祁南煤矿边掘边抽局部防突技术的应用.pdf

第3 3 卷 第9 期 煤 炭 科 学技 术 2 0 0 5 年 9 月 祁南煤矿边掘边抽局部防突技术的应用 周 卫 金 淮北矿业 集团 有限责任公 司 祁南煤矿 ，安徽 宿州2 3 4 0 0 0 摘 要祁南煤矿7 2 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 3 文献标识码 B 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 5 0 9 0 0 5 1 0 3 Ap p l i c a t i o n o f l o c a l p r e v e n t i o n t e c h n o l o g y o f c o a l a n d g a s o u t b u r s t w i t h e x c a v a t i o n a n d g a s d r a i n a g e i n Qi n a n Mi n e Z H O U We i j i n O i nan Mi n e ． Hu a i b e i C o a l Mi n i n g G r o u p C o r p o r a t io n L i d ． ，S u z h o u 2 3 4 0 0 0，C h i n a 1 概 述 淮北矿业 集 团公 司祁南煤矿是 年产 1 8 0 万t 的大型矿井，井田走向长约 1 0 ． 5 k m，倾向长 约为 3～ 8 ． 5 k m，面积 6 2 ． 5 k m 。井 田含煤地层共 有可采煤层 1 0层 ，总厚度为 1 5 ． 1 2 m。 目前主采 煤层 为 3 2煤层和 7煤层。7煤层分为下部的 7 煤 层和上部 7 煤层 ，7 煤层厚 度为 0 ． 4～4 ． 0 m，平 均为 2 ． 6 m，7 煤层厚度为 0～1 ． 9 m，平均为 1 ． 4 m，7 与 7 煤层层间夹矸厚为 0 ． 4～1 ． 8 m，平均 为 1 ． 2 m。煤层倾角为 4～1 4 。 ，采煤 方法为综合机械 化放顶煤开采。 7煤层原始瓦斯含量为 1 0 ． 5 m ／ t ，7 1 2工作面 回采期间工作面相对瓦斯涌 出量 l 8～1 9 m ／ t ，绝 对瓦斯涌出量为 1 0～1 2 m ／ m i n 。在 一 5 5 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 ／ MP a d 。该煤层在开采过程 中 已多次发生瓦斯异常涌出和煤与瓦斯突出事故 ，是 煤与瓦斯突出危险煤层 。 为了防止 7 煤层 掘进过程 中的煤 与瓦斯 突出 事故 ，过去一直采用在煤层底板岩石巷道中布置穿 层钻孔预抽掘进煤层范围内瓦斯 ，以消除煤层 的突 出危险性。由于岩 石巷道 只服 务 于 7 煤层 的机 、 风巷掘进，利用率低，掘进周期长， 致使矿井采掘 接续 紧张，开采成本高。此外 ，这种方法的抽放钻 孔长度约 8 5 ％为岩石 钻孔 ，工程量 大，钻孔利用 率较低。 2 边掘边抽局部防突技术方案 为了消除煤巷掘进过程中的突出危险性 ，主要 采取巷帮边掘边抽与迎头超前短孔抽放 、深孔注水 和深孔松动爆破等防突技术方案 。不 同的方法及相 应参数在不 同矿区收到 了良好的效果 ，祁南煤矿选 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 。 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。 具体施工工艺 在掘进巷道 内每隔 5 0 m在巷道两 帮分别布置一个 3 m x 3 m x 3 m钻场 ，在每个钻场 内距底板距离 1 ． 2 m处施工 4个直径 9 4 m m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 m 开始施工下一个钻场，即钻孔超前距离为6 m 。 掘进工作面前方短孔排 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个直径 为 9 1 m m、长 度为 1 3 m 的瓦斯 排放 钻 51 维普资讯 第3 3 卷 第9 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 5 年9 月 孔，孔底间距为 1 ． 5 m，控制巷帮外 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 2 。 表 1 抽放钻孔参数 注右帮钻场参数方位相反。 表 2 排放钻孔参数 注根据煤层厚度变化，调整上下排钻孔倾角。 3 防突效果检验及补充措施 3 ． 1 防突效果检验 根据 防治煤与瓦斯突出细则第 3 5 、3 8 条 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 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，中心孔平 行于巷道掘进方向，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 。 图1 煤巷掘进工作面防突效果检验钻孔布置 2 钻孑 L 每打进 1 m收集该段全部钻屑量 ，用 弹簧秤测定钻屑重量，每隔2 m用 WT C突出预报 仪测定一次钻屑瓦斯解吸指标 。根据最大钻屑 量 5 ～和最大钻屑瓦斯解吸指标 △ JIl 一值检验工作 面突出危险性。 3 钻屑量临界指标选定为 6 k g ／ m，A 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 △ JI l ～ 、5 ～ ，钻孔参数及检验结果见表 3 。由 检验结 果可 以看 出，△ ～ 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； 5 一最大值为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。 表3 检验钻孔参数及检验结果 52 维普资讯 第3 3 卷 第9 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 5 年9 月 3 ． 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 31 4 m 水平投影 距离 ，孔 径 7 5 m m，孔底间距 1 ． 4 m。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。 4应用实践及效果分析 2 0 0 4年，祁南煤矿在 7 煤层采用边掘边抽局 部防突技术安全进 尺 1 8 8 3 m，煤巷抽排钻孔进尺 7 9 0 8 6 m，单个煤巷 防突掘进队平均月进尺 7 8 m， 取得了显著的效果 。 以 7 1 1中段 机巷 为例 ，煤 层 原 始 瓦 斯 含量 l 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 ． 3 m。2 0 0 4年 l 2月进尺 8 3 m 。其瓦斯抽排率、 煤层瓦斯残存瓦斯含量、煤 层残 存 瓦 斯 压力 分 别 为 7 0 ％，3 ． 1 2 8 m ／ t ，0 ． 5 MP a ，取得 了良好的抽放效果。 5结 论 1 巷帮钻孔抽放与工作面前方短孔排放相 结合 的局部防突措施 在祁南矿 7 1 2、7 1 1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，尚需进一步优化钻孔参数，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 尚需作近一步的论证。 作者简介周卫金 1 9 6 3一 ，男，江苏靖江人，硕士，现为 淮北矿业 集 团有限责任公 司祁 南煤矿矿长。T e l 0 5 6 1 4 97 6l 5 2 收稿 日期2 0 0 5 0 61 0；责任编辑李军涛 上接第 2 7页 出，瓦斯能顺畅排 出，设施坚 固可靠不会 被摧垮 ， 避免了突出伤人 和电气失爆诱发 瓦斯 爆炸 的可能 性，措施过程安全可靠。 2 掘进过程安全 水力掏槽后 ，掘进工作 面原应力集 中带 向前方和槽的两帮深部转移 ，卸压 较快 ，瓦斯得到充分释放 ，掘进过程中不会发生突 出。而且 ，措施后在爆破和正常掘进期间瓦斯浓度 一 般不超限 ，掘进过程 中安全得到保障。 6 结论 与建议 1 通过多个严重突出掘进工作面工业试验， 有效解除了掘进期间突出危险性，提高 了掘进速度 和掘进的安全性 ，充分证明水力掏槽消突措施具有 广泛的适应性 、显著的有效性和可靠的安全性 。 2 在焦作矿 区煤层条件下 ，当掏槽 断面积 小于 1 ． 0 m 时 ，措施超前距保 留 5 ． 0 m；当掏槽断 面积大于 1 ． 0 m 时而小于 2 ． 0 m 时 ，措施超前距 保 留3 ． 0 m；当掏槽断面积大于 2 m 时 ，措施超前 距保留 1 ． 0 m 3 在严重突出地区试验了 2 0 0 0 m巷道 ，正 常掘进期间未发生一次突出，巷道安全掘进速度提 高3 倍以上，有效缓解了采掘接替紧张局面，经济 效益和社会效益十分显著。 参考文 献 [ 1 ] 唐建新．高压水射流技术在煤矿预抽 防突中的试验研究 [ J ] ．西安科技学 院学报 ，2 0 0 3 3 ． [ 2 ] 于不凡，王佑安．煤矿瓦斯灾 害防治及利用 技术手册 [ M] ．北京 煤 炭工业出版社 。2 0 0 2 ． [ 3 ] 煤炭工业 部．防治煤 与瓦斯 突出细则 [ M] ．北京 煤 炭工 业 出版社 。1 9 9 5 ． [ 4 ] 薛胜雄．高压水射流技术与应用 [ M] ． 北京 机械工业出 版社 ．1 9 9 8 ． [ 5 ] 焦作煤业集团科研所．严重突出煤层快速掘进防突技术研 究 [ R ] ． 焦作煤业集团科研所． 2 0 0 2 ． 作者简介 郭 中海 1 9 5 5一 ，男 ，河南沁阳人 ，高级工程师， 长期从事 煤矿 安全 生 产和 软 岩治 理 技术 研 究。T e l 0 3 9 1 3 5 3 2 7 1 5， E ma i l g u o z h o n g h m 1 9 5 5 s i n c o m 收稿 日期2 0 0 5- 0 4 0 8 ；责任编辑曾康生 5 3 维普资讯