论近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技术

论近距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技术摘要:为确保近距离突出煤层群上保护层开采生产的安全性,最大限度的防止瓦斯爆炸事故的发生,需要构建煤矿瓦斯治理系统,笔者结合某煤矿上保护层开采环境,对煤层上保护层开采底板卸压规律进行了模拟、充分有效的利用煤层赋值数据,最大限度的降低开采过程中的不确定性,制定了一套立体瓦斯治理技术,并在工程中得到了很好的应用。

关键词:近距离突出煤层群保护层瓦斯治理技术

随着煤层开采深度、瓦斯压力和瓦斯含量的增加,煤与瓦斯突出煤层的数量也在增加,仅仅依靠传统的风排方式治理技术已经不能满足煤矿安全生产的需求。防突工作坚持“区域防突措施在先、局部的预防措施第一”的原则,开采保护层是预防煤与瓦斯突出最有效的、最经济的区域防突措施。国内学者和工程技术人员已进行了大量的研究,包括气体控制技术、保护层开采紧密的俯仰斜矿井瓦斯控制技术、不同煤层群保护层开采技术条件的采气控制技术、在保护覆层开采的煤层变形技术、远距离下保护层开采技术、极薄煤层保护层开采技术,这些保护层开采技术研究给区域防突技术提供了很好的依据。笔者结合某煤矿近距离突出煤层群瓦斯治理问题,通过对瓦斯涌出规律的数值模拟研究的理论分析,制定了上保护层开采的瓦斯控制技术方案。即:(1)上保护层区域防突技术;(2)回采期上保护层瓦斯控制技术;(3)保护层卸压瓦斯抽采技术。

1 试验区概况

某矿井经鉴定为煤与瓦斯突出矿井。首采个一采区,主采6、7号煤层都是突出煤层,经测量,6号煤层最大瓦斯压力为9300 Pa,每吨瓦斯含量8.42 m3;7号煤层最大瓦斯压力1100 Pa,每吨瓦斯含量9.73 m3。6、7号煤层的普氏系数f分别是0.25和0.26,煤体层较为松软。一采区6号煤层厚度在0.8 m与2.68 m之间,平均厚度1.2 m;7号煤层厚度在1.06 m与5.85 m之间,平均厚度3.0 m。经过实测分析,6、7号煤层赋存均不稳定,煤层间最近的距离为 6.9 m,彼此间的平均距离为23.47 m。相邻区域的石门揭穿7号煤层过程中,因为煤体层比较松软,瓦斯气体含量较高,所以在钻孔施工阶段,经常发生喷孔卡钻的现象,导致成孔率非常低、很大程度上限制了施工深度。笔者依据保护层选择原则,并结合了一采区煤层与瓦斯的特征,在制定方案是优先消除了6号煤层突出的危险性,确保6号煤层开采工作的安全进行,接着再用6号煤层作为上保护层,确保7号煤层的区域防突方案的安全性。

2 上保护层开采瓦斯治理

2.1 上保护层区域消突技术

前面介绍可以知道,7号煤层厚度较大,而且煤体非常的松软,瓦斯气体所施加的压力也很大,并且6、7号煤层之间的距离也很不稳定,最近的地方仅仅不过6 m,如果在6、7号煤层之间布置岩石巷道的话,

很容易就会误揭煤层,给开采工作带来诸多不便。本方案首先在6号煤层顶板距离煤层10～12 m位置施工顶板抽放巷,在顶板抽放巷内布置穿层预抽钻孔,对6号煤层进行穿层预抽,这样就避免了6号煤层煤巷条带的突出危险;在煤巷施工以后,再向6号煤层内部施工顺层钻孔,封孔预抽回采区域煤层瓦斯气体,这样就可以完全减免了6号煤层的突出危险性。

2.2 上保护层回采期间瓦斯治理技术

保护层开采期间将顶板预抽巷改作为高抽巷,将采面回风巷的预抽巷回风巷段封闭安装瓦斯抽放管,同时与上隅角采空区瓦斯抽采。抽巷形成的采空区瓦斯的顶板裂隙排水渠,对下部采空区瓦斯发挥作拉动用,减少采空区气体排涌向工作面和的上隅角。通过分段砌筑封闭墙,在封闭墙中铺设管路进行瓦斯抽采,抽采管路为240 mm的PE管,抽采流量为91 m3/min,封闭墙间距为110 m。封闭墙的组成由砌筑两道墙体,并在其内部充填黄泥,墙体厚度800 mm,墙与墙之间的距离不小于4 m,这样可以很好地起到密闭和防爆的作用。每个封闭墙内铺设两道管路,在新的封闭墙砌筑充填完成时,根据瓦斯抽采量适时关闭里段抽采阀门,保障了高抽巷瓦斯抽采的连续性。

2.3 被保护煤层卸压瓦斯抽采技术

由数值模拟结果可知,6号煤层回采可有效卸载7号煤层地应力,但是煤层底板裂隙发育相对不够充分,不利于7号煤层卸压瓦斯沿裂

隙向6号煤层采空区运移,给7号煤层瓦斯治理带来难度。因此,在6号煤层回风巷向7号煤层卸压区域施工斜角穿层钻孔,封孔抽采7号煤层瓦斯,钻孔施工可有效增加6号煤层底板裂隙发育,使更多的卸压瓦斯运移至6号煤层采空区。7号煤层卸压瓦斯一部分被上隅角抽采管路抽采,一部分继续向6号煤层顶板裂隙带中运移,进入顶板高抽巷中。6号煤层底板增裂抽采钻孔间隔30 m布置1组,每组7个钻孔,钻孔倾角为30°。

3 瓦斯治理效果

试验工作面为一采区首采10601工作面,在煤层群上保护层进行顺层钻孔预抽之后,测定10601工作面最大残余瓦斯压力不超过200 Pa,每吨剩余瓦斯含量不大于 2.64 m3,每吨可解吸瓦斯含量为 1.63 m3。工作面长度180 m,实际平均厚度为1.5 m,由于受到受地质影响,每日推进 2.7 m,日产量达到902 t。6号煤层绝对瓦斯涌出量 1.13 m3/min,卸压之后7号煤层瓦斯涌出量7.13 m3/min,占工作面瓦斯总量的87.1%。7号煤层瓦斯相对涌出量为每吨2.77 m3,卸压后涌出的瓦斯量不会超过29.7%,该数值介于计算理论值之间,7号煤层残余瓦斯含量每吨6.53 m3,很好地满足了区域消突的既定要求。

4 结论

通过理论计算分析可知,受保护层卸压瓦斯占上保护层工作面瓦斯总量的84.7%,通过实施距离突出煤层群上保护层开采瓦斯治理技

术,受保护煤层残余瓦斯含量减少到了每吨 6.85 m3,很好地满足了区域性煤层的防突要求。制定了上保护层开采瓦斯立体抽采技术。通过顶板岩巷穿层钻孔、顺层预抽钻孔、顶板高抽巷、上隅角埋管抽采、上保护层回风巷下向穿层增裂抽采钻孔,既可以将保护层的突出危险性予以消除,还能够很好滴满足受保护煤层卸压瓦斯的强化抽采问题。

参考文献

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