高瓦斯、易發(fā)火煤層耦合災(zāi)害治理技術(shù)研究

朱士清

摘 要：振興煤礦三水平南部區(qū)18號層，自然發(fā)火期3-6個月，該塊段煤層原始瓦斯含量為4.571m3/t，最大瓦斯壓力為0.02Mpa；掘進(jìn)期間，瓦斯最大絕對涌出量為2.9m3/min。受采動、地質(zhì)等因素影響，開采初期瓦斯絕對涌出量為15.6m3/min；同時本區(qū)及臨區(qū)舊巷封堵也是采掘工作面災(zāi)害治理的重要；加大工作面瓦斯抽采的同時，加強(qiáng)兩巷防火噴碹，施工頂板防火鉆孔，灌注粉煤灰封閉煤層頂板，并對工作面仰斜鉆孔定期灌注阻化劑， 因地制宜采取合理有效的預(yù)防和治理手段，保證該區(qū)順利開采。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽采；消火灌漿；充沙封堵取樣觀測；綜合分析

一、礦井及系統(tǒng)概況

（一）礦井概況：

振興煤礦位于鶴崗礦區(qū)的東北部，井田中心地理坐標(biāo)：東經(jīng)130°18′34〞，北緯47°18′48〞。行政區(qū)劃屬鶴崗市向陽區(qū)管轄。開采方式為地下開采，開拓方式為斜井多水平集中大巷分區(qū)石門開拓方式，年生產(chǎn)規(guī)模42萬噸/年，開采深度+50至-250米標(biāo)高。

（二）通風(fēng)、抽采系統(tǒng)概況：

1、礦井通風(fēng)系統(tǒng)：

振興煤礦通風(fēng)方法為壓入式通風(fēng)，通風(fēng)方式混合式，主扇型號BDK-8-NO28（一開一備）；礦井總?cè)腼L(fēng)量8020m3/min，礦井總回風(fēng)量7970 m3/min，礦井水柱221mmH2O，扇葉片角度安裝為Ⅰ級35°、Ⅱ級30°。

2、礦井抽采系統(tǒng)：

振興煤礦井上下抽采系統(tǒng)健全完備，地面永久抽采系統(tǒng)為兩臺SKA-520型水環(huán)式真空泵，額定瓦斯抽放能力235m3/min，各類檢測儀表安裝齊全，并安裝有JC1型瓦斯抽放參數(shù)監(jiān)控裝置系統(tǒng)，對抽采系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

（三）采煤工作面概況：

三水平南部區(qū)18號層采煤工作面位于三水平南部區(qū)F18斷層上盤，f 20斷層下盤。北到f 21斷層、南到f 19斷層、西到F18斷層、東到f 20斷層。工作面上部至F18斷層，下部為原新一礦舊區(qū)，左部至停采線，右部至切眼。該回采區(qū)域無鉆孔控制，受F13及F18斷層影響，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，次生斷層發(fā)育。該區(qū)受斷層影響煤厚18.19m-6.79m，一般12m，煤層傾角平均22°，走向近南北，煤質(zhì)較好，以亮煤為主，屬中等硬度煤，工作面設(shè)計開采儲量為17.0萬噸，選擇滑移支架放頂煤開采，頂板管理為全部垮落法。

二、掘進(jìn)期間災(zāi)害類別及預(yù)防治理措施

（一）災(zāi)害類別及預(yù)防治理措施

1、自然發(fā)火：三水平南部區(qū)18號層，自然發(fā)火期3-6個月，屬易發(fā)火煤層，受地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，掘進(jìn)期間抽冒點(diǎn)、巷道拐點(diǎn)及三岔口較多，同時由于巷道布置和斷面帶影響，頂板壓力顯現(xiàn)明顯，巷道碹體受壓力影響開裂脫落嚴(yán)重，上述因素對預(yù)防工作面防火極為不利。

預(yù)防治理措施：

掘進(jìn)期間，主要以預(yù)防自然發(fā)火為主，嚴(yán)格落實(shí)防火噴碹技術(shù)規(guī)定，重點(diǎn)圍繞在抽冒點(diǎn)、巷道拐點(diǎn)及三岔口等易發(fā)火地點(diǎn)，同時考慮到機(jī)道開門位置布置在三水平南部區(qū)運(yùn)輸大巷（南部區(qū)主要入風(fēng)巷道），由于風(fēng)壓大、開門點(diǎn)抽冒等因素影響，極易造成發(fā)火，以機(jī)道開門位置為中心，對前后30m運(yùn)輸大巷幫頂重新進(jìn)行噴碹處理，有效預(yù)防供氧發(fā)火。

2、瓦斯防治：該塊段煤層原始瓦斯含量為4.571m3/t，最大瓦斯壓力為0.03Mpa；掘進(jìn)期間，采用雙風(fēng)機(jī)供風(fēng)，回風(fēng)瓦斯?jié)舛仍?.3-0.5%，最大絕對涌出量為2.9m3/min。

預(yù)防治理措施：掘進(jìn)期間，瓦斯治理工作主要以施工邊掘邊抽和順層預(yù)抽鉆孔治理為主，

在機(jī)道每隔40米布置一處鉆場，沿煤層傾向施工順層鉆孔，每個方位鉆孔分為兩層（高、低位），全孔處于煤層中，保證鉆孔覆蓋面積及抽采效果。鉆孔施工完畢孔內(nèi)下全透氣套管，保持孔內(nèi)與煤體有良好透氣性。邊掘邊抽孔在鉆場內(nèi)沿掘進(jìn)前進(jìn)方向施工2-4個超前抽采鉆孔，鉆孔一般施工60-70m，超前掘進(jìn)工作面前方保證在20m以上，鉆孔布置圖如下所示：

（二）掘進(jìn)期間災(zāi)害治理工程量

三水平南部區(qū)18號層采煤工作面開采前，累計施工防火注灰鉆孔375個/2025m，防火噴碹1360m，處理CO隱患點(diǎn)68處；施工舊巷充沙孔22個/896m，舊巷充沙3820m3，隔絕舊巷8條；累計施工抽采鉆孔223個/13157m，預(yù)抽瓦斯217萬m3，有效預(yù)防和治理掘進(jìn)期間瓦斯與火對工作面威脅的同時，保證了三水平南部區(qū)18號層工作面順利貫通，同時也為工作面開采期間災(zāi)害治理提高了一定的工作基礎(chǔ)。

三、開采期間災(zāi)害類別及治理措施

（一）瓦斯治理方面

1、存在隱患：

三水平南部區(qū)18號層采煤工作面開采期間，主要采取上隅角埋管、回風(fēng)道施工仰角鉆孔抽采為主，工作面開采前已實(shí)現(xiàn)仰角鉆孔兩抽一備、上隅角埋管抽采的基本條件；但由于對工作面受斷層帶構(gòu)造影響瓦斯涌出異常預(yù)測不到位，造成開采初期工作面及上隅角瓦斯涌出異常，上隅角瓦斯?jié)舛?.5-2.3%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.6-1.0%，工作面瓦斯?jié)舛仍?.4-0.6%，嚴(yán)重制約工作面安全生產(chǎn)。

2、采取措施：

（1）針對瓦斯超限實(shí)際問題，首先采用上隅角設(shè)風(fēng)機(jī)稀釋瓦斯最直接的手段處理，其目的通過增大上隅角風(fēng)壓和增加回風(fēng)風(fēng)量稀釋瓦斯?jié)舛龋L(fēng)機(jī)開啟后，上隅角瓦斯?jié)舛?.8-1.2%，局部點(diǎn)2.5%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.4-0.8%，工作面瓦斯?jié)舛葻o明顯變化。

（2）針對實(shí)際情況，首先修改完善瓦斯抽采治理措施，結(jié)合地質(zhì)部門提供的工作面F4、F5、F21斷層構(gòu)造帶分布情況，在回風(fēng)道向斷層帶布置施工高位鉆孔，抽采斷層帶及冒落帶瓦斯源，有效地遏制動壓區(qū)瓦斯大量涌出工作面，通過向斷層帶補(bǔ)打高位鉆孔進(jìn)行抽采，上隅角取消風(fēng)機(jī)供風(fēng)的同時，瓦斯涌出趨于穩(wěn)定，上隅角瓦斯?jié)舛?.5-0.8%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.3-0.4%，工作面瓦斯?jié)舛仍?.2-0.4%。

（二）防治發(fā)火方面

1、存在隱患：

三水平南部區(qū)18層屬易發(fā)火煤層，自然發(fā)火期3-6個月，掘進(jìn)對組自工作面形成累計23個月，煤體氧化嚴(yán)重；同時該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)內(nèi)有3條走向斷層，受地質(zhì)構(gòu)造等因素影響，工作面底煤或局部軟幫浮煤無法徹底回收，對采空區(qū)防治發(fā)火帶來不利影響。

2、采取措施：

（1）加大區(qū)內(nèi)CO隱患排查力度，針對上隅角、軟幫、抽采鉆孔、舊區(qū)舊巷及兩巷頂板防火小鉆孔進(jìn)行逐一觀測，針對存在CO隱患地點(diǎn)必須進(jìn)行連續(xù)取樣化驗(yàn)，并針對化驗(yàn)和觀測數(shù)值繪制CO變化曲線，及時分析CO隱患變化情況和來源，便于采取有效措施進(jìn)行處理。

（2）及時對照工作面開采進(jìn)度，利用回風(fēng)道仰角鉆孔對工作面上方煤體和采空區(qū)進(jìn)行注水和阻化劑，抑制煤體氧化的同時，防止采空區(qū)殘留浮煤氧化產(chǎn)生CO隱患；同時為防止上隅角及自上隅角向下20m范圍內(nèi)軟幫發(fā)生CO隱患，利用軟幫插花管，對軟幫進(jìn)行噴灑阻化劑。在上隅角埋設(shè)灌漿管路，工作面每推進(jìn)20m，利用地面灌漿系統(tǒng)對后部采空區(qū)進(jìn)行一次預(yù)防性灌漿。

結(jié)語

綜上所述，高瓦斯易發(fā)火煤層采掘工作面火與瓦斯等災(zāi)害問題，通過科學(xué)的分析和論證，因地制宜采取合理有效的預(yù)防和治理手段是可防可控的，本文所述的三水平南部區(qū)18號層采煤工作面計劃可采儲量18.5萬噸，實(shí)際采出原煤27.3萬噸；因此，通過在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)和摸索，生產(chǎn)過程中存在的諸多難題也一定能夠得到解決。