煤与瓦斯突出区域

三、煤与瓦斯突出区域防治技术
预抽煤层瓦斯
(2)穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施示意图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
预抽煤层瓦斯
(3)顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施示意图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
预抽煤层瓦斯
(4)穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施示意图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
透气性系数/m 2 ·（MPa·d）-1 ×
10000 1000
10 -2
100 10 1 -100
‰
-50 0 50 100 150 200 250
被保护层 透气性增加 几百～几千倍
与工作面的距离/m
被保护层透气性增加
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
技术原理
1.5
1 0.8
压力/MPa
瓦斯流量/m 3 ·min -1
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
机械式抽放封孔器
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
静压注水式抽放封孔器
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
锥形胶囊式抽放封孔器
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
聚氨酯封孔
＊封孔长度较短，难以超过裂隙带 ＊聚氨酯发泡时间短（2min），没有操作简单的封孔设备
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
应用实例 3
上被保护层
瓦斯抽排量/m 3 /min
30 25
50m 保护层 16m 下被保护层 底板岩巷
穿层钻孔
20 15 10 5
穿层钻孔 底板岩巷
0 6/29
9/27
12/26 日期
3/26
6/24
厚度 0.4m 极薄关键保护层开采 上下底板岩巷网格式穿层钻孔抽采法
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7m）
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15m）
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
•
高抽巷内施工的穿层钻孔布置图 (a)剖面图；（b)平面图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术 预抽煤层瓦斯
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
应用实例 2
被保护层组 地面钻井
35
抽采量/m 3/min
抽采瓦斯量
抽采瓦斯浓度
100 80 60 40 20
抽采浓度/%
28 21 14 7
钻井位置
100～110m
0 0
保护层
0 40 80 120 时间/d 160 200
远距离保护层开采（100～110m） 地面钻井抽采法
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术 关键技术 地面钻井
弯曲带
超远距离被保护层
穿层钻孔 远距离被保护层 高抽巷
断裂带 垮落带
底鼓裂隙带
保护层 下被保护层
底鼓变形带
应力集中区
卸压区
应力集中区
配套的卸压瓦斯抽采方法和技术参数
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
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
化学注浆封孔
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
聚氨酯加水泥浆封孔
聚氨酯作为水泥浆的辅助材料，封孔长度增加
一次封孔示意
二次封孔示意
二次封孔给料装置
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成为急需解 决的问题。
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
应用实例 4
组合上保护层 保护层 2
25 20 15 10 5 0
保护层 1
30～50m
被保护层
抽采量/m 3 /min
穿层钻孔 底板岩巷
0
50
100
150 时间/d
200
250
300
不稳定薄煤层组合保护层开采及 卸压瓦斯抽采
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
应用实例 5
近水平煤层
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 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 间垂距的3倍，并不得小于100m •开采保护层时，采空区内不得留有煤柱
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
1
2
煤体
4
3
裂隙充填主动支护封孔机理示意图 1- 裂隙充填区 2- 膨胀支护力 3- 膨胀水 泥柱 4-封孔抽采管
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
特点：
瓦斯抽采钻孔主 动承压式密封材 料与技术研究
• 承压注浆，有效封堵抽 采钻孔初期漏气通道 • 主动支护抽采钻孔，避 免后期漏气通道的产生
预抽煤层瓦斯
(5)顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施示意图
地面钻井抽采
多分支羽状水平井示意图
•多分支水平井分类图
•混合气体驱替煤层气技术示意图
•等容状态下注入C02或N2驱 替提取CH4实验曲线比较
地面钻井驱替增产
•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 （a） 平面图；(b)走向剖面图;（c)倾向 剖面图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术


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，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，凝固后易收 缩，钻孔倾角小时形成“月牙”形空隙 高分子材料封孔速度快，操作要求不超过5min，两个缺 陷：抗压强度低，可压缩量很大
底板岩巷密集穿层钻孔条带预抽钻孔布置示意图 (a)平面图；（b)走向剖面图；（c)倾向剖面图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
预抽煤层瓦斯
•双底扳岩巷网格式穿层钻孔布置示意图（芦岭矿）
•工作面倾向顺层钻孔布置示意图
•
•工作面扇形顺层钻孔布置示意图
•工作面倾向倾斜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
•
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
淮南潘一矿远距离下保护层开采
•
保护层工作面与被保护层工作面布置平面图
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
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
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
沈阳红菱近距离薄煤层上保护层开采
32 213 (1) 2号运输石门
18 17
6 5 4 1 3 6 11 4 7 9 1 3 6
不加表面活性剂的样品的SEM图
加入1%表面活性剂的样品的SEM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 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
煤体 SNZQ-P材料
端头气囊
端头气囊
注浆泵
搅拌器
气囊封堵带压注浆技术整体布置图
注浆管
端部注浆装置
注浆阀
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
下被保护层
卸压煤体
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
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
技术原理
25 20
相对变形
相对变形
15 10 5 0 -300 -200 -100 0 -5 距离/m 100 200 300
m
m 3～ 40‰ m
相对膨胀变形/‰
被保护层相对膨胀变形
•地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层孔或顺层孔预抽区段煤层瓦斯 •穿层孔预抽煤巷条带煤层瓦斯 •顺层孔或穿层孔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 •顺层孔预抽煤巷条带煤层瓦斯
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
预抽煤层瓦斯
(1)地面井预抽煤层瓦斯区域防突意图 (a)剖面图；（b)平面图.
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
•
•保护层开采示意图 (a)下保护层开釆;（b)上保护层开采
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术 应用实例 1
被保护层
250 K8206工作面瓦斯量 200
瓦斯排放量m 3 /min 瓦斯排放量m 3 /min
区域性瓦斯治理技术 煤层群
保护层 突出否
单一突出煤层
Yes
区域性增透 强化抽采瓦斯
No
开采保护层 抽采被保护层 卸压瓦斯
低瓦斯 煤层
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
保护层
被保护层
被保护层 保护层
下保护层开采
上保护层开采
三、煤与瓦斯突出区域防治技术 开采保护层选择：
•煤层群开采在有效保护垂距内存在厚度0.5m及以上无突 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 •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
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
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； •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。
采动应力场、裂隙场、瓦斯渗流场
保护层开采及卸压瓦斯抽采技术
地应力
技术原理
上被保护层
m
原始煤体
保护层
m+△m
•
保护层工作面布置平面图
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
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
• •
网格式上向穿层钻孔施工平面图
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
阳泉新景故超远距离下保护层开采
80201保护层工作面 7315被保护层工作面
•
保护层工作面与被保护层工作面对应关系
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
产品特点： • 高水灰比，质量比可达1.2：1 • 流动性好，40min内流动性无损失 • 速凝早强，1小时开始缓慢膨胀，1小时50分钟膨胀进程结束，2 小时30分钟固结体完全硬化，强度达到3MPa以上 • 膨胀性好，膨胀率达到15%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
North China Institute of Science and Technology
煤与瓦斯突出区域防治技术
传统技术途径：局部瓦斯治理技术
突出 预测
防突 措施
效果 检验
安全 防护
重大危险源
问题：工作人员需长 期在突出煤层中作业 任一环节出现问题都 可能发生突出事故， 造成人员伤亡。
防突工程
突出煤层
煤层巷道
区域防突措施先行
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
区域综合防突措施
局部综合防突措施
区域突出危险性预测 区域防突措施 区域措施效果检验 区域验证
工作面危险性预测 工作面防突措施
工作面措施效果检验
安全防护措施
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
• 区域防突措施（开采保护层、预抽煤层 瓦斯）
聚氨酯封孔泵系统
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
2
3
4
5
1
6
BSF型聚胺脂封孔泵 1—高压气源装置； 2—减压装置； 3—高压气管； 4—注液罐； 5—混合搅拌器皿； 6—输送管路。
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
高弹伸缩式抽放封孔器
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
手动注浆泵
两端有机材料,中间手动压注有机材料
倾斜煤层
急倾斜煤层
各种倾角保护层开采及卸压瓦斯抽采
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
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
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
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
保护层工作面瓦斯治理
•
•
•内错式尾巷“ U +I”型通风方式布置示意 图 (a)平面图；（b)倾向剖面
三、煤与瓦斯突出区域防治技术
被保护层工作面卸压瓦斯抽采
•
底板巷道网格式上向穿层钻孔瓦斯抽采方法示意图
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
•
1.2 0.9 0.6 0.3 0 -100
0.6 0.4 0.2 0
1#测压孔 2#测压孔 3#测压孔
-50
0
50
100
150
200
250
150
120
90
60
30
0
与工作面的距离/m
测压孔距工作面距离/m
被保护层钻孔瓦斯抽采量
被保护层瓦斯压力
瓦斯抽采量显著增加 单孔流量达1m3/min
瓦斯压力降低 到0.5MPa以下
40 32 24 16 8 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 K8206工作面距K7209尾巷的距离/m
穿层钻孔
底板岩巷
K7209工作面瓦斯量
150 100 50 0 -50 0
136 m
高抽巷
保护层
层间距 136m 超远距离保护层开采 底板岩巷网格式穿层钻孔和高抽巷抽采法
三、煤与瓦斯突出区域防治技术 气囊延时膨胀封孔装置及工艺技术
• 1 • 2• 3 • 4 • 5 • 6 • 7 • 8 • 4 • 7
•
9
•
1 0
1-煤体；2-注浆管；3-钻孔周围松动圈；4-端头气囊；5-出浆 口；6-抽采管；7-瓦斯流；8-SP-I注浆材料； 9-注水单向针阀； 10-直通
气囊封堵带压注浆封孔原理图