盘江矿区松软突出煤层
护-封-联瓦斯治理新技术体系研究
研 究 方 案
贵州盘江精煤股份有限公司
中 国 矿 业 大 学 四 川 大 学
2012年6月
目 录
1 研究背景 ................................................................................................................... 1 1.1 矿区概况 ............................................................................................................. 1 1.2 研究目的及意义 ................................................................................................. 1 1.3 研究现状 ............................................................................................................. 2 1.3.1 瓦斯抽采孔垮塌防护研究........................................................................... 2 1.3.2 瓦斯抽采封孔技术研究............................................................................... 6 1.3.3 瓦斯抽采管网优化研究............................................................................... 7 1.4 研究思路 ............................................................................................................. 8 2 项目研究内容与技术方案 ..................................................................................... 10 2.1 研究内容之一：瓦斯抽采孔钻护一体化技术 ............................................... 10 2.1.1 瓦斯抽采孔塌孔失稳机理研究................................................................. 10 2.1.2 技术研究..................................................................................................... 22 2.1.3 装备研发..................................................................................................... 30 2.2 研究内容之二：二次封孔技术 ....................................................................... 32 2.2.1 二次封孔技术原理..................................................................................... 32 2.2.2 固相颗粒封堵煤岩裂隙机理研究............................................................. 33 2.2.3 技术工艺..................................................................................................... 36 2.2.4 装备研发..................................................................................................... 38 2.3 研究内容之三：瓦斯抽采管网优化 ............................................................... 39 2.3.1 管网优化设计原理..................................................................................... 39 2.3.2 管网优化设计研究..................................................................................... 40 2.3.3 瓦斯抽采系统优化技术研究..................................................................... 43 3 项目可行性分析 ..................................................................................................... 45 3.1研究思路的可行性 ............................................................................................ 45 3.2研究方法的可行性 ............................................................................................ 45 3.3基础条件的可行性 ............................................................................................ 46
4进度安排及资金预算 .............................................................................................. 46 4.1 进度安排 ........................................................................................................... 47 4.2 资金预算 ........................................................................................................... 47 5 项目考核指标 ......................................................................................................... 51 6 经济社会效益分析 ................................................................................................. 51
盘江矿区松软突出煤层护-封-联瓦斯治理新技术体系研究
盘江矿区松软突出煤层 护-封-联瓦斯治理新技术体系研究
1 研究背景
1.1 矿区概况
盘江矿区是我国“十二五”规划建设的全国14个大型煤炭生产基地之一。矿区因与云南富源、宣威接壤，地处中国“攀西-六盘水”这个资源富集“金三角”的最南端，又以丰富的煤炭资源称冠江南，被誉为“金三角下的一颗明珠”。公司拥有丰富的煤炭资源，是中国南方地区重要的大型炼焦煤和动力煤生产基地。矿区储量丰富，井田面积706平方公里，远景储量383亿吨，地质储量95亿吨，可采储量20亿吨；煤种齐全，主要有气煤、肥煤、1/3焦煤、主焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤，储量和煤种在长江以南地区得天独厚；交通便利，贵昆铁路、南昆铁路威红段、水红铁路、沪昆高速公路、水盘高速公路以及在建设的沪昆高铁贯穿矿区，是北通巴渝，南接粤桂，西进云南，东联黔中的西南及西部地区交通、能源输出重镇。
矿区范围内包括:盘关向斜、土城向斜、照子河向斜、水塘向斜、旧普安向斜和盘南背斜六个地质构造单元，共计三十四个勘探井田，其走向长度为25km，倾斜宽为1.0~l0km，面积为7.06km2。
盘江矿区内瓦斯基本情况：矿区内在300m垂深深度内，煤层瓦斯含量在3.694m3/t~2032m3/t之间，瓦斯梯度在0.0352m3/t/m~0.084 m3/t/m之间，在地质构造带附近，煤层瓦斯含量变化较大，分布无规律。盘江矿区煤层透气性系数在3.485x10-4~67.586 m2/(MPa2·d)之间。煤层瓦斯压力在0.32MPa~3.76MPa之间，大部分煤层属于较难抽采煤层。
盘江矿区6对矿井均为高瓦斯突出矿井，煤层低渗透、极松软、高瓦斯、高地压、突出灾害严重，断层多，煤层赋存不稳定，地质条件极其复杂。瓦斯抽采方式单一，施工难度大。瓦斯抽采孔钻不深、塌孔严重、钻孔密封质量差，瓦斯抽采管网效率低。 1.2 研究目的及意义
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盘江矿区松软突出煤层护-封-联瓦斯治理新技术体系研究
突出煤层的安全高效绿色开发与利用一直是国内外的技术难题，国外一般放弃类似条件的突出煤层开采，而我国国情和资源约束使得我们不得不回收该类资源。经过近几十年的开采实践，各矿区虽然在技术上取得了重要进展，但总体形式依然严峻，仍摆脱不了“有资源难开采、有技术不系统、有措施效果差”的不利局面。
盘江矿区煤炭资源具煤层低渗透、极松软、高瓦斯、高地压、突出灾害严重，断层多，煤层赋存不稳定，地质条件极其复杂等特点。随着开采深度的不断增加，开采条件越来越复杂，矿井瓦斯成为制约安全生产的关键问题。瓦斯治理中存在抽采孔钻不深、留不住、封不严、联不通的问题。因此，急需研究突出低透条件下瓦斯高效治理的新技术，开展相关示范工程，解决盘江矿区区域瓦斯治理难题。因此，实施盘江矿区区域瓦斯治理护封联新技术体系研究，不仅是贯彻落实科学发展观，推进煤矿安全发展、清洁发展、节约发展的必然要求，而且还可盘活难采储量，并逐步实现煤矿安全保障从“被动应付型”向“主动保障型”的转变。该示范工程的实施符合国家安全高效开采煤炭能源、保障国民经济可持续发展、“以人为本”、构建和谐社会的重大战略需求。同时，研究成果可示范与带动全国类似煤炭资源与瓦斯资源的安全、高效、绿色开采。 1.3 研究现状
1.3.1 瓦斯抽采孔垮塌防护研究
我国有52%的矿井属于高瓦斯矿井，瓦斯治理是保障矿井安全高效生产的前提。然而我国松软煤层比例很高，平顶山、淮南、淮北、贵州、四川等矿区主采煤层均属于松软、低透、高瓦斯煤层，并且很多矿井具有煤与瓦斯突出危险。施工钻孔对煤层瓦斯提前预抽是治理瓦斯的有效手段，也是目前我国煤矿普遍采取的措施。但是在松软煤层尤其是坚固性系数f值小于0.3的极软煤层中，90%以上瓦斯抽采孔钻后会发生变形、长距离垮塌甚至是闭合，从而阻断了瓦斯涌出和流动的通道，严重影响了瓦斯抽采效果。并且矿井为了有效治理瓦斯，施工的抽采孔数量很多，人力、资金及时间的投入很大，单孔成本很高，这就造成了瓦斯抽采效果与瓦斯治理投入严重的不匹配。在瓦斯抽采孔钻进和塌孔防护技术领域，国内外研究现状如下：
1）在松软煤层钻进技术
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