楊柳礦井防治煤與瓦斯突出技術的實踐與研究

周全兵

摘 要:通過10煤層10414綜采工作面的抽放治理技術,解決礦井安全生產的關鍵要素,實現(xiàn)了礦井安全發(fā)展,對相鄰礦井的瓦斯治理具有指導作用。

關鍵詞: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:TD7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0122-02

煤與瓦斯突出是一種復雜的礦井瓦斯動力現(xiàn)象,也是一種非常嚴重而又比較普遍的威脅煤礦安全生產的自然災害,其能在較短的時間內從采掘工作面噴出大量的煤和瓦斯,給礦井造成巨大災害,使煤礦安全生產受到嚴重威脅,因此,解決煤與瓦斯突出災害問題是煤礦可持續(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7年建成8對礦井的第四對新型現(xiàn)代化礦井,井田南北走向長9km,東西寬約3km～9km,礦井可采儲量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。楊柳礦井設計為高瓦斯礦井,該礦井設計生產能力1.8Mt/a,立井開拓,通風方式為中央并列抽出式,于2011年初投產,在礦井掘進石門揭煤過程中,該礦10煤層在打鉆過程中曾出現(xiàn)卡鉆、抱鉆、噴孔等瓦斯動力現(xiàn)象,井下現(xiàn)場施工過程中,18個測點有3個測點打鉆時出現(xiàn)噴孔、頂鉆、卡鉆等瓦斯動力現(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煤層安全開采問題,特別是解決10414工作面為楊柳煤礦首采工作面的安全問題,淮北礦業(yè)集團楊柳礦井采用底板雙巖巷預抽瓦斯防治技術,取得了較好的效果。

1.1 瓦斯地質特征

楊柳礦井田內斷層較發(fā)育,斷層總數(shù)170條,巖漿活動較劇烈,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程度提高,易于產生較多的吸附瓦斯;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,大部分測試指標超過《煤與瓦斯突出等級鑒定規(guī)范》(AQ1024-2006)中的單項指標臨界值。對此,礦井瓦斯治理工作迫在眉睫,并成為礦井投產的關鍵因素,特別是礦井首采工作面的治理做為重中之重進行實施與治理。

1.2 工作面技術特征

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1100m,傾斜長180m。本煤層瓦斯含量5.38m3/t,其中最大值為10.71m3/t,本綜采工作面的風排瓦斯量8.9m3/min,風量配備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。預計抽采瓦斯量281.6萬立方米。采用綜合機械化采煤方式開采,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方案

通過對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),石門揭煤過程中測定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。而且在打鉆的過程中有噴孔現(xiàn)象。10煤存在煤與瓦斯突出的危險區(qū)域,從楊柳礦的實際出發(fā),對10414綜采工作面采用底板巖巷穿層鉆孔掩護工作面機風巷的掘進及傾向順層孔預抽工作面瓦斯的防治技術方案。

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向突出煤層內打大量的密集鉆孔使煤體區(qū)域卸壓,同時抽采瓦斯釋放其潛能,然后再經過較長時間(幾個月到幾十個月)的預抽煤層瓦斯進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、地應力下降、透氣系數(shù)增高、地應力與瓦斯壓力梯度減小和煤的堅固系數(shù)增加等變化,從而達到消除突出危險性的目的。

2.2 實施方法

底板巖巷穿層鉆孔與傾斜順層鉆孔瓦斯抽采分四步實施。

在104采區(qū)10414綜采工作面突出10煤層底板距10414機巷、風巷和開切眼一定距離的巖層中施工抽采巷,與104采區(qū)邊界巷形成全負壓通風系統(tǒng);在10414底板巷內施工穿層鉆孔并抽采機巷、風巷和開切眼位置及附近一定范圍煤層瓦斯,將該區(qū)域內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性,保證煤層巷道的安全掘進;在消除10414綜采工作面突出危險的煤體中掘進機巷、風巷和開切眼;待10414綜采工作面形成通風系統(tǒng)后,在10414機風巷內施工一定間距的順層鉆孔抽采煤層瓦斯,保證一定的預抽時間,在10414工作面開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性。

2.3 施工技術方案

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煤巷掘進。底板巷道位置距離煤層底板太遠就會造成所打的穿層鉆孔過長,增加了打鉆工程量;距離煤層太近,會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,底板巷道斷面設計為9.6m2(3.4m×3.1m)。底板巷距機風巷的水平距離為20m～30m,這個距離便于向機風巷附近煤體打鉆。底板巷距開切眼的水平距離為20m～30m。

2.3.2 鉆場、鉆孔參數(shù)施工技術

鉆場、鉆孔布置。在底板瓦斯抽采巷內每隔30m,垂直于底板巷布置一長度為5m的鉆場,鉆場斷面為12m2(4m×3m)。在鉆場內向煤層施工7排穿層抽放鉆孔,每排6個,共42個。抽放鉆孔直徑94mm～100mm,鉆孔間距設計為5m,鉆孔間距以煤層中厚面為準,鉆孔終孔進入10煤層頂板0.5m。機巷、風巷和開切眼設計7排鉆孔掩護,保護范圍為35m,布置在保護范圍的中部,按照采煤巷道寬度4m～5m計算,巷道兩幫的保護范圍≥15m,滿足相關規(guī)定,可以保證巷道的安全掘進,虛線框內為鉆孔卸壓保護范圍。

要縮小鉆場距離、加密鉆孔,加大開切眼附近煤體的鉆孔控制范圍。應保證一定的預抽時間,將該區(qū)域內的煤層瓦斯含量降至8m3/t以下或瓦斯壓力降為0.74MPa以下方可掘進煤層巷道。

2.3.3 順層孔控制盲區(qū)穿層孔施工技術

10煤層工作面長度180m左右,機風巷鉆孔長度需要達到90m～100m以上才能覆蓋整個工作面,但目前軟煤成孔技術水平較低,工作面煤層中間存在一個鉆孔空白帶。必須利用底板抽放巷向空白條帶內打穿層鉆孔,鉆孔間距設計為5m～8m,鉆孔間距根據(jù)實際瓦斯排放效果再適當調整。通過穿層鉆孔抽放空白條帶內的瓦斯,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鉆孔創(chuàng)造條件。通過穿層鉆孔和順層鉆孔的共同抽采,消除該區(qū)域內的突出危險性,保證了10414綜采工作面的安全高效回采。

2.4 瓦斯監(jiān)測實際結果

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^高,隨著工作面風量的增加,瓦斯?jié)舛戎饾u變小,但隨著開采速度的增加,瓦斯涌出量逐漸升高,瓦斯?jié)舛入S著工作面推進速度的增加而加大。在瓦斯治理過程中,2011年1月20號之后,高位鉆場水平長孔抽放瓦斯和穿層孔抽放瓦斯起到了效果,及時有效地降低了瓦斯?jié)舛?從總體瓦斯治理效果來看,10414綜采工作面上隅角瓦斯?jié)舛群突仫L巷瓦斯?jié)舛榷荚?.7%以下,離預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。

3結語

經過實施10414綜采工作面底板雙巖巷抽放10煤層瓦斯技術,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控制標準以內,煤層瓦斯壓力降低到控制標準0.74MPa以下,實現(xiàn)了預期的治理目標。對工作面的特殊關鍵地段的瓦斯防治技術如10414綜采工作面上隅角瓦斯?jié)舛群突仫L巷瓦斯?jié)舛榷荚?.7%以下,符合安徽省瓦斯治理的技術標準和國家防突標準,離預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。通過本次的10煤層10414綜采工作面的抽放治理技術,豐富了淮北礦區(qū)在新井建設瓦斯治理上的經驗和治理技術,對相鄰礦井的瓦斯治理具有指導作用。隨著礦井開采深度的增加,瓦斯含量與壓力逐漸增大,煤與瓦斯突出的危險性也大大增加。為了提高瓦斯突出危險性預測的準確性和防突措施的效果,可以優(yōu)先使用預抽煤層瓦斯等防突措施,并加強瓦斯治理與監(jiān)測技術的研究,在“四位一體”防突綜合措施的每一個環(huán)節(jié)上不斷改進與完善,使突出治理更加準確,以保證礦井的安全生產。

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