开采远距离下保护层卸压瓦斯抽采技术 - 大学毕业论文.pdf

2 0 0 7 年 l 2月 矿 业安 全 与 环 保 第 3 4 卷第6 期 开采远距离下保护层卸压瓦斯抽采技术 刘 林 ， 1 ． 中国矿业大学 能源与安全工程学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 煤炭科学研究总院重庆研究院， 重庆 4 0 0 0 3 7 摘 要 论述 了开采远距离下保护层条件 下瓦斯治理 总体方案、 卸压 瓦斯抽采设计， 分析 了瓦斯抽 采效果 ， 对其他类似地质条件的矿 区具有一定 的指导意义。 关键词 开采保护层； 抽采设计； 卸压瓦斯 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 84 4 9 5 2 0 0 7 0 6 0 0 4 5 0 2 淮南煤田可采煤层群赋存 稳定， 尤其在淮南潘 集 、 谢桥新区 ， 主采煤层厚 、 倾角小 ， 适宜高产高效集 约化开采 。但是 ， 随着开采深度的增加， 高地应力、 高瓦斯压力等危害越来越严重。矿区 自建矿 以来至 2 0 0 3 年 ， 发生了 2 6次瓦斯爆炸事故 ， 其 中死亡 1 0人 以上的特大瓦斯爆炸事故 8次 ； 发生突出 1 2 7次 ， 其 中特大型突出 2次 ， 最大突 出强度 1 5 7 6 t ， 平均突出 强度约为 1 0 2 t 。因此 ， 瓦斯灾害 含瓦斯爆 炸与突 出 是淮南矿区实现高效集约化安全开采最重要 、 最 关键的制约因素⋯。 采前预抽瓦斯是治理瓦斯灾害的根本措施 ， 而 预抽瓦斯 的关 键在于煤层透 气性能 否大幅度地 提 高。淮南矿区主采煤层都是高 瓦斯煤层 ， 采 用下行 开采 ， 首采 c ． 厚煤层 ， 其采 、 掘 工作面不仅 瓦斯涌 出量大， 而且具有突 出危险。c ． 煤层所发 生的突 出次数接近矿区总突出次数 的 5 0 ％， 煤层松软 ， 原始 透气性差 ， 预抽瓦斯非常困难 ， 依靠通风解决瓦斯超 限问题 已不现实， 采用局部性 防治突出的措施难 以 保证矿井安全生产， 且严重制约 了采掘速度 ； 而在淮 南潘集新 区如潘 三矿 主采 C n 1 ． 煤层下方平均垂距 7 2 ff l 的 B 煤层 赋存 较稳 定 ， 煤层 厚度 为 0 ． 9～ 2 ． 1 ff l ， 倾角 7 。 左右， 煤质较好 ， 现开采水平不具有突 出危险。因此， 通过调整 采掘部署 ， 优先开采 B ． ． ． 煤层使 C ． 煤层卸压 ， 并结合 C ． 被保护层卸压瓦 斯的大规模抽采 ， 使 C ． 煤层 的采掘工作基本从突 出和瓦斯严重超限的困境 中解 放出来 ， 并有利于矿 井采用综掘 、 综采放顶煤工艺 ， 实现安全高效生产。 收稿 日期 2 0 0 7 0 72 2 ； 2 0 0 70 9 0 3修 回 作者简介 刘 林 1 9 6 9 一 _ ， 男， 重庆市人， 研究员， 博士 研究生， 主要从事煤矿瓦斯灾害防治技术研究及成套技术和 装备推广 应用 工作 。电话 0 2 3 6 5 2 3 9 3 4 3 。 1 矿井及试验 区概 况 潘三矿位于淮南市西北部 ， 矿井地质总体呈单 斜构造 ， 倾 斜 向南 ， 东西走 向长 9 ． 2 k m， 开采 面积 5 1 k H l2 ， 设计生产能力为 1 ． 5 Mt ／ a ， 服务时间为1 2 9 a 。 矿井采用立 井一集中运 输大巷一分区石 门开拓 ， 分 2个 水 平 开 采。矿 井 于 1 9 7 9年 6月 开 工 建 设 ， 1 9 9 2年1 1月 1日一 期 工 程 建 成 投 产 ， 设 计 开 采 C ， ， B 煤层 ， 矿井为高瓦斯突出矿井。 试验区选在东 四采 区， 该采 区是潘三矿与潘一 矿相邻 的 1 个边界采区， c ， 煤层 的第 4区段正在 回采 ， 设计将 C ． 突出煤层第 8区段作为第 1 个被 保护层试验工作面开采 ， 该工作 面编号为 1 7 8 1 3 ； 与之对应 的下伏 B 煤层第 1 5区段作为保护层首 采工作面， 其编号为 1 7 1 5 1 1 ， 保护层及被保护层工 作面布置见图 1 。 2 卸压瓦斯抽采设计 2 ． 1 瓦斯抽采方案 根据 1 7 1 5 1 1 ， 1 7 8 1 3 工 作面巷道布置设计， 1 7 8 1 3 工 作 面 终 采 线 以东 预计 5 0 ff l 左 右 处 于 1 7 1 5 1 1 工作面开采 的煤柱影 响区 ， 切 眼以西预计 3 5 0 I l l 处于未保护区， 工作面中部 6 8 0 m为有效 的卸 压保护区。 在 1 7 8 1 3 工作面终采线附近的煤柱影响 区， 设 计利用 1 7 8 1 3 底板专用瓦斯抽放巷布置穿层密集 钻孔预抽煤体瓦斯 ， 在 1 7 8 1 3 切眼以西 3 5 0 ff l 未保 护区采用本煤层顺层钻孔高压水细射流扩孔强化预 抽方法 ， 以消除或降低采掘面突 出危险和瓦斯涌出。 1 7 8 1 3 工作面中部 6 8 0 ff l 被保护区采掘工作面瓦斯 抽放方法 ， 设计利用 1 7 8 1 3 底板专用瓦斯抽放巷布 置穿层钻孔 ， 超前 1 7 1 5 1 1 工作面回采施工钻孔抽 4 5 维普资讯 2 0 0 7 年 l 2 月 矿 业安 全 与 环 保 第 3 4 卷第 6 期 图 1 1 7 1 5 1 1 工作面、 1 7 8 1 3 工作面平面布置图 放 ， 并在回采过程进行大规模 的卸压瓦斯抽采[ 2 ] 。 2 ． 2 瓦斯抽采设计 为强 化 被 保 护 C 。 煤 层 抽放 效 果 ， 要 求 在 1 7 8 1 3 工作面被保 护区内卸压前施 工好 钻孔 并作 好一切抽采准备 ， 设计采用 了网格式布置方式 ， 钻场 间距为 3 0 r n ， 共布置 2 3 个抽采钻场 ； 每个钻场布置 5 个钻孔 ， 终孔 间距为 3 0 r n3 0 r n ， 均要求见 c 煤 层顶板。钻孔参数见表 1 ， 钻孔布置见图 2 。 表 1 1 7 8 1 3 底抽巷卸压抽采钻孔布置参数 1 7 8 1 t 3 底板岩巷 图2 1 7 8 1 3 工作面被保护区卸压瓦斯抽采钻孑 L 布置 3 卸压瓦斯抽采效果分析 3 ． 1 抽采流量和浓度 根据对 1 7 8 1 3 底抽巷瓦斯抽放量等指标 的考 察 ， 1 7 1 5 1 1 综采 面从切眼 回采 3 8 r n时， 1 7 8 1 3 底 抽巷开始抽放卸压瓦斯 ， 瓦斯抽放量显著增大 ； 回采 1 4 5 r n 时 ， 瓦斯抽放量最大达 到 3 2 m 3 ／ m i n ， 1 7 1 5 1 1 综采面继续回采过程中， 1 7 8 1 3 底抽巷瓦斯抽放量 在 2 5 ／ mi n波 动。在 此 期 间 ， 瓦斯 抽 放 浓 度 为 4 6 6 1 ％ 一1 0 0 ％， 平 均 浓 度 为 7 4 ％， 平 均 抽 放 量 在 2 2 m 3 ／ m i n左右。 3 ． 2 抽放率分析 1 7 8 1 3 底抽巷上向钻孔穿过 c 。 ， c 。 ， c 。 ， 一 等 煤层， 且 c c n 1 ， ， C 1 3 _ 2 等煤层均处在 B J 保护层开 采的卸压影响范围内， 它们分别距 B 1 保护层 7 O ， 7 2 ， 7 4 r n ， 因此 ， 1 7 8 1 3 底抽巷上向穿层钻孔抽放 的 卸压瓦斯至少包括 c 。 ， c 。 ， c 。， 一 等煤层瓦斯。c 。 ， C ， C 13 - 2 煤层厚度分别为 0 ． 5 ， 4 ． 1 ， 1 ． 2 1 1 1 ， 瓦斯含 量分别为 8 ． 6 ， 1 0 ， 9 m 3 ／ t ， 煤 的体积质量分别为 1 ． 4 ， 1 ． 3 5 ， 1 ． 3 5 t ／ r n 3 ， 则 1 个钻场抽放范 围内三层煤 的总 的瓦斯储量为 3 ． 41 0 4 m 3 。根据钻场瓦斯抽放考察 统计 ， 钻场从开始抽放 卸压瓦斯到抽放衰减稳定 到 0 ． 20 ． 3 m 3 ／ m i n的时间一般为 5个月， 1个钻场 总 抽放量为 2 ． 1 4 X 1 0 4 m 3 ， 则 C n 1 。 煤层 瓦斯抽放率 为 6 3 ％左右 。 3 ． 3 治理效果分析 根据 1 7 8 1 3 工作面验证开采试验， 在经过卸压 瓦斯抽采的保护区内， 采掘工作 面突出危 险性措施 效果检验指标都未超过 临界值 ， 区域 内没发生 1次 动力现象和瓦斯超限事故。 4 结语 1 试验证明 ， 具备开采保护层条件 的高瓦斯突 出矿井， 将保护 区域 的卸压瓦斯抽采与保护层 开采 同时设计 、 同步施工是非 常科学合理 的。依托被保 护层 C ， 煤层 底板瓦斯抽放巷的上 向穿层钻孔卸 压瓦斯抽采技术 ， 可以成功地消除 c n 1 ， 煤层 的煤与 瓦斯突出危险， 非常显著地降低了煤层瓦斯含量和 工作面瓦斯涌出量， 使c n 1 ， 厚突出煤层达到了综采 下转第 6 0页 维普资讯 2 0 0 7 年1 2 月 矿 业安 全 与环保 第3 4 卷第6 期 区漏风和大面积垮顶产生冲击 波， 在工作 面开采过 程中， 倾向沿切顶排 ， 走 向沿水泥垛 支护打放顶眼 ， 提高顶板的冒落速度和垮落充填效果。 3 ． 2 ． 5 下部煤柱面上端头交叉点的顶板维护 上端头采用双楔调角定位顶梁支护 ， 使用 6架 ， 架问距 0 ． 6 m， 支柱必须 穿铁鞋 ， 初撑力 不得小 于 9 0 k N， 顶梁铰接挂至煤壁， 顶板用竹笆等封严， 下面 切眼和沿空留巷区段巷道正对的采空区各打 2个水 泥垛加强支护， 下面煤帮打好贴帮柱 ， 用竹笆背严煤 壁。在工作面正常 回采期间， 安排专人维护下部工 作面 ， 发现有坏梁坏 柱， 要及 时更换 ， 确保工作 面在 生产期问， 下部煤柱 面及端头处有足够的通风和行 人断面。 3 ． 3 回采结束后采空区管理 工作面回采结束后， 下部 出口打水泥垛 2个 ， 加 强支护 ， 封闭采空区砌筑炮泥墙垛， 要求与留巷端炮 泥垛连接严密。上巷封闭必须建筑正规密闭墙， 墙体 厚度为 5 0 c m， 建筑方法为首先在出口以里建 1 道密 闭墙， 周边掏槽深度不小于 3 0 c m， 间隔 50 c m再建第 2道规格相同的密闭墙 ， 在建第 2 道时， 两道墙体之间 用炮泥充填封实 ， 第 2道墙完成后 ， 墙面喷浆密封， 见 图 3 。密闭墙建筑过程中， 安设观测孔和 U形压差计， 以备检测瓦斯和观察墙体内外风压差情况。 采空 区封闭完成后 ， 为进一步控制采空区漏风， 应用均压技术进行通 风系统调整 ， 减少采空 区漏风 通道两端风压差 ， 减少采空 区漏风量。方法是将 上 巷原通道内的风门移到工作面进风侧 ， 从 而使 密闭 墙外风压降低， 密闭 以里风压 升高， 内外压差减小。 而且 ， 采空区内部微风流 由原来下行改变为上行 ， 有 效杜绝 了采空区瓦斯可能向沿空 留巷段涌 出， 对防 治采空区煤炭 自燃也有较好的效果。 4 结语 南冶煤矿在 5 4 0 2东上工作面采用沿空留巷的 图 3 采空区封闭示意图 方法 ， 减少巷道掘进量 ， 回采下部煤柱资源 1 ． 1 万 t ， 并成功实现了上工作面安全生产， 取得 了良好 的经 济效益和安全效益。并且在攻克采 空区防治漏风 、 自然发火、 瓦斯管理， 以及在 留巷段的支护等关键技 术方面， 积累了丰富的实践经验和技术数据 ， 为推广 应用无煤柱开采技术 ， 实现矿井高产高效开辟 了一 条新路。 参考文献 [ 1 ]吴中立， 等． 矿井通风与安全[ M] ． 徐州 中国矿业大学出 版社 ， 1 9 8 9 ． [ 2 ]张文生， 等． 开采方法[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 8 9 ． [ 3 ]林来彬， 丁强， 邵元春． “ 沿空留巷” 在采煤工作面过斜交 断层中的应用[ J ] ． 煤矿开采， 2 0 0 5 3 ． 责任编辑 吴 自立 上接第4 6页 放顶煤开采的技术条件 ， 实现 了该主采煤层 的安全 高效开采 。 2 远距离开采下保护层后 ， 被保护层区域卸压 瓦斯 抽 采 平 均 浓 度 高 达 7 4 ％， 平 均 抽 放 量 在 2 2 m 3 ／ ra i n 左右， 瓦斯抽放率达6 3 ％左右， 瓦斯抽采效 果十分理想 ， 高浓度的、 稳定 的瓦斯抽采量是矿井瓦 斯综合利用的有力保障。 6 0 参考文献 [ 1 ]袁亮． 松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 2 ]胡千庭， 刘林．国家十五攻关项目“ 开采高瓦斯煤层群瓦 斯灾害综合防治技术” 专题研 究报告[ R ] ． 重庆 煤炭科 学研究总院重庆分院， 2 0 0 4 ． 责任编辑 熊云威 维普资讯