任楼煤矿边掘边抽局部防突技术的应用.pdf

l 9 6 童堪晨 纠I技 2 0 1 1 年 第5 期 任楼煤 矿边掘边抽局部 防突技 术的应 用 吴学建， 李仁东， 王 峰 安徽省恒源股份有限责任公司任楼煤矿， 安徽 宿州2 3 4 0 0 0 摘要任楼煤矿7 煤层属于煤与瓦斯突出危险煤层， 在其煤巷掘进过程中采用了巷帮钻孔抽放与工作面前方短孔排放相结合的边掘边抽 局部 防突 瓦斯治理技术。通过 防突效果检验、 应用 实践及效果分析 ， 证明该 技术是行之有效的 ，同时取得 了明显的技术经济效益。 关键词煤与瓦斯突 出 边 掘边抽局部防突应用 实践 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 2 文献标 识码B 恒源公司任楼煤矿是年产2 8 0万t 的大型矿井， 井 田走向长约 9 ． 81 4 k in， 倾 向宽度 1 ． 7～ 3 ． 5 k m， 主采 煤层为中煤组 7 ， 7 。 ， 8 煤层 ， 平均厚度分别为 2 ． 7 2 m、 2 ． 1 2 m 、 1 ． 9 4 m， 煤层倾角为 1 3 2 0 。 ， 平均 1 7 。 ， 采煤方 法为综合机械化开采。 7 煤层原始瓦斯含量为 l 0 ． 5 m ／ t ， I I 7 2 1 4作面回 采期间工作面相对瓦斯涌出量 l 81 9 m ／ t ， 绝对瓦斯 涌出量为 1 0～1 2 m ／ m i n 。在 一 5 2 0 m水平实测瓦斯 压力高达 3 ． 5 MP a ， 煤层原始透气性系数为0 ． 0 4 8 6 m 2 ／ M P a 2 d 。该煤层在采掘过程中已多次发生瓦斯异 常涌出和煤与瓦斯突出事故。 1 边掘 边抽局 部 防突技 术方 案 为了防止 7 煤层掘进过程中的煤与瓦斯突出事 故， 消除煤巷掘进过程中的突出危险性， 任楼煤矿选择 了巷帮边掘边抽与掘进工作面前方短孔排放相结合的 边掘边抽技术方案。主要采取巷帮边掘边抽与迎头超 前短孔抽放、 深孔注水和深孔松动爆破等技术方法， 收 到了良好的效果。 巷帮边掘边抽是利用巷道掘进形成的松动圈， 提 高煤体的透气性 ， 抽放其瓦斯 ， 切断巷道两侧煤体瓦斯 涌出的通道， 对在掘进过程中涌出的瓦斯进行拦截抽 放 ， 并在巷帮两侧形成宽度约为 1 0 m的、 可防止两帮 煤体煤与瓦斯突出动力的卸压保护带。施工工艺 每 隔5 0 m在巷道两帮分别布置一个 3 X 3 X 3 1 1 0_ 钻场， 在 每个钻场内距底板 1 ． 2 m处施工 4个 4 n l a T l 的扇形 瓦斯抽放钻孔， 钻孔长度 5 6 m， 钻孔向帮外侧偏离角 度 1 9 。 ， 孔底间距 2 ． 5 m。巷道每掘进5 0 I n 开始施工 下一个钻场 ， 即钻孔超前距离为6 n l 。 掘进工作面前方短孑 L 排放是密集短钻孔排放， 在 巷道掘进范围短钻孔数 目达到 3 6 个 ， 能够在较短的时 间内大幅度地降低钻孔控制范围内的瓦斯储量， 消除 掘进前方的煤与瓦斯突出能量。具体施工 掘进工作 面前方、 平行于掘进巷道方向施工 1 8个 q 5 9 1 m m、 长度 为 1 3 m的瓦斯排放钻孔 ， 孔底间距为 1 ． 5 m， 控制巷帮 收稿 日期 2 0 1 1一o 31 0 作者 简介 吴学 建 1 9 7 5一 ， 男 ， 安 徽萧县人 ， 安 徽省皖北煤 电集 团任楼煤矿安监处采掘科科长， 现从事矿山安全及技术管理。 外 2 m， 进尺范围内有效排放半径为0 ． 5 m。在钻孔施 工的同时进行突出指标的测试， 经检验无煤与瓦斯突 出危险后 ， 开始掘进工作， 巷道每掘进 8 m开始施工下 一 轮钻孔， 钻孔超前距离为 5 m。 抽放钻孔参数、 排放钻孔参数见表 1 、 表 2 。 表 1 抽放钻孔参数 孔号 倾角 方位 。 孔径 rn m 设计孔深 r n 1 同煤层倾角 左 1 9 1 6 0 2 同煤层倾角 左 2 9 1 6 0 3 同煤层倾角 左 6 9 1 6 0 4 同煤层倾角 左 9 9 1 6 0 注 右帮钻场参数方位相反。 表 2 排放钻孔参数 孔 号 倾角 方位 。 孔径 m m 设计孔深 m 1 、 7 、 1 3 同煤层倾角 左 1 2 9 1 6 0 2 、 8 、 1 4 同煤层倾角 左 7 9 1 6 0 3 、 9 、 l 5 同煤层倾角 - 左 2 9 1 6 0 4、 1 0 、 1 6 同煤层倾角 右 2 9 1 6 0 5 、 1 1 、 1 7 同煤层倾 角 右 7 9 1 1 3 6 、 1 2 、 1 8 同煤层倾角 右 1 2 9 1 1 3 注 根据 煤层厚度 变化 ， 调整上 下排钻孔倾 角。 2防突效 果检验 及补 充措施 2 ． 1 防突效果 检验 根据 防治煤与瓦斯突出细则 的规定， 可采用钻 屑指标法检验掘进工作面防止煤与瓦斯突出的效果。 具体方法如下 图1 煤巷掘进工作面防突效果检验钻孔布置 1 在工作面施工 3 个预测钻孔 ， 钻孔布置在软分 层内， 巷道中心和两帮各布置一个， 中心孑 L 平行于巷道 2 0 1 1 年 第5 期 东 撼晨 科技 1 9 7 掘进方向， 巷帮孔分别向帮部倾斜， 终孔点位于巷道轮 廓线外 2～ 4 m处。孔径4 2 m m， 设计孔深 1 0 m 水平 投影距离 ， 钻孔布置如图 1 所示 。 2 钻孔每打进 1 m， 收集该段全部钻屑， 测定钻 屑重量， 每隔 2 m用 WT C突出预报仪测定一次钻屑瓦 斯解吸指标△h 。根据最大钻屑量 S ⋯和最大钻屑瓦 斯解吸指标△h ⋯值检验工作面突出危险性。 表 3 检验钻孔参数及检验结果 钻孔 钻孔参数 检验结果 时间 方位 倾角 钻径 孔深 △h 1 S m a x 与临界 编号 。 。 m m m P a bm 值对比 1 左 1 5 5 4 2 1 O ． 5 1 9 0 2 ． 3 小于 2 O O 7 0 7 2 O 5 4 2 1 0 1 4 0 2 ． 1 小于 一O 2 3 右 1 5 5 4 2 1 0 ． 5 1 6 0 2 ． 2 小于 1 左 1 5 5 4 2 1 O ． 5 1 1 O 2 ． 6 小于 2 O O 7 0 7 2 O 5 4 2 1 0 1 o o 2 ． 5 小于 1 5 3 右 1 5 5 4 2 1 0 ． 5 8 0 2 ． 4 小于 注 排渣方式采用压风 ， 煤样为干燥 3 钻屑量临界指标选定为 6 k g ／ m， △h 值的临 界指标选定为 2 0 0 P a 。 效果检验钻孔共布置 3个， 分别测定瓦斯突出指 标△h 一、 s ， 钻孔参数及检验结果见表 3 。由检验结 果可以看出， △h 最大为 1 9 0 P a ， 小于 防治煤与瓦 斯突出细则 规定的突出临界值 2 0 0 P a ； S m a x 最大值为 2 ． 6 k g ／ m， 小于 防治煤与瓦斯突出细则 规定的突出 临界值 6 ． 0 k g ／ m。 2 ． 2防突 补充 措 施 当工作面预测为有突出危险时必须停止作业 ， 采 用在工作面补打超前卸压排放钻孔的方式作为防治突 出措施。补打排放钻孔在原来钻孔之间的煤层中， 共 设计 7个钻孔， 孔深 1 3～1 4 m 水平投影距离 ， 孔径 7 5 m m， 孔底间距 1 ． 4 1T I 。排放钻孔的控制范围包括巷 道断面和巷道断面轮廓线四周外 3 m 巷道断面垂直 方向控制到煤层顶底板 。排放后进行效果检验， 检验 无突出危险后按原来的掘进方案继续掘进。 3应 用 实践及 效果 分析 2 0 0 7年， 任楼煤矿在 7 2 煤层采用边掘边抽局部防 突技术安全进尺 1 2 8 3 m， 煤巷抽排钻孔进尺 7 9 0 8 6 m， 单个煤巷防突掘进平均月进 7 8 m， 取得 了显著的效 果。以Ⅱ7 1 4风巷为例， 煤层原始瓦斯含量 1 0 ． 5 m／ t ， 煤层原始瓦斯压力 3 ． 5 MP a ， 煤体密度 1 ． 3 8 t ／ m ， 7 2煤 层厚度 2 ． 8 n l 。2 0 0 7年月进尺 8 3 m。其瓦斯抽排率、 煤层瓦斯残存含量、 煤层残存瓦斯压力分别为 7 0 ％， 3 ． 1 2 8 n l ／ t ， 0 ． 5 M P a ， 取得了良好的抽放效果。 上接第 1 9 5页 4采取 瓦斯抽 放前 后经 济效益 对 比 1 2 5 1 工作面通过采取瓦斯抽放后， 既解决了因 北 1 1 层顶板压力大、 巷道易鼓帮、 鼓底造成工作面机 道断面小， 工作面增风困难的难题 ， 又消除了顶板巷反 上与底板层轨道汇流处瓦斯超限的不安全因素。工作 面配风由原来最大 5 0 0 m ／ m i n降至现在 4 0 0 m ／ m i n ， 回风流巾瓦斯浓度由原来放煤时 1 ． 5 ％下降至0 ． 5 ％。 2 2 5 1工作面减小配风的同时也减小了软帮采 空区及边界同层位上山、 机道抽漏高顶的漏风风量， 有 利于采区防火。 3 采用顶板巷抽放瓦斯较比于排瓦斯专用尾巷 更有 利于采 区防火， 瓦斯 抽放泵抽放 时流量 1 0 3 0 m ／ ra i n ， 其远小于专用排瓦斯尾巷 6 01 2 0 i n ／ ra i n 的漏风风量及采空区漏风强度。 4 2 5 1工作面采取瓦斯抽放前 回风流瓦斯浓度 1 ． 5 2 ． 0 ％， 被迫限产、 停产， 工作面按每天正常产量 1 l O O t 计算， 吨煤售价按 1 3 0 t ， 则采取瓦斯抽放后， 从2月 1 5日至4月5日至少多产原煤3 ． 0万 t ， 创造产 值 3 9 0 万元 ， 实现利润6 6万元。 5 适宜采用顶板巷抽放条件及其需要解决问题 1 工作面必须布置有 内错式、 贯穿工作面走 向 顶板层排瓦斯巷系统， 并且顶板层尾巷较底板层轨道 铅垂间距一般 5 8 m为宜。 2 采用顶板巷抽放瓦斯工作面宜布置有专用排 瓦斯尾巷系统。如 2 5 ．1工作面无专用排瓦斯尾巷系 统， 采取顶板巷与底板巷通过煤层反上相连接形式 ， 则 煤层厚度应大于4 m， 若小于4 m则顶板巷布置在顶板 岩层 中。 3 顶板巷密闭内抽放管路距密闭距离一般 1 0～ 2 0 m为宜， 且顶板巷密闭应尽量严密 ， 这样既能通过抽 放泵产生的负压抽取工作面顶板巷 内高浓度瓦斯 ， 又 解除因密闭不严漏气影响瓦斯抽放效果， 再者解决密 闭闭前瓦斯超限问题。 4 2 5 1 工作面过顶板层排瓦斯反上期间， 工作面 距顶板巷抽放瓦斯密闭太近， 间距5 6 m， 且 放工作 面均采用炮采开帮落煤 ， 随着工作面的推进， 顶板巷抽 放密闭处在集中压力带时， 抽放密闭将遭破坏， 瓦斯抽 放效果受到影响， 加大现场瓦斯管理难度， 同时给生产 带来不安全隐患。 5 抽放管路应尽量选择大管径无缝钢管作为抽 放管路， 以减小抽放瓦斯阻力， 易于达到瓦斯抽放泵的 额定抽放流量， 达到有效治理瓦斯的 目的。 6 对抽放管路 中的气体应定期进行取样 ， 化验 分析抽放气体中的 C O含量及其变化趋势， 并绘制出 C O变化曲线， 以随时掌握工作面发火隐患， 适时采取 措施， 避免隐患升级， 做到治理瓦斯与防火并举。 1 9 8 东 撼晨 斜技 2 0 1 1 年 第5 期 煤 矿冲击地压 的监测方法初探 潘大伟 山西省煤炭规划设 计院， 山西 太原0 3 0 0 4 5 摘要该文针对冲击地压灾害的发生， 分析了矿井冲击地压容易发生的地点， 并探讨了冲击地压发生的影响因素， 针对上述分析论述了冲击 地压的监测方法。 关键词煤矿 冲击地压 监测对比法钻 屑法地球物理法 中图分 类号 T D 3 2 4 文献标识码A 1 冲击地压易发地点及特征 煤矿冲击地压发生前一般没有明显的宏观前兆， 其诱发因素有放炮、 顶板来压、 回柱 移架 等。分析 表明， 冲击地压易发地点及其主要特征为 1 冲击地压的发生与地质构造有密切关系， 往往 发生在褶皱、 断层及煤层变异性突出的部位， 主要受构 造应力 的控制 。 2 发生冲击地压的煤层顶板往往具有坚硬的岩 层 ， 该岩层聚集高强度的变形能， 是冲击地压发生的主 要驱 动能量 。 3 发生在超前巷道的冲击地压， 以巷道两帮煤体 抛 出为主要特征 ， 将巷道堵塞 ， 甚至完全充满巷道 。 4 发生在工作面的冲击地压， 一般表现为大面积 冲击 ， 冲击形成的煤体运动和冲击波将支护体推倒。 5 在留有底煤的采场， 冲击地压发生时， 以底鼓 和煤岩压入采场空间为主要显现特征。 2冲击 地压 的监 测方 法 2 ． 1 对 比法 对比法就是基于相似条件下对冲击前兆进行归 类， 一般应考虑下列因素 本矿和邻矿的冲击地压现状 和发展趋势； 本煤层或邻层、 邻 区已发生过的冲击地 压； 顶板为单轴 抗压强度大 于 7 0 MP a的坚 硬岩层 ； }收稿 日期 2 0 1 1 0 40 6 作者简介 潘大伟 1 9 8 2一 ， 男， 江苏省宿迁市人 ， 毕业于太原理 工大学采矿工程专业， 现在山西省煤炭规划设计院从事采矿工程相 关技术工作。 岛形或半岛形煤柱； 支承压力影响区； 上部或下部遗留 煤柱或回采边界； 煤层厚度或倾角突然变化； 褶曲或断 裂构造带等。在了解上述因素后 ， 根据已发生的冲击 地压的开采条件、 地质构造特点， 即对煤层的区域了解 程度， 可对煤层冲击地压前兆信息进行识别， 又称为相 似性识别。用对比法进行冲击前兆信息的识别 ， 必须 了解煤岩层赋存特点和开采参数。 2 ． 1 ． 1 煤岩层赋存特点 煤岩层赋存 特点包括 煤层埋深、 顶底板坚硬岩 层、 煤岩力学性质、 断层、 褶曲区域的开采冲击地压显 现特征 。 就整个煤矿而言， 通过对地质条件和开采技术的 分析， 可以划定冲击地压危险区域。随着开采深度的 延深， 当煤岩体应力满足强度条件时就可能发生冲击 地压。不同的地质构造区域 ， 冲击地压的始发深度不 一 样， 自始发深度起 ， 冲击地压就有可能在煤柱、 煤层 凸出的部位和邻近煤柱的上下煤层区段发生。随着开 采水平的延深， 冲击地压发生的地点和范围也随之扩 大。因此， 可以以相同地质条件的浅部冲击地压的前 兆信息为参考 ， 对相似条件的深部冲击地压的前兆信 息进行 识别。 2 ． 1 ． 2 开采参数 开采参数包括 相邻煤层中的残留煤柱和开采边 界影响的范围及强度 ； 叵采工作面推进到巷道、 采空 区、 断层、 褶曲带的时间； 采煤方法、 顶板控制方法、 冲 击岩层、 相邻煤层中的回采工作面相互位置； 回采速度 及工作面长度等。 2 ． 2钻 屑 法 钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔 直径 4 2 5 0 m m ， 根据钻孑 L 时在不同深度排出的煤粉量及其变 4结论 1 巷帮钻孑 L 抽放与工作面前方短孔排放相结合 的局部防突措施在任楼煤矿 1 1 7 2 1 4工作面准备煤巷 掘进过程中是行之有效的。 ． 2 采用 目前的抽放措施 ， 通过抽排效果分析可 知， 在巷道正常进尺情况下 ， 抽放 1 0 d 后巷帮钻场钻 孔控制范围煤层方可解突， 如要提高抽放效果 ， 尚需进 一 步优化钻孑 L 参数 ， 合理安排巷帮抽放与迎头打钻排 放、 掘进工作， 做到抽、 排、 掘的工序协调。 3 随着矿井回采深度的增加 ， 瓦斯压力不断提 高， 突出危险性越来越大， 该措施是否适用于厚煤层及 高突危险区域尚需作进一步的论证。 参考文献 [ 1 ] 国家安全生产监督管理总局． 防治煤与瓦斯突出细则[ M] ． 北 京． 煤炭 工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 淮南矿业集团科研所． 突出煤层快速掘进放图技术研究[ M] ． 淮 南矿业集 团科研所 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 李培春． 1 1 7 2 1 4工作面掘进作业规程 [ D ] ． 安徽宿州． 2 0 0 6 ．