陳家祥-極復(fù)雜條件下的煤與瓦斯共采工程實踐

1、極復(fù)雜條件下的煤與瓦斯共采 工程實踐,陳家祥 淮北礦業(yè)集團(tuán)公司 2011年8月,匯報提綱,一、淮北礦業(yè)集團(tuán)概況 二、淮北礦區(qū)災(zāi)害特點 三、瓦斯治理效果 四、瓦斯治理的理念 五、瓦斯治理模式,一、淮北礦業(yè)集團(tuán)概況,淮北礦業(yè)（集團(tuán)）公司位于安徽省淮北市，所轄礦區(qū)位于安徽省北部。東西、南北跨度各約100km，總面積約10000km2。礦區(qū)資源豐富，煤種齊全，有焦煤、氣煤、肥煤、貧煤、瘦煤等八大煤種，其中焦煤、肥煤、瘦煤為國家稀缺煤種。 礦區(qū)現(xiàn)有22對生產(chǎn)礦井中有煤與瓦斯突出礦井10對，高瓦斯礦井8對，低瓦斯礦井4對。2010年礦業(yè)集團(tuán)公司所屬生產(chǎn)礦井總的絕對瓦斯涌出量為700m3/min，相對涌出量

2、為12.38m3/t 。最高瓦斯壓力7.41 Mpa、煤層最高瓦斯含量27m3/t、最小硬度f=0.1、透氣性0.1md. 2010年集團(tuán)公司生產(chǎn)原煤3200萬t。,一、淮北礦業(yè)集團(tuán)概況,二、淮北礦瓦斯區(qū)災(zāi)害特點,二、淮北瓦斯礦區(qū)災(zāi)害特點,淮北礦區(qū)自然條件復(fù)雜，水、火、瓦斯、煤塵、礦壓災(zāi)害嚴(yán)重，礦區(qū)現(xiàn)有22對生產(chǎn)礦井中有煤與瓦斯突出礦井10對，高瓦斯礦井8對，低瓦斯礦井4對；22對礦井有自然發(fā)火傾向，其中容易自燃礦井8對；有15對礦井受煤層底板灰?guī)r突水威脅，7對礦井受四含水威脅；礦區(qū)南部礦井地壓大，井下巷道破壞嚴(yán)重，巷道收縮量大；部分礦井存在、級高溫區(qū)。,區(qū)域大地構(gòu)造,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特

3、點,蚌埠隆起,淮北礦區(qū)落差大于5m以上的斷層平均密度為27條/Km2；淮南礦區(qū)為13條/Km2；貴州畢節(jié)礦區(qū)為0.4條/Km2；陜西古城礦區(qū)為0.2條/Km2；內(nèi)蒙古納林河陶忽圖井田為0條/Km2。 淮北礦區(qū)處于徐宿弧形構(gòu)造圈內(nèi)，各序次、各級別的褶皺、斷裂較為發(fā)育，并伴有不同程度的巖漿活動，與其它礦區(qū)相比，淮北煤田地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)為極其復(fù)雜類型。,二、淮北瓦斯礦區(qū)災(zāi)害特點,區(qū)域構(gòu)造,構(gòu)造應(yīng)力作用明顯,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,蚌埠隆起,宿北斷裂,宿南礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育，瓦斯賦存多受控于構(gòu)造應(yīng)力，瓦斯梯度較大，突出災(zāi)害嚴(yán)重。,主采煤層均突出，瓦斯壓力大，含量高,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,構(gòu)造應(yīng)力作用明顯

4、,宿北斷裂是淮北礦區(qū)火成巖入侵的主要通道。巖漿巖侵入過渡區(qū)瓦斯涌出明顯增加，突出危險性增加。 侵入地層，形成致密堅硬的蓋層，對煤層瓦斯起封閉作用，如海孜礦。 侵入煤層，造成煤體變質(zhì)程度的不均勻，進(jìn)而影響瓦斯的賦存，如楊柳礦、桃園等。,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,巖漿侵入作用明顯巖漿活動主要在臨渙礦區(qū),楊柳礦10414工作面回采以來3次異常 1、1月3日工作面推進(jìn)62M時，瓦斯涌出量由5 m3/min ，陡然升至20 m3/min ，回風(fēng)流瓦斯最高達(dá)到2.8。 2、4月17日工作面來壓，支架大面積損壞，共有16架損壞嚴(yán)重。 3、7月17日工作面已推進(jìn)525m，推過2#孔12m，地面2發(fā)生噴孔。持

5、續(xù)44小時40分，噴出瓦斯16.6萬m3 噴孔視頻,巖漿侵入煤層9號勘探線剖面,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,采掘深度大，瓦斯災(zāi)害升級,新建礦井情況,生產(chǎn)礦井情況,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,淮北礦業(yè)集團(tuán)公司共發(fā)生煤與瓦斯突出和動力現(xiàn)象事故54起，其中蘆嶺礦26次，海孜礦11次，祁南礦6次，朱仙莊礦5次，童亭4次，石臺2次。 蘆嶺礦于2002年4月7日在818工作面3#石門揭煤處發(fā)生了強(qiáng)度最大的一次突出，共突出煤巖量10500t，涌出瓦斯達(dá)123余萬m3，死亡13人； 祁南礦發(fā)生過瓦斯噴出、煤與瓦斯突出、巖石與瓦斯突出等各種動力現(xiàn)象，且突出具有延期性。,淮北礦區(qū)瓦斯突出災(zāi)害情況,二、煤層瓦斯賦存

6、及災(zāi)害特點,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,淮北蘆嶺煤礦“4.7”特大型煤與瓦斯突出事故（2002年）,突出煤巖量10500t，瓦斯量為123萬m3,死亡13人。,海孜煤礦煤與瓦斯突出,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,礦區(qū)大構(gòu)造、次生構(gòu)造發(fā)育，再加上火成巖侵入影響，造成同一煤層及瓦斯賦存具有”兩極”現(xiàn)象，進(jìn)而造成瓦斯賦存不均勻性，災(zāi)害發(fā)生的不確定性。,二、煤層瓦斯賦存及災(zāi)害特點,“兩極”現(xiàn)象,三、瓦斯治理效果,三、瓦斯治理的效果,原煤產(chǎn)量,原煤產(chǎn)量：從2004年的2151萬t到2010年增加到3200萬t， 上升了48.8%。,采煤機(jī)械化程度,采煤機(jī)械化程度：從2004年的60%到2010年增加到88

7、.4%， 提高了47.3%。,采煤機(jī)械化程度,三、瓦斯治理的效果,綜掘機(jī)械化程度：由2004年10.14%到2010年增加到28.81%， 提高了184%。,綜掘機(jī)械化程度,三、瓦斯治理的效果,瓦斯涌出量：從2004年的520m3/min到2010年增加到700m3/min， 升高了34.6%。,瓦斯涌出量,三、瓦斯治理的效果,瓦斯抽采量：從2004年的6025萬m3，到2010年增加到16200萬m3, 提高了169%。,瓦斯抽采量,三、瓦斯治理的效果,瓦斯利用量：從2004年的765萬m3，到2010年增加到5200萬m3, 提高了580%。,瓦斯利用量,三 、瓦斯治理的效果,瓦斯超限次數(shù)

8、：從2004年的802次，到2010年下降到5次， 下降了99.4%。,瓦斯超限次數(shù),三、瓦斯治理的效果,百萬噸死亡率：從2005年的0.7，到2010年下降到0.2， 下降了71.5%。,百萬噸死亡率,三、瓦斯治理的效果,四、瓦斯治理的理念,堅持“以人為本”和“安全發(fā)展”，牢固樹立“瓦斯治理工程就是生命工程、資源工程和效益工程”的意識，充分體現(xiàn)“理念超前、系統(tǒng)可靠、技術(shù)先進(jìn)、保障有力”的原則; 堅持“區(qū)域防突措施先行，局部防突措施補充”的戰(zhàn)略方針，貫徹“可保必保、應(yīng)抽盡抽、一面一策、以用促抽、抽采達(dá)標(biāo)”的技術(shù)原則，合理布局，落實“一組（層）一策、一區(qū)一策、一面一策”,積極構(gòu)建瓦斯治理“時空”

9、保障，確?！俺?、掘、采”平衡; 以大富裕量保系統(tǒng)穩(wěn)定。進(jìn)一步完善以礦井通風(fēng)、瓦斯抽采、監(jiān)測監(jiān)控和防滅火為重點的瓦斯綜合治理系統(tǒng)，依靠科技進(jìn)步，切實處理好安全與生產(chǎn)的矛盾，確保集團(tuán)公司安全可持續(xù)發(fā)展。,四 、瓦斯治理的理念,指導(dǎo)思想,四 、瓦斯治理的理念,局部瓦斯治理為補充,總體思路,四 、瓦斯治理的理念,三個“四位一體”,區(qū) 域 四 位 一 體,局 部 四 位 一 體,管理保障四位一體,四、瓦斯治理的理念,瓦斯治理時空保障體系,瓦斯治理的規(guī)劃（35年） 目標(biāo)： 1.實現(xiàn)“抽掘采”平衡 2.實現(xiàn)瓦斯抽采最大化 3.實現(xiàn)高瓦斯突出礦井低瓦斯?fàn)顟B(tài)下生產(chǎn),四 、瓦斯治理的理念,突出礦井瓦斯治理企業(yè)技術(shù)

10、標(biāo)準(zhǔn)體系,技 術(shù) 管 理 標(biāo) 準(zhǔn) 結(jié) 構(gòu) 圖,四、瓦斯治理的理念,五、瓦斯治理技術(shù)模式,第一步，在煤炭開采前10年，施工地面壓裂井進(jìn)行瓦斯預(yù)抽,五、瓦斯綜合治理模式,一井三用,第二步，在下組煤層開采時，進(jìn)行中、上組煤層的卸壓瓦斯抽采,五、瓦斯綜合治理模式,一井三用,第三步，抽采上、中組煤層工作面的采空區(qū)瓦斯,五、瓦斯綜合治理模式,一井三用,四、瓦斯綜合治理模式,2008年以來，在蘆嶺1、1采區(qū)共施工12口“一井三用”井的壓裂階段試驗，各井大部達(dá)到800m3左右，也有個別高產(chǎn)井，如LG-6井為最高日產(chǎn)量曾到3000m3以上，目前穩(wěn)產(chǎn)1200m3左右。,一井三用,五 瓦斯綜合治理模式,一井三用,五

11、、瓦斯綜合治理模式,淮北礦區(qū)含煤地層為石炭二疊系，根據(jù)煤層的分布情況，分為上組煤、中組煤和下組煤，礦區(qū)內(nèi)上組煤可采煤層為3煤層，中組煤可采煤層為7、8、9煤層，下組煤可采煤層為10煤層，各礦井煤層賦存及開采程度不同，造成各礦井可采煤層也不盡相同。 同時，祁南煤礦6煤層具備組合保護(hù)層開采的條件，以保護(hù)下部的7煤層。,保護(hù)層開采,五、瓦斯綜合治理模式,遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采 淮北礦區(qū)內(nèi)中組煤7、8、9煤層瓦斯含量大、壓力高，具有突出危險性，下組煤10煤層，煤質(zhì)硬、瓦斯含量低，無突出危險或突出危險性較小，中組煤與下組煤層間距為65110m，可選擇開采10煤層作為遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采 通過近幾年的瓦斯治理實

12、踐，礦區(qū)內(nèi)蘆嶺煤礦、朱仙莊煤礦、桃園煤礦、海孜煤礦、童亭煤礦都成功的采用了遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采及中組煤被保護(hù)層的卸壓瓦斯抽采技術(shù)治理中組煤瓦斯。,保護(hù)層開采,遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采卸壓瓦斯抽采方法,底板巖巷上向網(wǎng)格式穿層鉆孔抽采,被保護(hù)層,保護(hù)層,100m,穿層鉆孔,底板巖巷,保護(hù)層開采,四、瓦斯綜合治理模式,保護(hù)層開采,五、瓦斯綜合治理模式,被保護(hù)層的相對膨脹變形量約為20； 在活躍期內(nèi)，上向穿層鉆孔單孔瓦斯抽采純量可達(dá)1m3/min，瓦斯抽采率達(dá)65%以上。,遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采底板巖巷穿層鉆孔卸壓瓦斯抽采效果,保護(hù)層開采,保護(hù)層開采,五、瓦斯綜合治理模式,井下小曲率梳狀鉆孔鉆進(jìn)技術(shù)與裝備,五、瓦

13、斯綜合治理模式,1.小曲率梳狀孔鉆進(jìn)設(shè)備,小曲率梳狀孔鉆進(jìn)設(shè)備連接示意圖,1.小曲率梳狀孔鉆進(jìn)設(shè)備,鉆機(jī)性能參數(shù),泵車上泥漿泵為 BWY-200/9型泥漿泵，是一種臥式三缸單作用往復(fù)式活塞泵。由定量液壓馬達(dá)驅(qū)動，可實現(xiàn)流量的無級調(diào)速，主要與近水平長鉆孔定向鉆機(jī)配套。,鉆機(jī)性能參數(shù),BWY-200/9型泥漿泵性能參數(shù),1.小曲率梳狀孔鉆進(jìn)設(shè)備,螺桿馬達(dá),螺桿馬達(dá)主要由螺桿馬達(dá)（定子、轉(zhuǎn)子）總成、萬向軸總成、傳動軸總成三大部分組成。泥漿泵高壓水驅(qū)動馬達(dá)回轉(zhuǎn)，馬達(dá)帶動鉆頭回轉(zhuǎn)碎巖。 在導(dǎo)向鉆進(jìn)時，鉆桿不轉(zhuǎn)，僅鉆頭回轉(zhuǎn)碎巖鉆井，鉆機(jī)提供鉆壓。,1.小曲率梳狀孔鉆進(jìn)設(shè)備,孔口監(jiān)視器,孔口監(jiān)視器,孔口監(jiān)視

14、器電源,主要用于近水平定向鉆孔施工過程中的隨鉆監(jiān)測，可隨鉆測量鉆孔傾角、方位、工具面等主要參數(shù)，可同時顯示鉆孔參數(shù)、鉆孔軌跡。,2.現(xiàn)場工業(yè)性試驗,2010年10月20日至11月17日 ，在淮北礦業(yè)朱仙莊煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗。在10715工作面8煤底板施工定向長鉆孔2個，孔深達(dá)603m 。1#孔梳狀分支孔8個、2#孔梳狀分支孔9個，分支孔最大孔深147m，試驗總進(jìn)尺2639m。,1#鉆孔施工情況,2#鉆孔施工情況,2.現(xiàn)場工業(yè)性試驗,朱仙莊礦1#鉆孔施工及鉆孔軌跡,2010年10月20日11月5日，主孔深603m，分支孔8個，試驗總進(jìn)尺1268m。,2.現(xiàn)場工業(yè)性試驗,朱仙莊礦2#鉆孔施工

15、及鉆孔軌跡,2010年11月5日17日，主孔深603m，分支孔9個，試驗總進(jìn)尺1371m。,水平面軌跡,垂直面軌跡,藍(lán)線設(shè)計軌跡，粉紅線實鉆軌跡,3.現(xiàn)場推廣試驗,2011年初在淮北礦業(yè)楊柳煤礦進(jìn)行推廣應(yīng)用，在10414工作面10煤頂板進(jìn)行梳狀定向孔施工，共施工梳狀定向鉆孔3個，1#梳狀孔主孔孔深為534m，分支孔7個;2#梳狀孔主孔孔深510m，分支孔7個；3#梳狀孔主孔孔深570m，分支孔4個；分支孔最大孔深達(dá)到181m，施工總進(jìn)尺3230m 。,1#鉆孔施工情況,2#鉆孔施工情況,3#鉆孔施工情況,3.現(xiàn)場推廣試驗,楊柳礦1#鉆孔施工及鉆孔軌跡,2011年3月8日4月7日，主孔深534m

16、，分支孔7個，試驗總進(jìn)尺1144m。,垂直面軌跡,水平面軌跡,藍(lán)線設(shè)計軌跡，粉紅線實鉆軌跡,3.現(xiàn)場推廣試驗,楊柳礦2#鉆孔施工及鉆孔軌跡,2011年4月7日4月20日，主孔深510m，分支孔7個，試驗總進(jìn)尺1108m。,垂直面軌跡,水平面軌跡,藍(lán)線設(shè)計軌跡，粉紅線實鉆軌跡,3.現(xiàn)場推廣試驗,楊柳礦3#鉆孔施工及鉆孔軌跡,2011年5月17日6月3日，主孔深510m，分支孔4個，試驗總進(jìn)尺978m。,垂直面軌跡,水平面軌跡,藍(lán)線設(shè)計軌跡，粉紅線實鉆軌跡,被保護(hù)層,保護(hù)層,110m,在淮北海孜煤礦應(yīng)用，國內(nèi)外無應(yīng)用先例,巨厚關(guān)鍵層條件下遠(yuǎn)距離頂板穿層鉆孔瓦斯抽采,保護(hù)層開采,四、瓦斯綜合治理模式

17、,巨厚關(guān)鍵層條件下遠(yuǎn)距離頂板穿層鉆孔瓦斯抽采,四、瓦斯綜合治理模式,保護(hù)層開采,巨厚關(guān)鍵層條件下遠(yuǎn)距離頂板穿層鉆孔瓦斯抽采,七、瓦斯綜合治理模式,鉆孔直徑108mm，活躍期內(nèi)抽采量為46m3/min，衰減期抽采量可達(dá)23 m3/min。,Gas Drainage,據(jù)統(tǒng)計從06年3月至07年3月遠(yuǎn)距離穿層鉆孔共抽出瓦斯486萬m3以上，抽放時間已達(dá)一年以上，經(jīng)計算中煤組瓦斯抽采率達(dá)到73%以上，抽采半徑在100m以上。,保護(hù)層開采,巨厚關(guān)鍵層條件下遠(yuǎn)距離頂板穿層鉆孔瓦斯抽采,五、瓦斯綜合治理模式,五、瓦斯綜合治理模式,保護(hù)層開采（組合保護(hù)層） 祁南礦7煤層上距2749m發(fā)育61、62和63煤層薄

18、煤層組，全礦范圍內(nèi)賦存不穩(wěn)定，部分區(qū)域內(nèi)可采，每層煤平均厚度為1m左右。,保護(hù)層開采,穿層鉆孔,底板巖巷,組合上 保護(hù)層,被保護(hù)層,3050m,組合上保護(hù)層開采卸壓瓦斯抽采方法,保護(hù)層開采,五、瓦斯綜合治理模式,五、瓦斯綜合治理模式,底板巖巷大面積穿層鉆孔預(yù)抽 參數(shù)：鉆孔直徑90120mm，間距210m，封孔長度在8m以上；抽采負(fù)壓在25kPa以上 。 適應(yīng)條件：突出危險性大的煤層；突出的厚煤層，如蘆嶺8、9煤層；層間距離近的突出煤層群或煤層內(nèi)有厚度較大的夾矸，如蘆嶺10煤層；,煤層預(yù)抽,五、瓦斯綜合治理模式,順層鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)預(yù)抽 參數(shù)：鉆孔直徑90120mm，間距25m，封孔長度在10m以上

19、；抽采負(fù)壓在13kPa以上 。 適應(yīng)條件：煤體硬度大、傾角小、賦存穩(wěn)定，構(gòu)造相對簡單、突出危險性相對較弱且易于成孔的煤層，如祁南3煤層；,煤層預(yù)抽,下向順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)區(qū)域性瓦斯抽采方法,機(jī)巷各月的掘進(jìn)速度都達(dá)到230m以上，最大為351m,工作面平均日產(chǎn)量為3444t/d，最大為4048t/d,煤層預(yù)抽,五、瓦斯綜合治理模式,五、瓦斯綜合治理模式,穿層鉆孔條帶預(yù)抽結(jié)合順層鉆孔預(yù)抽,風(fēng)巷,機(jī)巷,底板瓦斯抽采巷,順層鉆孔,穿層鉆孔,上區(qū)段底板 瓦斯抽采巷,穿層鉆孔間距5m，預(yù)抽期5個月，消除煤巷掘進(jìn)條帶區(qū)域煤體的突出危險性，煤巷掘進(jìn)實現(xiàn)機(jī)械化；順層鉆孔間距23m，預(yù)抽期3個月，消除開采煤體的突出危險性。,煤層預(yù)抽,五、瓦斯綜合治理模式,地面鉆井抽采,回采期間瓦斯治理,五、瓦斯綜合治理模式,頂板走向穿層鉆孔抽采,回采期間瓦斯治理,五、瓦斯綜合治理模式,沿空留巷穿層鉆孔抽采,回采期間瓦斯治理,五、瓦斯綜合治理模式,順層鉆孔抽采（減少瓦斯涌出）