深部开采瓦斯治理关键技术
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浅部资源日益枯竭，国内外矿山都相继进入深部资 源开采状态；
2020/6/16
1.1 国内外深部开采现状
我国的煤炭资源埋深在1000m以下的为2.95亿吨，占煤炭资 源总量的53%；
我国煤矿开采深度以8~12m/a的速度增加，东部矿井正以每 年10-25m的速度发展，可以预计在未来10~20内年我国很 多煤矿将进入到1000m到1500m的深度。
已有一批矿山进入深部开采，如沈阳采屯煤矿、开滦赵各 庄矿、徐州张小楼矿、北漂冠山矿、新汶孙庄矿、北京门 头沟矿、长广矿，以及平煤部分矿井等的开采深度在2006 年已经超过了1000m。
2020/6/16
2020/6/16
1.2 河南省深部开采现状
平煤集团现有31对矿井，垂深大于800m的采掘工作面36个，这些深 采矿井的年产量占集团公司总产量的30%，并以20~25m/a的速度向地 下深部延伸，随着时间的推移，深部超高地压开采所占的比重将进一 步提升；
➢ 突出危险程度大，发生冲击和有冲击危险的矿井数量逐年增加，突出 事故规模和发生次数呈上升趋势，灾害治理困难 ；
2020/6/16
2. 区域瓦斯治理
区域瓦斯治理措施和局部瓦斯治理措施
➢ 第五条 煤矿企业、突出矿井应当根据突出矿井的实际状况和条件制定具体的 区域综合防突措施和局部综合防突措施。
➢ 局部措施是在煤与瓦斯突出煤层采掘工作面前方局部区域内采取防突措施， 经效果检验确认，消除该局部区域的突出危险性，形成防止突出的安全带后 ，在留有足够超前距的条件下，可在安全带内进行采掘作业。
高瓦斯含量、压力
➢ 随着煤矿采深的增加，瓦斯含量和瓦斯压力迅速增加，并 造成瓦斯灾害事故的频繁发生;
➢ 近年来，由于瓦斯突出和爆炸引起的死亡10人以上的煤矿 事故70%出现在中国采深600m以下的矿井;
➢ 深部煤层松软，煤层的透气性差（透气性系数0.0001～ 0.0061mD）,深孔钻进困难，瓦斯预抽效果较差;
➢ 己组煤层，瓦斯压力-430m：1.67MPa，-800m：2.45MPa； 瓦斯含量11.56m3/t ----> 29.5m3/t
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
强烈的采矿扰动
➢ 随着采深的增加引起的覆岩自重压力的增大和构造应力 的增强，采场矿压显现强烈，表现为围岩发生剧烈变形 、巷道和采场失稳、甚至发生破坏性的冲击地压，给顶 板管理带来许多困难；
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
四种矿井类型的转变
➢ 浅部硬岩矿井向软岩矿井转变 ➢ 低瓦斯矿井向高瓦斯矿井转变 ➢ 非突出矿井向突出矿井转变 ➢ 非冲击矿井向冲击矿井转变
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
深部动力灾害特征
➢ 开采深度的增大，矿井的自然条件、瓦斯条件和开采技术条件发生了 显著变化，出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性的复杂 现象交织的情况，突出的危险性越来越大;
深部开采瓦斯治理关键技术
汇பைடு நூலகம்提纲
深部开采现状及问题 区域瓦斯治理 保护层开采技术 无保护层开采条件下的区域瓦斯治理 瓦斯治理成功理念
2020/6/16
1. 深部开采现状及问题
国内外深部开采现状 河南省深部开采现状 深部开采面临的主要问题
2020/6/16
1.1 国内外深部开采现状
100亿吨以上。
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高地应力
➢ 仅重力引起的垂直原岩应 力通常就超过工程岩体的抗 压强度(20 MPa); ➢ 工程开挖所引起的应力集 中水平则更是远大于工程岩 体的强度(>40 MPa) ➢ 构造应力或残余构造应力 使应力大大提高
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高冲击倾向性
➢ 进入深部以后，地质构造变得复杂、自重应力增大， 煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构造 应力以及工程扰动的作用下，使得积聚的能量大于矿 体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去 结构稳定性，发生冲击地压。
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高岩溶水压
➢ 在采深大于1 000 m的深部，其岩溶水压将高达7 MPa，甚至更高;
5个力学特性转化特点
➢ 围岩应力场的复杂性 ➢ 围岩的大变形和强流变性特性 ➢ 动力响应的突变性 ➢ 深部岩体的脆-延转化 ➢ 深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
6大灾害表现形式
➢ 瓦斯超限、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸 ➢ 岩爆频率和强度均明显增加 ➢ 采场矿压显现剧烈 ➢ 突水事故趋于严重 ➢ 地温升高、作业环境恶化
➢ 近10年巷道支护成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整个巷 道掘进量的40%，这些特征在平顶山、鹤壁、焦作等矿 区表现明显；
➢ 破坏前兆非常不明显，使破坏预测预报十分困难，从而 造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生，具有区域性 ，如巷道大面积的冒顶垮落等。
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
平煤集团瓦斯含量和瓦斯涌出量变化情况
➢ 丁组煤层，瓦斯压力-400m:0.6MPa，-800m：2.16MPa； 瓦斯含量4.5m3/t----->7.06m3/t
➢ 戊组煤层，瓦斯压力-430m：1.51MPa，-800m：2.55MPa； 瓦斯含量16.76m3/t ----> 30m3/t
➢ 岩溶水压的升高，使得矿井突水灾害更为严重; ➢ 焦煤、平煤、郑煤等都面临着深度突水隐患的威胁；
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高地温
➢ 越往地下深处，地温越高; ➢ 地温梯度一般为30~50℃／km不等，常规情况下的地
温梯度为30℃／km;
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
鹤壁、荥巩等矿区浅部资源基本开采殆尽，深部煤炭资源储量虽相当 丰富，但标高都在-600m至-1500m之间；
永城煤电目前逐渐转入600m以下的开采深度； 义煤集团的冲击地压问题由来已久，进入深部后该问题更加严重，跃
进煤矿采深已达1000余米； 郑煤集团目前也逐渐转入埋深600m以下； 深部煤炭资源储量丰富，地质工作者就新提交埋深1500米煤炭资源量
2020/6/16
1.1 国内外深部开采现状
我国的煤炭资源埋深在1000m以下的为2.95亿吨，占煤炭资 源总量的53%；
我国煤矿开采深度以8~12m/a的速度增加，东部矿井正以每 年10-25m的速度发展，可以预计在未来10~20内年我国很 多煤矿将进入到1000m到1500m的深度。
已有一批矿山进入深部开采，如沈阳采屯煤矿、开滦赵各 庄矿、徐州张小楼矿、北漂冠山矿、新汶孙庄矿、北京门 头沟矿、长广矿，以及平煤部分矿井等的开采深度在2006 年已经超过了1000m。
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1.2 河南省深部开采现状
平煤集团现有31对矿井，垂深大于800m的采掘工作面36个，这些深 采矿井的年产量占集团公司总产量的30%，并以20~25m/a的速度向地 下深部延伸，随着时间的推移，深部超高地压开采所占的比重将进一 步提升；
➢ 突出危险程度大，发生冲击和有冲击危险的矿井数量逐年增加，突出 事故规模和发生次数呈上升趋势，灾害治理困难 ；
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2. 区域瓦斯治理
区域瓦斯治理措施和局部瓦斯治理措施
➢ 第五条 煤矿企业、突出矿井应当根据突出矿井的实际状况和条件制定具体的 区域综合防突措施和局部综合防突措施。
➢ 局部措施是在煤与瓦斯突出煤层采掘工作面前方局部区域内采取防突措施， 经效果检验确认，消除该局部区域的突出危险性，形成防止突出的安全带后 ，在留有足够超前距的条件下，可在安全带内进行采掘作业。
高瓦斯含量、压力
➢ 随着煤矿采深的增加，瓦斯含量和瓦斯压力迅速增加，并 造成瓦斯灾害事故的频繁发生;
➢ 近年来，由于瓦斯突出和爆炸引起的死亡10人以上的煤矿 事故70%出现在中国采深600m以下的矿井;
➢ 深部煤层松软，煤层的透气性差（透气性系数0.0001～ 0.0061mD）,深孔钻进困难，瓦斯预抽效果较差;
➢ 己组煤层，瓦斯压力-430m：1.67MPa，-800m：2.45MPa； 瓦斯含量11.56m3/t ----> 29.5m3/t
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
强烈的采矿扰动
➢ 随着采深的增加引起的覆岩自重压力的增大和构造应力 的增强，采场矿压显现强烈，表现为围岩发生剧烈变形 、巷道和采场失稳、甚至发生破坏性的冲击地压，给顶 板管理带来许多困难；
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
四种矿井类型的转变
➢ 浅部硬岩矿井向软岩矿井转变 ➢ 低瓦斯矿井向高瓦斯矿井转变 ➢ 非突出矿井向突出矿井转变 ➢ 非冲击矿井向冲击矿井转变
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
深部动力灾害特征
➢ 开采深度的增大，矿井的自然条件、瓦斯条件和开采技术条件发生了 显著变化，出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性的复杂 现象交织的情况，突出的危险性越来越大;
深部开采瓦斯治理关键技术
汇பைடு நூலகம்提纲
深部开采现状及问题 区域瓦斯治理 保护层开采技术 无保护层开采条件下的区域瓦斯治理 瓦斯治理成功理念
2020/6/16
1. 深部开采现状及问题
国内外深部开采现状 河南省深部开采现状 深部开采面临的主要问题
2020/6/16
1.1 国内外深部开采现状
100亿吨以上。
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高地应力
➢ 仅重力引起的垂直原岩应 力通常就超过工程岩体的抗 压强度(20 MPa); ➢ 工程开挖所引起的应力集 中水平则更是远大于工程岩 体的强度(>40 MPa) ➢ 构造应力或残余构造应力 使应力大大提高
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高冲击倾向性
➢ 进入深部以后，地质构造变得复杂、自重应力增大， 煤岩体积聚了大量的固体能量，在深部地应力、构造 应力以及工程扰动的作用下，使得积聚的能量大于矿 体失稳和破坏所需要的能量，造成整个煤岩系统失去 结构稳定性，发生冲击地压。
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高岩溶水压
➢ 在采深大于1 000 m的深部，其岩溶水压将高达7 MPa，甚至更高;
5个力学特性转化特点
➢ 围岩应力场的复杂性 ➢ 围岩的大变形和强流变性特性 ➢ 动力响应的突变性 ➢ 深部岩体的脆-延转化 ➢ 深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
6大灾害表现形式
➢ 瓦斯超限、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸 ➢ 岩爆频率和强度均明显增加 ➢ 采场矿压显现剧烈 ➢ 突水事故趋于严重 ➢ 地温升高、作业环境恶化
➢ 近10年巷道支护成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整个巷 道掘进量的40%，这些特征在平顶山、鹤壁、焦作等矿 区表现明显；
➢ 破坏前兆非常不明显，使破坏预测预报十分困难，从而 造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生，具有区域性 ，如巷道大面积的冒顶垮落等。
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
平煤集团瓦斯含量和瓦斯涌出量变化情况
➢ 丁组煤层，瓦斯压力-400m:0.6MPa，-800m：2.16MPa； 瓦斯含量4.5m3/t----->7.06m3/t
➢ 戊组煤层，瓦斯压力-430m：1.51MPa，-800m：2.55MPa； 瓦斯含量16.76m3/t ----> 30m3/t
➢ 岩溶水压的升高，使得矿井突水灾害更为严重; ➢ 焦煤、平煤、郑煤等都面临着深度突水隐患的威胁；
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
高地温
➢ 越往地下深处，地温越高; ➢ 地温梯度一般为30~50℃／km不等，常规情况下的地
温梯度为30℃／km;
2020/6/16
1.3 深部开采面临的主要问题
鹤壁、荥巩等矿区浅部资源基本开采殆尽，深部煤炭资源储量虽相当 丰富，但标高都在-600m至-1500m之间；
永城煤电目前逐渐转入600m以下的开采深度； 义煤集团的冲击地压问题由来已久，进入深部后该问题更加严重，跃
进煤矿采深已达1000余米； 郑煤集团目前也逐渐转入埋深600m以下； 深部煤炭资源储量丰富，地质工作者就新提交埋深1500米煤炭资源量