鶴壁八礦瓦斯綜合治理技術

王根卿,崔運生,付保山

(鶴壁煤電公司八礦,河南鶴壁458000)

摘　要:鶴壁八礦通過采取瓦斯抽放等綜合瓦斯治理技術,采掘工作麵瓦斯超限問題得到有效解決,保證了安全生產。

關鍵詞:采掘工作麵;瓦斯綜合治理;瓦斯抽放

中圖分類號:TD712　　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006) 03-0020-03

　　鶴壁八礦為煤與瓦斯突出礦井,礦井開拓方式為立井、斜井混合式開拓,采區采用岩石集中運輸巷運輸,岩石集中巷布置在煤層底板 15 m 岩石中。礦井通風方式為中央並列兩翼對角混合式通風,通風方法為機械抽出式。礦井生產能力為80萬t/a,主采煤層為二1煤,平均煤厚 6.75 m ,煤層傾角平均24°,井田內斷裂構造發育,小型斷裂更為突出。

2004年礦井絕對瓦斯湧出量為 49.49 m3 /min,相對瓦斯湧出量為 29.41 m3 /t;采煤工作麵絕對瓦斯湧出量為5.36~ 9.81 m3 /min,煤巷掘進工作麵絕對瓦斯湧出量為1.96~ 4.23 m3 /min,瓦斯湧出的主要地點是采煤工作麵和掘進工作麵,采掘工作麵瓦斯治理為礦井“一通三防”工作的重中之重。礦井采用係統抽放和移動抽放相結合的抽放方式,共有4套瓦斯抽放係統,抽放能力為 280 m3 /min。

1　瓦斯綜合治理情況

近年來,八礦認真貫徹“安全第一,預防為主”的安全生產方針,以“一通三防”為工作重點,全麵落實“先抽後采,監測監控,以風定產”十二字瓦斯治理方針,加大公司“三先三後,三落實”瓦斯治理力度(三先三後:先抽後掘,先抽後采,先抽氣後采煤;三落實:鑽孔工程量、瓦斯抽放量和抽放隊伍),依靠科技進步,強化技術和現場管理,采取綜合瓦斯治理措施,使采掘工作麵瓦斯超限現象明顯減少,保證了礦井安全生產。

1.1　煤巷掘進工作麵瓦斯治理技術

建礦以來,八礦共發生煤與瓦斯突出次數為9次,其中煤巷掘進工作麵發生4次,占突出總數的

44.4%。為防止煤巷掘進工作麵發生煤與瓦斯突出,改進順槽布置方式,工作麵運輸巷沿煤層頂板布置。煤巷施工前,在采區岩石集中運輸巷布置穿層抽放鑽孔,預抽工作麵運輸巷周圍及采區下部瓦斯;煤巷施工中,采用邊掘邊抽,高壓注水等措施,解決煤巷掘進過程中瓦斯超限和突出問題。

(1)穿層孔抽放技術預抽煤巷瓦斯。抽放鑽孔布置在岩石集中運輸巷中,如2405中巷、3002中巷、3101中巷均為每隔 10 m 布置1個鑽場,每個鑽場布置3排9個鑽孔,鑽孔傾角分別為5°、10°、15°,鑽孔直徑為Φ 94 mm ,鑽孔深度穿透全煤層,並進入頂板岩石 1 m ,鑽孔終孔位置控製在運輸巷輪廓線附近,穿層鑽孔布置如圖1所示。

圖1　穿層孔布置示意圖

　　(2)運輸巷掘進采用邊掘邊抽措施。沿運輸巷道掘進方向在巷道上幫每隔 40 m 布置抽放鑽場,鑽場深度 5 m ,高 2 m ,支護規格為 2.4 m × 2.4 m 梯形木棚,鑽場內沿掘進方向布置2排共6個鑽孔,孔徑 75 mm ,孔深 50 m ,孔間距 0.5 m ,排間距 1 m ,距巷道側幫最近鑽孔距離為 2.5 m ,邊掘邊抽鑽孔終孔位置始終超前煤巷工作麵 10 m 以上,確保連續對工作麵前方煤體進行瓦斯抽放、卸壓。

(3)高壓注水防突措施。在掘進工作麵正前,布置3~5個注水孔,孔徑為 42 mm ,孔深9~ 10 m ,終

孔分別控製在巷道輪廓線外 1 m ,每循環在防突措施有效前提下,進行掘進,並留有 5 m 的措施超前距離和 2 m 的效果檢驗超前距離。注水壓力根據巷道埋藏深度,經計算一般選為10~15 MPa,注水流量為Q≥ 50 L /min,總注水量不得超過 5 m3 ,單孔注水時間不得超過1.5 h,封孔深度根據卸壓帶的寬度選為3~ 4 m ,封孔段長度為 1 m 。注水終止條件為:當煤壁及鑽孔出水嚴重,注水壓力下降幅度超過30%或注水期間瓦斯濃度超過1.5%,即可停泵停止注水。

1.2　采煤工作麵瓦斯治理技術

(1)工作麵基本情況。以2405工作麵為例說明采煤工作麵瓦斯治理情況。2405采煤工作麵采用分層放頂煤采煤方法,走向長 404 m ,傾斜長 150 m ,煤厚 6.6 m ,儲量56.34萬t,目前開采頂分層,可采煤層二1煤的硬度為f=0.15~0.5,煤層透氣性係數為 0.152 m2 /MPa2·d。因本煤層抽放鑽孔打鑽困難,易塌孔,抽放效果較差。為此,采煤工作麵除采用本煤層抽放外,還采取穿層孔抽放,高位鑽場抽放,上隅角埋管抽放,泄瓦斯巷抽放等瓦斯治理措施。2405工作麵抽放布置見圖2。

圖2　2405工作麵抽放布置圖

　　(2)高位鑽場鑽孔布置。在采煤工作麵回風巷距切眼 80 m 處掘第一高位鑽場,沿工作麵走向向外每隔 80 m 掘一高位鑽場,高位鑽場底板高出煤層頂板 10 m ,在鑽場內,向工作麵切眼方向打兩排呈扇形布置鑽孔,每排6個鑽孔,每個鑽場12個抽放鑽孔。第一高位鑽場下排鑽孔深度 80 m ,上排鑽孔深度 50 m ,終孔位置落到工作麵切眼上方10~ 15 m 處,沿工作麵傾斜方向控製範圍為30~ 40 m ,其它高位鑽場下排鑽孔深度 100 m ,上排鑽孔深度 50 m ,終孔位置落到煤層頂板10~ 20 m 處,鑽孔直徑為94~ 110 mm 。連孔方式為:上下2排對應連孔,同時分別用Φ 50 mm 鋼管引至鑽場口,每個鑽場引出6根抽放管,與工作麵回風巷抽放支管進行連接,每根抽放管上加閘門、孔板、觀測孔,分別觀測流量、濃度、負壓,並在采麵推進過程中,根據濃度、流量等實際情況通過閘門調節鑽孔流量,以保證各高位鑽場鑽孔處於最佳抽放狀態。高位鑽場鑽孔布置如圖3所示。

圖3　高位鑽場布置圖

(3)穿層抽放孔布置。除在岩石集中運輸巷施工預抽工作麵運輸巷的穿層抽放孔外,還在岩石集中運輸巷每隔 10 m ,再布置1個鑽場,共15個鑽場,每個鑽場8個孔,鑽孔沿傾斜方向扇形布置,鑽孔全部穿透煤層,鑽孔直徑為 75 mm ,鑽孔終孔位置落到煤層頂板上,沿傾斜方向間距 10 m 。對工作麵煤體進行預抽,另外,在采區邊界下山布置10個鑽場,每個鑽場布置9個抽放孔,鑽孔全部穿透煤層,鑽孔終孔位置落到2405工作麵開切眼附近,提前預抽工作麵切眼附近煤體瓦斯。工作麵穿層鑽孔布置如圖4所示。

圖4　工作麵穿孔布置示意圖

　　(4)上隅角埋管抽放。工作麵切眼上端立 1.5m 高、直徑為Φ 108 mm 的抽放花管,花管四周打好木垛加以保護。Φ 108 mm 抽放鐵管與抽放花管連接,隨著工作麵推進,抽放鐵管埋入采空區,每隔 20m 立抽放花管1次,對工作麵采空區進行抽放。

(5)頂板巷抽放布置。在工作麵回風巷距切眼 40 m 處,下幫開口沿煤層頂板掘一條與回風巷(間距 12 m )平行的頂板巷,在該巷道內設2趟Φ 219mm 聚乙稀抽放管,其中1趟備用,將該巷道口進行永久封閉並對密閉牆周圍注“羅克休”進行加固堵漏,同時將抽放管與回風巷的抽放支管連接,通過抽放,解決工作麵初采初放瓦斯超限問題。

2　應用效果

2.1　煤巷工作麵

煤巷掘進工作麵,通過穿層孔抽放預抽煤巷瓦斯及采用邊掘邊抽措施後,使煤巷工作麵掘進期間瓦斯向掘進巷道湧出量明顯減少,煤巷掘進瓦斯超限次數減少,同時又降低了工作麵前方煤體瓦斯壓力,加之采用高壓注水使突出指標超限次數明顯減少,使煤巷工作麵在保證安全生產前提下,掘進速度明顯提高。

2.2　采煤工作麵

2405工作麵與2403工作麵初采初放期間瓦斯湧出量對比:2403工作麵位於2405工作麵上部,屬同一采區上下2個區段的2個工作麵,2403工作麵於2004年8月中旬投產,采前該工作麵未采取綜合抽放措施,投產初期配風量為1 100 m3 /min左右,工作麵回風流瓦斯一直處於臨界狀態,工作麵生產受到很大製約,經測算,工作麵絕對瓦斯湧出量 9.8m3 /min,相對瓦斯湧出量為 22.65 m3 /t。2405工作麵2005年6月中旬投產,投產初期配風量為 800m3 /min左右,工作麵回風流瓦斯濃度為0.46%~0.68%。工作麵回風流未出現瓦斯超限現象。工作麵絕對瓦斯湧出量為 5.46 m3 /min,相對瓦斯湧出量為 9.83 m3 /min。

從上述對比證明:2405工作麵采用瓦斯綜合治理措施後,較好的解決了工作麵開采初期,瓦斯向采場空間大量湧出而造成瓦斯超限問題,保證了工作麵安全正常生產。

　　作者簡介:王根卿(1966-),1987年焦作煤炭工業學校畢業,2005年河南理工大學畢業,現任鶴壁煤電公司八礦通風副總工程師。