煤与瓦斯突出区域课件

煤与瓦斯突出区域防治技术煤与瓦斯突出区域防治技术North China Institute of Science and Technology传统技术途径：传统技术途径：局部瓦斯治理技术局部瓦斯治理技术突出煤层突出煤层防突工程防突工程煤层巷道煤层巷道重大危险源重大危险源突出突出预测预测防突防突措施措施效果效果检验检验安全安全防护防护问题：问题：工作工作人员需长人员需长期在突出煤层中作业期在突出煤层中作业任一环节出现问题都任一环节出现问题都可能发生突出事故，可能发生突出事故，造成人员伤亡造成人员伤亡。区域防突措施先行，局部防突措施补充区域防突措施先行，局部防突措施补充区域防突措施先行，局部防突措施补充区域防突措施先行，局部防突措施补充不掘突出头、不采突出面不掘突出头、不采突出面不掘突出头、不采突出面不掘突出头、不采突出面 区域综合防突措施区域综合防突措施区域突出危险性预测区域突出危险性预测区域防突措施区域防突措施区域措施效果检验区域措施效果检验区域验证区域验证局部综合防突措施局部综合防突措施工作面危险性预测工作面危险性预测工作面防突措施工作面防突措施工作面措施效果检验工作面措施效果检验安全防护措施安全防护措施区域防突措施先行区域防突措施先行区域防突措施（开采保护层、预抽煤层区域防突措施（开采保护层、预抽煤层瓦斯）瓦斯）三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术Yes单一突出煤层单一突出煤层区域性瓦斯治理技术区域性瓦斯治理技术抽采被保护层抽采被保护层卸压瓦斯卸压瓦斯煤层群煤层群开采保护层开采保护层区域性增透区域性增透强化抽采瓦斯强化抽采瓦斯低瓦斯低瓦斯煤层煤层保护层保护层突出否突出否No下保护层开采上保护层开采保护层被保护层保护层被保护层三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术开采保护层选择：开采保护层选择：三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术煤层群开采在有效保护垂距内存在厚度煤层群开采在有效保护垂距内存在厚度0.5m0.5m及以上无突及以上无突出危险煤层出危险煤层(特殊经济价值的，开采软岩或厚度小于0.5m)择优开采保护效果最好的煤层择优开采保护效果最好的煤层选择突出危险性小的煤层作为保护层先开采选择突出危险性小的煤层作为保护层先开采优先选择上保护层优先选择上保护层三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术开采保护层要求：开采保护层要求：开采保护层时，同时抽采被保层瓦斯开采保护层时，同时抽采被保层瓦斯近距离开采保护层，应采取措施防止被保护层的卸压瓦斯突出涌近距离开采保护层，应采取措施防止被保护层的卸压瓦斯突出涌入保护层采掘工作面或误穿煤层入保护层采掘工作面或误穿煤层正在开采的保护层工作面超前被保护层掘进工作面，不得小于层正在开采的保护层工作面超前被保护层掘进工作面，不得小于层间垂距的间垂距的3 3倍，并不得小于倍，并不得小于100m100m开采保护层时，采空区内不得留有煤柱开采保护层时，采空区内不得留有煤柱保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术技术难点技术难点技术难点技术难点复杂地质条件下，被保护层卸压程度低，增透效果有限；复杂地质条件下，被保护层卸压程度低，增透效果有限；卸压瓦斯解吸流动特性及汇聚规律不清楚；卸压瓦斯解吸流动特性及汇聚规律不清楚；瓦斯抽采方法和技术参数难于确定。瓦斯抽采方法和技术参数难于确定。三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术采动应力场、裂隙场、瓦斯渗流场采动应力场、裂隙场、瓦斯渗流场技术原理技术原理技术原理技术原理上被保护层上被保护层下被保护层下被保护层保护层保护层原始煤体原始煤体卸压煤体卸压煤体m+m地应力地应力m保护层开采后，顶底板内煤体移动保护层开采后，顶底板内煤体移动被保护层地应力降低、发生膨胀变形被保护层地应力降低、发生膨胀变形保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术被保护层相对膨胀变形被保护层相对膨胀变形被保护层透气性增加被保护层透气性增加被保护层被保护层透气性增加透气性增加几百几千倍几百几千倍技术原理技术原理技术原理技术原理相对变形相对变形相对变形相对变形340保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术被保护层钻孔瓦斯抽采量被保护层钻孔瓦斯抽采量被保护层瓦斯压力被保护层瓦斯压力瓦斯抽采量显著增加瓦斯抽采量显著增加单孔流量达单孔流量达1m1m3 3/min/min瓦斯压力降低瓦斯压力降低到到0.5MPa0.5MPa以下以下技术原理技术原理保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术断裂带垮落带弯曲带底鼓变形带底鼓裂隙带卸压区卸压区应力集中区应力集中区应力集中区应力集中区保护层远距离被保护层超远距离被保护层下被保护层穿层钻孔高抽巷地面钻井地面钻井关键技术关键技术配套的卸压瓦斯抽采方法和技术参数配套的卸压瓦斯抽采方法和技术参数保护层开采及卸压瓦斯抽采工作程序保护层开采及卸压瓦斯抽采工作程序 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术底板岩巷网格式上向穿层钻孔抽采示意图底板岩巷网格式上向穿层钻孔抽采示意图 (a)(a)剖面图；（剖面图；（b)b)平面图平面图.三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术保护层开采示意图保护层开采示意图 (a)(a)下保护层开釆下保护层开釆;（b)b)上保护层开采上保护层开采高抽巷高抽巷被保护层被保护层保护层保护层136 m应用实例应用实例 1底板岩巷底板岩巷穿层钻孔穿层钻孔层间距层间距 136m 136m 超远距离超远距离保护层开采保护层开采底板岩巷网格式穿层钻孔和高抽巷抽采法底板岩巷网格式穿层钻孔和高抽巷抽采法保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术被保护层组被保护层组保护层保护层地面钻井地面钻井钻井位置钻井位置100100110m110m远距离保护层开采（远距离保护层开采（100100110m110m）地面钻井抽采法地面钻井抽采法保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例应用实例 2下被保护层下被保护层16m16m50m50m上被保护层上被保护层保护层保护层保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术厚度厚度 0.4m 0.4m 极薄关键极薄关键保护层开采保护层开采上下底板岩巷网格式穿层钻孔抽采法上下底板岩巷网格式穿层钻孔抽采法穿层钻孔穿层钻孔底板岩巷底板岩巷穿层钻孔穿层钻孔底板岩巷底板岩巷应用实例应用实例 3组合上保护层组合上保护层被保护层被保护层303050m50m穿层钻孔穿层钻孔底板岩巷底板岩巷保护层保护层 1 1保护层保护层 2 2不稳定薄煤层组合不稳定薄煤层组合保护层开采及保护层开采及卸压瓦斯抽采卸压瓦斯抽采保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例应用实例 4各种倾角各种倾角保护层开采及卸压瓦斯抽采保护层开采及卸压瓦斯抽采近水平煤层近水平煤层倾斜煤层倾斜煤层急倾斜煤层急倾斜煤层保护层开采及卸压瓦斯抽采技术保护层开采及卸压瓦斯抽采技术应用实例应用实例 5三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术淮北朱仙庄煤矿未保护范围煤巷条带的瓦斯抽采钻孔布置示意图淮北朱仙庄煤矿未保护范围煤巷条带的瓦斯抽采钻孔布置示意图 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术保护效果检验考察钻孔布置示意图保护效果检验考察钻孔布置示意图 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术被保护层工作面走向保护边界考察钻孔布置示意被保护层工作面走向保护边界考察钻孔布置示意 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术被保护层工作面倾向保护边界考察钻孔布置示意图被保护层工作面倾向保护边界考察钻孔布置示意图 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术保护层工作面与被保护层工作面布置平面图保护层工作面与被保护层工作面布置平面图 淮南潘一矿远距离下保护层开采淮南潘一矿远距离下保护层开采三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术卸压范围内瓦斯抽采钻孔布置图卸压范围内瓦斯抽采钻孔布置图 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术未卸压范围内瓦斯抽采钻孔布置未卸压范围内瓦斯抽采钻孔布置 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术保护层工作面布置平面图保护层工作面布置平面图 沈阳红菱近距离薄煤层上保护层开采沈阳红菱近距离薄煤层上保护层开采三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术被保护层工作面底板岩巷上向网格式穿层钻孔剖面图被保护层工作面底板岩巷上向网格式穿层钻孔剖面图 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术网格式上向穿网格式上向穿层钻孔施工平面孔施工平面图三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术保护层工作面与被保护层工作面对应关系保护层工作面与被保护层工作面对应关系 阳泉新景故超远距离下保护层开采阳泉新景故超远距离下保护层开采8020180201保护层工作面保护层工作面73157315被保护层工作面被保护层工作面三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术内内错式尾巷式尾巷“U U+I”I”型通型通风方式布置方式布置示意示意图 (a)(a)平面平面图；（b)b)倾向剖面向剖面保护层工作面瓦斯治理保护层工作面瓦斯治理三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术底板巷道网格式上向穿层钻孔瓦斯抽采方法示意图底板巷道网格式上向穿层钻孔瓦斯抽采方法示意图 被保护层工作面卸压瓦斯抽采被保护层工作面卸压瓦斯抽采三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术郑煤集团崔庙矿钻采极薄下保护层开采郑煤集团崔庙矿钻采极薄下保护层开采三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术被保护层底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法（钻孔间距被保护层底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法（钻孔间距7m7m）三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术被保护层后尾抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法（钻孔间距被保护层后尾抽巷穿层钻孔瓦斯抽采方法（钻孔间距15m15m）三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术淮北海孜矿巨厚火成岩条件下保护层开采淮北海孜矿巨厚火成岩条件下保护层开采高抽巷内施工的穿层钻孔布置图高抽巷内施工的穿层钻孔布置图 (a)(a)剖面图；（剖面图；（b)b)平面图平面图 按上述顺序优先选择，或多种方式进行三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术地面井预抽煤层瓦斯地面井预抽煤层瓦斯以及以及井下井下穿层孔或顺层孔穿层孔或顺层孔预抽区段煤层瓦斯预抽区段煤层瓦斯穿层孔预抽煤巷条带煤层瓦斯穿层孔预抽煤巷条带煤层瓦斯顺层孔或穿层孔顺层孔或穿层孔预抽回采区域煤层瓦斯预抽回采区域煤层瓦斯穿层孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯穿层孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯顺层孔预抽煤巷条带煤层瓦斯顺层孔预抽煤巷条带煤层瓦斯预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术(1)(1)地面井预抽煤层瓦斯区域防突措施示意图地面井预抽煤层瓦斯区域防突措施示意图预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术(2)(2)穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施示意图穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施示意图预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术(3)(3)顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施示意图顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施示意图预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术(4)(4)穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施示意图穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施示意图预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术(5)(5)顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施示意图顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施示意图多分支羽状水平井示意图多分支羽状水平井示意图 多分支水平井分类图多分支水平井分类图 地面钻井抽采地面钻井抽采等容状态下注入等容状态下注入C02C02或或N2N2驱驱替提取替提取CH4CH4实验曲线比较实验曲线比较 混合气体驱替煤层气技术示意图混合气体驱替煤层气技术示意图 地面钻井驱替增产地面钻井驱替增产底板岩巷大面积穿层钻孔采前抽底板岩巷大面积穿层钻孔采前抽采煤层瓦斯钻孔布置示意图采煤层瓦斯钻孔布置示意图 （a a）平面图；平面图；(b)(b)走向剖面图走向剖面图;（c)c)倾向倾向剖面图剖面图 底板岩巷密集穿层钻孔条带预抽钻孔布置示意图底板岩巷密集穿层钻孔条带预抽钻孔布置示意图 (a)(a)平面图；（平面图；（b)b)走向剖面图；（走向剖面图；（c)c)倾向剖面图倾向剖面图 双底扳岩巷网格式穿层钻孔布置示意图（双底扳岩巷网格式穿层钻孔布置示意图（芦岭矿芦岭矿）三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术预抽煤层瓦斯预抽煤层瓦斯工作面倾向顺层钻孔布置示意图工作面倾向顺层钻孔布置示意图 工作面工作面倾向向倾斜斜顺层钻孔布置示意孔布置示意图工作面扇形顺层钻孔布置示意图工作面扇形顺层钻孔布置示意图 顺层长钻孔递进掩护瓦斯抽采钻孔布置示意图顺层长钻孔递进掩护瓦斯抽采钻孔布置示意图 抽采钻孔漏气严重，瓦斯抽采浓度低抽采钻孔漏气严重，瓦斯抽采浓度低抽采钻孔漏气严重，瓦斯抽采浓度低抽采钻孔漏气严重，瓦斯抽采浓度低 机械式封孔，封孔距离短，长时间封孔效果差，机械式封孔，封孔距离短，长时间封孔效果差，机械式封孔，封孔距离短，长时间封孔效果差，机械式封孔，封孔距离短，长时间封孔效果差，封孔成本高，临时封孔封孔成本高，临时封孔封孔成本高，临时封孔封孔成本高，临时封孔无机材料（水泥浆）等封堵裂隙能力有限，凝固无机材料（水泥浆）等封堵裂隙能力有限，凝固无机材料（水泥浆）等封堵裂隙能力有限，凝固无机材料（水泥浆）等封堵裂隙能力有限，凝固后易收缩，钻孔倾角小时形成后易收缩，钻孔倾角小时形成后易收缩，钻孔倾角小时形成后易收缩，钻孔倾角小时形成“月牙月牙月牙月牙”形空隙形空隙形空隙形空隙高分子材料封孔速度快，操作要求不超过高分子材料封孔速度快，操作要求不超过高分子材料封孔速度快，操作要求不超过高分子材料封孔速度快，操作要求不超过5min5min5min5min，两个缺陷：抗压强度低，可压缩量很大两个缺陷：抗压强度低，可压缩量很大两个缺陷：抗压强度低，可压缩量很大两个缺陷：抗压强度低，可压缩量很大三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术手动注浆泵两端有机材料两端有机材料,中间手动压注有机材料中间手动压注有机材料三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术化学注浆封孔化学注浆封孔三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术1-瓦斯气体CH4流 2-漏入空气流 3-密封材料 4-封孔抽采管 钻孔漏气示意图 如何克服如何克服巷道空气通过钻孔周边的裂隙和巷道空气通过钻孔周边的裂隙和封孔材料之间的微裂隙向钻孔内泄漏封孔材料之间的微裂隙向钻孔内泄漏成为急需成为急需解决的问题。解决的问题。三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术煤体1243 裂隙充填主动支护封孔机理示意图裂隙充填主动支护封孔机理示意图1-1-裂裂隙隙充充填填区区 2-2-膨膨胀胀支支护护力力 3-3-膨膨胀胀水水泥泥柱柱 4-4-封孔抽采管封孔抽采管三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术特点：特点：特点：特点：承压注浆，有效封堵承压注浆，有效封堵承压注浆，有效封堵承压注浆，有效封堵抽采钻孔初期漏气通抽采钻孔初期漏气通抽采钻孔初期漏气通抽采钻孔初期漏气通道道道道主动支护抽采钻孔，主动支护抽采钻孔，主动支护抽采钻孔，主动支护抽采钻孔，避免后期漏气通道的避免后期漏气通道的避免后期漏气通道的避免后期漏气通道的产生产生产生产生 瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采钻孔主动承压式密封主动承压式密封材料与技术研究材料与技术研究三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术气囊延时膨胀封孔气囊延时膨胀封孔装置及工艺技术装置及工艺技术91234867547101-1-煤体；煤体；2-2-注浆管；注浆管；3-3-钻孔周围松动圈；钻孔周围松动圈；4-4-端头气囊；端头气囊；5-5-出浆口；出浆口；6-6-抽采管；抽采管；7-7-瓦斯流；瓦斯流；8-SP-I8-SP-I注浆材料；注浆材料；9-9-注水单向针阀；注水单向针阀；10-10-直通直通气囊封堵带压注浆封孔原理图气囊封堵带压注浆封孔原理图三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术产品特点：产品特点：高水灰比，质量比可达高水灰比，质量比可达1.21.2：1 1流动性好，流动性好，40min40min内流动性无损失内流动性无损失速凝早强，速凝早强，1 1小时开始缓慢膨胀，小时开始缓慢膨胀，1 1小时小时5050分钟膨胀进程结束，分钟膨胀进程结束，2 2小时小时3030分钟固结体完全硬化，强度达到分钟固结体完全硬化，强度达到3MPa3MPa以上以上膨胀性好，膨胀率达到膨胀性好，膨胀率达到15%15%以上，且后期无收缩干裂现象。以上，且后期无收缩干裂现象。三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术不加表面活性剂的样品的不加表面活性剂的样品的SEM图图 加入加入1%表面活性剂的样品的表面活性剂的样品的SEM图图 速凝膨胀水泥封孔材料的膨胀机理在于表面活性剂使水化产速凝膨胀水泥封孔材料的膨胀机理在于表面活性剂使水化产物钙矾石晶体尺寸较小或（和）呈放射状分布物钙矾石晶体尺寸较小或（和）呈放射状分布 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术搅拌器注浆泵注浆泵端头气囊端头气囊端头气囊端头气囊SNZQ-P材料煤体煤体气囊封堵带压注浆技术整体布置图气囊封堵带压注浆技术整体布置图 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术瓦斯抽放系统布置图三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术顺层试验孔S1和对比孔D1瓦斯浓度变化顺层试验孔S2和对比孔D1瓦斯浓度变化顺层试验孔S3和对比孔D1瓦斯浓度变化顺层试验孔S4和对比孔D1瓦斯浓度变化瓦斯抽采管网系统示意瓦斯抽采管网系统示意 三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术矿井瓦斯抽采管网远程控制自动放水系统矿井瓦斯抽采管网远程控制自动放水系统三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术系统自动进水过程系统自动进水过程三、煤与瓦斯突出区域防治技术三、煤与瓦斯突出区域防治技术