2023/1/12匯報提綱

深部開采現(xiàn)狀及問題

區(qū)域瓦斯治理

保護層開采技術無保護層開采條件下的區(qū)域瓦斯治理

瓦斯治理成功理念1.深部開采現(xiàn)狀及問題

國內(nèi)外深部開采現(xiàn)狀

河南省深部開采現(xiàn)狀深部開采面臨的主要問題2023/1/121.1國內(nèi)外深部開采現(xiàn)狀淺部資源日益枯竭，國內(nèi)外礦山都相繼進入深部資源開采狀態(tài)；2023/1/121.1國內(nèi)外深部開采現(xiàn)狀我國的煤炭資源埋深在1000m以下的為2.95億噸，占煤炭資源總量的53%；我國煤礦開采深度以8~12m/a的速度增加，東部礦井正以每年10-25m的速度發(fā)展，可以預計在未來10~20內(nèi)年我國很多煤礦將進入到1000m到1500m的深度。已有一批礦山進入深部開采，如沈陽采屯煤礦、開灤趙各莊礦、徐州張小樓礦、北漂冠山礦、新汶孫莊礦、北京門頭溝礦、長廣礦，以及平煤部分礦井等的開采深度在2006年已經(jīng)超過了1000m。2023/1/122023/1/12平煤集團現(xiàn)有31對礦井，垂深大于800m的采掘工作面36個，這些深采礦井的年產(chǎn)量占集團公司總產(chǎn)量的30%，并以20~25m/a的速度向地下深部延伸，隨著時間的推移，深部超高地壓開采所占的比重將進一步提升；鶴壁、滎鞏等礦區(qū)淺部資源基本開采殆盡，深部煤炭資源儲量雖相當豐富，但標高都在-600m至-1500m之間；永城煤電目前逐漸轉(zhuǎn)入600m以下的開采深度；義煤集團的沖擊地壓問題由來已久，進入深部后該問題更加嚴重，躍進煤礦采深已達1000余米；鄭煤集團目前也逐漸轉(zhuǎn)入埋深600m以下；深部煤炭資源儲量豐富，地質(zhì)工作者就新提交埋深1500米煤炭資源量100億噸以上。2023/1/121.2河南省深部開采現(xiàn)狀1.3深部開采面臨的主要問題高地應力僅重力引起的垂直原巖應力通常就超過工程巖體的抗壓強度(20MPa);工程開挖所引起的應力集中水平則更是遠大于工程巖體的強度(>40MPa)構(gòu)造應力或殘余構(gòu)造應力使應力大大提高2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題高瓦斯含量、壓力隨著煤礦采深的增加，瓦斯含量和瓦斯壓力迅速增加，并造成瓦斯災害事故的頻繁發(fā)生;近年來，由于瓦斯突出和爆炸引起的死亡10人以上的煤礦事故70%出現(xiàn)在中國采深600m以下的礦井;深部煤層松軟，煤層的透氣性差（透氣性系數(shù)0.0001～0.0061mD）,深孔鉆進困難，瓦斯預抽效果較差;2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題平煤集團瓦斯含量和瓦斯涌出量變化情況丁組煤層，瓦斯壓力-400m:0.6MPa，-800m：2.16MPa；瓦斯含量4.5m3/t----->7.06m3/t戊組煤層，瓦斯壓力-430m：1.51MPa，-800m：2.55MPa；瓦斯含量16.76m3/t---->30m3/t己組煤層，瓦斯壓力-430m：1.67MPa，-800m：2.45MPa；

瓦斯含量11.56m3/t---->29.5m3/t2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題強烈的采礦擾動隨著采深的增加引起的覆巖自重壓力的增大和構(gòu)造應力的增強，采場礦壓顯現(xiàn)強烈，表現(xiàn)為圍巖發(fā)生劇烈變形、巷道和采場失穩(wěn)、甚至發(fā)生破壞性的沖擊地壓，給頂板管理帶來許多困難；近10年巷道支護成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整個巷道掘進量的40%，這些特征在平頂山、鶴壁、焦作等礦區(qū)表現(xiàn)明顯；破壞前兆非常不明顯，使破壞預測預報十分困難，從而造成深部圍巖的破壞往往是大面積的發(fā)生，具有區(qū)域性，如巷道大面積的冒頂垮落等。2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題高沖擊傾向性進入深部以后，地質(zhì)構(gòu)造變得復雜、自重應力增大，煤巖體積聚了大量的固體能量，在深部地應力、構(gòu)造應力以及工程擾動的作用下，使得積聚的能量大于礦體失穩(wěn)和破壞所需要的能量，造成整個煤巖系統(tǒng)失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，發(fā)生沖擊地壓。2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題高巖溶水壓在采深大于1000m的深部，其巖溶水壓將高達7MPa，甚至更高;巖溶水壓的升高，使得礦井突水災害更為嚴重;焦煤、平煤、鄭煤等都面臨著深度突水隱患的威脅；2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題高地溫越往地下深處，地溫越高;地溫梯度一般為30~50℃／km不等，常規(guī)情況下的地溫梯度為30℃／km;2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題5個力學特性轉(zhuǎn)化特點圍巖應力場的復雜性圍巖的大變形和強流變性特性動力響應的突變性深部巖體的脆-延轉(zhuǎn)化深部巖體開挖巖溶突水的瞬時性2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題6大災害表現(xiàn)形式瓦斯超限、煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸巖爆頻率和強度均明顯增加采場礦壓顯現(xiàn)劇烈突水事故趨于嚴重地溫升高、作業(yè)環(huán)境惡化2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題四種礦井類型的轉(zhuǎn)變淺部硬巖礦井向軟巖礦井轉(zhuǎn)變低瓦斯礦井向高瓦斯礦井轉(zhuǎn)變非突出礦井向突出礦井轉(zhuǎn)變非沖擊礦井向沖擊礦井轉(zhuǎn)變2023/1/121.3深部開采面臨的主要問題深部動力災害特征開采深度的增大，礦井的自然條件、瓦斯條件和開采技術條件發(fā)生了顯著變化，出現(xiàn)了高地應力、高瓦斯、高非均質(zhì)性、低滲透性的復雜現(xiàn)象交織的情況，突出的危險性越來越大;突出危險程度大，發(fā)生沖擊和有沖擊危險的礦井數(shù)量逐年增加，突出事故規(guī)模和發(fā)生次數(shù)呈上升趨勢，災害治理困難；2023/1/122.區(qū)域瓦斯治理區(qū)域瓦斯治理措施和局部瓦斯治理措施第五條

煤礦企業(yè)、突出礦井應當根據(jù)突出礦井的實際狀況和條件制定具體的區(qū)域綜合防突措施和局部綜合防突措施。局部措施是在煤與瓦斯突出煤層采掘工作面前方局部區(qū)域內(nèi)采取防突措施，經(jīng)效果檢驗確認，消除該局部區(qū)域的突出危險性，形成防止突出的安全帶后，在留有足夠超前距的條件下，可在安全帶內(nèi)進行采掘作業(yè)。2023/1/122.區(qū)域瓦斯治理區(qū)域防突措施

四十五條

區(qū)域防突措施是指在突出煤層進行采掘前，對突出煤層較大范圍采取的防突措施。區(qū)域防突措施包括開采保護層和預抽煤層瓦斯兩類。開采保護層分為上保護層和下保護層兩種方式。預抽煤層瓦斯可采用的方式有：地面井預抽煤層瓦斯以及井下穿層鉆孔或順層鉆孔預抽區(qū)段煤層瓦斯、穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯、順層鉆孔或穿層鉆孔預抽回采區(qū)域煤層瓦斯、穿層鉆孔預抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯、順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯等。預抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施應按上述列舉的各類方式的優(yōu)先順序選取，或一并采用多種方式的預抽煤層瓦斯措施。2023/1/122.區(qū)域瓦斯治理瓦斯治理措施的發(fā)展探索階段。

20世紀50~80年代，主要摸清煤與瓦斯突出規(guī)律，引進消化和吸收國外煤與瓦斯突出防治技術和經(jīng)驗，研究適合中國特點的煤與瓦斯突出預測方法和突出防治工程方法。局部措施為主階。20世紀80~90年代末，主要貫徹落實“四位一體”綜合防突措施，以1988年《防治煤與瓦斯突出細則》出版和1995年的修訂為代表，研究重點是煤與瓦斯突出危險性預測方法與預測指標，同時兼顧突出防治工程方法的深化研究。2023/1/122.區(qū)域瓦斯治理區(qū)域性治理與局部治理并重階段。自本世紀初開始，淮南礦業(yè)集團在長期瓦斯治理經(jīng)驗總結(jié)的基礎上，提出了“可保盡保，應抽盡抽”的瓦斯治理戰(zhàn)略．2005年3月國家發(fā)展改革委、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局在總結(jié)淮南、陽泉、平頂山、松藻等煤礦瓦斯治理經(jīng)驗的基礎上，編寫了《煤礦瓦斯治理經(jīng)驗五十條》，在瓦斯治理的基本思想中明確提出區(qū)域性治理與局部治理并重，實施“可保盡保，應抽盡抽”的瓦斯治理戰(zhàn)略。并在第33條中明確提出：“強制開采保護層，做到可保盡保，并抽采瓦斯，降低瓦斯含量”。第35條中提出：“頂、底板穿層鉆孔掩護強突出煤層掘進”。2023/1/122.區(qū)域瓦斯治理區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充。第六條

防突工作堅持“區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充”的原則。未采取區(qū)域綜合防突措施并達到要求指標的，嚴禁進行采掘活動，做到“不掘突出頭，不采突出面”。區(qū)域防突工作應當做到“多措并舉、可保必保、應抽盡抽、效果達標”。區(qū)域瓦斯治理是煤與瓦斯突出和沖擊地壓防治觀念和治理技術路線的重大轉(zhuǎn)變，具有戰(zhàn)略意義。為了應對日趨嚴重的煤與瓦斯突出災害，人們越來越清醒地認識到，在現(xiàn)有技術條件下，區(qū)域性瓦斯治理是技術的首選;許多礦業(yè)集團結(jié)合自身特點，制定了區(qū)域性瓦斯治理戰(zhàn)略并付諸實施;2023/1/122.區(qū)域瓦斯治理平煤集團實現(xiàn)“四個轉(zhuǎn)變”：即由措施型向工程型轉(zhuǎn)變、由局部治理向區(qū)域治理轉(zhuǎn)變、由生產(chǎn)過程的被動治理向超前治理轉(zhuǎn)變、由單獨抽采向綜合利用轉(zhuǎn)變?；茨系V業(yè)集團在“可保盡保，應抽盡抽”瓦斯治理戰(zhàn)略目標的基礎上，2006年全面實施巖巷計劃，為區(qū)域性瓦斯治理創(chuàng)造條件;淮北礦業(yè)集團2006年明確提出，“區(qū)域性治理為主，局部治理為輔”的瓦斯治理戰(zhàn)略目標，目前已基本實現(xiàn)這一目標;陽泉煤業(yè)集團在超遠距離保護層成功開采實踐的基礎上，2007年明確提出全面調(diào)整礦井采掘部署，改變開采層序，為實施保護層開采及卸壓瓦斯抽采創(chuàng)造條件。2023/1/123.保護層開采技術保護層開采是最經(jīng)濟有效的煤與瓦斯突出以及沖擊地壓動力災害防治措施；第四十條區(qū)域防突措施應當優(yōu)先采用開采保護層。我國《煤礦安全規(guī)程》第192條規(guī)定：“對于有突出危險煤層，應采取開采保護層或預抽煤層瓦斯等區(qū)域性防治突出措施”。第193條規(guī)定：“在突出礦井開采煤層群時，應優(yōu)先選擇開采保護層防治突出措施”。第198條規(guī)定：“開采保護層時，應同時抽采被保護層瓦斯”。2023/1/12保護層被保護層下保護層上保護層遠距離保護層近距離保護層被保護層保護層1#3#4#5#6#保護層開采防治瓦斯突出機理在突出礦井開采煤層群時，如在有效保護垂距內(nèi)存在厚度0.5m及以上的無突出危險煤層的，除因突出煤層距離太近而威脅保護層工作面安全的或可能破壞突出煤層開采條件的以外，必須首先開采保護層。有條件的礦井也可將軟巖層作為保護層開采；當煤層群中有幾個煤層都可作為保護層時，應綜合比較分析，擇優(yōu)開采保護效果最好的煤層；當?shù)V井中所有煤層都有突出危險時，應選擇突出危險程度較小的煤層作保護層先行開采，但采掘前必須按本規(guī)定的要求采取預抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施并進行效果檢驗；應優(yōu)先選擇上保護層。在選擇開采下保護層時，不得破壞被保護層的開采條件。2023/1/12

保護層的選擇

保護層開采應注意的問題開采保護層時應同時抽采被保護層的瓦斯；開采近距離保護層時，必須采取措施防止被保護層初期卸壓瓦斯突然涌入保護層采掘工作面或誤穿突出煤層；正在開采的保護層工作面必須超前于被保護層的掘進工作面，其超前距離不得小于保護層與被保護層層間垂距的3倍，并不得小于100m；開采保護層時，采空區(qū)內(nèi)不得留有煤(巖)柱。保護范圍的確定：（防突規(guī)定）第48條

保護層和被保護層開采設計依據(jù)的保護層有效保護范圍等有關參數(shù)應根據(jù)試驗考察確定，并報煤礦企業(yè)技術負責人批準后執(zhí)行。2023/1/12

保護范圍確定2023/1/12A—保護層；B—被保護層；C—保護范圍邊界線保護層工作面沿傾斜方向的保護范圍

保護范圍確定2023/1/12若保護層采煤工作面停采時間超過3個月、且卸壓比較充分，則該保護層采煤工作面對被保護層沿走向的保護范圍對應于始采線、采止線及所留煤柱邊緣位置的邊界線可按卸壓角56°～60°劃定。最大保護垂距2023/1/12走向高抽巷

保護層開采卸壓瓦斯抽采方法傾向高抽巷采動卸壓抽采煤層瓦斯原理傾向穿層孔采動卸壓抽采煤層瓦斯原理頂板走向孔采動卸壓抽采煤層瓦斯原理迎面斜交鉆孔抽放四礦迎面斜交鉆孔抽放布置圖上隅角抽放為防止回采過程中工作面上隅角瓦斯超限，在上隅角或尾巷中埋管或插管，并鋪設一趟瓦斯抽放管進行抽放，抽放管末端安裝一套可伸縮管。高位鉆場抽放

四礦頂板高位鉆孔瓦斯抽放布置圖地面鉆井底板巷穿層鉆孔底板巷穿層鉆孔采動卸壓抽采煤層瓦斯原理底板巷穿層鉆孔瓦斯抽采方法實例山西省晉城市

①沁水藍焰煤層氣公司鉆煤層氣井450口，運行146口井，日產(chǎn)氣量達到50萬m3；

②沁南煤層氣開發(fā)示范工程—潘河項目已完成100口煤層氣井群，抽采能力達70Mm3。

壓裂作業(yè)現(xiàn)場瓦斯抽采現(xiàn)場中國地面煤層氣開發(fā)CBM-方法實例中梁山底板網(wǎng)格式穿層鉆孔預抽煤層瓦斯方法

底板巖巷穿層鉆孔放水器流量計瓦斯抽采干管淮北蘆嶺煤礦底板巖巷網(wǎng)格式穿層鉆孔瓦斯抽采回風上山人行上山軌道上山運輸上山瓦斯道邊界回風上山巖石軌道巷巖石集中巷聯(lián)絡巷聯(lián)絡石門風巷機巷上區(qū)段巖石軌道巷上區(qū)段巖石集中巷開切眼收作線機巷風巷上區(qū)段機巷巖石軌道巷巖石集中巷聯(lián)絡石門聯(lián)絡巷8煤層9煤層10m20m80m40m淮南潘一礦遠距離下保護層開采底板巷道網(wǎng)格式上向穿層鉆孔卸壓瓦斯抽采方法

彎曲下沉帶裂隙帶冒落帶底板瓦斯抽放巷抽放鉆孔開采煤層卸壓煤層70m淮南新莊孜煤礦煤層群多重上保護層開采底板巷上向穿層鉆孔卸壓瓦斯抽采方法開采層B8回風巷進風巷下卸壓層B7下卸壓層B6底板巖石巷抽放鉆孔底板卸壓區(qū)域鉆孔施工封堵鉆孔施工抽采卸壓瓦斯采煤工作面松藻煤礦被保護層卸壓瓦斯抽采方法頂板走向穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯方法鐵法曉南礦頂板走向穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯方法鉆孔長度：170~200m鉆場間距：130m2023/1/12組合保護層開采防突鉆孔布置圖（祁南煤礦）井上下立體綜合強化抽采（海孜煤礦）地面采動區(qū)抽放井13口，地面卸壓抽放單孔瓦斯抽采量達120萬m3以上。保護層工作面開采風排瓦斯量小于5m3/min，工作面瓦斯抽采率達80％以上，被保護層瓦斯預抽率50％以上

保護層開采時瓦斯抽放方法選擇根據(jù)預測的采煤工作面相對瓦斯涌出量、絕對瓦斯涌出量，并結(jié)合礦井瓦斯治理實際效果，選擇相適應的瓦斯治理方法。工作面瓦斯絕對涌出量Q≤10m3/min的，采用頂板走向鉆孔抽采。工作面瓦斯絕對涌出量Q為：10～20m3/min的，采用頂板走向鉆孔為主，傾向鉆孔、上隅角埋管等為輔的綜合抽采措施。工作面瓦斯絕對涌出量Q為：20～50m3/min的，采用以高抽巷、底抽巷（穿層鉆孔）、上下順槽傾向穿層鉆孔、順層鉆孔等為主，上隅角埋管為輔的綜合抽采措施。工作面瓦斯絕對涌出量Q≥50m3/min的，除采用以上抽采技術措施外，還應考慮采用地面鉆孔進行抽采。2023/1/122023/1/124.無保護層開采條件下的區(qū)域瓦斯治理第41條突出危險區(qū)的煤層不具備開采保護層條件的，必須采用預抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施并進行區(qū)域措施效果檢驗。關鍵在于巖巷工程和打鉆淮南集團2002年以前，煤炭產(chǎn)量徘徊在千萬噸左右，巖巷一直是制約生產(chǎn)接替和瓦斯治本的“瓶頸”，也是安全生產(chǎn)中長期以來未能徹底解決的一個“頑疾”。2002年下半年淮南集團把巖巷工作提到了重要的位置。隨后，把2005年、2006年和2007年定為巖巷年，2008年以來，抓巖巷工作的力度遠遠超過了巖巷年，提出要把巖巷當作安全生產(chǎn)技術的第一要務。08年底淮南集團煤炭產(chǎn)量突破6000萬噸，百萬噸死亡率0.13，實現(xiàn)了歷史性跨越，巖巷工作功不可沒。淮南集團計劃在2012年實現(xiàn)億噸煤炭產(chǎn)量，巖巷先行，巖巷是實現(xiàn)煤炭億噸戰(zhàn)略目標的關鍵；

突出礦井的巷道布置第16條

突出礦井的巷道布置應符合下列要求和原則：（一）運輸和軌道大巷、主要風巷、采區(qū)上山和下山（盤區(qū)大巷）等主要巷道必須布置在巖層或非突出煤層中；（二）應減少井巷揭穿突出煤層的次數(shù)；（三）井巷揭穿突出煤層的地點應合理避開地質(zhì)構(gòu)造破壞帶（四）突出煤層的巷道應優(yōu)先布置在被保護區(qū)域或其他卸壓區(qū)域。2023/1/12

上（下）山的區(qū)域消突2023/1/12已施工下山煤巷變坡進入底板2023/1/12已施工下山煤巷變坡進入頂板

回采巷道區(qū)域消突2023/1/12煤巷直接變坡施工巖巷(c)圖2煤巷做繞巷進入底板施工巖巷煤巷做繞巷進入底板施工巖巷高（低）位巷穿層松動爆破

八礦高位巷穿層松動爆破示意圖2023/1/12(a)剖面圖(b)平面圖順層鉆孔遞進瓦斯抽采區(qū)域消突示意圖2023/1/12(a)剖面圖(b)平面圖順層鉆孔遞進瓦斯抽采區(qū)域消突示意圖順層鉆孔遞進瓦斯抽采進行區(qū)域消突淮北祁南礦傾向順層長鉆孔遞進