1保护开采区域性瓦斯治理技术.docx

1、1保护开采区域性瓦斯治理技术保护层开采瓦斯治理技术一、煤层群多重开采上保护层结合被保护层底板巷穿层钻孔抽采技术新庄孜矿B8B4可采煤层划为一个煤组开采，组内联合布置。开采B8非突出煤层，对B6、B4突出煤层进行抽采，保护范围内的B6、B4突出危险性消除；继后开采B7非突出煤层，B6、B4进一步受到保护，开采B6煤层，B4再次受到保护。对B6煤层来说，其保护范围对应为B8、B7中的最大保护范围，对B4煤层来说，其保护范围对应B8、B7、B6中的最大保护范围。B8、B7和B6煤层先后开采对B6、B4起到重复保护作用。（一）上保护层开采原理 利用上保护层开采对下覆突出煤层造成的卸压效果，大量瓦斯解吸

2、，然后利用突出煤层底板巷施工网格式抽采钻孔，抽采突出煤层的卸压瓦斯，从而达到消突的目的。如图（二）采区概况56采区走向10001100m，倾斜400 m，分两个区段开采，一区段标高-412-506 m，二区段标高-506-612m。采区范围B组煤开采B11b、B8、B7a、B6和B4煤层，厚度2.0m、1.7m、2.0m、3.2m、3.8m，层间距依次为75.3m、3.1m、12.37m、37.3m。煤层倾角2832 o。如图2.1。图2.1 56采区B组煤煤层综合柱状图（三）瓦斯涌出量B6、B7a、B7a、B7b、B8及B9煤层，瓦斯含量分别为12.6m3/t、10m3/t、11m3/t、1

3、1m3/t、13.3m3/t、12m3/t。预测B8煤层开采时本层瓦斯涌出占29，下邻近层占62，上邻近层占9。5608I工作面瓦斯涌出量为34m3/min。（四）瓦斯治理方案打穿层仰孔抽采上部下邻近层B7、B6煤层瓦斯；采面下部B8煤层及下邻近层瓦斯利用B6煤层底板岩巷（-506B6皮带机巷）作钻场打穿层钻孔进行采前预抽和采后卸压抽。5604I采面，利用B4底板运输巷，布置穿层钻孔对采面下部分进行抽采；工作面布置中巷，增加进风，同时施工斜向顺层钻孔进行采前预抽。（五）保护技术效果B8、B7b、B7a煤层回采后，B6煤层突出危险性已被消除，B4煤层突出危险性虽未消除，但已大大降低；B6煤层透气

4、性系数增加到22.2m2/(Mpa2d)，是原始透气性系数的500倍，煤层瓦斯压力由3.35Mpa降到0.6Mpa；现场生产情况表明，5606区段在保护区内掘进、回采过程中未发生任何突出预兆现象；在非保护区内掘进过程中出现3次预测预报超标，伴有突出预兆现象。非保护区内煤巷掘进每月为30m，保护区掘进内每月进尺110m；非保护区工作面回采月进尺45m，保护区内回采月进尺70m。而B6采过以后，B4煤层在其保护范围内突出危险性消除，煤层透气性系数增加到23.54 m2/(Mpa2d)，即是原始透气性系数的570倍。B8煤层开采后B4煤层瓦斯压力由3.0Mpa降到1.8Mpa；B6煤层开采后B4煤层

5、瓦斯压力降到0.5Mpa。二、近水平远距离下保护层结合地面钻井及穿层孔抽采开采技术（一）下保护层开采原理利用下保护层开采对下覆突出煤层造成的卸压效果，大量瓦斯解吸，然后利用突出煤层底板巷施工网格式抽采钻孔，抽采突出煤层的卸压瓦斯，从而达到消突的目的。如图（二）保护层与被保护层基本情况张集煤矿11-2煤层为13-1煤层下部距离最近的可采煤层，层间距离平均为78.5m。该煤层厚度平均为3.69m，倾角25o。煤层中间的夹矸厚度平均0.26m。11-2煤层的瓦斯含量较小，平均为2.37m3/t。1116（1）工作面运顺全长约1064米,轨顺全长1056米；切眼全长为240米。工作面可推进长度为900

6、米，可采储量为91万吨，工作面日生产能力为7400吨。（三）工作面保护范围（1）沿走向方向的保护范围在始采线1117（3）工作面保护范围相对于1116（1）工作面内错46.9m，停采线内错44.6m,由于断层影响1117（3）工作面在走向方向上共有158m左右不在保护范围之内(如图2.2所示)。（2）沿倾斜方向的保护范围 1117（3）工作面相对于1116（1）工作面回风巷及运输巷分别内错16.7m、12.5m。同样，1117（3）工作面的保护范围应以图2.3所示为准13-1煤层沿倾斜方向约210.8m长度可以受到开采影响。（四）煤层底板巷、钻孔布置采用在底板岩石巷道施工穿层钻孔预抽被保护层卸

7、压瓦斯的瓦斯治理措施。考虑底板岩层覆存情况，确定底板抽采巷道布置在粉砂岩中，巷道底板距离13-1煤层底板的垂直间距为23.0m，沿倾斜方图2.2 沿走向方向工作面的保护范围图2.3 沿倾斜方向工作面的保护范围向在1117（3）工作面中部。在13-1煤层的保护范围内，底板巷每隔40m布置一组对称的钻场，第一个钻场位于1117（3）工作面预计停采线往切眼方向55m处，沿走向方向共布置20个钻场。每个钻场布置6个穿层钻孔，形成网格状多点抽采模式。如图2.4示。图2.4 抽采钻孔钻孔布置图（五）保护技术效果在1116(1)工作面上风巷布置顶板走向钻孔、顺层钻孔和采取老塘埋管的方法,拦截13-1煤层部分

8、卸压瓦斯,同时抽采本煤层采空区瓦斯。回采期间工作面配风量26002700m3/min以上，平均日产7400吨，瓦斯绝对涌出量24.5m3/min，抽采瓦斯6.2m3/min，回风流瓦斯0.50.6。以上情况表明，1116（1）工作面开采期间没有出现大量131卸压瓦斯向11-2工作面涌出，治理瓦斯技术手段保证了11-2煤层安全回采。底抽巷在13-1煤层未卸压前，底板抽采量36m3/min左右；采动卸压后瓦斯抽采量急剧增大。最大抽采量达43m3/min有效地降低了131煤层的瓦斯含量；通过验证，1117（3）轨运顺在掘进过程中，未出现突出危险预测指标超限现象，保护消突效果明显。三、急倾斜近距离保护

9、层开采技术（一）保护层与被保护层概况急倾斜煤层开采，顶板垮落有其特殊性。其开采保护层设计、保护范围和效果考察、抽采卸压瓦斯方法完全不同于倾斜或缓倾斜煤层。李二矿B8煤层是突出煤层，B9煤层是非突出煤层，将B9煤层作为B8煤层的保护层先行开采，消除B8煤层突出危险。B9煤层厚1.42.2m，平均1.7m。B8煤层厚8.010.0m,平均9.0m。两层间距11.4m。B9煤层最小倾角64，最大102，开采B9煤层相当于既是上保护层，又是下保护层。开采范围上顺槽标高-489m，下顺槽标高-559m，工作面平均走向长190m，平均倾斜长70m。（二）考察巷及钻孔布置为考察B9煤层开采后对B8煤层的影响

10、，设置一条专门的考察巷道，布置在B9煤层内。B8煤层走向保护边界的考察，设计在预计的保护煤柱线处进行。考察钻孔为P4、P5和P6，终孔位置分别设计在保护边界线内5m、保护边界线外5m和15m。倾斜边界考察钻孔为P1、P2和P3，终孔位置分别设计在预计的保护边界线上、保护边界线内5m和保护边界线外5m。同时布置2个测压孔、2个变形孔和2个瓦斯流量孔，均垂直B8煤层，进入顶板内1.0m。（三）瓦斯治理方案采用在回风顺槽每隔30m向底板方向做一长度为5m的钻场，在钻场内沿走向方向向B8煤层打倾斜穿层钻孔。另在B6煤层内平行于6222B9工作面回风顺槽向开切眼方向打一条专用瓦斯抽采巷，在抽采巷内布置抽

11、采钻孔，向B8煤层打倾斜穿层钻孔，抽采被保护层卸压瓦斯。 图2.5 煤层赋存及穿层钻孔布置示意图（四）保护技术效果开采近距离急倾斜煤层群保护层，结合穿层钻孔抽采卸压瓦斯，消除了B8煤层突出危险性。图2.6 保护层工作面开采抽采钻孔及考察钻孔布置图1、通过现场考察，得出被保护层卸压及瓦斯抽采相关参数变化规律。B8煤层瓦斯压力由0.8Mpa降低到0.27Mpa，瓦斯含量由5.0m3/t降低到2.7m3/t，透气性系数由0.163m2/(Mpa2.d)增加到19.344m2/(Mpa2.d)，增加了118倍。2、卸压区内掘进上下顺槽，瓦斯涌出量由2.0m3/min降低到1.0m3/min；煤体明显变

12、硬，未出现动力现象，月进尺由原来的80m，提高到137m以上。回采日产量由原来的267t/d提高到900t/d，瓦斯涌出量由原来的11.7m3/t降低到1.74m3/t，控制了原顺序开采时容易淌漏的情况。3、开采B9下保护层，被保护层B8得到充分卸压，但并未破坏B8完整性而造成开采和顶底板管理的困难。4、利用保护层上下风巷，向被保护层实施倾斜穿层钻孔，抽采效果较好。抽采孔数34个，浓度达50%以上，平均单孔抽采纯量达1.0m3/min。5、试验条件下，开采下保护层后，沿倾斜下部有效保护范围3=78，沿走向有效保护角=60。四、下保护层结合地面钻井抽采技术2002年，淮南第一口地面钻井试验抽采瓦

13、斯在潘一矿取得成功。继后，地面钻井抽采瓦斯技术在矿区扩大应用，取得一些经验。地面钻井按设计不同，有抽采采空区瓦斯，抽采采动影响区瓦斯，全程抽采采动区、采空区瓦斯三类。配合保护层开采，地面钻井抽采瓦斯必将成为抽采瓦斯技术的发展方向。 （一）试验地点概况2322（3）工作面走向900m，倾斜宽184m，煤层原始瓦斯含量为1320m3/t，实测瓦斯压力4.4Mpa，具有突出危险性。距该工作面煤层底板法距70m处是11槽煤层，相对应的2352（1）工作面作为保护层先行开采。在2352（1）工作面回采前，施工了地面钻井，同时，距13煤层底板法距25m施工了一条抽采巷道，向13槽施工穿层钻孔，抽采2322

14、（3）工作面的卸压瓦斯。图2.7 2352（1） 2322（3）工作面布置图（二）钻井位置、结构根据地面施工条件，钻井确定在2322（3）工作面内。钻井钻至11-2煤层底板孔深674.5m，地面至基岩段孔径为349mm，下177.810mm套管至地面，注浆固孔，以下采用152.4mm钻头钻进至11槽煤顶板以上58m，此段下139.710mm的筛管，最后改用91mm钻头钻至11槽煤底板并用木柱塞实，防止采煤过钻孔时孔内积水突然进入工作面。 （三）保护技术效果1、抽采被保护层卸压瓦斯2352（1）工作面没有到达地面钻井前，抽采量较小；工作面推过钻井，抽采量增加，混合量达到18m3/min左右，瓦斯

15、浓度50%，纯量9.0m3/min左右；工作面推过钻井35m后，浓度75%，负压0.032Mpa，纯量15.41m3/min；工作面推过钻井197m后，浓度9095%，纯量6.6m3/min。 图2.9 地面钻井抽采量变化图2、采空区抽采当2322（3）工作面采至钻孔附近，地面钻孔再次发生作用。2004年3月在工作面推过钻孔26m时，钻井瓦斯抽采量增大。至4月3日工作面推过钻孔80m时抽采活动结束。抽采期间大约10天左右，抽采量7.0m3/min，总量10万m3。3、主要特点量大、稳定、浓度高。配合保护层开采，单孔抽采有效范围可达到200m以上，最大抽采半径达475m，单井抽采量达200万立方

16、。采工效高。用地面钻孔取代底抽巷和穿层钻孔，减少井下岩道工程，减少掘进头面，利于通风和防火管理。提供瓦斯气开发技术新途径。五、保护层Y型通风留巷无煤柱开采大倾角钻孔技术（一）采面概况谢一矿5121（0）工作面位于51采区，标高-714.6m-783.6m,煤层总体呈单斜构造。工作面走向长1100m，倾向长170m，煤层厚度1.2m，倾角2125距离本煤层法距25m的上覆B11b煤层，为突出煤层，平均煤厚4.0m，预计瓦斯含量为22m3/t，下覆B9煤层距本煤层法距35m，也为突出煤层，平均煤厚2.0m，预计瓦斯含量15m3/t，B10煤层作为关键保护层，该煤层开采后可直接上保护B11b煤层，下

17、保护B9煤层。（二）瓦斯抽采方法5121（0）工作面上风巷采后进行沿空留巷，作为5121（0）工作面“Y”型通风的回风巷并作为上阶段5111（0）机巷用。-710m5121（0）工作面风巷上向钻孔抽采，从开切眼上口向北在5121（0）工作面风巷和机巷内布置上向抽采钻孔，钻孔开孔为153mm，钻孔终孔穿透B11a煤层，超前预抽B11b瓦斯，上向钻孔20m一组，每组2个。-710m5121（0）工作面风巷下向穿层钻孔抽采，在5121（0）工作面风巷内布置下向穿层抽采钻孔，钻孔间距为10m一组，每组2个孔，钻孔开孔为108mm。钻孔终孔至B9b底板，主要抽采B9b卸压瓦斯。在5121（0）工作面留巷

18、段内施工穿层抽采钻孔，每隔10m布置一组，每组3个孔钻孔，孔径为133mm，终孔至B11b顶板0.5m位置，主要抽采B11b卸压瓦斯。在5121（0）工作面机巷超前工作面煤壁30m施工穿层抽采钻孔，每10m布置一组钻孔，每组3个钻孔，终孔在B11b顶板0.5m位置，主要抽采B11b卸压瓦斯。利用-660m、-720mC13底板巷，-780mB10底板巷，施工B11b、B9b穿层钻孔，对其进行卸压抽采，取得较好 的抽采效果。（三）保护技术效果5121(0)工作面作为保护层开采，受邻近层B11、B9卸压瓦斯涌出的影响，工作面回采初期日进7刀（5.6m）时，工作面最大瓦斯涌出量达110m3/min以上，采用“Y”型通风，并通过穿层钻孔拦截抽采被保护层瓦斯，埋管抽采采空区瓦斯解决了上隅角和充填区域瓦斯问题。5121(0)工作面原有-660mC13底板巷、-720mC13底板巷、-780mB10底板巷，加上下风巷共有5条巷道可利用于抽采，多条巷道立体抽采是该面的特点。沿空留巷的成功应用，降低了巷道掘进率，提高了资源回收率，有效改善采场接替状况。回采过程中，通过上向和下向的钻孔抽采被保护层瓦斯，使被保护层得到充分的卸压，从而获得本质安全煤量。