)采用地面井抽采的煤与瓦斯共采模式。有效缩短了玉溪煤矿投产周期,提高了玉溪煤矿安全性。     

低透气性强突出煤层瓦斯抽采导流通道的构建及应用

基于芦岭煤矿低透气性强突出煤层瓦斯治理的需要,提出了地面钻井压裂抽采以削弱突出危险、保护层开采以消除保护范围突出危险和穿层钻孔强化抽采以消除保护边界外突出危险的瓦斯治理顺序,考察研究了对应抽采技术导流通道的特征及应用效果。结果表明,地面钻井压裂抽采,砂层是瓦斯抽采的导流通道,单个钻井长期可获得1 500 m 3 /d的煤层气产量;保护层开采,层间离层裂隙是瓦斯抽采的导流通道,煤层透气性可提高1 930倍;穿层钻孔群排煤抽采,孔群间的连通裂隙是瓦斯抽采的导流通道,单孔平均瓦斯流量可增加4倍,煤层透气性可增加200倍以上。     

穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进关键技术

为了深部煤层开采之前能够高效超前抽采瓦斯，保障深部煤层安全开采，L型水平井钻进技术成为地面瓦斯抽采的主要方法之一。针对穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进施工存在的诸多困难，主要从井身结构设计、穿越采空区氮气钻进技术、水平段钻进轨迹控制技术3个方面，进行了穿越采空区L型瓦斯抽采水平井钻进关键技术研究。将关键技术研究成果成功应用于了M矿区1口穿越采空区L型地面瓦斯抽采井，高效顺利完钻了该井施工，使得目标深部煤层水平段钻进的钻遇率约为90%。     

煤与瓦斯突出煤层防突技术研究及应用

突出矿井开采过程中,为防止煤与瓦斯突出,解决采掘接继难的问题,提出采取地面钻井抽采先行、井下顺层长钻孔区域抽采为主及穿层钻孔、采空区抽采为辅的防突综合治理技术,实际应用表明,煤层瓦斯含量明显降低,采掘接继难的问题得以改善,保证了矿井的安全、高效生产。     

上保护层开采卸压瓦斯抽采技术试验研究

以新庄孜矿保护层66109工作面为研究对象,针对开采过程中遇到的瓦斯治理问题,进行理论分析,提出了上、下向穿层钻孔瓦斯抽采、沿空留巷埋管瓦斯抽采、下向顺层钻孔瓦斯抽采的卸压瓦斯抽采技术方法。现场试验结果表明,结合卸压瓦斯抽采技术,9煤层保护层的开采有效地消除了8煤层煤与瓦斯突出危险性,实现了8煤层的安全高效开采。     

地面钻井瓦斯抽采技术研究与实践

新集一矿北中央区域C13-1煤层具有煤与瓦斯突出危险性,为确保工作面安全布置及回采,需要探索突出煤层放顶煤开采瓦斯防治及消突技术。通过下保护层131103工作面开采,布置地面钻井,进行被保护层C13-1煤瓦斯抽采,认真考察了抽采量、抽采有效距离等,与井下底板巷密集钻孔相比较,取得了良好的经济、社会效应。     

寺家庄矿综合防治煤与瓦斯突出模式及技术探索

针对寺家庄矿瓦斯赋存特点和瓦斯涌出规律,探索了多种综合防治煤与瓦斯突出技术,总结出抽采区、准备区实行地面钻井和千米长钻孔立体抽采模式;生产区实施"3+2"综合治理瓦斯新模式:即底板岩石预抽巷穿层钻孔预抽、顺层钻孔预抽和"小煤柱"卸压消突3项区域综合防治措施,辅助水力冲孔造穴和CO_2气相预裂增透技术2项局部(区段)防治措施,从根本上消除煤与瓦斯突出,实现矿井安全生产。     

淮南矿区瓦斯卸压抽采理论与应用技术

基于淮南矿区高瓦斯煤层群开采条件,运用卸压开采及采场采动裂隙O形圈卸压瓦斯抽采理论,提出了一系列钻孔或巷道抽采卸压瓦斯方法;研究分析了开采卸压层时瓦斯抽采技术、上向卸压瓦斯抽采技术、下向卸压瓦斯抽采技术,采用煤层气开采消突试验方法有底板岩巷穿层钻孔条带预抽瓦斯、顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、地面钻井压裂预抽瓦斯,这些方法广泛应用于淮南矿区生产实践,建立起了卸压开采瓦斯抽采工程体系.结果表明:自1998 年以来矿井杜绝了瓦斯爆炸事故发生,百万吨死亡率由4.01降低到0.18,2009年瓦斯抽采量达3.2亿m3,矿井瓦斯抽采率达到53%,采煤工作面瓦斯抽采率达到90%以上;使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,同时抽采出的瓦斯作为绿色能源,减少大气污染.     

穿层树状钻孔煤层增透技术在深部矿井的应用试验

针对深部开采矿井低透煤层瓦斯抽采过程中抽采半径小,抽采效率低的问题,以平顶山矿区首山一矿己15-17-12110抽放巷为试验地点,开展了穿层树状钻孔增透技术的试验研究。试验采用自进式水力喷射树状钻进工艺,在工作面低抽巷共施工了34组穿层树状钻孔,每组7个,共238个钻孔。试验结果表明：与水力冲孔钻孔相对比,穿层树状钻孔在深部低透煤层的瓦斯抽采应用中,抽采影响半径明显增大|平均瓦斯抽采浓度提高了1.30～1.80倍,且高浓度抽采周期延长|单孔平均日抽采纯量为3.47～5.30m3/d,是水力冲孔钻孔的1.58～3.66倍。穿层树状钻孔煤层增透技术在深部矿井工作面穿层条带预抽中,应用效果显著,为平顶山矿区深部低透煤层的瓦斯抽采提供了增透技术储备。     

强突松软煤层群综采面瓦斯立体治理技术研究

针对煤与瓦斯突出矿井松软煤层群开采的瓦斯治理难点,以贵州青龙矿井为研究对象,研究了强突松软煤层群综采工作面瓦斯立体治理技术。采取了底板岩巷穿层钻孔抽采、本煤层顺层钻孔抽采、走向高抽钻孔抽采、采空区埋管抽采及沿空留巷Y型通风治理上隅角瓦斯等综合瓦斯立体治理技术。现场试验表明,立体治理瓦斯取得了明显的效果,解决了回采时工作面瓦斯超限问题,实现了强突松软煤层群综采工作面的安全高效回采。     

巨厚火成岩下高突煤层工作面瓦斯综合治理技术应用研究

结合海孜煤矿煤层赋存条件和生产实际,根据邻近层与本煤层瓦斯涌出的特点,在Ⅱ1023工作面针对性采取地面钻孔、远距离穿层钻孔、水平顺层钻孔、高位钻孔等全方位立体交叉综合抽采瓦斯手段,有效地控制了保护层工作面的瓦斯涌出,为深部高瓦斯强突出煤层工作面的安全高效开采奠定了基础。     

贺西煤矿瓦斯灾害综合防治技术体系研究

针对贺西煤矿矿井煤层瓦斯赋存及地质条件,采取基于保护层开采技术的煤层瓦斯治理措施,以消除其突出危险性。在抽采钻孔的布置及抽采形式方面,形成了地面钻孔抽采与井下钻孔抽采相结合,卸压抽采与预抽相结合,穿层钻孔与顺层钻孔相结合,采前抽采与采中抽采相结合的立体瓦斯抽采模式,结合各煤层工作面采取的不同通风方式,取得了显著的瓦斯抽采效果,实现了矿井的安全高效开采。     

深部薄煤层无煤柱煤与瓦斯共采技术应用实践

以谢一矿5121B10工作面为例,针对深部薄煤层,采用"Y"型通风技术,并在留巷段施工网格立体式穿层钻孔,拦截抽采邻近突出煤层的卸压瓦斯,实现了无煤柱煤与瓦斯共采。     

顾桥煤矿保护层工作面瓦斯立体抽采技术研究

根据顾桥煤矿1116(1)工作面下保护层开采技术条件,分析了保护层开采过程中临近煤岩体的变形规律和卸压瓦斯的运移规律,提出本煤层回采期间采用地面钻井、底抽巷、顶板走向钻孔等立体抽采卸压瓦斯方案,1116(1)工作面保护层开采期间立体抽采,瓦斯抽采量38.08m3/min,抽采纯量达5.7514×106m3,工作面瓦斯抽采率78.4%,最高月产达0.357Mt,上隅角瓦斯浓度始终保持在0.6%以下,实现煤与瓦斯安全高效共采。