近距离保护层防治煤与瓦斯突出专项技术研究_崔智斌.pdf

近距离保护层防治煤与瓦斯突出专项技术研究 崔 智 斌 （霍州煤电集团沁安煤电有限责任公司 ， 山西 长治 046000 ） 摘要 煤与瓦斯突出灾害是高瓦斯突出煤层在开拓开采过程中最易发生的事故之一， 该文从中峪煤 矿近距离煤层群瓦斯赋存状态入手， 提出不同区域煤与瓦斯突出防治的区域和局部防突措施， 为新建 煤矿开拓开采设计提供重要参考依据。 关键词 保护层 ； 瓦斯 ； 煤与瓦斯突出 中图分类号 TD713文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0082- 03 Research on special technology of coal and gas outburst prevention and control by close protection layer CUI Zhibin （Qinan coal power co., LTD., huozhou coal power group , changzhi 046000 ， China ） Abstract The coal and gas outburst disaster is constructed.the gas outburst coal seam mining in the development process of one of the most prone to accidents, the paper has been close distance coal seam group in coal mine gas occurrence state, this paper puts forward different regional coal and gas outburst prevention and control of regional and local outburst prevention measures, which provide important reference basis for miningcoal mine todevelop newdesign. Key words protective layer ； gas ； coal and gas outburst 1矿井概况 中峪煤矿井田主体位于山西省长治市沁源县， 井田面积 83.746km2，井田内共有 1、 2、 910 和 11 号共 4 层可采煤层，各可采煤层特征表如表 1 所 示。井田内煤层埋藏深度较大， 上组 1 号和 2 号煤 层平均埋深 884m， 下组 910 号和 11 号煤层平均埋 深达到 973m， 受奥灰水带压威胁及高硫影响， 下组 煤暂时不进行开采， 现阶段主要开采上组煤， 按矿 井采掘衔接计划， 首先开采井田内南翼采区和北翼 采区的 1、 2 号煤层。根据中煤科工集团重庆研究院 对中峪煤矿所采的 1 号、 2 号、 910 号、 11 号煤层做 了 建井前煤与瓦斯突出危险性评估 报告， 根据报 告中研究结果可知， 中峪煤矿所开采的这 4 层煤层 均具有突出危险性， 因此， 中峪矿井需要南翼采区 和北翼采区分布进行专项的区域和具备设计。 表 1可采煤层特征表 2区域突出危险性防突方法 中峪煤矿北翼 5 个采区和南翼采区部分区域 具备开采保护层为区域防突措施的条件， 设计在北 翼 5 个采区和南翼采区部分区域选用 1 号煤作为 保护层先行开采区域性防突措施。在南翼无 1 号煤 压茬的 4 个采区， 不具备保护层开采条件， 需采取 采前预抽的区域性防突措施。 防突细则 第六十二 条 保护层采空区内不得留有煤 （岩） 柱。因此在 1 号煤层存在的区域，将 1 号煤层作为保护层开采， 同时采用无煤柱开采技术 （不留设区段煤柱） ， 在不 存在 1 号煤层的区域， 仅进行 2 号煤层的开采。 2.1地面井预抽煤层瓦斯 该矿为新建矿井， 由 建井前煤与瓦斯突出危 险性评估 报告可知， 中峪煤矿上组 1、 2 号煤层具 有突出危险性，且首采区煤层瓦斯含量超 过 12m3/t。 因此在对煤层进行开采前， 需在地面钻井对 北翼采区和南翼采区 1、 2 号煤层瓦斯进行抽采， 瓦 斯抽采率需达到 30以上。采用矩形井网， 钻孔距 离进回风顺槽皆为 150m， 设计钻井间距为 300m。 在 北翼采区和南一采区布井总共布置约 170 口抽放 井， 其中南翼采区至少布置 110 口抽放井， 北翼采 区至少布置 60 口抽放井。南翼、 北翼采区 1 号和 2 号煤层煤炭资源约 5226.2 万 t，两个采区煤层气资 源共计约为 719.17Mm3。年均抽气量为 10975 万 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 含煤 地层 煤层 编 煤层厚度m 最小～最大 平均 平均间距m 最小～最大 平均 厚度稳 定性 夹矸 层数 可采性 山 西 组 1 0～2.10 1.01 稳定0- 1基本全区可采 10.24- 26.22 15.44 2 1.16～4.15 2.48 稳定1- 2全区可采 81.04- 102.61 88.87 太 原 组 910 0.48～3.45 2.33 稳定1- 2基本全区可采 13.4- 29.67 19.51 11 0～3.28 2.06 较稳定1- 2基本全区可采 82 ChaoXing m3。 170 口井日均产气量约为 32.26 万 m3， 直井单井 日产量约为 1897m3/d。 2.2井下预抽煤层瓦斯 中峪煤矿采用穿层钻孔预抽煤层的瓦斯作为 区域性防突措施。 2.2.1煤巷掘进工作面瓦斯抽采 1） 北翼采区 1 号煤层和南翼采区有 1 号煤压 茬区域煤层。设计在底抽巷内施工穿层定向长钻孔 预抽上部 1、 2 号煤层煤巷条带瓦斯，底抽巷距离 2 号煤层约 15m 左右， 如图 1 （a ） 所示。中峪煤矿煤层 倾角一般 4～7， 属于倾斜或缓倾斜煤层， 穿层钻 孔控制煤巷条带巷道轮廓线外至少 15m 和煤层前 方至少 300m， 钻孔终孔间距应根据实测抽放半径确 定，钻孔施工完毕必须全部穿透煤层进入顶板 0.5m。封孔深度应不小于 5m，封孔管直径大于 50mm， 钻孔孔径为 90mm 以上。在地质构造异常区 域应该适当增加预抽钻孔数。 （a） （b） 图 1底抽巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯 2） 南翼无 1 号煤压茬的 4 个采区。南翼无 1 号 煤压茬的 4 个采区上部没有 1 号压茬， 因此在底抽 巷内施工穿层定向长钻孔预抽 2 号煤层煤巷条带 瓦斯， 底抽巷距离 2 号煤层约 15m 左右， 具体钻孔 施工参数如 1 （b） 所示。 2.2.2回采工作面瓦斯抽采 回采工作面区域防突主要采用顺层钻孔， 在工 作面进、 回风巷向工作面双向施工预抽钻孔， 钻孔 孔径为 90mm 以上，钻孔保证中间交叉 20m 以上， 钻孔倾角根据煤层实际情况确定。1 号和 2 号煤层 单排钻孔水平间距初步定为 3m（后期投产后需进 行抽采参数的测定工作， 再根据实测结果确定合适 的抽采半径） ，钻孔在距离巷道底板分别在 0.4m （1 号煤层工作面） 和 1.2m （2 号煤层工作面） 处开孔， 钻孔封孔长度不小于 8m。在地质构造带应适当增 加钻孔数量， 钻孔布置如图 2 所示。 图 2双向顺层钻孔预抽工作面瓦斯 3局部突出危险性防突方法 3.1掘进工作面防突措施 中峪煤矿所采煤层倾角较小， 因此在采取超前 排放钻孔作为掘进工作面的主要防突措施。根据煤 层瓦斯赋存、 突出危险情况及钻机设备情况， 为了 提高瓦斯排放效果和减少排放时间，钻孔直径按 120mm 设计（对于地质构造带可减小为 75mm ） ， 孔 底间距按 3.0m 设计，钻孔施工完成后瓦斯抽放时 间需达到 8h 以上，并经防突效果检验合格后可认 为合格。采用长孔和短孔相结合的布置方式， 以实 现掘进工作面前方煤体充分卸压。矿井 1 号和 2 号 煤层厚度较小， 采用单排钻孔布置方式， 共计布置 10 个钻孔。掘进工作面钻孔布置如图 3 所示。 图 3掘进工作面钻孔布置图 3.2采煤工作面防突措施 采煤工作面采用超前排放钻孔时， 根据矿井地 质条件， 1 号和 2 号煤层均采用单排钻孔布置方 式， 钻孔直径按 75～120mm 选择， 孔间距可按钻孔 排放半径来确定， 参考邻近矿井的施工经验， 当孔 径为 75mm 时， 孔间距可取 3.0m， 地质构造异常区 域可适当增加钻孔数量， 采煤工作面钻孔布置如图 4 所示。 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 83 ChaoXing （上接第 81 页 ） 进而能够得到二级模糊关系的矩阵表达式为 R 00.0820.3450.573 0.2160.2370.2380.309 0.2780.3020.0340.386 0.0040.1760.2540.566 0.3500.0720.578 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 0 （5 ） 基于上述表达式能够得出二级模糊评判的结果 为 BAR0.153,0.180,0.268,0.399（6 ） 根据式 （6 ） 中得出的结果， 取 B0.399， 据此可知 15501 工作面 W260 陷落柱具有较高的突水危险性， 现场采用三维地震勘探、 钻孔探测等方式验证了评价 的准确性， 据此可知采用多层次模糊聚类综合评价方 法能够有效对岩溶陷落柱发生突水的危险性进行有 效评价。 4结论 根据 15501 工作面的地质条件和 W260 陷落柱 的具体情况，通过对陷落柱活化导水机理的具体分 析， 得出工作面陷落柱突水的判据及突水模式， 采用 多层次模糊聚类综合评价方法进行陷落柱突水危险 性的评价， 根据评价结果得出该陷落柱突水危险性较 大， 工作面推进到该区域时， 应加强探放水工作。 参考文献 [1] 张红梅,翟晓荣,吴基文,沈书豪.深部煤层采动流固耦合 效应下陷落柱突水机理研究[J].煤矿开采,2017,22 （05） 102- 105. 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