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阳泉煤业(集团)有限责任公司,2011年12月,阳泉矿区超远距离下保护煤层开采技术及其应用前景展望,摘要,阳煤集团煤与瓦斯区域消突方法主要有二类，一是地面或井下区域预抽，主要包括：地面直井压裂、本煤层区块预抽和井下千米钻机区域预抽等。二是卸压增透区域抽采。主要包括保护层开采、水力割缝、水力压裂、水砂压裂等卸压增透区域抽采。本文针对阳泉矿区煤层赋存特点，采用超远距离下保护层开采技术，实现了突出煤层的区域消突。由本项目参与，阳煤集团和中国矿业大学、淮南煤业集团共同完成的“深井煤与瓦斯突出煤层区域性瓦斯灾害防治关键技术及应用”项目获得2009年度国家科技进步二等奖。,汇报提纲,一、技术背景 二、技术原理 三、超远距离保护层开采技术 四、现场试验 五、消除煤与瓦斯突出验证 六、技术创新点 七、下保护层开采技术应用前景展望,一、技术背景,阳泉矿区煤层及瓦斯赋存的特点： 1、煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高 3#煤层和15#煤层是阳泉老矿区大多数矿井为稳定可采的主采煤层。3#煤层瓦斯压力达1.3MPa，瓦斯含量为17.2818.17m3/t。 2、煤层透气性差、抽采衰减速度快 透气性系数为1.4810-2m2/MPa2.d，难于在采前抽放。 3、煤与瓦斯突出危险性大 3#煤层硬度系数小，f0.50.66，具有煤与瓦斯突出危险性。据粗略统计，从2002年至今，在三矿裕公井扩二采区的3#煤层共发生动力现象89次，平均瓦斯涌出量为12411.3m3，平均突出煤量为125.9t。,一、技术背景,4、邻近煤层多，瓦斯含量高,一、技术背景,存在的主要问题和解决途径： 阳泉矿区煤层透气性低，在未卸压区预抽瓦斯困难。 开展保护层开采，对突出煤层进行卸压瓦斯抽采，是阳泉矿区区域瓦斯治理的一种有效途径。,阳泉矿区三矿煤层赋存示意图,一、技术背景,二、技术原理,立体保护层开采及卸压瓦斯抽采方法示意图,二、技术原理,底板巷道网格式上向穿层钻孔瓦斯抽采方法示意图,二、技术原理,在弯曲下沉带和裂隙带边缘采用底板巷道网格式上向穿层钻孔瓦斯抽采方法，既避免了与开采层采空区导通使抽采浓度过低的可能，又避免原始煤层预抽较大的钻孔施工量，具有良好的经济性。,通过理论分析，可以预测采用此方法3#煤层的瓦斯抽采将取得良好的效果。,二、技术原理,三、超远距离保护层开采技术,三、超远距离保护层开采技术,三、超远距离保护层开采技术,三、超远距离保护层开采技术,三、超远距离保护层开采技术,三、超远距离保护层开采技术,四、现场试验,四、现场试验,矿井概况,保护层K8206工作面： 位于15煤； 走向长：1580m； 倾向长：252m； 采高：6.5m； 倾角：17，平均5。 工作面采用放顶煤采煤法，全部垮落法管理采空区顶板。,被保护层K7209工作面： 属于3煤； 走向长：860m； 倾向长：150m； 采高：2.0m； 倾角：16，平均4； 走向保护长度：252-48204m； 倾向保护长度：150m。 工作面采用综采采煤法，全部垮落法管理采空区顶板。,四、现场试验,保护层开采及瓦斯抽采,被保护层的位置,绝对瓦斯涌出量130m3/min,相对瓦斯涌出量28m3/t,产量9500t,保护层K8206工作面瓦斯涌出量统计情况,四、现场试验,四、现场试验,保护层K8206工作面瓦斯涌出量统计情况,保护层开采及瓦斯抽采,被保护层瓦斯抽采,被保护层K7209工作面保护层开采前后瓦斯抽采量对比,四、现场试验,四、现场试验,在层间距为136m，相对层间距为21B（136/6.5）条件下，通过151天的巷道抽采，经考察分析得， 1、K7209被保护层工作面瓦斯抽采量由卸压前的2.5增至30m3/min，增大了12倍，3#煤层透气性增大1500倍以上。,在层间距为136m，相对层间距为21B（136/6.5）条件下，通过151天的巷道抽采，经考察分析得， 2、3 #煤层瓦斯抽采率达68.8； 3、3#煤层残余瓦斯含量由18.17m3/t降为5.67m3/t，3#煤层已由煤与瓦斯突出煤层变为无煤与瓦斯突出煤层。,四、现场试验,在层间距为136m，相对层间距为21B（136/6.5）条件下，通过151天的巷道抽采，经考察分析得， 4、被保护层3#煤层位于保护层15#煤层的裂隙带与弯曲下沉带边缘，K7209被保护层工作面回风巷和进风巷底板的最大下沉量达到了5.7m。,四、现场试验,五、消除煤与瓦斯突出验证,五、消除煤与瓦斯突出验证,通过保护层开采的影响，被保护层获得卸压膨胀，被保护层卸压范围内煤层透气性系数增加1500倍以上，被保护煤层的瓦斯抽采效果显著提高。 经过长期的瓦斯抽采，被保护范围内煤层瓦斯预抽率达到68.8%，煤层的残余瓦斯含量降到了5.67m3/t，低于8m3/t的煤层突出指标。,被保护层回采验证,K7209工作面瓦斯涌出量、产量按距K8206回风巷的距离统计曲线,五、消除煤与瓦斯突出验证,五、消除煤与瓦斯突出验证,被保护层回采验证,K7209工作面不同地点瓦斯浓度按时间统计曲线,五、消除煤与瓦斯突出验证,被保护层回采验证,K7209工作面突出预测指标按距K8206回风巷的距离统计曲线,被保护层回采验证,五、消除煤与瓦斯突出验证,五、消除煤与瓦斯突出验证,1、 3#煤层工作面提前121天回采完成，同比净增产值2289万元，产生了显著的经济效益。 2、 3#煤层在被保护范围内回采过程中，没有发生一次煤与瓦斯动力现象，没有发生一次瓦斯超限事故，显著提高了煤层开采的安全性。 回采验证证明被保护范围内3#煤层已由高瓦斯煤与瓦斯突出煤层变为低瓦斯无煤与瓦斯突出煤层，并具备了高产高效的条件。,六、技术创新点,由本项技术参与的“深井煤与瓦斯突出煤层区域性瓦斯灾害防治关键技术及应用”项目获得2009年度国家科技进步二等奖,1、获得了阳泉矿区超远距离保护层开采条件下煤岩体移动、变形规律，煤体孔隙、裂隙发育规律，卸压瓦斯流动、汇集规律。 在层间距136.5m，相对层间距（层间距与保护层采高之比）21倍、煤层倾角6情况下，通过实验室试验得到3#保护范围内最大相对膨胀变形7.84。通过与现场试验结果和理论分析发现被保护层3#煤层位于保护层15#煤层的裂隙带与弯曲下沉带边缘内，此区域内仅有横向裂隙和少量垂向拉张裂隙，裂隙沟通不充分，煤层透气性只有些许增加，卸压瓦斯难以通过采动裂隙得以自动排放。,六、技术创新点,六、技术创新点,2、建立了适合阳泉矿区的超远距离保护层开采及卸压瓦斯抽采方法以高位抽采巷和内错尾巷及底板网格式上向层钻孔等为主要手段的立体保护层开采及卸压瓦斯抽采方法 。 根据15#煤层上覆岩采场的裂隙分布形态特征和地质赋存条件， 提出了以高位抽采巷和内错尾巷为主要手段抽采保护层15#煤层及其邻近层的卸压瓦斯，以底板网格式上向层钻孔抽采被保护层3#煤层及其邻近层的卸压瓦斯的立体瓦斯抽采方法。,六、技术创新点,通过考察发现，保护层K8206工作面月平均进尺7590m，回风巷浓度控制在0.8%以下，尾巷瓦斯浓度为12.4%，绝对瓦斯涌出量为90140m3/min，相对瓦斯涌出量为2030m3/t；其中高抽巷抽采量为95103m3/min，占总涌出量的86%左右。表明以高位抽采巷和内错尾巷为手段的保护层瓦斯治理方法能实现15#煤层及邻近层卸压瓦斯的治理，保证15#煤层的安全开采。 同时将3#煤层瓦斯含量由18.17m3/t降至5.76m3/t（综合瓦斯抽采率达68.8%），3#煤层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层。,六、技术创新点,3、获得了阳泉矿区近水平超远距离（层间距136.5m，相对层间距21倍、煤层倾角6）条件下保护层条件下低透气性煤与瓦斯突出煤层卸压瓦斯抽采的成套技术和工艺方法。 在三矿的保护层开采及卸压瓦斯抽采试验考察发现，3#煤层K7209工作面在被保护范围内回采时，产量提高到原始煤层的3倍，达1500t/d，绝对瓦斯涌出量由20m3/min降至11m3/min，相对瓦斯涌出量由40m3/t降至11m3/t，表明3#煤层被保护范围内已由高瓦斯煤与瓦斯突出煤层变为低瓦斯无煤与瓦斯突出煤层。3#煤层工作面（阳煤标准长度工作面）提前121天回采完成，同比净增产值2289万元，产生了显著的社会效应和经济效益。,七、下保护层开采技术应用前景展望,七、下保护层开采技术应用前景展望,根据本项技术试验成果和主要技术参数，目前，阳煤集团在新景矿、平舒矿，已经开始调整采掘部署，先采非突出的15#煤，同时对其上部8#、3#煤层的瓦斯进行强化抽采，实现突出煤层区域消突。该项技术及其开采模式可以应用于类似阳泉煤层