高应力远距离下保护层开采瓦斯治理效果

收稿日期:2012－03－28

基金项目:国家科技重大专项(2011ZX05064)作者简介:李

朝(1980—)，男，江苏铜山人，工程师，

2006年毕业于河南理工大学，现从事瓦斯现场研究管理工作。

高应力远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析

李

朝1，董

武

1，2

(1．淮南矿业(集团)有限公司，安徽淮南232001;2．安徽理工大学，安徽淮南232001)

摘要:为实现高应力、突出煤层安全开采，采取远距离下保护层开采技术，利用底板巷抽层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯。考察表明，在远距离下保护层开采期间，采动影响能够有效卸压，提高被保护层的透气性、增大相对变形量和降低瓦斯压力。被保护层掘进过程中未出现瓦斯超标现象，实现了安全快速掘进，充分说明远距离下保护层开采措施，在解决瓦斯问题的同时，消除了地应力问题。关键词:高应力;远距离下保护层;瓦斯治理中图分类号:TD713．31

文献标志码:B

文章编号:1003－0506(2012)07－0116－02

丁集煤矿发生过3次以地应力为主的煤与瓦斯

突出(压出)事故［1］

，其中，“2009·4·19”事故系由冲

击地压引起的压出事故，瓦斯涌出量仅80m 3

。结合矿井实际条件，采取开采远距离下保护层措施，即

开采11-2煤层、保护上部13-1煤层，一方面解决工

作面瓦斯问题，同时解决地应力问题。

1工作面概况

1321⑴工作面走向长1160m ，面长205m ，平

均煤厚2．2m ，倾角3ʎ，对应被保护层1311⑶工作面，层间距70m 。1321⑴工作面开采采取1311⑶底抽巷抽采卸压瓦斯。

1311⑶胶带运输巷底抽巷标高－780m ，巷道底板距上部被保护的13-1煤层顶板法距28m ，巷道顶板距12煤底板法距20.0 21.5m 。利用1311⑶底抽巷施工抽采钻孔，保护1311⑶胶带运输巷宽度为60m ，卸压长度100m ，采用直径不小于108mm 的钻头施工钻孔，用水泥砂浆封孔10m ，共计35组，

每10m 一组，每组8个钻孔，钻孔孔深以穿透13-1煤层顶板不小于0.5m 为准(图1)。

2被保护层效果考察措施

针对远距离下保护层1321⑴工作面进行回采

时的实际情况，在1311⑶胶带运输巷底抽巷和1321

⑴工作面回风巷设计5个考察孔，在正迎头布置

1#、2#、3#共3个考察钻孔。在1321⑴回风巷补4#、5#钻孔，考察孔布置如图2所示

。

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611·2012年第7期中州煤炭总第199期

3

被保护层开采卸压效果

3.1

考察孔瓦斯流量

采用孔板流量计直接测定钻孔瓦斯流量，

13-1煤层卸压前，基本测不出钻孔流量，卸压后的钻孔流量测定变化如图3所示

。

图32#、3#考察钻孔流量变化

1311⑶底抽巷掘进面50m 的35个抽采钻孔处于完全卸压区，

50 100m 的40个抽采钻孔处于采动影响区(部分卸压)，采动及卸压时间约1个月(7

月26日—8月26日)，底抽巷的总抽采量明显增

大，平均抽采纯量由758m 3/d 增大到2215m 3

/日，增长192%。采动及卸压钻孔的单孔平均流量为29.53m 3/d ，与考察钻孔的平均卸压流量(28.74m 3/d )相当。而后1311⑶底抽巷的总抽采量下降到693m 3/d (8月27日)，与卸压前相当。3.2

13-1煤层考察孔透气性系数和相对变形量

由于受采动影响，1311⑶底抽巷破坏严重，无法

直接观测13-1煤层的相对变形量，改用渗透率计算

13-1煤层受11-2煤层采动影响的相对变形量。根

据柯兹尼公式计算渗透率:k =D 2p n 3/150(1－n 2

)。

其中，

D p 为调和直径;n 为孔隙率。测定钻孔的瓦斯压力和流量，计算出煤层渗透

率，便可计算出孔隙率［2］

。由于受采动影响，被保

护13-1煤层的变形主要是垂直方向，水平变形可忽

略不计，即孔隙率仅在垂直方向膨胀，等于相对变形

量［3-5］，即:ε=Δn 。13-1煤层卸压后，钻孔瓦斯流量

增大到63.8m 3

/d 、煤层透气性系数增大到47.6

m 2/(MPa 2·d )、煤层顶底板相对变形量增大到0.561%，13-1煤层卸压后2#，3#孔流量、透气性系数和相对变形量变化如图4、图5所示。

1321(1)工作面回采推进过程中，采动影响范围的瓦斯压力下降到0.5MPa (未开阀门测流量)，

钻孔流量明显增大到1m 3

/d ，煤层渗透率增大到0.266m 2/(MPa 2·d )，煤层膨胀的相对变形量达到

0.1%(2#钻孔);在有效卸压范围内，钻孔流量最大

达到63.8m 3

/d ，煤层透气性系数增大到47.6m 2/(MPa 2·d )，煤层膨胀的相对变形量达0.561%;

受采场周期来压影响，钻孔流量有一个小幅回落，而

后继续增长

。

在下保护层11-2煤层开采期间，采动影响能

够有效卸压，提高被保护13-1煤层透气性，增大13-1煤层的相对变形量，降低瓦斯压力，穿层钻孔排放

或抽采卸压瓦斯的有效时间约1个月。3.3

1311⑶底抽巷抽采瓦斯情况

1311⑶底抽巷穿层钻孔总抽采纯瓦斯量93398

m 3，其中，卸压前抽采纯量21826m 3

(6月4日—7

月25日)，卸压后抽采纯量71572m 3

(7月26日—

8月27日)。抽采钻孔设计保护1311⑶胶带运输巷

宽度为60m ，卸压长度100m ，

13-1煤层原始瓦斯含量5m 3

/t (含邻近煤层及围岩瓦斯)，

1311⑶胶带运输巷保护宽度内的瓦斯抽采率为71.09%。

(下转第126页)

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711·2012年第7期李朝，等:高应力远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析总第199期