2021年上保护层开采卸压被保护层抽采优化实例应用
上保护层开采卸压被保护层抽采优化实例应用
内容摘要
保护层开采对被保护层抽采，抽采时分源管理预抽和卸压方法，分源计量、高低负压抽采，优化钻孔布置方式，沿工作面倾斜布置，提高钻孔利用率，实现高产高效。
新兴煤矿为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯治理工作是我矿的重中之重，是确保矿井安全生产的前提和基础。我矿认真落实“四位一体”综合防突措施管理，坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则，优化采掘布局，合理配置开拓区、抽采区、保护层开采区和被保护层有效区。新兴煤矿主要采取综合瓦斯治理方式，且具备开采保护层条件，因此优先开采保护层。对具备开采保护层的煤层进行可行性论证，优先采取开采保护层区域防突措施，同时抽采被保护层及邻近煤层瓦斯，进行综合防治。对所有保护层开采完毕后，每50米进行两次区域验证，验证指标合格，无异常情况，区域防突措施达标。
1、煤层情况
五采区三水平左三片67层，煤层结构简单，黑灰色半亮型煤为主，沥青光泽，一般厚度1.5米，煤层倾角23°。被保护层68层
2、工作面瓦斯分析
67#煤层煤体瓦斯涌出主要开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯。
68#煤层煤体瓦斯涌出主要邻近层68#煤层及68#底部标志层涌出的瓦斯。
3、地质构造
工作面的构造以断层为主，在掘进过程中可能揭露小落差的断层，影响较小，无岩浆岩侵入。
4、邻近巷道
巷道标高-480-—-516，对地表不产生影响，上部65#、66#未采，63#为采空区。
此次主要介绍五采区回采67层保护68层。67层与68层层间距16-22米，符合保护层开采条件。67层原始瓦斯含量5.6m3/t，原始瓦斯压力0.42MPa。68层原始瓦斯含量8.3m3/t，原始瓦斯压力
0.78MPa。67层瓦斯储量142万m3，68层瓦斯储量220万m3。
五采区三水平左三片67#采面瓦斯涌出主要为本煤层67#及邻近68层,68底部层瓦斯，采用仰角、本煤层、穿层底抽钻孔预抽煤层方式预抽煤层瓦斯；
1、钻场设计
利用采煤备面上、下巷及钻场进行本煤层及穿层、仰角钻孔施工，上巷仰角钻场间距60米，下巷穿层钻场间距15-30米。
2、钻孔设计及工程量
本煤层钻孔设计：
②开切眼内本煤层钻孔，在开切眼内施工，控制二片向下100米，终孔间距10米，长度60-80米，预计工程量750米。
③下巷本煤层钻孔，开切眼向外475米本煤层钻孔在巷道内平行施工本煤层钻孔，终孔间距5米，长度60-100米，至9号钻场开始在钻场内施工本煤层钻孔，每个钻场设计施工10个钻孔，终孔间距10米，长度50-100米，预计工程量11500米。
穿层底抽钻孔设计：采用穿层底抽钻孔预抽煤层瓦斯方式，下巷每个钻场施工1组穿层钻孔，每组布置24-41个钻孔，每个钻孔必须穿过68#煤层底板标志层1米，钻孔在68#煤层走向间距5-10米，倾向间距20米，长度35-120米，预计工程量65142m。
仰角钻孔设计：采用仰角钻孔预抽煤层瓦斯方式，设计施工20个钻场，每个钻场布置14个钻孔，钻孔施工至67#煤层顶板15米，钻孔倾向间距5米，长度100-120米，预计工程量30720m。
抽采计量设备选用郑州光力科技有限公司生产的瓦斯抽放监测监控系统。在采面下巷共敷设三趟抽采管路，一趟抽采前预抽，管路直径225mm，预抽瓦斯量最高达2m3/min，二趟抽采后卸压，管路直径225mm，预抽瓦斯量最高达6m3/min（采后接近采面2-3个钻场）。三趟抽采后卸压，管路直径159mm，预抽瓦斯量最高达3m3/min（采后前期钻场）。管路最高抽采量达到12m3/min。
经过超前预抽及卸压抽采，采面回采过程中无上隅角瓦斯超限情况，原煤产
量平均3.5万吨/月，最高6万吨/月，实现高产高效。抽放量增加，此地点发电量1.5万度/日。
优点是：经济适用，减少掘送岩抽巷约1200米，节省资金150万元。钻孔相对减少，抽采量增加，抽放率提高。
缺点是：现场管理难度大，抽采系统容易损坏，下巷过钻场维护不到位，采后留有通风系统。
模板,内容仅供参考
倾斜综放工作面采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术研究
ｄｏｉ：１０ １１７９９／ｃｅ２０１７０５０２４ 一一收稿日期：２０１６－０９－１２一一基金项目：国家自然科学基金科学仪器基础研究专款（５１３２７００７）；国家自然科学基金资助项目（５１１７４１５７，５１６０４２１９）；西安科技大学科研培育基金项目（２０１６５１）；西安科技大学博士科研启动金项目（２０１５ＱＤＪ０５６） 一一作者简介：赵鹏翔（１９８７ ），男，甘肃兰州人，博士后，讲师，主要从事固气耦合物理模拟相似材料研制二围岩活动与瓦斯治理技术二矿山安全工程技术方面的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｐｘｈｓ＠ｓｉｎａ ｃｏｍ三 一一引用格式：赵鹏翔，李树刚，刘殿福，等．倾斜综放工作面采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１７，４９（５）：７６－７９．倾斜综放工作面采动卸压瓦斯高位钻孔 抽采技术研究 赵鹏翔１，２，李树刚１，２，刘殿福３，张雪涛３，林海飞１，２，丁一洋１，２ （１ 西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安一７１００５４； ２ 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西西安一７１００５４；３ 兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿，新疆昌吉一８３１１００）一一摘一要：为解决工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题，针对硫磺沟煤矿主采工作面实际情况，采用物理模拟及数值模拟手段，对工作面采动覆岩 三带 及卸压瓦斯运移优势通道分布 特征及规律开展研究，结合工作面实际情况设计高位钻孔抽采上隅角瓦斯，并对抽采效果开展实时观测与分析三结果表明：通过物理相似模拟实验，得到（４－５）０４工作面覆岩 三带 高度，工作面初次来压二周期来压步距，裂隙区在切眼二工作面及进回风巷出的宽度等参数；综合分析数值模拟及现场观测结果得到工作面合理配风量及抽采负压；通过现场观测，得到高位钻孔抽采浓度为１９ ８５％ ２３％，有效抽采段距离平均为５４ ５ｍ，表明高位钻孔抽采方法和设计参数是科学有效的三一一关键词：倾斜煤层；综放工作面；高位钻孔；瓦斯抽采；物理相似模拟；Ｆｌｕｅｎｔ数值模拟一一中图分类号：ＴＤ７１２＋ ６一一文献标识码：Ａ一一文章编号：１６７１－０９５９（２０１７）０５?００７６?０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｉｎｉｎｇ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｒｅｌｉｅｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｆｒｏｍｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅｉｎｉｎｃｌｉｎｅｄｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｔｏｐｃｏａｌｃａｖｉｎｇｆａｃｅ ＺＨＡＯＰｅｎｇ－ｘｉａｎｇ１，２，ＬＩＳｈｕ－ｇａｎｇ１，２，ＬＩＵＤｉａｎ－ｆｕ３，ＺＨＡＮＧＸｕｅ－ｔａｏ３，ＬＩＮＨａｉ－ｆｅｉ１，２，ＤＩＮＧＹａｎｇ１，２ （１ ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；２ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷｅｓｔｅｒｎＭｉｎｅＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎａｎｄＨａｚａｒｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｘｉ?ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ?ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；３ ＬｉｕＨｕａｎｇｇｏｕＣｏａｌＭｉｎｅ，ＹａｎｇｋｕａｎｇＸｉｎｊｉａｎｇＭｉｎｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｊｉ８３１１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｇａｓｏｖｅｒｒｕｎｉｎｕｐｐｅｒｃｏｒｎｅｒｄｕｒｉｎｇｍｉｎｉｎｇ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａ ｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓ ｄｕｒｉｎｇｍｉｎｉｎｇａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ（４－５）０４ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｎＬｉｕｈｕａｎｇｇｏｕＣｏａｌＭｉｎｅ．Ｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｉｎｕｐｐｅｒｃｏｒｎｅｒｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｎｄｉｔｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ．Ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｓｔｒａｔａ ｔｈｒｅｅｚｏｎｅｓ ｏｆ（４－５）０４ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ｆｉｒｓｔｗｅｉｇｈｔｉｎｇｉｎｔｅｒｖａｌ，ａｖｅｒａｇｅｐｅｒｉｏｄｉｃｗｅｉｇｈｔｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ｓｏｉｓｔｈｅｆｒａｃｔｕｒｅｚｏｎｅｗｉｄｔｈｉｎｏｐｅｎ－ｏｆｆ，ｒｅｔｕｒｎａｉｒｗａｙ，ａｉｒｗａｙａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｉｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｄｒａｉｎａｇｅｓｕｂ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｆｉｅｌｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｒａｉｎａｇｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅｉｓ１９ ８５％ ２３％，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄｉｓｔａｎｃｅｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｉｓ５４ ５ｍ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅｄｒａｉｎａｇｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓｐａｒａｍｅｔｅｒａｒｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｃｌｉｎｅｄｓｅａｍ；ｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｔｏｐｃｏａｌｃａｖｉｎｇｆａｃｅ；ｈｉｇｈｌｅｖｅｌｂｏｒｅｈｏｌｅ；ｇａｓｄｒａｉｎａｇｅ；ｐｈｙｓｉｃａｌｓｉｍｉｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＦＬＵＥＮＴｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ６７第４９卷第５期一一一一一一一一一一一一煤一炭一工一程ＣＯＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ一一一一一一一一一一一一一一Ｖｏｌ ４９，Ｎｏ ５万方数据
卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系_袁亮
第34卷第1期 煤 炭 学 报V o.l 34 N o .1 2009年1月J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY Jan . 2009 文章编号:0253-9993(2009)01-0001-08 卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系 袁 亮 (煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,安徽淮南 232001) 摘 要:针对低透气性、高吸附性、高瓦斯煤层群安全高效开采技术难题,以淮南矿区为主要试 验研究基地,应用岩石力学、岩层移动、/O 0形圈、瓦斯流动等理论,研究卸压开采采场内岩 层移动及应力场分布规律、裂隙场演化及分布规律、卸压瓦斯富集区及运移规律等科学规律.针 对不同煤(岩)层和瓦斯地质条件,探索出卸压开采抽采瓦斯理论,建立了卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采技术体系.创新了低透气性、高瓦斯煤层群安全高效开采矿井设计理论,解决了煤 与瓦斯共采重大工程技术难题. 关键词:煤与瓦斯共采;低透气性煤层;复杂地质条件 中图分类号:TD71216 文献标识码:A 收稿日期:2008-04-25 责任编辑:毕永华 作者简介:袁 亮(1960)),男,安徽金寨人,高级工程师,工程硕士.Te:l 0554-*******,E-m ai:l yuan l-1960@s i na 1co m Theory of pressure -reli eved gas extracti on and technique syste m of i ntegrated coal production and gas extracti on YUAN L i a ng (N ati ona lE ng ineeri ng R esearc h C e n ter for C oalM ine Ga s Con trolling,Hua i nan 232001,Ch i na ) Abst ract :To reso lve t h e proble m s of safe and high-efficient m ining of gassy m ult-i sea m of lo w per m eab ility and high absorbab ility ,based on t h e theories of rock m echan ics ,strata move m en,t O-type circle and gas m ove m en,t and taken H ua i n an m i n ing area asm a i n research base and st u died rock m ove m ent and stress fie l d distributi n g t h eo -ry ,cranny field evolve m ent and d istri b uti n g t h eory ,abundant zone o f pressure -relieved gas and m ove m ent theory .D iscovered pressure -relieved m i n i n g and gas ex traction t h eo r y ,bu ilt the techn ica l syste m o f pressure -re lieved gas ex traction and integrated coal production and gas ex traction for different geo log ical cond itions of coal sea m (rock strata )and gas .It i n novated the m ine desi g ning t h eo r y for sa fe and h i g h -effic ientm i n i n g o f gassy m ult-i sea m o f lo w per m eab ility and resolved the techn ica l proble m of integrated coal production and gas ex traction. K ey w ords :coalm ining and gas ex traction;l o w -per m eability coal sea m s ;co m p li c ated geolog ical conditi o n 制约淮南矿区安全高效开采的科学技术难题,主要是瓦斯治理、巷道支护和矿井设计理论与技术.瓦斯治理是矿区安全高效开采的前提和基础,松软低透气性煤层条件下的煤矿瓦斯治理和煤层气地面开发,是世界性技术难题,20世纪80年代以来,淮南矿区采用传统的瓦斯抽放技术和方法,不能解决松软低透气性煤层群开采的瓦斯治理难题,因此,必须创新瓦斯治理技术;松软煤岩巷道支护和围岩控制同样是制约淮南矿区安全高效开采的关键技术难题,传统方法巷道变形率达50%,通风阻力高达511kPa ,无法满足矿井安全要求,必须通过巷道支护技术创新为复杂地质条件下的瓦斯治理和安全高效开采提供良好的空间条件.传统矿井设计的井筒服务半径为5~6km,煤层开采程序自上而下不能实现卸压开采,矿井通风
地面钻井抽采卸压瓦斯技术与应用研究
地面钻井抽采卸压瓦斯技术与应用研究 文章以地面钻井抽采卸压瓦斯的原理及煤与瓦斯共采理论依据，结合地面钻井施工关键环节及施工要点，以卸压瓦斯地面钻井抽采工程实践取得的大量资料为依据，提出了卸压瓦斯地面井井位、井身优化设计方案。研究结果对实现地面井长期稳定高效抽采和煤与瓦斯共采意义显著。 标签：地面钻井；煤与瓦斯共采；钻井工艺；井位部署 淮北矿区瓦斯突出矿井众多，瓦斯灾害严重，为实现煤与瓦斯共采并保障煤矿安全高效开采[1]，利用地面钻井抽采卸压瓦斯，具有抽放浓度高、抽采率高和施工条件好等优点。考虑到地面钻井成本较高、施工复杂，为使钻井能够充分发挥作用，必须合理确定钻井参数，以达到高产、高效、安全经济开采瓦斯和区域性瓦斯治理的目的。因此文章以煤储层卸压改造和井孔稳定性理论为依据，合理优化地面钻井的时空分布关系并提出地面井井位选择、井身优化设计的方案。 1 卸压瓦斯抽采原理和地面井井位选择 淮北矿区煤层具有瓦斯含量高、瓦斯压力大，煤层透气性低，预抽效果较差等特点，很容易诱发煤与瓦斯突出事故。因此选择合理有效的瓦斯抽采方法才是现阶段消除瓦斯灾害最经济最实用的技术手段。近年来国内外的实践表明，通过开采保护层的卸压作用，可以使上覆煤岩体产生显著的卸压增流效应，其透气性相对卸压前可增加数千倍。因此，通过保护层开采的卸压作用进行地面井抽采，可以取得很好的效果[2]，矿井得以安全高效开采。 根据矿山岩石力学理论，刘天泉院士提出：保护层开采后，采场上覆岩层冒落、下沉、移动变形，沿煤层顶板垂向上不同岩层的裂隙发育程度不同，采空区上方形成三带：即冒落带，裂隙带和弯曲下沉带[3]。由于顶板岩层的垮落、移动，产生大量层间裂隙，上覆被保护煤层中的瓦斯卸压解吸后，由吸附状态变成游离状态。由于游离瓦斯具有易上浮移动和渗流特性，使采空区上方环形裂隙区内汇集大量瓦斯，因此在环形裂隙区内布置地面抽采钻孔，能够获得最理想的抽采效果[4]。 地面钻井位置选择应遵循两点：一是能够大面积、高浓度地进行抽采瓦斯，因此地面井的布置应在卸压范围内，卸压区瓦斯会在浓度差和压力差的作用下流向钻井，在抽采负压作用下，能实现很好的抽采效果。二是为保证瓦斯抽采稳定长效，避免井孔受影响而破坏，应优化井位的选择和井管的设计方案。然而，在抽采实践中，卸压地面井抽采瓦斯面临严重的井孔稳定性问题，这甚至是影响地面井抽采效果的决定性因素。以往对地面井的井位部署而使井孔过早破坏而停止产气。针对该问题，文章讨论了保护层开采后卸压范围及其控制的卸压瓦斯抽采地面井位部署，在实现高透气性高效抽采的同时，实现瓦斯的持续抽采[5]。 以往的研究表明，工作面中部是地面钻井布置的合理位置，因为工作面中部