深部极近距离煤层沿空留巷防突技术研究

高 轶,张智敏

(1.太原华润煤业有限公司,太原 030200;2.太原理工大学 矿业工程学院,太原 030024)

深部极近距离煤层沿空留巷防突技术研究

高 轶1,2,张智敏2

(1.太原华润煤业有限公司,太原 030200;2.太原理工大学 矿业工程学院,太原 030024)

基于原相煤矿10211与10206工作面的瓦斯治理经验,确定了02#和2#煤层10207工作面沿空留巷防治瓦斯突出的治理措施,依据《煤矿安全规程》和工作面实际情况对通风方式及瓦斯抽采管路布置的合理性与可行性进行了分析,保证其符合《煤矿安全规程》和实现煤矿的安全生产的要求。研究结果可为深部极近距离煤层的沿空留巷的瓦斯处理提供工程参考.

极近距离煤层;瓦斯突出;Y形通风

上世纪50年代我国开始引入沿空留巷支护技术[1]。随着煤矿高产高效要求的提出,综合机械化采煤方式的使用越来越广泛。但是由于近几年的快速发展,浅部煤炭资源及优质煤炭资源已经被开挖殆尽。煤炭行业的发展逐步开始向深部地层中的煤炭资源前进,或是研究沿空留巷技术[2]。

本文以原相煤矿02#煤层为研究煤层,以10211和10206工作面的瓦斯治理的缺点作为警告,研究02#和2#极近距离煤层的10207工作面沿空留巷通风方式,掌握其深部极近距离煤层下高瓦斯矿井的沿空留巷通风方式的确定,为开采实践提供指导。

1 原通风方式治理现状及效果

原相煤矿目前主采02#和2#煤层,煤层平均厚度分别为1.64 m、1.83 m,两层煤层间距平均在7 m左右。经鉴定02#、2#煤层均为煤与瓦斯突出煤层,测定的参数:02#、2#煤层均为Ⅲ类破坏类型,瓦斯压力分别为1.08 MPa、1.15 MPa,煤体的坚固性系数分别为0.27、0.33,瓦斯放散初速度分别为17.6、26.4,煤层透气性系数分别为3.26 m2/(MPa2·d)、2.09 m2/(MPa2·d),钻孔瓦斯流量衰减系数分别为0.46 d-1、0.41 d-1。

采煤工作面通风方式:10211工作面采用四巷布置,即二进二回,采用双“U”形通风[4];10206工作面采用一面三巷布置,即一进一回一瓦斯治理巷,工作面采用单“U”形通风,瓦斯治理巷初期为局部通风机通风,后期同2#煤切眼构成全风压通风。

掘进工作面通风方式:采用局部通风机(2×30 kW对旋式局部通风机)压人式通风,掘进供风距离超过1 000 m时采用4台局部通风机,2用2备,2趟风筒同时供风,风机额定风量350 m3/min～650 m3/min保障掘进供风稳定可靠。

地面建立固定瓦斯抽采泵站,安装使用四台水环式真空泵,分高、低负压抽采系统,其中高、低负压抽采瓦斯泵各两台,一用一备,每台泵的额定抽采量600 m3/min,满足现井下抽采达标要求。

1)本巷道施工顺层钻孔区域防突措施。02#煤掘进瓦斯抽采主要采用在本巷道施工顺层钻孔(钻孔长度不低于60 m)预抽煤巷条带瓦斯的区域防突措施。其抽采检验程序:掘进条带预抽瓦斯量达到30%时,进行区域措施效果检验,实测条带内煤的残余瓦斯含量不超过8 m3/t时,采用钻屑瓦斯解吸指标k1值和钻屑量s进行区域验证,均不超临界值,方可掘进。

2)利用附近已有巷道提前打钻预抽措施。在预掘煤巷的附近已有巷道,优先利用已有巷道向预掘煤巷条带打钻提前预抽方式(或者采用区段递进式预抽掘进条带方式),消除条带瓦斯突出,如:10209皮带顺槽预掘煤巷条带,利用平行10207轨道顺槽超前向10209预掘煤巷条带打钻、抽采达标后掘进,均取得良好防突抽采效果。

通过以上两个采煤工作面瓦斯治理效果分析,采煤工作面处于单“U”形通风时,即使工作面采取并加大综合瓦斯抽采措施,工作面回风隅角瓦斯积聚及超限较难控制,只有从通风瓦斯治理综合考虑将回风隅角流向改变不存在涡流区,并加大风量且风流畅通有效冲淡并排除隅角瓦斯,回风隅角积聚问题就可以解决。

回采过程中在回风隅角直接埋管加大抽采量,在10206瓦斯治理巷提前打高位裂隙带孔和多组采空区尾抽钻孔,并结合在回风顺槽钻场内打走向顶板裂隙带孔进行抽采,但由于裂隙带孔抽采瓦斯衰减快,走向钻孔利用率低,尾抽量上不去,抽采效果不理想。

原相煤矿10211采煤工作面双“U”巷道布置,本意是将回风的外“U”巷道作为专用排瓦斯巷,回采过程中也试用过。对工作面回风隅角瓦斯治理效果明显,但因排瓦斯巷瓦斯浓度不稳定,不可控,且工作面部分回风经由采空区,不符合相关规定,改为联巷封闭接管尾抽。按新《煤矿安全规程》取消专用排瓦斯巷,那么采用双“U”巷布置对通风瓦斯治理意义不大。新《煤矿安全规程》第153条:采煤工作面必须采用矿井全风压通风,禁止采用局部通风机稀释瓦斯。无煤柱开采沿空送巷和沿空留巷时,应当采取防止从巷道的两帮和顶部向采空区漏风的措施。对照该条规定,原相煤矿10206采煤工作面回风隅角采用局部通风机控制稀释瓦斯,虽然有效果,但隅角瓦斯不稳定,也不符合新《煤矿安全规程》第153条的要求,禁止采用。

新《煤矿安全规程》第210条,有下列条件之一的突出煤层,不得将在本巷道施工顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯做为区域防突措施:开采范围内煤层坚固性系数小于0.3的;或者煤层坚固性系数为0.3～0.5,且埋深大于500 m的;或者煤巷条带位于开采应力集中区的。按此条要求,原相煤矿开采的02#煤层在突出危险区范围内掘进巷道不能在本巷道内实施区域防突措施。

2 “Y”形通风方式确定

通过对两个采煤工作面通风瓦斯治理效果及合规性分析,在采取综合瓦斯抽采治理措施基础上,如果从通风方面考虑,采煤工作面采用“Y”形通风方式[3],即在采煤工作面上、下端各设一条进风道,另在采空区一侧设回风道的通风方式,见图1。主进风主要是用来稀释工作面煤壁瓦斯和采落煤释放瓦斯;辅助进风主要是用来稀释邻近层涌入采空区后向沿空留巷泄漏的瓦斯[4]。

10207胶带顺槽实施沿空留巷后,可采用以下三种通风方式:1)两进一回(Y型通风):10207胶带顺槽和轨道顺槽进风,留巷回风,见图2-a。该通风方式使工作面采空区的漏风主要流向留巷,可解决隅角瓦斯积聚难题。但随着留巷长度的增加,采空区瓦斯经巷道顶板、顶板裂隙渗透到所留巷道内,易导致工作面后方的巷道瓦斯超限。采用此通风方式,需加强采空区埋管抽采瓦斯。2)一进两回:10207轨道顺槽进风,胶带顺槽主回风,留巷辅助回风,见图2-b。3)一进两回:10207皮带顺槽进风,轨道顺槽主回风,留巷辅助回风,见图2-c。1)、2)两种通风方式均可稀释隅角瓦斯,解决瓦斯积聚难题。但随着留巷长度的增加,同样存在工作面后方巷道瓦斯超限的风险。故建议采用第1)种通风方式。

图1 采煤工作面Y形通风方式示意图Fig.1 Coal mining working face sketch Y-shaped ventilation way

2-a 两进一回通风

2-c 一进两回通风图2 10207工作面通风方式示意图Fig.2 10207 schematic diagram of working face ventilation mode

在留巷充填体内每间隔22.4 m预埋Φ426 mm壁厚6 mm的瓦斯管抽采高浓度瓦斯,瓦斯管位于充填体中上部,距顶板位置500 mm,见图3。抽采管道穿过留巷充填体,伸入采空区即可,并在里端焊接滤网。通过截止阀、三通和连接管接入巷道内的抽采管道上。由于采空区顶板会发生破断、冒落,会产生大量的煤岩粉,每隔50 m间增加一个排渣器。

图3 采空区埋管布置示意图Fig.3 Goaf buried pipe layout diagram

3 结论

1)通过调研及结合原相煤矿现场实际确定:在10207工作面沿空留巷,实行“Y”形通风来治理瓦斯是技术可行的,经济合理的,安全风险较小。

2)“Y”形通风系统中主、辅两股进风可合理调控,保证回风隅角风流畅通,能有效地解决采煤工作面回风隅角瓦斯积聚及超限的问题。

3)留巷靠采空区充填体预留抽采管路,减少采空区预埋管路的损失,便于采空区瓦斯抽采。

4)留下巷道对下一区段的采煤块段及另一顺槽掘进条带进行打钻预抽瓦斯(即创造递进式打钻抽采条件),赢得区段抽采瓦斯时间,避免了掘进顺槽在本巷道施工顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯的区域防突措施,符合新《煤矿安全规程》第210条的要求。

5)解决了瓦斯治理巷由局部通风机通风改为全风压通风问题,减少打钻通风瓦斯隐患。

[1] 杨绿刚.深部大采高充填开采沿空留巷矿压规律及协同控制研究[D].北京:中国矿业大学,2013.

[2] 郑爱华,许家林,钱鸣高.科学采矿视角下的完全成本体系[J].煤炭学报,2008,33(10):1196-1200.

ZHENG Aihua,XU Jialin,QIAN Minggao.Total Cost System Based on the Scientized Mining[J].Journal of China Coal Society,2008,33(10):1196-1200.

[3] 张树川,秦永洋,高 松,等.高瓦斯综采面 Y 型通风采空区漏风规律研[J].煤炭科学技术,2009,37(10):35-38.

ZHANG Shuchuan,QIN Yongyang,GAO Song,etal.Study on Air Leakage Law of Goaf in High Gassy Fully Mechanized Coal M ining Face with Y Type Ventilation[J].Coal Science and Technology,2009,37(10):35-38.

[4] 杨晓红,马步才,樊少武.沿空留巷 Y 型通风瓦斯治理效果分析[J].煤炭科学技术,2011,39(7):46-49.

YANG Xiaohong,MA Bucai,FAN Shaowu.Analysis on Gas Control Effect Based on Gateway Retained Along Goaf Y Type Ventilation[J].Coal Science and Technology, 2011,39(7):46-49.

OutburstPreventionTechnologyinGob-sideEntryRetaininginDeepandUltra-closeCoalSeam

GAOYi1,2,ZHANGZhimin2

(1.HuarunCoalCo.,Ltd.,Taiyuan030200,China;2.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Based on the gas control experience of No.10211 and No.10206 working face in Yuanxiang Mine, control measures were selected for the gas outburst of the gob-side entry retaining of No. 10207 working face in No.02 and No.2 coal seam. According to Safety Regulations of Coal Mines and the working face condition, ventilation and gas drainage pipe layout were studied, in terms of rationality and feasibility, to satisfy the regulations and safety production requirement. The results could be referential for the gas control in the gob-side entry retaining in similar deep and ultra-close coal seams.

ultra-close coal seam;gas outburst;Y-type ventilation

1672-5050(2017)02-0012-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.004

2017-03-15

高轶(1983-)，男，山西定襄人，大学本科，工程师，从事煤矿技术管理工作。

TD353

A

(编辑:薄小玲)