无煤柱开采及煤与瓦斯共采关键技术

发布者:张猛发布时间:2015-12-31浏览次数:92

一、适用范围及推广前景

无煤柱开采及煤与瓦斯共采关键技术适用于地质构造复杂,煤岩松软,煤层具有高瓦斯、低头气性、高吸附性、难以实施地面抽采的深部煤层群开采条件。

瓦斯既是我国煤矿生产过程中的主要灾害,也是一种新型的洁净能源和优质化工原料,是21世纪的重要接替能源之一。然而我国煤层气储存条件具有“三低一高”(低饱和度、低渗透性、低储层压力、高变质程度)的特点,地面预先抽采瓦斯技术上面临诸多困难,在现有技术工艺条件下,直接从地面开采煤层气技术不可行,且缺乏风险投资渠道,难以形成规模。卸压开采抽采瓦斯技术打破了传统自上而下的煤层开采程序,可以有效改善煤层透气性,变传统保护层瓦斯自然排放为集中卸压抽采,在我国获得广泛应用。在煤层群中选择安全可靠的煤层首先开采,造成上下煤岩层膨胀变形、松动卸压,增加煤层透气性;同时在被卸压煤层顶底板设计巷道、钻孔抽采卸压瓦斯,实现高瓦斯煤层在低瓦斯状态下的安全开采。

利用无煤柱开采及煤与瓦斯共采关键技术,可以将高瓦斯、高地压、低透气性煤层群的技术难题等统一考虑,首采关键卸压层,沿首采工作面采空区边缘快速机械化构筑高强支撑体,将回采巷道保留下来,形成无煤柱连续开采,实现全面卸压开采;在留巷内布置上下向高低位抽采钻孔直达卸压瓦斯富集区域,实现连续抽采卸压瓦斯与综采工作面采煤同步推进,实现高效的工业化煤与瓦斯共采,抽采的高、低浓度瓦斯分开输送到地面加以利用。

研究成果不仅可以有效解决高瓦斯工作面瓦斯抽采问题,还可以提高煤炭资源的回收率,降低工作面温度,消除煤柱应力集中,简化开采布局和采区巷道系统。

二、技术内容

(一)基本原理

通过研究岩层结构、瓦斯赋存和巷道等资料,基于理论分析、现场测试和数值模拟等方法,对首采层开采后采动影响区应力场分布规律、采空区顶底板岩层裂隙的分布及动态演化规律、无煤柱Y型通风采空区瓦斯分布规律展开研究,并在此基础上提出首采层无煤柱沿空留巷替代预先布置的专用瓦斯抽采岩巷,改U型通风为Y型或H型通风方式,在留巷内布置钻孔连续抽采采空区卸压瓦斯的技术思路,并创新强动压巷道围岩控制技术,成功解决了低透气性高瓦斯煤矿安全高效开采技术难题,打破了国外学术界认为在松软低透煤层中瓦斯难以抽采的论断,将低透气性高瓦斯煤层安全高效开采推向“无煤柱煤与瓦斯共采”科学采矿的新阶段。

(二)关键技术描述

关键技术一:沿空留巷围岩稳定性控制技术。采取支护承载区注浆加固,优化围岩结构采用高强、大预应力锚杆索,强化支护构件提升一次支护的强度,采用“三位一体”技术(即抗顶板剪切回转锚杆主动支护、采动应力调整期间巷内自移辅助加强支护、高承载性能巷旁充填墙体支护)最终保证留巷结构围岩的稳定性。

关键技术二:无煤柱沿空留巷墙体构筑技术。针对多种工作面开采条件,形成了包括人工模板、机械模板、机械框架模板、吊袋柔模等多种墙体构筑工艺技术,具体选用时要与工作面回采速度匹配保证沿空留巷巷旁充填墙体紧随工作面及时构筑避免影响工作面推进速度

关键技术三:无煤柱留巷充填材料制备和泵送工艺。包括高水充填材料制备和泵送工艺以及膏体混凝土充填材料制备和泵送工艺,形成了强度高(30MPa)、密闭性好、可远距离输送,且具有一定的可缩性和再胶结性的高性能系列充填材料。

关键技术四:沿空留巷瓦斯综合治理技术。根据覆岩卸压、渗透率分布、抽采瓦斯动态运移规律,将抽采钻孔的终孔位置布置在高度卸压(解吸)、高渗透率、高浓度区域,采用地面钻井、埋管及留巷穿层钻孔和裂隙带钻孔相结合的瓦斯综合治理技术。

三、主要技术指标

1)抽采出的瓦斯浓度高达60%100%

2)被卸压煤层瓦斯预抽率达70%以上;

3)实现无煤柱开采,多回收区段煤柱820m,提高回采率3%10%

4)降低工作面温度35,改善劳动环境。

四、典型案例及成效

典型实例:淮南矿区无煤柱与煤与瓦斯共采

在淮南矿区新庄孜矿、顾桥矿两种煤层群条件的煤矿,成功开展了系统的工业性试验,实现了煤与瓦斯共采,瓦斯抽采浓度、抽采效率最大化;Y型通风方式消除了采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限事故;实现了无煤柱开采,多回收区段煤柱820m,提高回采率3%10%;节省了至少两条岩巷和一条煤巷,降低了掘进成本和矸石排放量,简化了开采布局和采区巷道系统;采的瓦斯浓度高,可直接高效利用,实现了节能减排;解放了矿区生产力,杜绝了瓦斯爆炸事故。

  

 

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