梨樹煤礦礦井瓦斯涌出規(guī)律及防治技術(shù)

 

龐貴智  李存清   龐沖   劉佳  武建山

 

（雞西礦業(yè)集團(tuán)梨樹煤礦  黑龍江  雞西  158100）

 

摘要： 研究了礦井地質(zhì)特征，由于地質(zhì)條件的變化，致使礦井瓦斯涌出不均衡。根據(jù)礦井瓦斯涌出規(guī)律，采用了如下防治措施：合理的分配風(fēng)量；瓦斯高抽巷、仰角鉆孔、現(xiàn)采煤層打鉆孔、邊掘邊抽放煤層瓦斯；煤層注水。經(jīng)過對(duì)礦井瓦斯進(jìn)行綜合治理，取得了良好的效果，同時(shí)，也為今后礦井開采的瓦斯防治積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 瓦斯涌出   邊掘邊抽   高抽巷  綜合防治

1.  概況

梨樹煤礦開采有88年的歷史。 位于雞西市以南４８ｋｍ，梨樹區(qū)鳳山村境內(nèi)，2002年開始改擴(kuò)建，2006年正式投產(chǎn)。 礦井分別在標(biāo)高+110m和—280m兩個(gè)水平開采。一水平的可采煤層為3^#層，二水平的可采煤層為14^#層。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力900kt/a 。礦井總?cè)腼L(fēng)量9847m³/min,總回風(fēng)量10200m³/min，絕對(duì)瓦斯涌出量為63.74m³/min,相對(duì)瓦斯涌出量為37.9m³/t二水平,14^#煤層瓦斯賦存量較高，絕對(duì)瓦斯涌出量為59.79m³/min,占全礦井絕對(duì)瓦斯涌出量的90%以上，屬于高瓦斯礦井。全礦井建有3處瓦斯抽放站。其中, 地面一處集中抽放瓦斯泵站，井下一水平和二水平各建1處移動(dòng)抽放瓦斯泵站。總裝機(jī)功率 1050kw,其中地面集中泵站 500kw，一水平 150kw，二水平 400kw。梨樹煤礦開采的煤層有3^#和14^#煤層，3^#煤層屬穆棱含煤組，為氣煤，厚度為1.6~1.8m,  14^#煤層屬城子河含煤組，為主焦煤，厚度為2.8~3.0m，兩個(gè)煤層傾角10~14度。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，開采期間大小斷層、褶曲、向背斜多見。全礦有2個(gè)綜采隊(duì)，2個(gè)綜掘隊(duì)，8個(gè)炮掘隊(duì)。

2. 礦井瓦斯涌出防治措施

2.1.  地質(zhì)構(gòu)造對(duì)3^#煤層瓦斯涌出的影響

一水平北翼采區(qū)和南翼采區(qū)開采3^#層煤層，但由于地質(zhì)構(gòu)條件的不同，兩個(gè)采區(qū)采煤工作面的瓦斯涌出量差距較大。 北翼首采工作面開采期間，采用了井下移動(dòng)泵站和上巷仰角鉆孔抽放的方法治理瓦斯涌出，工作面分配風(fēng)量1100m³/min,回風(fēng)瓦斯?jié)舛?/span>0.4%，工作面瓦斯?jié)舛?/span>0.3%，上隅角瓦斯?jié)舛?/span>1.3%，風(fēng)排絕對(duì)瓦斯涌出量4.4m³/min，局部抽放絕對(duì)瓦斯量達(dá)2.3m³/min,工作面總絕對(duì)瓦斯涌出量6.7m³/min。南翼首采工作面回采期間，沒有采取煤層瓦斯抽放措施，分配風(fēng)量1100m³/min,回風(fēng)瓦斯?jié)舛?/span>0.1%，上隅角瓦斯?jié)舛?/span>0.3%，工作面總絕對(duì)瓦斯涌出量1.1m³/min。在同一個(gè)水平，同一個(gè)煤層的兩個(gè)采區(qū)中，回采工作面瓦斯涌出量相差6倍多。其原因是：一、頂板巖性差異，北翼煤層頂板是比較完整的細(xì)砂巖，南翼煤層頂板是砂巖和頁巖。北翼開采20m時(shí)頂板來初壓，而且來初壓期間瓦斯涌出量明顯增大。而南翼開采時(shí)初壓不明顯，隨著開采頂板不斷冒落，瓦斯涌出也沒有明顯的變化。二、斷層的影響，南翼大多是張裂性斷層，而且與地表聯(lián)通，大部分瓦斯已經(jīng)運(yùn)移到地面釋放。北翼是封閉性斷層，瓦斯不易運(yùn)移，開采煤層和其下4^#、5^#、6^#不可煤層瓦斯都得不到釋放。三、煤層結(jié)構(gòu)受地質(zhì)構(gòu)造破壞程度不同，北翼采區(qū)3#煤層層理結(jié)構(gòu)清晰，比較致密而堅(jiān)硬，其結(jié)構(gòu)顯然未受到破壞。南翼采區(qū)3^#煤層層理紊亂，質(zhì)地松軟，其結(jié)構(gòu)顯然受到了嚴(yán)重破壞。結(jié)構(gòu)未受到破壞的煤層其所含瓦斯就不易被釋放，而結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞的煤層其所含瓦斯就很容易被釋放。

2. 2.  地質(zhì)構(gòu)造對(duì)14#煤層瓦斯涌出的影響

14^#煤層為主焦煤，其中間夾有0.3~0.5m頁巖和糜棱煤，直接頂板為15m的中、細(xì)砂巖，其上15m的間接頂中、細(xì)砂巖夾有2層0.2m煤層和5層0.15~0.2m的炭質(zhì)泥巖，底板為泥巖和粉、細(xì)砂巖。在開采14號(hào)煤層的過程中遇到落差0.3-10m的斷層21條，其中3條逆斷層，其余是正斷層。在斷層附近瓦斯涌出量明顯增大，逆斷層更為明顯。煤層的透氣性極差，經(jīng)過測定為0.002~0.01mdc,孔隙度為1.40~2.24%。根據(jù)采掘工作面瓦斯涌出的實(shí)際情況，進(jìn)行了綜合治理。

2. 3. 掘進(jìn)巷道的瓦斯治理措施及效果

在施工14^#煤層左二采煤工作面下巷時(shí)，由于受DF6斷層和巷道中部5條小斷層（落差0.4~2.5m）的影響，巷道絕對(duì)瓦斯涌出量最高達(dá)３.51m³/min。工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量190m³/min,實(shí)際風(fēng)量320m³/min。對(duì)此，采取對(duì)14號(hào)煤層瓦斯預(yù)抽放方法降低瓦斯的涌出量。具體施工方法是：巷道兩幫邁步式的施工鉆場35個(gè)，每隔15米一個(gè)，鉆場規(guī)格2.5mＸ1.5mＸ3.0m。每個(gè)鉆場打6個(gè)鉆孔，與施工巷道的夾角7~13度，縱向布置，鉆孔開孔位置自頂板向下1.2米，鉆孔間距0.5米，孔深30米?？讖?/span>76mm。該巷道經(jīng)抽放后，工作面和回風(fēng)瓦斯控制在0.5~0.8%，使該巷道順利、安全的完成了施工。

     在施工14^#煤層左四順槽期間，瓦斯涌出量上升較快。巷道施工長度達(dá)到80m時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到3.24m³/min，大巷回風(fēng)瓦斯經(jīng)常處在0.8~1%之間。通過更換上18.5kw×2換成30kw×2對(duì)旋風(fēng)機(jī)，工作面風(fēng)量由330m³/min增加到510m³/min，但是回風(fēng)流中瓦斯超限問題仍未能解決。尤其綜掘機(jī)割煤期間瓦斯監(jiān)測儀經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)警。為解決瓦斯超限，消除安全隱患，采取了邊掘邊抽的措施：

（1）利用小班換班時(shí)的間隙，打14號(hào)煤層瓦斯釋放孔?？咨?/span>15m，直徑760mm，鉆孔分為三層，每層三個(gè)，每次共打9個(gè)，呈扇形排列，孔內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?/span>30—98%，巷道回風(fēng)中瓦斯?jié)舛仍诖蜚@孔時(shí)可增長0.1%。

（2）巷道兩幫施工鉆場規(guī)格2m×2m,兩幫鉆場采用邁步式，邁步間距15m。鉆場內(nèi)沿14號(hào)煤層呈扇形布置鉆孔8個(gè)，鉆孔的位置布置在煤層的中部，垂直煤壁進(jìn)行打鉆孔，鉆孔深度25—30m,孔徑760mm，終孔點(diǎn)距施工巷道直線距離2~8m，最初抽放時(shí)孔內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤蛇_(dá)到30~83%,隨著巷道的延伸和抽放時(shí)間的延長，孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛戎饾u的衰減，當(dāng)孔內(nèi)瓦斯?jié)舛刃∮?/span>3%時(shí)，將該鉆孔關(guān)閉。

(3)經(jīng)采取上述抽放措施后，工作面割煤時(shí)，回風(fēng)瓦斯?jié)舛热韵陆挡幻黠@，接近超限狀態(tài)。為此，采取進(jìn)一步加大抽放力度的措施，縮短鉆場間距，由原邁步間距15m，縮短到每15m巷道兩幫各施工一個(gè)鉆場，鉆孔數(shù)不變（見圖1）。

（4）降低機(jī)械割煤深度，由0.6m降到0.5m。

(5)加大割煤時(shí)噴霧灑水水量，進(jìn)行降塵和降溫。

實(shí)施上述措施后，工作面風(fēng)流和回風(fēng)風(fēng)流瓦斯?jié)舛认陆抵?/span>0.5~ 0.9%。

圖1   14號(hào)煤層巷道瓦斯抽放鉆孔布置示意圖

 

2. 4. 采煤工作面瓦斯治理措施及效果

14^#煤層左一回采工作面走向長度530m，工作面長度150m。14^#煤層為主焦煤，厚度為2.8~3.0m。工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量最高達(dá)27.88m³/min。                                          面   工作面采取的治理瓦斯的措施：

（1）工作面配備足夠的風(fēng)量，最高風(fēng)量達(dá)1040m³/min。

（2）采用頂板瓦斯高抽巷。在工作面頂板以上２７ｍ的位置沿煤層走向施工一條抽放瓦斯專用巷道，在工作面開采頂板來壓后，頂板裂隙帶與抽放瓦斯巷道相連通時(shí)，工作面、采空區(qū)以及鄰近層的部分瓦斯涌入抽放瓦斯巷道內(nèi)，通過地面集中抽放泵站將瓦斯抽出。高抽巷位置的選擇采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即：煤層厚度的8~10倍。14^#煤層的厚度為3m，從煤層頂板以上高度選擇9倍即27m。

（3）仰角鉆孔抽采。工作面上巷每35m一個(gè)鉆場，每個(gè)鉆場10個(gè)鉆孔，鉆孔直徑91mm，鉆孔深度70m。

(4) 上隅角采用尾排巷處理瓦斯，解決了上隅角瓦斯超限的問題。

（5）頂板瓦斯高抽巷抽采和仰角鉆孔抽采的抽采量達(dá)21.47 m³/min，占工作面總絕對(duì)涌出量的77%。

（6）工作面上下巷采用煤層鉆孔高壓注水。

經(jīng)以上瓦斯治理措施，風(fēng)排瓦斯量 5.16~7.48m³/min, 占工作面總量的23%。工作面和回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?/span>0.4~0.8%。

.回采14號(hào)煤層左二采面期間（該工作面走向長度400米，工作面長度120米，采高2.8米），工作面配風(fēng)量1024m³/min，絕對(duì)瓦斯涌出量最高達(dá)到35.8m³/min。根據(jù)14^#煤層左一工作面的經(jīng)驗(yàn)，采取了上述同樣的綜合治理瓦斯的措施，也收到了良好的效果。瓦斯抽采量達(dá)到27.24 m³/min ，占工作面瓦斯總量的76.1%。風(fēng)排瓦斯量 8.56m³/min，占工作面瓦斯總量的24%。工作面割煤時(shí)回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?/span>0.9%以下。

3.  結(jié)論

（1）14^#煤層埋藏較深，是導(dǎo)致瓦斯在煤體中難以釋放的主要因素。煤層的透氣性差也是煤層瓦斯難以釋放另一因素，即使煤層被揭露出來，大部分瓦斯仍然處于吸附狀態(tài)，只有在煤層被爆破、割煤、打鉆孔等使煤體松動(dòng)和落煤時(shí)，煤層瓦斯才被釋放出來，使施工巷道和采煤工作面瓦斯涌出量迅速增大并超限的原因。

（ 2）根據(jù)14^#煤層瓦斯涌出規(guī)律，采取打鉆孔提前對(duì)煤瓦斯進(jìn)行抽放、降低割煤速度和割煤深度、加大風(fēng)量等措施控制瓦斯超限。

（ 3）掘進(jìn)巷道接近煤田邊界、斷層、褶曲、向背斜軸部時(shí)，瓦斯涌出量有顯著增大的現(xiàn)象，因此，在上述情況下，更要采取加強(qiáng)對(duì)煤層瓦斯預(yù)抽放和高壓注水等防治措施。其中，頂板高抽巷是防治采煤工作面瓦斯最主要、最有效的措施。

 

參考文獻(xiàn)：

張子敏《瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測》煤炭工業(yè)出版社 2005.12

張子戌、張子敏、王兆豐《瓦斯地質(zhì)與瓦斯防治進(jìn)展》煤炭工業(yè)出版社 2007.8.

作者簡介：

龐貴智：  1952年12月出生、男、籍貫：山東臨沂市、職務(wù)：雞西礦業(yè)集團(tuán)梨樹煤礦通風(fēng)安全副總工程師、高級(jí)工程師、1981年畢業(yè)于黑龍江礦業(yè)學(xué)院、研究方向：煤礦礦井通風(fēng)與瓦斯煤塵防治技術(shù)。  

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