隱伏突出煤層工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

梁銀權(quán) 張書波

（永貴能源新田煤礦，貴州畢節(jié) 551500）

隱伏突出煤層工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

梁銀權(quán) 張書波

（永貴能源新田煤礦，貴州畢節(jié) 551500）

新田煤礦屬于大型隱伏煤田，所采煤層具有瓦斯含量高、瓦斯壓力大、突出危險(xiǎn)嚴(yán)重等特點(diǎn)，文章介紹了該礦隱伏突出煤層工作面瓦斯綜合治理成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工作面安全、高效、快速、綠色回采。通過進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用建立一整套的適用于貴州地區(qū)隱伏突出煤層瓦斯綜合治理成套技術(shù)管理體系。

隱伏突出煤層；瓦斯治理；成套技術(shù)

新田煤礦是永貴能源投資建設(shè)的第四對(duì)礦井，也是貴州省“西電東送”配套煤礦。井田位于黔西縣城北東部，屬甘棠鎮(zhèn)管轄。礦井設(shè)計(jì)規(guī)模120萬噸/年，服務(wù)年限70.7a，首采煤層為4號(hào)煤層，平均2.79m，屬于煤與瓦斯突出礦井。

1 工作面概況

1401 工作面標(biāo)高+912～+950m，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1 170m，傾斜長(zhǎng)度150m，工作面所采煤層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，煤層厚1.24～5.83m，平均2.79m，采用后退式走向綜合機(jī)械化一次采全高采煤工藝進(jìn)行回采。工作面范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無較大構(gòu)造（局部有小斷層發(fā)育,主要為一些次生小斷層，最大落差約為3.3m）。工作面煤層瓦斯含量在13.18～23.99m3/t，瓦斯壓力0.92～2.5MPa，煤層堅(jiān)固性系數(shù)f=1.6～1.8，透氣性系數(shù)1.273m2/MPa2.d屬于容易抽采煤層。工作面采用U型通風(fēng)，上下巷斷面均為12.8m2，工作面配風(fēng)2 437m3/min。

2 區(qū)域綜合防突措施

2.1 順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯

為確保工作面預(yù)抽效果，縮短工作面預(yù)抽時(shí)間。工作面順槽揭煤進(jìn)入煤巷100m后開始施工本煤層順層鉆孔，根據(jù)抽采時(shí)間的長(zhǎng)短不同，則選擇距采面300m以外按3m間距布置鉆孔、采面300m以內(nèi)按1.5m間距布置鉆孔，鉆機(jī)與巷道中心線成夾角900垂直于煤壁施工，封孔長(zhǎng)度至少15m，鉆孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度80m，鉆孔傾角與煤層傾角一致。

2.2 穿層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域中部“空白帶”瓦斯

在突出煤層順層鉆孔施工中，由于受煤層起伏、地質(zhì)構(gòu)造、煤層瓦斯、煤層力學(xué)性質(zhì)、煤層厚度等因素影響，導(dǎo)致鉆孔實(shí)際施工情況達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，致使回采區(qū)域中部出現(xiàn)預(yù)抽“空白帶”，給回采帶來極大的突出威脅。為消除回采區(qū)域預(yù)抽“空白帶”，利用原掩護(hù)工作面順槽掘進(jìn)期間底抽巷施工穿層鉆孔控制回采區(qū)域中部，以解決順層鉆孔留下預(yù)抽“空白帶”，實(shí)現(xiàn)立體抽采。穿層鉆孔設(shè)計(jì)6m一組每鉆鉆孔布置3個(gè)孔，終孔在回采區(qū)域中部?jī)蓚?cè)各10m范圍。為防止穿層鉆孔施工后未必能夠達(dá)到預(yù)期抽采效果，對(duì)穿層鉆孔進(jìn)行水力沖孔，沖孔后增加煤孔段孔徑，以達(dá)到增透、卸壓抽采目的。

2.3 穿層鉆孔預(yù)抽鄰近煤層卸壓瓦斯

在4#煤層底抽巷布置鉆場(chǎng)，按10m（傾斜方向）×10m（走向方向）間距施工上向網(wǎng)格穿層鉆孔，終孔于5煤層頂板至少0.5m，按10m（傾斜方向）×10m（走向方向）間距施工下向網(wǎng)格穿層鉆孔，終孔于9#煤層底板至少0.5m，鉆孔開口終孔孔徑均為φ94mm，卸壓鉆孔提前覆蓋因4#煤工作面回采而卸壓的下鄰近各煤層區(qū)域塊段，4#煤回采期間攔截抽采即將涌向4#煤采煤工作面的下鄰近5#、8#、9#煤層的卸壓瓦斯。

圖1 底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽鄰近煤層卸壓瓦斯鉆孔布置示意圖

3 局部綜合防突措施

在采煤工作面支架上布置一趟φ150mm抽采管，每根抽采管路6m設(shè)計(jì)4個(gè)多通接頭，每個(gè)接頭用直徑φ50mm軟膠管連接一個(gè)快速封孔器，對(duì)應(yīng)插入煤壁前方淺孔鉆孔內(nèi)，形成工作面瓦斯抽采系統(tǒng)。

為進(jìn)一步降低工作面推進(jìn)期間回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，在工作面施工淺孔鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。在每天檢修班安排專人分段完成工作淺孔抽采鉆孔施工，打一個(gè)鉆孔封孔連管抽采一個(gè)鉆孔。

采煤工作面淺孔鉆孔孔深8～10m，孔徑φ89mm，鉆孔布置為三花眼，鉆孔間距1.5m。鉆孔盡量布置在軟分層，最后聯(lián)網(wǎng)鉆孔抽采時(shí)間不少于2h。封孔采用專用快速封孔器，以適用回采工作面淺孔抽采數(shù)量多、封孔深度淺、抽采時(shí)間短、重復(fù)次數(shù)多等特點(diǎn)。

4 工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯治理措施

4.1 走向高位鉆孔抽采瓦斯

為解決在采煤工作面回采過程中出現(xiàn)上隅角瓦斯超限問題，采用頂板走向高位鉆孔抽采采空區(qū)裂隙帶瓦斯。根據(jù)工作面初次來壓步距和鉆孔水平投影長(zhǎng)度，確定工作面回風(fēng)順槽第一組高位鉆場(chǎng)距切眼50～60m，以后每隔40～50m施工一個(gè)高位鉆場(chǎng)，通過鉆場(chǎng)向工作面上方施工5個(gè)走向高位鉆孔控制采空區(qū)裂隙帶范圍（距煤層頂板22～25m），抽采上隅角裂隙帶集聚瓦斯。高位鉆孔開孔孔徑φ113mm,終孔孔徑φ94mm，下φ75mmPVC管（尾端2m為篩孔）采用聚氨酯+水泥漿復(fù)合封孔。

圖2 走向高位鉆孔抽采瓦斯鉆孔布置示意圖

4.2 上隅角埋管抽采

在工作面回采前，提前在回風(fēng)順槽每隔12m施工一個(gè)向上高位傾向鉆孔，鉆孔與巷道中心線成夾角90°，傾角75～85°,鉆孔開孔、終孔孔徑均為φ200mm，孔深22～25m(終孔在裂隙帶），下φ150mm鐵管（尾端2m為篩孔）采用聚氨酯進(jìn)行封孔。隨著工作面推進(jìn)傾向高位鉆孔預(yù)埋篩孔管和φ400mm低負(fù)壓抽采管逐漸被埋入采空區(qū)。

經(jīng)計(jì)算在工作面回風(fēng)順槽非采幫安設(shè)一趟φ400mm的低負(fù)壓抽采管路，每隔12m安設(shè)一個(gè)φ400/200mm的異徑三通，異徑三通上接φ200mm邁步管（長(zhǎng)3m）并安設(shè)可控制蝶閥和導(dǎo)流管，邁步管用于接高位傾向鉆孔抽采管。

圖3 傾向高位鉆孔邁步埋管抽采瓦斯鉆孔布置示意圖

5 瓦斯綜合治理成套技術(shù)研究應(yīng)用效果分析

5.1 通過在在工作面采取瓦斯綜合治理成套技術(shù)，使工作面煤層中的殘存瓦斯含量和殘存瓦斯壓力均降到突出危險(xiǎn)的臨界值以下，使工作面達(dá)到快速消突實(shí)現(xiàn)高瓦斯礦井低瓦斯開采的目標(biāo)。

5.2 地面配備瓦斯發(fā)電站，裝機(jī)容量3 600KWh。通過在工作面實(shí)施區(qū)域和局部瓦斯抽采，大量瓦斯被抽采到地面瓦斯發(fā)電站用來發(fā)電，真正實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯共采的綠色開采。

5.3 為消除工作面回采區(qū)域順層鉆孔預(yù)抽“空白帶”，利用底抽巷施工穿層鉆孔控制回采區(qū)域中部并進(jìn)行水力沖孔，以解決順層鉆孔留下預(yù)抽“空白帶”，實(shí)現(xiàn)立體抽采。

5.4 為進(jìn)一步降低回采期間臨近煤層向工作面瓦斯涌出，利用底抽巷施工穿層卸壓鉆孔提前抽采臨近煤層卸壓瓦斯，降低工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋_保工作面回采安全。

5.5 采空區(qū)和上隅角采用走向高位鉆孔和傾向高位鉆孔邁步埋管聯(lián)合抽采法后，大大減少了采空區(qū)向工作面逸出的瓦斯量，有效防止了上隅角瓦斯超限，給工作面安全高效回采奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)論

通過隱伏突出煤層工作面瓦斯綜合治理成套技術(shù)研究，給突出煤層工作面瓦斯治理工作提供了切實(shí)可行的成套技術(shù)方案。該成套技術(shù)研究給礦井帶來了潛在的、巨大的生產(chǎn)效益，潛在的、無法評(píng)估的安全效益和直接的、可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

6.1 生產(chǎn)效益

提高礦井瓦斯治理的水平，加快工作面瓦斯治理進(jìn)度，帶來了潛在的、巨大的生產(chǎn)效益，為實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速、綠色回采奠定了基礎(chǔ)。

6.2 安全效益

形成了可靠合理的工作面瓦斯抽采體系、保證瓦斯能夠順利抽采，確保工作面順利抽采達(dá)標(biāo)，給礦井安全生產(chǎn)帶來無法評(píng)估的安全效益。

6.3 經(jīng)濟(jì)效益

工作面累計(jì)抽采瓦斯量達(dá)1 332萬m3，瓦斯發(fā)電量達(dá)690.56萬度，節(jié)約電費(fèi)1 243萬元。整個(gè)工作面實(shí)現(xiàn)瓦斯超前治理快速回采，為礦井帶來了無法估量的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]何國(guó)益.礦井瓦斯治理實(shí)用技術(shù)[M].煤炭工業(yè)出版社.

梁銀權(quán)（1987.2—），男，漢族，河南省永城市人，助理工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)主要從事礦井一通三防技術(shù)管理工作。

TD712

A

1003-5168(2014)04-0035-02