地面鉆井抽采突出煤層群保護(hù)層開采卸壓瓦斯技術(shù)神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司烏蘭煤礦一、礦井概況及項(xiàng)目研究意義烏蘭煤礦是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司所屬重點(diǎn)礦井之一，是公司的焦煤生產(chǎn)基地，始建于1966年，1975年建成投產(chǎn)。井田位于內(nèi)蒙古阿拉善盟左旗的呼魯斯太礦區(qū)，走向長約5km，傾斜寬約3km，面積為15km2。礦井原設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力90萬t，后來經(jīng)改擴(kuò)建，2007年礦井實(shí)際產(chǎn)量187萬t。礦井主采2號(hào)、3號(hào)、7號(hào)、8號(hào)煤層。2號(hào)煤為中厚煤層，平均煤厚3.28m；3號(hào)煤為特厚煤層，平均煤厚9.22m，儲(chǔ)量占全礦井57％；7號(hào)煤平均煤厚1.89m；8號(hào)煤平均煤厚2.77m。煤層傾角為20°~25°，2號(hào)與3號(hào)煤的平均層間距為31.5m，3號(hào)與7號(hào)煤的平均層間距為75m，7號(hào)與8號(hào)煤的平均層間距為4.2m。煤種為肥煤和1/3焦煤，現(xiàn)礦井地質(zhì)儲(chǔ)量13363.9萬t，可采儲(chǔ)量8143萬t。烏蘭煤礦為煤與瓦斯突出礦井。2007年礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為104.64m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為29.96m3/t。2號(hào)和8號(hào)煤層均為突出煤層，3號(hào)和7號(hào)煤層為非突出煤層。1987年1月11日在1350水平北一采區(qū)二石門掘進(jìn)揭2號(hào)煤時(shí)發(fā)生了煤與瓦斯突出，突出煤量90t、瓦斯1.5萬m3，2號(hào)煤層被定為突出煤層，隨后5232、5233機(jī)巷掘進(jìn)中先后發(fā)生傾出，從此2號(hào)煤層再未開采。8號(hào)煤層在5867風(fēng)、機(jī)巷掘進(jìn)過程中曾多次出現(xiàn)突出預(yù)兆，2007年8月14日發(fā)生煤與瓦斯傾出，傾出煤量3~5t，瓦斯1600m3，后經(jīng)鑒定8號(hào)煤為突出煤層。礦井各煤層透氣性差，屬較難抽放煤層。經(jīng)測(cè)定，3號(hào)煤層透氣性系數(shù)為0.025～0.98mD，礦井瓦斯預(yù)抽率僅為10.17％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。2號(hào)煤層因發(fā)生煤與瓦斯突出事故而被迫停采，礦井將生產(chǎn)重點(diǎn)轉(zhuǎn)為開采下層的3號(hào)煤層。由于2號(hào)煤層與3號(hào)煤層之間的平均間距為31.5m，3號(hào)煤層開采期間本層涌出的瓦斯和鄰近的2號(hào)煤層涌出的瓦斯嚴(yán)重制約了3號(hào)煤層的安全生產(chǎn)，雖采取了地面鉆井抽放、埋管抽放、順層鉆孔抽放、穿層鉆孔抽放、頂板高位巷引排等技術(shù)措施，但是工作面和上隅角的瓦斯仍時(shí)常超限;2號(hào)主焦煤層停采后造成了大量資源浪費(fèi)，對(duì)寧夏焦煤產(chǎn)量造成了嚴(yán)重影響。因此，針對(duì)礦井煤層群開采的實(shí)際情況，如何采用有效的瓦斯治理方法徹底解決2號(hào)、8號(hào)煤層的突出問題及3號(hào)煤層的高瓦斯問題，確保安全地開采2號(hào)主焦煤層。2005年5月國家煤礦安全技術(shù)“會(huì)診”第八專家組對(duì)烏蘭礦井進(jìn)行安全“會(huì)診”，要求從礦井開拓系統(tǒng)及開采方式上研討治理瓦斯方案，研究出針對(duì)烏蘭礦實(shí)際情況的瓦斯治理技術(shù)。2006年4～5月，神寧集團(tuán)、烏蘭礦和中國礦業(yè)大學(xué)經(jīng)過調(diào)研論證后，提出了開展“地面鉆井抽采突出煤層群保護(hù)層開采卸壓瓦斯”的技術(shù)方案。二、技術(shù)方案（一）總體方案經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的綜合計(jì)算，確定的總體方案為：首采7號(hào)煤層，保護(hù)下部8號(hào)煤層，再采8號(hào)煤層，7號(hào)、8號(hào)煤層開采對(duì)2號(hào)、3號(hào)煤層進(jìn)行二次保護(hù)，兩次卸壓抽采，消除其突出危險(xiǎn)性。開采順序?yàn)?號(hào)→8號(hào)→2號(hào)→3號(hào)煤層，2號(hào)、3號(hào)煤層的卸壓瓦斯采取地面鉆井抽采，首采工作面選擇在二水平二階段的5757工作面，抽出瓦斯用于發(fā)電。地面瓦斯抽采鉆井抽采卸壓瓦斯如圖1所示。圖1烏蘭煤礦煤與瓦斯卸壓共采原理圖（二）首采工作面基本參數(shù)5757工作面位于烏蘭井田南翼采區(qū)12~13勘探線之間的二水平二階段，工作面距地表最小垂深為211.4m。5757工作面區(qū)域內(nèi)沉積穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度變化不大，適合于單一煤層走向長壁炮采法，全部冒落法管理頂板。工作面參數(shù)為：肅工作矛面走數(shù)向長足：將60譯0m劈；倘工作攝面傾已斜長需：爛21法0m勝；避煤層塌厚度影：1煮.4弟～紛2爐.3拐m擋，平律均航1.治9m發(fā)；嶼煤層公傾角吐：1慚5吹°寶～2草5雅°籌，平真均2總0冠°府；案首采概區(qū)的買地表鬧地勢(shì)報(bào)平坦貝，空撤曠無路物，躺部分木地區(qū)有存在仇裸露完的基渠巖，廣部分害地區(qū)晚覆蓋肝有1孫～7醋m厚鉗的表沉土層饅，車員輛可揚(yáng)以通鞠行，拆適于刮開展琴地面搜工程饅。祝三、皺地面周鉆井良設(shè)計(jì)棟及施罵工廊（一象）地燕面考革察鉆模井鴿為了頸考察汽2號(hào)建煤層舅的瓦銹斯壓群力變已化及萬卸壓塌邊界萬，在辰首采逮區(qū)內(nèi)漸布置親8個(gè)基瓦斯脂壓力裳測(cè)壓我鉆井耐。姿（1估）布德井。弟測(cè)壓法鉆井井P1霉～P晴3布史置在覆開切爬眼處模，用插來考習(xí)察此羊處邊障界壓命力及孟卸壓耽邊界惱的變安化；屆因?yàn)榭h風(fēng)巷傷處旁失邊的社3號(hào)宵煤層囑已采代，2旗號(hào)煤遷層冒護(hù)落，飾所以夠布置脖測(cè)壓軌鉆井家P4嬸～P瓜6在撐機(jī)巷賤處，黑用來鞠考察刊此處驕邊界汗壓力任及卸目壓邊份界的唯變化綱；測(cè)議壓鉆壓井P暈7～茫P8困布置底在中艙部，介用來促考察遵抽放垮孔之緊間的去卸壓計(jì)范圍慢和效閃果。饅P1處～P奮8鉆借頭都菜鉆至活2號(hào)崖煤層此底板旁以下懇10唐m惠的位有置完最鉆。脆P1凈～P職2相下距壇20仰m復(fù)，P寬2～猴P3咳相距畝18草m爹，P涌4～拿P5按相距浪15晨m妻，P擔(dān)5～影P6蛇相距驕12盲m玩，P抽3～啟P7句相距奴12布0m罩，P粱7～段P8耳相距航23正0m從。蔥（2階）鉆抱井工施程。暫一開巧：用湊φ堪31筐1m際m扶潛孔嫁錘鉆族頭開浩孔，山鉆進(jìn)產(chǎn)至基音巖3雜～5辨m后焦下套殿管，眠然后辯用水沙泥封巾固套嘗管。談二開若：換殘φ濱21藏5.陣9m幅m腰潛孔疲錘鉆丈頭鉆社至2攝號(hào)煤仿層頂裙板以趴上蝴10略m暴處。密三開欣：換誰φ牧11趟4m秩m絡(luò)潛孔懲錘鉆刻頭鉆犯至2概號(hào)煤話層底歡板以候下側(cè)10震m靜的位戒置完盒鉆。甜（3晨）完撥井工清程。洲三開宣鉆完題后，狗下入瓦φ禁50槍mm惹鋼管閥到2敲號(hào)煤懲層頂棋板以箱上炭2m域處，喚用密緊度為盛（1仗.5排0～霞1.意75年）霞×躁10圣3k若g翼/槐m悄3勾的水議泥漿蹄固井皆，固委井段孫從2票號(hào)煤笑層頂?shù)醢逡詯偵峡?0觀m補(bǔ)至孔餐口。循測(cè)壓賞鉆井媽的井戒身結(jié)論構(gòu)如遺圖2觀所示布。用圖2女拼測(cè)壓載鉆井肉井身攻結(jié)構(gòu)刻圖叨圖3匠扛地面沈鉆井諷及抽敘采系簡統(tǒng)布彎置圖屯（二峰）地田面抽戰(zhàn)放鉆海井涌（1毯）布堡井。夢(mèng)根據(jù)聞相關(guān)澇礦區(qū)尋的地萬面卸非壓瓦季斯的功抽放葉工程熄實(shí)踐鼻，卸訓(xùn)壓抽躁放活拿躍期揚(yáng)內(nèi)地專面鉆煤井的注單孔疊瓦斯正流量找高達(dá)蓮2.艘2萬英m躬3辱/d販，C胸H4誤濃度繡大于夏80鼻％，株經(jīng)計(jì)朱算烏差蘭礦炭需要心采用狗流量后不低錫于耳60議m朋3逗/m由in溜的移佛動(dòng)瓦擦斯抽爹放泵振。預(yù)盜計(jì)單判孔瓦格斯流飼量為劈14搶m巾3略/m核in朵，即桿每天便2萬壯m皆3姜，透及氣性億系數(shù)低增加敵15寇00烈倍，餓即營λ香=樹60并m景2薄／(片MP違a2騎·斃d)耳，則盤可計(jì)蟲算得臺(tái)：按滴單井烈連續(xù)學(xué)有效夸抽放麗時(shí)間遞90五a蓬計(jì)算偵，得核直徑究13州9.繪7m圾m尼鉆井廳的有獲效間宿距為窮60錘～1鬧30養(yǎng)m，瞧同時(shí)肺抽放旺鉆井里數(shù)為固14敵個(gè)。浴為了露考察趴相關(guān)偉鉆井塑抽采固參數(shù)瓦，采科用非敢均勻融布井隊(duì)法。意瓦斯鋒抽采徒鉆井驚沿煤況層走娛向兩倡排布嚼置，天如圖丑3所菠示。兩(2奪)鉆桶井工滑程。培一開就：用嫁φ豪24樣5m反m戒潛孔涂錘鉆勝頭開弱孔，軟鉆進(jìn)西至基讓巖3糖～村5m卷后，昏下柏φ征24絹4m套m蜘套管廊，然生后用床水泥書封固獵套管析。二病開：增換忍φ垃21刺9.釋5m益m濕潛孔遙錘鉆杠頭鉆比至浮50什m銜，下幅φ儉19蠟3.充7m節(jié)m緞套管仗，用罷密度旋為(穿1.咸50氣～1涌.7直5)宴×喊10伙3k傾g聾/串m的3縱的水危泥漿猶固井驢至地冰面。羨三開拆：換巾φ芝17虧7m慨m笛潛孔吹錘鉆私頭鉆夜至7愁號(hào)煤趙層頂描板以駕上桃10尸m但的位思置完慮鉆。超(3強(qiáng))完差井工脂程。嫁三開急鉆完蒼后，鳥下入獻(xiàn)φ思13奏9.晃7m坊m吳套管辯。在蛋0～辰11嫌0m衣左右壟處下畏實(shí)管掏，到芝2號(hào)繳煤層城頂板戀以上默10扶m籠處下袍篩管晌，直鋼到7窩號(hào)煤捐層頂言板以帖上過10蜂m款處。渡抽放灘孔的山井身式結(jié)構(gòu)窯如圖摩4所殖示。鈔圖4式馬抽放芽鉆井誕井身們結(jié)構(gòu)廣圖斬四、蚊實(shí)施延效果供（一資）地勤面抽潤采鉆盈井抽灑采瓦駝斯總航結(jié)及懶分析飽20沫07幅年6闖月，傍57雞57臘保護(hù)絹層工啊作面縱開始氏正常的回采含，8曬月受辮采動(dòng)湊卸壓槽的作微用，麻地面屆1號(hào)莊、2韻號(hào)孔改先后扔涌出獎(jiǎng)瓦斯廁，并聞連管濃抽采暗。截副止很20侵08走年1漢月3知1日騙，礦宵井保廊護(hù)層厘開采肉區(qū)域穗已經(jīng)勿抽出勤純瓦展斯匪46姑35填57茫4別m倡3田，其種中單疼孔最扮大抽描采量績達(dá)到亂17厚00榨0棄m欄3程/d腳，抽研采半澡徑達(dá)債到鑄96考m勾，取堅(jiān)得了些顯著止的效爸果。乎1～那6號(hào)蕩鉆井慌、加渡1號(hào)趨和加獻(xiàn)2號(hào)貌鉆井椒的抽損采瓦話斯情艷況見睛表1僵，其和濃度儉和標(biāo)摧準(zhǔn)純脈瓦斯鮮流量移曲線漸分別貧如圖繁5～達(dá)圖1才2所挽示。致圖5該晌1號(hào)泉鉆井煎濃度徹及標(biāo)茄準(zhǔn)純姜瓦斯走流量甜曲線收?qǐng)D鏈圖6資寨2號(hào)退鉆井耍濃度嬸及標(biāo)冤準(zhǔn)純條瓦斯螺流量班曲線滔圖晴圖7堆向3號(hào)粗鉆井艙濃度穿及標(biāo)暖準(zhǔn)純放瓦斯園流量躲曲線體圖早圖8腸威4號(hào)哄鉆井楊濃度挨及標(biāo)繳準(zhǔn)純笨瓦斯干流量誤曲線宏圖荒圖9針譽(yù)5號(hào)使鉆井卡濃度冬及標(biāo)哥準(zhǔn)純察瓦斯抓流量陶曲線釋圖摘圖1亂0蒙6跳號(hào)鉆賢井濃忽度及瘦標(biāo)準(zhǔn)這純瓦拌斯流藥量曲狗線圖皮圖1洽1交加鴉1號(hào)青鉆井鼠濃度期及標(biāo)震準(zhǔn)純角瓦斯挎流量卵曲線討圖竹圖1愉2覺加敬2號(hào)敞鉆井朗濃度類及標(biāo)瞎準(zhǔn)純膏瓦斯充流量鹽曲線巧圖禾各鉆票井的兆單月懸抽采?？偭棵抟姳沓?和銜圖1拔3所街示。押圖1等4給廳出了遙每個(gè)歲鉆井團(tuán)的抽打采量芳，由疼圖可安知2湖號(hào)鉆狂井的徑抽采返量達(dá)躺到昌13迫19沈38支1禾m蠶3鼠，已責(zé)停抽平；1巧號(hào)孔頁的抽蛙采量勾達(dá)到攻13豬09工54所5踐m截3固，仍航然在付持續(xù)些抽采帥之中經(jīng)。圖施15瞧給出霧了每程個(gè)月熊份地舌面鉆渣井的潮抽采蛋量，不8月蝕份由懸于地汁面鉆臺(tái)井剛館進(jìn)入繼卸壓持區(qū)，對(duì)抽采盯的鉆芳井?dāng)?shù)晉少，速抽采壩量最胞少，士為欺53限24批66更m假3受；9騰月份攀采動(dòng)權(quán)卸壓級(jí)作用君活躍班，抽謀采量安最多雞，達(dá)幟到金91離87細(xì)74勵(lì)m下3傳；2把00揚(yáng)7年顧10頃月～眨20助08左年1耗月份脖隨著弟西北奏地區(qū)珠氣溫存降低磚，特孫別是非嚴(yán)寒廢對(duì)抽柱采管寇路的累防積伸水工事作造塘成影角響，惑抽采逗量有峽所下遲降，嚇但各青月份信抽采凳總量盞差別碧不大微，表瀉明卸格壓瓦動(dòng)斯抽裕采工畜作進(jìn)常入正周常期祖。毫圖1嘴3裂各沿個(gè)鉆紹井每詢?cè)碌脑璩椴啥瓮咚估琢肯矆D1深4匪各侵個(gè)鉆倉井抽色采總擦量對(duì)海比瞧穗圖仙15稀說各月送份抽灑采總斥量對(duì)窄比羊（二掩）2犯號(hào)和估3號(hào)祖煤層套殘余格瓦斯陸分析膨57柱57事工作齒面向謀前推作進(jìn)之徒后，蔑2號(hào)味和3交號(hào)煤駐層被糾保護(hù)株，其雨卸壓編瓦斯顫被地炕面抽池采鉆命井抽級(jí)出。穴通過請(qǐng)對(duì)地陵面抽憐采區(qū)警域打御鉆取誓2號(hào)甜、3餅號(hào)煤悠層煤釋樣進(jìn)械行分騰析，多測(cè)定紫得出溝2號(hào)花和3豈號(hào)煤良層卸蔑壓范鳴圍內(nèi)族瓦斯貍抽采銳參數(shù)燙，見械表3僻。間在沒股有采斤取保安護(hù)層宜開采城和地丙面鉆錘井抽治采卸樓壓瓦砍斯時(shí)咬，3獅號(hào)煤籃層的掠瓦斯扯抽采右率僅剖為1巧0.涉17代％，曬與現(xiàn)幟階段旁2號(hào)伯、3握號(hào)煤唇層卸革壓范掛圍內(nèi)杜的瓦深斯抽討采率活對(duì)比偉關(guān)系逢如圖糊16夸所示助。不雪同時(shí)光期煤腸層瓦遵斯抽框采量惱對(duì)比盤如圖滿17營所示朽。裳圖1爺6巴煤業(yè)層瓦傾斯抽蛾采率壁對(duì)比壯旦癥磁圖1濃7總不王同時(shí)記期煤啊層瓦烘斯抽彩采量皆對(duì)比本圖1明8歲P欣3、架P4儲(chǔ)和P鋸7測(cè)剖壓井勻的表瓶壓變流化曲冶線停地面上測(cè)壓娛井測(cè)釋定2翁號(hào)煤穴層瓦托斯壓鄉(xiāng)力，易從5羅75蕩7工下作面駕開始掘回采念至2屢00夏8年項(xiàng)1月乒，P設(shè)3、躺P4手和P襯7測(cè)籮壓井健的表現(xiàn)壓見默表4曉。露通過廚上述鍛實(shí)測(cè)除數(shù)據(jù)昏分析迅，當(dāng)每8號(hào)紀(jì)煤層為開采貢后，地2號(hào)象和3巡號(hào)煤王層的害瓦斯菜壓力禿還將祥進(jìn)一婦步降螞低，頑瓦斯駱含量朋將進(jìn)回一步面減少快。界五、風(fēng)總結(jié)變?yōu)跆m篩煤礦松突出匙煤層續(xù)群煤婆與瓦騎斯安鋼全高福效共況采項(xiàng)尤目雖勾在試口驗(yàn)階象段，陶但所規(guī)取得潑的成吼果是遺有成探效的輸。容(1史)提伙出了鑄煤層翁群開啄采多虎重保僚護(hù)層藝的概伙念，絲并進(jìn)露行了洞工程晨設(shè)計(jì)困，本垮項(xiàng)目柄中7辯號(hào)煤苦層既士是2亭號(hào)、絕3號(hào)鴨煤層報(bào)的下誓保護(hù)濫層，送又是情8號(hào)點(diǎn)煤層超的上澤保護(hù)糖層。濾(2哀)提雙出了訓(xùn)保護(hù)狂層開儲(chǔ)采地府面鉆宮井抽添采和串測(cè)壓禁鉆井變考察辛的新皺方法藥，為者高效宋抽采棒卸壓乓瓦斯慎和監(jiān)續(xù)測(cè)卸殃壓煤茶層的葵殘余傲瓦斯擱壓力暫以及宰考察森卸壓屯邊界飯?zhí)峁┯思贾恍g(shù)手兩段。美(3