神華寧煤烏蘭煤礦2014年10月神華寧夏煤業集團烏蘭煤礦低透氣性近距離煤層群無煤柱保護層開采防突及抽采關鍵技術二、無煤柱保護層開采防突及瓦斯抽采關鍵技術一、礦井基本情況(一)突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯技術（二）煤層預抽瓦斯防突技術

（三）無煤柱保護層開采工作面防突瓦斯綜合治理技術三、效益、評價匯報提綱礦井概況烏蘭煤礦位于內蒙阿拉善盟左旗宗別立鎮。礦井始建于1966年7月1日，于1975年6月30日建成投產，礦井原設計能力90萬噸，經兩次技改，設計生產能力240萬噸/年。是神華寧夏煤業集團公司主力礦井之一。寧夏精焦煤生產基地之一。

井田呈單斜構造、南北走向，走向長5km，傾斜寬3km，面積16.15k㎡。井田內有可采及局部可采煤層17層，總厚度30.74m，煤層平均傾角在20°～21°；主采2＃、3＃、7＃、8＃煤層均為突出煤層且具有自然發火性和煤塵爆炸性。

礦井開拓方式目前礦井正在進行第三次技改，采用斜井多水平階段石門聯合開拓，井田以北翼軌道上山和主井為界，劃分為三個采區，分＋1350、＋1150、＋910三個水平，每個水平分為三個階段，階段垂高60-80m。現礦井實施下保護層開采，煤層開采順序7#→8#→2#→3#。目前礦井一水平開采已結束，全部進入二水平開采。2014年計劃原煤產量90萬噸，現布置一個采煤工作面，兩個備采工作面，6個掘進工作面，其中1個技改工作面。通風系統礦井通風方式為兩翼對角式（四進兩回），通風方法為抽出式通風。現礦井總進風量為15124m3/min，負壓1730Pa，有效風量率94.86%，等級孔7.25m2。礦井有獨立完整的通風系統且合理、可靠，生產水平和采區均實現了分區通風，無串聯通風及采空區通風，井下作業地點風速風量符合《煤礦安全規程》要求，滿足瓦斯治理及防突需要。瓦斯抽采系統礦井建有四套固定瓦斯抽采系統，一套裝備3臺2BEC-67型瓦斯抽采泵（單臺額定流量317m3/min），用于井下預抽；另一套裝備3臺2BEC-42型瓦斯抽采泵（單臺額定流量140m3/min），用于地面鉆孔抽采。一套安裝3臺2BES-72泵，停運;一套安裝3臺2BES-72泵，一臺運轉用于抽采Ⅱ020803工作面上隅角埋管瓦斯。主采煤層賦存較為穩定截止2013年12月底，礦井可采儲量為8101萬噸。礦井水文地質類型為中等類型。經勘探在二、三水平共查明落差在5m以上的斷層73條。井田總體構造類型為中等偏簡單。

礦井資源條件主采煤層賦存情況

主采2#、3#、7#、8#煤層中2#、3#煤層頂板為粉、細砂巖，厚度一般在3-5m以上；7#煤層直接頂多為石灰巖，厚0.5-3.0m；8#煤層直接頂為灰色粉砂巖，厚0.3-6.7m；2#、3#、7#、8#煤層底板多為粉、細砂巖，厚3.5-43m。主采煤層賦存較為穩定。煤層編號層厚（m）層間距（m）煤層結構煤層穩定性頂底板巖性最小～最大／平均平均頂板底板山西組2#煤0.7～8.2/3.67527.8322.3412.337.735.95復雜不穩定砂質泥巖、粉砂巖砂巖3#煤2.91～23.53/9.08復雜穩定砂質泥巖、粉砂巖砂巖太原組5#煤0.7～1.63/1.26復雜穩定砂質泥巖、粉砂巖砂質泥巖、泥質粉砂巖6#煤0.72～1.83/1.22簡單穩定灰巖砂巖7#煤1.12～2.36/1.76簡單穩定灰巖砂質泥巖、泥質粉砂巖8#煤1.21～3.9/2.53復雜不穩定泥巖、砂質泥巖砂質泥巖、泥質粉砂巖

煤層特征表1987年1月11日在北一采區1350二石門揭2#煤層時發生煤與瓦斯突出，突出煤90t，瓦斯15000m3，2#煤層被定為突出煤層。3#、8＃煤層多次發生動力現象，經鑒定3#、7＃、8＃煤層均為突出煤層。5＃煤層無突出危險，其它6#、11#、12#、13#、14#、15#煤層除瓦斯放散初速度△p未超過臨界值標，其余指標均超過《防治煤與瓦斯突出規定》的臨界值。2014年礦井瓦斯等級鑒定為煤與瓦斯突出礦井,絕對瓦斯涌出量134.66m3/min,相對瓦斯涌出量為80.15m3/t。礦井瓦斯情況名稱煤的破壞類型瓦斯放散初速度（△P）煤的堅固性系數（f）相對瓦斯壓力（MPa）測定結果鑒定單位臨界值Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ≥10≤0.5≥0.742#煤層1987年1月11日北一石門揭煤期間發生突出事故，事故專家組直接將2#煤層定為突出煤層。突出煤層3#煤層Ⅰ~Ⅴ120.271.6突出煤層重慶研究院5#煤層Ⅱ50.690.5無突出危險重慶研究院6#煤層Ⅲ~Ⅳ60.411.3無突出危險重慶研究院7#煤層Ⅰ~Ⅴ130.182.1突出煤層重慶研究院8#煤層Ⅳ7.70250.32202.5突出煤層中國礦業大學10#煤層Ⅳ9.8570.26972.1突出煤層中國礦業大學11#煤層Ⅲ30.392.5無突出危險重慶研究院12#煤層Ⅳ70.31.2無突出危險重慶研究院13#煤層Ⅳ30.351.2無突出危險重慶研究院14#煤層Ⅳ40.51.6無突出危險重慶研究院15#煤層Ⅲ~Ⅳ70.352.0無突出危險重慶研究院3#、5＃、6#、7＃、8＃、10#、

11#、12#、13#、14#、15#煤層突出危險性鑒定情況

為準確掌握各采掘工作面煤層瓦斯參數，礦建立了通風實驗室，購置了DGC型瓦斯含量直接測定裝置。礦井瓦斯情況礦與中煤科工集團重慶研究院合作測定了主采2#、3#、7#、8#煤層基本參數。煤層的原始透氣性系數為0.01-2.754m2/(MPa2·d)；鉆孔流量衰減系數為0.0472-1.0538d-1

。煤層取樣地點吸附常數孔隙率百米煤孔瓦斯流量（m3/min）鉆孔流量衰減系數（d-1）透氣性系數（m2/MPa2.d）瓦斯壓力MPa對應瓦斯含量/(m3.t-1)ab21280-1150水平18.6732-19.45860.7823-0.87647.31-5.521.043-1.5130.0586-0.27570.71.07.0931280水平0.00291337019.713.82-6.420.092-1.7840.0483-0.08470.011.07.3471215-1100水平15.4876-17.97190.9207-1.04441.50-2.901.7830.08612.7542.010.6581215-1100水平15.6246-18.87080.7187-1.03942.94-5.960.859-1.8290.0472-1.05380.52.511.07瓦斯基本參數表

瓦斯儲量：截至2012年，烏蘭煤礦探明的煤炭地質儲量為12718萬噸，可采儲量為8291萬噸；瓦斯地質儲量為12.04億m3。可抽采儲量為8.69億m3。煤層編號面積/km2含量①m3/t煤厚②/m密度③/(t/m)埋藏深度/m地質儲量④/Mm3儲量豐度//km22#二水平2.169.443.681.4200~400115.510.532#三水平1.8413.533.681.4400~650141.130.77小計4.01256.640.643#二水平2.358.19.081.45200~430275.401.173#三水平2.1112.29.081.45430~650372.321.77小計4.45647.721.457#二水平2.277.81.761.3230~46044.650.207#三水平2.2611.71.761.3460~70066.570.29小計4.54111.220.258#二水平2.288.62.531.35230~46073.690.328#三水平2.3812.82.531.35460~700114.520.48小計4.66188.210.40合計17.661203.79

煤層氣資源量計算結果統計表烏蘭煤礦原一直采用自上而下留設階段煤柱的開采方法，隨著開采深度的增加，煤層瓦斯含量、壓力增大，突出危險性增強，且煤層透氣性差，鉆孔瓦斯涌出量衰減快，預抽效果差，不能有效治理工作面瓦斯。由于7#、8#煤層回采工作面布置留有一定的階段煤柱，就會造成2#、3#煤層掘進及回采時卸壓保護范圍小，瓦斯治理難度大，煤炭資源損失量多。因7#、8#煤層層間距0-4m采掘前必須進行同時抽采、消突，必然造成單進低，安全隱患大，按照保護層開采要求8#煤層順槽掘進速度必然滯后于7#煤層回采速度，造成接續緊張，不能滿足礦井高產、高效需要。同時待7#、8#煤層工作面系統形成后，還要留有一定時間的預抽期方可回采，造成礦井抽、掘、采關系不平衡。實施的必要性

為解決以上瓦斯治理難題，礦與中國礦業大學、中煤科工集團重慶研究院、西安科技大學先后進行了《高瓦斯突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯關鍵技術》、《瓦斯賦存規律及突出綜合防治技術研究》、《突出礦井下保護層沿空留巷無煤柱安全開采技術研究》項目，通過以上項目的實施，取得了良好的效果。主要分為以下三個方面：（一）突出煤層群保護層開采與地面鉆井抽采卸壓瓦斯技術（二）煤層預抽瓦斯防突技術（三）無煤柱保護層開采工作面防突瓦斯治理綜合技術1.總體思路保護層的選擇：根據礦井煤層的賦存情況，

2#煤層上部１#煤層為煤線不可采，

5#、6#煤層局部可采，7＃、8＃煤層賦存穩定全井田可采。3#煤層與5#、6#煤層層間距分別為18.6m、28.74m，3#煤層不被破壞的最小間距是21.6m，因此5#、6#煤層不宜做為3#煤層保護層開采；7＃、8＃煤層與3＃煤層之間的層間距分別為62.56m、68.81m，7＃、8＃煤層分別開采時上部煤層不被破壞的最小間距是21.6m、35.7m，經計算7＃、8＃煤層開采后3＃煤層不被破壞的最小間距為57.3m。表明7＃、8＃煤層開采后不會造成2＃、3＃煤層的破壞，只發生整體下沉；下保護層開采對上部煤層有效的保護距離為123m，7＃與2＃煤層的最大層間距為99m，在有效保護范圍內，因此選擇突出危險性相對較弱的7#煤層作為2#、3#煤層的下保護層和8＃煤層的上保護層的開采方案，先行開采7＃煤層,保護8#煤層和2#、3#煤層，后開采8＃煤層，對2#、3#煤層進行二次保護。煤層開采順序為7#→8#→2#→3#煤層，形成“二保二”。地面鉆井1.總體思路示意圖

在試驗區域共布置2排14個地面鉆井，為考察鉆井的不同布置參數對抽采瓦斯效果的影響及其之間的相互關系，采用非均勻布井法，鉆井間距60-100m，內錯回風順槽、運輸順槽50m。鉆井直徑Ф177mm，終孔位置位于7#煤層頂板上方10m處。下入Ф139mm的抽采管，從2#煤層頂板以上10m至終孔位置部分為篩管，其余為實管。試驗后將鉆井參數定為間距100m，內錯風、機巷50m，鉆井直徑Ф219mm，下入Ф180mm的抽采管。2.鉆井布置方式：

Ⅱ030702工作面回采后，

受采動卸壓的作用，地面1#鉆井、2#鉆井先后涌出瓦斯，保護層開采區域抽出瓦斯1436.96萬m3，其中2#鉆井抽采瓦斯305.57萬m3，抽采期間單井最大瓦斯抽采量達到24826m3/d，取得了顯著的效果。3.抽采情況走向停采線側和切眼側的卸壓角分別為80°和75°，傾向上部卸壓角和下部的卸壓角分別為88°和75°。2#煤層和3#煤層的殘余瓦斯含量分別為3.63m3/t和3.14m3/t，瓦斯抽采率分別達到65.8%和68.0%。徹底消除了被保護層的突出危險性。煤層原始瓦斯含量（m3/t）殘余瓦斯含量（m3/t）抽采率（％）210.63.6365.839.813.1468.04.保護效果3#煤層的原始透氣性系數為0.01m2/(MPa2·d)；3#煤層卸壓區域透氣性系數平均為20.46m2/(MPa2·d)；被保護層的透氣性系數增大2046倍。在被保護區域內Ⅱ030301工作面開采時瓦斯涌出量小于10m3/min，工作面回風量665m3/min，瓦斯濃度0.34%，風排瓦斯量2.261m3/min，抽采瓦斯量7.2m3/min，瓦斯涌出量9.461m3/min。工作面回采時無瓦斯超限現象。5.保護效果分析保護層工作面預抽瓦斯防突技術

首先在8#煤層底板巖巷向上部7＃、8#煤層施工穿層預抽鉆孔，效果檢驗突出危險性消除，施工運輸順槽和回風順槽時，再施工順層鉆孔進行強化區域抽采。采煤工作面穿層預抽鉆孔平面布置圖保護層工作面預抽防突技術工作面8#煤層底板巖巷向上部7＃、8#煤層施工穿層預抽鉆孔剖面圖。瓦斯治理巷及鉆場布置：在8#煤層底板巖層設置北翼1080瓦斯治理巷，與8#煤層底垂距28～10m，沿工作面走向貫穿整個工作面，工作面每掘進30m在上下幫交錯各施工一個鉆場。在鉆場內向7#、8#煤層施工穿層預抽消突鉆孔。抽采鉆孔布置：由南向北工作面右手幫（通常稱為上幫）鉆場，每個鉆場布置兩列20個鉆孔，左手幫（通常稱為下幫）鉆場，每個鉆場布置兩列22個鉆孔，孔徑Ф94mm。控制范圍、終孔點位置：鉆孔穿過7#、8#煤層進入7#煤層頂板1m位置，在7#煤層孔底間距為15m，8#煤層孔底間距為12-15m。控制回風順槽輪廓線上幫20m和運輸順槽下幫20m整個工作面區域。效果檢驗：采用殘余瓦斯含量及殘余瓦斯壓力指標進行防突措施效果檢驗。在020703風、機巷每隔45m施工一組效果檢驗孔，孔徑Ф94mm，終孔點位置分別位于020703風巷往下55m；距020703機巷上幫往上45、96m，鉆孔沿7#煤層施工至終孔位置。

回采區域7#煤層最大殘余瓦斯含量為7m3/t，可解吸瓦斯量為5.1m3/t。效果檢驗：采用殘余瓦斯含量及殘余瓦斯壓力指標進行防突措施效果檢驗。在020803風、機巷每隔45m施工一組效果檢驗孔，孔徑Ф94mm，終孔點位置分別位于020803風巷往下40m；距020803機巷上幫往上45、96m，鉆孔沿7#煤層施工至終孔位置。回采區域8#煤層最大殘余瓦斯含量為7.3m3/t，可解吸瓦斯量為5.7m3/t。

煤巷掘進（采取區域措施后效果檢驗合格的前提下）在煤巷掘進工作面還應當至少打1個超前距不小于10m的超前鉆孔或者采取超前物探措施，探測地質構造和觀察突出預兆。驗證方法采用鉆屑指標法，7#煤層在工作面向前方至少施工3個驗證鉆孔，鉆孔終孔點位于巷道兩側輪廓線2~4m處，鉆孔每鉆進1m測定其鉆屑量，每鉆進2m測定k1值。如驗證時有一個煤層指標超過規定必須采取補充措施，再進行驗證。7#煤層所有掘進作業面本煤層的區域驗證均按10m一驗證，每預測10m掘進8m留2m超前距離，驗證有危險立即采取局部防突措施。掘進工作面防突技術

礦井所有巖巷掘進工作面規程中均要求，每40m進行一次探煤層或地質構造的工作，如探得巖巷掘進工作面與鄰近煤層法線距離小于10m時，進行煤層賦存規律分析及突出危險性參數測定，地質預報分析該工作面繼續掘進法線距離將繼續變小或者揭穿且預測指標超標的情況下，立即停止工作面面掘進，采區防突措施待檢驗指標合格后才允許掘進；具體見圖。當地質分析報告確定工作面與煤層法線距離大于10m或者越來越遠時，地測部門只進行探煤掌握煤層走向及傾向變化，確保不誤揭煤層。

掘進工作面防突技術

通過考察學習淮南、屯蘭、章村等礦區煤層群沿空留巷瓦斯治理技術工程先進經驗，結合烏蘭煤礦實際，與西安科技大學合作，在7＃煤層Ⅱ020703綜采工作面運輸順槽實施了沿空留巷瓦斯治理技術。1.工作面概況Ⅱ020703工作面位于烏蘭井田北翼采區二水平三階段,平均厚1.9m，煤層傾角平均23°，設計走向長度810m，傾斜長220m，鄰區煤層均未開采。7#煤層為II類自燃煤層，發火期為57天。7#煤層煤塵爆炸指數為27.8%。Ⅱ020703工作面本煤層最大殘余瓦斯含量為7m3/t，可解吸瓦斯量為5.1m3/t，其下俯的8#煤層最大殘余瓦斯含量為7.3m3/t，可解吸瓦斯量為5.7m3/t。2.工作面沿空快速留巷技術巷道參數：巷道斷面為矩形，凈寬4.5m，凈高3.2m，采用錨、網支護。頂部6個錨桿，上幫2根錨桿，下幫1根錨桿，全部采用￠20×2200mm左旋螺紋鋼錨桿和木托進行永久支護，錨桿間排距分別為800×900mm和1000×900mm。工作面采用沿空快速留巷技術前，對巷道進行了加固：在原有支護基礎上，頂板每隔2排增加一排防腐錨索和桁架鋼帶進行加固，每排3根φ21.8-L8300防腐錨索和HT-RT140/25-L3440水平力桁架鋼帶；上、下幫均采用MSGLD-335/20左旋螺紋鋼錨桿和T140托盤支護，錨桿長度2200mm，間排距：800×900mm，上幫底部加打一根錨桿，下幫加打三根錨桿。2.工作面沿空快速留巷技術頂、底板巖性：直接頂板為平均0.9m厚的深灰色石灰巖，致密堅硬。老頂為平均9.38m厚的深灰色粉砂巖，致密，層理發育，較破碎。底板：直接底為平均5.5m泥質粉砂巖，黑灰色、層理清晰，致密。柔膜墻參數：沿空留巷隔離墻的寬度為1000mm，高度為3000mm,袋鑄混凝土隔離墻受到礦壓后的應力最大值為1.51×102t/m2，而隔離墻C30混凝土的抗壓標準值為3×102t/m2，完全滿足巷道在回采過程中的礦壓顯現要求。泵送混凝土巷旁充填工藝：包括充填泵站與充填點兩部分。工藝流程：作業準備→泵送水→泵送砂漿→混凝土攪拌→混凝土運輸（預拌）→混凝土泵送→混凝土澆筑→泵送砂漿→泵注完成→清洗管路；由于其中鋪設有膠帶輸送機等大型設備，充填泵站難以布置其中。巷內不具備運順條件。因此，采用接力泵送方案。將一級泵站放置在Ⅱ020703工作面停采線外100m處。二級泵站設距離一級泵站630m位置。圖2-7隔離墻整體布置圖在采煤工作面回采過后，沿著工作面1#過渡支架下側在運輸順槽頂底板設計位置打設惠天錨柱和單體液壓支柱（外側打設單體液壓支柱，內側打設惠天錨柱），形成錨固和支撐雙重作用。然后利用惠天錨柱和單體液壓支柱固定澆筑充填膠結材料的模袋，在工作面過后不影響工作面回采工作時候澆灌充填膠結材料。

隔離墻俯視圖隔離墻整體布置平面圖圖

錨柱插入地錨栓連接注漿泵頂升至頂錨栓

圖

預支撐袋鑄結構隔離墻施工效果圖1.工作面預抽在Ⅱ020703綜采工作面開采前，采取在回風、運輸順槽和北翼1100瓦斯治理巷施工順層、穿層鉆孔對工作面7#及下覆8#煤層進行預抽的區域防突措施。Ⅱ020703綜采面7#煤層抽采鉆孔設計平面圖工作面綜合瓦斯治理方法1.工作面預抽對于Ⅱ020703工作面下部8#煤層抽采，采取在Ⅱ020803回風上山和北翼八層中央回風上山施工長距離走向順層鉆孔，對于中間采用不能覆蓋的區域，采取在Ⅱ020703工作面機巷、風巷每12m一個鉆場施工穿層鉆孔，鉆孔搭接長度10m，孔徑Φ94mm。Ⅱ020703綜采面下部8#煤層抽采鉆孔設計平面圖工作面綜合瓦斯治理方法Ⅱ020703綜采面下部8#煤層抽采鉆孔設計剖面圖Ⅱ020703綜采面下部8#煤層抽采鉆孔設計剖面圖2.地面鉆井抽采在回采工作面運順和回順內側50m范圍布置2排地面鉆井，鉆井走向布井間距100m，抽采上部2#

、3#煤層卸壓瓦斯及采空區瓦斯。當鉆井進入工作面采空區200m時，停止抽采，利用鉆井采取防滅火措施。經計算上部2#

、3#煤層抽采率達60%以上。2.地面鉆井抽采Ⅱ020703地面鉆孔抽采情況鉆孔號平均流量（m3/min）平均濃度（%）抽采天數單孔抽采量（m3）抽采總量（m3）25#8.757667.116620934171031209627#12.166557.63169296083929#10.2175.37132194071731#6.86261.35453358933#10.0662.346594161635#13.1161.7878147251537#4.4156.582314605939#10.3464.861522334426#2.04911.6113333413716471528#5.638760.936250342330#9.2968.87144192637432#11.2584.715690720034#12.915560111542436#11.4264.5173120047038#13.9462.363978287040#15.2669.2718395539備注：26#鉆孔因與Ⅱ020703切眼打透，濃度、流量均低于其他地面鉆孔2.地面鉆井抽采

在工作面回風順槽沿走向50m布置一個鉆場，每個鉆場布置5個高位鉆孔，鉆孔孔深80-90m，孔徑Φ94mm，鉆孔設計終孔位置在7#煤層以上9-15m處，前后鉆場鉆孔搭接長度25m，鉆孔控制工作面上部50m范圍，鉆孔與抽采管連接抽采。3.高位鉆孔抽采

在工作面回順內鋪設兩路φ450mm的瓦斯抽采管，在埋管最前端安裝高1.5m的吸氣口立管抽采瓦斯，在抽采立管處架設了保護木垛，兩趟管路的吸氣口立管交錯36m布置。4.上隅角埋管采空區抽