楊柳礦井防治煤與瓦斯突出技術(shù)的實(shí)踐與研究

周全兵

摘 要:通過(guò)10煤層10414綜采工作面的抽放治理技術(shù),解決礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵要素,實(shí)現(xiàn)了礦井安全發(fā)展,對(duì)相鄰礦井的瓦斯治理具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞:煤與瓦斯突出防突措施抽放瓦斯瓦斯綜合治理

中圖分類號(hào):TD7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0122-02

煤與瓦斯突出是一種復(fù)雜的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象,也是一種非常嚴(yán)重而又比較普遍的威脅煤礦安全生產(chǎn)的自然災(zāi)害,其能在較短的時(shí)間內(nèi)從采掘工作面噴出大量的煤和瓦斯,給礦井造成巨大災(zāi)害,使煤礦安全生產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅,因此,解決煤與瓦斯突出災(zāi)害問(wèn)題是煤礦可持續(xù)發(fā)展的必要條件。

1礦井概況

楊柳礦井是淮北礦業(yè)集團(tuán)7年建成8對(duì)礦井的第四對(duì)新型現(xiàn)代化礦井,井田南北走向長(zhǎng)9km,東西寬約3km～9km,礦井可采儲(chǔ)量140Mt。該礦可采煤層72、82和10煤層,其中10煤層為礦井主采煤層,煤層平均厚度3.05m。楊柳礦井設(shè)計(jì)為高瓦斯礦井,該礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.8Mt/a,立井開(kāi)拓,通風(fēng)方式為中央并列抽出式,于2011年初投產(chǎn),在礦井掘進(jìn)石門(mén)揭煤過(guò)程中,該礦10煤層在打鉆過(guò)程中曾出現(xiàn)卡鉆、抱鉆、噴孔等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象,井下現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,18個(gè)測(cè)點(diǎn)有3個(gè)測(cè)點(diǎn)打鉆時(shí)出現(xiàn)噴孔、頂鉆、卡鉆等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象,噴孔率接近20％,由此楊柳礦井定為突出礦井。為解決礦井北翼10煤層安全開(kāi)采問(wèn)題,特別是解決10414工作面為楊柳煤礦首采工作面的安全問(wèn)題,淮北礦業(yè)集團(tuán)楊柳礦井采用底板雙巖巷預(yù)抽瓦斯防治技術(shù),取得了較好的效果。

1.1 瓦斯地質(zhì)特征

楊柳礦井田內(nèi)斷層較發(fā)育,斷層總數(shù)170條,巖漿活動(dòng)較劇烈,礦井10煤層較大范圍受到巖漿侵入,巖漿的侵入使煤層變質(zhì)程度提高,易于產(chǎn)生較多的吸附瓦斯;巖漿冷卻后成為煤層頂板,阻隔了瓦斯的逸出,煤層瓦斯含量較大,瓦斯治理難度大。10煤層瓦斯壓力為2.0MPa,大于突出臨界值0.74MPa,煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.56,大于突出臨界值0.5,瓦斯放散初速度ΔP為20mmHg,大于臨界值10mmHg,大部分測(cè)試指標(biāo)超過(guò)《煤與瓦斯突出等級(jí)鑒定規(guī)范》(AQ1024-2006)中的單項(xiàng)指標(biāo)臨界值。對(duì)此,礦井瓦斯治理工作迫在眉睫,并成為礦井投產(chǎn)的關(guān)鍵因素,特別是礦井首采工作面的治理做為重中之重進(jìn)行實(shí)施與治理。

1.2 工作面技術(shù)特征

10414工作面為楊柳煤礦首采工作面,位于104采區(qū)東翼,工作面走向長(zhǎng)1100m,傾斜長(zhǎng)180m。本煤層瓦斯含量5.38m3/t,其中最大值為10.71m3/t,本綜采工作面的風(fēng)排瓦斯量8.9m3/min,風(fēng)量配備1500m3/min。本礦井的抽放方法初期為聯(lián)合抽放,即高位走向頂板孔抽放,本煤層順層抽放。預(yù)計(jì)抽采瓦斯量281.6萬(wàn)立方米。采用綜合機(jī)械化采煤方式開(kāi)采,頂板采用自由垮落方式管理。

2楊柳礦10414工作面瓦斯防治技術(shù)方案

通過(guò)對(duì)10煤層瓦斯基本參數(shù)的分析可知,10煤東翼104采區(qū)10煤層瓦斯壓力為1.90MPa(表壓),石門(mén)揭煤過(guò)程中測(cè)定10煤的△h2最大值為300Pa,超出臨界值160Pa。K1最大值為0.69mL/g·min1/2,超出臨界值0.4mL/g·min1/2。而且在打鉆的過(guò)程中有噴孔現(xiàn)象。10煤存在煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)區(qū)域,從楊柳礦的實(shí)際出發(fā),對(duì)10414綜采工作面采用底板巖巷穿層鉆孔掩護(hù)工作面機(jī)風(fēng)巷的掘進(jìn)及傾向順層孔預(yù)抽工作面瓦斯的防治技術(shù)方案。

2.1 瓦斯抽采消突原理

10414綜采工作面底板巖巷穿層鉆孔與傾斜順層鉆孔瓦斯抽采模式的原理是通過(guò)向突出煤層內(nèi)打大量的密集鉆孔使煤體區(qū)域卸壓,同時(shí)抽采瓦斯釋放其潛能,然后再經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間(幾個(gè)月到幾十個(gè)月)的預(yù)抽煤層瓦斯進(jìn)一步降低其瓦斯壓力與瓦斯含量,并由此引起煤層的收縮變形、地應(yīng)力下降、透氣系數(shù)增高、地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度減小和煤的堅(jiān)固系數(shù)增加等變化,從而達(dá)到消除突出危險(xiǎn)性的目的。

2.2 實(shí)施方法

底板巖巷穿層鉆孔與傾斜順層鉆孔瓦斯抽采分四步實(shí)施。

在104采區(qū)10414綜采工作面突出10煤層底板距10414機(jī)巷、風(fēng)巷和開(kāi)切眼一定距離的巖層中施工抽采巷,與104采區(qū)邊界巷形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng);在10414底板巷內(nèi)施工穿層鉆孔并抽采機(jī)巷、風(fēng)巷和開(kāi)切眼位置及附近一定范圍煤層瓦斯,將該區(qū)域內(nèi)的煤層瓦斯含量降低到該煤層的始突深度的煤層瓦斯含量或壓力,若沒(méi)有考察到該值,將煤層瓦斯含量降到8m3/min以下,煤層瓦斯壓力降到0.74MPa以下,消除該條帶煤層的突出危險(xiǎn)性,保證煤層巷道的安全掘進(jìn);在消除10414綜采工作面突出危險(xiǎn)的煤體中掘進(jìn)機(jī)巷、風(fēng)巷和開(kāi)切眼;待10414綜采工作面形成通風(fēng)系統(tǒng)后,在10414機(jī)風(fēng)巷內(nèi)施工一定間距的順層鉆孔抽采煤層瓦斯,保證一定的預(yù)抽時(shí)間,在10414工作面開(kāi)采之前將煤層瓦斯含量降低到該煤層的始突深度的煤層瓦斯含量或壓力,若沒(méi)有考察到該值,將煤層瓦斯含量降到8m3/min以下,煤層瓦斯壓力降到0.74MPa以下,消除工作面煤層的突出危險(xiǎn)性。

2.3 施工技術(shù)方案

2.3.1 底板瓦斯抽放巷位置的確定

底板巷瓦斯抽放巷主要是利用穿層鉆孔抽放煤層瓦斯掩護(hù)煤巷掘進(jìn)。底板巷道位置距離煤層底板太遠(yuǎn)就會(huì)造成所打的穿層鉆孔過(guò)長(zhǎng),增加了打鉆工程量;距離煤層太近,會(huì)由于巖柱的抵抗力不足存在突出安全隱患。

工作面巷道與底板抽放巷的位置關(guān)系。底板抽放巷一般布置在巖性較好、距煤層底板20m～30m的巖層中,底板巷道斷面設(shè)計(jì)為9.6m2(3.4m×3.1m)。底板巷距機(jī)風(fēng)巷的水平距離為20m～30m,這個(gè)距離便于向機(jī)風(fēng)巷附近煤體打鉆。底板巷距開(kāi)切眼的水平距離為20m～30m。

2.3.2 鉆場(chǎng)、鉆孔參數(shù)施工技術(shù)

鉆場(chǎng)、鉆孔布置。在底板瓦斯抽采巷內(nèi)每隔30m,垂直于底板巷布置一長(zhǎng)度為5m的鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)斷面為12m2(4m×3m)。在鉆場(chǎng)內(nèi)向煤層施工7排穿層抽放鉆孔,每排6個(gè),共42個(gè)。抽放鉆孔直徑94mm～100mm,鉆孔間距設(shè)計(jì)為5m,鉆孔間距以煤層中厚面為準(zhǔn),鉆孔終孔進(jìn)入10煤層頂板0.5m。機(jī)巷、風(fēng)巷和開(kāi)切眼設(shè)計(jì)7排鉆孔掩護(hù),保護(hù)范圍為35m,布置在保護(hù)范圍的中部,按照采煤巷道寬度4m～5m計(jì)算,巷道兩幫的保護(hù)范圍≥15m,滿足相關(guān)規(guī)定,可以保證巷道的安全掘進(jìn),虛線框內(nèi)為鉆孔卸壓保護(hù)范圍。

要縮小鉆場(chǎng)距離、加密鉆孔,加大開(kāi)切眼附近煤體的鉆孔控制范圍。應(yīng)保證一定的預(yù)抽時(shí)間,將該區(qū)域內(nèi)的煤層瓦斯含量降至8m3/t以下或瓦斯壓力降為0.74MPa以下方可掘進(jìn)煤層巷道。

2.3.3 順層孔控制盲區(qū)穿層孔施工技術(shù)

10煤層工作面長(zhǎng)度180m左右,機(jī)風(fēng)巷鉆孔長(zhǎng)度需要達(dá)到90m～100m以上才能覆蓋整個(gè)工作面,但目前軟煤成孔技術(shù)水平較低,工作面煤層中間存在一個(gè)鉆孔空白帶。必須利用底板抽放巷向空白條帶內(nèi)打穿層鉆孔,鉆孔間距設(shè)計(jì)為5m～8m,鉆孔間距根據(jù)實(shí)際瓦斯排放效果再適當(dāng)調(diào)整。通過(guò)穿層鉆孔抽放空白條帶內(nèi)的瓦斯,降低煤層瓦斯壓力和含量,提高該區(qū)域煤體的硬度,為突出煤層施工順層長(zhǎng)鉆孔創(chuàng)造條件。通過(guò)穿層鉆孔和順層鉆孔的共同抽采,消除該區(qū)域內(nèi)的突出危險(xiǎn)性,保證了10414綜采工作面的安全高效回采。

2.4 瓦斯監(jiān)測(cè)實(shí)際結(jié)果

從工作面瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律圖可以看出,10414綜采工作面初采階段瓦斯?jié)舛绕骄迪鄬?duì)較高,隨著工作面風(fēng)量的增加,瓦斯?jié)舛戎饾u變小,但隨著開(kāi)采速度的增加,瓦斯涌出量逐漸升高,瓦斯?jié)舛入S著工作面推進(jìn)速度的增加而加大。在瓦斯治理過(guò)程中,2011年1月20號(hào)之后,高位鉆場(chǎng)水平長(zhǎng)孔抽放瓦斯和穿層孔抽放瓦斯起到了效果,及時(shí)有效地降低了瓦斯?jié)舛?從總體瓦斯治理效果來(lái)看,10414綜采工作面上隅角瓦斯?jié)舛群突仫L(fēng)巷瓦斯?jié)舛榷荚?.7%以下,離預(yù)警斷電濃度還有一定的富余,保證了10414綜采工作面安全生產(chǎn)。

3結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)施10414綜采工作面底板雙巖巷抽放10煤層瓦斯技術(shù),解放了10414綜采工作面及相鄰工作面的高濃度瓦斯的賦存狀況,釋放煤層瓦斯壓力,使10414綜采工作面的瓦斯?jié)舛冉档驮诜劳患夹g(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi),煤層瓦斯壓力降低到控制標(biāo)準(zhǔn)0.74MPa以下,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的治理目標(biāo)。對(duì)工作面的特殊關(guān)鍵地段的瓦斯防治技術(shù)如10414綜采工作面上隅角瓦斯?jié)舛群突仫L(fēng)巷瓦斯?jié)舛榷荚?.7%以下,符合安徽省瓦斯治理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家防突標(biāo)準(zhǔn),離預(yù)警斷電濃度還有一定的富余,保證了10414綜采工作面安全生產(chǎn)。通過(guò)本次的10煤層10414綜采工作面的抽放治理技術(shù),豐富了淮北礦區(qū)在新井建設(shè)瓦斯治理上的經(jīng)驗(yàn)和治理技術(shù),對(duì)相鄰礦井的瓦斯治理具有指導(dǎo)作用。隨著礦井開(kāi)采深度的增加,瓦斯含量與壓力逐漸增大,煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性也大大增加。為了提高瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和防突措施的效果,可以優(yōu)先使用預(yù)抽煤層瓦斯等防突措施,并加強(qiáng)瓦斯治理與監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究,在“四位一體”防突綜合措施的每一個(gè)環(huán)節(jié)上不斷改進(jìn)與完善,使突出治理更加準(zhǔn)確,以保證礦井的安全生產(chǎn)。

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