柴昊昊

(山西晉能集團(tuán)三元煤業(yè)股份有限公司,山西 長治 046000)

在煤巷掘進(jìn)過程中,科學(xué)合理地利用防突技術(shù),不僅可保證煤炭的產(chǎn)量、提高采煤速度,而且在很大程度上可降低“夾鉆”“噴孔”等事故發(fā)生概率。在高突礦井應(yīng)重點(diǎn)注意和加強(qiáng)防突工作,在采掘過程中只有保證順暢的工作系統(tǒng)、足夠的斷面、充足的風(fēng)量和固定的工作設(shè)施,才能保證煤礦的安全生產(chǎn),最大程度地實(shí)現(xiàn)消突目標(biāo)并顯著提高掘進(jìn)工效[1]。煤礦的突出危險(xiǎn)性會(huì)隨著開采深度的增大而逐漸增加,應(yīng)根據(jù)煤礦的實(shí)際情況,采取最佳措施進(jìn)行防突。在研究分析了煤礦防突常見問題和關(guān)鍵性技術(shù)的基礎(chǔ)上,分析了賀西煤礦三采區(qū)采用區(qū)域防突鉆孔措施的應(yīng)用效果[2-11],準(zhǔn)確地預(yù)測突出危險(xiǎn)性是煤礦生產(chǎn)防突工作中最重要的環(huán)節(jié)。對(duì)突出危險(xiǎn)性的準(zhǔn)確有效預(yù)測,可為消除突出提供有效的時(shí)機(jī)并提高安全生產(chǎn)的概率[12]。

1 采區(qū)概況

在三采區(qū)標(biāo)高+520 m處采集煤樣測定的瓦斯含量,測得3#煤層最大瓦斯含量12.9 m3/t,最大瓦斯壓力2.2 MPa,瓦斯放散初速度16.5 mmHg,煤的堅(jiān)固性系數(shù)為0.22,煤的破壞類型正常區(qū)域內(nèi)為Ⅱ-Ⅲ類,地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)為Ⅳ-Ⅴ類;測得4#煤層最大瓦斯含量為11.8 m3/t,最大瓦斯壓力為1.8 MPa,瓦斯放散初速度17.6 mmHg,煤的堅(jiān)固性系數(shù)0.21,煤的破壞類型正常區(qū)域內(nèi)為Ⅱ-Ⅲ類,地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)為Ⅳ-Ⅴ類。2018年賀西煤礦絕對(duì)瓦斯涌出量73.72 m3/min,相對(duì)瓦斯涌出量14.07 m3/t為煤與瓦斯突出礦井。

2 防突設(shè)計(jì)原理及依據(jù)

預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)地面鉆井抽采應(yīng)作為首選措施,地面鉆井將區(qū)域瓦斯含量降至一定瓦斯含量之后,再采取井下抽采措施,通過井上下聯(lián)合抽采降低煤層瓦斯含量和實(shí)現(xiàn)消突目的。

堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行,局部防突措施補(bǔ)充的防突原則。凡是具備保護(hù)層開采條件的突出煤層,必須先開采保護(hù)層卸壓消突。3#煤層的突出危險(xiǎn)強(qiáng)度大于4#煤層,根據(jù)保護(hù)層選擇的原則弱突出煤層保護(hù)強(qiáng)突出煤層,應(yīng)選取4#煤層做為保護(hù)層,但由于3#煤層在4#煤層的上部,間距僅13 m左右,先行開采4#煤層將對(duì)3#煤層造成破壞,故將4#煤層作為保護(hù)層開采不利于資源回收,所以賀西煤礦應(yīng)采用預(yù)抽煤層瓦斯作為3#、4#煤層的區(qū)域性防突措施。

3 防突設(shè)計(jì)和布置

3.1 地面鉆井瓦斯抽采

汾西礦業(yè)集團(tuán)與晉煤藍(lán)焰煤層氣合作在井田深部設(shè)計(jì)施工了部分地面鉆井,根據(jù)統(tǒng)計(jì),設(shè)計(jì)地面鉆井共87口,截止2019年8月共施工鉆井68口,其中三采區(qū)9口,壓裂鉆井6口,封井1口,每口井日抽采量為400 m3。

3.2 預(yù)抽煤層瓦斯

1)三采區(qū)大巷均已成形,不再對(duì)大巷開拓采取區(qū)域防突措施。

2)掘進(jìn)工作面瓦斯預(yù)抽消突。三采區(qū)深部突出危險(xiǎn)掘進(jìn)工作面采用千米鉆機(jī)順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的方式掩護(hù)預(yù)抽順槽條帶瓦斯。

三采區(qū)3#、4#煤層屬較難抽放—可以抽放煤層。采區(qū)內(nèi)3#、4#煤層應(yīng)同時(shí)預(yù)抽,對(duì)3#、4#煤層進(jìn)行一次性消突。預(yù)抽3#、4#煤層條帶瓦斯時(shí),應(yīng)在3#、4#煤層已掘順槽中布置順層長鉆孔抽放下一段條帶煤層瓦斯,根據(jù)實(shí)際考察的有效抽采半徑確定鉆孔間距情況選取抽放參數(shù),鉆孔間距取15 m,長度至少控制本工作面及下一區(qū)段順槽上幫15 m,鉆孔孔徑Φ96 mm,封孔深度應(yīng)不小于8 m,封孔管直徑大于50 mm,以保證抽放效果,抽放達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行順槽掘進(jìn),見圖1。

圖1 順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式煤巷條帶瓦斯預(yù)抽

3)工作面(回采區(qū)域)瓦斯預(yù)抽消突。賀西礦三采區(qū)3#、4#煤層工作面順槽相對(duì)較長,采掘抽接替時(shí)間短,地質(zhì)條件簡單,工作面跳采不嚴(yán)重,具備順層預(yù)抽條件,因此三采區(qū)回采工作面同樣選擇千米鉆機(jī)順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面(回采區(qū)域)瓦斯作為區(qū)域防突措施。

在工作面(回采區(qū)域)一側(cè)順槽內(nèi)利用千米鉆機(jī)布置順層長鉆孔預(yù)抽本工作面(回采區(qū)域)瓦斯以及下一區(qū)段一個(gè)順槽條帶瓦斯,鉆孔長度控制該下一工作面(回采區(qū)域)順槽上幫15 m,封孔深度應(yīng)不小于8 m,鉆孔直徑Φ96 mm,終孔間距15 m,見圖2。

圖2 順層長鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)式預(yù)抽工作面(回采區(qū)域)瓦斯

4)滿足防突要求后的工作面加強(qiáng)抽采措施。形成工作面后,在回采區(qū)域一側(cè)的順槽內(nèi)布置順層鉆孔預(yù)抽工作面瓦斯。

鉆孔長度應(yīng)控制在工作面順槽卸壓范圍外(建議預(yù)留20 m卸壓范圍帶),封孔深度應(yīng)不小于8 m,封孔管直徑不小于50 mm,鉆孔直徑Φ96 mm,終孔間距5 m，如圖3所示。

圖3 順槽順層鉆孔預(yù)抽工作面瓦斯

另外,在三采區(qū)采掘過程中應(yīng)特別注意4#上煤層的消突措施,4#上煤層平均厚度只有0.76 m,賦存不穩(wěn)定,不進(jìn)行回采,但距上部的3#煤層層間距為1.22 m～16.10 m,距下部的4#煤層0～10.28 m,故在4#上煤層距上下煤層間距小于7 m的賦存區(qū)域應(yīng)采取與3#、4#煤層相同的消突措施,對(duì)3#、4#上、4#煤層應(yīng)一次性消突,保證生產(chǎn)安全。根據(jù)煤層賦存情況,對(duì)于4#上煤層賦存區(qū)域設(shè)計(jì)利用4#煤層工作面順槽施工上向千米順層鉆孔模塊預(yù)抽4#上煤層瓦斯,施工方式見圖4。4#上煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)參照3#、4#煤層的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)鉆孔間距取15 m,長度至少控制下一區(qū)段超出上下部3#、4#煤層工作面順槽15 m,鉆孔孔徑Φ96 mm,封孔深度應(yīng)不小于8 m,封孔管直徑大于50 mm,以保證抽放效果。預(yù)抽后應(yīng)將4#上煤層含量降到7 m3/t以下、煤層瓦斯壓力0.74 MPa以下。

圖4 順層長鉆孔預(yù)抽4#上煤層瓦斯

4 結(jié)果分析及區(qū)域驗(yàn)證

4.1 結(jié)果分析

工作面掘進(jìn)期間測定煤層殘存瓦斯含量,采區(qū)預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)地面鉆井抽采措施控制區(qū)域內(nèi)的煤層殘存瓦斯含量為5.6 m3/t～6.5 m3/t,較原始瓦斯含量降低了6.4 m3/t～7.3 m3/t、降低了46%～60%。實(shí)施預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突技術(shù)后,煤層殘存瓦斯含量指標(biāo)值均小于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界指標(biāo)值(殘存瓦斯含量臨界值為7 m3/t),且在施工驗(yàn)證鉆孔過程中無頂鉆、卡鉆、噴孔等突出預(yù)兆,均達(dá)到了預(yù)期消突的目的。具體抽采情況如表1所示。

表1 瓦斯抽采情況

4.2 區(qū)域驗(yàn)證

效果檢驗(yàn)指標(biāo)采用殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量指標(biāo),其臨界值為煤層殘余瓦斯壓力0.74 MPa、殘余瓦斯含量7 m3/t。區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

表2 區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)參數(shù)表

效果檢驗(yàn)前必須先評(píng)判檢驗(yàn)區(qū)域的瓦斯預(yù)抽效果情況,必須經(jīng)預(yù)抽率計(jì)算殘余瓦斯含量Wc<7 m3/t,方可布置效果檢驗(yàn)測試點(diǎn),施工效果檢驗(yàn)鉆孔直接測定煤層殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量指標(biāo)。

1)區(qū)域預(yù)抽采掘工作面,必須經(jīng)預(yù)抽率計(jì)算殘余瓦斯含量Wc<7 m3/t,布置效果檢驗(yàn)測試點(diǎn),施工效果檢驗(yàn)鉆孔直接測定煤層殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量指標(biāo)值。

2)區(qū)域抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判。評(píng)判區(qū)域經(jīng)預(yù)抽率計(jì)算殘余瓦斯含量Wc<7 m3/t后,效果檢驗(yàn)鉆孔直接測定煤層殘余瓦斯壓力Pc<0.74 MPa和殘余瓦斯含量Wc<7 m3/t以及檢驗(yàn)鉆孔施工過程中無噴孔、頂鉆等其他異?，F(xiàn)象時(shí),可評(píng)判為區(qū)域抽采效果達(dá)標(biāo),賀西煤礦三采區(qū)3#、4#煤層采煤工作面為無突出危險(xiǎn)區(qū)。有效降低了巷道掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量,工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃谙薅?biāo)準(zhǔn)值以下,所檢查區(qū)域的瓦斯殘余量和瓦斯壓力符合開采要求,保證了生產(chǎn)的安全進(jìn)行,無突出危險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)了巷道安全快速掘進(jìn)。

5 結(jié)論

1)賀西礦三采區(qū)3#和4#煤層工作面的現(xiàn)場實(shí)踐,對(duì)三采區(qū)實(shí)施的地面鉆井瓦斯抽采措施,實(shí)際應(yīng)用效果表明,煤礦預(yù)抽采瓦斯可以一定程度降低突出危險(xiǎn)。降低了工作面瓦斯涌出量,消除了掘進(jìn)煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

2)對(duì)賀西礦三采區(qū)3#和4#煤層工作面采取井下抽采措施,在地面鉆井將區(qū)域瓦斯含量降至一定瓦斯含量之后,再采取井下抽采措施,通過井上下聯(lián)合抽采降低煤層瓦斯含量,區(qū)域防突效果顯著,實(shí)現(xiàn)消突目的。