薄煤層群無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)的應(yīng)用

李強(qiáng)

摘要：隨著我國的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于資源的需求也日趨增加。我國大多數(shù)礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜，煤巖相對松軟，煤層具有高瓦斯、低透氣性、高吸附性的特點(diǎn)，這就對我國煤炭開采技術(shù)提出了新的要求。通過實(shí)踐表明，采用薄煤層群無煤柱煤和瓦斯共采技術(shù)，不但可以在很大程度上減少采空區(qū)域內(nèi)瓦斯的涌入，還有利于高瓦斯危險(xiǎn)性煤層群進(jìn)程安全回采。

關(guān)鍵詞：薄煤層群；無煤柱煤與瓦斯共采；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

在我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步。對于煤礦開采的技術(shù)也取得了快速的發(fā)展，隨著礦井開采深度的延伸，煤層瓦斯突出的危險(xiǎn)性將逐步增大，瓦斯作為煤礦五大災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)，制約著礦井發(fā)展。實(shí)踐開采表明，保護(hù)層開采仍然是最有效、最經(jīng)濟(jì)的煤與瓦斯突出和沖擊地壓管理等動(dòng)力災(zāi)害區(qū)域性防治措施。無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)的廣泛運(yùn)用不但取得了顯著的安全技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，對提高煤炭資源回收率和實(shí)現(xiàn)高瓦斯礦區(qū)煤與瓦斯兩種資源的安全高效共采具有重要的意義。本文就通過實(shí)例對這一技術(shù)進(jìn)行了分析。

一、無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)的原理?

薄煤層群煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)，采用沿空留巷Y型通風(fēng)一體化，解決瓦斯，高地應(yīng)力，高地溫的煤層群進(jìn)入深部開采面臨的瓦斯治理、巷道支護(hù)、煤炭開采等重大安全生產(chǎn)技術(shù)難題，即：首采關(guān)鍵卸壓層，沿首采面采空區(qū)邊緣快速機(jī)械化構(gòu)筑高強(qiáng)支撐墻體將回采巷道保留下來。在留巷內(nèi)布臵鉆孔抽采鄰近層及采空區(qū)卸壓瓦斯；采用無煤柱連續(xù)開采，實(shí)現(xiàn)被保護(hù)層全面卸壓；同步推進(jìn)綜采工作面采煤與卸壓瓦斯抽采，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯安全高效共采；抽采的高、低濃度瓦斯分開輸送到地面加以利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益顯著。

二、無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)的應(yīng)用

無煤柱煤與瓦斯共采的技術(shù)在皖北、淮南、鐵法、山西華晉焦煤、松藻、淮北等礦區(qū)的多個(gè)工作面進(jìn)行推廣,取得了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文就對呂梁地區(qū)的沙曲礦進(jìn)行了應(yīng)用分析。

1、工程概況

沙曲礦的位置在我國山西呂梁，礦區(qū)的可采煤層共有 8 層。分別位于太原的 6 # ～10 # 煤層及山西組 2 # ～5 # 的煤層，其主要是以焦煤為主的，總的厚度為 15. 4m，是屬于較高瓦斯的近距離的煤層群的開采。本文就先對 2 # 薄煤層進(jìn)行上保護(hù)層開采，利用 +400m北翼大巷作為采區(qū)準(zhǔn)備巷道布置的傾斜長壁綜采的工作面，工作面的長度是 150m，為實(shí)現(xiàn)對相鄰的煤層群全面的卸壓，薄煤層的回采工作面通過無煤柱沿空留巷的技術(shù)，形成工作面“ Y” 型的通風(fēng)系統(tǒng)，22201 保護(hù)層的工作面的布置圖如圖 1 所示。

2、對技術(shù)施工方案的選定

對于保護(hù)層的工作面在回采期間的瓦斯治理主要的措施是。

（1）對頂、底板穿層進(jìn)行鉆孔來對相近的原始煤層中瓦斯實(shí)施預(yù)抽。

（2）建設(shè)高抽巷及低抽巷專用的瓦斯抽采施工的巖石巷道。

（3）采空區(qū)域預(yù)埋管和尾抽等一些綜合治理瓦斯的措施。

由于相近的煤層透氣性比較差、預(yù)抽率也比較低,高抽巷及低抽巷的密閉不是很嚴(yán)、地壓過大,就會(huì)造成墻體的漏風(fēng)。上隅角在充填時(shí)施工不到位,就會(huì)導(dǎo)致抽采率的低下,就使得高濃度的瓦斯不容易抽出,或者是抽出后不能利用,經(jīng)過實(shí)地的分析及試驗(yàn),通過“Y”型的通風(fēng)技術(shù),并在留巷段施工網(wǎng)格立體式穿層鉆孔,對鄰近煤層卸壓瓦斯進(jìn)行攔截抽采,徹底解決了上述問題,并推廣使用。

3、“Y”型通風(fēng)技術(shù)

以往回采工作面采用“U”型通風(fēng)方式,但在高瓦斯和突出煤層工作面,“U”型通風(fēng)不僅容易造成工作面上隅角瓦斯積聚,而且上風(fēng)巷負(fù)壓大,如果上隅角在充填不能及時(shí)施工,就容易使上隅角的瓦斯進(jìn)行積聚及回風(fēng)巷道的瓦斯量超出界限,不但會(huì)嚴(yán)重的制約生產(chǎn),還會(huì)對礦井的安全形成威脅。5121B10工作面徹底的改變了傳統(tǒng)通風(fēng)的方式,通過“Y”型的通風(fēng)方式。利用上風(fēng)巷和下機(jī)巷來進(jìn)風(fēng),采空區(qū)域內(nèi)預(yù)留出巷道回風(fēng),留設(shè)巷道通過充填泵進(jìn)行沿空留巷，巷旁充填墻體技術(shù),解決了上隅角瓦斯的積聚、超限的難題,工作面的配風(fēng)量1400~2000m3/min,回采期間回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.4%以下,加強(qiáng)安全生產(chǎn)中的可靠性,工作面每日推進(jìn)6.4m,日產(chǎn)煤就可以達(dá)到3000t以上,是同類工作面的新紀(jì)錄,同時(shí),在一定的程度上解決了開采熱害的問題,改善職工的工作環(huán)境。

4、機(jī)巷和留巷穿層鉆孔抽采技術(shù)

在機(jī)巷內(nèi)隔20m就進(jìn)行1組鉆孔的施工,每組有2個(gè)向上的鉆孔,對煤層瓦斯進(jìn)行抽取。用采空區(qū)域的邊緣預(yù)留出來的巷道作為前一階段回采的巷道,實(shí)現(xiàn)對無煤柱連續(xù)的開采,降低資源的浪費(fèi)。在預(yù)留的巷道向卸壓區(qū)域內(nèi)施工需要上向及下向的穿層進(jìn)行鉆孔,從切眼處開始,沿著工作面的方向,延后工作面每10m施工1組鉆孔,每組施工要有2個(gè)下向的孔、3個(gè)上向的孔,鉆孔的方向和工作面的夾角45b,加強(qiáng)鉆孔的抽采長度,鉆孔需要穿過煤層的頂?shù)装?終孔控制煤層的塌陷影響范圍內(nèi),工作面回采推過后,攔截抽采煤層頂、底板卸壓瓦斯。工作面回采期間,機(jī)、風(fēng)巷鉆孔抽采瓦斯?jié)舛?0%~90%,抽采量38m3/min,抽采率達(dá)39%。隨工作面推進(jìn),實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯高效共采,創(chuàng)新了以留巷替代多條瓦斯治理專用巖石巷道。

5、底板巷下向穿層鉆孔抽采技術(shù)

利用現(xiàn)有的-660mC13、-720mC13、-780mB10底板巷施工下向穿層的鉆孔攔截抽采煤層卸壓的瓦斯,鉆孔需要一直保持和上下風(fēng)巷的鉆孔終孔的間距為10m。由于下向鉆孔的設(shè)計(jì)孔比較深。液壓鉆機(jī)在施工的過程中排渣就會(huì)比較困難,施工的難度較大。通過引進(jìn)新型KQJ-120型潛孔鉆機(jī),采用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓風(fēng)風(fēng)力排渣施工時(shí),徹底解決了鉆孔排渣難問題,單臺(tái)鉆機(jī)一小班進(jìn)度最高達(dá)207m。工作面回采期間,抽采瓦斯?jié)舛仍?5%~88%,抽采量44m3/min,抽采率達(dá)45%。

6、采空區(qū)埋管抽采技術(shù)

隨著工作面向前的推進(jìn)過程中,在工作面的充填留巷墻垛內(nèi)向北每隔20m埋設(shè)1根直徑305mm的瓦斯抽采管(L=3.5m),其管口位置距離留巷墻垛內(nèi)墻面大于0.5m,管口端設(shè)置花管及金屬網(wǎng)罩,高度大于巷道高度的2/3,位于留巷墻垛中上部,構(gòu)成采空區(qū)尾抽系統(tǒng)。主要是預(yù)防上下相鄰煤層卸壓瓦斯的大量進(jìn)入對采空區(qū)域造成回風(fēng)瓦斯超限的事故。

三、無煤柱煤與瓦斯共采效果分析

沙曲礦北翼 2 # 薄煤層保護(hù)層 22201 工作面無煤柱煤與瓦斯共采實(shí)踐表明: 22201 工作面在回采的過程中瓦斯涌出量為 50. 61m 3 /min，風(fēng)排瓦斯的純量為 13. 55m 3 /min。開采 2 # 薄煤層保護(hù)層時(shí)，通過采用本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、頂板高位鉆場鉆孔瓦斯抽采、留巷墻體埋管瓦斯抽采、下被保護(hù)層長距離定向鉆孔預(yù)抽技術(shù)，工作面瓦斯?jié)舛染S持在0. 24% ～0. 30%，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?0. 44% ～ 0. 56%。在22201 工作面開采初期，沿空留巷支管抽放負(fù)壓普遍在2 ～3mmHg，瓦斯抽采濃度 2% ～3%，造成回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛容^大。其主要原因是 22201 工作面抽采管路過長、沿途負(fù)壓損耗大、抽采孔密封不嚴(yán)，導(dǎo)致瓦斯抽采效果較差。通過采取調(diào)整負(fù)壓、定期放水處理、對抽采管路進(jìn)行逐段排查、對沿空留巷段 80%瓦斯?jié)舛人p的埋管進(jìn)行關(guān)閉、確保留巷切眼 20m 范圍內(nèi)的埋管負(fù)壓、利用噴涂封堵新材料對抽采孔進(jìn)行密封處理等措施后，采空區(qū)埋管抽采總孔板負(fù)壓在 12 ～13kPa 左右，節(jié)流在 4 ～5kPa 左右，抽采濃度在 7%～8% 之間，純量在 10. 26 ～ 11. 75m 3 /min 之間，留巷墻體埋管瓦斯抽采效果得到進(jìn)一步的提高。

結(jié)束語

綜上所述，通過對于無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)及實(shí)際案例的綜合分析，我們不難看出無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)的運(yùn)用對于煤礦資源的開采利用有著重要的作用，對其技術(shù)的合理運(yùn)用不但可以保證煤礦資源在開采中的生產(chǎn)安全，還能進(jìn)一步促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的健康和諧的發(fā)展。

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