高瓦斯礦井多重上保護(hù)層開采瓦斯抽放工藝探討＊

劉樹新 李 銘

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭市，014010）

高瓦斯礦井多重上保護(hù)層開采瓦斯抽放工藝探討＊

劉樹新 李 銘

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭市，014010）

為了解決祁東煤礦四采區(qū)高瓦斯?jié)舛鹊膯栴}，結(jié)合煤層賦存情況與煤礦生產(chǎn)實(shí)際，提出采用煤層按自上而下的開采順序依次保護(hù)下伏煤層，實(shí)行多重保護(hù)，并對煤層瓦斯突出進(jìn)行預(yù)測，對被保護(hù)層的卸壓瓦斯抽放工藝進(jìn)行了探討。

高瓦斯礦井 分層開采 保護(hù)層開采 瓦斯抽放 防突措施

1 引言

煤與瓦斯突出是一種復(fù)雜的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，到目前為止，對各種地質(zhì)、開采條件下突出發(fā)生的規(guī)律還沒有完全掌握。合理的采掘部署是防止重大瓦斯突出事故的基礎(chǔ)與前提，可為瓦斯治理提供適宜的空間與時(shí)間，也是礦井安全工作綜合系統(tǒng)工程中的一個(gè)不可忽視的重要環(huán)節(jié)。故必須從突出礦井“掘抽保采”合理的時(shí)空關(guān)系上，研究和落實(shí)礦井的采掘部署和瓦斯抽放工藝，以求從根本上防止突出礦井重大瓦斯事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

2 礦井及工作面概況

祁東煤礦四采區(qū)含煤地層共有61＃、62＃、63＃、71＃、72＃、81＃、82＃和9＃等8層煤，其中主要可采煤層有61＃、71＃、82＃和9＃。目前9＃煤層已鑒定為突出煤層，61＃、71＃和82＃未鑒定，71＃、82＃和9＃煤層都按突出煤層管理。根據(jù)礦山采區(qū)資料，61＃煤層瓦斯壓力為2.2～2.45MPa，71＃煤層瓦斯壓力為2.6MPa，82＃煤層瓦斯壓力為2.72～2.81MPa，9＃煤層瓦斯壓力為2.2～2.53MPa。61＃、71＃、82＃和9＃煤層相鄰兩層之間的間距分別為32m、33m和10.29m。61＃、71＃、82＃和9＃煤層的開采順序是自上而下，根據(jù)煤層賦存情況，61＃煤層可作為71＃煤層上保護(hù)層的區(qū)域防突措施的條件，其它煤層按自上而下的開采順序依次保護(hù)下伏煤層，可以實(shí)行多重保護(hù)。

3 保護(hù)層有效范圍及有關(guān)參數(shù)

3.1 保護(hù)層與被保護(hù)層之間的有效垂距

開采保護(hù)層后，采動(dòng)破壞作用在采空區(qū)上方形成“三帶”：垮落帶Ⅰ（形成貫通采場的空洞與裂縫網(wǎng)絡(luò)通道）、斷裂帶Ⅱ形成層向與垂向裂縫網(wǎng)絡(luò)通道）和彎曲下沉帶Ⅲ（形成層內(nèi)層向裂縫網(wǎng)絡(luò)通道），將第Ⅲ帶的邊界到保護(hù)層的層間垂距作為有效垂距。

3.2 沿走向的保護(hù)范圍

對停采的保護(hù)層工作面，停采時(shí)間超過3個(gè)月，且卸壓比較充分，該工作面的始采線、停采線及所留煤柱對被保護(hù)層沿走向的保護(hù)范圍，按卸壓角56～60°劃定。根據(jù)實(shí)際考察，按57°劃定沿走向的保護(hù)范圍。

3.3 沿傾斜的保護(hù)范圍

保護(hù)層沿傾斜的保護(hù)范圍，可按卸壓角劃定，卸壓角的數(shù)值同煤層傾角、開采深度、地層巖性等因素有關(guān)。四采區(qū)煤層傾角10～15°，按煤層傾角為14°考慮，沿傾斜上、下山方向的卸壓角暫按75°考慮。沿走向、傾向保護(hù)范圍如圖1所示。

圖1 上保護(hù)層開采保護(hù)范圍示意圖

4 被保護(hù)層的卸壓瓦斯抽放工藝

開采保護(hù)層后，為了提高被保護(hù)層的卸壓效果，同時(shí)防止被保護(hù)層的瓦斯大量涌入開采層工作面，應(yīng)抽放下部被保護(hù)層的卸壓瓦斯。

4.1 開采61＃煤層保護(hù)層時(shí)下伏71＃煤層被保護(hù)層瓦斯抽采方案

4.1.1 將61＃煤層預(yù)測為非突出煤層

若預(yù)測61＃煤層為非突出煤層，而71＃煤層為突出煤層時(shí)，方案如下：由于61626371＃、72＃、81＃、82＃和9＃煤層之間的平均間距分別為8.1m、4.1m、20m、2.8m、21.78m、9.6m、10.3m，被保護(hù)71＃煤層卸壓瓦斯抽采宜在72＃、81＃煤層之間布置兩條專用巖石巷道，施工上向穿層鉆孔抽采71＃煤層、下向穿層鉆孔抽采82＃煤層的掘進(jìn)巷道條帶卸壓瓦斯。在設(shè)計(jì)保護(hù)范圍內(nèi)底板巖巷每隔30m施工鉆場，鉆孔間距為30m×30m；未保護(hù)范圍每隔10m掘一個(gè)鉆場，鉆孔間距10～12m；82＃煤層巷道條帶25m范圍布置3～4（保護(hù)區(qū)3個(gè)、未保護(hù)區(qū)4個(gè)）個(gè)下向穿層鉆孔抽放，強(qiáng)化71＃煤層開采對82＃煤層的卸壓保護(hù)，以解決82＃煤層掘進(jìn)瓦斯問題，見圖2。

4.1.2 將61＃煤層預(yù)測為突出煤層

若61＃煤層預(yù)測為突出煤層，下伏厚度0.77 m、0.94m的62、63煤層也可能具有突出危險(xiǎn)。而63＃、71＃煤層間距為16.1～28.8m，平均為20.0m，因此，可在61＃煤層采煤工作面下方的63＃、71＃煤層中間掘進(jìn)兩條專用底板巖石巷，布置上、下穿層鉆孔抽采6＃煤組及71＃煤層瓦斯。6＃煤組采用上向網(wǎng)格式穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，61＃煤層回采后鉆孔抽放62＃、63＃煤層卸壓瓦斯，鉆孔間距10～12m。同時(shí)，在底板巖巷施工下向穿層鉆孔抽采71＃煤層巷道條帶瓦斯，下向孔控制71＃煤層巷道條帶25m范圍，保護(hù)區(qū)布置3個(gè)、未保護(hù)區(qū)布置4個(gè)下向穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放，見圖3。71＃煤層采煤工作面采用順層長鉆孔采前抽放，設(shè)計(jì)保護(hù)范圍鉆孔間距8～10m，未保護(hù)范圍鉆孔間距4～5m。

在63＃、71＃煤層之間及72＃、81＃煤層之間施工專用巖石瓦斯抽放巷時(shí)，應(yīng)邊探邊掘，準(zhǔn)確控制巷道距上、下煤層的距離，防止誤穿煤層誘發(fā)突出；當(dāng)距離上、下煤層距離小于5m時(shí)，應(yīng)采取預(yù)防冒頂?shù)燃夹g(shù)措施。

4.2 開采71＃煤層保護(hù)層時(shí)下伏82＃、9＃煤層被保護(hù)層瓦斯抽采方案

在9＃煤層工作面中部底板20～25m處布置巖巷，施工上穿層鉆孔預(yù)抽82＃、9＃煤層瓦斯，在設(shè)計(jì)保護(hù)范圍內(nèi)底板巖巷每隔30m施工鉆場，鉆孔間距30m×30m；未保護(hù)范圍每隔10m掘1個(gè)鉆場，鉆孔間距10～12m，見圖4。

圖4 9＃煤底板穿層鉆孔布置平、剖面圖

5 結(jié)論與建議

通過對開采不同層位保護(hù)層時(shí)被保護(hù)層瓦斯抽采方案的探討和實(shí)踐，對于掘進(jìn)工作面和回采工作面，在采取了以上鉆孔預(yù)抽瓦斯方案并經(jīng)過一定時(shí)間抽放后，按《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》（AQ1046－2007）規(guī)定測定煤層殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量，其值滿足許可范圍，達(dá)到了有效抽放、消除突出危險(xiǎn)的目的。

建議在回采61＃（71＃、82＃）煤層時(shí)，由于存在大量來自71＃（82＃、9＃）鄰近煤層的卸壓瓦斯，采用Y型通風(fēng)以及穿層抽放卸壓瓦斯，很可能無法將瓦斯?jié)舛冉档桨踩臓顟B(tài)時(shí)，應(yīng)在回采工作面采空區(qū)埋設(shè)抽放管對采空區(qū)進(jìn)行埋管抽放。

[1] 余海龍，尹光志，鮮學(xué)福.俯偽斜采煤法防治急斜煤層煤與瓦斯突出的研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（3）

[2] 錢鳴高，許家林.覆巖采動(dòng)裂隙分布特征的“O”形圈特征研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1998（5）

[3] 丙紹發(fā)，韓進(jìn)波.蘆嶺煤礦遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開采的瓦斯處理[J].煤礦安全，2002（8）

[4] 楊帆.急傾斜煤層采動(dòng)覆巖移動(dòng)模式及機(jī)理研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006

[5] 熊祖強(qiáng)，王文，李化敏.遠(yuǎn)程保護(hù)層開采上覆煤巖層移動(dòng)規(guī)律[J].中國煤炭，2009（7）

[6] 王殿錄.高突礦井開采下保護(hù)層設(shè)計(jì)分析[J].中國煤炭，2008（6）

Discussion on gas drainage for multiple upper protective layer mining in high gas mine

Liu Shuxin，Li Ming

（School of Mining Engineering，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou，Inner Mongolia 014010，China）

Aimed at the high gas content in No.4mining area of Qidong coal mine，a topdown mining sequence was proposed to protect underlying coal seams by combination of the occurrence of coal seam and the coal production practice.The gas outburst of coal seam was forecast，and the gas drainage technique on protected coal seam was discussed.

high gas mine，slicing mining，protecting seam mining，gas drainage，outburst prevention measure

TD712.6

A

＊資助項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目（NJZY11147）；內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2009NC046）

劉樹新（1971－），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，內(nèi)蒙古科技大學(xué)副教授，主要從事巖土工程、采礦工程的教學(xué)及研究工作。

（責(zé)任編輯 梁子榮）