唐改衛(wèi)

(鄭州磴槽企業(yè)集團金嶺煤業(yè)有限公司,河南登封 452470)

保護層開采治理瓦斯技術(shù)在金嶺煤礦的應(yīng)用

唐改衛(wèi)

(鄭州磴槽企業(yè)集團金嶺煤業(yè)有限公司,河南登封 452470)

礦井位于登封市君召鄉(xiāng)境內(nèi),東北距登封市約35km,距鄭州市100 km,西北距洛陽約80km。礦井2000年3月份開始建設(shè),2003年4月份正式投產(chǎn),2009年整合屬地方單獨保留礦井,礦井生產(chǎn)能力0.6Mt/a,屬“六證”齊全的生產(chǎn)礦井。

保護層 瓦斯技術(shù) 應(yīng)用

1 一7煤層作為下保護層的可行性

金嶺煤礦主采煤層為二1煤層，厚度0.18～10.36m，平均3.54m，全區(qū)可采，為高瓦斯煤層，瓦斯含量5.5～11.7m3/t，煤層硬度系數(shù)f為0.15～0.35，煤層透氣性系數(shù)為0.0015～0.002，屬于難抽采的三軟煤層，本煤層抽放效果差；二1煤層下部層間距20～22m處有層一7煤，厚度0.29～0.83m，平均0.5m左右，賦存極不穩(wěn)定，屬局部可采的低瓦斯煤層，瓦斯含量0.5～1.5m3/t，兩層煤的煤層傾角均為28°-30°，根據(jù)煤礦保護層開采理論，一7煤層具備下保護層開采條件。

1.1 開采下保護層的最小層間距

按《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》附錄D.4規(guī)定，開采下保護層時，不破壞上部被保護層的最小層間距離可用下式確定：

當α＜60°時 H=KMCosα

式中：H——允許開采的最小層間距，m；M——保護層的開采厚度，0.7m；α——煤層傾角，30°； K——頂板管理系數(shù)。冒落法管理頂板時，K取10。經(jīng)計算，開采的最小煤層間距H為6.1m，小于一7煤和二1煤的平均間距20～22m，符合最小保護范圍的規(guī)定。

1.2 開采下保護層的最大保護垂距

一7保護層與二1被保護層最大有效垂距S下(m)按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》附錄D中公式(D.1)計算如下：S下= S＇下β1β2

式中：S＇下—下保護層的理論最大保護垂距，m。它與工作面長度L和開采深度H有關(guān)，S＇下根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》表D.3可以查出：一7煤層工作面采深為400m、工作面長度為135m時S＇下=136.2，β1—保護層開采的影響系數(shù)，β1=M/M0，M為保護層的開采厚度，m；M0為保護層開采的最小有效厚度，m。我礦一7煤層平均厚度0.5m，開采厚度最小為0.7m。則：β1=M/M0=0.5/0.7=0.71。

β2—層間硬巖含量系數(shù)，一7煤層上部有一層7.5～8m厚硬一7灰?guī)r，β2取1。

代入公式：S下= S下β1β2=136.2×0.71×1=96.7m

從以上計算得知：一7煤層如作為二1煤層的下保護層，其最大有效保護距離為96.7m，最小保護垂距為6.1m，一7煤層和二1煤層層間距為20～22m，符合最大保護間距和最小保護距離要求，是理想的下保護層。

因此，根據(jù)以上計算結(jié)果，我礦將一7煤層作為下保護層進行開采，區(qū)域解放二1煤層。同時，采取底板巖巷瓦斯抽放技術(shù)，綜合治理二1煤層瓦斯問題是切實可行的。

2 一7下保護層傾向和走向保護范圍確定

2.1 一7下保護層傾向和走向保護范圍確定依據(jù)

按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》附錄D.1規(guī)定，開采下保護層時沿傾斜方向的保護范圍可根據(jù)卸壓角δ劃定，如圖1所示。

圖1

保護層工作面沿傾斜方向的保護范圍

2.2 保護層保護范圍及有關(guān)參數(shù)的確定

(1)傾斜方向卸壓角的確定；我礦自2004年以來利用保護層開采結(jié)合瓦斯抽放技術(shù)進行區(qū)域瓦斯綜合治理以來，通過對1708、1709、1710、17111、17134、17143、17124等工作面的保護范圍進行了詳細的測定、計算、總結(jié)，得出一7煤層傾斜方向開采卸壓角ó1=7 1°、ó2=89°。如被保護的二1煤層工作面的傾向開采長度按120m設(shè)計，則保護層一7煤層開采保護長度L’(m)按下式計算。L’=L”+H/tan71°+H/tan89°=120+20/2.904+20/5.729=127.236m。

因此，根據(jù)計算結(jié)果表明，當被保護層二1煤工作面的傾向長度為120米時，一7煤層的開采傾向長度必須大于128米，如圖2所示：

圖2

(2)走向方向卸壓角的確定；我礦一7煤層走向方向開采卸壓角經(jīng)測定ó=56°，停采垮落有效保護角ó＇=60°。如被保護層二1煤層工作面的走向開采長度按500m設(shè)計布置，則保護層一7煤層開采保護長度L(m)確定如下：L=L1+H/tan56°+H/tan60°=500+20/1.483+20/1.732=525m。根據(jù)計算，當被保護層二1煤工作面走向長度為500米時，一7煤保護層的開采走向長度必須大于525米，即二1煤工作面的開采切眼應(yīng)布置在一7煤工作面始采線13.5米以內(nèi)；二1煤工作面的停采在一7煤工作面停采線11.5米以內(nèi)。如圖3所示：

圖3

3 保護層開采的采掘方案總體布置及開采順序

3.1 保護層開采的采掘方案總體布置

我礦為斜井多水平的開拓方式，4個斜井均布置在井田的中央；中央并列的通風方式；現(xiàn)開采一水平 ，東西兩翼各布置兩個雙翼采區(qū)，每個采區(qū)布置一個采煤工作面，1-2個掘進頭。井筒、水平大巷、采區(qū)上山均布置在一7煤層底板的L3-L4巖層中。一7煤層工作面和二1煤層工作面均實行跨水平大巷、采區(qū)上山的無煤柱開采方法。

3.2 保護層開采的采掘開采順序

首先，一7煤層上、下副巷及專用抽放巷掘進→一7煤層工作面開采→抽采二1煤層卸壓瓦斯→瓦斯抽放達到要求，一般為8-10個月后→進行二1煤層上下巷的掘進→最后進行二1煤層工作面的回采。

要求，一7煤層上下巷及專用瓦斯抽放巷的掘進、一7煤層工作面回采、二1煤層掘進、二1煤層工作面回采應(yīng)安排在不同的采區(qū)和不同的區(qū)段中進行作業(yè)。杜絕巷道對口，回風壓茬等，做到每個頭、面回風獨立。做到“掘、抽、采、用”平衡。

4 保護層開采的瓦斯治理效果

4.1 瓦斯抽放量

目前礦井瓦斯抽放量為30～35m3/min(濃度33%左右)，純量10～12m3/min，年抽放瓦斯(純量)達400萬m3以上。

4.2 瓦斯抽放效果

礦井瓦斯抽放率達到35%-45%，隨著瓦斯抽放力度的加大，礦井瓦斯抽放率將進一步提高。

(1)二1采煤工作面；保護層開采后，通過抽放后的二1煤工作面的配風量，由原來的950m3/min降至500m3/min，工作面上副巷回風瓦斯?jié)舛纫灿稍瓉淼呐R界狀態(tài)降為0.2%～0.3%，絕對瓦斯涌出量由原來的8.5m3/min-10m3/min，降低到目前的3m3/min以下，使采煤工作面回風的絕對瓦斯涌出量降低了70%以上，生產(chǎn)過程中再也沒有出現(xiàn)瓦斯超限和上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象。從而較好地解決了生產(chǎn)過程中的瓦斯超限和煤塵飛揚問題，并使回采產(chǎn)量得以大幅提高。

(2)二1煤掘進工作面；過去在沒有解放的二1煤層巷道中掘進，采用2×15kW對旋軸流風機，供風300m3/min的情況下，回風瓦斯?jié)舛冗_0.6%以上，打瓦斯釋放孔期間瓦斯經(jīng)常超限。月進尺不超過50米，瓦斯大的時候，不得不停止作業(yè)?，F(xiàn)在在解放后的煤巷中掘進，采用單2×15kW對旋風機開單機，供風200m3/min的情況下，瓦斯基本在0.15%～0.2%，掘進速度也由過去的月進不足50m提高到目前的180m左右，實現(xiàn)綜掘機械化，既保證了安全掘進，又緩解了生產(chǎn)接替緊張的問題，取得了一舉多得的好效果。

5 礦井瓦斯利用

5.1 民用瓦斯

我礦04年初進行瓦斯抽放，11月份建成了礦井民用瓦斯系統(tǒng)工程，2006年9月礦井安設(shè)一臺4噸瓦斯鍋爐，冬季進行供氣、取暖。伙房和瓦斯鍋爐每年節(jié)省煤炭至少2600噸，年收益在182多萬元以上

5.2 瓦斯發(fā)電

2005年礦投入資金1000余萬元，建成礦井瓦斯發(fā)電廠，目前6臺500kW的發(fā)電機組投入正常運行。每年度礦井瓦斯發(fā)電800萬kWh以上，電費按上網(wǎng)電價0.75元/度進行計算，年收益600多萬元。

5.3 CDM項目

我礦2006年3月份和英國瑞炭投資公司進行瓦斯利用項目的國際合作，即礦井抽放上來的瓦斯進行民用、發(fā)電、燒鍋爐等全部利用，不排到大氣中，減少大氣污染，該項目已經(jīng)通過挪威國際船級社的審查，國家發(fā)改委的審批，已在聯(lián)合國注冊成功，注冊代碼“1931”，2009年-2010年減排碳量10萬多噸，每年獲得英國政府提供的資金在400萬元。

6 金嶺煤礦保護層開采瓦斯綜合治理的認識

近年來，我礦在瓦斯綜合治理及利用方面，雖然做了一些工作，摸索了一點經(jīng)驗，但與淮南、鐵法、陽泉等省屬局、礦瓦斯治理的先進單位相比，差距還很大。防治瓦斯工作是一項長期而又艱巨的工作，任重而道遠，我們要以此次會議為動力和新的起點，虛心向各兄弟單位學(xué)習(xí)，借鑒先進經(jīng)驗，進一步拓寬工作思路，樹立科學(xué)發(fā)展觀。認真落實黨和國家及上級領(lǐng)導(dǎo)近期關(guān)于瓦斯治理工作的一系列指示精神，不斷加大安全投入，全面提高瓦斯綜合治理技術(shù)水平，努力開創(chuàng)我礦安全生產(chǎn)新局面。