胡勝勇 周福寶 夏同強(qiáng) 劉應(yīng)科

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院,江蘇省徐州市,221116)

★煤礦安全 ★

超前頂板巷卸壓消突技術(shù)的試驗(yàn)及應(yīng)用研究＊

胡勝勇 周福寶 夏同強(qiáng) 劉應(yīng)科

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院,江蘇省徐州市,221116)

結(jié)合烏蘭煤礦的實(shí)際條件,針對(duì)松軟低透煤層抽放消突效果不理想的情況,從采掘布置上研究了超前頂板巷卸壓消突方法。使下部煤層瓦斯得到有效釋放,最終消除瓦斯積聚和釋放應(yīng)力。

巷道布置 瓦斯防治 超前卸壓 卸壓巷道

AbstractBased on the actual conditions in Wulan Coal Mine combined with the not-so-ideal burst control measures realized by way of gas extraction from soft coal seams with lower permeability,more attention is given to a research on mining and heading arrangements for gas pressure reduction in advance roof entry based burst control method.In this way,gas in lower coal seams will get its free and effective release,thus finally eliminating gas accumulating and inflow stress.

Key wordsentry arrangement,gas control,advance pressure reduction,pressure reducing entry

1 前言

對(duì)于松軟低透煤層而言,順層孔及穿層孔預(yù)抽瓦斯效果較差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)打鉆考察可以發(fā)現(xiàn):雖然每次施工了50～60 m的抽放鉆孔,但當(dāng)鉆桿離開(kāi)鉆孔后,鉆孔很快就塌孔,從孔口只能看到2～3 m鉆孔,嚴(yán)重影響鉆孔的瓦斯抽放效果。目前,對(duì)透氣性差的煤層,主要采取超前鉆孔法、保護(hù)層開(kāi)采卸壓法及超前卸壓巷道消突法實(shí)施應(yīng)力釋放防突。超前卸壓巷道消突法就是在待開(kāi)掘的巷道上方或下方一定距離施工一條巷道提前釋放應(yīng)力。突出礦井應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際狀況和條件,制定出合理的防突措施。本文結(jié)合烏蘭礦的實(shí)際條件,從采掘布置對(duì)地應(yīng)力變化的影響方面,在5347工作面試驗(yàn)并應(yīng)用了超前頂板巷卸壓消突技術(shù)。

2 礦井及試驗(yàn)區(qū)概況

烏蘭煤礦是神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)公司所屬骨干企業(yè)之一,已有30多年的開(kāi)采歷史,2008年核定礦井生產(chǎn)能力2.40 Mt/a,實(shí)際生產(chǎn)能力1.73 Mt/a,產(chǎn)品為優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤。烏蘭煤礦瓦斯災(zāi)害十分嚴(yán)重,建礦以來(lái),曾多次發(fā)生煤與瓦斯突出事故。近年來(lái),隨著礦井采掘活動(dòng)的延伸,地應(yīng)力、瓦斯壓力增大,煤層瓦斯含量增高,瓦斯災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重,瓦斯問(wèn)題已成為制約烏蘭煤礦高效、安全生產(chǎn)的根本問(wèn)題。

5347綜放工作面位于烏蘭井田南翼采區(qū)二水平一階段,開(kāi)采3#煤層,工作面煤 (巖)層傾角為17～25°,平均19°。其鄰區(qū)5337工作面已采空,5336工作面局部區(qū)域已采空,其余均未開(kāi)采。根據(jù)巷道實(shí)際及鉆孔揭露資料分析,本工作面內(nèi)煤厚4.55～20.66 m,平均煤厚8.4 m,其中純煤厚為7.48 m,一般有5～6層夾矸,夾矸累計(jì)厚為0.92 m,煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,煤層下部煤較軟,尤為嚴(yán)重的是底分層有2.5 m左右厚構(gòu)造軟分層,易片幫漏頂,中上分層節(jié)理發(fā)育,極易破碎,上部煤較硬。5347工作面南邊位于保護(hù)層卸壓保護(hù)范圍內(nèi),北邊為未卸壓區(qū)。超前頂板巷卸壓消突法試驗(yàn)區(qū)選擇在5347北邊未保護(hù)區(qū),其原始瓦斯含量為9.31 m3/t,煤層透氣性系數(shù)介于0.010～0.127 m2/﹙MPa2·d﹚之間。工作面平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 5347綜放工作面平面圖

3 巷道布置原則及方案

3.1 巷道布置原則

(1)工作面瓦斯含量為9.31 m3/t,為了解決以后工作面回采時(shí)上隅角及回風(fēng)的瓦斯超限問(wèn)題,卸壓巷布置在被卸壓巷的上面,作為工作面回采時(shí)的瓦斯排放巷。

(2)為了緩解采掘接續(xù)緊張的局面,選擇在煤層中布置卸壓巷。

(3)3#煤層較厚,且上部煤較硬,其沿底板掘進(jìn)的突出危險(xiǎn)性大于沿頂板掘進(jìn),從防突的角度選擇卸壓巷沿煤層上部頂板掘進(jìn)。

(4)日本能源中心專(zhuān)家齋藤完治等現(xiàn)場(chǎng)考察后,結(jié)合其本國(guó)的經(jīng)驗(yàn)建議:被卸壓巷與卸壓巷間的平距介于5～12 m之間,卸壓巷超前被卸壓巷至少20 m掘進(jìn),這樣能夠使被卸壓巷在卸壓巷的充分卸壓區(qū)內(nèi)施工。

(5)卸壓巷與被卸壓巷在掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格采取“四位一體”防突措施。

3.2 巷道布置方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的煤層賦存情況,最終確定巷道的布置方案如下:

5347頂板巷 (卸壓巷)沿頂掘進(jìn),與5347風(fēng)巷 (被卸壓巷)內(nèi)錯(cuò)11.5 m布置,掘進(jìn)時(shí)始終超前風(fēng)巷30 m,目的是掩護(hù)5347風(fēng)巷的順利掘出,巷道布置示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 巷道布置示意圖

3.3 煤巷掘進(jìn)時(shí)的防突措施

5347頂板巷與5347風(fēng)巷在掘進(jìn)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行《防突規(guī)定》“四位一體”防突措施,即:預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防突措施、效果檢驗(yàn)、安全防護(hù)。在防突預(yù)測(cè)方面采用鉆屑指標(biāo)法預(yù)測(cè)煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性,使用WTC瓦斯突出參數(shù)儀測(cè)定最大鉆屑量Smax和鉆屑解析指標(biāo) K1,根據(jù)最大鉆屑量 Smax和K1值預(yù)測(cè)工作面的突出危險(xiǎn)性。當(dāng)預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)性時(shí),沿掘進(jìn)工作面方向布置瓦斯排放鉆孔。執(zhí)行局部防突措施后,繼續(xù)采用鉆屑指標(biāo)法對(duì)工作面防治突出措施進(jìn)行效果檢驗(yàn),當(dāng)實(shí)測(cè)指標(biāo)都小于臨界指標(biāo)時(shí),工作面防治突出危險(xiǎn)措施有效,只要有一個(gè)指標(biāo)等于或大于臨界值,工作面防治突出措施無(wú)效。當(dāng)措施無(wú)效時(shí),采取工作面短孔排放補(bǔ)充措施,消突措施效果經(jīng)檢驗(yàn)有效后,方可采取安全防護(hù)措施施工。

4 卸壓效果

防突預(yù)測(cè)鉆孔每鉆進(jìn)1 m測(cè)定該1 m段的全部鉆屑量,如果實(shí)測(cè)得到的鉆屑量大于等于6 kg/ m時(shí),則該工作面預(yù)測(cè)為有突出危險(xiǎn)工作面。在方案實(shí)施過(guò)程中,收集了烏蘭礦5347風(fēng)巷和頂板巷防突預(yù)測(cè)中的最大鉆屑量值Smax,其隨巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度的變化情況如圖3所示。

由圖3可知,5347頂板巷實(shí)測(cè)的所有最大鉆屑量Smax明顯都要高于5347風(fēng)巷的 Smax;頂板巷道在35～41 m處出現(xiàn)了兩次Smax大于6 kg/m的情況,即在此范圍內(nèi)兩次預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)性,需采取防突措施,而在5347風(fēng)巷掘進(jìn)到此位置時(shí) Smax為2.2 kg/m左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于《防突規(guī)定》中的臨界值6 kg/m,由此可見(jiàn)頂板巷的超前掘進(jìn)對(duì)風(fēng)巷造成了明顯的卸壓效果。

圖3 Smax隨巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度的變化情況

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的5347頂板巷的供風(fēng)量為450～476 m3/min,瓦斯?jié)舛葹?.24～0.52%;5347風(fēng)巷的供風(fēng)量為442～465 m3/min,瓦斯?jié)舛葹?.12～0.28%。在5347頂板巷掩護(hù)風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的瓦斯涌出量差異,兩條巷道的瓦斯涌出量差異變化關(guān)系如圖4所示。

圖4 兩條巷道的瓦斯涌出量差異變化關(guān)系

由圖4可知:5347頂板巷的瓦斯涌出量為1.087～2.387 m3/min;5347風(fēng)巷的瓦斯涌出量為0.536～1.246 m3/min;5347頂板巷的瓦斯涌出量始終高于風(fēng)巷的瓦斯涌出量。說(shuō)明臨近風(fēng)巷的卸壓瓦斯涌入5347超前掘進(jìn)頂板巷,從而造成相鄰巷道的瓦斯涌出量的明顯差異。

5 結(jié)論

(1)從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的鉆屑量數(shù)據(jù)及瓦斯涌出量數(shù)據(jù)可以看出:本次超前頂板巷卸壓消突技術(shù)的試驗(yàn)很成功,卸壓效果明顯,大大降低了被卸壓巷的地應(yīng)力并釋放了其瓦斯,為突出煤層掘進(jìn)工作面快速掘進(jìn)探索了一條有效途徑。

(2)本次試驗(yàn)選擇的超前卸壓巷為煤巷,并位于被卸壓煤巷的上方,而超前卸壓巷道還可選擇在被卸壓巷道的上、下方的巖石或煤層中。如極近相鄰煤層的風(fēng)、機(jī)巷分別同時(shí)掘進(jìn),上覆煤層的巷道作為下覆煤層巷道的超前卸壓巷,這種布置方式可有效降低掘進(jìn)前方煤體的突出危險(xiǎn)性。

(3)超前卸壓巷道的卸壓范圍、破壞范圍、最小超前距離及與被卸壓巷道的合理相對(duì)位置等有待進(jìn)一步考察。

[1]袁亮.淮南礦區(qū)高瓦斯復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開(kāi)采[A].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)第六次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)論壇論文集 [C],2007

[2]林府進(jìn),徐貴發(fā),董鋼鋒.松軟突出煤層順層長(zhǎng)鉆孔成孔技術(shù)研究 [J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2006(4)

[3]于不凡.煤和瓦斯突出機(jī)理 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1985

[4]劉操,張瀾濤.煤巷掘進(jìn)突出預(yù)測(cè)指標(biāo)研究 [J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009(4)

(責(zé)任編輯 張毅玲)

A research on the tests and application of burst control technology realized in advance entry opened in roof strata

Hu Shengyong,Zhou Fubao,Xia Tongqiang,Liu Yingke
(School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology, Xuzhou,Jiangsu province 221116,China)

TD712.6

B

胡勝勇 (1984-),男,湖北隨州人,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院碩士研究生,研究方向:礦井瓦斯防治。

＊國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (50604014),教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才資助項(xiàng)目 (NCET-08-0838)