煤矿瓦斯综合治理研究与应用VIP

永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 1目录 1 XXX 煤矿概况 .22 项目研究的重要性和必要性 .32.1 首采区概况 .32.2 矿井地质情况及突出危险性预测划分 .33 瓦斯治理技术方案 .83.1 矿井瓦斯治理“一矿一策”方案 .83.2 底板抽放巷穿层钻孔预抽顺槽条带煤层瓦斯 .84 技术方案的实施 .104.1 矿井瓦斯治理防突钻机选型 .104.2 矿井防突瓦斯抽采钻孔封孔设备选型 .105 研究成果评价 .- 1 -5.1 首采工作面底抽巷穿层瓦斯抽采钻孔设计优化 .- 1 -5.2 首采工作面瓦斯抽采钻孔封孔、连抽工艺优化 .- 2 -5.3、封孔管径选择（2 寸的封孔管封孔） .- 4 -5.4、瓦斯抽放采用复合“非型” 、 “T 型”集流汇抽活茬装置 .- 5 -5.5 首采工作面瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采数据规律分析 .- 6 -6 总结 .11永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 2XXX 煤矿瓦斯综合治理方案的研究与应用1 XXX 煤矿概况XXX 煤矿是永煤公司在贵州独资建设的第一对矿井，于 2008 年 10月 1 日开工，根据XXX 煤矿 20122014 年区域瓦斯治理及采掘接替规划 ，计划于 2013 年 10 月份实现联合试运转， 2015 年达产。XXX 煤矿井田面积 35.92km2，资源总量为 2.2 亿吨。矿井设计规模 120 万吨/年（一期 60 万） ，服务年限为 70 年。采用斜井单水平开拓，主采煤层为 4 煤和 9 煤,其中 4 煤平均煤厚 2.79m(实测 3.2m),9 煤平均煤厚2.41m,埋深 338380m。煤种为二号无烟煤，平均发热量 7000 大卡，属低硫低灰高热值煤。2 项目研究的重要性和必要性2.1 首采区概况一采区位于 XXX 煤矿井田中部，紧靠+865 水平轨道大巷，可直接利用大巷构成工作面进行倾斜条带开采，初期工程量少，投资少，建井工期短，系统简单环节少。一采区范围东部为865m 水平大巷保护煤柱，北为一期矿区范围边界，西部和南部为人为边界，以控制合理的工作面走向长度为原则，西部边界为工作面推进长度 1000m 左右的控制线，南部边界为一、二采区人为边界。一采区走向长度约2.02.5km，倾斜宽度约 1.5km，面积约 3.89km。按照矿井开拓设计，矿井首采工作面为 1401 综采工作面，沿煤层倾向上山布置（属俯采） ，综采工作面巷道设计 2581m（包括各联络巷） ，永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 3其中煤巷 2303m，岩巷 278m。根据矿井瓦斯地质条件及防突规定在首采工作面两顺槽底板布置底板抽放巷，作为首采工作面区域瓦斯治理工程。2.2 矿井地质情况及突出危险性预测划分（一）地质基本概况XXX 煤矿井田内构造较简单，影响较大的构造为白岩坡背斜， 采区内主采煤层为 M4 煤层。根据钻孔资料，4 煤层厚 1.244.44m，平均 2.79m（实测 3.2m） ； 一采区 M4 煤层可采储量约为 1058.8 万 t，首采工作面可采储量约为 62.5 万 t。在矿区内，共发现断层 20 条，其中，地表有明显断层迹象的 11条，地下隐伏小断层 9 条。断层集中发育于矿区的南部及北部边缘附近。走向均为 NE 或 NNE，断层面倾向多为 SE，少数为 NW 向；以正断层为主。首采工作面煤层较稳定，无较大的构造（局部有小断层发育,主要为一些次生小断层，最大落差约为 3.3m） ，煤层最大倾角约为 13，平均倾角约为 6，走向为 120，为缓倾斜煤层.。（二） 、各煤层瓦斯地质情况4 号煤层：位于龙潭组上段中部，上距龙潭组顶界平均 30m 左右，上距 B2（石灰岩）5m 左右。煤层厚 1.244.44m，平均 2.79m（实测3.2m） ，矿区内见煤点共 33 个，全部可采，可采面积 100%，属较稳定偏稳定型煤层，是本区的主采煤层。煤芯主要呈柱状和碎块状，部分钻孔夹一层粉煤。煤层结构较简单，含夹矸 03 层，多为 01 层，东、永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 4西两端夹矸层数增多（2 层） ，夹矸为泥岩、炭质泥岩，厚度0.080.68m。煤层顶板一般为泥质粉砂岩，局部为泥岩或粉砂岩，间接顶板为标二（灰岩） ；底板为泥岩，富含植物根部化石。4#号煤层的富煤带在 201-302-B405-J402 孔一线，呈 NE 向条带状，煤厚一般 34m。由该带向 NW 和 SE，煤层均逐渐变薄，厚度一般在1.53m 之间。在矿区东部的 306-305-404 孔一线以东及北西部的103、207 孔一带，4 号煤有分叉现象，分为上、下两分层，一般上分层煤较薄多不可采，分层间距最大者达 3.6m（306） ，一般 12m，其间岩性多为炭质泥岩或泥岩，局部夹粉砂岩（306 孔） 。煤层分叉后，厚度随之变薄。顶板多为泥质粉砂岩，局部为泥岩，个别点为粉砂岩，产植物化石等；底板为泥岩，富含植物根部化石。9 号煤层：位于龙潭组上段下部，上距 8 号煤层底板平均 5m 左右，下距标三（石灰岩）平均 3.8m。煤层厚 1.364.66m，平均 2.50m，全区可采，可采面积 100%，属较稳定偏稳定型煤层。煤芯呈柱状或碎块状。结构较简单，含夹矸 02 层，一般 0-1 层，夹矸为泥岩、炭质泥岩，厚度 0.050.37m。煤层顶板多为泥质粉砂岩，局部为泥岩，个别点为粉砂岩，产植物化石等；底板为泥岩，富含植物根部化石。永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 5在矿区西北部（103、102、B207 孔一带） ，9 号煤层分叉现象，分为两个煤分层，一般上分层煤较薄或为煤线，但在 102-802-1001 孔一线，上分层较厚（1.4 1.5m）,上下煤分层间距在 13m 之间。其分叉、合并的特点有二：一是煤层分叉后，厚度变薄，故分叉区均位于薄煤区（1.3 2m） ；二是分叉地带均位于矿区西北部，向南东方向煤层逐渐合并为一。(图 2-2)。零星可采及不可采煤层区内编号的零星可采煤层 4 层，不可采煤层有 6 层，分述如下：（1）1 号煤层：位于龙潭组顶部，其顶板即为长兴组底部灰岩（标一） 。煤层厚 02.36m，一般 0.10.4m。煤层结构简单，多为单一结构。属不可采煤层。（2）3 号煤层：位于龙潭组上部，上距 1 号煤一般 1520m。煤层厚 00.57m,一般 0.20.4m。层位较稳定，均为单一煤层，顶板为一层灰岩或泥质灰岩。属不可采煤层。（3）5 号煤层：位于龙潭组上段中部，上距 4 号煤层 0.99.6m，平均 3.1m。煤层厚 01.12m，平均 0.66m，结构简单，多为单一煤层，偶含 1 层夹矸。煤层顶板为泥质粉砂岩或粉砂岩，底板为泥岩。矿区内可采面积 21%，属零星可采煤层。（4）8 号煤层：位于龙潭组上段下部，上距 5 号 17m 左右，下距024(m) 0.51km10310210104. SE8并 剖 面 示 意 图图 2- 一 线 9煤 层 分 叉 合永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 69 号煤平均 5m 左右。煤层厚 02.29m，平均 0.49m。煤层顶板为粉砂岩或泥质粉砂岩，常含植物化石碎片；底板为泥岩或粉砂质泥岩，含植物根部化石。矿区内可采面积 16%，属零星可采煤层。（5）10 号煤层：位于龙潭组中下部，上距标三（灰岩）8-10m。煤层厚 0-0.52m，一般 0.20.4m。结构单一,层位稳定。顶板多为泥质粉砂岩，局部为灰岩。属不可采煤层。 煤层气：本矿为隐伏煤矿床，上覆盖层较厚，主要煤层（4 号煤）最浅埋深为 338m，瓦斯中的可燃气含量一般大于 70%，属甲烷带。区内，各可采煤层中瓦斯平均含量较高，为 11.2618.56ml/g.r，平均16.20ml/g.r。其中，主要可采煤层（4、9 号）瓦斯平均含量高达18ml/g.r 左右。区内煤层气资源丰富，加上区内构造形态为宽缓褶曲，断层相对较少，有较好的封闭和存储条件，煤层气勘查前景看好。（三） 、煤层工业分析Ad（%） St,d（%） Vdaf(%)煤层编号 原煤 浮煤 原煤 浮煤 原煤 浮煤FC（%）（浮煤）Qb,daf(MJ/kg)（原煤）4 19.69 8.16 2.04 0.85 6.89 5.36 71.63 35.229 17.46 8.15 1.10 0.53 5.92 4.99 75.03 34.58平均 21.71 8.52 2.30 0.87 6.79 5.27 70.09 32.41（四） 、煤层突出危险性预测划分情况根据XXX 矿井（一期）初步设计安全专篇批复和 XXX 井田煤炭勘探报告显示 XXX 煤矿按照煤与瓦斯突出矿井进行管理。矿井首采区涉及的局部可采和薄煤层有 4#、5#、6#、7#、8#煤层，一采区主采煤永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 7层为 4#煤层， 4#煤层实测原煤瓦斯含量为 16.15,m3/t，原煤瓦斯压力为 1.21mpa，为突出危险性煤层。9#煤层安全为突出危险性煤层。河南理工大学在主斜井测得 4#煤层原始瓦斯压力、含量见下表5#、6#、7#煤层局部不可见或煤层厚度低于 0.3m，不具有突出危险性，但是在掘进施工过程中，一旦发现煤层厚度超过 0.3m 必须立即停止施工进行突出危险性预测，预测有突出危险性的立即采取措施确保矿井安全生产。8#煤层厚度在 0.2 0.5m 左右，为矿井安全生产，对煤层厚度超过 0.3m 区域按突出煤层进行管理，并对煤层突出危险性进行预测和采取防突措施。3 瓦斯治理技术方案3.1 矿井瓦斯治理“一矿一策”方案XXX 煤矿根据生产现实实际，提出了“不生搬硬套、不盲目跟风、适合本矿实际”的“一矿一策、一面一策”瓦斯治理方案，针对矿井煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大的这一突出危险性特点，在没有合适的保护层选择的条件下，制定了 XXX 煤矿首采区“一面两巷”瓦斯治理措施，即：底抽巷穿层钻孔掩护煤巷顺槽快速掘进兼顾回采区域煤层卸压+本煤层回采区域顺层钻孔+高位钻孔抽采采空区上隅角裂隙带卸压瓦斯的瓦斯治理方案，同时以“大功率钻机（型号：ZY-2300） 、大煤层 取样地点 瓦斯压力 （Mpa） 瓦斯含量（m 3/t） f P 真密度 备注主斜井揭煤点 1.21 16.15 0.48 19 1.631#底抽巷 0.98 30.00M42#底抽巷 2.50 24.21XXX 煤矿自己实测永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 815m15m148523675mm 5m5m孔径（最小孔径：94mm ） 、长段封孔（钻孔封孔封到煤层） ”为保障，实现“应抽尽抽、效果达标” 、 “高瓦斯矿井、低瓦斯开采”的瓦斯治理工作目标。3.2 底板抽放巷穿层钻孔预抽顺槽条带煤层瓦斯每一钻场钻孔为扇形布置，控制顺槽两帮外 15m 范围，每一钻场设计 8 个钻孔，抽放半径为 3m，钻孔孔底间距为 5m。顺槽底抽巷钻孔设计均要求施工过 M4 煤层 0.5m 后方可停钻。详见下图。底板抽放巷穿层钻孔预抽顺槽条带煤层瓦斯布置图3.3 回采工作面本煤层钻孔预抽顺槽条带煤层瓦斯首采工作面本煤层顺层消突钻孔采取交叉钻孔，钻孔间距为 3m，孔径 94mm 或 113mm，封孔长度 15m，钻孔设计长度 78m。斜向钻孔与平行钻孔呈 15 20。详见下图永贵能源开发有限责任公司 XXX 煤矿 瓦斯综合治理方案的研究与应用 9回采工作面本煤层钻孔预抽顺槽条带煤层瓦斯布置图3.4 高位钻孔抽放采空区上隅角裂隙带卸压瓦斯回风顺槽共设计高位钻场15个，从切眼退后50m处每隔50米设置一个钻场（其中1#、2#、3#钻场共设计钻孔8个） ，分3个层位，钻孔终孔点分别位于巷道顶部15m、20m、25m处，其余每个钻场分别设计钻孔7个，钻孔终孔点位于巷道顶部15m至20m位置处，详见下图： 切 眼高位钻孔抽采采空区上隅角裂隙带卸压瓦斯布置图4 技术方案的实施4.1 矿井瓦斯治理防突钻机选型为加大矿井瓦斯治理力度, 确保工作面快速消突，选用大功率型液压钻机型号 ZY-2300，采用 63mm 钻杆，钻头选用 113mm 和94mm。大功率液压钻机和以往采用钻杆 50mm，钻杆选用 75mm 的ZY-750 钻机相比，钻机扭矩大有力气，钻孔孔径大，在瓦斯抽采过程中 94mm 和