张志良 杜润魁 兰发林 孙云虎

(河南煤业化工集团安阳鑫龙煤业公司,河南省安阳市,455133)

★煤矿安全 ★

矿井区域综合防突关键技术探讨

张志良 杜润魁 兰发林 孙云虎

(河南煤业化工集团安阳鑫龙煤业公司,河南省安阳市,455133)

结合安阳矿区瓦斯地质条件和井田实际情况,阐述了在防治煤与瓦斯突出的区域综合防突措施中,所实施的工作面底板岩石抽放巷、穿层钻孔和顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯,以及提高开拓后预测可靠性方面的具体措施和参数设计方法。

区域综合防突 煤与瓦斯突出 瓦斯抽放 预测

AbstractOn the real conditions of the mine field and gas geological conditions in Anyang coal mine area,an account is given in this paper on the locally integrated key technology for the prevention of coal/gas outbursts,which include the preparation of rock drift for gas extraction under coal face floor,pre-drainage of mine gas from drill holes penetrating coal seams and strata and gas drainage from drill holes parallel to the seams and strata,and the actual measures and design parameters for improving the post development forecast reliability.

Key wordslocal integrated preventive measures against outbursts,coal/gas outburst,gas drainage and extraction,forecast

1 井田概况

安阳矿区主要含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组,二1煤层为主要可采煤层,平均厚度5.76 m,为一稳定型煤层;由于二1煤层距离上部一11和一12煤层多达120 m,所以二1煤层无保护层可开采。安阳鑫龙煤业 (集团)公司现有6座矿井均为煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井,据统计,建矿以来发生煤与瓦斯突出206次,最大突出煤量1070 t,最大突出瓦斯量167435 m3。随着矿井开采深度的增加和开采能力的快速增长,瓦斯综合治理和区域瓦斯防突工程已成为制约生产发展的瓶颈。经过多年探索,在“区域防突措施先行,局部防突措施补充”的原则指导下,各矿均建成正常运行的井下瓦斯抽放系统,并且探索了一套适合矿区地质条件和矿井生产特点的区域综合防突措施。

2 区域综合防突措施

安阳矿区建井时间较早,由于受当时勘探技术条件所限,地质勘探精度不高,可供参照的瓦斯地质资料比较少。在新采区开拓前无法进行区域预测,只能进行开拓后区域预测。为了确保开拓后预测的可靠性、准确性、有效性,首要的是做好区域防突的整体设计并贯穿在整个开拓过程中。其中包括:(1)在不同的区段布点收集有代表性的瓦斯参数,收集不同阶段瓦斯含量、瓦斯压力参数;(2)根据区域治理方案预抽煤层瓦斯后再测定煤层的瓦斯含量和瓦斯压力,检验预抽后的瓦斯含量和瓦斯压力是否超过临界值 (分别为 8 m3/t和 0.74 MPa);(3)通过综合评价抽放效果,来决定所采取的防突措施和参数。

2.1 底板抽放巷预抽煤巷条带瓦斯措施的设计参数

如图1和2所示,在采煤工作面回风巷、进风巷附近施工底板岩石抽放巷。抽放钻孔终孔排间距应根据钻孔的有效抽放半径来确定,钻孔的终孔间距应小于等于钻孔的有效抽放半径 (r)的2倍,即:L≤2r;每个钻场布置的钻孔行数 (N)应该满足 (1)式。

式中:S1——预消突煤巷上帮控制距离,m(倾斜、急倾斜煤层为20 m,其它缓倾斜煤层为15 m);

S2——预消突煤巷下帮控制距离,m(倾斜、急倾斜煤层为10 m,其它缓倾斜煤层为15 m);

H——巷道宽度,m;

L——钻孔的终孔间距,m。放半径 (按L≤2r的要求)设计钻孔密度。

2.2 顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯钻孔数量计算

根据《防治煤与瓦斯突出规定》49条的规定,顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施的钻孔控制回采巷道外侧的范围是:倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20 m,下帮至少10 m;缓倾斜煤层巷道轮廓线两侧为15 m,控制的条带长度不小于60 m。设计钻孔应注意如下3方面问题。

(1)第1个挂耳钻孔附近往往留有空白带,过去设计抽放钻孔时考虑终孔控制煤巷轮廓线上帮和下帮控制距离,而没有考虑由于钻孔是呈扇形布置的,故刚开孔的间距很小,正确的做法应是根据抽放半径,设计不同长度的钻孔,呈扇形布置消除空白带 (见图3),钻孔的数量 (y)由式2得出。

在施工工程中应注意如下两个方面的问题。

(1)钻场间距应根据所需要打的钻孔行数、钻场距煤层的间距大小、钻机的性能来确定:一是严格控制好钻孔长度,不宜太长;二是方向必须准确无误。

(2)确定钻孔的有效抽放半径与煤层的透气性、抽放时间、抽放钻孔的直径大小、抽放负压等因素直接有关,在设计钻孔的密度时要充分考虑预抽时间、钻孔直径大小、抽放负压大小 (孔口负压不低于13 kPa)。有效抽放半径应根据不同的抽放时间进行实际测定 (如预抽时间为30 d、60 d、90 d、120 d、150 d、180 d等的抽放半径),根据抽

L——钻孔控制的条带长度,m(L≥60 m);

S1、S2——分别是钻孔控制巷道轮廓线外上、下帮范围,m(倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20 m,下帮至少10 m,缓倾斜煤层巷道轮廓线两侧为15 m)。

图3 顺层钻孔设计数量计算示意图

(3)钻孔抽放有效半径 r也要根据抽放时间、煤层透气性、钻孔直径、抽放负压、实际经验测得。

3 结论

瓦斯防突钻孔方位差毫厘,钻孔终孔位置谬无边,误差超过规定偏差就起不到防突的作用。故要在钻场内标定巷道设计中线,以垂直巷道中线点为基准线,准确标定钻孔的方位角和倾角,并严格按照设计施工。防突钻孔施工要进行严格验收,超过误差的必须及时补孔;做到“施工必须验收,验收必须严格,验收必须及时,终孔必须填图”的“四必须”制度。

[1]俞启香.矿井瓦斯防治 [M].徐州:中国矿业大学出版社,1992

[2]林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术 [M].徐州:中国矿业大学出版社,1998

[3]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册 [M].北京:煤炭工业出版社,2005

[4]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术 [M].北京:煤炭工业出版社,2001

(责任编辑 梁子荣)

On the key technology for comprehensive prevention of outbursts in local mine field

Zhang Zhiliang,Du Runkui,Lan Falin,Sun Yunhu
(Anyang Xinlong Coal Co,Henan Coal&Chemicals Group,Anyang,Henan province 455133,China)

TD713

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张志良 (1965-),男,河南信阳人,1987年7月焦作矿院毕业,高级工程师,现任河南煤业化工集团安阳鑫龙煤业通风副总工程师。