瓦斯突出問題預測與防治工藝探究
來源:用戶上傳
作者:
摘 要：本文結合玉溪煤礦開采過程中瓦斯突出實際問題，首先對玉溪煤礦煤與瓦斯突出危險性加以評價，結合實際情況進行了工作面消突及抽采設計，通過消突作業，確保了作業面煤層瓦斯含量達到安全開采要求，為作業面安全開采作業提供了可靠的保障。
關鍵詞：煤礦；瓦斯突出；消突
1 煤礦簡介
玉溪井田位于山西省南部、樊莊普查區的東南部，區內地形總體為北高南低，溝谷縱橫，地形起伏較大，相對高差464m。區內地層產狀平緩，僅有方向單一為數不多的寬緩褶皺。由于區內無斷裂破碎帶，構造裂隙不發育，各含水層垂向水力聯系很小，導致地表泉水出露較多，而深部各含水層涌水量很小。淺層地下水分布于向斜軸部并以泉的形式排泄。除陷落柱附近對煤層、煤質及開采技術條件有所影響外，其余影響不大。區內構造屬簡單類型。煤層主要分布于山西組（P1S）、太原組（C3t）?？刹擅簩訛?號煤層和15號煤層，目前主要開采3號煤層，此次研究也是針對3號煤層瓦斯突出問題進行研究。可采煤層特征表如表1所示。
2012年3月，河南理工大學根據實際揭露3號煤層的情況，對瓦斯含量做進一步的鑒定，經過鑒定，瓦斯含量大于20m3/t，壓力大于0.74MPa，3號煤層存在瓦斯突出危險。井田內地質構造以背、向斜為主，這些構造的產生對瓦斯含量的分布有一定的影響。從3號煤層甲烷含量等值線數據可以看出，靠近背斜軸部瓦斯含量較低，而位于背斜、向斜翼部瓦斯含量較高。
2 煤與瓦斯突出危險性評價
2014年玉溪煤礦有限責任公司委托河南理工大學對3號煤層的瓦斯含量進行預測，根據預測結果礦井瓦斯等級劃分為高瓦斯礦井，故原礦井初步設計及瓦斯抽放初步設計均按高瓦斯礦井進行設計并獲批復。其后河南理工大學利用主斜井、副斜井和回風立井井筒檢查孔施工采集到的煤樣，實測了3號煤層原始瓦斯含量、瓦斯吸附常數以及孔隙率相關參數數據，通過實地測量之后得出了，3號煤層在主斜井區域、副斜井區域以及回風立井區域中對應的原始瓦斯含量最大值是25.6m3/t、20.0m3/t以及18.53m3/t，其最大原始壓力分別為2.90MPa、2.79MPa和1.76MPa；2017年，隨著進、回風立井的相繼揭露3號煤層，河南理工大學根據實際測量所得到的3號煤層原始瓦斯含量數據信息，同時參照鉆孔檢測對應相關參數信息，得出了3號煤層之中的瓦斯氣體含量處于16.7m3/t至18.4m3/t之間，而且檢測得出瓦斯壓力值在1.2MPa至1.4MPa范圍之內，遠超出了標準規定的0.74MPa標準，而且瓦斯氣體對應的放散速率值△P在25至28之間，也遠超出了標準規定的10標準，測試點煤的堅固性系數f在0.45～1.09之間，符合《防治煤與瓦斯突出規定》確定的指標，故3號煤層定為突出煤層。結合上述分析結果最終得出玉溪煤礦為煤與瓦斯突出礦井。玉溪煤礦3號煤層瓦斯基本參數如表2所示。
3 工作面消突及抽采設計
玉溪礦井3號煤層為突出煤層，在進行回采作業面采煤作業之前，要求應當首先需要完成消突工作，確保進行作業面開采作業的過程中，作業范圍之中對應的煤層瓦斯含量值要低于煤層始突深度對應的瓦斯含量值，亦或是作業范圍之中對應的煤層瓦斯壓力值減小低于煤層始突深度對應的瓦斯壓力值，也就是要求在進行實際開采作業之前，煤層之中對應的瓦斯氣體壓力值應當不超過0.74MPa，煤層之中對應的瓦斯氣體含量值應當不超過8m3/t?；夭晒ぷ髅嫒债a量7364t，采前煤層可解析瓦斯含量應≤5m3/t。寺河西區采用千米鉆機模塊化抽采時間需達33個月，造成礦井投產時間長，資金壓力大。經綜合比較，對首采工作面采用在煤層底板中布置底抽巷道的方式先對順槽掘進區域進行消突后掘進順槽，再在順槽掘進過程中打密集鉆孔進行工作面消突及預抽。打密集鉆孔方式井巷及鉆孔工程量大，經濟投資高，但可以彌補首采面預抽時間。對于準備工作面，因首采面服務年限約1.5a，采用打密集鉆的方式在1.5a年內即可抽采達標，故通過增加鉆孔方式縮短抽采時間，滿足抽、采、掘銜接。
3.1 首采面及準備面設計
根據本井田內回采工作面瓦斯涌出特點、涌出量和臨近礦井瓦斯抽采經驗，為達到充分預抽，早日使得礦井投產，在此次防突設計過程中，所應用到的方法為順層鉆孔防突瓦斯抽采方法，針對回采作業范圍之內的煤層瓦斯氣體開展抽采作業。在采用此種瓦斯氣體抽采方式的情況下，根據需要采用打密集鉆孔，為使鉆孔抽放效果好，密集鉆孔交叉布置。通過采前消突預抽、邊采邊抽和采空區抽放相結合的綜合抽采方法來解決瓦斯問題。通過應用順層瓦斯抽采工藝方案可以確保鉆孔所擁有的導通性進一步提升，在瓦斯抽放作業逐步開展的過程中，其中瓦斯氣體對應壓力同樣也會相應減小，使得煤層結構之中對應的應力將再次分布，也會使得一些新裂隙出現，這樣交叉鉆孔過程中新的裂隙極易使得鄰近鉆孔之間形成聯通，這樣更加有利于瓦斯氣體的抽放作業。考慮玉溪礦井煤層瓦斯含量高、設計工作面能力大等特點，設計在首采面及準備面的進風順槽中同時打交叉鉆孔的方式，通過加大鉆孔密度、擴大工作面抽放范圍的方式，提高工作面瓦斯抽出率，保證礦井的安全生產。
首采及準備工作面長200m，平均采高5.71m，順層交叉鉆孔抽放法中鉆孔間距取2.0～2.5m，鉆孔深度值設定為180m至190m范圍內。在進行鉆孔傾角進行設計的過程中，要結合具體開采區域內煤層傾斜角度的改變情況和煤層結構對應的厚度值加以實時調整，通常要求鉆孔對應的末端部位應當和煤層頂板結構之間距離值在0.5m。另外，還需要結合實踐抽采情況，對經驗進一步歸納分析，根據實際情況可調整鉆孔間距、鉆孔深度及鉆孔角度。
鉆孔密封是瓦斯抽放工藝的重要環節，只有確保了密封效果良好，才能夠取得更好的抽采效果。要求在進行密封處理的過程中，密封的深度值應當大于鉆孔口位置處裂隙帶對應深度值大小，通常在巖體鉆孔封孔深度值在2m至3m之間，對于煤壁鉆孔情況，通常封孔深度值在7m至10m之間。首采工作面抽采鉆孔布置示意圖見1。 3.2 千米鉆機模塊化預抽設計
根據開拓布置每個回采工作面服務年限約1.5a，首采工作面采用順層密集交叉鉆孔抽采后，這為其他接替工作面的預抽贏得了充足時間和空間。可以充分利用回采面及準備面的下順槽布置鉆場，對臨近的煤體進行預抽。參考臨近寺河礦抽采經驗，用千米鉆機順層鉆孔進行模塊化超前抽采具有抽采效果好，操作方便，千米鉆機順層鉆孔模塊化抽采布置方式見圖2所示。
采用千米鉆機順層鉆孔模塊化抽采方法針對所需進行瓦斯抽采相應范圍開展抽采作業，確保煤層之中所殘余瓦斯氣體對應含量值減小到8m3/t之下，為防止局部區域消突不徹底，同時保證在回采前煤體可解吸瓦斯含量不超過5m3/t，設計在預抽單元充分預抽煤體消突后掘進下一順槽的同時，對已預抽煤體進行強化預抽，從而實現安全開采。為保證強化抽采效果，強化抽采鉆孔布置應與千米鉆機模塊化抽采鉆孔互相不干擾，鉆孔立面不交叉，即開、終孔位置均不在同一平面上。考慮模塊化抽采預抽作業時間長，預抽相對充分，強化抽采時采用順層打平行鉆孔的方法進行本煤層瓦斯抽采，從而解決局部消突不徹底的問題。根據抽放經驗，強化抽采時順層鉆孔間距一般取10m，在工作面頭部適當加密以縮短強化抽采時間。瓦斯抽放鉆孔長度取180m。對于鉆孔的角度，為不與模塊化抽采鉆孔貫通，可自煤層上部向煤層底板方向打平行鉆孔，鉆孔的末端落在距離煤層底板0.5m左右。
4 結語
從抽采實踐來看，采用千米鉆機模塊化抽采，可以解決普通順層鉆孔成孔及準確定位問題，并通過千米鉆機探頂、底板，也利于提前發現地質構造，可以穿透煤層層理。模塊化抽采不僅對預抽工作面進行抽采，并連同工作面的下順槽區域一并抽采。在進行回采作業面采煤作業之前，要首先完成了消突工作，確保進行作業面開采作業的過程中，作業范圍之中對應的煤層瓦斯含量值要低于煤層始突深度對應的瓦斯含量值，亦或是作業范圍之中對應的煤層瓦斯壓力值減小低于煤層始突深度對應的瓦斯壓力值，也就是要求在進行實際開采作業之前，煤層之中對應的瓦斯氣體壓力值應當不超過0.74MPa，煤層之中對應的瓦斯氣體含量值應當不超過8m3/t，即滿足消突要求同時又滿足了《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》要求，確保了工作面實現安全開采的目標。
參考文獻：
[1]李江朋.煤礦瓦斯綜合抽采技術及應用[J].能源與節能，2018（11）：177-179.
[2]魏亞飛.西馬煤礦瓦斯突出治理研究[J].中國煤層氣，2018（05）：36-39.
[3]王濤.煤礦瓦斯抽采技術的發展及工程應用[J].礦業裝備，2018（05）：62-63.
作者簡介：
郭振海（1973- ），男，晉城市澤州縣南村派出所，2011年6月畢業于黑龍江科技學院采礦專業，本科，采礦助理工程師，煤礦采掘。
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/1/view-14852471.htm
