突出煤層巖漿巖頂板綜采工作面瓦斯治理

夏必培,董 偉

(皖北煤電集團公司臥龍湖煤礦,安徽淮北 235157)

突出煤層巖漿巖頂板綜采工作面瓦斯治理

夏必培,董 偉

(皖北煤電集團公司臥龍湖煤礦,安徽淮北 235157)

M ethane Prevention of Full-mechan izedM in ing Face with Igneous Roof in Coal Seam Inclinable to Bursting

通過 105綜采工作面初采強制放頂、沿空留巷、采空區(qū)上隅角埋管抽采、煤層深孔預(yù)裂與注水、輔助孔抽采等綜合措施的實踐,有效地控制了采空區(qū)的頂板冒落充填、上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?為類似條件下瓦斯治理及綜采工作面回采提供了經(jīng)驗。

突出煤層;瓦斯治理;沿空留巷;埋管抽采

臥龍湖煤礦為煤與瓦斯突出礦井,首采礦井南翼的 10煤為突出煤層,受巖漿巖侵蝕嚴(yán)重,煤層的原始瓦斯含量 11.34m3/t,下距 11煤 (煤厚0.5m)15m,在建井期間,10煤發(fā)生過煤與瓦斯突出。瓦斯嚴(yán)重制約著礦井綜采工作面正常回采,尤其是工作面的初采,抽采瓦斯效果差、工作面風(fēng)速小,老空瓦斯易積聚等,采取了初采強制放頂、沿空留巷、煤層注水及煤層預(yù)裂爆破等綜合性“立體”措施,增加煤壁的透氣性和瓦斯解吸量,提高采空區(qū)抽采效果,保證工作面安全回采。

1 工作面概況

105工作面為南翼采區(qū)第 2個工作面,北部為104工作面,南部為 105工作面,西部以 DF8斷層?xùn)|的巖漿巖侵蝕區(qū)為界,東至大巷保護煤柱線,為傾斜長壁工作面,俯采角度 9°,U型通風(fēng),見圖1。其設(shè)備配置:99架 ZY5000-13/28液壓支架、輸送機 SGZ764-2×315、采煤機MG250/601等;煤層預(yù)抽后瓦斯含量 6.48 m3/t。10煤硬度系數(shù) f =1.3,煤層厚度 1.5～3.0m,平均 2.5m,傾向長403～488m,走向?qū)?150m,儲量為 250kt。煤層無偽頂,其直接頂為灰黑色至黑色泥巖,厚度 7.5～16.4m,切眼中下部分巖漿巖,厚度 1.5～2.5m;基本頂以灰色細砂巖、泥巖為主,水平緩波狀層理,鈣質(zhì)膠結(jié)、致密,局部含菱鐵結(jié)核,厚度 5.5～19m。

運輸巷為沿空留巷,回風(fēng)巷為錨網(wǎng)支護,寬度均為 4m;切眼寬度為 6m,兩次掘進,各掘 3m,錨網(wǎng)支護,頂部為 <22mm×2000mm等強錨桿,中間架設(shè)雙挑棚進行加固;回采過程中,風(fēng)巷采用沿空留巷,墻寬為 1.7m,留巷寬 2.4m,墻體中間每0.8m加金屬網(wǎng)、錨桿等進行加固。

圖1 105工作面平面

2 瓦斯治理方案設(shè)計

2.1 瓦斯涌出量預(yù)計

根據(jù) 104工作面回采實踐,對 105工作面煤層預(yù)抽后的瓦斯涌出量進行預(yù)計,105工作面經(jīng)預(yù)抽,煤層殘余瓦斯含量為 5.32m3/t,其中,殘存瓦斯含量為 3m3/t,可解吸瓦斯含量為 2.32m3/t,利用分源法計算 10煤層開采時的相對瓦斯涌出量:

式中,Q10為開采 10煤層瓦斯涌出量,m3/t;K1為圍巖瓦斯涌出系數(shù),取 1.2;K2為工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù),K2=1/η,η為工作面采出率;K3為采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對開采層煤體瓦斯涌出的影響系數(shù),K3= (L-2h)/L,L為回采工作面長度, h為煤層厚度;m為煤層厚度;m0為煤層開采厚度;X為煤層瓦斯含量,m3/t。Xc為煤層殘存瓦斯含量,取 3m3/t。

按日產(chǎn)2500t計算,該工作面瓦斯絕對涌出量為5.02m3/min;11煤層位于 10煤層下方,與 10煤層平均間距為15m,根據(jù)已采的 104工作面,鄰近層瓦斯涌出量為10.26m3/min,因此,10煤層的絕對瓦斯涌出量為Q=5.02+10.26=15.28m3/min。

2.2 初采期的瓦斯治理方案設(shè)計

該工作面為 “U”型通風(fēng)方式,設(shè)計風(fēng)量為1500m3/min,運輸巷進風(fēng)、回風(fēng)巷回風(fēng)。根據(jù)上述預(yù)測的瓦斯涌出量及 104工作面經(jīng)驗,在回采初期采空區(qū)頂板冒落不充分,煤層基本頂未來壓前,采空區(qū)漏風(fēng)較大,而上隅角埋管抽放的濃度在 8%左右,采用風(fēng)排,工作面上隅角的瓦斯、回風(fēng)流瓦斯 (按 0.8%控制)很難解決。因此,加快頂板快速垮落,充填采空區(qū),提高采空區(qū)抽采效果,增大煤壁煤層的瓦斯散放速度與解析量,減少鄰近層的瓦斯對回采的影響,提高回采安全性,采取放頂、煤壁深孔預(yù)裂、煤壁淺孔注水、底板鄰近層 (11煤)采動卸壓抽采等綜合措施進行解決,保證工作面正常推進。

3 瓦斯治理的工程實踐

3.1 初采期強制放頂

在初采時,煤層厚度在 2.0m左右,自切眼推進 2刀 (1.2m),沿每架架間向頂板打深度為2.5m炮眼,角度 75°,每眼裝藥 0.74kg,以此類推;同時工作面向前推進 3.6m時,在采空區(qū)內(nèi)頂板上打雙排放頂眼 (原支護錨桿不退錨),眼深3m、間距 1m、排距 2m,裝藥量 1.11kg,炮眼布置見圖 2。在工作面推進約 10m時,中上部的直接頂開始冒落,逐漸下移,推進 17m時,頂板基本充填實采空區(qū),煤壁打眼爆破的放頂工作結(jié)束,比不采取強制放頂,冒落步距縮短了近 20m;通過回采初期的強制放頂,及時減小了采空區(qū)的漏風(fēng)量,縮小工作面通風(fēng)斷面,提高了工作面風(fēng)排瓦斯速度,縮短了瓦斯在回采范圍內(nèi)的滯留時間,為采空區(qū)抽采創(chuàng)造條件,防止了頂板大面積垮落時瓦斯沖出,造成瓦斯集中涌出,風(fēng)流瓦斯超限、積聚,同時也為采空區(qū)及時抽采創(chuàng)造了有利的條件。

3.2 沿空留巷及預(yù)埋抽采管路

圖2 強制放頂炮眼布置

采空區(qū)強制初放后,在 105回風(fēng)巷開始施工沿空留巷,墻體寬度為 1700mm,留巷斷面高 ×寬 = 2500mm×2400mm,并在墻體上方預(yù)埋設(shè) 2根長度3m,<273mm的鋼管,與巷道內(nèi)布置的 2趟 <300mm,<200mm管路連接,每推進 30m埋設(shè) 1組。因留巷的墻體為被動支護,與頂板始終接觸不嚴(yán)實,采取噴射混凝土等措施,保證墻體與頂板的嚴(yán)密接實。待采空區(qū)充填后進行抽采,為提高抽采效果,及時回收機頭機尾的原支護的單體支柱、頂梁,增大留巷施工的操作空間,用抗靜電紡織袋裝煤進行封堵,用炮泥進行間隙堵漏,并將上隅角埋設(shè)的預(yù)抽管與 <300mm管路進行連接抽采。因采空區(qū)頂板未充分冒落嚴(yán)實,其抽采效果不太理想,濃度在 8%～12%,流量在 40m3/min左右,上隅角瓦斯管理難度仍未得到徹底解決。

3.3 煤層中深孔注水及煤壁淺孔松動爆破

回采期間,按突出煤層的防突要求,進行采前循環(huán)效檢,沿工作面推進方向,每隔 12m施工 1個深 10m效檢孔,中間再加補 1個注水孔,采用快速封孔器配合乳化泵的高壓,注水的水壓控制在12～15MPa,交錯間隔注水,水量控制在以煤壁、支架的前梁出現(xiàn)淋水為宜,停止注水。

為增加煤層透氣性,加快煤層瓦斯散放速度,在煤壁中部沿煤層的傾向,每隔 12m用風(fēng)煤鉆施工 1個深 10m,<42mm的鉆孔 (與效檢、注水孔交錯分開),根據(jù)頂板與煤壁的硬度、破碎等情況,每孔裝藥 1～2kg,用水炮泥、炮泥封實,在檢修班結(jié)束后進行遠距離爆破。

3.4 輔助邊孔抽采

為減小底板與圍巖的瓦斯受采動后進入工作面,采取了輔助邊孔頂板、底板提前預(yù)抽,即距開切眼 20m處,施工頂板、底板輔助邊孔,每組 4個 (頂、底各 2個),預(yù)抽鉆孔沿風(fēng)巷傾向,按每隔 15m布置 1組,在風(fēng)巷沿頂板按 20°向上施工,孔底落在頂板破壞的裂縫帶 (約煤層上方 12～15m)中,孔深在 40m左右;底板孔按 -65°,孔底落在11煤,孔深在 33m左右,與 <200mm管路進行連接抽采,初期抽采濃度在 55%、流量在2 5m3/min左右,經(jīng)過一段時間預(yù)抽,抽采濃度逐漸減弱后關(guān)閉并前移。

4 結(jié)論

通過采取對煤層頂板、采空區(qū)上隅角埋管抽采、煤層底板及煤壁預(yù)抽等 “綜合立體”措施,由原來 104工作面初采時 (日進 6刀)回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?0.7%左右,降到治理后 (日進 8刀)的 0.4%～0.5%,收到了較好的效果,保證了綜采工作面初采期間的瓦斯正常管理,在工作面初次來壓后,根據(jù)瓦斯涌出的情況,及時調(diào)整輔助邊孔的數(shù)量與孔深,也為類似煤層回采積累了經(jīng)驗。

[1]張子敏 .瓦斯地質(zhì)學(xué) [M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2009.

[責(zé)任編輯:王興庫]

TD712.62

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1006-6225(2010)05-0096-02

2010-03-18

夏必培 (1968-),男,安徽廬江人,工程師,從事煤礦技術(shù)管理工作。