唐改卫

(郑州磴槽企业集团金岭煤业有限公司,河南登封 452470)

保护层开采治理瓦斯技术在金岭煤矿的应用

唐改卫

(郑州磴槽企业集团金岭煤业有限公司,河南登封 452470)

矿井位于登封市君召乡境内,东北距登封市约35km,距郑州市100 km,西北距洛阳约80km。矿井2000年3月份开始建设,2003年4月份正式投产,2009年整合属地方单独保留矿井,矿井生产能力0.6Mt/a,属“六证”齐全的生产矿井。

保护层 瓦斯技术 应用

1 一7煤层作为下保护层的可行性

金岭煤矿主采煤层为二1煤层，厚度0.18～10.36m，平均3.54m，全区可采，为高瓦斯煤层，瓦斯含量5.5～11.7m3/t，煤层硬度系数f为0.15～0.35，煤层透气性系数为0.0015～0.002，属于难抽采的三软煤层，本煤层抽放效果差；二1煤层下部层间距20～22m处有层一7煤，厚度0.29～0.83m，平均0.5m左右，赋存极不稳定，属局部可采的低瓦斯煤层，瓦斯含量0.5～1.5m3/t，两层煤的煤层倾角均为28°-30°，根据煤矿保护层开采理论，一7煤层具备下保护层开采条件。

1.1 开采下保护层的最小层间距

按《防治煤与瓦斯突出规定》附录D.4规定，开采下保护层时，不破坏上部被保护层的最小层间距离可用下式确定：

当α＜60°时 H=KMCosα

式中：H——允许开采的最小层间距，m；M——保护层的开采厚度，0.7m；α——煤层倾角，30°； K——顶板管理系数。冒落法管理顶板时，K取10。经计算，开采的最小煤层间距H为6.1m，小于一7煤和二1煤的平均间距20～22m，符合最小保护范围的规定。

1.2 开采下保护层的最大保护垂距

一7保护层与二1被保护层最大有效垂距S下(m)按照《防治煤与瓦斯突出规定》附录D中公式(D.1)计算如下：S下= S＇下β1β2

式中：S＇下—下保护层的理论最大保护垂距，m。它与工作面长度L和开采深度H有关，S＇下根据《防治煤与瓦斯突出规定》表D.3可以查出：一7煤层工作面采深为400m、工作面长度为135m时S＇下=136.2，β1—保护层开采的影响系数，β1=M/M0，M为保护层的开采厚度，m；M0为保护层开采的最小有效厚度，m。我矿一7煤层平均厚度0.5m，开采厚度最小为0.7m。则：β1=M/M0=0.5/0.7=0.71。

β2—层间硬岩含量系数，一7煤层上部有一层7.5～8m厚硬一7灰岩，β2取1。

代入公式：S下= S下β1β2=136.2×0.71×1=96.7m

从以上计算得知：一7煤层如作为二1煤层的下保护层，其最大有效保护距离为96.7m，最小保护垂距为6.1m，一7煤层和二1煤层层间距为20～22m，符合最大保护间距和最小保护距离要求，是理想的下保护层。

因此，根据以上计算结果，我矿将一7煤层作为下保护层进行开采，区域解放二1煤层。同时，采取底板岩巷瓦斯抽放技术，综合治理二1煤层瓦斯问题是切实可行的。

2 一7下保护层倾向和走向保护范围确定

2.1 一7下保护层倾向和走向保护范围确定依据

按照《防治煤与瓦斯突出规定》附录D.1规定，开采下保护层时沿倾斜方向的保护范围可根据卸压角δ划定，如图1所示。

图1

保护层工作面沿倾斜方向的保护范围

2.2 保护层保护范围及有关参数的确定

(1)倾斜方向卸压角的确定；我矿自2004年以来利用保护层开采结合瓦斯抽放技术进行区域瓦斯综合治理以来，通过对1708、1709、1710、17111、17134、17143、17124等工作面的保护范围进行了详细的测定、计算、总结，得出一7煤层倾斜方向开采卸压角ó1=7 1°、ó2=89°。如被保护的二1煤层工作面的倾向开采长度按120m设计，则保护层一7煤层开采保护长度L’(m)按下式计算。L’=L”+H/tan71°+H/tan89°=120+20/2.904+20/5.729=127.236m。

因此，根据计算结果表明，当被保护层二1煤工作面的倾向长度为120米时，一7煤层的开采倾向长度必须大于128米，如图2所示：

图2

(2)走向方向卸压角的确定；我矿一7煤层走向方向开采卸压角经测定ó=56°，停采垮落有效保护角ó＇=60°。如被保护层二1煤层工作面的走向开采长度按500m设计布置，则保护层一7煤层开采保护长度L(m)确定如下：L=L1+H/tan56°+H/tan60°=500+20/1.483+20/1.732=525m。根据计算，当被保护层二1煤工作面走向长度为500米时，一7煤保护层的开采走向长度必须大于525米，即二1煤工作面的开采切眼应布置在一7煤工作面始采线13.5米以内；二1煤工作面的停采在一7煤工作面停采线11.5米以内。如图3所示：

图3

3 保护层开采的采掘方案总体布置及开采顺序

3.1 保护层开采的采掘方案总体布置

我矿为斜井多水平的开拓方式，4个斜井均布置在井田的中央；中央并列的通风方式；现开采一水平 ，东西两翼各布置两个双翼采区，每个采区布置一个采煤工作面，1-2个掘进头。井筒、水平大巷、采区上山均布置在一7煤层底板的L3-L4岩层中。一7煤层工作面和二1煤层工作面均实行跨水平大巷、采区上山的无煤柱开采方法。

3.2 保护层开采的采掘开采顺序

首先，一7煤层上、下副巷及专用抽放巷掘进→一7煤层工作面开采→抽采二1煤层卸压瓦斯→瓦斯抽放达到要求，一般为8-10个月后→进行二1煤层上下巷的掘进→最后进行二1煤层工作面的回采。

要求，一7煤层上下巷及专用瓦斯抽放巷的掘进、一7煤层工作面回采、二1煤层掘进、二1煤层工作面回采应安排在不同的采区和不同的区段中进行作业。杜绝巷道对口，回风压茬等，做到每个头、面回风独立。做到“掘、抽、采、用”平衡。

4 保护层开采的瓦斯治理效果

4.1 瓦斯抽放量

目前矿井瓦斯抽放量为30～35m3/min(浓度33%左右)，纯量10～12m3/min，年抽放瓦斯(纯量)达400万m3以上。

4.2 瓦斯抽放效果

矿井瓦斯抽放率达到35%-45%，随着瓦斯抽放力度的加大，矿井瓦斯抽放率将进一步提高。

(1)二1采煤工作面；保护层开采后，通过抽放后的二1煤工作面的配风量，由原来的950m3/min降至500m3/min，工作面上副巷回风瓦斯浓度也由原来的临界状态降为0.2%～0.3%，绝对瓦斯涌出量由原来的8.5m3/min-10m3/min，降低到目前的3m3/min以下，使采煤工作面回风的绝对瓦斯涌出量降低了70%以上，生产过程中再也没有出现瓦斯超限和上隅角瓦斯积聚现象。从而较好地解决了生产过程中的瓦斯超限和煤尘飞扬问题，并使回采产量得以大幅提高。

(2)二1煤掘进工作面；过去在没有解放的二1煤层巷道中掘进，采用2×15kW对旋轴流风机，供风300m3/min的情况下，回风瓦斯浓度达0.6%以上，打瓦斯释放孔期间瓦斯经常超限。月进尺不超过50米，瓦斯大的时候，不得不停止作业。现在在解放后的煤巷中掘进，采用单2×15kW对旋风机开单机，供风200m3/min的情况下，瓦斯基本在0.15%～0.2%，掘进速度也由过去的月进不足50m提高到目前的180m左右，实现综掘机械化，既保证了安全掘进，又缓解了生产接替紧张的问题，取得了一举多得的好效果。

5 矿井瓦斯利用

5.1 民用瓦斯

我矿04年初进行瓦斯抽放，11月份建成了矿井民用瓦斯系统工程，2006年9月矿井安设一台4吨瓦斯锅炉，冬季进行供气、取暖。伙房和瓦斯锅炉每年节省煤炭至少2600吨，年收益在182多万元以上

5.2 瓦斯发电

2005年矿投入资金1000余万元，建成矿井瓦斯发电厂，目前6台500kW的发电机组投入正常运行。每年度矿井瓦斯发电800万kWh以上，电费按上网电价0.75元/度进行计算，年收益600多万元。

5.3 CDM项目

我矿2006年3月份和英国瑞炭投资公司进行瓦斯利用项目的国际合作，即矿井抽放上来的瓦斯进行民用、发电、烧锅炉等全部利用，不排到大气中，减少大气污染，该项目已经通过挪威国际船级社的审查，国家发改委的审批，已在联合国注册成功，注册代码“1931”，2009年-2010年减排碳量10万多吨，每年获得英国政府提供的资金在400万元。

6 金岭煤矿保护层开采瓦斯综合治理的认识

近年来，我矿在瓦斯综合治理及利用方面，虽然做了一些工作，摸索了一点经验，但与淮南、铁法、阳泉等省属局、矿瓦斯治理的先进单位相比，差距还很大。防治瓦斯工作是一项长期而又艰巨的工作，任重而道远，我们要以此次会议为动力和新的起点，虚心向各兄弟单位学习，借鉴先进经验，进一步拓宽工作思路，树立科学发展观。认真落实党和国家及上级领导近期关于瓦斯治理工作的一系列指示精神，不断加大安全投入，全面提高瓦斯综合治理技术水平，努力开创我矿安全生产新局面。