杨柳矿井防治煤与瓦斯突出技术的实践与研究

杨柳矿井防治煤与瓦斯突出技术的实践与研究摘要:通过10煤层10414综采工作面的抽放治理技术,解决矿井安全生产的关键要素,实现了矿井安全发展,对相邻矿井的瓦斯治理具有指导作用。

关键词:煤与瓦斯突出防突措施抽放瓦斯瓦斯综合治理

煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象,也是一种非常严重而又比较普遍的威胁煤矿安全生产的自然灾害,其能在较短的时间内从采掘工作面喷出大量的煤和瓦斯,给矿井造成巨大灾害,使煤矿安全生产受到严重威胁,因此,解决煤与瓦斯突出灾害问题是煤矿可持续发展的必要条件。

1 矿井概况

杨柳矿井是淮北矿业集团7年建成8对矿井的第四对新型现代化矿井,井田南北走向长9km,东西宽约3km～9km,矿井可采储量140Mt。该矿可采煤层72、82和10煤层,其中10煤层为矿井主采煤层,煤层平均厚度 3.05m。杨柳矿井设计为高瓦斯矿井,该矿井设计生产能力1.8Mt/a,立井开拓,通风方式为中央并列抽出式,于2011年初投产,在矿井掘进石门揭煤过程中,该矿10煤层在打钻过程中曾出现卡钻、抱钻、喷孔等瓦斯动力现象,井下现场施工过程中,18个测点有3个测点打钻时出现喷孔、顶钻、卡钻等瓦斯动力现象,喷孔率接近20％,由此杨柳矿井定为突出矿井。为解决矿井北翼10煤层安全开采问题,特别是解

决10414工作面为杨柳煤矿首采工作面的安全问题,淮北矿业集团杨柳矿井采用底板双岩巷预抽瓦斯防治技术,取得了较好的效果。

1.1 瓦斯地质特征

杨柳矿井田内断层较发育,断层总数170条,岩浆活动较剧烈,矿井10煤层较大范围受到岩浆侵入,岩浆的侵入使煤层变质程度提高,易于产生较多的吸附瓦斯;岩浆冷却后成为煤层顶板,阻隔了瓦斯的逸出,煤层瓦斯含量较大,瓦斯治理难度大。10煤层瓦斯压力为2.0MPa,大于突出临界值0.74MPa,煤样的坚固性系数f值为0.56,大于突出临界值0.5,瓦斯放散初速度ΔP为20mmHg,大于临界值10mmHg,大部分测试指标超过《煤与瓦斯突出等级鉴定规范》(AQ1024-2006)中的单项指标临界值。对此,矿井瓦斯治理工作迫在眉睫,并成为矿井投产的关键因素,特别是矿井首采工作面的治理做为重中之重进行实施与治理。

1.2 工作面技术特征

10414工作面为杨柳煤矿首采工作面,位于104采区东翼,工作面走向长1100m,倾斜长180m。本煤层瓦斯含量5.38m3/t,其中最大值为10.71m3/t,本综采工作面的风排瓦斯量8.9m3/min,风量配备1500m3/min。本矿井的抽放方法初期为联合抽放,即高位走向顶板孔抽放,本煤层顺层抽放。预计抽采瓦斯量281.6万立方米。采用综合机械化采煤方式开采,顶板采用自由垮落方式管理。

2 杨柳矿10414工作面瓦斯防治技术方案

通过对10煤层瓦斯基本参数的分析可知,10煤东翼104采区10煤层瓦斯压力为1.90MPa(表压),石门揭煤过程中测定10煤的△h2最大值为300Pa,超出临界值160Pa。K1最大值为0.69mL/g·min1/2,超出临界值0.4mL/g·min1/2。而且在打钻的过程中有喷孔现象。10煤存在煤与瓦斯突出的危险区域,从杨柳矿的实际出发,对10414综采工作面采用底板岩巷穿层钻孔掩护工作面机风巷的掘进及倾向顺层孔预抽工作面瓦斯的防治技术方案。

2.1 瓦斯抽采消突原理

10414综采工作面底板岩巷穿层钻孔与倾斜顺层钻孔瓦斯抽采模式的原理是通过向突出煤层内打大量的密集钻孔使煤体区域卸压,同时抽采瓦斯释放其潜能,然后再经过较长时间(几个月到几十个月)的预抽煤层瓦斯进一步降低其瓦斯压力与瓦斯含量,并由此引起煤层的收缩变形、地应力下降、透气系数增高、地应力与瓦斯压力梯度减小和煤的坚固系数增加等变化,从而达到消除突出危险性的目的。

2.2 实施方法

底板岩巷穿层钻孔与倾斜顺层钻孔瓦斯抽采分四步实施。

在104采区10414综采工作面突出10煤层底板距10414机巷、风巷和开切眼一定距离的岩层中施工抽采巷,与104采区边界巷形成

全负压通风系统;在10414底板巷内施工穿层钻孔并抽采机巷、风巷和开切眼位置及附近一定范围煤层瓦斯,将该区域内的煤层瓦斯含量降低到该煤层的始突深度的煤层瓦斯含量或压力,若没有考察到该值,将煤层瓦斯含量降到8m3/min以下,煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下,消除该条带煤层的突出危险性,保证煤层巷道的安全掘进;在消除10414综采工作面突出危险的煤体中掘进机巷、风巷和开切眼;待10414综采工作面形成通风系统后,在10414机风巷内施工一定间距的顺层钻孔抽采煤层瓦斯,保证一定的预抽时间,在10414工作面开采之前将煤层瓦斯含量降低到该煤层的始突深度的煤层瓦斯含量或压力,若没有考察到该值,将煤层瓦斯含量降到8m3/min以下,煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下,消除工作面煤层的突出危险性。

2.3 施工技术方案

2.3.1 底板瓦斯抽放巷位置的确定

底板巷瓦斯抽放巷主要是利用穿层钻孔抽放煤层瓦斯掩护煤巷掘进。底板巷道位置距离煤层底板太远就会造成所打的穿层钻孔过长,增加了打钻工程量;距离煤层太近,会由于岩柱的抵抗力不足存在突出安全隐患。

工作面巷道与底板抽放巷的位置关系见图1。底板抽放巷一般布置在岩性较好、距煤层底板20m～30m的岩层中,底板巷道断面设计为9.6m2(3.4m×3.1m)。底板巷距机风巷的水平距离为20m～30m,这个

距离便于向机风巷附近煤体打钻。底板巷距开切眼的水平距离为20m～30m。

2.3.2 钻场、钻孔参数施工技术

钻场、钻孔布置见图2。在底板瓦斯抽采巷内每隔30m,垂直于底板巷布置一长度为5m的钻场,钻场断面为12m2(4m×3m)。在钻场内向煤层施工7排穿层抽放钻孔,每排6个,共42个。抽放钻孔直径94mm～100mm,钻孔间距设计为5m,钻孔间距以煤层中厚面为准,钻孔终孔进入10煤层顶板0.5m。机巷、风巷和开切眼设计7排钻孔掩护,保护范围为35m,布置在保护范围的中部,按照采煤巷道宽度4m～5m计算,巷道两帮的保护范围≥15m,满足相关规定,可以保证巷道的安全掘进,图2中虚线框内为钻孔卸压保护范围。

要缩小钻场距离、加密钻孔,加大开切眼附近煤体的钻孔控制范围。应保证一定的预抽时间,将该区域内的煤层瓦斯含量降至8m3/t 以下或瓦斯压力降为0.74MPa以下方可掘进煤层巷道。

2.3.3 顺层孔控制盲区穿层孔施工技术

10煤层工作面长度180m左右,机风巷钻孔长度需要达到90m～100m以上才能覆盖整个工作面,但目前软煤成孔技术水平较低,工作面煤层中间存在一个钻孔空白带。必须利用底板抽放巷向空白条带内打穿层钻孔,钻孔间距设计为5m～8m,钻孔间距根据实际瓦斯排放效果再适当调整。通过穿层钻孔抽放空白条带内的瓦斯,降低煤层瓦斯