阳煤集团瓦斯治理讲座

阳煤集团瓦斯治理讲座阳煤集团总工程师令狐建设目录阳煤集团瓦斯分布情况一阳煤集团瓦斯治理情况二阳煤集团瓦斯治理技术三阳煤集团瓦斯防治基础管理四一、阳煤集团瓦斯分布情况阳煤集团现有突出矿井9个（分别是：五矿贵石沟井、新景公司、新元公司、开元公司、平舒公司、石港公司、寺家庄公司、永兴公司、新大地公司）、高瓦斯矿井17个、低瓦斯矿井15个。阳煤集团目前突出矿井主要集中在阳泉和晋中区域，均位于沁水煤田东北部的阳泉矿区内，行政区划涉及阳泉市、平定县和晋中市昔阳县、和顺县、左权县、寿阳县。阳泉矿区瓦斯赋存状况呈现3个瓦斯储集层段：上储集层段包括3#煤层及其上下邻近层；中储集层段包括12#煤层及其上下邻近层和两层石灰岩K4、K3；下储集层段为13#煤层及下部煤层和K2石灰岩。一、阳煤集团瓦斯分布情况阳泉矿区不同深度的煤层瓦斯含量和压力梯度变化趋势分为两段。以9#煤层为分界，在1～9#煤层，随深度增加，瓦斯压力和瓦斯含量也增加；在9～15#煤，其间有三层石灰岩，煤层原生瓦斯逸散进入裂隙溶洞，由于岩溶裂隙水流携带，或石灰岩出露瓦斯释放作用，煤层瓦斯压力和瓦斯含量随着深度的增加，瓦斯压力和含量越小。在无岩石出露及岩溶水流动性差的地区瓦斯压力和含量随深度的增加也增大。一、阳煤集团瓦斯分布情况根据阳煤集团多年的经验，在煤层开采过程中，上储集层段开采3#、6#煤层的工作面瓦斯来源，本煤层与邻近层约各占50%；开采中储集层段8#、9#、12#煤层的工作面瓦斯来源，邻近层涌出约占60～70%，本煤层涌出约占30～40%；开采下储集层段15#煤层的工作面，邻近层瓦斯涌出约占85～90%，本煤层约占10～15%。如果15#煤层上部有开采的邻近煤层，则工作面邻近层瓦斯涌出量比值降低。和层间距和开采间隔时间有关。二、阳煤集团瓦斯治理情况（一）“两个能力”基本情况目前阳煤集团矿井安设主要通风机60套，总排风量50.5万m3/min。瓦斯抽放泵站共计32座，瓦斯抽放泵共安装143台，总装机能力为82273m3/min。2016年正常生产矿井通风能力8182万t/年，抽放能力为6881万t/年。二、阳煤集团瓦斯治理情况（二）2017年瓦斯抽采工程量完成情况2017年截至5月份底，本煤层年度计划499万m，已完成217万m；千米钻机年度计划19万m，已完成7.6万m；穿层钻孔年度计划101万m，已完成34万m；抽放量年度计划121068万m3；已完成56382万m3二、阳煤集团瓦斯治理情况（三）高突矿井瓦斯抽采巷移动泵安装进展情况集团公司需要安装移动抽采瓦斯泵的十三个矿井，需购置抽采泵28套（77台），截止目前已到货8套（22台），其余20套抽采泵及配套的电机设备预计7月30日全部到货。各矿泵站硐室共需28座，已完工的共计12座，分别是：一矿、三矿、兴峪、平舒、新大地、长沟、坪上各1座，二矿3座，五矿2座。除开元矿开工迟，预计8月底完工外，其余泵站硐室均进入施工或收尾阶段。三、阳煤集团瓦斯治理技术（一）概述在瓦斯抽采方面，从2007年开始，阳煤集团瓦斯治理从以邻近层瓦斯抽采为主逐渐向邻近层瓦斯抽采、本煤层抽采、井下千米钻机及长钻孔瓦斯抽采、保护层卸压瓦斯抽采、低透气性煤层增透抽采、顶底板岩石抽放巷穿层预抽、地面煤层气抽采等全方位、立体化的煤与瓦斯共采格局转变。在煤与瓦斯突出治理方面，充分利用阳煤集团瓦斯抽采技术、管理和队伍优势，优先采用保护层开采和“以岩保煤”等区域防突措施，改变目前瓦斯抽采短兵相接、预抽时间短的现状，实现从风排型向抽采型转变、从符合型达标向根除型消突转变，最终消除采掘作业过程中的煤与瓦斯突出和其它瓦斯事故的发生。三、阳煤集团瓦斯治理技术近年来，阳煤集团在以往瓦斯治理技术的基础上，即邻近层抽采技术（边采边抽上邻近层抽采钻孔、倾斜高抽巷、走向高抽巷）和本煤层抽采技术（回采工作面抽采、掘进工作面抽采），结合各高突矿井煤层碎软、透气性差、瓦斯含量高、抽采困难的特点，集团公司开展了大量的瓦斯治理技术创新研究，并取得了一系列的技术成果，逐渐形成了“7+3”瓦斯治理阳泉模式，即以岩保煤、气相压裂、长钻孔水力压裂、沿空留巷、水力冲孔造穴、保护层开采、小煤柱开采这七项技术和本煤层瓦斯抽采系统标准化、在线监测、精准计量这三种管理手段。三、阳煤集团瓦斯治理技术（二）瓦斯抽采技术1、邻近层瓦斯抽采技术采用综采机械化开采中厚煤层（3#、8#、9#等）的回采工作面，采用顶板穿层钻孔抽采邻近层瓦斯时，钻孔间距要根据瓦斯涌出量确定，钻孔间距一般掌握在15～30m之间，距切巷20m范围内至少2对高低孔，孔径不低于200mm；并且施工一条初采伪斜高抽巷，解决工作面初采期瓦斯，目前基本解决了中厚煤层邻近层瓦斯对安全的威胁。三、阳煤集团瓦斯治理技术2、顶板岩石走向与初采伪斜后高抽巷抽采技术集团公司开采的高瓦斯煤层综采工作面必须采用走向高抽巷与初采倾斜高抽巷进行抽采；其它煤层上邻近层瓦斯涌出量大于15m3/min时，优先采用走向高抽巷与初采倾斜高抽巷进行抽采。高抽巷层位距15#煤的距离不得小于8.5倍的开采煤层高度为宜，走向高抽巷至工作面回风顺槽的水平距离要根据层间距而定，一般应掌握在25m～1/3工作面采长之内，高抽巷距15#煤层越近，应越靠近工作面回风顺槽。走向高抽巷初次抽出瓦斯一般在工作面回采到距切巷28m左右，大量抽出瓦斯在38m左右，我们把顶板走向高抽巷与后高抽巷贯通，利用走向高抽巷进行抽放来解决工作面初采期间的瓦斯涌出，大大缩短了高抽巷初次抽出瓦斯的距离，降低了工作面初采期间瓦斯超限。初采伪倾斜高抽巷其关键是，要布置在顶板初始冒落的边缘带上，使之随顶板的冒落自下而上逐段报废，使抽放负压点随之上移，瓦斯抽放浓度逐渐升高，直至顶板冒裂高度与高抽巷连通，渡过初采期。三、阳煤集团瓦斯治理技术（三）7+3”瓦斯治理阳泉模式瓦斯治理七项技术2以岩保煤3水力压裂4水力冲孔造穴7沿空留巷5小煤柱掘进6气相压裂1保护层开采三、阳煤集团瓦斯治理技术（保护层开采）1、保护层开采技术（1）概述保护层开采分下、上保护层两类，见下图。通过先采非突出煤层或弱突出煤层，达到对邻近煤岩体松动、卸压的作用，进而提高被保护层煤体透气性。图1下保护层开采示意图图2上保护层开采示意图三、阳煤集团瓦斯治理技术（保护层开采）下保护层开采随着工作面的不断推进，在保护层开采层面上出现应力降低区，在该卸压区被保护层煤体地应力减小、煤层透气性增大，卸压煤层瓦斯沿该卸压区层内破断裂缝和层间离层裂隙释放，被保护层瓦斯压力和瓦斯含量下降，突出危险性降低。上保护层开采保护层开采期间，被保护层处于保护范围内，受采动影响，被保护层充分卸压，被保护层大部分卸压瓦斯通过底板裂隙带内的层间导通裂隙直接涌向上保护层工作面及采空区。因此，保护层开采期间必须结合被保护层卸压瓦斯抽采。三、阳煤集团瓦斯治理技术（保护层开采）（2）应用实例及其效果通过以前对三矿保护层开采效果考察，被保护层3#煤层（平均厚度2.3m）受15#煤（平均厚度6.1m）采动的影响（3#煤层距离15#煤层平均层间距为136.5m左右），保护区域内发生了膨胀变形，膨胀变形达5cm～20cm，相对变形为4.0‰～7.84‰。瓦斯含量由18.17m3/t降为5.76m3/t，综合瓦斯抽采率达68.8%。被保护层回采工作面瓦斯抽采量由卸压前的2.5m3/min增加至30m3/min，增大了12倍。（3）保护层开采技术的优势通过对相关矿井被保护层开采的考察，进一步证明保护层开采结合卸压瓦斯抽放技术成功地消除了被保护煤层的煤与瓦斯突出危险性，降低了煤层瓦斯含量，使高瓦斯突出煤层转变为无突出危险煤层。三、阳煤集团瓦斯治理技术（保护层开采）（4）下一步规划实施矿井目前集团公司已经进入被保护层开采的矿井有新景公司、平舒公司、新元公司，下一步规划的有新景公司佛洼区、保安西区15#煤层；平舒公司翟下庄分区西翼开拓盘区开采15#煤层，卸压保护上覆8#煤层；新大地公司开采15#煤层保护上覆8#煤层。三、阳煤集团瓦斯治理技术（以岩保煤）2、“以岩保煤”技术（1）概述在掘进工作面底（顶）板的稳定岩层中施工一条底（顶）板岩巷，岩巷先掘，初步起到卸压消突增透的目的，再利用底（顶）板岩巷施工穿层钻孔预抽煤层瓦斯，超前保护煤巷掘进。钻孔控制巷道轮廓线外不小于15m范围，终孔间距按3～5m布置。该技术适用于透气性差、瓦斯含量高、地应力大、煤层成孔困难、本煤层瓦斯预抽效果差的煤层，同时配合采用增透措施以提高煤层透气性。顺槽煤巷顺槽煤巷底板岩巷“以岩保煤”底板岩巷钻孔布置示意图煤巷顶板岩巷煤巷煤层“以岩保煤”顶板岩巷钻孔布置示意图三、阳煤集团瓦斯治理技术（以岩保煤）（2）应用实例及其效果寺家庄公司15117底抽巷内每隔5m布置一组“以岩保煤”穿层钻孔，每组钻孔9个，预抽上覆煤巷及两侧15m范围内煤层瓦斯（见图3.2.5）。钻孔直径90～130mm，采取“两堵一注”水泥砂浆封孔形式，有效封孔段为见煤点至孔口方向8m。寺家庄公司在采用冲孔造穴工艺配合“以岩保煤”措施后，单进最高达204m/月，极大缓解了衔接紧张的局面。（3）“以岩保煤”技术的优势通过底板岩巷提前对所采煤层进行预抽，有效的保证了钻孔预抽时间。为其他瓦斯治理措施提供施工空间，减少了对生产的影响。通过与水利压裂、冲孔造穴等增透措施的配合使用，进一步消除了煤层突出危险性，提高了瓦斯抽放量进而提高了巷道单月进尺。三、阳煤集团瓦斯治理技术（以岩保煤）（4）下一步规划实施矿井目前阳煤集团在寺家庄公司（15117进、回风底抽巷；15110进风底抽巷；15301进、回风底抽巷）、新大地公司（15404工作面进风顺槽底抽巷）、平舒公司（81115工作面底抽巷）、新景公司（南五底抽巷、南九底抽巷、北九底抽巷、15121工作面底抽）、五矿（8406进、回风底抽巷）使用。2017年计划在二矿（81302工作面）、五矿（8419工作面）、新景（15121工作面）、平舒（15202顶抽巷、15106工作面、15211工作面）、寺家庄（15118进风底抽、15203进风底抽巷）、新大地（15409回风底抽巷）施工底抽巷工程。三、阳煤集团瓦斯治理技术（水力压裂）3、水力压裂技术（1）概述水力压裂增透技术是依靠注入煤层中水的压力克服最小地应力和煤岩体抗拉强度使煤层弱面发生张开、扩展和延伸形成裂缝从而达到增大煤层透气性的一种方法措施。目前阳煤集团水力压裂分为：地面井压裂和井下水力压裂。（2）地面井压裂技术通过在构造区施工地面钻井预抽煤层瓦斯，并对地面钻井实施水砂压裂，以提高构造区煤层渗透率、改善地面钻井预抽效果，实现目标煤层掘进期间消突的目的。地面井水力压裂示意图三、阳煤集团瓦斯治理技术（水力压裂）应用实例及其效果：新景公司3#煤层地面钻井施工8个。地面井单井注水量530～870m3，注砂量为40～62m3，水砂压裂压力为15～28MPa。其中XJ-1井累计抽采8个月，最大日产气量达到4712m3，，平均日产气量1526.7m3，平均抽采浓度94.8%，累计产气约36.64万m3。各抽采井产气情况该技术目前主要在寺家庄、新元、新景等矿井开展应用。三、阳煤集团瓦斯治理技术（水力压裂）（2）井下水力压裂技术在底板岩石抽采巷利用千米钻机或其他深孔定向钻机施工穿层钻孔，钻孔穿透煤层后沿工作面走向在煤层中施工约200-500m（见图3.2.7），成孔后进行快速封堵，并利用专用压裂设备向煤层高压注水，改变钻孔周围煤岩体的应力状态，在钻孔周围形成大面积卸压区域，增大附近煤体透气性，以提高瓦斯抽采效果。该技术较适用于压裂范围内无大的地质构造区、煤层赋存相对稳定且硬度系数较高的煤层压裂钻孔布置剖面示意图三、阳煤集团瓦斯治理技术（水力压裂）应用实例及其效果：新景公司在保安区南六底抽巷南段使用千米钻机进行了水力压裂，千米钻机顺层长钻孔使用ZDY6000LD（F）型钻机从底抽巷口向上覆3#煤层施工，通过BYW型水力压裂泵组将高压水在原岩煤体中实现压裂造缝。钻孔设计500m，实际施工495m，其中煤层段307m，