突出礦井緩傾斜堅(jiān)硬煤層安全開采技術(shù)研究

吳青峰（神華烏海能源有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市,016000）

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突出礦井緩傾斜堅(jiān)硬煤層安全開采技術(shù)研究

吳青峰
（神華烏海能源有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市,016000）

摘要平溝煤礦01161501工作面屬于雙硬煤層,底板具有弱承壓水,開采過程中面臨沖擊地壓、瓦斯、水害等問題。通過采取頂板預(yù)爆破、瓦斯抽采和超前疏排水等措施,有效防范了各類災(zāi)害的發(fā)生,保障了01161501工作面安全高效開采。

關(guān)鍵詞雙硬煤層 沖擊地壓 高瓦斯 弱承壓水 預(yù)爆破 抽采

1　礦井概況

神華烏海能源有限責(zé)任公司平溝煤礦位于烏海市卡布其鎮(zhèn),煤系地層為石炭系、二疊系,共含煤20層。煤層由上至下的編號(hào)為1?！?0＃,其主采煤層為9－2＃、10＃、14＃、16－1＃及16－2＃,屬穩(wěn)定及較穩(wěn)定煤層,可采儲(chǔ)量為46735.1萬t。

礦井采用反斜井開拓方式,共開鑿了主井、副井、風(fēng)井3個(gè)斜井井筒。井田分兩個(gè)開采水平,7個(gè)采區(qū)。一水平標(biāo)高為＋855 m,二水平標(biāo)高為＋750 m。目前礦井生產(chǎn)采區(qū)為一水平的一采區(qū),其中14＃煤層已回采完畢,正回采16＃煤層首采面01161501工作面。

2　試驗(yàn)工作面概述

01161501工作面位于一采區(qū)西翼16＃煤層,東至西翼運(yùn)輸上山保護(hù)煤柱,西至二采區(qū)邊界,工作面傾斜長度152 m,走向長度1424 m,采高3.2 m,放頂煤厚度6.3 m,可采面積216448 m2,工作面傾角平均14°。工作面下巷道水平標(biāo)高為＋760～＋790 m,上巷道水平標(biāo)高為＋894～＋924 m,巷道方位角為292°。上部為已開采的01151502、01151503工作面。

01161501工作面煤層平均厚度9.5 m,平均普氏硬度系數(shù)2,頂板普氏硬度系數(shù)局部可達(dá)到10,是典型的雙硬煤層。16＃煤層屬于Ⅱ類,為具有弱沖擊傾向性的煤層;16＃煤層頂板屬于Ⅲ類,為具有強(qiáng)沖擊傾向性的巖層。

16＃煤層瓦斯含量為2.35～5.8 m3/t,可解析瓦斯含量為1.0462～4.4703 m3/t,透氣性系數(shù)為0.0011～0.0454 m2/MPa2.d,鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.0313～0.2588 d－1,為煤與瓦斯突出煤層。

根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)計(jì)16＃煤層底板的中粗砂巖含水層最大水壓約為1.5 MPa,01161501工作面上部15＃煤層01151503、01151505采空區(qū)可能存在積水。為保障01161501工作面安全開采,平溝煤礦有針對性的對各類災(zāi)害進(jìn)行防治,具體措施是采取工藝巷＋超前預(yù)裂治理沖擊地壓、高壓預(yù)抽＋低壓隅角抽采治理瓦斯、泄水巷＋探放水孔治理水害。

3　沖擊地壓防治

3.1基礎(chǔ)評(píng)價(jià)

根據(jù)平溝煤礦15＃煤層工作面礦壓防治經(jīng)驗(yàn),結(jié)合工作面地質(zhì)條件和周圍采掘等情況綜合分析, 將01161501工作面劃分為8個(gè)區(qū)域,對可能存在的基礎(chǔ)（沖擊）風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面分析,如圖1所示。

圖1　01161501工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)域分布圖

（1）區(qū)域I處于01161501工作面上巷道超前支承壓力影響范圍,具有中等沖擊危險(xiǎn)。

（2）區(qū)域II為01161501工作面上巷道超前支承壓力影響范圍,具有弱沖擊危險(xiǎn)。

（3）區(qū)域III為01161501工作面“單面見方”區(qū)域,即工作面推進(jìn)140～180 m的區(qū)域,具有中等沖擊危險(xiǎn)。

（4）區(qū)域IV具有中等沖擊危險(xiǎn)。該區(qū)域?yàn)?1161501工作面外錯(cuò)01161503采空區(qū)的煤體。

（5）區(qū)域V為01161501工作面外錯(cuò)01161503采空區(qū)的煤體距離01161505工作面開切巷前方50 m區(qū)域,具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)。

（6）區(qū)域VI為DF2斷層對01161501工作面的影響區(qū)域,具有中等沖擊危險(xiǎn)。

（7）區(qū)域VII為01161501工作面距離停采線50 m區(qū)域,具有中等沖擊危險(xiǎn)。

（8）中等沖擊危險(xiǎn)時(shí)期為01161501工作面老頂初次來壓期間以及01161501工作面周期來壓期間,根據(jù)監(jiān)測確定。區(qū)域I和區(qū)域II為動(dòng)態(tài)變化區(qū)域,隨工作面推進(jìn)前移。

3.2監(jiān)測預(yù)警

在01161501工作面建立了全方位、多層次的綜合監(jiān)測技術(shù)體系,具體包括工作面支架壓力監(jiān)測、微震監(jiān)測、電磁輻射及鉆屑量監(jiān)測,利用鉆孔窺視儀對采空區(qū)頂板的冒落情況進(jìn)行窺視,根據(jù)綜合監(jiān)測結(jié)果確定工作面是否進(jìn)行全斷面切頂及確定合理的切頂步距。

3.3解危措施

針對01161501工作面僅利用兩巷超前預(yù)裂、工作面中部將存在預(yù)裂盲點(diǎn),易造成工作面局部大面積懸頂、導(dǎo)致沖擊地壓事故發(fā)生的問題,決定利用工藝巷＋超前預(yù)裂治理沖擊地壓。

3.3.1具體方案

（1）端頭超前切頂爆破方案。01161501工作面上端頭超前切頂孔每5 m布置一排,一排2個(gè), 1＃鉆孔長度30 m,2＃鉆孔長度43 m;下端頭超前切頂孔每5 m布置一排,一排3個(gè),1＃鉆孔長度30 m,2＃鉆孔長度30 m,3＃鉆孔長度43 m。具體爆破參數(shù)如表1所示。

（2）上巷道超前預(yù)裂爆破方案。01161501工作面上巷道每10 m布置一排,一排3個(gè),1＃鉆孔長度32 m,2＃鉆孔長度44 m,3＃鉆孔長度60 m。具體爆破參數(shù)如表1所示。

（3）工藝巷爆破方案。在01161501工作面下巷道沿巷道走向每100 m施工一條工藝巷,工藝巷長80～120 m,在工藝巷中施工頂板爆破孔及煤層松動(dòng)爆破孔,從而降低工作面沖擊危險(xiǎn)性。工藝巷內(nèi)炮孔布置方案詳見表2。

3.3.2效果檢驗(yàn)

通過微震、支架壓力在線監(jiān)測、鉆孔窺視和地表拉裂情況評(píng)價(jià)頂板處理效果未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)時(shí),故實(shí)施第二次解危措施,直至確保不可能發(fā)生沖擊地壓事故。

3.3.3其他注意事項(xiàng)

（1）工作面在過壓力集中區(qū)時(shí),可加密爆破孔數(shù)量或延長工藝巷長度,將上述3種頂板處理方案進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

（2）嚴(yán)格執(zhí)行“六位一體”防治方針,科學(xué)制定沖擊地壓防治方案,遵循科室→礦領(lǐng)導(dǎo)→公司逐級(jí)進(jìn)行審批落實(shí)制度,按照PDCA模式不斷完善優(yōu)化防沖設(shè)計(jì)。由災(zāi)害防治隊(duì)負(fù)責(zé)實(shí)施防治方案,礦壓辦負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)測和評(píng)價(jià),并監(jiān)督落實(shí)個(gè)體防護(hù)和防沖管理的各項(xiàng)要求。

表1　端頭、上巷道超前切頂爆破孔參數(shù)

表2　工藝巷炮孔參數(shù)

3.3.4階段成果

自2014年9月16日01161501工作面開始推進(jìn)至2015年7月1日,工作面累計(jì)推進(jìn)621.1 m。工作面順利渡過了初次放頂、初次來壓、周期來壓、單面見方等高應(yīng)力集中區(qū)域。通過長期的現(xiàn)場實(shí)踐,形成了以工藝巷堅(jiān)硬頂板處理和兩端頭預(yù)裂爆破為主體、巷道超前預(yù)裂爆破為輔的防沖治理措施。

4　瓦斯防治

4.1采前預(yù)抽

沿01161501工作面上巷道（回風(fēng)巷道）腰線每隔10 m施工一個(gè)鉆孔,鉆孔深度143 m,孔徑159 mm,傾角為14°。用管將這些鉆孔連接起來構(gòu)建瓦斯抽采管道,并與地面瓦斯抽采泵站進(jìn)行連接組成瓦斯抽采系統(tǒng),對工作面進(jìn)行采前預(yù)抽采,從而保證回采安全。

4.2采中隅角埋管抽采

在01161501工作面回采期間,向采空區(qū)埋管進(jìn)行抽采,抽采管路選擇?315 mm鋼絲骨架PE管作為埋管主管路,?250 mmPE管作為埋管支管路。抽采主管路埋入采空區(qū)前管口用鋼絲網(wǎng)封口,防止煤渣吸入瓦斯抽采管,采空區(qū)埋管長約1～3 m效果最佳,在主管路前40～90 m范圍內(nèi)安設(shè)一個(gè)三通,外接一趟?250 mm抽采支管,距離采空區(qū)隅角前10～20 m范圍內(nèi)在支管上安設(shè)一個(gè)?250 mm變?108 mm PE匯集器,匯集器上留有兩個(gè)接口,接口使用?108 mm鋼絲骨架軟管,軟管口使用鋼絲網(wǎng)封口,兩趟管路安設(shè)至隅角封閉墻前瓦斯?jié)舛容^高區(qū)域進(jìn)行抽采。

5　水害防治

01161501工作面下巷道往北水平距離40 m布置一條專用泄水巷（長度略大于下巷道長度）,在泄水巷內(nèi)進(jìn)行底板弱承壓水和01161501采空區(qū)積水探放工作,同時(shí)在工作面上巷道對應(yīng)位置探放01161501采空區(qū)積水。

5.1底板弱承壓水探放水方案

在泄水巷南幫150 m處開始每50 m施工一個(gè)探放水硐室,在硐室迎頭位置布置一組鉆孔,以扇形布置沿2°傾角向南施工,探放水鉆孔將穿過16＃煤層底板砂巖含水層進(jìn)行放水,并探查16＃煤層下方裂隙承壓水情況。鉆孔詳細(xì)參數(shù)見表4。

表4　西翼泄水巷探放鉆孔參數(shù)表

5.2采空區(qū)積水探放水方案

在西翼泄水巷60～1442 m段（位于01161501采空區(qū)下方）每間隔50 m對上部01161501采空區(qū)打一個(gè)放水鉆孔,鉆孔長度為70 m,以探通01161501采空區(qū)為準(zhǔn)。

在01161501上巷道103～831 m段每間隔50 m對上部01151505采空區(qū)打一個(gè)放水鉆孔,鉆孔長度為70 m,以探通01151505采空區(qū)為準(zhǔn),鉆孔長度70 m,方位角208°,仰角85°,超前控制距離0 m,控制段高69.7 m,其目的是對上部采空區(qū)積水進(jìn)行疏放。

6　結(jié)語

通過排查平溝煤礦01161501工作面隱蔽致災(zāi)因素,判定工作面面臨的主要災(zāi)害,采取針對性的治理手段,建立了一套行之有效的災(zāi)害治理體系,實(shí)現(xiàn)了16＃煤層回采面的安全高效開采,豐富了堅(jiān)硬頂板條件下緩傾斜高瓦斯堅(jiān)硬煤層開采技術(shù)。

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（責(zé)任編輯張艷華）

★節(jié)能與環(huán)?！?/p>

Study on the technology of safety mining for hard and gentle dip coal seam in the gas outburst coal mine

Wu Qingfeng
（Shenhua Wuhai Energy Co.,Ltd.,Wuhai,Inner Mongolia 016000,China）

AbstractAiming at the hidden hazards that are rock burst,gas explosion and water flush during the mining process of hard coal seam with hard roof and weak confined water in the floor in the 01161501 working face,the countermeasures that are pre-explosion in the roof,gas drainage and pre-drainage were adopted,which effectively prevented the occurrence of all kinds of hazards and ensured safety and high efficiency mining.

Key words＂two hard＂coal seam,rock burst,high gas,weak confined water,pre-explosion,gas drainage

作者簡介:吳青峰（1960－）,男,內(nèi)蒙古烏海人,本科學(xué)歷,高級(jí)工程師,現(xiàn)任職神華烏海能源公司安全副總經(jīng)理,長期從事“一通三防”技術(shù)管理工作。

中圖分類號(hào)TD712.6 TD743.2 TD324.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A