采煤工作面煤與瓦斯動力災(zāi)害防治技術(shù)研究

馬紅偉 米 戰(zhàn)

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦,河南省平頂山市,467021)

采煤工作面煤與瓦斯動力災(zāi)害防治技術(shù)研究

馬紅偉 米 戰(zhàn)

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦,河南省平頂山市,467021)

針對戊9-20180工作面具有突出危險性但不具備開采保護層條件、地質(zhì)條件復(fù)雜的問題,在掘進期間至回采前,采取了在進、回風(fēng)巷內(nèi)對采面圈定煤體經(jīng)過水力壓裂增透后沿戊9煤層施工本煤層抽放鉆孔進行采前預(yù)抽的措施。結(jié)果表明,經(jīng)過鉆孔抽放瓦斯后,鉆孔控制范圍內(nèi)的煤層殘余瓦斯含量降到了8 m3/t以下,控制了煤與瓦斯突出災(zāi)害的發(fā)生。

瓦斯含量 瓦斯抽放 煤與瓦斯突出

平煤股份十礦為煤與瓦斯突出礦井,核定生產(chǎn)能力330萬t/a。礦井采用立井、斜井分水平聯(lián)合開拓,目前第二水平標(biāo)高-320 m。主采的丁5.6、戊9.10和己15.16煤層均為突出煤層,2009年瓦斯等級鑒定絕對瓦斯涌出量為110.14 m3/min,相對瓦斯涌出量22.88 m3/t。采掘進入二水平后共發(fā)生煤與瓦斯突出50次,特別是進入800 m以下埋深后,工作面受構(gòu)造應(yīng)力、頂板應(yīng)力以及相鄰巷道和工作面殘余應(yīng)力的影響,動力現(xiàn)象頻繁顯現(xiàn),嚴(yán)重威脅采掘工作。為了保障工作面的安全生產(chǎn),進行了煤與瓦斯突出動力災(zāi)害防治技術(shù)研究。

1 工作面概況

戊9-20180采煤工作面位于十礦戊組中區(qū)下山西翼第四階段,采面東起本采區(qū)3條下山,西至25#勘探線以東200 m,南為戊10-20160采空區(qū),北部尚未開采。標(biāo)高+190～+430 m,工作面標(biāo)高-510～-570 m,垂深700～960 m。工作面有效走向長度915 m,采長200 m,采高1.3 m,儲量32.5萬t。煤層厚度1.1～1.6 m,頂部有0.7 m左右塊狀硬煤,下部為軟煤,屬薄—中厚煤層,賦存比較穩(wěn)定。局部地段煤層下部有1層0.1 m厚夾矸。煤層傾角10.4～14°,平均12.4°,為緩傾斜—傾斜煤層。戊10煤層與戊9煤層的層間距較小且賦存不穩(wěn)定,東薄西厚,大部分小于2 m。戊9煤層直接頂為1.2～8.0 m厚的砂質(zhì)泥巖,東薄西厚。其上為厚度0.8 m的戊8煤層,戊9煤層直接底為0.4～7.7 m厚的砂質(zhì)泥巖,其下部戊10煤層厚度2.1～3.5 m。

2 工作面煤與瓦斯突出危險性判定

掘進期間,戊9-20180工作面按照有煤與瓦斯突出危險的工作面管理,判別依據(jù)如下:該工作面屬十礦煤與瓦斯突出危險性劃分的突出危險區(qū)域,且最大埋深達960 m;相鄰的戊10-20160工作面在施工時未發(fā)生過動力現(xiàn)象,但在戊組中區(qū)該工作面標(biāo)高之上的戊9.10煤層已發(fā)生8次煤與瓦斯動力現(xiàn)象。

3 區(qū)域綜合防突措施

由于戊9-20180工作面保護層開采條件受限,故區(qū)域防突采取鉆孔預(yù)抽瓦斯措施,具體為對戊9煤層進行水力壓裂增透后施工本煤層抽放鉆孔進行預(yù)抽。

3.1 戊9煤層抽放鉆孔布置

為降低采面回采時的煤與瓦斯突出危險性和瓦斯涌出量,進、回風(fēng)巷掘進期間至回采前,在進、回風(fēng)巷內(nèi)向采面圈定煤體沿戊9煤層施工抽放鉆孔,每間隔3 m施工1個,鉆孔孔徑?75～120 mm,進風(fēng)巷鉆孔深度110 m、回風(fēng)巷鉆孔深度100 m,切眼鉆孔深度70 m,使鉆孔控制全采面,消除瓦斯抽放空白帶。進、回風(fēng)巷內(nèi)各布置305個鉆孔,切眼布置50個鉆孔,總長度67550 m,噸煤鉆孔長度為0.21 m。

3.2 戊10煤層抽放鉆孔布置

由于工作面外段屬戊9.10煤層合層區(qū),因此該區(qū)域抽采鉆孔直接施工在戊9.10煤層。

在切眼和自切眼向外回風(fēng)巷515 m范圍和進風(fēng)巷1826點里30 m、點外85 m的115 m區(qū)域內(nèi)先在戊10煤層實施高壓水力增透,之后利用壓裂鉆孔進行瓦斯抽放。壓裂鉆孔在進風(fēng)巷、回風(fēng)巷和切眼中的長度分別為110 m、100 m和70 m,每30 m布置1個壓裂孔,在切眼、進風(fēng)巷中,壓裂鉆孔孔徑分別為?75 mm和?120 mm。鉆孔開孔在戊9煤層與戊10煤層間的夾矸或戊10煤層,終孔在戊10煤層。回風(fēng)巷內(nèi)布置鉆孔17個,進風(fēng)巷內(nèi)布置鉆孔4個,切眼布置鉆孔8個,共29個鉆孔。

3.3 抽放效果

(1)戊9-20180進風(fēng)巷進行水力壓裂30孔次,孔深110 m,最高注水壓力24 MPa,平均壓力14.6 MPa,最大注水量16 m3,平均注水量9 m3,壓裂抽采鉆孔控制煤量14.4萬t,自2009年5月19日至12月10日共計206 d,共抽放瓦斯38.1萬m3,瓦斯預(yù)抽率20.3%。

(2)戊9-20180切眼進行水力壓裂8孔次,壓裂孔深75 m,最高注水壓力30 MPa,平均壓力22.1 MPa,最大注水量18 m3,平均注水量9.2 m3。切眼壓裂抽采鉆孔控制煤量1.0萬t,自2009年7月10日至9月20日共計70 d,共抽放瓦斯1.6萬m3,瓦斯預(yù)抽率12%。

(3)戊9-20180回風(fēng)巷進行水力壓裂12孔次,壓裂孔深100 m,最高注水壓力27 MPa,平均壓力17.1 MPa,最大注水量15 m3,平均注水量8.5 m3。壓裂抽采鉆孔控制煤量9.8萬t。戊9-20180回風(fēng)巷由于壓裂鉆孔少,同時受采面安裝、回風(fēng)巷擴修影響,224 d共抽放瓦斯21.7萬m3,瓦斯預(yù)抽率17%。

4 區(qū)域防突措施效果檢驗

戊9-20180進、回風(fēng)巷鉆孔分別布置11個、6個效檢鉆孔。當(dāng)瓦斯含量大于等于8.0 m3/t時,檢測點周圍半徑100 m內(nèi)的預(yù)抽區(qū)域為突出危險區(qū),需繼續(xù)實施區(qū)域綜合防突措施進行瓦斯預(yù)抽,然后再進行效果檢驗,直至區(qū)域措施有效;若在瓦斯含量小于8.0 m3/t的煤層中進行鉆孔等作業(yè)時,發(fā)現(xiàn)了噴孔、頂鉆和其它明顯突出預(yù)兆時,該位置半徑100 m內(nèi)的預(yù)抽區(qū)域判定為措施無效,所在區(qū)域煤層仍具有突出危險性,須繼續(xù)實施區(qū)域綜合防突措施,然后再進行效果檢驗,直至經(jīng)效檢區(qū)域措施有效方可施工。

在掘進施工過程中,未發(fā)生煤與瓦斯突出,檢驗鉆孔施工過程中未發(fā)生噴孔、卡鉆等煤與瓦斯突出預(yù)兆。2009年12月集團公司瓦斯所對效檢鉆孔進行了測定,在鉆孔控制范圍內(nèi),煤層殘余瓦斯含量最小3.2 m3/t,最大7.8 m3/t,見表1。

表1 效檢鉆孔瓦斯含量測定結(jié)果一覽表

5 結(jié)論及展望

(1)經(jīng)水力壓裂增透和實施鉆孔抽采的區(qū)域防突措施后,瓦斯殘余含量達到了區(qū)域消突效果。

(2)戊9煤層上部50 m以內(nèi)的頂板存在堅硬的厚層砂巖,不易自然破斷,將引起采動應(yīng)力集中,對下伏戊9煤層產(chǎn)生瞬間動載,有誘發(fā)煤與瓦斯低指標(biāo)突出的可能性。

(3)戊9-20180工作面的區(qū)域煤與瓦斯突出危險性已基本消除,但仍存在局部煤與瓦斯突出、沖擊地壓的危險性,以及沖擊地壓誘發(fā)局部低指標(biāo)煤與瓦斯突出的可能性。只有在回采過程中嚴(yán)格執(zhí)行局部防突和防沖措施,加強瓦斯抽放和卸壓解危,并根據(jù)現(xiàn)場煤層賦存條件的變化及地質(zhì)構(gòu)造的影響及時修訂和加強防突措施,回采期間的煤與瓦斯動力災(zāi)害才能得到有效控制和杜絕。

Study on coal and gas outburst prevention in coal mining face

Ma Hongwei,Mi Zhan
(No.10 Mine,Pingdingshan Tian’an Coal Mining Company Ltd.,Pingdingshan,Henan 467021,China)

Aiming at E9-20180 working face being of outburst hazard,lacking of protective seam mining conditions,and in complex geological conditions,the borehole and gas drainage were carried out along E9 seam at mining face in intake and return airways during the period of excavating and stopping.After hydraulic fracturing and permeability enhancing,the gas pre-drainage was performed on E9 seam.The results showed that the residual gas content in the seam decreased below 8 m3/t after gas drainage,and the coal and gas outburst hazard was avoided.

gas drainage,gas content,coal and gas outburst

TD712.7

B

馬紅偉(1968-),男,河南襄城縣人,高級工程師,碩士研究生,長期從事煤礦生產(chǎn)管理和技術(shù)研究工作,現(xiàn)任平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十礦副礦長。

(責(zé)任編輯 梁子榮)