采煤工作面煤与瓦斯动力灾害防治技术研究

马红伟 米 战

(平顶山天安煤业股份有限公司十矿,河南省平顶山市,467021)

采煤工作面煤与瓦斯动力灾害防治技术研究

马红伟 米 战

(平顶山天安煤业股份有限公司十矿,河南省平顶山市,467021)

针对戊9-20180工作面具有突出危险性但不具备开采保护层条件、地质条件复杂的问题,在掘进期间至回采前,采取了在进、回风巷内对采面圈定煤体经过水力压裂增透后沿戊9煤层施工本煤层抽放钻孔进行采前预抽的措施。结果表明,经过钻孔抽放瓦斯后,钻孔控制范围内的煤层残余瓦斯含量降到了8 m3/t以下,控制了煤与瓦斯突出灾害的发生。

瓦斯含量 瓦斯抽放 煤与瓦斯突出

平煤股份十矿为煤与瓦斯突出矿井,核定生产能力330万t/a。矿井采用立井、斜井分水平联合开拓,目前第二水平标高-320 m。主采的丁5.6、戊9.10和己15.16煤层均为突出煤层,2009年瓦斯等级鉴定绝对瓦斯涌出量为110.14 m3/min,相对瓦斯涌出量22.88 m3/t。采掘进入二水平后共发生煤与瓦斯突出50次,特别是进入800 m以下埋深后,工作面受构造应力、顶板应力以及相邻巷道和工作面残余应力的影响,动力现象频繁显现,严重威胁采掘工作。为了保障工作面的安全生产,进行了煤与瓦斯突出动力灾害防治技术研究。

1 工作面概况

戊9-20180采煤工作面位于十矿戊组中区下山西翼第四阶段,采面东起本采区3条下山,西至25#勘探线以东200 m,南为戊10-20160采空区,北部尚未开采。标高+190～+430 m,工作面标高-510～-570 m,垂深700～960 m。工作面有效走向长度915 m,采长200 m,采高1.3 m,储量32.5万t。煤层厚度1.1～1.6 m,顶部有0.7 m左右块状硬煤,下部为软煤,属薄—中厚煤层,赋存比较稳定。局部地段煤层下部有1层0.1 m厚夹矸。煤层倾角10.4～14°,平均12.4°,为缓倾斜—倾斜煤层。戊10煤层与戊9煤层的层间距较小且赋存不稳定,东薄西厚,大部分小于2 m。戊9煤层直接顶为1.2～8.0 m厚的砂质泥岩,东薄西厚。其上为厚度0.8 m的戊8煤层,戊9煤层直接底为0.4～7.7 m厚的砂质泥岩,其下部戊10煤层厚度2.1～3.5 m。

2 工作面煤与瓦斯突出危险性判定

掘进期间,戊9-20180工作面按照有煤与瓦斯突出危险的工作面管理,判别依据如下:该工作面属十矿煤与瓦斯突出危险性划分的突出危险区域,且最大埋深达960 m;相邻的戊10-20160工作面在施工时未发生过动力现象,但在戊组中区该工作面标高之上的戊9.10煤层已发生8次煤与瓦斯动力现象。

3 区域综合防突措施

由于戊9-20180工作面保护层开采条件受限,故区域防突采取钻孔预抽瓦斯措施,具体为对戊9煤层进行水力压裂增透后施工本煤层抽放钻孔进行预抽。

3.1 戊9煤层抽放钻孔布置

为降低采面回采时的煤与瓦斯突出危险性和瓦斯涌出量,进、回风巷掘进期间至回采前,在进、回风巷内向采面圈定煤体沿戊9煤层施工抽放钻孔,每间隔3 m施工1个,钻孔孔径ø75～120 mm,进风巷钻孔深度110 m、回风巷钻孔深度100 m,切眼钻孔深度70 m,使钻孔控制全采面,消除瓦斯抽放空白带。进、回风巷内各布置305个钻孔,切眼布置50个钻孔,总长度67550 m,吨煤钻孔长度为0.21 m。

3.2 戊10煤层抽放钻孔布置

由于工作面外段属戊9.10煤层合层区,因此该区域抽采钻孔直接施工在戊9.10煤层。

在切眼和自切眼向外回风巷515 m范围和进风巷1826点里30 m、点外85 m的115 m区域内先在戊10煤层实施高压水力增透,之后利用压裂钻孔进行瓦斯抽放。压裂钻孔在进风巷、回风巷和切眼中的长度分别为110 m、100 m和70 m,每30 m布置1个压裂孔,在切眼、进风巷中,压裂钻孔孔径分别为ø75 mm和ø120 mm。钻孔开孔在戊9煤层与戊10煤层间的夹矸或戊10煤层,终孔在戊10煤层。回风巷内布置钻孔17个,进风巷内布置钻孔4个,切眼布置钻孔8个,共29个钻孔。

3.3 抽放效果

(1)戊9-20180进风巷进行水力压裂30孔次,孔深110 m,最高注水压力24 MPa,平均压力14.6 MPa,最大注水量16 m3,平均注水量9 m3,压裂抽采钻孔控制煤量14.4万t,自2009年5月19日至12月10日共计206 d,共抽放瓦斯38.1万m3,瓦斯预抽率20.3%。

(2)戊9-20180切眼进行水力压裂8孔次,压裂孔深75 m,最高注水压力30 MPa,平均压力22.1 MPa,最大注水量18 m3,平均注水量9.2 m3。切眼压裂抽采钻孔控制煤量1.0万t,自2009年7月10日至9月20日共计70 d,共抽放瓦斯1.6万m3,瓦斯预抽率12%。

(3)戊9-20180回风巷进行水力压裂12孔次,压裂孔深100 m,最高注水压力27 MPa,平均压力17.1 MPa,最大注水量15 m3,平均注水量8.5 m3。压裂抽采钻孔控制煤量9.8万t。戊9-20180回风巷由于压裂钻孔少,同时受采面安装、回风巷扩修影响,224 d共抽放瓦斯21.7万m3,瓦斯预抽率17%。

4 区域防突措施效果检验

戊9-20180进、回风巷钻孔分别布置11个、6个效检钻孔。当瓦斯含量大于等于8.0 m3/t时,检测点周围半径100 m内的预抽区域为突出危险区,需继续实施区域综合防突措施进行瓦斯预抽,然后再进行效果检验,直至区域措施有效;若在瓦斯含量小于8.0 m3/t的煤层中进行钻孔等作业时,发现了喷孔、顶钻和其它明显突出预兆时,该位置半径100 m内的预抽区域判定为措施无效,所在区域煤层仍具有突出危险性,须继续实施区域综合防突措施,然后再进行效果检验,直至经效检区域措施有效方可施工。

在掘进施工过程中,未发生煤与瓦斯突出,检验钻孔施工过程中未发生喷孔、卡钻等煤与瓦斯突出预兆。2009年12月集团公司瓦斯所对效检钻孔进行了测定,在钻孔控制范围内,煤层残余瓦斯含量最小3.2 m3/t,最大7.8 m3/t,见表1。

表1 效检钻孔瓦斯含量测定结果一览表

5 结论及展望

(1)经水力压裂增透和实施钻孔抽采的区域防突措施后,瓦斯残余含量达到了区域消突效果。

(2)戊9煤层上部50 m以内的顶板存在坚硬的厚层砂岩,不易自然破断,将引起采动应力集中,对下伏戊9煤层产生瞬间动载,有诱发煤与瓦斯低指标突出的可能性。

(3)戊9-20180工作面的区域煤与瓦斯突出危险性已基本消除,但仍存在局部煤与瓦斯突出、冲击地压的危险性,以及冲击地压诱发局部低指标煤与瓦斯突出的可能性。只有在回采过程中严格执行局部防突和防冲措施,加强瓦斯抽放和卸压解危,并根据现场煤层赋存条件的变化及地质构造的影响及时修订和加强防突措施,回采期间的煤与瓦斯动力灾害才能得到有效控制和杜绝。

Study on coal and gas outburst prevention in coal mining face

Ma Hongwei,Mi Zhan
(No.10 Mine,Pingdingshan Tian’an Coal Mining Company Ltd.,Pingdingshan,Henan 467021,China)

Aiming at E9-20180 working face being of outburst hazard,lacking of protective seam mining conditions,and in complex geological conditions,the borehole and gas drainage were carried out along E9 seam at mining face in intake and return airways during the period of excavating and stopping.After hydraulic fracturing and permeability enhancing,the gas pre-drainage was performed on E9 seam.The results showed that the residual gas content in the seam decreased below 8 m3/t after gas drainage,and the coal and gas outburst hazard was avoided.

gas drainage,gas content,coal and gas outburst

TD712.7

B

马红伟(1968-),男,河南襄城县人,高级工程师,硕士研究生,长期从事煤矿生产管理和技术研究工作,现任平顶山天安煤业股份有限公司十矿副矿长。

(责任编辑 梁子荣)