近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术探究

近距离突出煤层群瓦斯综合治理技术探究

发表时间：2017-12-18T15:33:47.267Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第19期作者：苏庆礼刘海军陈童[导读] 本文以某煤矿为例，就该煤矿近距离突出煤层中瓦斯的综合治理方式进行了分析。

贵州毕节市大方县绿塘煤矿有限责任公司贵州毕节 551604 摘要：近年来，随着经济的发展，对煤矿的需求越来越大。然而煤矿生产中的安全威胁因素也越来越多，瓦斯威胁是煤矿生产中的主要安全威胁因素。本文以某煤矿为例，就该煤矿近距离突出煤层中瓦斯的综合治理方式进行了分析。关键词：煤矿；突出煤层；瓦斯；综合治理方法 1 离上保护层瓦开采概述

保护层工作面开采后，采空区顶底板煤岩体发生破坏、移动和变形，引起煤岩应力场与裂隙场的重新分布，对开采层周围的煤层（包括突出煤层在内）和岩层产生采动影响，尤其是近距离煤层群保护层开采后，由于层间距很小，保护层与被保护层之间的部分岩石裂缝是垂直层面的，离保护层一定距离内，这些裂缝能彼此贯通，直至与保护层采空区连通，提供了解吸瓦斯涌向保护层开采空间的通道。同样，在被保护层回采过程中，采空区岩层的裂隙与保护层采空区沟通，为保护层采空区内积聚的瓦斯涌向被保护层采空区提供通道。

2 煤层概况

某矿是生产矿井之一，可采煤层3层，自上而下分别为6、7、8号煤层，6号煤层不稳定，目前开采7、8号煤层，均具有突出危险。7号煤层平均厚1．1m，埋深451m时测定煤层原始瓦斯压力1．62MPa、煤层原始瓦斯含量19．49m3/t，开采期间一次最大突出强度为59t/次、平均突出强度为7．47t/次；8号煤层平均厚2．5m，埋深456m时测定煤层原始瓦斯压力2．90MPa、煤层原始瓦斯含量19．6m3/t，开采期间一次最大突出强度为1408t/次、平均突出强度为476．33t/次。7、8号煤层平均间距8m，层间岩性多为较软弱的粉砂岩或砂质泥岩，煤层松软（平均普氏系数0．4），透气性差（渗透率低于0．001×10-3μm2）。矿井以突出危险性相对较弱的7号煤层作为上保护层先行开采，平均煤层倾角6°，保护层采用对拉工作面布置，倾斜长壁仰斜法采煤，全部垮落法管理顶板，在保护范围内后续开采8号煤层。

3 近距离上保护层瓦斯综合治理措施 3.1 煤矿保护层水力压裂增透技术

为了提高7号煤层透气性，实现大面积卸压增透，改善保护层瓦斯预抽效果，打通一矿采用了顺层水力压裂增透技术增加保护层工作面煤层透气性。该项技术的增透原理为：通过向煤层施工顺层水力压裂钻孔并封孔，利用乳化泵将高压水注入钻孔，克服最小地应力及煤体抗拉强度，使煤体原生裂隙及次生裂隙沿弱面不断扩展、延伸，增加裂隙的空间体积及裂隙之间的连通性，从而形成一个相互交织的多裂隙连通网络，煤层透气性系数大幅增加。研究表明，煤层条件一定时，注水压力和注水量是影响煤体裂隙起裂和延展的主要因素，而压裂钻孔的封孔深度又是决定注水压力大小的关键因素，封孔深度与注水压力成正比。

3.2 保护层顺层钻孔下套管预抽技术

采用水力压裂技术增加煤层透气性后，在保护层工作面两巷按照间距2．75~5．50m施工直径94mm的顺层平行钻孔预抽煤层瓦斯，由于煤层松软，容易塌孔，成孔率低，钻孔利用时间短，采用钻孔全程下套管技术保障抽采时间及抽采效果。根据多个工作面的试验应用，确定了套管选用直径32mm的抗静电阻燃PVC管，管体上按照孔间距200mm布置4排直径10mm的筛孔，单管长度1．5m，管间采用丝扣连接。下套管抽采施工工艺流程为：钻进→吹孔→下套管→固定套管→撤钻杆→封孔→接抽。采用水力压裂增透及钻孔全程下套管技术后，顺层钻孔预抽煤层瓦斯达标时间由原来的10个月缩短至7个月，实现了快速抽采消突，改善了工作面接替紧张局面。在工作面回采时，处于工作面前方卸压区内的顺层钻孔继续进行边采边抽，减少了落煤瓦斯涌出量。

3.3 被保护层预抽、卸压抽、残抽技术

保护层回采后，其下伏底鼓断裂带内的被保护层卸压瓦斯将沿着层间裂隙大量涌入保护层工作面，造成保护层工作面瓦斯涌出量增大，回风隅角超限频繁，涌入至保护层工作面的瓦斯量与被保护层瓦斯含量成正比。为了减少被保护层瓦斯涌入、缓解工作面通风压力，在煤系地层底部茅口灰岩内布置与保护层工作面两巷相重叠的瓦斯抽采巷道，在其内布置上向穿层网格钻孔抽采被保护层瓦斯（图2）。钻场间距为10m，每个钻场施工8个钻孔，钻孔终孔于8号煤层顶板0．5m，钻孔直径75mm，封孔深度不小于5m。

3.4 顶板高位钻孔抽采技术

受采动影响，采空区上覆岩层在垂直方向上划分为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，裂隙带内裂隙发育，是上邻近层与采空区瓦斯聚集的主要场所，受瓦斯上浮特性及通风负压影响，裂隙带内的瓦斯将经过工作面回风隅角进入回风流，时常造成回风隅角瓦斯超限事故。为此，在回风巷迎着工作面推进方向施工顶板高位钻孔进入裂隙带，抽采上邻近层和采空区部分瓦斯，改变瓦斯流动方向，减缓回风隅角瓦斯超限问题。

3.5 工作面“U型+尾排”通风方式

在采取了邻近层、本煤层瓦斯综合抽采措施并满足《煤矿瓦斯抽采基本指标》要求的前提下，受薄煤层工作面通风能力以及煤壁、落煤、采空区瓦斯涌出影响，工作面回风隅角仍然存在瓦斯超限问题。分析认为，进入到“U”型通风工作面的风流可分为2个部分：一部分直接穿过工作面进入回风巷；另一部分则漏入采空区并掺混了采空区瓦斯后逐渐返回到工作面，最后经过回风隅角流入回风巷。而回风隅角成为采空区瓦斯运移的必经之路，加之通风不畅易形成涡流区，易造成瓦斯超限。为了治理回风隅角瓦斯超限，研究应用增加风流漏风汇的方法，增设瓦斯尾排通道，构成工作面“U型+尾排”通风方式，利用导风设施将回风隅角高浓度瓦斯引排至尾排通道。

4 结语

根据对近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理难点的分析，制定了以快速消突和防止瓦斯超限为思路的瓦斯综合治理技术体系。通过采取本煤层水力压裂增透、顺层钻孔全程下套管护孔、穿层网格钻孔抽采、高位钻孔抽采、“U型+尾排”通风方式，可快速消除保护层突出危险，防止回风隅角瓦斯超限事故，强化被保护层瓦斯抽采。参考文献