魏家地煤礦在突出煤層中進(jìn)行綜放開采的研究與應(yīng)用

徐永良（蘭州煤礦設(shè)計(jì)研究院，甘肅蘭州730000）

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魏家地煤礦在突出煤層中進(jìn)行綜放開采的研究與應(yīng)用

徐永良
（蘭州煤礦設(shè)計(jì)研究院，甘肅蘭州730000）

摘要：針對(duì)煤與瓦斯突出礦井中采用綜采放頂煤采煤方法的問題，魏家地煤礦通過“立體、分源抽采”的瓦斯治理技術(shù)，使得井下煤層中瓦斯能夠得到有效治理，很好地解決了煤與瓦斯突出的問題。礦井通過多年試驗(yàn)研究，成功地在突出煤層中進(jìn)行了綜采放頂煤采煤方法的實(shí)施，不但保證了礦井生產(chǎn)安全，而且提升了礦井產(chǎn)量，降低了煤炭生產(chǎn)成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞：綜采放頂煤；煤與瓦斯突出；立體、分源抽采

煤（巖）與瓦斯突出礦井是煤礦開采中危險(xiǎn)性最大、開采條件最復(fù)雜的礦井，其為煤層中積聚的瓦斯壓力瞬間釋放使得大量破碎的煤、巖和瓦斯由煤體或巖體中突然向采掘空間拋出的異常動(dòng)力現(xiàn)象，該動(dòng)力現(xiàn)象造成的破壞性很大，有時(shí)還可能產(chǎn)生瓦斯爆炸，那將是災(zāi)難性的后果。由于煤與瓦斯突出礦井中采用放頂煤采煤方法放頂時(shí)易造成煤與瓦斯突出，因此《煤礦安全規(guī)程》（2011版）中規(guī)定突出煤層中的突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)，嚴(yán)禁采用放頂煤采煤法。而魏家地煤礦在煤與瓦斯突出煤層中率先成功進(jìn)行了綜采放頂煤采煤方法的探索與實(shí)踐，使得煤與瓦斯突出礦井在放頂煤采煤方法實(shí)踐領(lǐng)域有了新的突破［1-3］。

1　礦井概況

魏家地煤礦是甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司下屬的一對(duì)大型礦井，原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.50Mt/a，服務(wù)年限105年，礦井于1989年12月建成投產(chǎn)，初期生產(chǎn)能力僅0.10Mt/a，以后生產(chǎn)能力逐年提高，2004年實(shí)際生產(chǎn)原煤1.54Mt，達(dá)到和超過了設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，2008年核定生產(chǎn)能力為2.00Mt/a，2015年礦井改擴(kuò)建后生產(chǎn)能力達(dá)到了3.00Mt/a。

魏家地煤礦于1989年12月14日由原中國統(tǒng)配煤礦總公司以（89）中煤基字678號(hào)文批準(zhǔn)為煤與瓦斯突出礦井，礦井一、三煤層定為突出煤層。礦井主采的一、三煤層均為特厚及厚煤層，采煤方法采用綜采放頂煤采煤法。礦井自1993年以后，經(jīng)過采取以瓦斯抽采為主的綜合防治措施后，礦井在生產(chǎn)活動(dòng)過程中均未發(fā)生過煤與瓦斯突出現(xiàn)象。

2　瓦斯抽采系統(tǒng)及方法

本礦井實(shí)施綜采放頂煤采煤方法的關(guān)鍵前提是要解決煤與瓦斯突出問題。

防突的主要措施為對(duì)煤體中瓦斯盡最大可能的進(jìn)行抽采，以達(dá)到卸壓和減少回采時(shí)瓦斯的溢出。魏家地煤礦在投產(chǎn)初期就建有臨時(shí)瓦斯抽采系統(tǒng)，1994年永久系統(tǒng)建成投運(yùn)，此后，兩次對(duì)瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行增能改造，將原SK-30、SK-60型抽采泵改造為SKA-420型抽采泵，額定抽氣量達(dá)到120m3/ min；2009年再次增配了第二套地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)，配備2BEP-67型抽采泵，進(jìn)一步提高了瓦斯抽采能力。

經(jīng)過多年的研究探索，礦井形成了地面鉆井抽采系統(tǒng)、井下煤層底板巖石中巷穿層鉆孔抽采、掘進(jìn)巷道條帶超前預(yù)抽、本煤層順層鉆孔先抽后采、頂板專用抽采巷采前預(yù)抽和邊采邊抽、回風(fēng)巷高位鉆場(chǎng)大直徑巖石走向鉆孔抽采、工作面回風(fēng)巷高位鉆孔和采空區(qū)埋管抽采等抽采方法相結(jié)合的“立體、分源抽采”模式［2，4］。

2.1地面鉆井抽采系統(tǒng)

自2012年開始，魏家地煤礦通過和中國礦業(yè)大學(xué)等高校合作，在東一采區(qū)完成了地面鉆井抽采技術(shù)的工業(yè)性試驗(yàn)，并取得成功。至今已實(shí)施4口抽采鉆井，抽采效果良好。

2.2井下瓦斯抽采方法

1）穿層抽采。主要利用石門打穿層鉆孔進(jìn)行抽采，在兩幫每隔50m施工抽采鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)錯(cuò)距25m。在每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)沿煤層傾斜方向施工φ200mm大直徑穿層鉆孔提前預(yù)抽煤層瓦斯，每個(gè)鉆場(chǎng)施工3個(gè)鉆孔，鉆孔呈扇形布置，穿過一煤層頂板0.5m左右；穿層鉆孔在工作面掘進(jìn)前1～2年就可以施工抽采。

2）掘前預(yù)抽。在掘進(jìn)巷道兩側(cè)每隔50m交錯(cuò)布置鉆場(chǎng)，在每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)沿煤層走向施工φ94mm煤層鉆孔9個(gè)（可根據(jù)實(shí)際情況增減鉆孔數(shù)量），孔深為70～80m，鉆孔終孔距巷幫外廓3～5m以上，預(yù)抽掘進(jìn)工作面前方煤層瓦斯。

掘進(jìn)頭前方瓦斯卸壓區(qū)域范圍不小于30m，嚴(yán)禁超前掘進(jìn)。

3）采煤工作面采前預(yù)抽。利用兩順槽已形成的鉆場(chǎng)沿煤層傾向施工φ94mm煤層鉆孔8個(gè)（可根據(jù)實(shí)際情況增減鉆孔數(shù)量），鉆孔分兩排施工，每排4個(gè)孔，上排見煤層頂板，下排在煤層中部。孔深為70～80m，預(yù)抽采煤工作面煤層瓦斯。工作面兩順槽外側(cè)的鉆場(chǎng)沿傾斜方向施工的順層抽采孔可以對(duì)相鄰工作面煤體提前預(yù)抽。

4）邊采邊抽。采煤工作面正常回采時(shí)，兩順槽鉆場(chǎng)內(nèi)的鉆孔繼續(xù)抽采。

5）上隅角及采空區(qū)瓦斯抽采。上隅角和采空區(qū)瓦斯抽采主要是利用對(duì)回采工作面后方采空區(qū)埋管抽采來實(shí)現(xiàn)。

6）頂板巖石走向鉆孔代替走向高抽巷抽采。在部分煤層厚度比較厚，瓦斯涌出量比較大的區(qū)段，可在工作面集中上（下）山中施工頂板鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)內(nèi)錯(cuò)回風(fēng)巷10～15m布置，距1層煤頂板垂直距離5m左右。在鉆場(chǎng)內(nèi)向煤層頂板巖石中施工近水平走向大直徑鉆孔一組3個(gè)，鉆孔深度600m，試驗(yàn)以大直徑鉆孔代替走向高抽巷抽采瓦斯。鉆孔施工在距煤層頂板30～50m的裂隙帶，隨著工作面推進(jìn)可以抽采采空區(qū)裂隙帶瓦斯。

3　瓦斯抽采效果

通過大規(guī)模的瓦斯抽采，大大降低了煤層瓦斯含量和涌出量，在瓦斯治理方面取得了很好的效果，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1）降低了掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量。預(yù)抽瓦斯之前，一個(gè)煤巷普掘工作面，斷面為10.4～12.7m2的巷道，工作面瓦斯涌出量曾高達(dá)10m3/min，平均百米巷道瓦斯涌出量為5.02m3/min，預(yù)抽瓦斯之后，同樣斷面的煤巷掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量明顯減少，平均百米煤巷的瓦斯涌出量?jī)H為1.78m3/min（見表1）。

表1　抽采前后掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量對(duì)比

2）降低了回采工作面的瓦斯涌出量。抽采瓦斯之后的回采工作面的瓦斯涌出量普遍降低，西一采區(qū)的102工作面自開采后，隨著工作面推進(jìn)，瓦斯涌出量由4月份的5.5m3/min上升到9月份的10.56m3/min，上隅角瓦斯超限次數(shù)多達(dá)51次。通過施工鉆孔抽采瓦斯之后，工作面瓦斯涌出量及上隅角瓦斯超限次數(shù)明顯降低，工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量呈明顯下降趨勢(shì)（見表2）。

表2　102工作面抽放前后瓦斯涌出量比較

3）降低了煤層的突出危險(xiǎn)性程度。使用鉆孔瓦斯涌出初速度值和鉆屑量值預(yù)測(cè)工作面突出危險(xiǎn)性的測(cè)定中，未抽采區(qū)域的超標(biāo)次數(shù)大大超過已抽采區(qū)域的超標(biāo)次數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，40次預(yù)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)的測(cè)定70%發(fā)生在預(yù)抽瓦斯之前（或剛開始預(yù)抽瓦斯），1991年礦井開展瓦斯抽采以后，煤巷掘進(jìn)過程當(dāng)中預(yù)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)的現(xiàn)象大大減少，僅在少數(shù)巷道出現(xiàn)過超過突出指標(biāo)臨界值的情況。

通過瓦斯抽采，煤層的瓦斯含量均不同程度的減少。已采區(qū)各工作面的瓦斯抽采率從11.7%增加70%以上。

4　綜采放頂煤采煤方法實(shí)施及開采情況

由于魏家地煤礦主采煤層厚度較厚（1煤層厚度為0.05～46.27m，平均13.08m），采用分層回采成本高，產(chǎn)能低，魏家地煤礦根據(jù)1993年以后礦井瓦斯治理及瓦斯抽采的實(shí)際情況，于1995年11月在西一采區(qū)110工作面進(jìn)行了綜采放頂煤采煤方法試驗(yàn)研究工作，研究結(jié)果表明，經(jīng)過抽采后，煤與瓦斯突出問題得到很好解決，采用綜采放頂煤開采過程中工作面瓦斯能夠得到有效治理。礦井在此后的各回采工作面均采用了綜采放頂煤采煤方法，礦井的生產(chǎn)能力也逐年在攀升。魏家地煤礦經(jīng)過20多年的安全生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，“立體、分源抽采”瓦斯治理技術(shù)能夠確保綜采放頂煤工作面安全回采，該方法也得到了相關(guān)專家的認(rèn)可。

5　結(jié)語

魏家地煤礦隨著生產(chǎn)能力的增大，在安全生產(chǎn)方面的研究和投入也同時(shí)加大。目前礦井以兩個(gè)綜采放頂煤工作面達(dá)到3.00Mt/a生產(chǎn)能力，礦井瓦斯抽采實(shí)現(xiàn)了地面鉆井和井下鉆孔同時(shí)抽采，礦井配備了國內(nèi)最先進(jìn)的安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，有效地保證了礦井的生產(chǎn)安全。

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