煤与瓦斯突出煤层区域性瓦斯灾害防治关键技术及应用.ppt

第十四届矿井通风学术年会学术报告第十四届矿井通风学术年会学术报告中 国 矿 业 大 学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心2009年10月12日，江苏徐州程远平 教授、博士生导师煤与瓦斯突出煤层区域性瓦斯灾害防治关键技术及应用1汇 报 提 纲一、煤与瓦斯突出背景二、总体技术思路三、区域性瓦斯治理技术四、结束语2一、煤与瓦斯突出背景（一）煤与瓦斯突出灾害的严重性（二）煤与瓦斯突出案例（三）煤与瓦斯突出现状3（一）煤与瓦斯突出灾害的严重性 煤与瓦斯突出是煤层中存储的瓦斯能和应力能的失稳释放，表现为在极短的时间内向生产空间抛出大量煤岩和瓦斯。抛出煤岩从几吨到上万吨瓦斯从几百到上百万立方米，并可能诱发瓦斯爆炸。煤与瓦斯突出（简称突出）4 我国煤矿每年以2050m 的速度向深部延深，有约50对矿井开采深度达到8001200m，地应力及瓦斯压力不断增加，突出灾害日趋严重。（一）煤与瓦斯突出灾害的严重性煤与瓦斯突出（简称突出）5 突出矿区分布示意图共有800多对突出矿井（国有煤矿255对）每年由于突出死亡300人以上（一）煤与瓦斯突出灾害的严重性6（二）煤与瓦斯突出案例2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生大型煤与瓦斯突出煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出7（二）煤与瓦斯突出案例煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出8煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出（二）煤与瓦斯突出案例9煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出（二）煤与瓦斯突出案例10煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出（二）煤与瓦斯突出案例11煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出（二）煤与瓦斯突出案例12煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出（二）煤与瓦斯突出案例13煤层巷道掘进2002年4月7日，淮北芦岭煤矿发生特大型突出（二）煤与瓦斯突出案例14突出煤岩量10500t，死亡13人（二）煤与瓦斯突出案例152004年10月20日，郑州大平煤矿发生特大型突出，引发瓦斯爆炸，死亡148人。16（三）煤与瓦斯突出现状20062008年我国煤矿较大瓦斯事故按类型统计分析20062006年年20072007年年20082008年年17（三）煤与瓦斯突出现状20062008年我国煤矿重大以上瓦斯事故按类型统计分析20062006年年20072007年年20082008年年18（三）煤与瓦斯突出现状19二、总体技术思路（一）突出煤层开采（二）传统技术途径（三）区域防突措施先行（四）技术难点与技术关键（五）总体目标20突出煤层（一）突出煤层开采高瓦斯煤层低瓦斯煤层重大危险源重大危险源我国开采煤层必须首先消除必须首先消除突出危险突出危险进进一一步步转转变变21传统技术途径：局部瓦斯治理技术（二）传统技术途径突出煤层突出煤层防突工程防突工程煤层巷道煤层巷道重大危险源重大危险源突出突出预测预测防突防突措施措施效果效果检验检验安全安全防护防护问题：工作人员需长期在突出煤层中作业任一环节出现问题都可能发生突出事故，造成人员伤亡。22区域防突措施先行，局部防突措施补充不掘突出头、不采突出面 区域综合防突措施区域综合防突措施区域突出危险性预测区域突出危险性预测区域防突措施区域防突措施区域措施效果检验区域措施效果检验区域验证区域验证局部综合防突措施局部综合防突措施工作面危险性预测工作面危险性预测工作面防突措施工作面防突措施工作面措施效果检验工作面措施效果检验安全防护措施安全防护措施（三）区域防突措施先行23（三）区域防突措施先行从安全区域向突出从安全区域向突出煤层施工防突工程煤层施工防突工程区域性消除突出危险区域性消除突出危险实现安全开采实现安全开采区域防突措施：区域防突措施：区域性瓦斯治理技术区域性瓦斯治理技术底板岩巷底板岩巷安全区域安全区域抽采钻孔抽采钻孔重大危险源重大危险源24Yes单一突出煤层区域性瓦斯治理技术抽采被保护层卸压瓦斯煤层群开采保护层区域性增透强化抽采瓦斯低瓦斯煤层保护层突出否No25技术难点（四）难点与技术关键地应力高瓦斯压力大煤层透气性低瓦斯抽采困难突出灾害严重技术关键技术关键大面积增加大面积增加煤层透气性煤层透气性提高抽采效果提高抽采效果降低突出能量降低突出能量区域性消除区域性消除突出危险突出危险26 将突出煤层转变为低瓦斯煤层，实现突出煤层安全高效开采。总体目标（五）总体目标27三、区域性瓦斯治理技术（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术（三）区域措施效果检验（四）瓦斯治理时空保障及管理技术28 复杂地质条件下，被保护层卸压程度低，增透效果有限；卸压瓦斯解吸流动特性及汇聚规律不清楚；瓦斯抽采方法和技术参数难于确定。（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术技术难点29技术原理上被保护层下被保护层保护层原始煤体卸压煤体m+m地应力地应力m保护层开采后，顶底板内煤体移动被保护层地应力降低、发生膨胀变形（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术30被保护层相对膨胀变形被保护层透气性增加被保护层透气性增加几百几千倍技术原理相对变形相对变形340（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术31被保护层钻孔瓦斯抽采量被保护层瓦斯压力瓦斯抽采量显著增加单孔流量达1m3/min瓦斯压力降低到0.5MPa以下技术原理（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术32（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术断裂带垮落带弯曲带底鼓变形带底鼓裂隙带卸压区应力集中区应力集中区保护层远距离被保护层超远距离被保护层下被保护层穿层钻孔高抽巷地面钻井地面钻井关键技术配套的卸压瓦斯抽采方法和技术参数33高抽巷被保护层保护层136 m应用实例 1底板岩巷穿层钻孔层间距 136m 超远距离保护层开采底板岩巷网格式穿层钻孔和高抽巷抽采法（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术34穿层钻孔底板岩巷被保护层保护层100110m层间距 100110m 远距离保护层开采底板岩巷网格式穿层钻孔抽采法（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例 235被保护层组保护层地面钻井钻井位置钻井位置100110m远距离保护层开采（100110m）地面钻井抽采法（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例 336下被保护层16m50m上被保护层保护层（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术厚度 0.4m 极薄关键保护层开采上下底板岩巷网格式穿层钻孔抽采法穿层钻孔底板岩巷穿层钻孔底板岩巷应用实例 437组合上保护层被保护层3050m穿层钻孔底板岩巷保护层 1保护层 2不稳定薄煤层组合保护层开采及卸压瓦斯抽采（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例 538各种倾角保护层开采及卸压瓦斯抽采近水平煤层倾斜煤层急倾斜煤层（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例 7391、被保护层透气性增加4503700倍 瓦斯抽采率达 65%以上；2、瓦斯压力降到0.5MPa以下，瓦斯 含量降到 6m3/t 以下；3、煤巷月掘进 300m 以上，工作面 日产量达到500010000t。应用效果（一）保护层开采及卸压瓦斯抽采技术40（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术1 1、区域性增透及安全施工、区域性增透及安全施工2 2、突出煤层竖井及石门安全揭煤、突出煤层竖井及石门安全揭煤3 3、有效的瓦斯抽采方法和技术参数、有效的瓦斯抽采方法和技术参数 技术难点技术难点 对于无保护层开采的单一突出煤层防突难度大，要实现区域性消除突出危险，存在以下技术难点：41原始煤层瓦斯径向流动模型钻孔钻孔钻孔钻孔瓦斯瓦斯瓦斯瓦斯煤层煤层穿层孔单孔瓦斯抽采流量随时间的变化技术原理穿层钻孔瓦斯流动模型可简化为径向流动；由于突出煤层透气性低，瓦斯抽采周期长（二）单一煤层的增透及瓦斯抽采技术42水力诱导孔群增透瓦斯混合流动模型煤层裂隙 增透后瓦斯抽采量随时间的变化关系图孔洞钻孔水力诱导提高喷孔效果，由径向流动转变为煤体流向裂隙、裂隙流向钻孔混合流动（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术技术原理43透气性增加100300倍抽采流量增加4倍相对喷出煤量相对喷出煤量13%（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术技术原理44安全施工安全导喷钻进装置,实现诱导喷孔过程中煤、水、瓦斯分离（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术45底板岩巷孔群增透穿层钻孔与顺层钻孔相结合瓦斯抽采方法（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术应用实例 146（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术双底板岩巷孔群增透穿层钻孔瓦斯抽采方法7m应用实例 247（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术下向顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法应用实例 348（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术特厚突出煤层六步法石门揭煤方法安全控制井巷周界外12m 应用实例 44912m12m12m12m深井突出煤层竖井三步法揭煤方法安全控制井筒周界外12m（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术应用实例 5501、突出煤层透气性增加100300倍2、瓦斯压力降到0.74MPa以下，瓦斯 含量降到8m3/t以下3、月掘进200m以上，日产量3000t以上4、竖井和石门揭煤工期降为1.52个月应用效果（二）单一煤层增透及瓦斯抽采技术51效果检验指标（三）区域措施效果检验残余压力0.74MPa，残余含量8m3/t需要实测需要实测P和和W第五十一条第五十一条 开采保护层的保护效果检验开采保护层的保护效果检验第五十二条第五十二条 穿层钻孔、顺层钻孔预抽穿层钻孔、顺层钻孔预抽煤煤巷条带煤层瓦斯和穿层钻孔预抽石门（立、巷条带煤层瓦斯和穿层钻孔预抽石门（立、斜井）揭煤区域斜井）揭煤区域瓦斯的效果检验瓦斯的效果检验52技术难点（三）区域措施效果检验瓦斯压力测定时间长，瓦斯压力测定时间长，效果检验时预抽钻孔数效果检验时预抽钻孔数量多，间距小，测定难量多，间距小，测定难度非常大。度非常大。瓦斯含量瓦斯含量快速测定快速测定技术。技术。53测测定定流流程程（三）区域措施效果检验实验室实验实验室实验煤的解吸特性曲线图煤的解吸特性曲线图现场测试解吸现场测试解吸煤的实际解吸曲线煤的实际解吸曲线完善解吸曲线完善解吸曲线推算损失量推算损失量与煤的解吸特性曲线对与煤的解吸特性曲线对比，选择对应的解吸曲比，选择对应的解吸曲线，反推瓦斯压力线，反推瓦斯压力解吸瓦斯量解吸瓦斯量损失瓦斯量损失瓦斯量游离瓦斯量游离瓦斯量残存瓦斯量残存瓦斯量煤的瓦斯含量煤的瓦斯含量54（三）区域措施效果检验瓦斯解吸模型在实验室测定不同瓦斯压力下的瓦斯解吸曲线，获得煤层瓦斯解吸模型55（三）区域措施效果检验残存瓦斯量实验获得不同瓦斯压力下的残存瓦斯量5623分钟后的实测解吸值（三）区域措施效果检验实际瓦斯解吸曲线通过实际瓦斯解吸曲线推算损失瓦斯量，获得完整的实际瓦斯解吸曲线。推算的解吸量57（三）区域措施效果检验通过实际瓦斯解吸曲线与实验室解吸模型对比确定煤层的瓦斯压力实测及推算的曲线实验室测定的1.68MPa曲线 反推瓦斯压力58（三）区域措施效果检验 计算游离瓦斯量根据瓦斯压力按上式计算游离瓦斯量59（三）区域措施效果检验 计算残存瓦斯量根据瓦斯压力按上图确定残存瓦斯量60（三）区域措施效果检验 煤层瓦斯含量游离量游离量煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量损失量损失量解吸量解吸量残存量残存量推算推算推算推算实测实测推算推算61 为了保证瓦斯治理效果，需要完善的瓦斯治理规划、管理制度和智能化跟踪预警与控制系统相配套，构成完整的技术体系，这方面国内外还没有成熟的模式。技术难点（四）瓦斯治理时空保障及管理技术62技术原理（四）瓦斯治理时空保障及管理技术瓦斯治理瓦斯治理总体规划总体规划瓦斯治理瓦斯治理企业标准企业标准跟踪预警跟踪预警控制系统控制系统实时跟踪，发现隐患实时跟踪，发现隐患及时预警，应急预案及时预警，应急预案区区域域性性治治理理技技术术体体系系 提供制度保障提供制度保障 规范化，程序化规范化，程序化 确保时空条件确保时空条件“抽、掘、采抽、掘、采”平衡平衡63（四）瓦斯治理时空保障及管理技术 明确提出区域性治理为主，局部治理为辅的瓦斯治理战略。落实一矿一策、一区一策、一面一策的瓦斯治理战术。瓦斯治理总体规划64企业技术标准（四）瓦斯治理时空保障及管理技术瓦斯治理企业技术标准体系和结构瓦斯治理企业技术标准体系和结构采掘工作面层次采掘工作面层次水平、采区层次水平、采区层次矿井层次矿井层次企企业业标标准准体体系系企企业业标标准准结结构构工程设计工程设计工程施工工程施工计量和检验计量和检验确认方法确认方法报批程序报批程序65跟踪预警与控制系统煤矿瓦斯灾害智能化跟踪预警与控制系统煤矿瓦斯灾害智能化跟踪预警与控制系统（四）瓦斯治理时空保障及管理技术 能够对瓦斯治理过程进行实时跟踪、监控工程进展和质量、及早发现工程缺陷和隐患，发出预警、并给出应急预案。66四、结束语67结束语（1）煤与瓦斯灾害日趋严重（2）区域性瓦斯治理技术体系是我国煤与瓦斯 突出防治的根本出路（3）现阶段防治煤与瓦斯突出工作的重点是全 面认真贯彻落实防治煤与瓦斯突出规定 68感谢领导专家！敬请批评指正！69