近距離保護層防治煤與瓦斯突出專項技術(shù)研究

崔 智 斌

（霍州煤電集團沁安煤電有限責任公司，山西 長治 046000）

1 礦井概況

中峪煤礦井田主體位于山西省長治市沁源縣，井田面積 83.746km2，井田內(nèi)共有 1、2、9+10 和 11號共4 層可采煤層，各可采煤層特征表如表1 所示。井田內(nèi)煤層埋藏深度較大，上組1 號和2 號煤層平均埋深884m，下組9+10 號和11 號煤層平均埋深達到973m，受奧灰水帶壓威脅及高硫影響，下組煤暫時不進行開采，現(xiàn)階段主要開采上組煤，按礦井采掘銜接計劃，首先開采井田內(nèi)南翼采區(qū)和北翼采區(qū)的1、2 號煤層。根據(jù)中煤科工集團重慶研究院對中峪煤礦所采的 1 號、2 號、9+10 號、11 號煤層做了《建井前煤與瓦斯突出危險性評估》報告，根據(jù)報告中研究結(jié)果可知，中峪煤礦所開采的這4 層煤層均具有突出危險性，因此，中峪礦井需要南翼采區(qū)和北翼采區(qū)分布進行專項的區(qū)域和具備設計。

表1 可采煤層特征表

2 區(qū)域突出危險性防突方法

中峪煤礦北翼5 個采區(qū)和南翼采區(qū)部分區(qū)域具備開采保護層為區(qū)域防突措施的條件，設計在北翼5 個采區(qū)和南翼采區(qū)部分區(qū)域選用1 號煤作為保護層先行開采區(qū)域性防突措施。在南翼無1 號煤壓茬的4 個采區(qū)，不具備保護層開采條件，需采取采前預抽的區(qū)域性防突措施。《防突細則》第六十二條：保護層采空區(qū)內(nèi)不得留有煤（巖）柱。因此在1號煤層存在的區(qū)域，將1 號煤層作為保護層開采，同時采用無煤柱開采技術(shù)（不留設區(qū)段煤柱），在不存在1 號煤層的區(qū)域，僅進行2 號煤層的開采。

2.1 地面井預抽煤層瓦斯

該礦為新建礦井，由《建井前煤與瓦斯突出危險性評估》報告可知，中峪煤礦上組1、2 號煤層具有突出危險性， 且首采區(qū)煤層瓦斯含量超過12m3/t。因此在對煤層進行開采前，需在地面鉆井對北翼采區(qū)和南翼采區(qū)1、2 號煤層瓦斯進行抽采，瓦斯抽采率需達到30%以上。采用矩形井網(wǎng)，鉆孔距離進回風順槽皆為150m，設計鉆井間距為300m。在北翼采區(qū)和南一采區(qū)布井總共布置約170 口抽放井，其中南翼采區(qū)至少布置110 口抽放井，北翼采區(qū)至少布置60 口抽放井。南翼、北翼采區(qū)1 號和2號煤層煤炭資源約5226.2 萬t，兩個采區(qū)煤層氣資源共計約為719.17Mm3。年均抽氣量為10975 萬m3。170 口井日均產(chǎn)氣量約為 32.26 萬 m3，直井單井日產(chǎn)量約為1897m3/d。

2.2 井下預抽煤層瓦斯

中峪煤礦采用穿層鉆孔預抽煤層的瓦斯作為區(qū)域性防突措施。

2.2.1 煤巷掘進工作面瓦斯抽采

1） 北翼采區(qū)1 號煤層和南翼采區(qū)有1 號煤壓茬區(qū)域煤層。設計在底抽巷內(nèi)施工穿層定向長鉆孔預抽上部1、2 號煤層煤巷條帶瓦斯，底抽巷距離2號煤層約15m 左右，如圖1（a）所示。中峪煤礦煤層傾角一般4～7°，屬于傾斜或緩傾斜煤層，穿層鉆孔控制煤巷條帶巷道輪廓線外至少15m 和煤層前方至少300m，鉆孔終孔間距應根據(jù)實測抽放半徑確定，鉆孔施工完畢必須全部穿透煤層進入頂板0.5m。封孔深度應不小于5m，封孔管直徑大于50mm，鉆孔孔徑為90mm 以上。在地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域應該適當增加預抽鉆孔數(shù)。

圖1 底抽巷穿層鉆孔預抽煤層瓦斯

2）南翼無1 號煤壓茬的4 個采區(qū)。南翼無1 號煤壓茬的4 個采區(qū)上部沒有1 號壓茬，因此在底抽巷內(nèi)施工穿層定向長鉆孔預抽2 號煤層煤巷條帶瓦斯，底抽巷距離2 號煤層約15m 左右，具體鉆孔施工參數(shù)如1（b）所示。

2.2.2 回采工作面瓦斯抽采

回采工作面區(qū)域防突主要采用順層鉆孔，在工作面進、回風巷向工作面雙向施工預抽鉆孔，鉆孔孔徑為90mm 以上，鉆孔保證中間交叉20m 以上，鉆孔傾角根據(jù)煤層實際情況確定。1 號和2 號煤層單排鉆孔水平間距初步定為3m（后期投產(chǎn)后需進行抽采參數(shù)的測定工作，再根據(jù)實測結(jié)果確定合適的抽采半徑），鉆孔在距離巷道底板分別在0.4m（1號煤層工作面）和1.2m（2 號煤層工作面）處開孔，鉆孔封孔長度不小于8m。在地質(zhì)構(gòu)造帶應適當增加鉆孔數(shù)量，鉆孔布置如圖2 所示。

圖2 雙向順層鉆孔預抽工作面瓦斯

3 局部突出危險性防突方法

3.1 掘進工作面防突措施

中峪煤礦所采煤層傾角較小，因此在采取超前排放鉆孔作為掘進工作面的主要防突措施。根據(jù)煤層瓦斯賦存、突出危險情況及鉆機設備情況，為了提高瓦斯排放效果和減少排放時間，鉆孔直徑按120mm 設計（對于地質(zhì)構(gòu)造帶可減小為75mm），孔底間距按3.0m 設計，鉆孔施工完成后瓦斯抽放時間需達到8h 以上，并經(jīng)防突效果檢驗合格后可認為合格。采用長孔和短孔相結(jié)合的布置方式，以實現(xiàn)掘進工作面前方煤體充分卸壓。礦井1 號和2 號煤層厚度較小，采用單排鉆孔布置方式，共計布置10 個鉆孔。掘進工作面鉆孔布置如圖3 所示。

圖3 掘進工作面鉆孔布置圖

3.2 采煤工作面防突措施

采煤工作面采用超前排放鉆孔時，根據(jù)礦井地質(zhì)條件，1 號和2 號煤層均采用單排鉆孔布置方式，鉆孔直徑按75～120mm 選擇，孔間距可按鉆孔排放半徑來確定，參考鄰近礦井的施工經(jīng)驗，當孔徑為75mm 時，孔間距可取3.0m，地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域可適當增加鉆孔數(shù)量，采煤工作面鉆孔布置如圖4 所示。

圖4 采煤工作面鉆孔布置圖

4 結(jié) 論

通過對煤層瓦斯賦存、突出危險情況進行分析，得到如下結(jié)論：

1）1#、2# 煤層的瓦斯壓力均在 2MPa 以上，是煤與瓦斯突出壓力臨界值的3 倍之多，1#、2# 煤層會在高瓦斯壓力下發(fā)生強烈的煤與瓦斯突出。中峪煤礦在聯(lián)合開采1#、2# 煤層時需預先進行地面瓦斯預抽工作，同時結(jié)合井下回采和掘進工作面區(qū)域瓦斯預抽。

2）礦井的任何措施都必須進行效果考察，在防突措施效果不理想的情況下必須進行卸壓增透措施，提高煤層的抽采效率。