深部薄煤层无煤柱煤与瓦斯共采技术应用实践

2009年10月矿业安全与环保第36卷第5期深部薄煤层无煤柱煤与瓦斯共采技术应用实践陈家云' ,何勇',程建圣2(1.淮南矿业集团公司谢一矿,安徽淮南232001; 2.煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆400037)摘要:以谢一矿5121B10工作面为例,针对深部薄煤层,采用“Y"型通风技术,并在留巷段施工网格立体式穿层钻孔,拦截抽采邻近突出煤层的卸压瓦斯,实现了无煤柱煤与瓦斯共采。关键词:深水平;保护层;无煤柱;煤与瓦斯共采中图分类号:TD823.4* 8;TD712*.67文献标志码:C文章编号:1008 - 4495(2009)05 -0060 -03谢一矿1952年11月投产,设计年生产能力为(一期走向长650 m),倾斜长168~172 m,平均30万to2005年底,集团公司对谢一矿和望峰岗矿建170 m,开采面积为19.08万m2 ,煤厚1.3~1.7 m,平项目部进行资源和系统的合并后,井田技术边界和矿均1.5 m,为单- -型煤层结构,煤层赋存不稳定,局部井生产能力发生了巨大变化,改扩建后的设计生产能块段为无煤区。煤层倾角19°~24° ,平均21°。该面力达300万t。谢一矿北与新庄孜煤矿毗邻,南至隗北起-720 m.-780 m中央石门,南至F13 -4断层，店断层(浅部以新谢边界和VI- -VI为界) ,西以A1煤上限标高-714.6 m,下限标高-783.6 m, -720 mIV层露头线为界,东止于-1 200 m C15煤层等高线,矿线石门以北下伏的5121 B9b工作面在2005年已经回.井浅部( -660 m以上)走向3.29 km,深部( -660 m采完毕，上覆B11ab煤层未回采。该工作面范围内以下)走向8.1 km,全矿井总面积约28.9 km'。谢一BI0煤层总体呈单斜构造形态,地质构造复杂,F13 -4矿1979年被定为突出矿井,可采煤层13层,其中断层走向SE100°~115°,倾向NE13°~205°,倾角C15、C13、B11b、B9b、B4b为突出煤层，B7、B8煤层为39° ~69° ,落差2 ~4 m,工作面回采期间有一定的影富瓦斯煤层。煤层瓦斯含量较高,C13、B11及B9煤.响。根据谢一矿井田煤层群赋存和瓦斯地质条件分层瓦斯含量高达15 ~ 20 m'/t。 实测各主要煤层最大析,采用非突出煤层保护突出煤层(BI0煤层保护瓦斯压力:C13煤层4.2 MPa, B11煤层3. 47 MPa,B11b、B9b煤层,B6煤层保护B4b煤层) ,弱突煤层保:B9b煤层5.4 MPa, B4b煤层2.1 MPa"。护强突煤层(C15、C14煤层保护C13煤层)的开采程序。因B10煤层上距B1Ib煤层26.88m,下距B9b煤1工作面概况及 瓦斯来源分析层35 m,因此B10煤层是Bllb煤层理想的下保护层，谢一矿5121B10保护层工作面走向长1120 m .也是B9b煤层理想的上保护层,见图1- -2。-720m INV石门-720m中央石门B10-720 m B10回风巷底板55121B10工作面下山======2780mBI0底板巷_.采-780 m BI0机巷-780m V石门40m1-.780 m中央石门图15121B10 工作面平面示意图5121B10工作面于2008年4月下旬开始回采，初次放顶后工作面瓦斯涌出量逐渐增大,正常回采初次放顶前,工作面绝对瓦斯涌出量为37 m/min。期间工作面绝对瓦斯涌出量为97 m/min, 最高达15 |中国煤化工/min,抽采率92%。收稿日期:2008 -09 -03;2009 -03-16修订出资料分析,其瓦斯CNMH G量写BI:煤层厚作者简介:陈家云(1980- -),男,安徽寿县人,助理工程师,2000年毕业于安徽省煤炭工业学校通风安全与管理专业，度和工作面的推进速度有关,占总涌出量的10% ~主要从事矿井通风技术工作。E- mail:ejy2727@ yeah. net。20% ;另一部分是邻近层B1Ib及B9b煤层的卸压瓦●60.2009年10月矿业安全与环保第36卷第5期, 经88900是:顶底板穿层钻孔对邻近原始煤层瓦斯进行预-716.2 m- 272810设计区巷抽,时间1 a以上,预抽率25%以上;施工高抽巷和-720 m CI3底板巷低抽巷等专用瓦斯抽采岩石巷道;采空区预埋管及尾抽等综合瓦斯治理措施[2]。由于邻近煤层透气性-7B0m BI0底板巷 B10差、预抽率低,高抽巷和低抽巷密闭不严、地压大,造B10设计风巷B96成墙体漏风,上隅角充填不到位等,致使抽采率低，图2 5121B10 工作面剖面示意图难以抽出高浓度瓦斯,抽出的瓦斯不能进行利用,地斯,占工作面瓦斯总涌出量的80% ~90%。因此瓦斯面排空造成环境污染和资源浪费,且上下水平要保治理的关键是治理BIIb和B9b煤层的卸压瓦斯。留阶段煤柱,对煤炭资源也造成浪费。经过分析并反复试验,采用“Y”型通风技术,并在留巷段施工网2无煤柱煤与 瓦斯共采技术格立体式穿层钻孔,其平面布置见图3,对邻近煤层卸压瓦斯进行拦截抽采,彻底解决了上述问题,并推2.1 技术方案的选定以往的保护层工作面回采期间瓦斯治理措施广使用。140087 146*660中CI底械y7TB10工作01111 I|↓simhEh720 mCI3底板巷714.40图例:瓦斯抽东营路024mm瓦斯常下向事层钻孔，6.4-720 mC13底板巷-715.9上向穿层估乳图3网格立体式穿层钻孔平 面布置图2.2 “Y"型通风技术1组钻孔，每组2个上向钻孔,抽采BIIb煤层瓦斯。以往回采工作面采用“U"型通风方式,但在高通过采空区边缘留设的巷道作为上一阶段的1条回瓦斯和突出煤层工作面,“U"型通风不仅容易造成采巷道,实现无煤柱连续开采,减少了资源浪费。在工作面上隅角瓦斯积聚,而且上风巷负乐大，如果上留设的巷道向卸压区内施T上向及下向穿层钻孔，隅角收作充填不及时,易造成上隅角瓦斯积聚和回从切眼开始,沿工作面推进方向,滞后工作面每10m风巷道瓦斯超限,严重制约工作面生产,对矿井安全施工1组钻孔,每组施工2个下向孔、3个上向孔,钻构成较大威胁。5121B10工作面彻底改变了传统的孔方向与工作面夹角45° ,提高钻孔的有效抽采长通风方式,即采用“Y”型通风方式[)。利用上风巷、度,钻孔穿过B1Ib、B9b煤层顶底板,终孔控制在下机巷进风,采空区留设的巷道回风，留设的巷道采B11b、B9b煤层的塌陷影响范围内, BI0工作面回采用充填泵进行沿空留巷巷旁充填墙体技术,彻底解推过后,拦截抽采BI0煤层顶.底板卸压瓦斯。工作决了上隅角瓦斯积聚、超限难题,工作面配风量面回采期间,机、风巷钻孔抽采瓦斯浓度20% ~1400~2000m/min,回采期间回风流瓦斯浓度.90% ,抽采量38 m'/min, 抽采率达39%。随工作面0.4%以下,提高了安全生产的可靠性,工作面日推推进,实现了煤与瓦斯高效共采,创新了以留巷替代进度6.4 m,日产原煤3 000 t以上,创同类工作面日多条瓦斯治理专用岩石巷道。.产新纪录,同时,在- -定程度上解决了深井开采热害2.4中国煤化工术问题,.工作面回风侧可以降温3~5 C,改善了职工C.H.CNMHG7120 m C13、-780 m .作业环境。B10低攸仓他Lr向才么加儿2截抽采B11b、B9b.2.3机巷和留巷穿层钻孔抽采技术煤层的卸压瓦斯,钻孔始终保持与上下风巷钻孔终在BI0工作面回采前,机巷内每隔20 m施工孔10m间距。由于下向钻孔设计孔较深,液压钻机61●2009年10月矿业安全与环保第36卷第5期施工时排渣较困难,施工难度大。通过引进新型倍地提高被卸压煤层的透气性[41 ,从而实现煤与瓦KQJ - 120型潜孔钻机,采用空气压缩机产生的压风斯共采。成功研发低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯风力排渣施工时,彻底解决了钻孔排渣难问题,单台共采关键技术,是煤矿安全高效开采技术的重大突钻机一小班进度最高达207 m。工作面回采期间,抽破,对于解决我国煤矿开采中瓦斯灾害威胁、资源回采瓦斯浓度在15% ~ 88% ,抽采量44 m/min, 抽采收率低等诸多难题,推动实施煤矿瓦斯防治战略“先率达45%。抽后采、煤气共采"具有重要的现实意义:2.5采空区埋管抽采技术1)彻底改变了传统煤矿采区开拓布局,采用随着工作面向前推进,在工作面充填留巷墙垛“Y"型通风方式，解决了“U"型通风工作面上隅角内向北每隔20m埋设1根直径305mm的瓦斯抽采瓦斯积聚超限难题。管(L=3.5m),其管口位置距离留巷墙垛内墙面大2)利用采空区留设的巷道和矿井现有的于0.5 m,管口端设置花管及金属网罩,高度大于巷-660, -720, - 780 m底板巷,设计施工项底板立道高度的2/3,位于留巷墙垛中上部,构成采空区尾体网格式穿层钻孔,抽采上邻近层B1Ib和下邻近层抽系统。主要是防止上下邻近煤层的卸压瓦斯大量B9b煤层的卸压瓦斯,解决了低透气性煤层群先抽涌入采空区造成回风瓦斯超限事故。自该面回采开后采问题,实现了煤与瓦斯共采,使瓦斯抽采率达始,采空区抽采效果一直较好, 抽采瓦斯浓度8% ~90%以上。20% ,抽采量5 m/min,最高达13 m'/min。3)采用该技术减少了该面高、低抽巷等瓦斯治理巷道,大大降低煤矿安全生产成本。3抽采系统的建立4)一定程度上解决了深井开采热害问题,工作工作面回采期间地面采用3套永久抽采系统进面回风侧可以降温3~5 C,改善了煤矿职工作业行瓦斯抽采，分别为2BEI - 355、2BEF - 6702 、环境。2BEF -72型抽采泵,抽采能力600 m/min。工作面5)实现无煤柱开采,沿空留设的巷道后期可再上风巷接2路瓦斯管,1路φ356 mm尾抽系统,1路利用,提高了煤炭资源的回采率。φ305mm钻孔抽采系统,采用2BEF-72型瓦斯泵参考文献:抽采瓦斯。机巷接1路φ305 mm瓦斯管,采用2BEF - 6702型瓦斯泵进行上向穿层钻孔抽采瓦斯。[1]谢一矿51采区地质说明书[Z].淮南:淮南矿业集团.-660mC13底板巷接1路φ254mm瓦斯管,采用(有限)公司, 2004.2BEI-355型瓦斯泵进行下向穿层钻孔抽采瓦斯。[2] 付建华.煤矿瓦斯灾害防治理论研究与工程实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005. .-720mC13、-780mB10底板巷分别接1路[3] 淮南矿业集团(有限)公司,安徽理工大学,等.深井煤φ254mm瓦斯管,采用2BEF-6702型瓦斯泵进行层群无煤柱快速留巷Y型通风煤气共采关键技术[R].下向穿层钻孔抽采瓦斯。该面回采期间,月抽采瓦淮南:淮南矿业集团(有限)公司, 2008.斯量380万m',抽采的瓦斯作为民用和低浓度发[4]中华人民共和国煤炭工业部.防治煤与瓦斯突出细则电,既节能又环保,取得了较好的经济效益。[M].北京:煤炭工业出版社,9959.(责任编辑:卫 蓉)4结束语利用开采关键保护层形成的卸压作用,可数千(上接第59页)说明当地面气温升高到一定值以上时(如永川矿在影响程度依次为空气压力>相对湿度>温度。7月份地面月平均温度28C),井下环境对风流的加热程度减弱,这是因为对风流加热起主要作用的因素(如围岩)温度恒定,相互间温差缩小，换热量减[1] 邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉:华中科技大学少之故;出版社,1987.击汉:华中科技大学出版3)通过灰色关联度分析,矿井地面温度对井下中国煤化工环境气候参数的影响程度依次为温度>相对湿度>[3]0HCNMH GM].北京:石油工业出空气压力;矿井地面空气相对湿度对井下环境气候欣社，1992.参数的影响程度依次为相对湿度>温度>空气压(责任编辑:卫蓉)力;矿井地面空气大气压力对井下环境气候参数的●62●