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煤矿采区瓦斯治理设计研究

王本永

安徽省淮北矿业集团青东煤矿,安徽淮北,235000

摘要: 随着机械化程度的提高和开采深度的不断延伸,部分煤矿的瓦斯涌出量增加,给回采带来一定的安全威胁。如何在采区开拓揭煤、掘进作业、采煤作业这些工作流程中有效地防范瓦斯事故,本文介绍了青东煤矿五采区852首采面瓦斯治理兼顾该采区的7煤瓦斯治理,能够有效指导类似情况的煤矿瓦斯治理工程实施。
关键词: 近煤层岩巷掘进;石门揭煤;掘进瓦斯;回采瓦斯;预抽钻孔
DOI:10.12721/ccn.2021.157087
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一、采区瓦斯地质概况

1、五采区范围

五采区东以BF2断层为界,西止BF64断层,南至-585m等高线,北至-650m等高线。采区主采煤层有7、8共两个煤层,8煤层标高范围为-585m~-650m。

3、五采区煤层赋存情况

五采区共有4个勘探钻孔,各钻孔中7煤、8煤和10煤的煤层厚度及煤层之间的间距,其中7煤层厚度0~4.76m,平均1.88m;8煤层厚度3.94~8.35m,平均7.18m;10煤层厚度0~2.5m,平均0.98m。7煤与8煤的平均间距为19.58m,8煤与10煤的平均间距为73.97m。

4、瓦斯情况

4.1 7煤层瓦斯情况

 五采区7煤层预计最大瓦斯压力为0.36MPa(标高-620m),最大瓦斯含量为4.58m3/t(标高-620m)。

4.2 8煤层瓦斯情况

五采区8煤层预计最大瓦斯压力为0.39MPa(标高-650m),最大瓦斯含量为5.58m3/t(标高-650m)。

二、采区设计说明

1.采区巷道布置

五采区在BF2断层西侧布置进风、轨道、运输、回风四条集中下山,采取平行布置,中至中间距30m;区段平、斜巷,立眼与四条集中下山联系构成生产系统,回采巷道采取走向布置,工作面采用走向长壁采煤法。

2.煤层开采顺序、采掘工艺、工作面接替顺序

2.1煤层开采顺序

五采区先回采8煤层,后回采7煤层。

3.2采掘工艺

工作面煤巷采取综掘(炮掘)工艺、二巷布置方式:机、风巷沿煤层走向布置,主要用于行人、运输、排水、进、回风及瓦斯治理。采用综采(放)机械化采煤方式开采,顶板采用自由垮落方式管理。

3.3工作面接替顺序

五采区布置752、852、854三个回采工作面。工作面与I7采区工作面之间跳采,接替顺序为852工作面→854工作面→752工作面。

三、通风系统

矿井采用中央并列式通风,852工作面为首采面,由东翼轨道大巷、I3采区轨道大巷、I3采区运输大巷、I3采区回风大巷、东翼回风大巷等巷道构成通风系统。

四、防突设计

(一)区域预测情况

根据《关于青东矿I5采区开拓前区域预测的批复》(淮煤通地便〔2014〕309号):

I5采区7煤层(-200~-600m)范围内无突出危险性;

I5采区8煤层(-200~-650m)范围内无突出危险性。

(二)瓦斯治理方案

鉴于该采区8煤工作面煤层较厚,为防止掘进期间瓦斯涌出异常造成瓦斯超限事故,掘进前利用机风巷底抽巷施工穿层条带钻孔掩护机、风巷掘进;其他工作面掘进期间直接执行局部综合防突措施。回采前施工顺层钻孔预抽工作面内部煤层瓦斯,降低煤层瓦斯含量,减小工作面回采期间的瓦斯涌出量,确保工作面安全回采。

(三)综合防突措施

1、近煤层岩巷掘进专项防突设计

施工期间必须执行“先探后掘、带钻掘进”。当距煤层法距大于10m时,每次必须施工不少于3个穿透煤层全厚的地质探查钻孔,并保留20m以上的超前距;当距煤层法距10m时(地质构造破坏带为20m),必须准确掌握巷道距煤层法距情况和瓦斯赋存情况,并保留20m以上的超前距;当巷道距煤层法距小于7m时,执行石门揭煤相关规定。

2、石门揭煤专项防突设计

根据《青东煤矿I5采区7、8、10煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告》、《防治煤与瓦斯突出细则》、《安徽省煤矿瓦斯综合治理与利用办法》(皖政办〔2011〕62号)等,制定了五采区石门揭煤专项防突设计。

3、852工作面掘进前瓦斯治理措施

掘进前利用852机巷底抽巷施工穿层条带钻孔掩护852机巷掘进,利用852风巷底抽巷施工部分穿层钻孔掩护852风巷掘进。

钻孔设计:钻孔必须穿过煤层进入岩石0.5m以上,控制掘进巷道两侧轮廓线外不小于20m,按孔底间距6m×6m网格布置,钻孔直径为113mm以上,穿层钻孔施工应用综合水力化冲煤卸压措施,并兼做地质探查使用。

5、回采区域瓦斯治理措施

852工作面回采前施工顺层钻孔预抽煤层瓦斯,降低煤层瓦斯含量,减小工作面回采期间的瓦斯涌出量,确保8煤工作面安全回采。

工作面顺层钻孔分别自机风巷向工作面内施工,机风巷钻孔压茬10m,并控制工作面切眼和收作线外20m的范围。钻孔孔底间距为3m,直径为113mm,封孔深度不小于20m,采用全程筛管+超长带压注浆封孔工艺。

8、工作面回采期间瓦斯治理措施

8.1顺层钻孔抽采

在工作面回采期间继续利用顺层钻孔抽采煤层瓦斯,进一步降低煤层瓦斯含量。

8.2上隅角埋管抽采

在工作面风巷预埋管路至采空区,在工作面风巷采用交替迈步的方式向采空区预埋抽采管路,交替迈步距离一般为20m左右。直接抽采采空区瓦斯,减少采空区瓦斯涌向回采工作面,消除上隅角瓦斯超限的威胁。

8.3高位钻孔和7煤预抽钻孔

①高位钻孔[1]

在工作面风巷每隔80~120m施工一个顶板高位钻场,在钻场内迎着工作面推进方向施工9~11个高位钻孔,钻孔布置在工作面冒落带顶部,钻孔压茬20m以上,孔径为113mm,钻孔施工结束后全程下护壁花管。

②7煤层预抽钻孔[2]

开采保护层时,同时抽采被保护层的瓦斯;开采近距离保护层时,采取措施防止被保护层初期卸压瓦斯突然涌入保护层采掘工作面或误穿突出煤层。利用8煤工作面顶板高位钻场施工7煤层预抽钻孔,钻孔终孔于7煤顶板。见下图

③效果:高位钻孔和7煤预抽钻孔能够有效抽采采空区及邻近层卸压瓦斯,降低工作面瓦斯涌出量。

7煤预抽钻孔布置图

图片3.png

六、监控系统及传感器设置

矿井使用北京瑞赛公司的KJ2000N煤矿安全监控系统,严格按规定安装甲烷、温度、CO、风速、开停、馈/断电等监控装置,报警值、断电值及断电范围、“风电闭锁”、“瓦斯电闭锁”及故障断电功能灵敏可靠。

七、抽采系统

①地面永久瓦斯抽采系统:矿井建立了1套地面永久瓦斯抽采系统,配备两台2BEY-67型水环式真空泵(一台工作、一台备用),由直径为720mm的铁管连接到井下。各采区总回风巷根据抽采需求选用的管路直径分别为530mm、300mm,工作面内部选用的管路直径分别为250mm、200mm。

②井下移动瓦斯抽采系统:I3采区建立了一套井下移动瓦斯抽采系统,配备2台2BE1-353型水环式真空泵(1台工作、1台备用),额定流量80m3/min、电机功率160KW,管路直径为200mm及以上。