深部煤炭的开采环境、挑战与思考.ppt

深部煤炭的开采环境、挑战与思考,张农中国矿业大学,,〔全国煤矿千米深井开采技术座谈会资料之五〕,提纲,引言千米深井分布情况深部开采环境及挑战深井开采方法的思考结束语,,,一、引言,我国煤炭供给支撑着国民经济的快速发展，保障着国家的能源安全。,煤炭产量与GDP增长的关系,我国煤炭产量连续多年位居世界第一，2012年36.5亿吨，约占世界产量50。,国家能源中长期发展规划纲要（2004～2020年）已经确定，中国将“坚持以煤炭为主体、油气和新能源全面发展的能源战略”。,从我国能源结构看，在相当长的时期内，煤炭作为我国的主导能源不可替代,,我国探明的煤炭资源总量中60埋藏深度＞800m53埋藏深度＞1000m,煤炭开采深度正以每年8-12米的速度增加，中东部矿区每年10-25米急剧进入深部开采。,从资源赋存特点和开采延伸速度看，深部开采势在必行,,,,,,中国与世界的煤炭产量（据英国BP）,2011年中国超越日本成为全球最大煤炭进口国，全年共进口煤炭1.824亿吨，2012年中国累计进口煤炭2.86亿吨，同比增长59。,47.5,36.5,从世界煤炭格局看，我国煤炭的分量越来越重，深井开采只有立足于自主创新,,未来5～10年，全国将有更多地煤矿转移至深部，中东部矿区全面进入深部开采我国煤炭资源赋存条件、我国能源生产和消费结构特点决定了必须将深部的煤炭资源开采出来加以利用。义务、责任、能力,山东省新汶矿业集团孙村煤矿立井开采深度1501m（2012年）华能核桃峪矿井（甘肃华亭）主斜井长度5875m；垂深975m,,二、千米深井分布情况,1）千米深井井深统计表,2）千米深井分省布局图,我国千米矿井平均年产量205.66万吨，平均剩余服务年限33.73年,3）千米深井产量和服务年限,我国千米深井产量统计图,,二、千米深井分布情况,2、深部开采面临的技术挑战,1、深部开采的工程地质环境,,三、深部开采环境及挑战,,1、深部开采的工程地质环境,1）高地应力,后期构造运动,2）高瓦斯,3）高工作面环境温度,我国47对千米深井工作面温度30～40℃,危害岩体热胀冷缩破碎，温度变化1℃可产生0.4～0.5MPa的地应力变化工人工作效率下降，易引发事故,4）高冲击矿压倾向性,,冲击地压,,演变,5）高渗透压,深部高地应力,开采活动,数倍的原岩应力附加,,浅部工程硬岩,深部工程软岩,演变,,弹性应力状态,塑性应力状态,演变,6）强烈的开采应力扰动,高地应力,,7）巷道群开挖时序的强烈扰动,,2、面临的技术挑战,效率,安全,成本,,深部岩石力学行为发生质变，表现特殊，冲击矿压频率和强度均明显增加，成灾机理更加复杂，防治愈加困难。顶板成为煤矿第一大事故源，严重影响煤矿的安全状况。,冲击地压发生前后（抚顺）,突出表现之一顶板可靠性降低、动力灾害频发,2012年煤矿各类事故起数分布,巷道维护难围岩松软，冲击矿压频发瓦斯抽采难煤层渗透率低，瓦斯处于吸附状态水害治理难裂隙发育，承压水威胁大,抽采钻孔施工难度大,巷道发生剧烈变形,突出表现之二开采效率低、成本高,深部问题主要是高应力水平产生的，两条技术路线1、静态开采尽可能小的应力扰动技术途径充填置换开采适用条件地面环境要求、承压水害防治2、卸压开采制造大范围的低应力区技术途径安全层的无煤柱连续开采适用条件无水害煤层群、可以疏干水的煤层群,,四、深井开采方法的思考,传统开采方法在深部的几个突出问题卸压开采的基本设想和步骤高瓦斯煤层群的卸压开采模式,,2、卸压开采方法,高瓦斯煤层群可采煤层（815层）煤层瓦斯含量高（12～36m3/t）埋藏深（400～1500m）极松软（坚固性系数f为0.2～0.8）透气性低（渗透率为0.001mD）瓦斯压力大（高达6MPa）煤层倾角090,突出煤层位于上部什么顺序开采,突出问题之一下行顺序开采方式遇到挑战,连续开采可减少巷道1040，提高采出率15。,留煤柱跳采开采,无煤柱连续开采,突出问题之二跳采接续方式和留煤柱护巷导致资源采出率低、开采效率低,,煤柱应力诱发动力灾害,降低应力集中程度，利于周围采掘工程的稳定；消除因留设煤柱诱发的冲击地压。,留煤柱护巷对上下采掘工程影响,卸压保护区,应力集中区,应力集中区,,,,,,,,,,,,,工作面,回采区段煤柱,,,,上隅角,,,采空区,,上区段采空区,,采空区空气流场,进风,回风,,,,,,,上区段采空区,,沿空护巷,工作面,,,,,,,,采空区空气流场,,,,采空区,,,进风,进风,回风,传统留煤柱U型通风,无煤柱沿空护巷Y型通风,,,上隅角瓦斯聚集，威胁安全。工作面温度聚集，加剧热害。,突出问题之三U型通风方式的在深部开采的适应性差、可靠性低,从开拓开采源头出发，统筹考虑深井开采面临的三方面七大问题，针对矿区煤系地层赋存特点，通过首采煤层的系统大面积连续开采、渐进卸压，制造含煤地层的有效卸压区域，消除突出和冲击矿压等动力灾害、减弱围岩矿压、解析低透气性瓦斯，实现低应力状态下的资源协调开采。,卸压开采方法,评估资源及开采条件，选择安全有保障、可供直接开采的煤层（煤线、软弱岩层）首先开采顶底板条件好，巷道容易维护；瓦斯含量小，突出危险性低；冲击倾向性低，无冲击矿压；承压水威胁小，水量可控。,卸压开采的步骤,高效薄煤层（煤线、软弱岩层）机械化开采技术,在卸压区布置和维护巷道选择合适的时机在首采层开采形成的采动卸压区布置巷道，实现巷道在低压区维护。在低应力状态下统筹协调开采（煤与瓦斯共采）利用卸压效应和已布置的巷道选择合适方式抽采游离瓦斯；开采抽采达标、充分卸压的邻近安全煤层。,卸压开采的步骤（续前）,高瓦斯煤层群的卸压开采模式无煤柱煤与瓦斯共采,Y型通风方式，降低工作面温度消除上隅角瓦斯超限问题实现煤气共采,,取消煤柱，连续开采充分卸压，消除高应力减少工程量，低成本开采,,,（13.3）,,五、结束语,我国是煤炭生产和消费第一大国，在煤炭开采、尤其是在深部煤炭资源开采的科学与技术方面理应处在世界的前沿。我国贫油少气富煤的能源特点是相对的，从国际上同比煤炭资源状况不容乐观，应高度重视资源节约问题，无煤柱卸压开采是值得提倡和推广的深井科学开采模式。,敬请指导谢谢大家,