大众煤矿突出煤层瓦斯治理实践∗

孙文标卜东杰

(1.河南工程学院安全工程系,河南省郑州市,451191; 2.安阳鑫龙煤业有限责任公司大众煤矿,河南省安阳市,455141)

大众煤矿突出煤层瓦斯治理实践∗

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(1.河南工程学院安全工程系,河南省郑州市,451191; 2.安阳鑫龙煤业有限责任公司大众煤矿,河南省安阳市,455141)

针对大众煤矿突出煤层的情况,采用穿层钻孔和顺层钻孔相结合预抽煤层瓦斯,同时采用水力冲孔消突及增透,并通过增加封孔段长度提高封孔质量,能够有效消除突出煤层采掘工作面的瓦斯灾害,为大众煤矿的安全生产提供了重要保障。

突出煤层 瓦斯治理 掘前预抽 采前预抽 水力冲孔 增加封孔段长度

1 矿井及工作面概况

河南安阳大众煤矿1978年投产,矿井原设计生产能力30万t/a,2009年2月核定生产能力42万t/a,井田面积16.04 km2。矿井所采煤层为二叠系山西组二1煤层,煤层厚度0.54～8.37 m,平均厚度4.29 m,煤层倾角8°～22°。现生产采区为13采区,位于11采区下部。根据中国矿业大学对二1煤层瓦斯参数测定结果可知,13采区原始瓦斯含量为2.69～12.9 m3/t,平均含量为7.79 m3/t,煤层的透气性系数为0.02～0.035 m2/MPa2·d,属于较难抽放煤层,原始瓦斯压力为0.37～1.36 MPa,煤层坚固性系数为0.279,瓦斯放散初速度平均值为19.377 mm Hg。13采区现有1个13011综合机械化放顶煤采煤工作面。位于13采区上部,为首采工作面,其倾斜方向上部为已采的11011综放工作面。13011工作面平均倾斜长度为120 m,走向长度728 m,可采储量为47.72万t,工作面采用走向长壁后退式回采,全部垮落法管理采空区顶板。

矿井属煤与瓦斯突出矿井,根据2014年瓦斯等级鉴定结果,矿井绝对瓦斯涌出量为10.76 m3/ min,相对瓦斯涌出量为23.8 m3/t,该矿瓦斯含量不符合《河南省人民政府关于印发河南省强化煤矿安全生产暂行规定的通知》豫政〔2014〕63号文件第三条规定采掘区域瓦斯含量小于6 m3/t、区域瓦斯压力小于0.6 MPa的要求,故需对该工作面实施预抽瓦斯措施,包括为保证掘进期间不出现瓦斯事故的掘前预抽和工作面形成后为保证采煤工作面不出现瓦斯事故而进行的采前预抽。

2 预抽方法选择

2.1 掘前预抽

(1)进风巷底抽巷穿层钻孔预抽。在13011进风巷底板抽放巷外段每隔25 m布置一个钻场,共布置17个钻场,每个钻场布置40～88个钻孔,钻孔呈扇形布置,孔深15～35 m。在13011进风巷底板巷里段巷道的上下帮布置穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯,下帮布置44组钻孔,每组9个钻孔,巷道上帮布置49组钻孔,每组8～10个钻孔,共布置846个钻孔。

(2)开切眼底抽巷穿层钻孔预抽。在13011底板开切眼巷布置一个钻场,钻场内共设计钻孔80个。钻孔孔径75 mm,终孔位置孔间距为4 m,控制范围为煤巷轮廓两帮各15 m,并随打随抽。

(3)回风巷顺层钻孔预抽。由于13011回风巷道为沿11011工作面的采空区送巷,掘前预抽采用在已采的11011综放工作面下巷道施工顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯。在11011下巷道掘进时,在巷道下帮布置钻孔,钻孔分为三段设计,均呈单排布置。第一段A1#～A100#钻孔间距2 m,共设计钻孔100个,距巷底1.3 m,钻孔与巷道中心线夹角90°,钻孔倾角-12°～-18°;第二段A101#～A200#钻孔间距2.4 m,共设计钻孔100个,距巷底1.3 m,钻孔与巷道中心线夹角90°,钻孔倾角-16°～-18°;第三段A201#～A400#钻孔间距1.5 m,共设计钻孔200个,距巷底1.2 m,钻孔与巷道中心线夹角90°,钻孔倾角-16°～-18°。在11011下巷道下帮共设计钻孔400个,孔深均为65 m,总工程量26000 m。

2.2 采前预抽

(1)回风巷采前预抽,主要预抽工作面上半部分的瓦斯,与掘前预抽合为一体。

(2)开切眼顺层钻孔预抽,从13011开切眼回采帮下端开始布置钻孔,共设计钻孔32个(q10#～q42#),钻孔呈单排布置,距底板1.15 m,孔间距2 m,孔深80～90 m,钻孔总工程量2805 m。

(3)进风巷顺层钻孔预抽,在13011进风巷掘进时,从13011工作面停采线开始向里布置顺层钻孔,其中1#～517#钻孔成两排布置,上排钻孔开孔高度距巷底2 m,孔间距为2.4 m;下排钻孔与上排钻孔错距1.2 m,钻孔开孔高度距巷底1.5 m,孔间距为2.4 m;因之前已从13011工作面切眼向工作面施工过抽放钻孔,所以518#～521#钻孔布置改为单排钻孔,钻孔开孔高度1.8 m,钻孔孔间距为1.6 m。孔深均为65～80 m,与回风巷的顺层钻孔相结合,控制整个采面,不留空白带且钻孔压茬不少于10 m,进风巷共设计钻孔521个,钻孔工程量37772.5 m。

3 提高瓦斯抽采效果的措施及效果

由于大众煤矿所采煤层属于较难抽放煤层,必须采取措施提高瓦斯抽采效果。水力冲孔是一种有效的煤层增透技术,使用高压水冲击煤体诱导可控瓦斯突出并冲出大量煤体,从而有效地消除突出应力、释放大量瓦斯,大幅度提高煤层透气性。

3.1 底抽巷水力冲孔

在13011工作面底抽巷采用水力冲孔技术,底抽巷平行于工作面巷道布置,距煤层底板10～ 15 m,与工作面巷道平距20 m。掘进底抽巷期间,在工作面巷道外帮每隔25 m布置一个钻场,钻场规格为3 m×2.8 m×4 m(宽×高×深),每个钻场布置40～88个钻孔,钻孔呈扇形布置,孔深15～35 m,孔径75 mm,终孔间距4～5 m,控制范围为煤巷轮廓线两帮各15 m范围,水压为6～8 MPa,单孔冲孔时间为2～4 h,平均单孔冲出煤量3～4 t,随打随冲随抽。

13011工作面的瓦斯预抽配备1台CMSI-4200/80型钻机,1台ZY-1250型钻机、2台ZY -650型钻机和1台ZY-750型钻机。钻杆选用圆钻杆、三棱钻杆和麻花钻杆,钻杆材质必须弹性好和耐磨损,钻杆直径42 mm,每节长度为0.75～1 m。圆钻杆和三棱钻杆主要用于施工深孔,麻花钻杆用于施工浅孔。

3.2 增加封孔段长度

增加封孔段长度可以提高封孔效果,《防治煤与瓦斯突出规定》要求穿层钻孔的封孔段长度不少于5 m,顺层钻孔的封孔段长度不少于8 m。13011工作面投产以前,该矿抽采瓦斯所用的封孔方式为聚氨酯加普通水泥的“两堵一注”式封孔技术,瓦斯抽采效果不够理想,这是因为普通水泥凝结后易产生体积收缩,造成封孔效果不良。王振锋等研究表明,增加封孔段长度有利于提高封孔质量。因此大众煤矿决定采用聚氨酯加膨胀水泥的“两堵一注”式封孔技术并增加封孔段长度,设计穿层钻孔封孔段长度不小于12 m,顺层钻孔封孔长度不小于14 m。

3.3 瓦斯抽采效果

通过水力冲孔增透和增加封孔段长度等瓦斯抽采措施,单孔抽出瓦斯浓度最高达到60%以上,顺层钻孔平均抽出瓦斯浓度为9.6%～10.6%,穿层钻孔平均抽出瓦斯浓度为10.6%～38.4%。消除了工作面的瓦斯突出危险性。2015年9-12月,工作面安全推进约220 m,未出现瓦斯动力现象;正常生产期间,回采工作面回风流瓦斯浓度在0.24%～0.37%之间,采区回风巷内瓦斯浓度在0.07%～0.16%之间,地面瓦斯抽放泵站抽放瓦斯浓度由6%～8%提高到了9%～12%。

4 结语

采用穿层钻孔和顺层钻孔相结合预抽煤层瓦斯,同时采用水力冲孔消突及增透,并通过增加封孔段长度提高封孔质量,能够有效消除突出煤层采掘工作面的瓦斯灾害,为大众煤矿的安全生产提供了重要保障,也为类似条件煤矿的安全生产提供了借鉴经验。

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[3] 赵俊峰.深部低透气性煤层水力冲孔强化增透技术研究[J].煤炭技术,2015(1)

[4] 徐东方,黄渊跃,罗治顺等.底板巷水力冲孔卸压增透技术的研究与应用[J].煤炭科学技术,2013 (2)

[5] 桑朋,杨磊,韩巍等.“两堵一注”式顺层钻孔封孔技术研究与应用[J].中国煤炭,2014(3)

[6] 王振锋,周英,孙玉宁等.新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理[J].煤炭学报,2015(3)

[7] 方前程,黄渊跃,刘学服.坦家冲矿瓦斯抽放钻孔封孔工艺技术研究[J].中国煤炭,2012(2)

Practice of gas treatment in outburst coal seams of Dazhong Coal Mine

Sun Wenbiao1,Bu Dongjie2
(1.School of Safety Engineering,Henan University of Engineering,Zhengzhou,Henan 451191,China; 2.Dazhong Coal Mine,Anyang Xinlong Mining Co.,Ltd.,Anyang,Henan 455141,China)

Methods of borehole drilling through and along rock mass were utilized for predraining gas in outburst coal seams at Dazhong Coal Mine;hydraulic flushing in holes to remove outburst stress and increase permeability and increasing the length of sealing section of boreholes to improve the sealing quality could both effectively mitigate the threats from gas accidents at mining and driving work faces in outburst coal seams,which provide critical safety guard for mining production of Dazhong Coal Mine.

outburst coal seam,gas treatment,pre-drainage before mining and driving,hydraulic flushing,increasing length of sealing section

TD712

A

孙文标(1971-),男,河南巩义人,博士,副教授,主要从事煤矿安全教学、矿用无机非金属材料方面的研究。

(责任编辑 张艳华)

“煤矿灾害预防与控制河南省高校重点实验室培育基地”建设经费资助(200925),河南工程学院工程技术研究中心建设资助项目(2009ETRCHNIE02)