地面钻井抽采突出煤层群保护层开采卸压瓦斯技术VIP专享VIP免费

地面钻井抽采突出煤层群保护层开采卸压瓦斯技术神华宁夏煤业集团公司乌兰煤矿一、矿井概况及项目研究意义乌兰煤矿是神华宁夏煤业集团公司所属重点矿井之一，是公司的焦煤生产基地，始建于1966年，1975年建成投产。井田位于内蒙古阿拉善盟左旗的呼鲁斯太矿区，走向长约5km，倾斜宽约3km，面积为15km2。矿井原设计年产能力90万t，后来经改扩建，2007年矿井实际产量187万t。矿井主采2号、3号、7号、8号煤层。2号煤为中厚煤层，平均煤厚3.28m；3号煤为特厚煤层，平均煤厚9.22m，储量占全矿井57％；7号煤平均煤厚1.89m；8号煤平均煤厚2.77m。煤层倾角为20°~25°，2号与3号煤的平均层间距为31.5m，3号与7号煤的平均层间距为75m，7号与8号煤的平均层间距为4.2m。煤种为肥煤和1/3焦煤，现矿井地质储量13363.9万t，可采储量8143万t。乌兰煤矿为煤与瓦斯突出矿井。2007年矿井瓦斯绝对涌出量为104.64m3/min，相对瓦斯涌出量为29.96m3/t。2号和8号煤层均为突出煤层，3号和7号煤层为非突出煤层。1987年1月11日在1350水平北一采区二石门掘进揭2号煤时发生了煤与瓦斯突出，突出煤量90t、瓦斯1.5万m3，2号煤层被定为突出煤层，随后5232、5233机巷掘进中先后发生倾出，从此2号煤层再未开采。8号煤层在5867风、机巷掘进过程中曾多次出现突出预兆，2007年8月14日发生煤与瓦斯倾出，倾出煤量3~5t，瓦斯1600m3，后经鉴定8号煤为突出煤层。矿井各煤层透气性差，属较难抽放煤层。经测定，3号煤层透气性系数为0.025～0.98mD，矿井瓦斯预抽率仅为10.17％，远远达不到标准规定的要求。2号煤层因发生煤与瓦斯突出事故而被迫停采，矿井将生产重点转为开采下层的3号煤层。由于2号煤层与3号煤层之间的平均间距为31.5m，3号煤层开采期间本层涌出的瓦斯和邻近的2号煤层涌出的瓦斯严重制约了3号煤层的安全生产，虽采取了地面钻井抽放、埋管抽放、顺层钻孔抽放、穿层钻孔抽放顶板高位巷引排等技术措施，但是工作面和上隅角的瓦斯仍时常超限;2号主焦煤层停采后造成了大量资源浪费，对宁夏焦煤产量造成了严重影响。因此，针对矿井煤层群开采的实际情况，如何采用有效的瓦斯治理方法彻底解决2号、8号煤层的突出问题及3号煤层的高瓦斯问题，确保安全地开采2号主焦煤层。2005年5月国家煤矿安全技术“会诊”第八专家组对乌兰矿井进行安全“会诊”，要求从矿井开拓系统及开采方式上研讨治理瓦斯方案，研究出针对乌兰矿实际情况的瓦斯治理技术。2006年4～5月，神宁集团、乌兰矿和中国矿业大学经过调研论证后，提出了开展“地面钻井抽采突出煤层群保护层开采卸压瓦斯”的技术方案。二、技术方案（一）总体方案经过技术、经济的综合计算，确定的总体方案为：首采7号煤层，保护下部8号煤层，再采8号煤层，7号、8号煤层开采对2号、3号煤层进行二次保护，两次卸压抽采，消除其突出危险性。开采顺序为7号→8号→2号→3号煤层，2号、3号煤层的卸压瓦斯采取地面钻井抽采，首采工作面选择在二水平二阶段的5757工作面，抽出瓦斯用于发电。地面瓦斯抽采钻井抽采卸压瓦斯如图1所示。图1乌兰煤矿煤与瓦斯卸压共采原理图（二）首采工作面基本参数5757工作面位于乌兰井田南翼采区12~13勘探线之间的二水平二阶段，工作面距地表最小垂深为211.4m。5757工作面区域内沉积稳定，煤层结构简单，煤层厚度变化不大，适合于单一煤层走向长壁炮采法，全部冒落法管理顶板。工作面参数为：工作面走向长：600m；工作面倾斜长：210m；煤层厚度：1.4～2.3m，平均1.9m；煤层倾角：15°～25°，平均20°；首采区的地表地势平坦，空旷无物，部分地区存在裸露的基岩，部分地区覆盖有1～7m厚的表土层，车辆可以通行，适于开展地面工程。三、地面钻井设计及施工（一）地面考察钻井为了考察2号煤层的瓦斯压力变化及卸压边界，在首采区内布置8个瓦斯压力测压钻井。（1）布井。测压钻井P1～P3布置在开切眼处，用来考察此处边界压力及卸压边界的变化；因为风巷处旁边的3号煤层已采，2号煤层冒落，所以布置测压钻井P4～P6在机巷处，用来考察此处边界压力及卸压边界的变化；测压钻井P7～P8布置在中部，用来考察抽放孔之间的卸压范围和效果。P1～P8钻头都钻至2号煤层底板...