保護層開采治理瓦斯技術在金嶺煤礦的應用

唐改衛

(鄭州磴槽企業集團金嶺煤業有限公司,河南登封 452470)

保護層開采治理瓦斯技術在金嶺煤礦的應用

唐改衛

(鄭州磴槽企業集團金嶺煤業有限公司,河南登封 452470)

礦井位于登封市君召鄉境內,東北距登封市約35km,距鄭州市100 km,西北距洛陽約80km。礦井2000年3月份開始建設,2003年4月份正式投產,2009年整合屬地方單獨保留礦井,礦井生產能力0.6Mt/a,屬“六證”齊全的生產礦井。

保護層 瓦斯技術 應用

1 一7煤層作為下保護層的可行性

金嶺煤礦主采煤層為二1煤層，厚度0.18～10.36m，平均3.54m，全區可采，為高瓦斯煤層，瓦斯含量5.5～11.7m3/t，煤層硬度系數f為0.15～0.35，煤層透氣性系數為0.0015～0.002，屬于難抽采的三軟煤層，本煤層抽放效果差；二1煤層下部層間距20～22m處有層一7煤，厚度0.29～0.83m，平均0.5m左右，賦存極不穩定，屬局部可采的低瓦斯煤層，瓦斯含量0.5～1.5m3/t，兩層煤的煤層傾角均為28°-30°，根據煤礦保護層開采理論，一7煤層具備下保護層開采條件。

1.1 開采下保護層的最小層間距

按《防治煤與瓦斯突出規定》附錄D.4規定，開采下保護層時，不破壞上部被保護層的最小層間距離可用下式確定：

當α＜60°時 H=KMCosα

式中：H——允許開采的最小層間距，m；M——保護層的開采厚度，0.7m；α——煤層傾角，30°； K——頂板管理系數。冒落法管理頂板時，K取10。經計算，開采的最小煤層間距H為6.1m，小于一7煤和二1煤的平均間距20～22m，符合最小保護范圍的規定。

1.2 開采下保護層的最大保護垂距

一7保護層與二1被保護層最大有效垂距S下(m)按照《防治煤與瓦斯突出規定》附錄D中公式(D.1)計算如下：S下= S＇下β1β2

式中：S＇下—下保護層的理論最大保護垂距，m。它與工作面長度L和開采深度H有關，S＇下根據《防治煤與瓦斯突出規定》表D.3可以查出：一7煤層工作面采深為400m、工作面長度為135m時S＇下=136.2，β1—保護層開采的影響系數，β1=M/M0，M為保護層的開采厚度，m；M0為保護層開采的最小有效厚度，m。我礦一7煤層平均厚度0.5m，開采厚度最小為0.7m。則：β1=M/M0=0.5/0.7=0.71。

β2—層間硬巖含量系數，一7煤層上部有一層7.5～8m厚硬一7灰巖，β2取1。

代入公式：S下= S下β1β2=136.2×0.71×1=96.7m

從以上計算得知：一7煤層如作為二1煤層的下保護層，其最大有效保護距離為96.7m，最小保護垂距為6.1m，一7煤層和二1煤層層間距為20～22m，符合最大保護間距和最小保護距離要求，是理想的下保護層。

因此，根據以上計算結果，我礦將一7煤層作為下保護層進行開采，區域解放二1煤層。同時，采取底板巖巷瓦斯抽放技術，綜合治理二1煤層瓦斯問題是切實可行的。

2 一7下保護層傾向和走向保護范圍確定

2.1 一7下保護層傾向和走向保護范圍確定依據

按照《防治煤與瓦斯突出規定》附錄D.1規定，開采下保護層時沿傾斜方向的保護范圍可根據卸壓角δ劃定，如圖1所示。

圖1

保護層工作面沿傾斜方向的保護范圍

2.2 保護層保護范圍及有關參數的確定

(1)傾斜方向卸壓角的確定；我礦自2004年以來利用保護層開采結合瓦斯抽放技術進行區域瓦斯綜合治理以來，通過對1708、1709、1710、17111、17134、17143、17124等工作面的保護范圍進行了詳細的測定、計算、總結，得出一7煤層傾斜方向開采卸壓角ó1=7 1°、ó2=89°。如被保護的二1煤層工作面的傾向開采長度按120m設計，則保護層一7煤層開采保護長度L’(m)按下式計算。L’=L”+H/tan71°+H/tan89°=120+20/2.904+20/5.729=127.236m。

因此，根據計算結果表明，當被保護層二1煤工作面的傾向長度為120米時，一7煤層的開采傾向長度必須大于128米，如圖2所示：

圖2

(2)走向方向卸壓角的確定；我礦一7煤層走向方向開采卸壓角經測定ó=56°，停采垮落有效保護角ó＇=60°。如被保護層二1煤層工作面的走向開采長度按500m設計布置，則保護層一7煤層開采保護長度L(m)確定如下：L=L1+H/tan56°+H/tan60°=500+20/1.483+20/1.732=525m。根據計算，當被保護層二1煤工作面走向長度為500米時，一7煤保護層的開采走向長度必須大于525米，即二1煤工作面的開采切眼應布置在一7煤工作面始采線13.5米以內；二1煤工作面的停采在一7煤工作面停采線11.5米以內。如圖3所示：

圖3

3 保護層開采的采掘方案總體布置及開采順序

3.1 保護層開采的采掘方案總體布置

我礦為斜井多水平的開拓方式，4個斜井均布置在井田的中央；中央并列的通風方式；現開采一水平 ，東西兩翼各布置兩個雙翼采區，每個采區布置一個采煤工作面，1-2個掘進頭。井筒、水平大巷、采區上山均布置在一7煤層底板的L3-L4巖層中。一7煤層工作面和二1煤層工作面均實行跨水平大巷、采區上山的無煤柱開采方法。

3.2 保護層開采的采掘開采順序

首先，一7煤層上、下副巷及專用抽放巷掘進→一7煤層工作面開采→抽采二1煤層卸壓瓦斯→瓦斯抽放達到要求，一般為8-10個月后→進行二1煤層上下巷的掘進→最后進行二1煤層工作面的回采。

要求，一7煤層上下巷及專用瓦斯抽放巷的掘進、一7煤層工作面回采、二1煤層掘進、二1煤層工作面回采應安排在不同的采區和不同的區段中進行作業。杜絕巷道對口，回風壓茬等，做到每個頭、面回風獨立。做到“掘、抽、采、用”平衡。

4 保護層開采的瓦斯治理效果

4.1 瓦斯抽放量

目前礦井瓦斯抽放量為30～35m3/min(濃度33%左右)，純量10～12m3/min，年抽放瓦斯(純量)達400萬m3以上。

4.2 瓦斯抽放效果

礦井瓦斯抽放率達到35%-45%，隨著瓦斯抽放力度的加大，礦井瓦斯抽放率將進一步提高。

(1)二1采煤工作面；保護層開采后，通過抽放后的二1煤工作面的配風量，由原來的950m3/min降至500m3/min，工作面上副巷回風瓦斯濃度也由原來的臨界狀態降為0.2%～0.3%，絕對瓦斯涌出量由原來的8.5m3/min-10m3/min，降低到目前的3m3/min以下，使采煤工作面回風的絕對瓦斯涌出量降低了70%以上，生產過程中再也沒有出現瓦斯超限和上隅角瓦斯積聚現象。從而較好地解決了生產過程中的瓦斯超限和煤塵飛揚問題，并使回采產量得以大幅提高。

(2)二1煤掘進工作面；過去在沒有解放的二1煤層巷道中掘進，采用2×15kW對旋軸流風機，供風300m3/min的情況下，回風瓦斯濃度達0.6%以上，打瓦斯釋放孔期間瓦斯經常超限。月進尺不超過50米，瓦斯大的時候，不得不停止作業。現在在解放后的煤巷中掘進，采用單2×15kW對旋風機開單機，供風200m3/min的情況下，瓦斯基本在0.15%～0.2%，掘進速度也由過去的月進不足50m提高到目前的180m左右，實現綜掘機械化，既保證了安全掘進，又緩解了生產接替緊張的問題，取得了一舉多得的好效果。

5 礦井瓦斯利用

5.1 民用瓦斯

我礦04年初進行瓦斯抽放，11月份建成了礦井民用瓦斯系統工程，2006年9月礦井安設一臺4噸瓦斯鍋爐，冬季進行供氣、取暖。伙房和瓦斯鍋爐每年節省煤炭至少2600噸，年收益在182多萬元以上

5.2 瓦斯發電

2005年礦投入資金1000余萬元，建成礦井瓦斯發電廠，目前6臺500kW的發電機組投入正常運行。每年度礦井瓦斯發電800萬kWh以上，電費按上網電價0.75元/度進行計算，年收益600多萬元。

5.3 CDM項目

我礦2006年3月份和英國瑞炭投資公司進行瓦斯利用項目的國際合作，即礦井抽放上來的瓦斯進行民用、發電、燒鍋爐等全部利用，不排到大氣中，減少大氣污染，該項目已經通過挪威國際船級社的審查，國家發改委的審批，已在聯合國注冊成功，注冊代碼“1931”，2009年-2010年減排碳量10萬多噸，每年獲得英國政府提供的資金在400萬元。

6 金嶺煤礦保護層開采瓦斯綜合治理的認識

近年來，我礦在瓦斯綜合治理及利用方面，雖然做了一些工作，摸索了一點經驗，但與淮南、鐵法、陽泉等省屬局、礦瓦斯治理的先進單位相比，差距還很大。防治瓦斯工作是一項長期而又艱巨的工作，任重而道遠，我們要以此次會議為動力和新的起點，虛心向各兄弟單位學習，借鑒先進經驗，進一步拓寬工作思路，樹立科學發展觀。認真落實黨和國家及上級領導近期關于瓦斯治理工作的一系列指示精神，不斷加大安全投入，全面提高瓦斯綜合治理技術水平，努力開創我礦安全生產新局面。