突出礦井緩傾斜堅硬煤層安全開采技術研究

吳青峰（神華烏海能源有限責任公司,內蒙古自治區烏海市,016000）

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突出礦井緩傾斜堅硬煤層安全開采技術研究

吳青峰
（神華烏海能源有限責任公司,內蒙古自治區烏海市,016000）

摘要平溝煤礦01161501工作面屬于雙硬煤層,底板具有弱承壓水,開采過程中面臨沖擊地壓、瓦斯、水害等問題。通過采取頂板預爆破、瓦斯抽采和超前疏排水等措施,有效防范了各類災害的發生,保障了01161501工作面安全高效開采。

關鍵詞雙硬煤層 沖擊地壓 高瓦斯 弱承壓水 預爆破 抽采

1　礦井概況

神華烏海能源有限責任公司平溝煤礦位于烏海市卡布其鎮,煤系地層為石炭系、二疊系,共含煤20層。煤層由上至下的編號為1＃～20＃,其主采煤層為9－2＃、10＃、14＃、16－1＃及16－2＃,屬穩定及較穩定煤層,可采儲量為46735.1萬t。

礦井采用反斜井開拓方式,共開鑿了主井、副井、風井3個斜井井筒。井田分兩個開采水平,7個采區。一水平標高為＋855 m,二水平標高為＋750 m。目前礦井生產采區為一水平的一采區,其中14＃煤層已回采完畢,正回采16＃煤層首采面01161501工作面。

2　試驗工作面概述

01161501工作面位于一采區西翼16＃煤層,東至西翼運輸上山保護煤柱,西至二采區邊界,工作面傾斜長度152 m,走向長度1424 m,采高3.2 m,放頂煤厚度6.3 m,可采面積216448 m2,工作面傾角平均14°。工作面下巷道水平標高為＋760～＋790 m,上巷道水平標高為＋894～＋924 m,巷道方位角為292°。上部為已開采的01151502、01151503工作面。

01161501工作面煤層平均厚度9.5 m,平均普氏硬度系數2,頂板普氏硬度系數局部可達到10,是典型的雙硬煤層。16＃煤層屬于Ⅱ類,為具有弱沖擊傾向性的煤層;16＃煤層頂板屬于Ⅲ類,為具有強沖擊傾向性的巖層。

16＃煤層瓦斯含量為2.35～5.8 m3/t,可解析瓦斯含量為1.0462～4.4703 m3/t,透氣性系數為0.0011～0.0454 m2/MPa2.d,鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.0313～0.2588 d－1,為煤與瓦斯突出煤層。

根據地質資料預計16＃煤層底板的中粗砂巖含水層最大水壓約為1.5 MPa,01161501工作面上部15＃煤層01151503、01151505采空區可能存在積水。為保障01161501工作面安全開采,平溝煤礦有針對性的對各類災害進行防治,具體措施是采取工藝巷＋超前預裂治理沖擊地壓、高壓預抽＋低壓隅角抽采治理瓦斯、泄水巷＋探放水孔治理水害。

3　沖擊地壓防治

3.1基礎評價

根據平溝煤礦15＃煤層工作面礦壓防治經驗,結合工作面地質條件和周圍采掘等情況綜合分析, 將01161501工作面劃分為8個區域,對可能存在的基礎（沖擊）風險進行全面分析,如圖1所示。

圖1　01161501工作面沖擊危險區域分布圖

（1）區域I處于01161501工作面上巷道超前支承壓力影響范圍,具有中等沖擊危險。

（2）區域II為01161501工作面上巷道超前支承壓力影響范圍,具有弱沖擊危險。

（3）區域III為01161501工作面“單面見方”區域,即工作面推進140～180 m的區域,具有中等沖擊危險。

（4）區域IV具有中等沖擊危險。該區域為01161501工作面外錯01161503采空區的煤體。

（5）區域V為01161501工作面外錯01161503采空區的煤體距離01161505工作面開切巷前方50 m區域,具有強沖擊危險。

（6）區域VI為DF2斷層對01161501工作面的影響區域,具有中等沖擊危險。

（7）區域VII為01161501工作面距離停采線50 m區域,具有中等沖擊危險。

（8）中等沖擊危險時期為01161501工作面老頂初次來壓期間以及01161501工作面周期來壓期間,根據監測確定。區域I和區域II為動態變化區域,隨工作面推進前移。

3.2監測預警

在01161501工作面建立了全方位、多層次的綜合監測技術體系,具體包括工作面支架壓力監測、微震監測、電磁輻射及鉆屑量監測,利用鉆孔窺視儀對采空區頂板的冒落情況進行窺視,根據綜合監測結果確定工作面是否進行全斷面切頂及確定合理的切頂步距。

3.3解危措施

針對01161501工作面僅利用兩巷超前預裂、工作面中部將存在預裂盲點,易造成工作面局部大面積懸頂、導致沖擊地壓事故發生的問題,決定利用工藝巷＋超前預裂治理沖擊地壓。

3.3.1具體方案

（1）端頭超前切頂爆破方案。01161501工作面上端頭超前切頂孔每5 m布置一排,一排2個, 1＃鉆孔長度30 m,2＃鉆孔長度43 m;下端頭超前切頂孔每5 m布置一排,一排3個,1＃鉆孔長度30 m,2＃鉆孔長度30 m,3＃鉆孔長度43 m。具體爆破參數如表1所示。

（2）上巷道超前預裂爆破方案。01161501工作面上巷道每10 m布置一排,一排3個,1＃鉆孔長度32 m,2＃鉆孔長度44 m,3＃鉆孔長度60 m。具體爆破參數如表1所示。

（3）工藝巷爆破方案。在01161501工作面下巷道沿巷道走向每100 m施工一條工藝巷,工藝巷長80～120 m,在工藝巷中施工頂板爆破孔及煤層松動爆破孔,從而降低工作面沖擊危險性。工藝巷內炮孔布置方案詳見表2。

3.3.2效果檢驗

通過微震、支架壓力在線監測、鉆孔窺視和地表拉裂情況評價頂板處理效果未達到預期目標時,故實施第二次解危措施,直至確保不可能發生沖擊地壓事故。

3.3.3其他注意事項

（1）工作面在過壓力集中區時,可加密爆破孔數量或延長工藝巷長度,將上述3種頂板處理方案進一步進行優化。

（2）嚴格執行“六位一體”防治方針,科學制定沖擊地壓防治方案,遵循科室→礦領導→公司逐級進行審批落實制度,按照PDCA模式不斷完善優化防沖設計。由災害防治隊負責實施防治方案,礦壓辦負責現場監測和評價,并監督落實個體防護和防沖管理的各項要求。

表1　端頭、上巷道超前切頂爆破孔參數

表2　工藝巷炮孔參數

3.3.4階段成果

自2014年9月16日01161501工作面開始推進至2015年7月1日,工作面累計推進621.1 m。工作面順利渡過了初次放頂、初次來壓、周期來壓、單面見方等高應力集中區域。通過長期的現場實踐,形成了以工藝巷堅硬頂板處理和兩端頭預裂爆破為主體、巷道超前預裂爆破為輔的防沖治理措施。

4　瓦斯防治

4.1采前預抽

沿01161501工作面上巷道（回風巷道）腰線每隔10 m施工一個鉆孔,鉆孔深度143 m,孔徑159 mm,傾角為14°。用管將這些鉆孔連接起來構建瓦斯抽采管道,并與地面瓦斯抽采泵站進行連接組成瓦斯抽采系統,對工作面進行采前預抽采,從而保證回采安全。

4.2采中隅角埋管抽采

在01161501工作面回采期間,向采空區埋管進行抽采,抽采管路選擇?315 mm鋼絲骨架PE管作為埋管主管路,?250 mmPE管作為埋管支管路。抽采主管路埋入采空區前管口用鋼絲網封口,防止煤渣吸入瓦斯抽采管,采空區埋管長約1～3 m效果最佳,在主管路前40～90 m范圍內安設一個三通,外接一趟?250 mm抽采支管,距離采空區隅角前10～20 m范圍內在支管上安設一個?250 mm變?108 mm PE匯集器,匯集器上留有兩個接口,接口使用?108 mm鋼絲骨架軟管,軟管口使用鋼絲網封口,兩趟管路安設至隅角封閉墻前瓦斯濃度較高區域進行抽采。

5　水害防治

01161501工作面下巷道往北水平距離40 m布置一條專用泄水巷（長度略大于下巷道長度）,在泄水巷內進行底板弱承壓水和01161501采空區積水探放工作,同時在工作面上巷道對應位置探放01161501采空區積水。

5.1底板弱承壓水探放水方案

在泄水巷南幫150 m處開始每50 m施工一個探放水硐室,在硐室迎頭位置布置一組鉆孔,以扇形布置沿2°傾角向南施工,探放水鉆孔將穿過16＃煤層底板砂巖含水層進行放水,并探查16＃煤層下方裂隙承壓水情況。鉆孔詳細參數見表4。

表4　西翼泄水巷探放鉆孔參數表

5.2采空區積水探放水方案

在西翼泄水巷60～1442 m段（位于01161501采空區下方）每間隔50 m對上部01161501采空區打一個放水鉆孔,鉆孔長度為70 m,以探通01161501采空區為準。

在01161501上巷道103～831 m段每間隔50 m對上部01151505采空區打一個放水鉆孔,鉆孔長度為70 m,以探通01151505采空區為準,鉆孔長度70 m,方位角208°,仰角85°,超前控制距離0 m,控制段高69.7 m,其目的是對上部采空區積水進行疏放。

6　結語

通過排查平溝煤礦01161501工作面隱蔽致災因素,判定工作面面臨的主要災害,采取針對性的治理手段,建立了一套行之有效的災害治理體系,實現了16＃煤層回采面的安全高效開采,豐富了堅硬頂板條件下緩傾斜高瓦斯堅硬煤層開采技術。

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（責任編輯張艷華）

★節能與環保★

Study on the technology of safety mining for hard and gentle dip coal seam in the gas outburst coal mine

Wu Qingfeng
（Shenhua Wuhai Energy Co.,Ltd.,Wuhai,Inner Mongolia 016000,China）

AbstractAiming at the hidden hazards that are rock burst,gas explosion and water flush during the mining process of hard coal seam with hard roof and weak confined water in the floor in the 01161501 working face,the countermeasures that are pre-explosion in the roof,gas drainage and pre-drainage were adopted,which effectively prevented the occurrence of all kinds of hazards and ensured safety and high efficiency mining.

Key words＂two hard＂coal seam,rock burst,high gas,weak confined water,pre-explosion,gas drainage

作者簡介:吳青峰（1960－）,男,內蒙古烏海人,本科學歷,高級工程師,現任職神華烏海能源公司安全副總經理,長期從事“一通三防”技術管理工作。

中圖分類號TD712.6 TD743.2 TD324.2

文獻標識碼A