松軟煤層瓦斯區(qū)域治理研究

曹成龍

(中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平禹煤電公司四礦,河南 禹州 461670)

松軟煤層瓦斯區(qū)域治理研究

曹成龍

(中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平禹煤電公司四礦,河南 禹州 461670)

松軟煤層區(qū)域瓦斯治理事關(guān)礦井安全與生存、安全與發(fā)展、安全與效益。平禹四礦經(jīng)過長(zhǎng)期的研究與探索,總結(jié)出一套適合松軟煤層瓦斯區(qū)域治理的方法,其綜合效益顯著,對(duì)今后更好地開展此項(xiàng)工作提供了參考。

松軟煤層;技術(shù)方案設(shè)計(jì);瓦斯治理;管理

平禹四礦二1煤層采面賦存穩(wěn)定,位于該礦Ⅱ采區(qū)東翼上部,西起Ⅱ采區(qū)軌道下山,東至井田邊界煤柱,該采面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度980m,傾斜長(zhǎng)度170m,標(biāo)高為一366.57～一319.31m,傾角12.6?！?4。,煤層平均厚度為3.5m,采高為4.6m,煤的堅(jiān)固性系數(shù)0.11～0.15,煤體容重1.41t/m3,煤的破壞類型Ⅲ一Ⅴ,煤塵爆炸指數(shù)19.43%,礦井相對(duì)瓦斯涌出量6.37m3/t,絕對(duì)瓦斯涌出量9.07m3/min,可采儲(chǔ)量56萬t。1995年12月,煤炭科學(xué)研究總院重慶分院對(duì)平禹四礦進(jìn)行了礦井突出危險(xiǎn)性鑒定,二1煤層為煤與瓦斯突出煤層,平禹四礦為煤與瓦斯突出礦井。

試驗(yàn)點(diǎn)選擇在二1一12190工作面,該工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單,屬單斜構(gòu)造,主要特點(diǎn)表現(xiàn)為頂板相對(duì)穩(wěn)定、底板起伏變化大。該工作面主要水源為頂板砂巖裂隙水和底板灰?guī)r水,頂板裂隙水的特點(diǎn)是水壓小,水量少,補(bǔ)給不良,徑流不暢,易于疏干；底板含水層以小水量、高水頭為基本特征。該工作面主采二1煤層透氣性較差,堅(jiān)固性系數(shù)較小,從地質(zhì)資料看,為緩傾斜單斜構(gòu)造,局部有1～2層夾研,夾研為泥巖。該工作面2008年河南理工大學(xué)在二1一12190機(jī)巷930～957m處實(shí)際測(cè)得該煤層采面瓦斯含量最大為11.32m3/t,煤層瓦斯壓力最大為2.18MPa,瓦斯問題如得不到徹底解決,對(duì)該采面回采將帶來嚴(yán)重隱患［1］。

1 區(qū)域瓦斯治理技術(shù)方案設(shè)計(jì)

在二1一12190采面中部距風(fēng)巷水平距離80m,距機(jī)巷水平距離為90m,煤層底板下10m位置處施工一條低位抽放巷,與煤層底板保留10m層間距。在二1一12190機(jī)巷170m處巷道上幫開口,方位角470,坡度50,施工127m至煤層底板10m位置,再以920方位角施工平巷700m,總工程量827m。設(shè)計(jì)巷道斷面呈直墻半圓拱型,凈寬×凈高=4.0m×3.5m,凈斷面12.28m2。支護(hù)形式采用錨網(wǎng)噴支護(hù),采用φ20mm、L=2 000mm的等強(qiáng)錨桿,錨桿間排距750mm×750mm,噴漿厚度100mm。

1.1 底板穿層預(yù)抽鉆孔

在低位預(yù)抽巷內(nèi)沿巷道兩幫1.4m以上施工穿層鉆孔,鉆孔終孔位置控制低抽巷以上煤層40m,消除原12190采面順層鉆孔中間的空白帶。每4m設(shè)計(jì)一組鉆場(chǎng),每組鉆場(chǎng)9個(gè)鉆孔,且有1個(gè)布置到預(yù)抽煤巷工作面中間,設(shè)計(jì)孔徑110mm,設(shè)計(jì)角度為7～56。,鉆孔深度為15.8～28.4m。保證預(yù)抽時(shí)間不小于6個(gè)月,預(yù)抽瓦斯抽放率不低于30%。

穿層預(yù)抽鉆孔封孔深度不得小于5m,封孔孔徑不得小于50mm,且采用雙抗管進(jìn)行封孔,封孔為兩段(即2m, 4m),采用專用封孔劑和面紗進(jìn)行封孔,保證封孔負(fù)壓不得小于13Kpa,且每組鉆場(chǎng)的支管路上必須安裝能夠計(jì)量瓦斯的孔板裝置,以便準(zhǔn)確觀測(cè)鉆場(chǎng)瓦斯的衰減系數(shù),掌握瓦斯賦存規(guī)律。

1.2 底板穿層水力沖孔

為了提高瓦斯抽放和區(qū)域消突效果,增加煤層透氣性,提高瓦斯抽放量,采取加強(qiáng)措施,在低位抽放巷內(nèi)采用水力沖孔,每30m取穿層預(yù)抽鉆孔中三個(gè)鉆孔作為穿層水力沖孔,保證單孔水力沖孔煤量1t,保證水力沖孔壓力10～22Mpa。用瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀,測(cè)定鉆孔內(nèi)的瓦斯參數(shù),研究單孔和鉆場(chǎng)總體沖出煤量、煤體瓦斯量與殘存瓦斯含量(壓力)來考察水力沖孔消突效果,對(duì)比沖孔前后瓦斯參數(shù)的變化,得出效果結(jié)論,增大控制煤層的范圍,增加煤層透氣性。

1.3 本煤層順層預(yù)抽措施

沿二1一12190機(jī)(風(fēng))巷(上)下幫設(shè)計(jì)施工兩排順層預(yù)抽鉆孔,鉆孔自切眼位置由里向外施工(共730m),鉆孔設(shè)計(jì)深度為95m(85m),設(shè)計(jì)孔徑為110mm,孔間距為2m一個(gè),機(jī)風(fēng)巷順層鉆孔交叉長(zhǎng)度不得小于10m,打一個(gè)連一個(gè)抽一個(gè),采用不少于50mm的雙抗管,封孔深度不小于9m,封孔兩段(即4m、7m),采用專用封孔劑和面紗進(jìn)行封孔,保證抽采單孔負(fù)壓不下于13Kpa。機(jī)風(fēng)巷鉆孔個(gè)數(shù)各為730個(gè),共計(jì)1 460個(gè)。保證預(yù)抽時(shí)間不低于半年。

1.4 水力壓裂增透措施

水力壓裂鉆孔沿采面機(jī)風(fēng)兩巷布置,不得與其他鉆孔混用或穿孔,否則視為廢孔,設(shè)計(jì)孔徑為110mm,孔深為50m,鉆孔間距為30m,采用專業(yè)的壓裂泵進(jìn)行壓裂試驗(yàn),水力壓裂壓力10一18Mpa,采用直徑32mm的無縫鋼管,鋼管進(jìn)入煤體不小于30m,采用專用的封孔材料進(jìn)行封孔,封孔深度不小于20m。通過水力壓裂,使工作面前方壓裂增透區(qū)域的煤體卸壓,透氣性大幅度提高,瓦斯得到釋放,抽采瓦斯量及濃度大幅度得到提高。

2 施工要求與組織管理

2.1 明確責(zé)任

礦長(zhǎng)是本單位防突工作第一責(zé)任人,對(duì)礦井防突工作負(fù)領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任；總工程師負(fù)直接責(zé)任。負(fù)責(zé)組織有關(guān)部門編制、審批防突規(guī)(計(jì))劃和措施,并組織檢查落實(shí)情況；各分管副職對(duì)防突工作負(fù)管理責(zé)任,負(fù)責(zé)分管范圍內(nèi)防突計(jì)劃、措施的落實(shí),配備專業(yè)防突管理人員及施工人員,成立專業(yè)瓦斯打鉆抽放隊(duì)伍,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。每月組織召開一次由總工程師主持的防突會(huì)議,研究總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn),制定對(duì)策,及時(shí)處理存在的問題,安排下步工作［2］。

2.2 強(qiáng)化監(jiān)督

鉆孔施工位置安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控。防突措施鉆孔施工完畢后,終孔報(bào)告單由評(píng)估員、瓦檢員、防突盯崗人員、班組長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、簽字,并將簽字后的報(bào)告單報(bào)防突部門及防突副總審查、簽字,預(yù)測(cè)(效檢)鉆孔終孔報(bào)告單必須由單位總工程師簽署具體意見。

2.3 強(qiáng)化落實(shí)

在打抽放鉆孔時(shí),由通防科派專人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督鉆孔的傾角、夾角、深度,退鉆桿時(shí)由抽放工、瓦檢員、安檢員共同把關(guān),確保抽放孔的深度。通防部門和安檢部門必須加強(qiáng)監(jiān)督,確保抽放時(shí)間。抽放管路要接在所打鉆孔附近,且能滿足迎頭及巷幫抽放鉆孔連接使用,抽放支管每7天測(cè)定一次,迎頭抽放單孔每3天測(cè)定一次,測(cè)定數(shù)據(jù)齊全［3］。

2.4 建立完善瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫

礦井按季度修編、分煤層、分采區(qū)瓦斯地質(zhì)圖,并對(duì)瓦斯地質(zhì)變化情況進(jìn)行分析。建立瓦斯基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫,按規(guī)定測(cè)定瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)和鉆孔抽采(卸壓)半徑。根據(jù)測(cè)試參數(shù)及收集的資料,建立瓦斯壓力、瓦斯含量臺(tái)賬；突出參數(shù)測(cè)試臺(tái)賬；煤樣化驗(yàn)臺(tái)賬；突出卡片、臺(tái)賬等［4］。

3 軟煤層區(qū)域瓦斯治理效果分析

瓦斯壓力、瓦斯含量符合《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求,瓦斯壓力下降到0.5MPa以下、瓦斯含量下降到6m3/t以下,為局部瓦斯治理奠定基礎(chǔ),避免突出事故發(fā)生。通過瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)資料的收集和分析,研究出一條適合極軟煤層、堅(jiān)硬頂板、嚴(yán)重煤與瓦斯突出區(qū)域綜合消突技術(shù)及其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。為深部復(fù)雜地應(yīng)力為主導(dǎo)因素的煤與瓦斯突出礦井瓦斯區(qū)域治理找出突破口,確保安全生產(chǎn)。

［1］國(guó)家安全監(jiān)察局.《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》讀本［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

［2］郝貴.煤礦安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控管理體系［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社,2012.

［3］中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科技技術(shù)學(xué)會(huì).煤礦工人安全技術(shù)操作規(guī)程指南［S］.2012.

［4］國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［S］.2011.

Research on Gas Area Treatmentin Soft Coal Seam

Cao Chenglong
(No.4 Mine of Pingyu Coal and Electricity Company,China Pingmei Shenma Group,Yuzhou Henan 461670)

Gastreatmentin soft coal seam is related to the safety and survival,safety and development,and safety and benefits of coal mine.After long一term research and explorationin Pingyu No.4 mine,this paper summed up a set ofeffective methodssuitable for soft coal seam gas regional treatment,its comprehensive benefit is remarkable,which providesreference for better carrying out suchworkin the future.

soft coal seam;technology scheme design;gas treatment;management

TD712

A

1003一5168(2015)07一0086一2

2015一6一20

曹成龍(1974.2一),男,大專,研究方向:煤礦掘進(jìn)管理。