淮北煤田区域性防治煤与瓦斯突出对策 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2008-10-06

中图分类号：TD713文献标志码jA文章编号：0253—2336(2008)04—0054—04
　　
　　1概述
　　
　　淮北矿区现有生产矿井16对，年生产能力2．5×10。t。主要开采缓倾斜煤层群，含煤4～8
　　
　　层，可采煤层总厚8～18m，煤种齐全，品质优良，以气煤、肥煤、焦煤为主，煤质为低灰一中
　　
　　灰，中高挥发分。含煤面积6912km2，煤层气资源量3159亿m。。矿区地质构造极为复杂，岩浆岩侵蚀严重。煤层瓦斯含量6～22m3／t，瓦斯压力为0．1～4．5MPa，煤层透气性系数为O．0028～0．01m2／(MPa2•d)。有7对煤与瓦斯突出矿井，先后发生煤与瓦斯突出事故45起。近年来淮北矿区认真落实瓦斯治理“十二字方针”，以科技创新为复力，不断推进瓦斯治理技术进步，已连续5年消除瓦斯突出动力现象。“一矿一策，一面一策”瓦斯治理格局已基本形成，在此基础上，矿区制定了纠“区域治理为主、局部治理为辅”的瓦斯治理苗略，瓦斯治理初见成效。
　　
　　2突出危险煤层区域性防突技术研究
　　
　　淮北矿区煤系地层属石炭二叠纪，有3，7．8，9四个突出煤层，其中7，8，9煤层为强突＆
　　
　　危险煤层，煤层松软，透气性差。2003年以来．矿区从基础理论研究人手，从设计源头把关，实行一突过程控制，开展了上煤组组合保护层、远距离下保护层的卸压开采区域防突研究；无保护层实行板强化抽放、地面压裂抽放等区域性预抽防突技研究；对弱突出危险煤层则实行下向顺层长钻孔建掩护区域性预抽防突技术研究等，形成了淮北矿区域性防突技术体系。
　　
　　2.1不稳定薄煤层组合开采保护层防突技术
　　
　　祁南矿81采区含煤情况。二叠系下石盒子组含6(6，，󈶆，63)，7(7I，72)，8和9煤层，72煤层厚度0～4．5m，一般厚2．2～2．8m，属中厚较稳定煤层，局部存在缺失现象。71煤层厚O～1.4m以薄煤层为主，煤层结构简单，属较稳定煤层。距7：煤层间距0～2m，与7：煤为分叉合并关系：上覆20～50m内6、～6，煤层煤厚变化较大，不能连续开采，7：煤之下30m范围内含8，9煤均不可采。7，煤层为煤与瓦斯突出煤层，采区生产准备过程中曾发生6次煤与瓦斯突出动力现象，突出类型复杂，最大突出量100t。
　　
　　72煤层瓦斯压力1．8～3．5MPa，瓦斯含量10-14m3／t；煤层普氏系数厂为0．18，为松软煤层；钻孔流量衰减系数为0．0512d～，煤层透气性系数为0．0486m2／(MPa。•d)，属难以抽放煤层。
　　
　　61～63，煤层煤厚变化较大，每层煤平均厚为1m左右，只有部分区域可采，因此6煤组的单一煤无法完全保护7煤层，为此采用开采上部6煤层为下行开采卸压技术。在被卸压煤层底板布置巷道．施工穿层钻孔穿透7：，7，煤层至顶板0．5m处（图1），拦截抽放72，71，煤层的卸压瓦斯。由于6煤保护层开采的卸压作用，7煤层纵向裂隙、离层裂缝高度发育，煤层透气性提高数百倍，瓦斯抽放半径提高近20倍，抽放钻孔工程量因此大幅减少，抽放效果十分明显。通过预抽使煤层瓦斯含量降至5m3/t以下，不但能够区域性消除煤与瓦斯突出危险性，而且可以明显减少突出煤层瓦斯含量，使72，煤层煤巷掘进和煤层回采在消除瓦斯威胁条件下进行，从而实现了掘进、回采的安全高效。
　　

　　2。2远距离下保护层开采防突技术
　　
　　海孜矿Ⅱ102采区主要可采煤层为7，8，10煤层，其中7，8煤层为突出煤层，10煤层距7煤
　　
　　层约120m。距7煤层顶板55m处呈矿床分布着稳定的火成岩，平均厚度为140m。按照优先开采保护层的原则，选择开采10煤层作为下保护层的区域性防突措施。根据矿压理论，保护层开采后，上覆煤岩层因采动变形，形成竖向的“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲带，在裂隙带内形成的裂隙主要为岩层断裂后产生的大小不等的垂向裂缝和岩层离层后形成的离层裂隙。在弯曲带内形成的裂隙主要为岩层离层后形成的离层裂隙和少部分岩层断裂后形成的垂向裂缝。根据上下层位的岩体沉降速度不同及压实时间的长短，离层裂隙也分三带：离层裂隙发育带、离层裂隙衰减带、离层裂隙闭合带。
　　
　　由于海孜矿独特的地质条件，在10煤层保护层开采过程中，由于被保护层7煤层顶板非常坚硬
　　
　　巨厚火成岩的支撑作用，使得上覆岩层下沉压实的时间延长，离层裂隙闭合带出现的时间也大幅延长，富集瓦斯的空间长期存在，利于瓦斯的抽放。为此选用地面钻孔、底板穿层钻孔抽放卸压7，8煤岩层瓦斯方法，钻孔布置如图2所示。
　　

　　地面钻孔分别布置在离开切眼120m和375m处，两钻孔间距255m，钻孔穿过7，8，9煤层至0煤层顶板以上4～5m时止，此段下直径139．7mm均筛管(孔径为9．17mm)，最终改直径94mm钻头至10煤层底板，并用095Iilm木柱堵孔底。Ⅱ1021工作面于2006年3月1日回采，至2007年3月工作面回收，历时12个月，地面钻井绝对瓦斯抽放量为5～12m3／min，抽放纯瓦斯累计3．1×106m3。在工作面回风巷每隔200～300m施工一个高位钻场，钻场底板距煤层顶板留有20m的岩柱，钻场内布置2～3个穿层钻孔，钻孔孔底间距为100m，终孔穿过7煤煤层至顶板0．5m处，过9，8煤段采用筛管护孔，可有效地抽放煤层卸压瓦斯。顶板钻孔绝对瓦斯抽放量2～6m3／min，累计抽放瓦斯1．7×10。m。。中组煤累计抽放瓦斯4．8×10。m。，抽放率73％，从而达到解突效果。
　　
　　2。3无保护层开采区域性穿层预抽防突技术
　　
　　2．3．1穿层钻孔预抽技术
　　
　　对无解放层开采的突出煤层，采用底板布置岩石巷道、施工底板穿层瓦斯抽放钻孔，已经作为淮北矿区一种常规、实用的区域防突措施和瓦斯治理措施而长期采用，施工技术、手段日臻成熟，应用效果不断改善、提高。
　　
　　底板岩巷穿层钻孔抽放原理：通过向突出煤层内打大量的密集钻孔使煤体区域卸压，同时抽放瓦斯释放其潜能，然后再经过较长时间的预抽煤层瓦斯使瓦斯压力与瓦斯含量进一步降低，并由此引起煤层的收缩变形、地应力下降、透气系数增高、地应力与瓦斯压力梯度减小和煤的普氏系数增加等变化，从而达到消除突出危险睦的目的。
　　
　　底板瓦斯抽放巷位置选择：底板瓦斯抽放巷的主要用途是施工并利用穿层钻孔和管网抽放煤层瓦斯，掩护煤巷掘进及工作面回采前、中、后的瓦斯抽放。底板瓦斯抽放巷道位置距离煤层太远，会造成所打的穿层钻孔过长，增加打钻工程量；距离煤层太近，会由于岩柱的抵抗力不足造成突出安全隐患。底板抽放巷一般布置在岩性较好、距煤层底板20～30m的岩层中。
　　
　　钻场、钻孔的布置方式：沿岩石集中巷和岩石轨道巷分别布置若干钻场，钻场间距一般为25m，
　　
　　每个钻场内沿走向和倾向共布置3列5行共15个95mm的瓦斯抽放钻孔；钻孔有效抽放半径为5
　　
　　m，钻孔的孔底间距为7～10m；每个钻场钻孔沿煤层走向控制范围30m；双岩巷抽放钻场钻孔沿煤层倾向控制范围120m左右(采煤工作面设计长度不超过120m)。
　　
　　钻场内的所有穿层钻孔施工完毕后通过封孔管连入地面永久瓦斯抽放系统，对该区段突出煤层曼行长期瓦斯抽放，预抽期1～3a，单孔流量为0．005～0．01m3／min。抽放后瓦斯含量降至8m3／t、瓦斯压力0．74MPa以下时，才允许进行生产准备布置煤巷，从而实现采前消突。
　　
　　2．3．2地面钻井压裂预抽技术
　　
　　芦岭矿是淮北矿区突出最严重的矿井之一，曾发生过突出煤量为10500t，瓦斯量为1．23×106m。的瓦斯突出事故。随着矿井的延伸，，瓦斯压力瓦斯含量越来越高，开采煤层将全部升级为突出煤层，岩巷施工期间也面临瓦斯超标问题，传统的穿层钻孔预抽技术显得单一，为寻找矿区瓦斯治理的新途径，近年来矿区试验运用了地面压裂钻井提前预抽瓦斯新技术，如图3所示。
　　

　　按照矿井采区接替，选择在三水平东部Ⅲ101采区进行压裂试验。该采区走向长1900m，倾斜
　　
　　长730m，面积0．72km。，煤储量6．26×106t。区将在2015年后开采。Ⅲ101采区地面共布置，口井，组成正方形井网及矩形网，正方形网井距300m×300m，并布置1口中心井，矩形网井距220m×300m。第1口井于2005年开始打孔，最高日产瓦斯600m。，平均400m。，现累计产气量1．3×106m3。新增6口井于2008年2月份完成压裂共对2个含煤组3个煤层进行压裂，单孔压砂50～85m3。7口井同时排采，煤层产气排采量达到5600m。／d。预计10a产气量2359×104m3抽放率达到27．5％，其中10煤抽放率将达到44％．达到解突目的。
　　
　　2.4弱突出煤层防突技术
　　
　　祁南矿32煤层位于上石盒子组下部，煤层厚0．66～4．54m，平均2．38m，以中厚煤层为主。层结构复杂，属较稳定煤层，是矿井主采煤层之一。瓦斯压力为2．05～3．05MPa，瓦斯含量为8.76～10．07m3／t，32煤层的煤体坚硬，没有发生瓦斯动力现象，但在构造带附近经常出现顶钻、钻、喷孔现象，属于弱突出危险煤层。由于32层谋体坚硬，施工长钻孔可以有保证，故采用下向煤层长钻孔递进掩护煤层巷道掘进和工作面回防突技术。
　　
　　如图4所示，在工作面运输巷的下帮，向下一段工作面施工长钻孔(90m左右)，穿过中间巷
　　
　　置10m，钻孔沿煤层倾斜覆盖瓦斯抽放工作面半顾斜区域，对工作面上半倾斜区域进行瓦斯预
　　
　　抽，消除突出危险后，施工中间巷，中间巷再向下施工倾斜长钻孔，保护下区段内的运输巷；运输巷的下帮再施工下向钻孔，保护下一区段的中间巷，依此类推，一步步向煤层深部推进，通过预抽，在巷道掘进和工作面回采前将弱突出危险煤层转变为低瓦斯煤层，达到区域性消突的目的。
　　

　　3结语
　　
　　淮北矿区防突由局部治理为主向区域性治理为主经历了较长的转型过程，特别是老矿井开采程序的变化和生产布局的调整，必须有宏远的战略思路和可靠的政策支撑作为保障。区域性防突技术既需要空间的接替又必须有时间的保证，只有做到时空交替的合理规划，才能保证瓦斯治理措施的连贯性、可靠性和可持续性。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]程远平，俞启香．中国区域性瓦斯治理技术的发展[A]．中国(淮南)煤矿瓦斯治理技术国际会议论文集[c]．徐州：中国矿业大学出版社，2007．
　　
　　[2]李伟．地面钻井“一井三用”先抽后采治理瓦斯综合研究[A]．第32届国际矿山安全研讨会论文集[c]．北京：国家煤矿安全监察局，2007．
　　
　　作者简介：聂政(1967一)，男，安徽六安人，注册安全工程师，长期从事“一通三防”技术管理工作。Tel：0561—4953161

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ljy64

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2008-10-06