深部薄煤層無(wú)煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)應用實(shí)踐

2009年10月礦業(yè)安全與環(huán)保第36卷第5期深部薄煤層無(wú)煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)應用實(shí)踐陳家云' ,何勇',程建圣2(1.淮南礦業(yè)集團公司謝一礦,安徽淮南232001; 2.煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院,重慶400037)摘要:以謝一礦5121B10工作面為例,針對深部薄煤層,采用“Y"型通風(fēng)技術(shù),并在留巷段施工網(wǎng)格立體式穿層鉆孔,攔截抽采鄰近突出煤層的卸壓瓦斯,實(shí)現了無(wú)煤柱煤與瓦斯共采。關(guān)鍵詞:深水平;保護層;無(wú)煤柱;煤與瓦斯共采中圖分類(lèi)號:TD823.4* 8;TD712*.67文獻標志碼:C文章編號:1008 - 4495(2009)05 -0060 -03謝一礦1952年11月投產(chǎn),設計年生產(chǎn)能力為(一期走向長(cháng)650 m),傾斜長(cháng)168~172 m,平均30萬(wàn)to2005年底,集團公司對謝一礦和望峰崗礦建170 m,開(kāi)采面積為19.08萬(wàn)m2 ,煤厚1.3~1.7 m,平項目部進(jìn)行資源和系統的合并后,井田技術(shù)邊界和礦均1.5 m,為單- -型煤層結構,煤層賦存不穩定,局部井生產(chǎn)能力發(fā)生了巨大變化,改擴建后的設計生產(chǎn)能塊段為無(wú)煤區。煤層傾角19°~24° ,平均21°。該面力達300萬(wàn)t。謝一礦北與新莊孜煤礦毗鄰,南至隗北起-720 m.-780 m中央石門(mén),南至F13 -4斷層，店斷層(淺部以新謝邊界和VI- -VI為界) ,西以A1煤上限標高-714.6 m,下限標高-783.6 m, -720 mIV層露頭線(xiàn)為界,東止于-1 200 m C15煤層等高線(xiàn),礦線(xiàn)石門(mén)以北下伏的5121 B9b工作面在2005年已經(jīng)回.井淺部( -660 m以上)走向3.29 km,深部( -660 m采完畢，上覆B11ab煤層未回采。該工作面范圍內以下)走向8.1 km,全礦井總面積約28.9 km'。謝一BI0煤層總體呈單斜構造形態(tài),地質(zhì)構造復雜,F13 -4礦1979年被定為突出礦井,可采煤層13層,其中斷層走向SE100°~115°,傾向NE13°~205°,傾角C15、C13、B11b、B9b、B4b為突出煤層，B7、B8煤層為39° ~69° ,落差2 ~4 m,工作面回采期間有一定的影富瓦斯煤層。煤層瓦斯含量較高,C13、B11及B9煤.響。根據謝一礦井田煤層群賦存和瓦斯地質(zhì)條件分層瓦斯含量高達15 ~ 20 m'/t。 實(shí)測各主要煤層最大析,采用非突出煤層保護突出煤層(BI0煤層保護瓦斯壓力:C13煤層4.2 MPa, B11煤層3. 47 MPa,B11b、B9b煤層,B6煤層保護B4b煤層) ,弱突煤層保:B9b煤層5.4 MPa, B4b煤層2.1 MPa"。護強突煤層(C15、C14煤層保護C13煤層)的開(kāi)采程序。因B10煤層上距B1Ib煤層26.88m,下距B9b煤1工作面概況及 瓦斯來(lái)源分析層35 m,因此B10煤層是Bllb煤層理想的下保護層，謝一礦5121B10保護層工作面走向長(cháng)1120 m .也是B9b煤層理想的上保護層,見(jiàn)圖1- -2。-720m INV石門(mén)-720m中央石門(mén)B10-720 m B10回風(fēng)巷底板55121B10工作面下山======2780mBI0底板巷_.采-780 m BI0機巷-780m V石門(mén)40m1-.780 m中央石門(mén)圖15121B10 工作面平面示意圖5121B10工作面于2008年4月下旬開(kāi)始回采，初次放頂后工作面瓦斯涌出量逐漸增大,正?；夭沙醮畏彭斍?工作面絕對瓦斯涌出量為37 m/min。期間工作面絕對瓦斯涌出量為97 m/min, 最高達15 |中國煤化工/min,抽采率92%。收稿日期:2008 -09 -03;2009 -03-16修訂出資料分析,其瓦斯CNMH G量寫(xiě)BI:煤層厚作者簡(jiǎn)介:陳家云(1980- -),男,安徽壽縣人,助理工程師,2000年畢業(yè)于安徽省煤炭工業(yè)學(xué)校通風(fēng)安全與管理專(zhuān)業(yè)，度和工作面的推進(jìn)速度有關(guān),占總涌出量的10% ~主要從事礦井通風(fēng)技術(shù)工作。E- mail:ejy2727@ yeah. net。20% ;另一部分是鄰近層B1Ib及B9b煤層的卸壓瓦●60.2009年10月礦業(yè)安全與環(huán)保第36卷第5期, 經(jīng)88900是:頂底板穿層鉆孔對鄰近原始煤層瓦斯進(jìn)行預-716.2 m- 272810設計區巷抽,時(shí)間1 a以上,預抽率25%以上;施工高抽巷和-720 m CI3底板巷低抽巷等專(zhuān)用瓦斯抽采巖石巷道;采空區預埋管及尾抽等綜合瓦斯治理措施[2]。由于鄰近煤層透氣性-7B0m BI0底板巷 B10差、預抽率低,高抽巷和低抽巷密閉不嚴、地壓大,造B10設計風(fēng)巷B96成墻體漏風(fēng),上隅角充填不到位等,致使抽采率低，圖2 5121B10 工作面剖面示意圖難以抽出高濃度瓦斯,抽出的瓦斯不能進(jìn)行利用,地斯,占工作面瓦斯總涌出量的80% ~90%。因此瓦斯面排空造成環(huán)境污染和資源浪費,且上下水平要保治理的關(guān)鍵是治理BIIb和B9b煤層的卸壓瓦斯。留階段煤柱,對煤炭資源也造成浪費。經(jīng)過(guò)分析并反復試驗,采用“Y”型通風(fēng)技術(shù),并在留巷段施工網(wǎng)2無(wú)煤柱煤與 瓦斯共采技術(shù)格立體式穿層鉆孔,其平面布置見(jiàn)圖3,對鄰近煤層卸壓瓦斯進(jìn)行攔截抽采,徹底解決了上述問(wèn)題,并推2.1 技術(shù)方案的選定以往的保護層工作面回采期間瓦斯治理措施廣使用。140087 146*660中CI底械y7TB10工作01111 I|↓simhEh720 mCI3底板巷714.40圖例:瓦斯抽東營(yíng)路024mm瓦斯常下向事層鉆孔，6.4-720 mC13底板巷-715.9上向穿層估乳圖3網(wǎng)格立體式穿層鉆孔平 面布置圖2.2 “Y"型通風(fēng)技術(shù)1組鉆孔，每組2個(gè)上向鉆孔,抽采BIIb煤層瓦斯。以往回采工作面采用“U"型通風(fēng)方式,但在高通過(guò)采空區邊緣留設的巷道作為上一階段的1條回瓦斯和突出煤層工作面,“U"型通風(fēng)不僅容易造成采巷道,實(shí)現無(wú)煤柱連續開(kāi)采,減少了資源浪費。在工作面上隅角瓦斯積聚,而且上風(fēng)巷負樂(lè )大，如果上留設的巷道向卸壓區內施T上向及下向穿層鉆孔，隅角收作充填不及時(shí),易造成上隅角瓦斯積聚和回從切眼開(kāi)始,沿工作面推進(jìn)方向,滯后工作面每10m風(fēng)巷道瓦斯超限,嚴重制約工作面生產(chǎn),對礦井安全施工1組鉆孔,每組施工2個(gè)下向孔、3個(gè)上向孔,鉆構成較大威脅。5121B10工作面徹底改變了傳統的孔方向與工作面夾角45° ,提高鉆孔的有效抽采長(cháng)通風(fēng)方式,即采用“Y”型通風(fēng)方式[)。利用上風(fēng)巷、度,鉆孔穿過(guò)B1Ib、B9b煤層頂底板,終孔控制在下機巷進(jìn)風(fēng),采空區留設的巷道回風(fēng)，留設的巷道采B11b、B9b煤層的塌陷影響范圍內, BI0工作面回采用充填泵進(jìn)行沿空留巷巷旁充填墻體技術(shù),徹底解推過(guò)后,攔截抽采BI0煤層頂.底板卸壓瓦斯。工作決了上隅角瓦斯積聚、超限難題,工作面配風(fēng)量面回采期間,機、風(fēng)巷鉆孔抽采瓦斯濃度20% ~1400~2000m/min,回采期間回風(fēng)流瓦斯濃度.90% ,抽采量38 m'/min, 抽采率達39%。隨工作面0.4%以下,提高了安全生產(chǎn)的可靠性,工作面日推推進(jìn),實(shí)現了煤與瓦斯高效共采,創(chuàng )新了以留巷替代進(jìn)度6.4 m,日產(chǎn)原煤3 000 t以上,創(chuàng )同類(lèi)工作面日多條瓦斯治理專(zhuān)用巖石巷道。.產(chǎn)新紀錄,同時(shí),在- -定程度上解決了深井開(kāi)采熱害2.4中國煤化工術(shù)問(wèn)題,.工作面回風(fēng)側可以降溫3~5 C,改善了職工C.H.CNMHG7120 m C13、-780 m .作業(yè)環(huán)境。B10低攸倉他Lr向才么加兒2截抽采B11b、B9b.2.3機巷和留巷穿層鉆孔抽采技術(shù)煤層的卸壓瓦斯,鉆孔始終保持與上下風(fēng)巷鉆孔終在BI0工作面回采前,機巷內每隔20 m施工孔10m間距。由于下向鉆孔設計孔較深,液壓鉆機61●2009年10月礦業(yè)安全與環(huán)保第36卷第5期施工時(shí)排渣較困難,施工難度大。通過(guò)引進(jìn)新型倍地提高被卸壓煤層的透氣性[41 ,從而實(shí)現煤與瓦KQJ - 120型潛孔鉆機,采用空氣壓縮機產(chǎn)生的壓風(fēng)斯共采。成功研發(fā)低透氣性煤層群無(wú)煤柱煤與瓦斯風(fēng)力排渣施工時(shí),徹底解決了鉆孔排渣難問(wèn)題,單臺共采關(guān)鍵技術(shù),是煤礦安全高效開(kāi)采技術(shù)的重大突鉆機一小班進(jìn)度最高達207 m。工作面回采期間,抽破,對于解決我國煤礦開(kāi)采中瓦斯災害威脅、資源回采瓦斯濃度在15% ~ 88% ,抽采量44 m/min, 抽采收率低等諸多難題,推動(dòng)實(shí)施煤礦瓦斯防治戰略“先率達45%。抽后采、煤氣共采"具有重要的現實(shí)意義:2.5采空區埋管抽采技術(shù)1)徹底改變了傳統煤礦采區開(kāi)拓布局,采用隨著(zhù)工作面向前推進(jìn),在工作面充填留巷墻垛“Y"型通風(fēng)方式，解決了“U"型通風(fēng)工作面上隅角內向北每隔20m埋設1根直徑305mm的瓦斯抽采瓦斯積聚超限難題。管(L=3.5m),其管口位置距離留巷墻垛內墻面大2)利用采空區留設的巷道和礦井現有的于0.5 m,管口端設置花管及金屬網(wǎng)罩,高度大于巷-660, -720, - 780 m底板巷,設計施工項底板立道高度的2/3,位于留巷墻垛中上部,構成采空區尾體網(wǎng)格式穿層鉆孔,抽采上鄰近層B1Ib和下鄰近層抽系統。主要是防止上下鄰近煤層的卸壓瓦斯大量B9b煤層的卸壓瓦斯,解決了低透氣性煤層群先抽涌入采空區造成回風(fēng)瓦斯超限事故。自該面回采開(kāi)后采問(wèn)題,實(shí)現了煤與瓦斯共采,使瓦斯抽采率達始,采空區抽采效果一直較好, 抽采瓦斯濃度8% ~90%以上。20% ,抽采量5 m/min,最高達13 m'/min。3)采用該技術(shù)減少了該面高、低抽巷等瓦斯治理巷道,大大降低煤礦安全生產(chǎn)成本。3抽采系統的建立4)一定程度上解決了深井開(kāi)采熱害問(wèn)題,工作工作面回采期間地面采用3套永久抽采系統進(jìn)面回風(fēng)側可以降溫3~5 C,改善了煤礦職工作業(yè)行瓦斯抽采，分別為2BEI - 355、2BEF - 6702 、環(huán)境。2BEF -72型抽采泵,抽采能力600 m/min。工作面5)實(shí)現無(wú)煤柱開(kāi)采,沿空留設的巷道后期可再上風(fēng)巷接2路瓦斯管,1路φ356 mm尾抽系統,1路利用,提高了煤炭資源的回采率。φ305mm鉆孔抽采系統,采用2BEF-72型瓦斯泵參考文獻:抽采瓦斯。機巷接1路φ305 mm瓦斯管,采用2BEF - 6702型瓦斯泵進(jìn)行上向穿層鉆孔抽采瓦斯。[1]謝一礦51采區地質(zhì)說(shuō)明書(shū)[Z].淮南:淮南礦業(yè)集團.-660mC13底板巷接1路φ254mm瓦斯管,采用(有限)公司, 2004.2BEI-355型瓦斯泵進(jìn)行下向穿層鉆孔抽采瓦斯。[2] 付建華.煤礦瓦斯災害防治理論研究與工程實(shí)踐[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2005. .-720mC13、-780mB10底板巷分別接1路[3] 淮南礦業(yè)集團(有限)公司,安徽理工大學(xué),等.深井煤φ254mm瓦斯管,采用2BEF-6702型瓦斯泵進(jìn)行層群無(wú)煤柱快速留巷Y型通風(fēng)煤氣共采關(guān)鍵技術(shù)[R].下向穿層鉆孔抽采瓦斯。該面回采期間,月抽采瓦淮南:淮南礦業(yè)集團(有限)公司, 2008.斯量380萬(wàn)m',抽采的瓦斯作為民用和低濃度發(fā)[4]中華人民共和國煤炭工業(yè)部.防治煤與瓦斯突出細則電,既節能又環(huán)保,取得了較好的經(jīng)濟效益。[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,9959.(責任編輯:衛 蓉)4結束語(yǔ)利用開(kāi)采關(guān)鍵保護層形成的卸壓作用,可數千(上接第59頁(yè))說(shuō)明當地面氣溫升高到一定值以上時(shí)(如永川礦在影響程度依次為空氣壓力>相對濕度>溫度。7月份地面月平均溫度28C),井下環(huán)境對風(fēng)流的加熱程度減弱,這是因為對風(fēng)流加熱起主要作用的因素(如圍巖)溫度恒定,相互間溫差縮小，換熱量減[1] 鄧聚龍.灰色系統基本方法[M].武漢:華中科技大學(xué)少之故;出版社,1987.擊漢:華中科技大學(xué)出版3)通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析,礦井地面溫度對井下中國煤化工環(huán)境氣候參數的影響程度依次為溫度>相對濕度>[3]0HCNMH GM].北京:石油工業(yè)出空氣壓力;礦井地面空氣相對濕度對井下環(huán)境氣候欣社，1992.參數的影響程度依次為相對濕度>溫度>空氣壓(責任編輯:衛蓉)力;礦井地面空氣大氣壓力對井下環(huán)境氣候參數的●62●