地面钻井抽采突出煤层群保护层开采卸压瓦斯技术

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：肃工作矛面走数向长足：将60译0m劈；倘工作摄面倾已斜长需：烂21法0m胜；避煤层塌厚度影：1煮.4弟～纷2炉.3拐m挡，平律均航1.治9m发；屿煤层公倾角吐：1惭5吹°宝～2草5雅°筹，平真均2总0冠°府；案首采概区的买地表闹地势报平坦贝，空撤旷无路物，躺部分木地区有存在仇裸露完的基渠岩，广部分害地区晚覆盖肝有1孙～7醋m厚钳的表沉土层馒，车员辆可扬以通鞠行，拆适于刮开展琴地面搜工程馒。祝三、皱地面周钻井良设计栋及施骂工廊（一象）地燕面考革察钻模井鸽为了颈考察汽2号建煤层舅的瓦锈斯压群力变已化及万卸压塌边界万，在辰首采逮区内渐布置亲8个基瓦斯脂压力裳测压我钻井耐。姿（1估）布德井。弟测压法钻井井P1霉～P晴3布史置在覆开切爬眼处模，用插来考习察此羊处边障界压命力及孟卸压耽边界恼的变安化；届因为县风巷伤处旁失边的社3号宵煤层嘱已采代，2旗号煤迁层冒护落，饰所以够布置脖测压轨钻井家P4婶～P瓜6在撑机巷贱处，黑用来鞠考察刊此处骄边界汗压力任及卸目压边份界的唯变化纲；测议压钻压井P晕7～茫P8困布置底在中舱部，介用来促考察遵抽放垮孔之紧间的去卸压计范围慢和效闪果。馒P1处～P奋8钻借头都菜钻至活2号崖煤层此底板旁以下恳10唐m惠的位有置完最钻。脆P1净～P职2相下距坛20仰m复，P宽2～猴P3咳相距亩18草m爹，P涌4～拿P5按相距浪15晨m妻，P担5～影P6蛇相距骄12盲m玩，P抽3～启P7句相距奴12布0m罩，P粱7～段P8耳相距航23正0m从。葱（2阶）钻抱井工施程。暂一开巧：用凑φ堪31筐1m际m扶潜孔嫁锤钻族头开浩孔，山钻进产至基音岩3杂～5辨m后焦下套殿管，眠然后辩用水沙泥封巾固套尝管。谈二开若：换残φ滨21藏5.阵9m幅m腰潜孔疲锤钻丈头钻社至2摄号煤仿层顶裙板以趴上蝴10略m暴处。密三开欣：换谁φ牧11趟4m秩m络潜孔惩锤钻刻头钻犯至2概号煤话层底欢板以候下侧10震m静的位戒置完盒钻。甜（3晨）完拨井工清程。洲三开宣钻完题后，狗下入瓦φ禁50枪mm惹钢管阀到2敲号煤惩层顶棋板以箱上炭2m域处，唤用密紧度为盛（1仗.5排0～霞1.意75年）霞×躁10圣3k若g翼/槐m悄3勾的水议泥浆蹄固井皆，固委井段孙从2票号煤笑层顶吊板以悦上渴10观m补至孔餐口。循测压赏钻井妈的井戒身结论构如遗图2观所示布。用图2女拼测压载钻井肉井身攻结构刻图叨图3匠扛地面沈钻井讽及抽叙采系简统布弯置图屯（二峰）地田面抽战放钻海井涌（1毯）布堡井。梦根据闻相关涝矿区寻的地万面卸非压瓦季斯的功抽放叶工程熄实践鼻，卸训压抽躁放活拿跃期扬内地专面钻煤井的注单孔叠瓦斯正流量找高达莲2.艘2万英m躬3辱/d贩，C胸H4误浓度绣大于夏80鼻％，株经计朱算乌差兰矿炭需要心采用狗流量后不低锡于耳60议m朋3逗/m由in溜的移佛动瓦擦斯抽爹放泵振。预盗计单判孔瓦格斯流饲量为劈14抢m巾3略/m核in朵，即杆每天便2万壮m皆3姜，透及气性亿系数低增加敌15寇00烈倍，饿即营λ香=树60并m景2薄／(片MP违a2骑·毙d)耳，则盘可计虫算得台：按滴单井烈连续学有效夸抽放丽时间递90五a蓬计算侦，得核直径究13州9.绘7m圾m尼钻井厅的有获效间宿距为穷60锤～1闹30养m，瞧同时肺抽放旺钻井里数为固14敌个。浴为了露考察趴相关伟钻井塑抽采固参数瓦，采科用非敢均匀融布井队法。意瓦斯锋抽采徒钻井惊沿煤况层走娱向两倡排布嚼置，天如图丑3所菠示。两(2夺)钻桶井工滑程。培一开就：用嫁φ豪24样5m反m戒潜孔涂锤钻胜头开弱孔，软钻进西至基让岩3糖～村5m卷后，昏下柏φ征24绢4m套m蜘套管廊，然生后用床水泥书封固猎套管析。二病开：增换忍φ垃21刺9.释5m益m湿潜孔遥锤钻杠头钻比至浮50什m衔，下幅φ俭19蜡3.充7m节m缎套管仗，用罢密度旋为(穿1.咸50气～1涌.7直5)宴×喊10伙3k倾g聋/串m的3纵的水危泥浆犹固井驴至地冰面。羡三开拆：换巾φ芝17亏7m慨m笛潜孔吹锤钻私头钻夜至7愁号煤赵层顶描板以驾上桃10尸m但的位思置完虑钻。超(3强)完差井工脂程。嫁三开急钻完苍后，鸟下入献φ思13奏9.晃7m坊m吴套管辩。在蛋0～辰11嫌0m衣左右垄处下畏实管掏，到芝2号缴煤层城顶板恋以上默10扶m笼处下袍筛管晌，直钢到7窝号煤捐层顶言板以帖上过10蜂m款处。渡抽放滩孔的山井身式结构窑如图摩4所殖示。钞图4式马抽放芽钻井诞井身们结构广图斩四、蚊实施延效果供（一资）地勤面抽润采钻盈井抽洒采瓦驼斯总航结及懒分析饱20沫07幅年6闯月，傍57鸡57腊保护绢层工啊作面纵开始氏正常的回采含，8晒月受辫采动凑卸压槽的作微用，麻地面届1号庄、2韵号孔改先后扔涌出奖瓦斯厕，并闻连管浓抽采暗。截副止很20侵08走年1汉月3知1日骗，矿宵井保廊护层厘开采肉区域穗已经勿抽出勤纯瓦展斯匪46姑35填57茫4别m倡3田，其种中单疼孔最扮大抽描采量绩达到乱17厚00榨0弃m栏3程/d脚，抽研采半澡径达债到铸96考m勾，取坚得了些显著止的效爸果。乎1～那6号荡钻井慌、加渡1号趋和加献2号貌钻井椒的抽损采瓦话斯情艳况见睛表1僵，其和浓度俭和标摧准纯脉瓦斯鲜流量移曲线渐分别贫如图繁5～达图1才2所挽示。致图5该晌1号泉钻井煎浓度彻及标茄准纯姜瓦斯走流量甜曲线收图链图6资寨2号退钻井耍浓度婶及标冤准纯条瓦斯螺流量班曲线滔图晴图7堆向3号粗钻井舱浓度穿及标暖准纯放瓦斯园流量躲曲线体图早图8肠威4号哄钻井杨浓度挨及标缴准纯笨瓦斯干流量误曲线宏图荒图9针誉5号使钻井卡浓度冬及标哥准纯察瓦斯抓流量陶曲线释图摘图1乱0蒙6跳号钻贤井浓忽度及瘦标准这纯瓦拌斯流药量曲狗线图皮图1洽1交加鸦1号青钻井鼠浓度期及标震准纯角瓦斯挎流量卵曲线讨图竹图1愉2觉加敬2号敞钻井朗浓度类及标瞎准纯膏瓦斯充流量盐曲线巧图禾各钻票井的兆单月悬抽采剩总量棉见表常2和衔图1拔3所街示。押图1等4给厅出了遥每个岁钻井团的抽打采量芳，由疼图可安知2湖号钻狂井的径抽采返量达躺到昌13迫19沈38支1禾m蚕3鼠，已责停抽平；1巧号孔页的抽蛙采量勾达到攻13猪09工54所5践m截3固，仍航然在付持续些抽采帅之中经。图施15瞧给出雾了每程个月熊份地舌面钻渣井的潮抽采蛋量，不8月蚀份由悬于地汁面钻台井刚馆进入继卸压持区，对抽采盯的钻芳井数晋少，速抽采坝量最胞少，士为欺53限24批66更m假3受；9腾月份攀采动权卸压级作用君活跃班，抽谋采量安最多鸡，达帜到金91离87细74励m下3传；2把00扬7年顾10顷月～眨20助08左年1耗月份脖随着弟西北奏地区珠气温存降低砖，特孙别是非严寒废对抽柱采管寇路的累防积伸水工事作造塘成影角响，惑抽采逗量有峡所下迟降，吓但各青月份信抽采凳总量盏差别碧不大微，表泻明卸格压瓦动斯抽裕采工畜作进常入正周常期祖。毫图1嘴3裂各沿个钻绍井每询月的澡抽采段瓦斯雷量喜图1深4匪各侵个钻仓井抽色采总擦量对海比瞧穗图仙15稀说各月送份抽洒采总斥量对窄比羊（二掩）2犯号和估3号祖煤层套残余格瓦斯陆分析膨57柱57事工作齿面向谋前推作进之徒后，蔑2号味和3交号煤驻层被纠保护株，其雨卸压编瓦斯颤被地炕面抽池采钻命井抽级出。穴通过请对地陵面抽怜采区警域打御钻取誓2号甜、3饼号煤悠层煤释样进械行分腾析，多测定紫得出沟2号花和3岂号煤良层卸蔑压范鸣围内族瓦斯狸抽采锐参数烫，见械表3僻。间在没股有采斤取保安护层宜开采城和地丙面钻锤井抽治采卸楼压瓦砍斯时咬，3狮号煤篮层的掠瓦斯扯抽采右率仅剖为1巧0.涉17代％，晒与现帜阶段旁2号伯、3握号煤唇层卸革压范挂围内杜的瓦深斯抽讨采率活对比伟关系逢如图糊16夸所示助。不雪同时光期煤肠层瓦遵斯抽框采量恼对比盘如图满17营所示朽。裳图1爷6巴煤业层瓦倾斯抽蛾采率壁对比壮旦症磁图1浓7总不王同时记期煤啊层瓦烘斯抽彩采量皆对比本图1明8岁P欣3、架P4储和P锯7测剖压井匀的表瓶压变流化曲冶线停地面上测压娱井测释定2翁号煤穴层瓦托斯压乡力，易从5罗75荡7工下作面驾开始掘回采念至2屡00夏8年项1月乒，P设3、躺P4手和P衬7测箩压井健的表现压见默表4晓。露通过厨上述锻实测除数据昏分析迅，当每8号纪煤层为开采贡后，地2号象和3巡号煤王层的害瓦斯菜压力秃还将祥进一妇步降蚂低，顽瓦斯骆含量朋将进回一步面减少快。界五、风总结变乌兰筛煤矿松突出匙煤层续群煤婆与瓦骑斯安钢全高福效共况采项尤目虽勾在试口验阶象段，陶但所规取得泼的成吼果是遗有成探效的输。容(1史)提伙出了铸煤层翁群开啄采多虎重保僚护层艺的概伙念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