抚顺院长—区域四位一体综合防突体系及技术2019.pptx

煤科集团沈阳研究院有限公司曹垚林院长/研究员,区域四位一体综合防突体系及技术,防治煤与瓦斯突出细则修订宣贯,主要内容,区域综合防突工作程序和要求区域突出危险性预测区域防突措施及效果检验区域验证井巷揭煤区域防突技术,,PART,区域综合防突工作程序和要求,1,防突目标、原则、要求,,一、区域综合防突工作程序和要求,,煤层零突出,不掘突出头、不采突出面；一矿一策、一面一策。,区域防突措施先行，局部防突措施补充,两个“四位一体”,两个“四位一体”,一、区域综合防突工作程序和要求,一、区域综合防突工作程序和要求,一、区域综合防突工作程序和要求,一、区域综合防突工作程序和要求,一、区域综合防突工作程序和要求,一、区域综合防突工作程序和要求,,PART,2,区域突出危险性预测,二、区域突出危险性预测条款解读,二、区域突出危险性预测条款解读,二、区域突出危险性预测条款解读,二、区域突出危险性预测条款解读,某矿某煤层8402、8406区突出危险区域划分某煤层8402工作面及8406工作面都位于矿井四采区，区域内无大的构造及河流水系，煤层赋存连续，因此可以将8402工作面及8406工作面作为一个地质单元划分考察。依据对现场实测的瓦斯压力、瓦斯含量数据并结合矿井的采掘布置情况、构造情况对某煤层进行突出危险区域划分。瓦斯压力测定结果,二、区域突出危险性预测典型案例,,瓦斯含量测定结果,测定区域内无大的地质构造，可划分为一个地质单元。从上述两表可以看出，四采区8402工作面、8406工作面所测定的5组8个数据皆未超过临界值（即相对瓦斯压力小于0.74MPa，瓦斯含量小于8m3/t），且在最低处标高376.8m，埋深631m处布置有测点；以此推断四采区15号煤层386m456m标高由下述拐点圈定的区域内（不包含断层、陷落柱等地质构造带）无煤与瓦斯突出危险性。拐点坐标如下1（94871，87097）、2（94727，87257）、3（95635，88192）、4（95404，88432）、5（96200，89214）、6（96394，89048）、7（95693，88294）、8（95878，88102）。,二、区域突出危险性预测典型案例,,,二、区域突出危险性预测典型案例,,PART,区域防突措施及效果检验,3,三、区域防突措施及效果检验,保护层开采区域防突措施,三、区域防突措施及效果检验,,,,上被保护层,下被保护层,保护层,原始煤体,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、产生裂隙，发生膨胀变形、透气性增大（瓦斯释放、煤的塑形增强）。,技术原理,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,开采保护层,,,上保护层,下保护层,具备开采保护层条件的突出危险区，必须开采保护层,保护层选择原则,,,,无突出危险或突出危险程度较小,保护效果最好,优先选择上保护层,煤层群，0.5m以上煤层,有限保护范围的确定,效检方法,,,,技术路线流程图,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,A保护层；B被保护层；C保护范围边界线保护层工作面沿倾斜方向的保护范围,A保护层；B被保护层；C煤柱；D采空区；E保护范围（56-60）；F始采线、采止线保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围,保护层与被保护层之间的最大护垂距表,三、区域防突措施及效果检验保护层开采,保护层开采保护效果及保护范围检验,贵州某突出矿井，16、17、18三层煤平均厚度3m、1.2m、3.6m；平均间距11m、13m。16煤在浅部，煤层瓦斯压力和瓦斯含量相对较低，若开采17煤层会破坏16煤层。将16煤层作为17、18煤层的保护层优先开采。,保护效果考察钻孔布置示意图保护效果检验指标膨胀变形量、残余瓦斯压力、残余瓦斯含量保护范围考察走向、倾向有效保护范围,三、区域防突措施及效果检验保护层开采典型案例,预抽煤层瓦斯区域防突措施,三、区域防突措施及效果检验,,1、区域性增透及安全施工2、突出煤层竖井及石门安全揭煤3、有效的瓦斯抽采方法和技术参数,技术难点,对于无保护层开采的单一突出煤层区域防突难度大，要实现区域性消除突出危险，存在以下技术难点,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,原始煤层瓦斯径向流动模型,煤层,穿层孔单孔瓦斯抽采流量随时间的变化,穿层钻孔瓦斯流动模型可简化为径向流动；由于突出煤层透气性低，瓦斯抽采周期长。,技术原理,增透措施诱导增加裂隙，由径向流动转变为煤体流向裂隙、裂隙流向钻孔混合流动,水力诱导孔群增透瓦斯混合流动模型,煤层,裂隙,孔洞,钻孔,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,煤巷范围内，间距5m5m,,,工作面内部，间距10m10m,,,,某矿1204工作面采取穿层钻孔预抽煤巷条带和回采工作面瓦斯区域防突措施。利用底板20m处的瓦斯巷对12煤掘进工作面及采煤工作面区域进行预抽。钻孔间距55m，1204工作面共布置穿层预抽钻孔3336个。,穿层钻孔预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,山西华润大宁矿多分支水平井多个主水平井眼盘侧再侧钻出多个分支井眼，大宁煤矿DNP02井，主井眼水平位移1256m，分支井数13支，总进尺8018m，水平总进尺7687m，日产量2万多立方米。,多分支水平井预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,寺河矿西区采用沿巷道施工U型井和径向井相结合的区域防突措施，在西二盘区布置8口抽采效果检验井，该区原始煤层气含量为20.30～26.33m3/t，经过地面预抽后，3号煤层残余瓦斯量为11.98～18.07m3/t，降幅达42，瓦斯含量平均每年降低1m3/t左右。,U型井和径向井相结合预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,沙曲矿递进式定向长钻孔区域防突措施在掘进多巷布置的回采工作面时，在顺槽内提前向下一个邻近工作面施工长钻孔，钻孔长度覆盖下一工作面两侧的巷道条带提前对下一工作面的掘采区域。递进式定向钻孔区域预抽时间可达1年以上，孔深为350m的单孔瓦斯抽采量可达0.3m3/min。,递进式定向长钻孔预抽预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,底抽巷定向穿层钻孔预抽（34）煤层区域预抽钻孔剖面示意图,底抽巷定向长钻孔区域预抽（34）煤层区域预抽钻孔布置图,某矿利用大功率定向钻机在钻场内布置上向扇形钻孔，对（34）煤层施工前部穿层后部顺层的定向钻孔，区域预抽范围内（34）煤层掘进前，经计算，煤层残余瓦斯含量由原始含量11.06m3/t降低至5m3/t左右，达到了消除采掘过程中突出危险的目的。,2019年防治煤与瓦斯突出细则（区域防突措施底抽巷定向长钻孔预抽煤层瓦斯）,底抽巷定向长钻孔预抽预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,在掘进迎头布置钻场，每个钻场内布置4～7个钻孔，采用千米钻机施工钻孔，钻孔需覆盖掘进巷道条带区域，钻孔覆盖长度为350～600m，宽度为50m，钻孔直径为96mm，每个钻孔设计5～10个分支，探明掘进方向煤层顶底板。钻孔预抽时间在6个月至1年左右，待瓦斯含量降至安全范围内开始掘进。,掘进面定向长钻孔预抽预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯效果检验,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯效果检验,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯效果检验,三、区域防突措施及效果检验预抽煤层瓦斯效果检验,区域防突效果检验的可靠性,三、区域防突措施及效果检验,瓦斯治理方案设计,区域预测,穿层钻孔施工,方案审核,穿层钻孔质量验收,效果检验,石门揭煤（局部）,安全掘进条件审核,煤巷安全掘进,顺层钻孔质量验收,顺层钻孔预抽,效果检验,安全回采条件审核,工作面安全回采,穿层钻孔预抽,顺层钻孔施工,,,过程,节点,防突治理具有过程复杂、经历时间长、数据量大和自动化程度低特点突出事故案例表明，防突治理过程的任何一个环节出现问题都可能导致事故的发生,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,区域防突措施过程跟踪控制,地质条件变化导致措施不到位出现空白带,增补钻孔消除空白带,地质条件变化,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,措施到位,增加钻孔密度以密度换误差,打钻技术限制导致措施不到位出现空白带,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,施工技术限制,松软煤层钻孔下筛管是保证钻孔有效的重要途径,1,2,3,4,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,措施钻孔有效,传统聚氨酯封孔方法漏风大浓度低效果差,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,防突措施钻孔封孔严密,“两堵一注”封孔方法漏风小浓度高,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,防突措施钻孔封孔严密,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,区域防突措施的效果可靠不是仅通过第三方中介机构进行评价，出一个评价报告区域防突措施的效果可靠是方法有效、措施到位、效果良好、检验真实的综合反映,三、区域防突措施及效果检验效果检验的可靠性,,PART,区域验证,4,四、区域验证,四、区域验证,,PART,井巷揭煤区域防突技术,5,技术路线图,五、井巷揭煤区域防突技术,,施工两个以上前探钻孔（预测孔）。探清工作面前方煤层赋存、地质构造、及石门与煤层的相对位置。,距煤层10m,地质构造复杂，岩层破碎带法距20m外,距煤层7m,,实施区域防突措施钻孔，预抽煤层瓦斯。防突措施效果检验（含量、压力）。,,区域验证、工作面预测，一般选用钻屑指标法。采取局部防突措施，包括超前钻孔预抽瓦斯、超前钻孔排放瓦斯、金属骨架、煤体固化、水力冲孔等。,距煤层5m,地质构造复杂，岩层破碎带适当增加,距煤层52m,,工作面措施效果检验、物探或者钻探手段边探边掘，远距离爆破掘进。,,揭煤验证，安全防护措施，远距离爆破掘进揭煤。,距煤层2m,揭层段掘进,,加强支护、连续预测、增加预测钻孔，远距离爆破揭穿煤层。,五、井巷揭煤区域防突技术,关键节点,控制范围石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或者下帮6m），同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线（包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线）的最小距离不小于5m。当区域防突措施难以一次施工完成时，可分段实施，但每一段都应当能保证揭煤工作面到巷道前方至少20m之间的煤层内。,钻孔布置图,五、井巷揭煤区域防突技术,井巷揭煤工作面防突措施,超前钻孔预抽瓦斯、超前钻孔排放瓦斯防突措施，石门上部轮廓线5m，下部3m；立井轮廓线外5m（急倾斜煤层轮廓线外上部5m，下部3m）,水力冲孔防突措施，控制自揭煤巷道至轮廓线外3～5m的煤层，冲孔顺序为先冲对角孔后冲边上孔，最后冲中间孔,金属骨架措施，一般在石门和斜井上部和两侧或者立井周边外0.5～1.0m范围内布置骨架孔。,煤体固化措施，向煤体注入固化材料，一般钻孔间距不大于0.5m，钻孔位于巷道轮廓线外0.5～2.0m的范围。,五、井巷揭煤区域防突技术,贵州某煤矿石门揭M15煤层，揭煤前原始瓦斯含量8.6m3/t，瓦斯压力0.48MPa，施工48个穿层钻孔，预抽瓦斯30天后，瓦斯含量降至6.2m3/t,瓦斯压力降至0.2MPa。,钻孔施工图,五、井巷揭煤区域防突技术,,对穿层钻孔预抽井巷揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，至少布置4个检验测试点，分别位于井巷中部和井巷轮廓线外的上部和两侧。自煤层顶板揭煤对实施的防突措施效果进行检验时，应当至少增加1个位于巷道轮廓线下部的检验测试点。,井巷揭煤区域防突措施措施效果检验,区域防突措施效果检验,五、井巷揭煤区域防突技术,,井巷揭煤工作面的突出危险性预测必须在距突出煤层最小法向距离5m前进行，地质构造复杂、岩石破碎的区域应当适当加大法向距离。采用钻屑瓦斯解吸指标法预测井巷揭煤工作面突出危险性时，由工作面向煤层的适当位置至少施工3个钻孔，在钻孔钻进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排出的粒径1～3mm的煤钻屑，测定其瓦斯解吸指标。,区域验证,五、井巷揭煤区域防突技术,区域性瓦斯治理技术体系是我国煤与瓦斯突出防治的主要体系。,结束语,谢谢领导专家敬请批评指正,