矿井特殊开采第三讲

第三讲

深井开采及洁净煤技术第一节

深井平安开采技术东部矿区率先进入深部开采。开采深度大多已超过800m〔孙村煤矿已达1500m，为亚洲之最〕。我国煤矿平均采深变化趋势延伸速度10~25m/a深井开采主要面临的难题一、巷道围岩的平安控制；二、动力灾害的有效防治；三、高地热、高瓦斯的平安控制。巷道控制的重大平安问题1、顶板塌冒事故占总事故40%以上、死亡人数及事故起数居于首位。巷道控制的重大平安问题2、通风阻力增大、瓦斯超限频繁、降温防尘困难、通风系统的平安可靠性差。断面缩小严重瓦斯抽采巷B4B5aB5bB6B7aB7aB7bB8巷道控制的重大平安问题3、难以贯彻“先抽后采〞等瓦斯综合治理方针，矿井防灾抗灾能力弱。巷道断面缩小，抽采钻孔破坏。抽采钻孔巷道控制的重大平安问题4、底板鼓起，易引发机电运输事故等，平安通道不畅。上述问题原因：持续大变形；强底臌；支护失效。

巷道平安控制成为亟待解决的首要问题。构造发育采动剧烈岩层松软岩石大巷采动煤巷巷道持续变形、破坏严重,支护方法与理论急需新突破。底臌及围岩整体控制技术急需创新。锚杆支护频频失效，平安可靠评价方法及支护设计技术急待新突破。应力高巷道控制的重大平安问题岩石大巷采动煤巷巷道失稳机理巷道围岩平安控制新的平安设计技术锚固平安评价方法新的支护方法围岩内部破裂演化应力、位移、破坏支护失效机理复合预紧双重作用锚固原理控制机制底臌及围岩整体控制技术失稳部位及演化控制围岩最小变形法是解决深井巷道围岩有效控制的唯一途径动力灾害的有效防治一、煤岩瓦斯动力灾害二、深井冲击地压1、进入深部，浅部首采保护层普遍升级为突出煤层，无平安首采保护层可选。首采层浅部深部地应力及瓦斯压力明显增大事故解决浅部开采动力灾害的首要措施是开采首采保护层深部强行开采首采层动力灾害事故频发首采层进入深部：例：潘一煤矿11#煤-454m瓦斯压力0.1MPa-826m瓦斯压力5.1MPa煤岩瓦斯动力灾害煤层抽采达标2、在深井高采动应力与瓦斯压力耦合作用下，抽采等治理达标煤层仍频发动力灾害。浅部深部浅部实施瓦斯抽采等综合治理措施效果显著深部动力灾害频发抽采孔抽采孔煤岩瓦斯动力灾害工作面动力灾害巷道动力灾害3、进入深井，在采动应力的作用下，人员众多的采煤工作面也频繁发生动力灾害，危害巨大。浅部动力灾害多发于掘进巷道动力灾害“煤矿顽症”大型设备被掩埋！煤岩瓦斯动力灾害高应力、高瓦斯压力、高采动影响、透气性降低——“三高一低〞瓦斯为主要预警指标的敏感性大大减弱深井煤岩瓦斯动力灾害有效防控关键技术急待突破。易识别的显性力学参数为主要指标的实时定量监测预警方法及装备急需研发；深井煤岩瓦斯气固耦合动力灾害力学机理和致灾平安判据亟待创新；煤岩瓦斯动力灾害发生强度和频次大幅增加深井开采煤岩瓦斯动力灾害面临的重大技术难题老虎台矿采深960米冲击地压非常严重工人下井穿防弹背心冲击地压发生后巷道状况冲击地压严重威胁煤矿平安、高效生产冲击地压发生前巷道状况冲击地压灾害及防控埋深,m2040600500700900100300重大冲击事故次数抚顺老虎台矿动力灾害严重威胁煤矿平安、高效生产老虎台矿：每天矿震多达10起最大震级3.7级冲击地压灾害及防控木城涧矿北京市区冲击地压严重威胁煤矿平安、高效生产2004年6月6日，北京木城涧煤矿冲击地压事故，冲击地压〔4.3级〕，破坏巷道500多米，死亡人数12人。冲击地压灾害及防控2007年3月13日1点45分，兖州南屯矿发生冲击地压〔震级2.7级〕，巷道底臌1.5米，两帮移近1.4米。底煤涌出掀翻设备

煤层整体冲出

冲击地压严重威胁煤矿平安、高效生产冲击地压灾害及防控全国煤矿事故死亡人数分类图顶板冲击灾害致死率38％

左右，死亡人数居煤矿各类事故之首冲击地压灾害及防控2003年，芦岭煤矿“5.13〞瓦斯爆炸事故，冲击地压诱发造成，84人死亡。2005年，孙家湾煤矿“2.14〞特大瓦斯爆炸事故，冲击地压诱发引起，214人死亡。

冲击地压诱发重大恶性事故突出位置冲击地压诱发瓦斯突出灾害冲击地压灾害及防控煤矿冲击地压的特点危害性：造成人员伤亡、巷道和设备破坏突发性：没有明显的宏观前兆，极短时间内发生复杂性：事先难以确定发生的时间、地点和强度煤矿动力灾害的监测预报和治理已经成为我国煤炭工业能否健康开展的关键课题冲击地压灾害及防控采高大长度~2000米工作面宽度~300米回采方向介质属性复杂开采扰动强烈应力分布复杂开采空间范围大我国深部煤矿开采特征深井开采动力灾害的控制地质赋存环境对深部煤矿动力灾害的作用机制及量化分析方法深部断续煤岩体的变形破坏规律和工程动力响应特征采动应力分布、能量场的时空演化规律与多因素耦合致灾机理深部煤矿动力灾害的多参量监测预警与防治的理论与方法深井开采动力灾害的控制一、地热危害高温对人体危害大：高温导致失水、心功能不健全、过度出汗后汗腺功能衰竭的情况下，可能进一步促使热量在体内的蓄积并导致大汗不止、体温升高、头昏、呕吐等中暑病症，甚至造成死亡。高温对劳动效率影响大：适宜的工作面温度为20~26℃，空气温度超过标准1℃，工人劳动率下降7～10%。高温对事故发生率影响大：气温在30℃以上的工作面，其事故发生率比30℃以下的工作面高1．5～2．3倍。深井地热治理二、地热治理：

1、通风降温2、制冰降温系统3、空调降温系统4、循环低温水降温系统

三、地热资源：我国煤矿低温热能储量丰富，据估算约为2亿kW，相当于每年燃烧4390万t标准煤，如果全部利用，每年可减排二氧化碳接近1亿t。

深井地热治理557m250m羽状水平井：2/3井气产量缺乏5000m3/d,效果不理想打分支孔和排采过程中易出现垮孔、堵塞远端对接水平井：钻孔局部垮塌、堵塞，可以冲洗清理研制出低污染冲洗液晋城矿区SHU1、SHU2井组：井身参数，深度250m，两井口水平距离557m煤层中长度910m地面远端对接水平井抽采技术深井瓦斯治理示范应用效果：2023年2月24日产气，3月26日产量突破1万m3/d目前已稳步上升到16029m3/d；截至6月2日，累计产气110万m3地面远端对接水平井抽采技术问题：采动卸压抽采通常是针对邻近煤层的煤矿采动区纵“三带〞中弯曲下沉带中远距离煤层，是否发育采动裂隙、煤层能否卸压、抽采效果如何？未见到报导弯曲下沉带中岩层的厚度、强度不同，各岩层下沉的幅度不同，会产生离层和新的裂隙，使岩层和煤层的渗透率增加。申请号：202310088120.8申请日：2023年04月08日申请人：中煤科工集团西安研究院创造创造名称:远距离卸压煤层煤层气的抽采方法煤矿井下远距离煤层梳状钻孔抽采技术平面剖面-5515250501001502002503003504004505005506002#钻孔轨迹孔平剖面20100-1030405060-55152505010015020025030035040045050055060020100-10304050601#钻孔含分支孔8个，主孔最大孔深603m，分支孔最大孔深147m，总进尺1268m2#钻孔含分支孔9个，主孔最大孔深603m，分支孔最大孔深135m，总进尺1371m示范应用：在淮北朱仙庄煤矿施工梳状钻孔2个累积进尺633m,纯甲烷抽采量4780m3/d。煤矿井下远距离煤层梳状钻孔抽采技术瓦斯治理的三种模式1、晋城模式高透气性、地面抽采模式2、两淮模式松软低透气性卸压抽采模式3、松藻模式预抽、开采过程中抽采、采后抽采三结合模式。第二节

洁净煤技术洁净煤技术一、煤炭地下气化二、干煤粉气化技术、水煤浆加压气化技术三、煤炭直接液化、间接液化技术四、煤制天然气技术五、煤基多联产六、CO2捕集与埋藏煤炭地下气化：是指向地下煤层注入气化剂(空气、氧气或水蒸气等)，将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤炭的热作用及化学作用将煤炭就地转化为中、低热值煤气，经引出、净化后生产化工原料的一种综合性多学科生产能源的新技术。干煤粉气化技术、水煤浆加压气化技术一批大型煤气化技术与装备相继进行示范和投入工业化运行我国共有20多台Shell气化炉在运行，应用于合成氨、煤制甲醇、煤制氢等。多喷嘴对置式水煤浆气化技术单炉最大规模2200t/d，30多台气化炉运行华能绿色煤电250MW级IGCC示范工程，采用两段式干煤粉气化技术，规模到达2000t/d。煤炭直接液化进入试运行阶段百万吨级煤炭直接液化技术已经建成投产，截止2023年6月30日，示范工程累计投煤运转5次，累计投煤时间到达4182h，生产成品油和其他化工产品44.27万t，目前运行正常。煤炭间接液化技术自主研发了低温浆态床F-T合成关键技术目前有三套20万t/a级的间接液化示范工程在试运行工程技术正在完善，为百万吨级工业示范积累了珍贵的经验。煤制天然气煤制天然气工艺技术成熟，大局部生产设备已实现国产化，在建规模到达136亿Nm3/a国家发改委核准了四个工程：大唐国际内蒙克什克腾旗40亿Nm3/a、大唐国际辽宁阜新40亿Nm3/a、内蒙汇能16亿Nm3/a、华能淮东40亿Nm3/a其它拟建工程达200亿m3/a以上。煤制天然气能源转化效率最高，63%煤基多联产是煤炭最正确利用方式煤基多联产技术经济指标先进整体效率比独立运行的IGCC发电提高约20%，本钱降低20%，易于实现包括CO2在内的污染物