單一低滲突出煤層煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)新進展

1、單一低滲突出煤層單一低滲突出煤層煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)新進展煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)新進展馬馬 耕耕河南能源化工集團研究院有限公司河南能源化工集團研究院有限公司2015.10.22 煤與瓦斯共采技術(shù)背景煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)展望3 (1) 對于煤層群條件，可以選擇條件適合的煤層作為首采關(guān)鍵層，造成上下煤巖層膨脹變形，增加煤層透氣性、松動卸壓，同時主動高濃度抽采被保護煤層瓦斯，實現(xiàn)卸壓抽采井下煤層氣、煤與瓦斯共采。（如圖“淮南模式”無煤柱煤與瓦斯共采體系）1、煤與瓦斯共采不同的技術(shù)模式無煤柱沿空留巷鉆孔法抽采瓦斯原理無煤柱沿空留巷鉆孔法抽采瓦斯原理4 (2)對于煤層賦存條件穩(wěn)定、裂隙發(fā)育、滲透性

2、較好的單一煤層，如山西晉城礦區(qū)，井上、井下均具有良好的煤層氣抽采條件，可以將井上、和井下結(jié)合進行聯(lián)動抽采，即煤礦規(guī)劃區(qū)、開拓準(zhǔn)備區(qū)、生產(chǎn)區(qū)“三區(qū)”，聯(lián)動煤層氣主體抽采工藝與配套技術(shù)。（如圖“晉城模式”）5 (3) 對于單一低滲突出煤層，包括沒有適合開采保護層的煤層群，現(xiàn)行唯一的抽采技術(shù)就是在卸壓煤層頂?shù)装迨┕Ｓ贸椴蓭r石巷道，以大范圍穿層鉆孔實施區(qū)域治理，實現(xiàn)高瓦斯煤層在低瓦斯條件下的采掘活動。底板穿層鉆孔條帶抽采示意圖底板穿層鉆孔條帶抽采示意圖頂板穿層鉆孔條帶抽采示意圖頂板穿層鉆孔條帶抽采示意圖6 對于單一低滲突出煤層，包括沒有低瓦斯保護層可采的煤層群，僅僅依靠巖巷穿層鉆孔進行瓦斯區(qū)域治理，

3、安全上、技術(shù)上、經(jīng)濟上都面臨巨大的挑戰(zhàn)，特別是進入深部開采后，災(zāi)害升級，問題更多，主要存在以下難題：n巷道工程量大n鉆孔工程量大n抽采周期長n鉆孔利用率低，抽采效率低n抽采巖巷地壓大，受突水、誤揭煤威脅n成本高，礦井可持續(xù)發(fā)展困難7n水力壓裂n水力割縫n水力沖孔n高壓注水n水力掏槽n預(yù)裂爆破n氣體壓裂2、現(xiàn)有瓦斯抽采卸壓增透技術(shù)n注水驅(qū)替n電磁波n超聲波增透n化學(xué)法注表活劑增解n生物法注厭氧菌n加熱煤體增溫增解n經(jīng)過比較：水力擾動技術(shù)最有效最便捷！8 國家對煤礦安全工作極為重視，對煤礦瓦斯防治有明確規(guī)定，先后下發(fā)了煤礦安全規(guī)程、防治煤與瓦斯突出規(guī)定、煤礦瓦斯抽采達標(biāo)暫行規(guī)定、2015年7月國家

4、安全生產(chǎn)總局下發(fā)的82號令加強煤礦瓦斯防治十條規(guī)定，進一步明確了瓦斯防治的有關(guān)規(guī)定， 對煤礦瓦斯防治工作提出了更高更嚴的標(biāo)準(zhǔn)；學(xué)習(xí)領(lǐng)會后概括為：123456，即一個目標(biāo)，二大能力，三類措施，四種要求，五項落實，六個配套3、國家關(guān)于煤礦瓦斯防治的新規(guī)定9n一個目標(biāo)：瓦斯零超限；n二大能力：通風(fēng)能力、抽采能力；n三類措施：地面井抽采，保護層開采、巖巷穿層鉆孔抽采；n四種要求：先抽后建、先抽后掘、先抽后采、抽掘采平衡；n五項落實：機構(gòu)、人員、計劃、措施、資金全部落實到位；n六個配套：基礎(chǔ)資料測定、突出指標(biāo)考察、專業(yè)隊伍防治、通風(fēng)瓦斯排查、監(jiān)測監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)、防火防爆管理，各環(huán)節(jié)各系統(tǒng)配套。煤與瓦斯共采技術(shù)

5、背景煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)展望11n地質(zhì)條件越來越差n安全規(guī)定越來越嚴n煤炭經(jīng)濟越來越難n煤礦壓力越來越大面臨重重困難，煤礦如何突圍？12解決思路：n1、抽采設(shè)計與井巷設(shè)計結(jié)合，減少巷道工程量；n2、鉆孔布置與采場卸壓結(jié)合，利用采動卸壓抽采；n3、地面泵站與井下鉆孔結(jié)合，實施規(guī)?；瘔毫?；n4、鉆孔預(yù)抽與自動掏槽結(jié)合，提高煤巷掘進安全；n5、抽采系統(tǒng)與排采操作結(jié)合，低負壓高濃度抽采；n6、抽采數(shù)據(jù)與信息技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)實時監(jiān)測監(jiān)控。必須依靠科技創(chuàng)新！13 該技術(shù)以煤巖長鉆孔或巖石多分支穿層鉆孔代替?zhèn)鹘y(tǒng)的巖石抽采巷道和巖巷穿層鉆孔，可大大減少巖巷工程量，提高鉆孔有效長度。1、“以孔代巷”瓦斯抽

6、采技術(shù) “以孔代巷”走向長鉆孔布置示意圖 鉆孔沿煤層走向平行布置，壓裂孔和抽采孔間隔布置，通過壓裂孔大規(guī)模單孔壓裂或小規(guī)模多點壓裂增透，實現(xiàn)煤層-圍巖層縫網(wǎng)體積改造；利用抽采孔高濃度連續(xù)長期預(yù)抽煤層瓦斯，實現(xiàn)瓦斯區(qū)域治理。14“以孔代巷”傾斜長鉆孔布置示意圖 使用定向智能鉆機井下使用定向智能鉆機井下施工長鉆孔和穿層分支孔，應(yīng)施工長鉆孔和穿層分支孔，應(yīng)用定向分段壓裂技術(shù)井地聯(lián)合用定向分段壓裂技術(shù)井地聯(lián)合壓裂。壓裂。152、“一孔多用”抽采技術(shù)布置在煤層頂板巖石中沿走向長鉆孔，不僅可以采前預(yù)抽，不僅可以采前預(yù)抽，隨著采煤工作面推進，鉆孔逐漸隨著采煤工作面推進，鉆孔逐漸進入工作面采動應(yīng)力形成的高透進

7、入工作面采動應(yīng)力形成的高透氣性裂隙區(qū)，此時鉆孔就可以抽氣性裂隙區(qū)，此時鉆孔就可以抽采采 裂隙區(qū)富集的高濃度卸壓裂隙區(qū)富集的高濃度卸壓 瓦斯，瓦斯，實現(xiàn)了采前預(yù)抽、采動卸壓抽采、實現(xiàn)了采前預(yù)抽、采動卸壓抽采、一孔多用，達到了一孔多用，達到了“先抽后采先抽后采”、煤與瓦斯共采的效果。煤與瓦斯共采的效果?！耙豢锥嘤谩背椴杉夹g(shù)示意圖163、井地聯(lián)合抽采技術(shù)井地聯(lián)合抽采技術(shù)示意圖174、大直徑可控掏槽卸壓技術(shù)煤巷掘進條帶預(yù)抽瓦斯達煤巷掘進條帶預(yù)抽瓦斯達標(biāo)之后進入煤巷施工，為了標(biāo)之后進入煤巷施工，為了加快煤巷進度，創(chuàng)新煤巷掘加快煤巷進度，創(chuàng)新煤巷掘進掏槽方式，開發(fā)大直徑螺進掏槽方式，開發(fā)大直徑螺旋掏槽鉆機

8、（直徑旋掏槽鉆機（直徑6001000mm），一次掏槽深度），一次掏槽深度20米左右，智能鉆進，遠程控米左右，智能鉆進，遠程控制、無人化自動作業(yè)，掏槽制、無人化自動作業(yè)，掏槽孔用高倍發(fā)泡充填材料快速孔用高倍發(fā)泡充填材料快速充填。實現(xiàn)大直徑掏槽鉆孔充填。實現(xiàn)大直徑掏槽鉆孔的深度、進度、瓦斯涌出量的深度、進度、瓦斯涌出量智能控制。智能控制。大直徑可控掏槽卸壓技術(shù)185、煤與瓦斯共采新模式 煤與瓦斯共采是將煤炭開采與瓦斯抽采綜合為一體的資源開發(fā)模式，是采煤和采氣兩個系統(tǒng)的有機結(jié)合，高效的瓦斯抽采降低了煤層瓦斯含量和采掘工作面瓦斯涌出量，可以有效防治瓦斯爆炸和消除煤與瓦斯突出危險，為煤炭的安全高效開采提

9、供了保障；而煤炭開采促使了瓦斯的解吸與流動，為抽采卸壓高濃度瓦斯創(chuàng)造了條件。 196、煤與瓦斯共采新模式 “以孔代巷”煤與瓦斯共采模式就是根據(jù)煤層賦存條件，采用巖石長鉆孔或巖石穿層多分支孔替代頂?shù)装鍘r石抽采巷道+巖巷穿層孔，一孔多用，通過井地聯(lián)合水力擾動增透區(qū)預(yù)抽原始煤層瓦斯、通過采動應(yīng)力形成的高滲裂隙區(qū)抽采卸壓瓦斯，結(jié)合自動掏槽卸壓快速掘進技術(shù)，抽掘采協(xié)調(diào)進行，先抽后掘，先抽后采，實現(xiàn)煤與瓦斯安全高效開采。煤與瓦斯共采技術(shù)背景煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)展望1、“以孔代巷”共采技術(shù)全面應(yīng)用n 充分發(fā)揮“以孔代巷”技術(shù)巷道和鉆孔工程量小、抽采周期長、井下鉆孔施工便捷、成本低廉和地面壓注站設(shè)備壓

10、力高、流量大、技術(shù)可靠、規(guī)模作業(yè)的優(yōu)勢，“以孔代巷” 工程設(shè)計一孔多用抽采設(shè)計井地聯(lián)合壓裂設(shè)計地面壓注站大規(guī)模壓裂和注氣長鉆孔分段壓裂2、瓦斯治理專業(yè)裝備智能化n 利用數(shù)字化、智能化技術(shù)進行升級改造，實現(xiàn)設(shè)備無人化、自動化、多功能化 數(shù)字化鉆機：鉆機運行數(shù)據(jù)數(shù)字化，具備自動記錄和自動報警功能 多功能鉆機：鉆孔測斜定位、配帶鉆孔雷達、鉆孔CT自動化掏槽鉆機：煤巷大直徑深孔掏槽，無人化作業(yè)，遠程監(jiān)控智能化抽采設(shè)備：抽采負壓和流量自動調(diào)節(jié)，無人值守3、互聯(lián)網(wǎng)+瓦斯治理大數(shù)據(jù) 信息化服務(wù)n 利用數(shù)據(jù)中心、云計算技術(shù) 瓦斯抽采精細地質(zhì)大數(shù)據(jù)煤與瓦斯共采專業(yè)設(shè)計大數(shù)據(jù)瓦斯抽采計量評價與瓦斯監(jiān)測監(jiān)控大數(shù)據(jù)瓦斯抽采技術(shù)裝備專業(yè)化一站式服務(wù)大數(shù)據(jù)政府監(jiān)管、監(jiān)察數(shù)據(jù)庫4、瓦斯治理專業(yè)軟件逐步發(fā)展完善n 運用三維仿真技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)，開發(fā)瓦斯治理專業(yè)軟件瓦斯抽采地質(zhì)信息三維模擬軟件瓦斯抽采工程設(shè)計軟件