大眾煤礦突出煤層瓦斯治理實踐?

孫文標卜東杰

(1.河南工程學院安全工程系,河南省鄭州市,451191; 2.安陽鑫龍煤業有限責任公司大眾煤礦,河南省安陽市,455141)

大眾煤礦突出煤層瓦斯治理實踐?

孫文標1卜東杰2

(1.河南工程學院安全工程系,河南省鄭州市,451191; 2.安陽鑫龍煤業有限責任公司大眾煤礦,河南省安陽市,455141)

針對大眾煤礦突出煤層的情況,采用穿層鉆孔和順層鉆孔相結合預抽煤層瓦斯,同時采用水力沖孔消突及增透,并通過增加封孔段長度提高封孔質量,能夠有效消除突出煤層采掘工作面的瓦斯災害,為大眾煤礦的安全生產提供了重要保障。

突出煤層 瓦斯治理 掘前預抽 采前預抽 水力沖孔 增加封孔段長度

1 礦井及工作面概況

河南安陽大眾煤礦1978年投產,礦井原設計生產能力30萬t/a,2009年2月核定生產能力42萬t/a,井田面積16.04 km2。礦井所采煤層為二疊系山西組二1煤層,煤層厚度0.54～8.37 m,平均厚度4.29 m,煤層傾角8°～22°。現生產采區為13采區,位于11采區下部。根據中國礦業大學對二1煤層瓦斯參數測定結果可知,13采區原始瓦斯含量為2.69～12.9 m3/t,平均含量為7.79 m3/t,煤層的透氣性系數為0.02～0.035 m2/MPa2·d,屬于較難抽放煤層,原始瓦斯壓力為0.37～1.36 MPa,煤層堅固性系數為0.279,瓦斯放散初速度平均值為19.377 mm Hg。13采區現有1個13011綜合機械化放頂煤采煤工作面。位于13采區上部,為首采工作面,其傾斜方向上部為已采的11011綜放工作面。13011工作面平均傾斜長度為120 m,走向長度728 m,可采儲量為47.72萬t,工作面采用走向長壁后退式回采,全部垮落法管理采空區頂板。

礦井屬煤與瓦斯突出礦井,根據2014年瓦斯等級鑒定結果,礦井絕對瓦斯涌出量為10.76 m3/ min,相對瓦斯涌出量為23.8 m3/t,該礦瓦斯含量不符合《河南省人民政府關于印發河南省強化煤礦安全生產暫行規定的通知》豫政〔2014〕63號文件第三條規定采掘區域瓦斯含量小于6 m3/t、區域瓦斯壓力小于0.6 MPa的要求,故需對該工作面實施預抽瓦斯措施,包括為保證掘進期間不出現瓦斯事故的掘前預抽和工作面形成后為保證采煤工作面不出現瓦斯事故而進行的采前預抽。

2 預抽方法選擇

2.1 掘前預抽

(1)進風巷底抽巷穿層鉆孔預抽。在13011進風巷底板抽放巷外段每隔25 m布置一個鉆場,共布置17個鉆場,每個鉆場布置40～88個鉆孔,鉆孔呈扇形布置,孔深15～35 m。在13011進風巷底板巷里段巷道的上下幫布置穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯,下幫布置44組鉆孔,每組9個鉆孔,巷道上幫布置49組鉆孔,每組8～10個鉆孔,共布置846個鉆孔。

(2)開切眼底抽巷穿層鉆孔預抽。在13011底板開切眼巷布置一個鉆場,鉆場內共設計鉆孔80個。鉆孔孔徑75 mm,終孔位置孔間距為4 m,控制范圍為煤巷輪廓兩幫各15 m,并隨打隨抽。

(3)回風巷順層鉆孔預抽。由于13011回風巷道為沿11011工作面的采空區送巷,掘前預抽采用在已采的11011綜放工作面下巷道施工順層鉆孔預抽煤巷條帶瓦斯。在11011下巷道掘進時,在巷道下幫布置鉆孔,鉆孔分為三段設計,均呈單排布置。第一段A1#～A100#鉆孔間距2 m,共設計鉆孔100個,距巷底1.3 m,鉆孔與巷道中心線夾角90°,鉆孔傾角-12°～-18°;第二段A101#～A200#鉆孔間距2.4 m,共設計鉆孔100個,距巷底1.3 m,鉆孔與巷道中心線夾角90°,鉆孔傾角-16°～-18°;第三段A201#～A400#鉆孔間距1.5 m,共設計鉆孔200個,距巷底1.2 m,鉆孔與巷道中心線夾角90°,鉆孔傾角-16°～-18°。在11011下巷道下幫共設計鉆孔400個,孔深均為65 m,總工程量26000 m。

2.2 采前預抽

(1)回風巷采前預抽,主要預抽工作面上半部分的瓦斯,與掘前預抽合為一體。

(2)開切眼順層鉆孔預抽,從13011開切眼回采幫下端開始布置鉆孔,共設計鉆孔32個(q10#～q42#),鉆孔呈單排布置,距底板1.15 m,孔間距2 m,孔深80～90 m,鉆孔總工程量2805 m。

(3)進風巷順層鉆孔預抽,在13011進風巷掘進時,從13011工作面停采線開始向里布置順層鉆孔,其中1#～517#鉆孔成兩排布置,上排鉆孔開孔高度距巷底2 m,孔間距為2.4 m;下排鉆孔與上排鉆孔錯距1.2 m,鉆孔開孔高度距巷底1.5 m,孔間距為2.4 m;因之前已從13011工作面切眼向工作面施工過抽放鉆孔,所以518#～521#鉆孔布置改為單排鉆孔,鉆孔開孔高度1.8 m,鉆孔孔間距為1.6 m。孔深均為65～80 m,與回風巷的順層鉆孔相結合,控制整個采面,不留空白帶且鉆孔壓茬不少于10 m,進風巷共設計鉆孔521個,鉆孔工程量37772.5 m。

3 提高瓦斯抽采效果的措施及效果

由于大眾煤礦所采煤層屬于較難抽放煤層,必須采取措施提高瓦斯抽采效果。水力沖孔是一種有效的煤層增透技術,使用高壓水沖擊煤體誘導可控瓦斯突出并沖出大量煤體,從而有效地消除突出應力、釋放大量瓦斯,大幅度提高煤層透氣性。

3.1 底抽巷水力沖孔

在13011工作面底抽巷采用水力沖孔技術,底抽巷平行于工作面巷道布置,距煤層底板10～ 15 m,與工作面巷道平距20 m。掘進底抽巷期間,在工作面巷道外幫每隔25 m布置一個鉆場,鉆場規格為3 m×2.8 m×4 m(寬×高×深),每個鉆場布置40～88個鉆孔,鉆孔呈扇形布置,孔深15～35 m,孔徑75 mm,終孔間距4～5 m,控制范圍為煤巷輪廓線兩幫各15 m范圍,水壓為6～8 MPa,單孔沖孔時間為2～4 h,平均單孔沖出煤量3～4 t,隨打隨沖隨抽。

13011工作面的瓦斯預抽配備1臺CMSI-4200/80型鉆機,1臺ZY-1250型鉆機、2臺ZY -650型鉆機和1臺ZY-750型鉆機。鉆桿選用圓鉆桿、三棱鉆桿和麻花鉆桿,鉆桿材質必須彈性好和耐磨損,鉆桿直徑42 mm,每節長度為0.75～1 m。圓鉆桿和三棱鉆桿主要用于施工深孔,麻花鉆桿用于施工淺孔。

3.2 增加封孔段長度

增加封孔段長度可以提高封孔效果,《防治煤與瓦斯突出規定》要求穿層鉆孔的封孔段長度不少于5 m,順層鉆孔的封孔段長度不少于8 m。13011工作面投產以前,該礦抽采瓦斯所用的封孔方式為聚氨酯加普通水泥的“兩堵一注”式封孔技術,瓦斯抽采效果不夠理想,這是因為普通水泥凝結后易產生體積收縮,造成封孔效果不良。王振鋒等研究表明,增加封孔段長度有利于提高封孔質量。因此大眾煤礦決定采用聚氨酯加膨脹水泥的“兩堵一注”式封孔技術并增加封孔段長度,設計穿層鉆孔封孔段長度不小于12 m,順層鉆孔封孔長度不小于14 m。

3.3 瓦斯抽采效果

通過水力沖孔增透和增加封孔段長度等瓦斯抽采措施,單孔抽出瓦斯濃度最高達到60%以上,順層鉆孔平均抽出瓦斯濃度為9.6%～10.6%,穿層鉆孔平均抽出瓦斯濃度為10.6%～38.4%。消除了工作面的瓦斯突出危險性。2015年9-12月,工作面安全推進約220 m,未出現瓦斯動力現象;正常生產期間,回采工作面回風流瓦斯濃度在0.24%～0.37%之間,采區回風巷內瓦斯濃度在0.07%～0.16%之間,地面瓦斯抽放泵站抽放瓦斯濃度由6%～8%提高到了9%～12%。

4 結語

采用穿層鉆孔和順層鉆孔相結合預抽煤層瓦斯,同時采用水力沖孔消突及增透,并通過增加封孔段長度提高封孔質量,能夠有效消除突出煤層采掘工作面的瓦斯災害,為大眾煤礦的安全生產提供了重要保障,也為類似條件煤礦的安全生產提供了借鑒經驗。

[1] 王兆豐,劉軍.我國煤礦瓦斯抽放存在的問題及對策探討[J].煤礦安全,2005(3)

[2] 王兆豐,范迎春,李世生.水力沖孔技術在松軟低透突出煤層中的應用[J].煤炭科學技術,2012 (2)

[3] 趙俊峰.深部低透氣性煤層水力沖孔強化增透技術研究[J].煤炭技術,2015(1)

[4] 徐東方,黃淵躍,羅治順等.底板巷水力沖孔卸壓增透技術的研究與應用[J].煤炭科學技術,2013 (2)

[5] 桑朋,楊磊,韓巍等.“兩堵一注”式順層鉆孔封孔技術研究與應用[J].中國煤炭,2014(3)

[6] 王振鋒,周英,孫玉寧等.新型瓦斯抽采鉆孔注漿封孔方法及封堵機理[J].煤炭學報,2015(3)

[7] 方前程,黃淵躍,劉學服.坦家沖礦瓦斯抽放鉆孔封孔工藝技術研究[J].中國煤炭,2012(2)

Practice of gas treatment in outburst coal seams of Dazhong Coal Mine

Sun Wenbiao1,Bu Dongjie2
(1.School of Safety Engineering,Henan University of Engineering,Zhengzhou,Henan 451191,China; 2.Dazhong Coal Mine,Anyang Xinlong Mining Co.,Ltd.,Anyang,Henan 455141,China)

Methods of borehole drilling through and along rock mass were utilized for predraining gas in outburst coal seams at Dazhong Coal Mine;hydraulic flushing in holes to remove outburst stress and increase permeability and increasing the length of sealing section of boreholes to improve the sealing quality could both effectively mitigate the threats from gas accidents at mining and driving work faces in outburst coal seams,which provide critical safety guard for mining production of Dazhong Coal Mine.

outburst coal seam,gas treatment,pre-drainage before mining and driving,hydraulic flushing,increasing length of sealing section

TD712

A

孫文標(1971-),男,河南鞏義人,博士,副教授,主要從事煤礦安全教學、礦用無機非金屬材料方面的研究。

(責任編輯 張艷華)

“煤礦災害預防與控制河南省高校重點實驗室培育基地”建設經費資助(200925),河南工程學院工程技術研究中心建設資助項目(2009ETRCHNIE02)