深部極近距離煤層沿空留巷防突技術(shù)研究

高 軼,張智敏

(1.太原華潤煤業(yè)有限公司,太原 030200;2.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024)

深部極近距離煤層沿空留巷防突技術(shù)研究

高 軼1,2,張智敏2

(1.太原華潤煤業(yè)有限公司,太原 030200;2.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024)

基于原相煤礦10211與10206工作面的瓦斯治理經(jīng)驗,確定了02#和2#煤層10207工作面沿空留巷防治瓦斯突出的治理措施,依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和工作面實際情況對通風(fēng)方式及瓦斯抽采管路布置的合理性與可行性進行了分析,保證其符合《煤礦安全規(guī)程》和實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)的要求。研究結(jié)果可為深部極近距離煤層的沿空留巷的瓦斯處理提供工程參考.

極近距離煤層;瓦斯突出;Y形通風(fēng)

上世紀(jì)50年代我國開始引入沿空留巷支護技術(shù)[1]。隨著煤礦高產(chǎn)高效要求的提出,綜合機械化采煤方式的使用越來越廣泛。但是由于近幾年的快速發(fā)展,淺部煤炭資源及優(yōu)質(zhì)煤炭資源已經(jīng)被開挖殆盡。煤炭行業(yè)的發(fā)展逐步開始向深部地層中的煤炭資源前進,或是研究沿空留巷技術(shù)[2]。

本文以原相煤礦02#煤層為研究煤層,以10211和10206工作面的瓦斯治理的缺點作為警告,研究02#和2#極近距離煤層的10207工作面沿空留巷通風(fēng)方式,掌握其深部極近距離煤層下高瓦斯礦井的沿空留巷通風(fēng)方式的確定,為開采實踐提供指導(dǎo)。

1 原通風(fēng)方式治理現(xiàn)狀及效果

原相煤礦目前主采02#和2#煤層,煤層平均厚度分別為1.64 m、1.83 m,兩層煤層間距平均在7 m左右。經(jīng)鑒定02#、2#煤層均為煤與瓦斯突出煤層,測定的參數(shù):02#、2#煤層均為Ⅲ類破壞類型,瓦斯壓力分別為1.08 MPa、1.15 MPa,煤體的堅固性系數(shù)分別為0.27、0.33,瓦斯放散初速度分別為17.6、26.4,煤層透氣性系數(shù)分別為3.26 m2/(MPa2·d)、2.09 m2/(MPa2·d),鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)分別為0.46 d-1、0.41 d-1。

采煤工作面通風(fēng)方式:10211工作面采用四巷布置,即二進二回,采用雙“U”形通風(fēng)[4];10206工作面采用一面三巷布置,即一進一回一瓦斯治理巷,工作面采用單“U”形通風(fēng),瓦斯治理巷初期為局部通風(fēng)機通風(fēng),后期同2#煤切眼構(gòu)成全風(fēng)壓通風(fēng)。

掘進工作面通風(fēng)方式:采用局部通風(fēng)機(2×30 kW對旋式局部通風(fēng)機)壓人式通風(fēng),掘進供風(fēng)距離超過1 000 m時采用4臺局部通風(fēng)機,2用2備,2趟風(fēng)筒同時供風(fēng),風(fēng)機額定風(fēng)量350 m3/min～650 m3/min保障掘進供風(fēng)穩(wěn)定可靠。

地面建立固定瓦斯抽采泵站,安裝使用四臺水環(huán)式真空泵,分高、低負壓抽采系統(tǒng),其中高、低負壓抽采瓦斯泵各兩臺,一用一備,每臺泵的額定抽采量600 m3/min,滿足現(xiàn)井下抽采達標(biāo)要求。

1)本巷道施工順層鉆孔區(qū)域防突措施。02#煤掘進瓦斯抽采主要采用在本巷道施工順層鉆孔(鉆孔長度不低于60 m)預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的區(qū)域防突措施。其抽采檢驗程序:掘進條帶預(yù)抽瓦斯量達到30%時,進行區(qū)域措施效果檢驗,實測條帶內(nèi)煤的殘余瓦斯含量不超過8 m3/t時,采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)k1值和鉆屑量s進行區(qū)域驗證,均不超臨界值,方可掘進。

2)利用附近已有巷道提前打鉆預(yù)抽措施。在預(yù)掘煤巷的附近已有巷道,優(yōu)先利用已有巷道向預(yù)掘煤巷條帶打鉆提前預(yù)抽方式(或者采用區(qū)段遞進式預(yù)抽掘進條帶方式),消除條帶瓦斯突出,如:10209皮帶順槽預(yù)掘煤巷條帶,利用平行10207軌道順槽超前向10209預(yù)掘煤巷條帶打鉆、抽采達標(biāo)后掘進,均取得良好防突抽采效果。

通過以上兩個采煤工作面瓦斯治理效果分析,采煤工作面處于單“U”形通風(fēng)時,即使工作面采取并加大綜合瓦斯抽采措施,工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚及超限較難控制,只有從通風(fēng)瓦斯治理綜合考慮將回風(fēng)隅角流向改變不存在渦流區(qū),并加大風(fēng)量且風(fēng)流暢通有效沖淡并排除隅角瓦斯,回風(fēng)隅角積聚問題就可以解決。

回采過程中在回風(fēng)隅角直接埋管加大抽采量,在10206瓦斯治理巷提前打高位裂隙帶孔和多組采空區(qū)尾抽鉆孔,并結(jié)合在回風(fēng)順槽鉆場內(nèi)打走向頂板裂隙帶孔進行抽采,但由于裂隙帶孔抽采瓦斯衰減快,走向鉆孔利用率低,尾抽量上不去,抽采效果不理想。

原相煤礦10211采煤工作面雙“U”巷道布置,本意是將回風(fēng)的外“U”巷道作為專用排瓦斯巷,回采過程中也試用過。對工作面回風(fēng)隅角瓦斯治理效果明顯,但因排瓦斯巷瓦斯?jié)舛炔环€(wěn)定,不可控,且工作面部分回風(fēng)經(jīng)由采空區(qū),不符合相關(guān)規(guī)定,改為聯(lián)巷封閉接管尾抽。按新《煤礦安全規(guī)程》取消專用排瓦斯巷,那么采用雙“U”巷布置對通風(fēng)瓦斯治理意義不大。新《煤礦安全規(guī)程》第153條:采煤工作面必須采用礦井全風(fēng)壓通風(fēng),禁止采用局部通風(fēng)機稀釋瓦斯。無煤柱開采沿空送巷和沿空留巷時,應(yīng)當(dāng)采取防止從巷道的兩幫和頂部向采空區(qū)漏風(fēng)的措施。對照該條規(guī)定,原相煤礦10206采煤工作面回風(fēng)隅角采用局部通風(fēng)機控制稀釋瓦斯,雖然有效果,但隅角瓦斯不穩(wěn)定,也不符合新《煤礦安全規(guī)程》第153條的要求,禁止采用。

新《煤礦安全規(guī)程》第210條,有下列條件之一的突出煤層,不得將在本巷道施工順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯做為區(qū)域防突措施:開采范圍內(nèi)煤層堅固性系數(shù)小于0.3的;或者煤層堅固性系數(shù)為0.3～0.5,且埋深大于500 m的;或者煤巷條帶位于開采應(yīng)力集中區(qū)的。按此條要求,原相煤礦開采的02#煤層在突出危險區(qū)范圍內(nèi)掘進巷道不能在本巷道內(nèi)實施區(qū)域防突措施。

2 “Y”形通風(fēng)方式確定

通過對兩個采煤工作面通風(fēng)瓦斯治理效果及合規(guī)性分析,在采取綜合瓦斯抽采治理措施基礎(chǔ)上,如果從通風(fēng)方面考慮,采煤工作面采用“Y”形通風(fēng)方式[3],即在采煤工作面上、下端各設(shè)一條進風(fēng)道,另在采空區(qū)一側(cè)設(shè)回風(fēng)道的通風(fēng)方式,見圖1。主進風(fēng)主要是用來稀釋工作面煤壁瓦斯和采落煤釋放瓦斯;輔助進風(fēng)主要是用來稀釋鄰近層涌入采空區(qū)后向沿空留巷泄漏的瓦斯[4]。

10207膠帶順槽實施沿空留巷后,可采用以下三種通風(fēng)方式:1)兩進一回(Y型通風(fēng)):10207膠帶順槽和軌道順槽進風(fēng),留巷回風(fēng),見圖2-a。該通風(fēng)方式使工作面采空區(qū)的漏風(fēng)主要流向留巷,可解決隅角瓦斯積聚難題。但隨著留巷長度的增加,采空區(qū)瓦斯經(jīng)巷道頂板、頂板裂隙滲透到所留巷道內(nèi),易導(dǎo)致工作面后方的巷道瓦斯超限。采用此通風(fēng)方式,需加強采空區(qū)埋管抽采瓦斯。2)一進兩回:10207軌道順槽進風(fēng),膠帶順槽主回風(fēng),留巷輔助回風(fēng),見圖2-b。3)一進兩回:10207皮帶順槽進風(fēng),軌道順槽主回風(fēng),留巷輔助回風(fēng),見圖2-c。1)、2)兩種通風(fēng)方式均可稀釋隅角瓦斯,解決瓦斯積聚難題。但隨著留巷長度的增加,同樣存在工作面后方巷道瓦斯超限的風(fēng)險。故建議采用第1)種通風(fēng)方式。

圖1 采煤工作面Y形通風(fēng)方式示意圖Fig.1 Coal mining working face sketch Y-shaped ventilation way

2-a 兩進一回通風(fēng)

2-c 一進兩回通風(fēng)圖2 10207工作面通風(fēng)方式示意圖Fig.2 10207 schematic diagram of working face ventilation mode

在留巷充填體內(nèi)每間隔22.4 m預(yù)埋Φ426 mm壁厚6 mm的瓦斯管抽采高濃度瓦斯,瓦斯管位于充填體中上部,距頂板位置500 mm,見圖3。抽采管道穿過留巷充填體,伸入采空區(qū)即可,并在里端焊接濾網(wǎng)。通過截止閥、三通和連接管接入巷道內(nèi)的抽采管道上。由于采空區(qū)頂板會發(fā)生破斷、冒落,會產(chǎn)生大量的煤巖粉,每隔50 m間增加一個排渣器。

圖3 采空區(qū)埋管布置示意圖Fig.3 Goaf buried pipe layout diagram

3 結(jié)論

1)通過調(diào)研及結(jié)合原相煤礦現(xiàn)場實際確定:在10207工作面沿空留巷,實行“Y”形通風(fēng)來治理瓦斯是技術(shù)可行的,經(jīng)濟合理的,安全風(fēng)險較小。

2)“Y”形通風(fēng)系統(tǒng)中主、輔兩股進風(fēng)可合理調(diào)控,保證回風(fēng)隅角風(fēng)流暢通,能有效地解決采煤工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚及超限的問題。

3)留巷靠采空區(qū)充填體預(yù)留抽采管路,減少采空區(qū)預(yù)埋管路的損失,便于采空區(qū)瓦斯抽采。

4)留下巷道對下一區(qū)段的采煤塊段及另一順槽掘進條帶進行打鉆預(yù)抽瓦斯(即創(chuàng)造遞進式打鉆抽采條件),贏得區(qū)段抽采瓦斯時間,避免了掘進順槽在本巷道施工順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的區(qū)域防突措施,符合新《煤礦安全規(guī)程》第210條的要求。

5)解決了瓦斯治理巷由局部通風(fēng)機通風(fēng)改為全風(fēng)壓通風(fēng)問題,減少打鉆通風(fēng)瓦斯隱患。

[1] 楊綠剛.深部大采高充填開采沿空留巷礦壓規(guī)律及協(xié)同控制研究[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué),2013.

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OutburstPreventionTechnologyinGob-sideEntryRetaininginDeepandUltra-closeCoalSeam

GAOYi1,2,ZHANGZhimin2

(1.HuarunCoalCo.,Ltd.,Taiyuan030200,China;2.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Based on the gas control experience of No.10211 and No.10206 working face in Yuanxiang Mine, control measures were selected for the gas outburst of the gob-side entry retaining of No. 10207 working face in No.02 and No.2 coal seam. According to Safety Regulations of Coal Mines and the working face condition, ventilation and gas drainage pipe layout were studied, in terms of rationality and feasibility, to satisfy the regulations and safety production requirement. The results could be referential for the gas control in the gob-side entry retaining in similar deep and ultra-close coal seams.

ultra-close coal seam;gas outburst;Y-type ventilation

1672-5050(2017)02-0012-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.004

2017-03-15

高軼(1983-)，男，山西定襄人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦技術(shù)管理工作。

TD353

A

(編輯:薄小玲)