地面钻井抽采突出煤层群保护层开采卸压瓦斯技术-国家安全生产监督.docVIP

地面钻井抽采突出煤层群保护层 开采卸压瓦斯技术 神华宁夏煤业集团公司乌兰煤矿 一、矿井概况及项目研究意义 乌兰煤矿是神华宁夏煤业集团公司所属重点矿井之一，是公司的焦煤生产基地，始建于1966年，1975年建成投产。井田位于内蒙古阿拉善盟左旗的呼鲁斯太矿区，走向长约5km，倾斜宽约3km，面积为15km2。矿井原设计年产能力90万t，后来经改扩建，2007年矿井实际产量187万t。矿井主采2号、3号、7号、8号煤层。2号煤为中厚煤层，平均煤厚3.28m；3号煤为特厚煤层，平均煤厚9.22m，储量占全矿井57％；7号煤平均煤厚1.89m；8号煤平均煤厚2.77m。煤层倾角为20°~25°，2号与3号煤的平均层间距为31.5m，3号与7号煤的平均层间距为75m，7号与8号煤的平均层间距为4.2m。煤种为肥煤和1/3焦煤，现矿井地质储量13363.9万t，可采储量8143万t。 乌兰煤矿为煤与瓦斯突出矿井。2007年矿井瓦斯绝对涌出量为104.64 m3/min，相对瓦斯涌出量为29.96 m3/t。2号和8号煤层均为突出煤层，3号和7号煤层为非突出煤层。1987年1月11日在1350水平北一采区二石门掘进揭2号煤时发生了煤与瓦斯突出，突出煤量90t、瓦斯1.5万m3，2号煤层被定为突出煤层，随后5232、5233机巷掘进中先后发生倾出，从此2号煤层再未开采。8号煤层在5867风、机巷掘进过程中曾多次出现突出预兆，2007年8月14日发生煤与瓦斯倾出，倾出煤量3~5t，瓦斯1600 m3，后经鉴定8号煤为突出煤层。 矿井各煤层透气性差，属较难抽放煤层。经测定，3号煤层透气性系数为0.025～0.98mD，矿井瓦斯预抽率仅为10.17％，远远达不到标准规定的要求。 2号煤层因发生煤与瓦斯突出事故而被迫停采，矿井将生产重点转为开采下层的3号煤层。由于2号煤层与3号煤层之间的平均间距为31.5m，3号煤层开采期间本层涌出的瓦斯和邻近的2号煤层涌出的瓦斯严重制约了3号煤层的安全生产，虽采取了地面钻井抽放、埋管抽放、顺层钻孔抽放、穿层钻孔抽放、顶板高位巷引排等技术措施，但是工作面和上隅角的瓦斯仍时常超限;2号主焦煤层停采后造成了大量资源浪费，对宁夏焦煤产量造成了严重影响。因此，针对矿井煤层群开采的实际情况，如何采用有效的瓦斯治理方法彻底解决2号、8号煤层的突出问题及3号煤层的高瓦斯问题，确保安全地开采2号主焦煤层。2005年5月国家煤矿安全技术“会诊”第八专家组对乌兰矿井进行安全“会诊”，要求从矿井开拓系统及开采方式上研讨治理瓦斯方案，研究出针对乌兰矿实际情况的瓦斯治理技术。2006年4～5月，神宁集团、乌兰矿和中国矿业大学经过调研论证后，提出了开展“地面钻井抽采突出煤层群保护层开采卸压瓦斯”的技术方案。 二、技术方案 （一）总体方案 经过技术、经济的综合计算，确定的总体方案为：首采7号煤层，保护下部8号煤层，再采8号煤层，7号、8号煤层开采对2号、3号煤层进行二次保护，两次卸压抽采，消除其突出危险性。开采顺序为7号→8号→2号→3号煤层，2号、3号煤层的卸压瓦斯采取地面钻井抽采，首采工作面选择在二水平二阶段的5757工作面，抽出瓦斯用于发电。 地面瓦斯抽采钻井抽采卸压瓦斯如图1所示。 图1 乌兰煤矿煤与瓦斯卸压共采原理图 （二）首采工作面基本参数 5757工作面位于乌兰井田南翼采区12~13勘探线之间的二水平二阶段，工作面距地表最小垂深为211.4m。5757工作面区域内沉积稳定，煤层结构简单，煤层厚度变化不大，适合于单一煤层走向长壁炮采法，全部冒落法管理顶板。工作面参数为： 工作面走向长：600m； 工作面倾斜长：210m； 煤层厚度：1.4～2.3m，平均1.9m； 煤层倾角：15°～25°，平均20°； 首采区的地表地势平坦，空旷无物，部分地区存在裸露的基岩，部分地区覆盖有1～7m厚的表土层，车辆可以通行，适于开展地面工程。 三、地面钻井设计及施工 （一）地面考察钻井 为了考察2号煤层的瓦斯压力变化及卸压边界，在首采区内布置8个瓦斯压力测压钻井。 （1）布井。测压钻井P1～P3布置在开切眼处，用来考察此处边界压力及卸压边界的变化；因为风巷处旁边的3号煤层已采，2号煤层冒落，所以布置测压钻井P4～P6在机巷处，用来考察此处边界压力及卸压边界的变化；测压钻井P7～P8布置在中部，用来考察抽放孔之间的卸压范围和效果。P1～P8钻头都钻至2号煤层底板以下10m的位置完钻。P1～P2相距20m，P2～P3相距18m，P4～P5相距15m，P5～P6相距12m，P3～P7相距120m，P7～P8相距230m。 （2）钻井工程。一开：用φ311mm潜孔锤钻头开孔，钻进至基岩3～5m后下套管，然后用水泥封固套管。二开：换φ215.9mm潜