煤與瓦斯(CO2油氣)突出防治措施

宋元文1,楊雲峰2

(1.蘭州資源環境職業技術學院,甘肅蘭州730000;2.窯街煤電公司通滅部,甘肅蘭州730084)

摘　要:煤與CO2、油氣突出在國內比較罕見,窯街煤電公司海石灣礦借鑒煤與瓦斯突出的防治技術,采取以抽放為主的防突措施,取得了一定的成效。在介紹該礦突出防治措施的基礎上,03manbetx 了製約安全生產的有關問題,提出了進一步加強安全生產的技術途徑。

關鍵詞:煤;CO2;油氣;突出;防治

中圖分類號:TD713　　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006) 06-0017-03

1　礦井概況

海石灣煤礦是按照低瓦斯礦井設計的“一井一區一麵”年產150萬t的新建礦井。由於礦井在建井期間及其鄰近礦在曆史上曾多次發生過動力異常現象,實際揭煤後經測定瓦斯含量為 22.59 m3 /t,甘肅省煤炭工業局以“甘煤(2002)151號”文批複海石灣礦井為“煤與瓦斯(CO2、油氣)突出礦井”。

礦井開采深度大( 700 m ),地質構造複雜,井田含煤地層煤、氣(CO2、CH4、C2-5等重烴)、石油共生。井田含油氣岩層共6層,其中主要含油氣岩層呈不連續片狀結構,無工業開采價值。井田內含煤地層為中生代中侏羅統窯街群第二岩組,共含煤6層,可采煤層有煤一層和煤二層。煤一層位於窯街群第二岩組的頂部,厚0~ 11.79 m ,平均厚 4.14 m ,結構簡單,井田內廣泛分布,較穩定;煤二層位於窯街群第二岩組的中部,平均間距達 20 m ,厚0.71~ 59.28 m ,平均厚 19.61 m ,在井田內普遍分布,較穩定。煤一層為高灰、低發熱量的腐泥煤,設計不開采,主采煤層為煤二層。礦井目前隻開采煤二層,開拓了一個采區。

煤層瓦斯解吸、放散能力較差,硬度較大,局部存在軟分層。透氣性係數9.76×10-2MPa2·d,百米鑽孔瓦斯流量衰減係數0.34×0.61 d-1,煤層瓦斯壓力在6.5~7.3 MPa,屬較難和不易抽放煤層。目前,礦井的絕對瓦斯湧出量 16.69 m3 /min,相對瓦斯湧出量 36.03 m3 /t。煤層自燃傾向等級為Ⅲ級,是不自燃和不易自燃煤層,最短發火期為117 d。煤塵具有爆炸性,爆炸指數為34.03%。

6121(Ⅰ)-1首采工作麵采用走向長壁傾斜分層全部垮落法後退式開采。接續工作麵(6121(Ⅰ)

-2)擬采用綜采放頂煤采煤法,頂煤處理采用深孔預裂爆破技術。

2　防治措施

2.1　抽放瓦斯

抽放係統是按年產量150萬t設計的,共安裝2台2BEC60型真空泵,設計抽氣量 245 m3 /min,真空度-80 kPa。抽放主幹管路選用直徑 600 mm 玻璃鋼管,經風井與井下直徑 400 mm 、 200 mm 、 159 mm 的支管相連接形成抽放網絡。在實際運行過程中,礦井抽放負壓為-50 kPa,抽放量為 48.6 m3 / min,抽放瓦斯濃度(CH4、CO2)30%左右,純瓦斯量為 14.6m3 /min,抽放富餘係數為5.0。礦井預計瓦斯儲量為815 220萬m3,設計抽放率150萬t/a時為65.53%,在90萬t/a時為42.6%。目前動用塊段的抽放率為30.6%。采用的瓦斯抽放方法是根據礦井煤層賦存情況和瓦斯來源及壓力分布、油氣賦存規律,結合井下采煤方法及頂板管理措施等條件選用綜合抽放法,即在一個工作麵同時采用多種方法抽放瓦斯。遵循原則:以抽為主,抽排結合,邊采邊抽,采中隨抽,采後複抽。在抽放瓦斯的同時,視頂板油氣層的壓力情況,進行油氣的探、放、抽等工作。

首采麵在煤層底板布置2條岩石中巷,通過岩石中巷施工穿層鑽孔,如圖1。采用穿層鑽孔抽放時,控製掘進條帶穿層鑽孔開孔間距0.8~ 1.0 m ,孔底沿煤層走向、傾斜方向的間距為 6 m ,沿傾斜方向共布置5個鑽孔,在斷層兩邊各 20 m 的範圍的所有鑽場均增加6個鑽孔,孔底沿走向和傾斜方向的間距分別為 6 m 、 5 m 。采煤工作麵的網格穿層鑽孔沿走向和傾斜方向孔底間距為 10 m × 12 m ,開孔間距為0.8~ 1.0 m 。首采工作麵施工穿層鑽孔總長度為90 656 m ,噸煤施工鑽孔 0.9 m ,施工底板岩巷 1106 m 。

　　抽放封孔工藝為水泥砂漿封孔,岩孔封孔深度不小於 3 m ,煤孔封孔深度不小於 5 m 。封孔時采用SKFB封孔泵機械封孔,孔內下不小於 6 m 的鋼管,鋼管末端采用花眼布置,有利於氣體抽放。

2.2　防突措施

2.2.1　 石門揭煤

(1)石門揭煤前編製石門揭煤方案經煤電公司批準後實施。石門揭煤時在距煤層底板法線距 5m ,打4~5個探孔,準確探明煤層頂底板和煤層賦存狀況,防止誤穿煤層,確保放炮揭開煤層前岩柱距離不小於 2 m 。

(2)在上山石門工作麵距煤層底板法線距為 3m 時,采用鑽屑量、鑽屑瓦斯解吸指標K1值、鑽孔瓦斯湧出初速度以及其衰減係數Cq指標進行突出危險性預測,並結合瓦斯抽出率、瓦斯突出預兆等綜合03manbetx 突出危險性,若無突出危險則掘進到距煤層垂距 2 m 處。

(3)揭開煤層。石門工作麵距煤層垂距 2 m 時,先刷斜麵(台階式),然後布置密集炮眼,減少單孔裝藥量,全斷麵一次起爆,進入煤層的深度不少於 1.3m 。

2.2.2　 煤巷掘進

(1)順層前探鑽孔。如圖2,在煤巷掘進過程中,首先在煤巷安排3個順層頂部前探鑽孔。鑽孔孔徑75~ 92 mm ,長度為 51 m ,鑽孔終孔位於巷道左右兩幫各 10 m 、底 3 m 。對前方地質及瓦斯情況進行探測,如果前探鑽孔施工過程中沒有發現異常現象,可掘進 40 m ,留 10 m 的安全煤柱。如果施工過程中出現夾鑽、頂鑽、噴孔、出水。鑽屑量增加等現象,可判斷前方煤體存在異常,根據瓦斯動力情況采取相應的排放措施。

(2)防突預測。如圖3,在煤巷工作麵布置2排預測孔,每排3~5個鑽孔。孔徑Ф 40 mm ,孔深8~ 10 m 。鑽孔盡量布置在軟分層中,其中一個孔位於中部,與掘進方向一致,終孔位於巷道輪廓線外 3m 。預測孔采用1.2 kW煤電鑽施工。鑽孔從第 2 m 開始,每進 1 m 測定一次鑽屑量(△S),鑽孔瓦斯湧出初速度q及其衰減係數Cq,每 2 m 測定一次鑽屑瓦斯解吸指標K1。打鑽控製在 1 m /min左右,鑽進到規定位置後,用專用封孔器封孔,測定q的測定室長度為 1 m ,打完鑽後測定q的時間不超過2min,鑽屑量的測定儀器為彈簧稱,K1的測定儀器為WTC瓦斯突出參數預測儀。當鑽屑量< 7 kg /m,K1<0.6 mL/(g·min1/2),q<4.5 mL/min時,預測為無突出危險性掘進工作麵。這時留 3 m 的預測超前距,掘進 7 m 。有突出危險時則采取相應的防突措施,采取措施後,再進行效果檢驗,證明采取的措施效果有效後,留 5 m 的安全煤柱進行掘進,在地質構造複雜帶,保留 6 m 的安全超前距。

　　(3)小直徑密集排放鑽孔措施。當掘進工作麵預測為有突出危險時,則要實施小直徑密集排放鑽孔措施對煤層中的瓦斯進行排放。

2.2.3　 采煤工作麵的防突措施

采煤工作麵的防突措施和掘進工作麵所采取的措施基本相似,在采煤工作麵傾斜方向上每隔 10m ,布置一個預測鑽孔,有頂煤時,布置頂煤預測孔,預測孔孔深 10 m ,預測方法與掘進相同,當預測正常後,允采 7 m ,留 3 m 的安全距離,不正常時采取排放措施。在突出威脅區,連續2次預測正常,則允采 30 m 。

3　存在的問題

通過以上防突技術,海石灣礦井在生產過程中,未發生任何瓦斯02manbetx.com 。但是,在生產工程中,還存在如下一些製約安全生產的問題。

(1)經管采取了一係列防治瓦斯的措施,但由於含煤地層瓦斯含量高,加之因采取防突措施,工作麵推進速度慢,以至於工作麵上隅角及回風巷瓦斯超限較為嚴重。預計隨著放頂煤工作麵的投產,礦井產量的逐年提高,這一問題將會更加突出。

(2)海石灣礦井是按照低瓦斯礦井設計的一井一區一麵生產,年產150萬t的礦井。礦井的生產及通風安全係統隨著產量的擴大難以滿足安全生產的需要,需要進行改造。目前的開采布局生產過於集中,一是不利於瓦斯治理;二是生產接續緊張。

(3)在抽放方麵還存在如下問題:底板岩石中巷+穿層鑽孔的方法達到了瓦斯治理的目的,但費用較高,也不能很好地解決工作麵回采時上隅角瓦斯問題。

4　解決思路

在堅持現有防突措施的同時,建議采取以下措施,以解決目前存在的問題。

(1)分區開采。應積極考慮對礦井的開拓及通風係統進行改造,以滿足礦井持續發展的需要。將回采工作麵和準備工作麵分別布置在兩個采區,合理的安排好采掘接續,以解決瓦斯治理和生產接續緊張的問題。

(2)工作麵采用“W”型通風係統。在采煤工作麵內錯回風順槽頂部施工一條高位瓦斯排放巷,以利於解決工作麵上段的瓦斯問題。

(3)采前預抽。取消底板岩石中巷改穿層鑽孔抽放為順層鑽孔抽放,邊抽邊掘,順層鑽孔的布置是根據煤層的厚度、硬度、孔口抽放負壓和抽放時間等參數,確定順層鑽孔的抽放半徑,從而確定布孔參數。

(4)開采保護層。礦井原設計為低瓦斯礦井,主采煤層為煤二層,煤一層為高灰、低發熱量的腐泥煤,設計不開采。鑒於礦井實屬“煤與瓦斯(CO2、油氣)突出礦井”,從煤層賦存情況來看,煤二層具備開采保護層條件。建議對煤一層瓦斯賦存情況及保護參數進行科研,開采保護層。

參考文獻:

[1]　張國樞.通風安全學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2000.

[2]　俞啟香.礦井瓦斯防治[M] .徐州:中國礦業大學出版社,1990.

　　作者簡介:宋元文(1964-),男,副教授,自1999年以來,先後在國內有關刊物發表論文9篇。

·國外煤礦安全信息·

РХ—90Т呼吸器———保護礦山救護隊員呼吸器官的新器具在充滿瓦斯的空氣中進行02manbetx.com 救護作業時,在烏克蘭和各主要產煤國家都使用壓縮氧和化學氧呼吸器保護救護隊員的呼吸器官。在烏克蘭采用Р—34和Р—30呼吸器,在俄羅斯采用РХ—90Т,在德國采用Tramix、BG—4。壓縮氧和化學生氧呼吸器各有優缺點。為了克服化學氧呼吸器的缺點,俄羅斯唐波夫化工科學技術研究院研製成РХ—90Т呼吸器。該呼吸器是由2個再生筒的隔離式呼吸裝置構成,是循環結構的呼吸係統。保護作用時間不小於200 min,重量不大於 8.5 kg ,外形尺寸為 470 mm × 360 mm × 155 mm 。РХ—90Т呼吸器的維護保養次數少,比壓縮氧呼吸器的維護費用少很多。氧容量百分率從工作開始到結束一般在50%~95%之間,而壓縮氧呼吸器為95%或更大。РХ—90Т與國外同類呼吸器比較都處於優越地位。德國的Air—elite呼吸器的同樣保護作業時間的重量為 12 kg 和外形尺寸為 570 mm × 370 mm × 170 mm 。文章有РХ—90Т呼吸器詳細結構裝置的圖形。