[00243569]突出煤层群近距离联合保护层开采瓦斯综合治理成套技术研究

本项目通过系统研究形成了适合以乌兰煤矿为典型代表的鄂尔多斯盆地西缘突出煤层群近距离联合保护层开采瓦斯综合治理成套技术体系，为今后鄂尔多斯盆地类似突出煤层群赋存条件下煤炭资源开发期间的瓦斯灾害治理提供了参考。研究成果对促进鄂尔多斯盆地煤炭安全高效可持续开采、保障我国煤炭资源供应安全以及鄂尔多斯盆地西缘煤层气开发利用提供了支撑。本项目主要结论如下：1）通过对乌兰矿井田范围内的断层、褶皱、盖层、煤层赋存状态等构造及层状地质因素的研究，确定了乌兰煤矿瓦斯赋存主控因素，即确定乌兰矿关键地质体在区域上主要为呼鲁斯太向斜、逆冲断层、地堑断层、其它NW、SN交叉断层等，层域上为煤层埋深，煤层瓦斯压力与煤层埋深大致成正相关关系，不同煤层瓦斯差异主要与其所处层序体系域及位置有关。2）研究确定了乌兰矿主采煤层的瓦斯赋存规律3）提出在鄂尔多斯盆地西缘突出煤层群矿井实现瓦斯地质动态管理，并研发了乌兰煤矿瓦斯地质动态管理系统，实现了矿井瓦斯地质动态管理，为矿井瓦斯灾害的防治提供了可靠依据，同时，为该盆地西缘其他类似矿井实现瓦斯治理动态管理作出了示范。4）研究确定了乌兰煤矿突出煤层群选用近距离联合保护层开采的总体区域防突方案，并确定了乌兰煤矿煤层开采层序，即首采7#煤层，然后依次开采8#、2#和3#煤层。5）研究形成了具有突出危险的近距离联合保护层工作面综合防突技术体系，采用联合防突的治理方式，在乌兰煤矿采掘接替有限的时间内（预抽期为16个月）对7#煤层和8#煤层进行区域预抽联合防突，试验工作面内7#煤层的最大残余瓦斯含量为7m3/t，预抽率为36%，下伏8#煤层的最大残余瓦斯含量为7.30m3/t，预抽率为33.27%，达到了《防治煤与瓦斯突出规定》和《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的相关要求， 7#和8#煤层联合防突区域预抽措施有效，为近距离联合保护层工作面的安全回采奠定了基础。6）建立了乌兰煤矿突出煤层区域防突措施效果评价体系，提出了同时符合《防治煤与瓦斯突出规定》和《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求的突出煤层区域预抽防突措施效果评价方法，编制了《神华宁煤集团乌兰煤矿区域预抽防突措施效果评价暂行标准》，并在现场成功应用。该评价体系可推广应用到鄂尔多斯盆地西缘其他类似区域防突措施的突出矿井。7）研究确立了乌兰煤矿突出煤层群近距离联合保护层开采瓦斯涌出综合治理技术体系，即底板穿层钻孔卸压拦截抽采、地面钻井卸压抽采、上隅角抽采、高位钻孔抽采及风排治理瓦斯相结合的综合瓦斯治理技术，实现了近距离保护层工作面的安全回采。首采保护层试验工作面回采期间回风瓦斯浓度最大为0.36%，上隅角瓦斯浓度最大为0.5%；8#煤层工作面回采期间回风瓦斯浓度最大为0.34%，上隅角瓦斯浓度最大为0.56%。8）通过现场试验、考察，提出了乌兰煤矿地面钻井布孔的优化方案，为今后地面钻井设计提供了可供参考的依据。9）通过理论计算和数值模拟，分析研究了乌兰煤矿近距离联合保护层开采对上覆远距离突出煤层的2#和3#煤层保护效果，并确定了具体参数，即沿倾斜方向2#煤层上部卸压角为78°；下部卸压角为57°；沿倾斜方向3#煤层上部卸压角为83°，下部卸压角为77°。沿走向方向2#煤层卸压角约为52°；沿走向方向3#煤层卸压角约为61°。通过抽采计算并结合在现场井下取样验证，乌兰煤矿试验区域内2#煤层预抽率为66.8%，3#煤层预抽率为68.1%，均达到《煤矿安全规程》规定预抽率不小于30%的要求，说明7#和8#煤层联合保护层开采结合地面钻井抽采卸压瓦斯效果显著，能对2#、3#煤层起到保护作用。10)在上述创新研究的基础上,建立了基于近距离突出煤层群联合开采的集保护层开采、地面抽采和井下联合抽采、本煤层预抽、邻近层卸压抽和采空区埋管抽等综合抽采为一体综合防突技术体系和瓦斯综合治理技术体系，并在乌兰煤矿获得了成功应用，既为鄂尔多斯盆地西缘的其他突出矿井做出了示范，也将为全国其他类似条件的突出矿井提供借鉴作用。