淮南矿区瓦斯治理做法

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资源描述:
淮南矿区瓦斯治理做法,2021.3,区域瓦斯治理,新技术应用及工程实践,淮南矿区瓦斯情况,二,三,一,内容提要,淮南煤矿是一个百年老矿。目前,本土现有8对生产矿井,均为煤与瓦斯突出矿井,矿区产能5400万吨/年。 主采煤层全部为突出煤层,目前大部分进入突出危险区。 采深普遍在-800m以深,煤层瓦斯压力普遍在12MPa以上,瓦斯含量在610m3/t左右。,3,一 淮南矿区基本概况,采深趋势图,1,4,淮河能源集团本土煤矿布局,1998年以来,淮南矿业集团把瓦斯治理放在重中之重的地位,把瓦斯治理作为企业的“定海神针”,从理念、投入、技术、管理、机制”“五位一体” 综合施措,矿区安全生产形势持续稳定好转。,技术,区域瓦斯治理,区域预测,瓦斯治理,地质先行,7,淮南煤田是国内外煤矿地质条件最复杂矿区之一,煤层赋存形态各异,构造破坏类型众多。(历史上在断层、褶皱或煤厚突变区发生过53次煤与瓦斯突出事故,占突出事故的50%以上;在岩巷发生瓦斯异常涌出23次。)地质条件探测不清,严重制约着瓦斯治理的效果。地质是煤矿的基础,技术的源头,工程技术人员的眼睛。,难就难在地质条件探测不清,严重制约瓦斯治理的效果!,鸡西矿业公司滴道盛和煤矿立井 “4.4”煤与瓦斯突出事故,9,断层就是瓦斯,采取区域治理和局部治理相结合的方法治理断层,由工作面被动过断层向超前治理转变,由超前探查向超前治理升级管理。,建立健全断层治理制度体系,明确断层治理的奋斗目标、保障制度、管理规定、具体措施、责任追究。,坚持地质测量一矿一策,机关部门严格监管。执行地质工作三级保障管理制度。瓦斯地质以控制煤层层位,控制地质构造为重点。,加快地质钻探推进地质先行,提高地质控制程度。全面实施三维地震勘探,为矿井、水平、采区设计以及瓦斯治理提供可靠的依据。,组建地质专家人才队伍,组建井下物探专业化队伍。,11,执行:煤层瓦斯含量井下直接测定方法(GB/T23250-2009),组成: 煤芯取样设备 煤样筒、气样采取装置 瓦斯解吸参数测定仪 煤芯粉碎系统水分测定仪 附属仪器以及附属设施,煤层瓦斯压力,封孔要点: 1、钻孔正常施工完毕,立即采用4分管封孔注浆,采用“两堵一注”速效水泥带压封孔,封孔至13-1煤见煤点。 2、开始封孔时,先下4分铁管两根,捆扎牢固一并送入孔内,一根下至过煤段,过煤段为花眼管,另一根4分铁管下至见煤位置向外2m处为注浆管(上向孔为返浆管),见煤位置向上1m为里端前堵头(长不少于1m棉纱聚氨酯)。测压管连接位置用生料带缠绕至少20圈以上,确保测压管路密闭可靠。 3、测压孔的孔口段设钻孔封孔的后堵头(长不少于1m棉纱聚氨酯),并下长度不少于2m的返浆管(上向孔为注浆管)。 4、采用“两堵两注”封孔,钻孔封至待测煤层见煤点。采用多次加压方式注浆,第一次注浆,注浆压力2MPa,间隔2小时左右,加注第二次,依次加压注浆,待泵压稳定在4MPa以上注浆结束。水泥浆按水灰比0.7:1配比。,直接法,取样,取样方法对比,SDQ深孔取样,矿井压风,喷射器,煤体,排渣,煤层瓦斯压力,1、操作程序 取样装置操作与目前钻具操作基本相同,为了打钻方便设计了打钻尾辫和取样尾辫。打钻链接方式如图1所示和取样如图2所示。整套装置主要由95取样钻头、73双壁螺旋钻杆、73打钻尾辫、73双通道取样尾辫、接样袋等组成。,1-95取样钻头 2-73双壁螺旋钻杆 3-73打钻尾辫,煤层瓦斯压力,2、取样过程 1)当打到所需取样深度时,停止钻进,关闭压风。取下打钻尾辫,换上取样尾辫,再将矿井压风管连上取样尾辫。 2)然后以低于正常钻井速度进行打钻(根据现场钻进排渣量而定,大约0.5m/min),压风从钻杆的环形空间送到孔底,再从钻杆内管送到孔口(这时的压风只携带了孔底煤样),从而完成定点煤样的快速采集。取样时间一般为2min,可根据需取煤样量适当延长取样时间。,1-95取样钻头 2-73双壁螺旋钻杆 4-73双通道取样尾辫,19,技术体系一,05,技术体系五,地面钻井,01,保护层开采,03,技术体系三,局部防突措施,技术体系二,02,04,区域预抽,技术体系四,综合增透,20,20,树立“今天的保护层就是明天的安全和产量” 的理念。选择卸压保护效果最充分的煤层作为首选保护层进行卸压开采(关键保护层),最大化获取安全煤量。 保护层开采技术是最便捷、经济、安全的瓦斯治本技术。 真正促进瓦斯治理由治得住向“治得快、治得省” 迈进。,C组煤11-2煤与13-1煤联合布置,选择关键保护层11-2煤保护13-1煤。 关键保护层11-2煤采用 “一面三巷、一巷多用”的瓦斯治理模式。一面三巷为轨顺、运顺、瓦斯综合治理巷。典型瓦斯治理模式图,不具备保护层开采的突出危险煤层,煤巷采取底(顶)板巷穿层钻孔、采煤工作面采取穿层或顺层钻孔预抽区域性瓦斯治理措施。,1.掘进条带区域预抽,2.采煤工作面顺层钻孔预抽:,3.采煤工作面预抽穿层钻孔,1.掘进工作面边抽边掘(图) 2.掘进工作面前方打卸压钻孔。 3.采煤工作面打卸压钻孔、煤层注水。,淮南矿区煤层顶、底板松软,普氏硬度0.5,透气性差(渗透率0.001毫达西),属于难抽采煤层。为落实“不采突出头、不掘突出面”的防突总要求,解决采掘接替紧张和瓦斯治理之间的矛盾,实现快速消突,瓦斯抽采最大化,采取综合增透势在必行!,1,水力压裂,综合增透技术,2,水力割缝,3,钻冲一体化,水力压裂增透技术,目的和意义:保护层开采技术是集团公司瓦斯治理第一次革命。随着开采深度的增加,保护层本身升级为突出煤层,按照防突管理规定的要求,突出煤层煤巷掘进必须采取穿层条带预抽消突后方可掘进,因此煤巷掘进由是影响保护层开采关键环节,而影响煤巷掘进进度的核心就是条带预抽效果。 借鉴国内外成功经验,我们选择了水力压裂增透技术,它是一种钻孔法消突措施的区域增透技术,与常规增透措施相比,具有增透效果好、增透区域均匀、增透范围大等优点,是一种安全、高效、便捷、经济的增透措施。,工作机制:2013年,集团公司组织开展水力压裂技术攻关,成立了攻关领导小组,建立了机关部门、试验矿井、勘探工程处、科研院校 “四位一体”的技术攻关工作目标工作机制。 工作目标:实现“三个三分之一”,即瓦斯治理效果(抽采效果、煤巷单进)提升三分之一、瓦斯治理时间缩短三分之一、瓦斯治理成本下降三分之一。,压裂机理: 通过高压快速驱动水流,在短时间将大量的水挤入煤层微裂隙,微裂缝扩宽伸展后,使煤层发生碎裂,产生网状结构的次生裂缝与裂隙,从而增加煤层的透气性。同时高压水进入煤层微裂隙,置换煤层中部分吸附瓦斯。,(一)压裂孔位置选取:压裂孔开孔位置必须布置在岩石或煤层完整性较好的地段,避免断层及地质构造带附近;原则上开孔位置距被压裂煤层应留有不低于20m的岩柱,巷道支护完整且没有明显受压变形地点。 (二)压裂钻孔设计要求:压裂钻孔设计根据煤层厚度进行设计,一般要求设计穿煤长度不小于3m,实际钻孔施工至设计穿煤长度一半位置停钻。同时压裂孔花管段要求进入煤层不少于0.5m。压裂钻孔直径一般为94mm; (三)注水起压压力不低于25MPa; (四)单孔注水量:100-300 m3左右,保水时间一般510天。,压裂技术标准:,检验标准:被压裂煤层含水率4-5%; 压裂钻孔封孔做到“不滴、不跑、不漏水” 。,安全注意事项:进行水力压裂前,必须编制专项安全技术措施,现场按编制的安全技术措施执行。,30,水力压裂系统装备示意,连接钻孔,31,C组煤:13-1、11-2 压裂有效影响半径沿走向方向为4060m,沿倾向方向为3050m,单孔压入水量在200300m3,保水时间不少于10天,压裂后有效抽采半径最大达11m,提高2倍。压裂后穿层钻孔预抽13-1煤单元抽采浓度最高达83%,百孔抽采纯量2.62 m3/min,预抽达标时间缩短了40.3%。 B组煤:8、6、5、4 压裂有效影响半径沿走向方向为3040m,沿倾向方向为20m,单孔压入水量在150m3,保水时间不少于7天,压裂后有效抽采半径最大达8m,提高1.5倍,压裂后穿层钻孔预抽6煤单元抽采浓度最高达60%,百孔抽采纯量1.3m3/min,百孔抽采量较未压裂前提高了3.71倍,预抽达标时间缩短了38%。,通过精细考察,形成了各煤层组水力压裂技术规范,并上升为标准。集团公司将水力压裂上升为集团公司年度安全2号文的刚性规定,坚决做到“不压不钻、不钻不掘、不掘不采”。,技术 原理,增大煤体的暴露面积,为瓦斯排放创造有利条件。,改变了煤体的原应力,煤体得到充分卸压。,有效改善了煤层中的瓦斯流动状态,提高了煤层的透气性和瓦斯释放能力。,利用超高压水对煤层进行切割,形成切割缝隙,水力割缝增透技术,GF-100型超高压水力割缝工艺示意图,1-清水箱;2-高压清水泵;3-高压胶管;4-高压旋转水尾;5-浅螺旋钻杆;6-高低压转换器喷嘴;7-水力割缝钻头,主要结论,1312(3)运顺底抽巷钻冲钻孔设计,钻冲一体化增透装备和技术,BQWL200/31.5-XQ200/12清水泵站,BQWL200/31.5-XQ200/12清水泵站,主要参数:水箱容积1200L,公称压力31.5MPa,公称流量200L/min。 功能:是冲孔的动力设备,主要用于提供高压水流。 特点:结构新颖紧凑、履带驱动、移动方便、效率高及易维修。,KFS-50/11矿用振动筛式固液分离机及防喷装置,防喷装置,主要参数:振动方向角45,筛面尺寸2400mm400mm,网孔尺寸0.5mm,双振幅610mm,处理量50m3/h 。 功能:将钻孔、冲孔产生的水、渣分离,通过引流和转运,实现“水渣不落地” 。 特点:分离效果好、处理能力强、效率高、重量轻、拆装方便、噪音小、无突发性断簧、便于维护 。防喷装置与钻机导轨一体化设计,减少了人员安装环节,现场环境适应性强。,KFS-50/11矿用振动筛式固液分离机,配套钻具,高压密封钻杆:采用73mm1000mm接头密封式耐压钻杆,避免了因钻杆接头卸压导致孔底冲孔压力不足的问题。 高压旋转接头:壳体及旋转轴通过精密轴承及多级密封设计,连接在高压胶管与钻杆之间,向钻杆通入高压水,可保证18MPa高压水作用下旋转顺畅和密封性。 高低压转换冲孔装置:连接在钻头与钻杆之间,利用较低压力的静压水用打钻,当水压超过10MPa时,喷射形成水刀,用于冲孔,实现钻孔、冲孔作业一体化。,高压密封钻杆,高压旋转接头,高低压转换冲孔装置,钻冲一体化工艺技术关键技术,钻冲一体化工艺技术特点, 技术原理,常规钻进:系统静压水供水,高低压转换装置前端打开,正常钻进供水排渣。 冲孔作业:清水泵供水,高压状态下,高低压转换装置前端封闭,侧部出水孔形成高压水射流,实现冲孔。, 技术优点,技术特点:不退钻、冲孔一体化。 作用效果:最高冲孔压力26MPa,高压水对煤体冲蚀,在煤体中形成一定尺寸不规则缝槽,最大可形成直径1m的空腔,从而提高煤层的透气性和瓦斯释放速度,缩短评价周期。,43,地面钻井抽采煤层瓦斯比井下抽采煤层瓦斯更安全、经济,且不影响生产,是实现瓦斯抽采最大化的最优技术途径之一。最终目的是:逐步替代井下高抽巷,减少瓦斯治理工程。 淮南矿区从2002年开始试验地面抽采瓦斯技术,在一些核心技术上取得重大突破。确定了不同层位岩层运动导致钻井承受最大剪应力的位置,获得保障地面钻井抽采卸压煤层气稳产的钻井护壁防断控制技术。,地面抽采钻井的难题是:煤炭开采会引发顶板岩层移动变形,切断损坏钻井。 成功应用:深厚表土层高地应力条件地面钻井卸压瓦斯抽采成套技术。,硬软岩结合面,卸压瓦斯地面钻井抽采技术示意图,地面钻井,瓦斯抽采系统,46,型钻井原理: 上部以增强套管、筛管的壁厚,采用双套管及双石油固井,下过基岩面并延伸至13-1煤层顶板,能有效增强工作管抵抗采动破坏影响,保证钻井在剪切、挤压、弯曲的影响下仍保持有良好的出气通道。起到“硬抗”的作用。 中部将出气段掏穴至420mm口径,给花管预留一定的外环空间,可以有效缓冲岩层在采动后产生的剪切、挤压力对花管的破坏,同时给卸压区留有一定的垮冒、收缩空间,从而有效地保护花管在采动影响后保留完好的出气通道。起到“避让”的作用, 下部钻孔穿透回采层进入底板12m,确保洗井及回采过程中杂质沉淀在煤层底板裸孔内,确保花管的出气断面。,47,确定了不同层位岩层运动导致钻井承受最大剪应力的位置,掌握了地面钻井护壁防断控制技术。 目前主要以型结构地面钻井为主。,型钻井结构: 一开钻径增大到350mm,从基岩面延深至13-1煤顶板,采用直径分别为27310.16mm、177.813.72mm的双石油套管,石油固井技术固井。 花管段采用PDC掏穴钻头将13-1煤顶板至11-2煤顶板7.5m地层扩孔至420mm孔径。从13-1煤层顶板10m至11-2煤顶板以上7.5m下置177.8mm*19.05mm的石油花管。 三开采用133mm口径施工至11-2煤层底板12m ,裸孔。,深厚表土层高地应力条件地面钻井卸压瓦斯抽采成套技术,钻到位的核心要义: 一是钻孔长度必须到位,不能“缺斤少两 ” ; 二是钻孔参数(倾角、方位角)必须符合设计要求,避免形成“盲区 ” 和空白带。 首先:必须严格执行预抽钻孔布置标准,钻孔必须做到保直钻进,钻孔实际开孔位置与设计孔位误差不得超过100mm,方位角误差不得超过1。 其次:穿层预抽钻孔见、止煤深度与设计相差5m及以上时必须进行测斜、分析。,在全行业首创建立预抽钻孔设计、钻进、护孔、封孔、验收、反演、评价、后评估等全流程管控技术标准。,上述九个步骤是淮南矿业瓦斯治理总结提炼的核心和精粹之一,是区域瓦斯治理的根本!,公司规定:穿层下向钻孔、顺层预抽钻孔必须全程下护孔套管。 实施管到底的必要性:淮南矿区围岩裂隙发育,煤层松软,孔壁稳定性差,钻孔易跨孔、堵孔,造成钻孔抽采效果差、浓度低,无法实现钻孔全程抽采,易形成空白带。要抽出瓦斯,必须保证抽采筛管下到位。,54,研制了包括内芯可脱式PDC钻头、大通孔焊接式宽叶片螺旋钻杆、悬挂装置整盘柔性PE套管等成套装备,实现将PE管,从钻杆中间下入,进行孔内护壁,作为煤层气抽采的通道,破解了低透气性松软煤层抽采效果差的难题,实现了全程安全高效抽采。,全程柔性套管快速护孔抽采瓦斯技术,快速下管工艺视频,集团公司规定煤层原始瓦斯含量在6m3/t以上的,钻孔合茬抽采24小时内孔口瓦斯浓度必须达30%及以上。,新型封孔器由注浆管、瓦斯抽放管、单向阀、爆破阀、囊袋、堵头、瓦斯抽放花管(集气段)等构成 。,两堵一注”封孔技术,57,上向钻孔一堵多注封孔: 穿煤段用1吋花管,1吋花管通过变头接2吋PE管;孔口外段2吋PE护孔管接一根2寸铁管,铁管外露10cm,用于合茬抽采;孔口段下4m长4分铁管作为注浆管,铁管外露10cm,并上4分球阀;抽采管与注浆管下齐后,孔口段2米用聚氨酯进行封孔固管;固孔后,采用水灰比为0.7:1的水泥浆注浆,待孔内返浆后,注浆压力维持在23Mpa,停止第一次注浆;待第一次注浆结束23小时进行二次加压注浆,堵住第一次水泥浆沉淀收缩缝,水灰比0.7:1,孔内二次返浆,泵压达到4Mpa以上时第二次注浆结束。,封孔技术,58,下向钻孔两堵多注封孔: “两堵”是采用自制聚氨酯封孔器注聚氨酯封堵,封堵段长度1m,封堵段由孔口向内分别位于2吋套管01m、1314m处。先进行里段封堵,再进行外段封堵,外段进行封堵时必须将3m的4注浆管和12m的4返浆管一并下入孔内。封堵结束后通过4注浆管注速凝膨胀封孔剂,速凝膨胀封孔剂与水的重量比为1.25:1。待返浆管有浆液流出时,及时关闭返浆管闸阀,继续向孔内注浆,待注浆泵压力表显示压力达到1.5MPa后,及时关闭注浆管闸阀,停注浆泵,封孔注浆结束。,封孔技术,囊袋式封孔技术:封孔器由注浆管、瓦斯抽采管、单向阀、爆破阀、囊袋、堵头、瓦斯抽采花管(集气段)等构成 。 利用注浆管向2个囊袋内注浆,囊袋内压力达到1.5MPa,爆破阀打开,向2个囊袋间注浆,当返浆管返浆液时,注浆结束。 工序简捷,解决了漏浆堵孔问题,封堵效果好,实现了快速封孔。,囊袋式封孔技术,技术原理:,封孔技术,59,传统封孔工艺缺点:传统“两堵一注”封孔技术,封孔深度一般为15m左右,不能有效封堵巷道围岩深部裂隙;采用传统孔口“一堵多注”封孔至煤层底板,注浆时间长,注浆量大,平均每孔消耗水泥0.5吨。 改进后的封孔工艺:变孔口封堵为孔封底堵,将封孔段移至见煤点顶(底)板附近,避开巷道围岩破碎带和裂隙带。取消囊带外所有1吋、2吋套管,用囊袋配套的12mm返浆管做为抽采管。 改后的优点:实现了抽采零接头,解决孔内套管接头漏气问题;封孔简单、便捷;解决费用高、程序复杂、浓度低等问题;节约大量人力、物力、财力。,定点(段)式高效封孔工艺,60,61,下向穿层预抽钻孔必须采取孔底排水排渣措施,预抽评价单元必须设置自动放水装置。抽采系统支管及干管内均安装除渣器及自动放水器。保持抽采管路的畅通。,下向钻孔自动排水排渣技术,分组吹水示意图,1气水分离器;2自动放水器;350mm排水管;4、5、17、18、19、20、21排水管控制闸阀; 6、7、8、9、10、11抽采管控制闸阀;12、13、14、15、16压风管控制闸阀,为提高顶板巷下向穿层钻孔排水效果,在每个钻场设计施工一个大孔径集中排水孔,集中排水孔终孔孔径300mm。集中排水孔采用103mm钻头开孔施工至终孔,撤钻后依次更换133mm、153mm、197mm、300mm钻头逐级扩孔,钻孔施工、扩孔全程使用压力水排渣。其中300mm钻头为勘探处朱集工区特制扩孔钻头。,坚持瓦斯治理顶底板巷道施工超前工作面回采35年,为瓦斯抽采钻孔施工提供时间和空间。 坚持穿层钻孔紧跟岩巷工程施工,最大限度地赢得煤巷消突时间。 定期对钻孔进行检验检查,防止堵孔,导致抽采失效。及时采取补孔、透孔等措施。确保抽采连续。 坚持穿层钻孔安全高效抽采,做到采前抽、采中抽、采后抽,最大化发挥抽采钻孔的作用。,70,按瓦斯压力分类采取措施。 瓦斯压力P2MPa,按防突规定执行,即:控制到揭煤处巷道轮廓线外12m(急倾斜煤层底部或下帮6m),并保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。 瓦斯压力P2MPa或前探测压等钻孔施工过程中有喷孔、顶钻等其他异常现象的,严于防突规定执行,即:控制到揭煤处巷道轮廓线外15m(急倾斜煤层底部或下帮8m),并保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于7m。,4、井巷揭煤预抽瓦斯技术。,71,揭煤预抽效果评价: 瓦斯预抽率45%后,进行区域防突措施效果检验。区域防突措施检验至少布置5个检验测试点,分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧,并且至少有1个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围。 区域防突措施进行效果检验指标,采用直接法测定残余瓦斯压力和残余瓦斯含量,并必须同时满足残余瓦斯压力PC0.74MPa、残余瓦斯含量WC8m3/t以及检验钻孔施工过程中无喷孔、顶钻等其他异常现象,方可认为措施有效。否则,必须补充措施或延长抽采时间,直至效果检验有效。,72,准确控制层位 井巷揭煤前,在最小法距10m以外(地质构造复杂带20m以外),至少施工2个前探钻孔,探明前方煤层赋存、构造及瓦斯情况。 快速取芯技术。将地面固体矿产绳索取芯钻探技术引入到井下,下向钻孔绳索取芯获得成功。灰岩取芯率达90.6%,破碎带取芯率达88.2%,比普通取芯工艺的取芯率(50%60%)有了大幅度提高。,实拍岩芯图,改造后的取芯钻机,层位、构造探测不清不准揭煤,73,先打大直径钻孔,下套管,封孔、注浆堵水,形成堵水圈。再在套管内二次成孔,即测压孔,同时采用测压孔放水器,实现煤层瓦斯压力的准确测定。,准确测定瓦斯压力,立井筒,煤层,测压钻孔,瓦斯压力测定,煤层瓦斯压力测不准不揭煤,74,拦截抽采瓦斯 所有揭煤措施孔钻孔必须抽采,采取巷帮钻场或巷道法的(井筒在井壁侧),揭煤期间巷帮钻场或巷道内(井筒井壁侧)钻孔保持连续抽采,实现拦截抽采涌向工作面的卸压瓦斯。,75,三 新技术应用及工程实践,01,02,03,03,创新瓦斯治理模式,一孔两消,从井下过渡到地面,淮南矿区瓦斯治理的第二次创业!,尝试地面区域治理瓦斯,缓解瓦斯治理工程与采掘工程之间的时空矛盾,以钻代巷,减人提效,自动钻机作业线,76,建成国内第一条自动化钻机作业线,双履带式煤矿用自动化钻机是一种集机、电、液技术为一体的新型煤矿钻机; 该钻机通过自动控制程序、电液联合驱动系统、钻杆自动装卸系统等的有机结合,可实现一键自动钻孔功能; 只需按下控制键,钻机整个施工过程中无需其他人工操作。,副履带车,无线遥控器,77,自动钻机视频,自动化钻机相比普通钻机特点,79,安全性高,减人增效,自动化程度高,劳动强度低,人员可以遥控指挥作业,该钻机实现了钻进、旋转、上下钻杆等动作全部由程序控制,无需人为干预,实现了钻孔施工自动化。,该钻机行走、锚固、调斜、上下钻杆等需要较大劳动强度的环节,均设计为液压控制(或电控),大大降低了施工过程中的劳动强度。,作业线当班作业人员由9人减至5人,减幅44%。人均效率由普通机组的180米/月.人提高至314.37米/月.人,增幅74%。,“一孔两消”是顺层定向长钻孔对工作面块段及掘进条带同步消突。,淮南矿区开采煤层属于碎软、低渗煤层,瓦斯治理是诸多矿井安全高效生产面临的最大障碍之一,井下顺层长钻孔抽采是瓦斯治理最有效的技术手段。,坚持问题导向,提出新思路。,创新了基于气动定向钻孔的“一孔两消”瓦斯治理模式,利用已掘煤巷为钻场,垂直于工作面施工顺层定向钻孔群预抽瓦斯,实现了待掘煤巷条带和回采工作面瓦斯区域预抽,“一孔两消”瓦斯治理模式,定向长钻孔“一孔两消”技术 从采煤工作面回风巷施工定向顺层钻孔到进风巷设计位置,对工作面和进风巷煤层同时进行抽采和消突,并取代进风巷条带预抽“底抽巷+穿层钻孔”。 攻关解决了煤层起伏钻孔见煤率低、应力集中易跨孔、松软煤层排渣困难、风动马达受热易损坏和磨损等一系列难题,探索出一套适合于淮南矿区松软煤层空气螺杆马达定向钻进施工成套技术。 在松软突出煤层(瓦斯压力2.8MPa,瓦斯含量8.4m3/t)施工顺层定向长钻孔,平均孔深220m,最大孔深231m,通过抽采,瓦斯压力降到0.35MPa,瓦斯含量降到3.69m3/t,实现了煤巷掘进和采煤工作面同步消突,达到了煤巷掘进、工作面回采期间防突预测、回风瓦斯浓度指标“两不超”。,定向长钻孔“一孔两消”技术,螺杆马达,钻孔平面反演图,为进一步推动瓦斯治理技术创新,提升瓦斯治理效率和效益,利用大直径高位定向长钻孔替代高抽巷即“以孔代巷”技术的应用与推广。,顶板高位大直径定向钻孔抽采瓦斯,顶板高位大直径钻进技术及装备,随钻测量定向钻进工艺原理,煤矿井下定向钻进系统组成,85,顶板高位大直径钻进装备介绍,ZDY12000LD定向钻机和BLY390泵车,ZDY12000LD型大功率定向钻机及其配套的BLY390大泵量泵车,可满足煤矿井下大直径、超深本煤层及顶板高位等定向钻孔施工需要。,最大扭矩:12000Nm 配套钻杆:73127mm 调角范围:-1020 一次性成孔直径:120mm 尺寸:420016001900,额定流量:390L/min 最高额定压力:12MPa 尺寸:325013001760,86,以孔代巷工程案例1,顾桥矿1123(3)轨顺2017年5月22日施工结束,2017年8月18日开始抽采,单孔最大抽采浓度100%,干管平均浓度38%,平均混合量34.46m/min,平均纯量10.7m/min。,通过地面井提前预抽治理瓦斯起始于上世纪90年代,目前在这方面走在全国煤炭行业前列的是山西晋煤及其下属蓝焰公司。形成了全国瓦斯治理晋城模式。淮南煤矿也曾多次尝试,但受客观条件的制约和技术瓶颈短板,一直未取得根本性突破。2015年以来,积极探索实践,开始尝试从地面治理瓦斯。,89,在-730-960m联络斜巷(下段)实施地面钻井掏4-1煤辅助消突工程,采用“1口多底定向井,6个分支井段”布井方案。,剖面图,1.地面掏煤工程实践,采用三开井身结构,三开井段为裸眼。 一开、二开井段固井,三开段为便于掏煤施工及分支井段侧钻需要为裸眼段。 二开及三开段采用定向钻进工艺。 保证井眼轨迹与已有巷道保持适当距离,防止导通巷道。 要求见煤点落入设计半径2m以内保证施工区域与消突区域的重合,达到消突目的。,采用以下工艺及工序达到区域消突的目的和目标。,钻井工程,机械掏煤,水力扩孔,空气返排,负压抽放,注浆封孔,技术工艺,井身结构示意图,逐级机械扩孔工艺; 采用400mm、600mm机械扩孔钻头对煤层进行扩孔施工,同时可提高煤屑返排效率。,钻井工程,机械掏煤,水力扩孔,空气返排,负压抽放,注浆封孔,采用常规水射流和L型高压水射流切割掏煤工艺; 首先采用常规水射流对煤层进行切割,使用新型高压水射流对煤层进行再次切割和掏煤,可极大程度扩孔洞穴直径,从而降低地层应力,提高消 突效果。,技术工艺,钻井工程,机械掏煤,水力扩孔,空气返排,负压抽放,注浆封孔,使用空压机利用空气将井筒及洞穴内水和煤屑返排至地面,降低煤层段流体压力,加大煤层瓦斯及地应力释放速度。,接入矿井瓦斯负压抽采系统,进行瓦斯抽采。,进行注浆封孔,将掏煤后形成的空洞和裂隙填充。,技术工艺,空压机,井口装置,负压抽采管路,2.压裂排采井工程实践,集团公司成立了煤层气开发专业化运营平台煤层气开发利用公司,目前施工试验井6口,掌握各煤层钻进、成孔、压裂、排采工艺差异性,为全面推广做好技术储备。,新谢1#井剖面图,2,3,连续油管 作业指挥车,压裂泵车,压裂作业 监控车,拍摄日期:2019.8.22,94,新谢区块试验井 分段射孔压裂,正式射孔压裂 前的施工场景之一,严格瓦斯管理,严格瓦斯管理,(一) “一通三防”及防突例会制度 公司每两个月召开一次以瓦斯治理和防突工作为核心的总工程师例会,各矿矿长每月牵头组织召开一次“一通三防”及防突例会,协调平衡瓦斯治理所需“人、财、物”。 (二)瓦斯治理“一矿一策”“一面一策”制度 各矿负责编制年度瓦斯治理“一矿一策”、“一面一策”,报公司核准后,严格按照核准意见组织落实,做到分类施策,精准有效。矿长为终端责任人。 (三)瓦斯治理“五项指标”考核奖罚制度 坚持以瓦斯治理“五项指标”引领全年“一通三防”工作。年初下达各矿瓦斯治理“五项指标”计划,公司每月在安全生产视频会上通报各矿 “五项指标”完成情况并定期组织考核验收,实施正、反向激励。,严格瓦斯管理,(四)区域预抽钻孔反演分析制度 矿通风副总工程师、地测副总工程师按业务范围,负责组织对区域预抽钻孔施工结果实施反演和分析工作。矿总工程师对区域预抽钻孔分析结果进行签字确认。 (五)瓦斯日分析制度 明确由矿总工程师每天组织通风、防突、地质、安全监控、与发生瓦斯异常地点相关施工单位,对通风、防火、瓦斯涌出、监控曲线变化等异常现象和敏感信息全面分析,查明原因,采取有效措施,超前防范。 (六) “一通三防”及防突会诊督查制度 坚持问题导向,每周选择一个矿实行“集中专业会诊、井下安全检查、函告督办”“三位一体”闭环管理制度,立足于查大系统、大隐患,防大事故,夯实“一通三防”管理基础。,加强瓦斯综合利用,加强瓦斯综合利用,目前矿区浓度10%以上的瓦斯利用率已达80%,主要用于瓦斯发电、民用。2018年矿区瓦斯利用量 1.19亿m3,瓦斯发电量 2.26亿度。2018年,我们开展了10%以下超低浓度瓦斯利用项目建设。,超低浓瓦斯高温氧化原理,地面抽采泵站的瓦斯经过一次掺混(2.5%左右)进行远距离输送,到超低浓瓦斯利用车间进行二次掺混(1.0%1.2%),进入瓦斯氧化装置(RTO)进行氧化放热反应产生高温烟气(950),高温烟气进入余热锅炉,产生过热蒸汽进入背压式汽轮发电机组,排出的蒸汽用于后置凝汽式轮发电机发电机组和矿井各用热地点。,超低浓度瓦斯利用流程,应用效果,系统投入运行后,年利用超低浓瓦斯1718万m3,瓦斯发电1610万度,减排CO2量25.22万t,节约标准煤1.4万t,供蒸汽量18.45万GJ,供热水量4.91万GJ。10%超低浓度瓦斯由完全排空到利用率达到80%以上。,谢谢
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