关于低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术的报告
煤工中心 [2008]007 号 签发人：袁亮

煤矿瓦斯防治部际协调领导小组办公室：
    煤矿瓦斯治理国家工程研究中心组建以来，在国家发展改革委、安徽省发展改革委正确指导下，以淮南矿业集团为主体，联合中国矿业大学，广泛开展产学研活动，边建设，边研发，边辐射，加快技术创新，在煤矿安全高效开采技术上取得重大突破，创新了低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术，经过工业性实验取得成功，通过了中国煤炭学会组织的专家鉴定，现向贵办公室报告如下：
    10年以前，淮南矿区是瓦斯爆炸事故重灾区，是我国构造复杂、高瓦斯、高地应力煤层群低透气性煤矿的典型代表，大部分生产矿井开采深度已达-700米～-1000米，且开采深度正以每年20～25米的速度增加，新建矿井首采区多在距地表800米以下深度。随着开采延深，煤与瓦斯突出威胁、软岩支护、采空侧小煤柱地压治理等问题日趋严重，深部开采面临巨大的技术挑战。
    针对煤矿深部开采面临的难题，煤矿瓦斯治理国家工程研究中心以淮南矿业集团为主体，联合有关单位，开展低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术研究。2005年完成实验室模拟、相关材料、系统设计研究，2006年起先后在淮南矿区新庄孜矿和顾桥矿进行工业性试验取得成功，2007年申请并通过中国煤炭学会组织的专家鉴定。
    实践表明，根据淮南矿区煤层群开采条件，利用首采关键卸压层形成的卸压作用，可数千倍数地提高被卸压煤层的透气性，从而有效实现煤与瓦斯共采。
    一、该项技术创新的重要意义
    成功研发低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术，是煤矿安全高效开采技术的重大突破，对于解决我国煤矿开采中瓦斯灾害威胁、资源回收率低等诸多难题，推动实施煤矿瓦斯防治战略“先抽后采、煤气共采”具有重要的现实意义。
一是彻底改变了传统煤矿采区开拓布局，采用Y型或H型通风方式，解决了U型通风工作面上隅角瓦斯积聚超限难题。
二是利用采空区留设的巷道，施工顶、底板穿层钻孔，抽采临近层或被保护层卸压瓦斯，解决了低透气性煤层群先抽后采问题，实现了煤与瓦斯共采。
三是减少3～4条瓦斯抽采岩石巷道，大大降低了煤矿安全生产成本。
四是一定程度上解决了深井开采热害问题，工作面回风侧可以降温3～5度，改善了煤矿职工作业环境。
五是实现无煤柱开采，采区煤炭资源回收率提高了5～8个百分点。
    二、主要技术创新点
（一）提出留巷钻孔法煤与瓦斯共采新理念。根据煤层群赋存条件，首采关键卸压层，通过沿采空区边缘留设的巷道作为下一阶段的一条回采巷道，实现了无煤柱连续开采，在留设的巷道内向采空区内布置施工上、下向高、低位钻孔，抽采顶底板卸压瓦斯和采空区瓦斯，并快速构建沿空留巷巷旁充填墙体，实现与综采工作面同步推进，边采煤边抽采瓦斯，实现了煤与瓦斯高效共采，创新了以留巷替代多条岩巷的抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采的理论和技术体系。
（二）沿空留巷围岩结构稳定性控制技术。在对沿空留巷内外层围岩结构稳定性科学分析的基础上，提出了沿空留设巷道内合理支护形式应为锚杆支护；提出包括围岩体强化、锚杆性能强化和围岩承载结构强化的沿空留巷巷道内锚杆强化支护技术原理；选择高强度杆体、高预紧力、系统高刚度为核心的“三高”锚杆支护技术，形成主动高阻力稳定的锚杆支护围岩承载结构；采用悬移液压支架巷道辅助加强支护，配备巷道起伏条件下远距离输送泵，沿空留巷支护墙体能紧随工作面及时快速构筑，满足综采工作面快速推进。
（三）巷帮充填材料研制与快速留巷充填工艺系统。研制了新型充填材料，适应矿压显现规律和巷道变形特性要求，具有良好的承载性能且适宜远距离泵送施工；集成创新地面干混充填料制备系统、干混充填料地面至井下泵站运输系统、干混充填料送至充填泵料斗上料系统、充填料浆的制备与泵送系统和充填模板支架等快速留巷工艺系统；研发自动上料的高效输送系统和充填模板支架，实现了充填机械化，缩短了工序时间。
（四）留巷钻孔法瓦斯抽采技术。低位钻孔抽采采空区瓦斯技术：利用留巷形成的“竖向带状裂隙区”进行抽采，有效解决了工作面留巷回风流瓦斯超限问题；高位钻孔抽采顶底远程卸压煤层瓦斯技术：在留巷内布置上向穿层钻孔抽采上部远程卸压煤层瓦斯，下向穿层钻孔抽采下部远程卸压煤层瓦斯；通过控制采空区埋管抽采管道口的数量和开启程度，控制采空区瓦斯抽采量和抽采瓦斯浓度，采用沿空留巷Y型通风方式，通过工作面上、下进风巷风量和留巷段埋管抽采量的调节，将留巷排放瓦斯的浓度控制在安全值以下。
    三、工业性试验和推广应用情况
    远距离煤层群煤与瓦斯共采工业性试验。顾桥煤矿沿空留巷Y型通风煤气共采实践表明： 1115(1)综采工作面采用沿空留巷Y型通风卸压抽采瓦斯技术，远程穿层钻孔替代传统的13煤层底板抽采巷及抽采钻孔；留巷内施工的低位抽采钻孔替代本煤层高抽巷，取得了较好的效果，留巷回风流瓦斯浓度在0.4%以下，消除了上隅角瓦斯超限现象，提高生产的安全可靠性，工作面日推进度10.5米、日产原煤16000吨，创同类工作面日产新纪录，日开采煤层气30946立方米，抽采率超过70%。
    近距离煤层群煤与瓦斯共采工业性试验。通过实施沿空留巷Y型通风技术，优化抽采钻孔布置，研究实施了倾向钻孔抽采顶底板被保护煤层卸压瓦斯，保护层工作面回采期间瓦斯抽采量占工作面总瓦斯量75%。新庄孜矿52210综采工作面通过留巷卸压煤与瓦斯共采，首采卸压煤层安全回采煤炭40万吨，解放上覆B11b煤层煤量46.95万吨；解放下伏B8煤层煤量24.36万吨，总计煤量71.41万吨。
    该项技术在上述两种典型煤层群条件下的工业性试验成功后，淮南矿业公司已经或正在13个工作面推广应用。计划到2010年，凡保护层开采和3米以下煤层开采90%以上的工作面，全部推广应用该技术。皖北煤电公司卧龙湖煤矿正在推广应用。皖北煤电公司祁东煤矿、金能集团公司宣武煤矿、山西柳林煤矿等正在开展推广应用此项技术前期工作。
    四、有关意见和建议
    2007年12月18日，中国煤炭学会组织专家对该项技术进行了鉴定。鉴定认为，低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术取得重大突破，达到国际领先水平。（1）提出了深井首采卸压层无煤柱沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采技术新思路、新方法。研究了采动影响区内顶板岩层裂隙的动态演化规律和采空区侧“竖向裂隙发育区”，创立了留巷钻孔法煤与瓦斯共采理论、技术和方法。（2）提出了适合岩层移动的留巷锚杆支护和辅助加强支护相结合的控制原理，形成了一套新型“三高”锚杆支护和自移式主动强力控顶支架辅助补强的留巷支护技术体系。（3）研制了适宜井下高程变化，具有早强、高增阻、可缩性且可远距离泵送施工的大流态、自密实、绿色环保新型充填材料；集成创新了充填材料远距离输送系统，自主创新了强支撑自移模板液压充填支架，建立了机械化快速构筑充填墙体工艺系统。（4）揭示了Y型通风方式下采区的空气压力场分布和卸压瓦斯的流动规律，消除了工作面瓦斯积聚。留巷钻孔法替代巷道钻孔法抽采卸压瓦斯，巷道工程量大大减少，效率和效益明显提高。（5）采用沿空留巷工艺，取消了区段煤柱，简化了生产系统，提高了煤炭资源回收率。
    专家建议，针对低透气性煤层群开采面临的技术难题，特别是深部高瓦斯、煤与瓦斯突出煤层群开采条件的矿区，可以学习借鉴淮南矿区的成功经验。井工煤矿保护层工作面开采推广应用该项技术，适用以下条件。（1）具有或经过改造后具有与沿空留巷相通并构成Y型通风的巷道系统。（2）直接顶中等稳定以上、基本顶易垮落并能充填采空区。（3）一次采全高工作面，采高4.0米以下；放顶煤工作面，煤坚固系数f≥2。（4）留巷巷道必须具有完整可靠的支护，留设巷道宽度在5.5米以内。（5）距沿空留巷点400米范围内有可靠的轨道进料系统及临时料场，且与工作面高差不大于30米。
    实践证明，低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术是一项成熟技术，理论依据充分，技术方案安全可靠，技术应用便捷可行，经济效益显著，是我国目前煤矿安全高效开采、提高资源回收率、提高经济效益最为先进的技术项目。建议贵办公室在行业进行广泛推广应用，推动煤炭工业健康可持续发展。

附：专家鉴定意见

                                                                二〇〇八年五月十五日