天榮煤礦開(kāi)采程序論證及回采面瓦斯治理研究

楊志成，郭壽松

（煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院，重慶 400037）

天榮煤礦開(kāi)采程序論證及回采面瓦斯治理研究

楊志成，郭壽松

（煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院，重慶 400037）

合理的采掘部署是防止煤與瓦斯突出礦井重大瓦斯事故的核心和關(guān)鍵。針對(duì)天榮煤礦突出煤層群開(kāi)采的問(wèn)題，比較了開(kāi)采不同煤層作為首采保護(hù)層的瓦斯治理方案；通過(guò)分析論證，確定適合礦井目前條件下的最優(yōu)開(kāi)采程序；并對(duì)回采工作面的瓦斯治理進(jìn)行了設(shè)計(jì)；其在類(lèi)似地質(zhì)條件下治理礦區(qū)瓦斯具有指導(dǎo)意義。

采掘部署；防止煤與瓦斯突出；突出煤層群；保護(hù)層；區(qū)域防突

1 煤層概況

天榮煤礦隸屬神華集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司，礦井目前生產(chǎn)能力為30萬(wàn)t/a，未來(lái)規(guī)劃生產(chǎn)能力為240萬(wàn)t/a，主要開(kāi)采一、二1、二2、四煤，煤層傾角為25°～35°。‘一煤’平均厚度1.9m，距二1煤間距11.5m；直接頂為泥巖和粉、細(xì)砂巖，直接底為粉、細(xì)砂巖。‘二1煤’平均厚度6.14 m，距二2煤間距21.5 m；頂板為粉砂巖，底板為粉、細(xì)砂巖。‘二2煤’平均厚度1.9m，距四煤間距40.5 m；直接頂為粗砂巖，底板為細(xì)砂巖。‘四煤’平均厚度1.8 m，直接頂為泥巖和細(xì)砂巖，底板為細(xì)砂巖。

一、二1、二2煤層，經(jīng)鑒定為突出危險(xiǎn)煤層[1]（四煤層暫未作鑒定），礦井屬于突出煤層群開(kāi)采。各煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)和突出危險(xiǎn)性指標(biāo)見(jiàn)表。綜合分析所述3層煤的突出危險(xiǎn)性，認(rèn)為：‘一煤’突出危險(xiǎn)性最大，‘二2煤’次之，‘二1煤’最小。

表1 天榮煤礦煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)

2 開(kāi)采程序方案論證

根據(jù)天榮煤礦開(kāi)采煤層賦存情況，如下四個(gè)開(kāi)采程序方案：（1）首先開(kāi)采一煤作為保護(hù)層，順序開(kāi)采二1煤、二2煤、四煤；（2）首先開(kāi)采二1煤作為保護(hù)層，順序開(kāi)采二2煤、四煤（一煤被破壞）；（3）首先開(kāi)采二2煤作為保護(hù)層，順序開(kāi)采一煤、二1煤、四煤；（4）一煤作為保護(hù)層開(kāi)采，先做二1煤頂分層順槽，利用順槽治理一煤層瓦斯，再按順序開(kāi)采一煤、二1煤層、二2煤、四煤。

2.1 首先開(kāi)采一煤作為保護(hù)層（方案1）

此方案的關(guān)鍵是一煤的防突問(wèn)題。按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》[2]，必須采取預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施，消除一煤的突出危險(xiǎn)性。預(yù)抽煤層瓦斯有穿層鉆孔和順層鉆孔兩種布孔方式。

為研究一煤順層鉆孔施工的可行性，分別在一煤運(yùn)輸順槽沿煤層走向和煤層傾向各施工一個(gè)鉆孔，通過(guò)統(tǒng)計(jì)鉆孔煤孔段和巖孔段長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)一煤在沿走向和傾向上起伏均較大。由于一煤煤層厚度僅1.7 m左右，在走向和傾向起伏變化均較大的條件下，用普通旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)順層鉆孔長(zhǎng)度達(dá)不到《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第五十一條“順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應(yīng)控制的條帶長(zhǎng)度不小于60 m”和“消除整個(gè)采面突出危險(xiǎn)性（工作面距預(yù)抽未達(dá)標(biāo)邊界不得小于20m。）”[2]的要求，同時(shí)由于煤層薄且松軟，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)施工順層鉆孔也很難達(dá)到要求。因此，施工順層鉆孔不可行。

由于采用順層鉆孔達(dá)不到一煤區(qū)域防突的要求，只能選擇穿層鉆孔，而穿層鉆孔涉及到底板抽放巷道布置問(wèn)題。由于煤層走向起伏大，一煤與二1煤的層間距平均只有11.5m，又沒(méi)有標(biāo)志層可循，所以只能布置在二1煤底板一定位置。首采一煤作為保護(hù)層，在一煤順層鉆孔施工不可行情況下，瓦斯治理方案見(jiàn)圖1。

圖1 一煤順層鉆孔施工不可行情況下瓦斯治理方案示意圖

2.2 首先開(kāi)采二1煤作為保護(hù)層（方案2）

二1煤突出危險(xiǎn)性相對(duì)較小，煤硬度相對(duì)較大，煤層厚度較大，所以可以采用順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯消除二1煤本身的突出危險(xiǎn)性。目前，北京中澳聯(lián)合礦業(yè)有限公司正在鉆孔施工，如果施工鉆孔能滿足《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第五十二條“預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔應(yīng)在整個(gè)預(yù)抽區(qū)域內(nèi)均勻布置”的要求，就可采用該公司施工定向鉆孔對(duì)開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行大面積預(yù)抽煤層瓦斯，消除突出危險(xiǎn)；如果達(dá)不到均勻布孔的要求，則可采用普通旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)，穿層鉆孔控制巷道條帶、順層鉆孔控制回采工作面預(yù)抽煤層瓦斯，消除突出危險(xiǎn)，見(jiàn)圖2。

圖2 首先開(kāi)采二1煤瓦斯防治方案示意圖

2.3 首先開(kāi)采二2煤作為保護(hù)層（方案3）

（1）開(kāi)采二2煤下保護(hù)層的最小層間距：開(kāi)采二2煤下保護(hù)層時(shí)，不破壞上部被保護(hù)層二1煤的最小層間距離（參照《防突細(xì)則D》）[3]：當(dāng)a＜60°時(shí)，H=KMcosa。算得 H=16.45m，二1距二2煤 20～23m，巖層為粗砂巖。所以開(kāi)采二2煤下保護(hù)層滿足不破壞上部被保護(hù)層二1煤的條件。

（2）開(kāi)采二2煤的最大保護(hù)垂距：對(duì)緩傾斜和傾斜煤層，開(kāi)采二2煤的最大下保護(hù)垂距可達(dá)50m、最大上保護(hù)垂距可達(dá)100m[3]。二2煤與下部四煤的垂距為40.5m，與上部一煤、二1煤的垂距分別為33 m、21.5m。所以，二2煤開(kāi)采后，一煤、二1煤、四煤均在其有效保護(hù)垂距范圍內(nèi)。

（3）二2煤區(qū)域防突措施：二2煤厚度為1.7～2.22 m，平均1.9 m，煤層松軟，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)施工順層鉆孔很難達(dá)到預(yù)期目的。如果煤層走向、傾向賦存穩(wěn)定，可用普通旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)施工順層鉆孔，實(shí)現(xiàn)區(qū)域防突；如果煤層走向、傾向起伏變化大，則只能采取底板巷道穿層鉆孔網(wǎng)格布置，預(yù)抽二2煤瓦斯實(shí)現(xiàn)區(qū)域防突，見(jiàn)圖3。

圖3 首先開(kāi)采二2煤瓦斯防治方案示意圖

2.4 利用二1煤頂分層順槽，首采一煤作為保護(hù)層（方案4）

因二1煤突出危險(xiǎn)性較小，且煤層較厚，易打順層孔的特點(diǎn)，利用順層鉆孔先預(yù)抽二1煤層頂分層上、下順槽條帶，然后掘出二1煤層頂分層的順槽，再利用順槽治理一煤層瓦斯，同時(shí)還可預(yù)抽下鄰近層瓦斯；見(jiàn)圖4。

圖4 首先開(kāi)采一煤瓦斯防治方案示意圖

同時(shí)，需對(duì)一煤回采面瓦斯防治采用以下措施：1）采用采空區(qū)埋管、高位走向鉆孔、底板穿層鉆孔等抽放采空區(qū)瓦斯；2）利用二1煤順槽預(yù)抽二1煤層瓦斯；3）利用二1煤順槽施工穿層鉆孔抽采二2煤卸壓瓦斯。

2.5 開(kāi)采程序方案比較

經(jīng)對(duì)上述四個(gè)方案進(jìn)行比較，（見(jiàn)表2）結(jié)果如下：經(jīng)過(guò)分析比較，總體考慮，優(yōu)選方案四，該方案既采用了自上而下順序開(kāi)采的合理程序，合理回采一煤層，減少了資源浪費(fèi)；同時(shí)，由于一煤層開(kāi)采后的卸壓保護(hù)作用，有利于二1煤層堅(jiān)硬的砂巖頂板的處理問(wèn)題。該方案還充分利用礦井現(xiàn)有的開(kāi)拓開(kāi)采系統(tǒng)格局，系統(tǒng)調(diào)整工作量小，盡快縮短礦井的投產(chǎn)周期。因此，優(yōu)選一煤和二1煤層聯(lián)合布置開(kāi)采一煤作為保護(hù)層的開(kāi)采方案。

表2 開(kāi)采程序方案比較

3 回采工作面瓦斯治理方案

1）根據(jù)井田開(kāi)拓布置情況，采用一煤和二1煤層聯(lián)合布置開(kāi)采程序，礦井區(qū)域防突的重點(diǎn)工作是消除二1煤層首采分層和一煤層突出危險(xiǎn)性。因?yàn)槎?煤層總體突出危險(xiǎn)性小，且煤層較厚，易打順層孔的特點(diǎn)，利用順層鉆孔先預(yù)抽二1煤層頂分層上、下順槽條帶，然后掘進(jìn)二1煤層頂分層的順槽，再利用二1煤層順槽向一煤施工穿層鉆孔預(yù)抽一煤層瓦斯，提前消除一煤層的突出危險(xiǎn)性。2）同時(shí)，需在二1煤層順槽中向二1煤層回采工作面施工順層抽采鉆孔，預(yù)抽二1煤層瓦斯，降低二1煤層的瓦斯含量，減少一煤層回采過(guò)程中二1煤層的卸壓瓦斯向一煤層回采空間涌出。同時(shí)，利用二1煤層運(yùn)輸順槽向二2煤層施工卸壓瓦斯抽采鉆孔，利用二2煤層的卸壓鉆孔和二1煤層的順層鉆孔，攔截抽采下鄰近層（二2煤層和四煤層）的卸壓瓦斯，減少一煤層工作面回采時(shí)的瓦斯治理問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

天榮公司一礦原本按照高瓦斯礦井設(shè)計(jì)，但在采掘過(guò)程中發(fā)生了突出，且主采煤層中一煤、二1煤、二2煤層已鑒定為突出煤層；對(duì)突出煤層群開(kāi)采，首先應(yīng)當(dāng)確定煤層的開(kāi)采程序和首采煤層。（1）優(yōu)選一煤和二1煤層聯(lián)合布置，開(kāi)采一煤層作為保護(hù)層的開(kāi)采方案，不僅利用了礦井現(xiàn)有的開(kāi)拓開(kāi)采布局，減少了系統(tǒng)調(diào)整工程量，而且合理利用了資源，減少資源浪費(fèi)。（2）根據(jù)礦井開(kāi)采程序方案和礦井現(xiàn)有的開(kāi)拓開(kāi)采系統(tǒng)布置，提出相應(yīng)的回采工作面瓦斯治理方案，該方案對(duì)礦井瓦斯治理工作具有指導(dǎo)意義。

Abstract:Reasonable excavation layout is the key to prevent coal and gas outburst accidents in mines.For outburst seam group in Tianrong mine,the author compares the gas control schemes when different seams are taken as first mining protective layer.Through analysis,the paper determines the optimal mining procedure in the current mining situation and designs the gas control,which has instructional significance under the similar geological conditions.

Keywords:Excavation layout;prevent coal and gas outburst;outburst seam group;protecting stratum;local outburst preventive technology

編輯：徐樹(shù)文

Research on Gas Control on Mining Faces and Discussion of Mining Procedure in Tianrong Mine

YANG Zhi-cheng;GUO Shou-song

（Chongqi Institute of Coal Science Research Institute,Chongqi 400037,China）

TD64+2

A

1672-5050（2010）07-0037-03

2010-03-18

楊志成（1981—），男，寧夏中衛(wèi)人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事突出防治和瓦斯抽采工作。