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[摘 要]平煤股份八矿戊9.10-21030工作面末采期间瓦斯涌出量异常,煤层顶板垮落不及时,高抽巷和本煤层瓦斯抽放系统未充分发挥作用,采面施工前探卸压钻孔时喷孔、夹钻,造成瓦斯电闭锁掉闸,通过加强采面通风管理,分源预抽工作面瓦斯,及时调整工作面前探、卸压、抽放、注水钻孔参数和加强措施孔效果检验以及顶板管理等综合治理措施,取得了较好的效果,保证了工作面的安全生产。
[关键词]工作面末采;瓦斯异常;综合治理
中图分类号:TD712 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)03-0390-01
平煤股份八矿位于河南省平顶山市区东部,北依焦赞山,南临平安大道,东与许昌市襄城县毗连,始建于1966年10月12日,是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井,设计年生产能力300万吨。
1 末采期间瓦斯治理存在问题
戊9、10-21030采面东西走向长819.1米,南北倾斜宽183.6米,埋深656.4~579.1m;可采储量62.6万吨。煤层情况比较稳定,煤厚平均3.2m左右,局部含有不稳定夹矸;煤层倾角一般13°~16°,平均14.5°。工作面伪顶为0~0.7m碳质泥岩,直接顶为砂质泥岩,基本顶为灰白色中粒砂岩,直接底为泥岩,老底为砂质泥岩及中粒砂巖。煤的坚固性系数f为0.5~0.7,瓦斯绝对涌出量10.2m3/min,相对涌出量7.07m3/min, 采面煤层原始瓦斯含量16m3/t,瓦斯压力1.8MPa。末采期间上隅角瓦斯聚积,施工卸压钻孔时造成局部瓦斯超限,瓦斯电闭锁频繁掉闸,制约了原煤生产效率,严重威胁综采工作面的安全生产。
2 瓦斯异常原因分析
(1)矿压的影响
煤层内瓦斯存在形态有游离状态和吸附状态,它们以动态平衡的关系存在于煤层内[1]。回采工作面正常推进过程中,支承压力随着上覆岩层的周期性垮落而逐步前移,并在煤壁前方形成压力增高区,采空区的压力逐渐增大,将采空区深部矸石不断被压实,使采空区的瓦斯涌向采煤工作面。另一方面,由于煤层顶板比较稳定,根据“悬臂梁”理论[2],顶板垮落不及时会增大煤壁前方支承压力,煤壁出现裂隙,煤层游离状态的瓦斯在支承压力的作用下通过裂隙不断地向外释放,同时破坏了瓦斯存在的平衡条件,使瓦斯压力降到空气的绝对压力,因此煤体内吸附状态的瓦斯逐渐转化成游离状态并释放到空气中。并且悬顶面积过大,采空区与高抽巷未形成沟通裂隙,瓦斯容易在上隅角聚积,造成瓦斯超限。
(2)软分层的影响
回采煤层存在有煤质松软、层理紊乱、原生结构遭到严重破坏、呈层状或透镜状分布的软分层,末采期间煤层所夹软分层最厚处可达1.6m,造成工作面大面积片帮、掉渣,使煤层内的瓦斯短时间内大量地涌出,使采面瓦斯电闭锁掉闸,不仅影响生产时间而且对工作面作业人员的安全造成威胁。另外,软分层对工作面局部防突措施的落实也造成了困难,工作面施工卸压钻孔时,由于煤体极碎,局部防突措施效果检验时煤粉经常超标;钻杆打入软分层后阻力增大,出现顶钻、夹钻、喷孔和响煤炮等现象,钻杆极易丢进煤体,而且卸压钻孔成孔后有极易塌孔,严重影响了卸压钻孔的瓦斯释放效果。
(3)顺层钻孔质量的影响
戊9、10-21030工作面进行回采前,已经施工了顺层钻孔预抽本煤层瓦斯,末采时工作面经常出现施工顺层钻孔时遗留的钻杆,说明末采段煤层瓦斯的预抽效果不好,顺层钻孔工程质量差,同时给安全生产带来了巨大隐患。
3 综合防治措施
(1)加强采面通风管理
工作面末采期间瓦斯异常,成股涌出,因此根据瓦斯涌出情况,合理调整采面供风量,使综采工作面有一定的供风富裕,同时加强对采空区漏风量的控制,在工作面上、下隅角加设导风障,在风巷高抽巷1小川以里1m的位置处施工挡风墙,抽放管末端深入挡风墙以里5m,采面上拐角垛好封闭墙,在高位巷内强力抽放采面上拐的高浓度瓦斯。
(2)瓦斯预抽
采用新型钻机在煤壁前方10m至停采线向外10m范围内重新施工风巷顺层预抽瓦斯钻孔,孔径为113mm,钻孔间距为1m,孔深100m;采面采取分源综合瓦斯抽放,利用戊一瓦斯抽放泵站内安装的两台2BEC—42型瓦斯抽放泵一台抽戊9.10-21030采面上隅角及采空区瓦斯,一台备用;单电机功率为200KW、单泵抽放能力为150m3/min。在进行浅孔抽放时,利用风巷的本煤层瓦斯抽放管进行抽放,施工队保证用于采面进行浅孔抽放埋吸管不得压扁变形,封孔器不得被煤粉封堵,始终保持采面的抽放管畅通。同时施工单位掐管人员将埋吸管与主干管路要及时进行对接,保证埋吸管接头严密不漏气。另外,为保证钻孔工程质量,实行施工单位施工、回采单位现场验收的原则,杜绝弄虚作假,保证顺层预抽瓦斯的效果。
(3)加强措施孔的效果检验
施工前探、卸压、抽放、注水钻孔后进行效果检验。在全采面范围内,煤层中间布置一排效检孔,效检孔尽量布置在煤体的软分层中间,布置于所在部位钻孔密度相对较小、孔间距相对较大的位置,并远离周围的各钻孔或尽可能与周围钻孔保持等距离;从风巷向下每隔12m布置一个直径42mm,孔深8.3m的效检孔,效检孔总计16个,垂直于煤墙布置,采用复合指标法进行效检。其临界值及危险程度判定如下:
瓦斯涌出初速度qmax<3.5(L/min) 且 钻屑量 S<5.0(Kg/m) 无危险
瓦斯涌出初速度qmax≥3.5(L/min) 或 钻屑量 S≥5.0(Kg/m) 危险
所有预测孔预测均不超标且无喷孔、顶钻等动力现象或无明显突出预兆允时允许进尺3.6m,否则必须执行局部防突措施。防突测试工要认真测试,填写预测报告单,同时要对工作面的煤层赋存情况、顶底板情况及支架的支撑压力情况进行简要分析并及时汇报,报告单上必须有“五监督,五同时”的签字。测试孔不得与其它孔穿孔,若发生穿孔,必须重新打孔,重新进行测试。
4 经济效益分析
通过对戊9、10-21030工作面进行瓦斯综合治理实践,工作面架间瓦斯难度检测探头由平均 0.75 %下降为平均0.5 %左右 ,煤层注水后工作面降尘率平均 62.4%,最高达 71%。对21030工作面实施瓦斯综合治理后, 有效控制了瓦斯积聚,消除了瓦斯对工作面安全生产的威胁 。煤层注水还起到了对本煤层瓦斯的排挤 、排放效果,使煤层瓦斯较为均匀地排放至工作面回风流中 , 减轻了生产班工作压力 ;煤层注水有效地降低了生产班割煤时的产尘量和粉尘质量分数 ,使工作面及轨顺回风巷的劳动环境大为改善 。根据统计 , 21030工作面实行瓦斯综合治理后,工作面日产量由 5.6 刀提升到 7 刀, 日产量平均增加547t ,若按每吨煤 320元计算,则日产值增加 17.5 万元。
5 结论
平煤股份八矿生产能力为 300 万 t/a ,二井投入使用后生产能力将达到为500万 t/a ,己组煤己15、己16.17、戊9.10等煤层瓦斯含量大 ,工作面产量要求高, 瓦斯成为制约安全高效生产的首要难题。21030 工作面通过进行瓦斯综合治理, 有效的解决了瓦斯问题 , 实现了工作面安全生产和高产高效,对以后的瓦斯治理工作具有重要借鉴意义。
参考文献
[1] 周世宁,林柏泉. 煤层瓦斯赋存与流动理论[M]. 北京:机械工业出版社,1999.
[2] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
作者简介:刘庆国(1987—— ),男,河南焦作人,助理工程师,2012年毕业于河南理工大学,现从事煤矿生产技术管理工作。单位:平煤股份八矿,邮编:467000
[关键词]工作面末采;瓦斯异常;综合治理
中图分类号:TD712 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)03-0390-01
平煤股份八矿位于河南省平顶山市区东部,北依焦赞山,南临平安大道,东与许昌市襄城县毗连,始建于1966年10月12日,是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井,设计年生产能力300万吨。
1 末采期间瓦斯治理存在问题
戊9、10-21030采面东西走向长819.1米,南北倾斜宽183.6米,埋深656.4~579.1m;可采储量62.6万吨。煤层情况比较稳定,煤厚平均3.2m左右,局部含有不稳定夹矸;煤层倾角一般13°~16°,平均14.5°。工作面伪顶为0~0.7m碳质泥岩,直接顶为砂质泥岩,基本顶为灰白色中粒砂岩,直接底为泥岩,老底为砂质泥岩及中粒砂巖。煤的坚固性系数f为0.5~0.7,瓦斯绝对涌出量10.2m3/min,相对涌出量7.07m3/min, 采面煤层原始瓦斯含量16m3/t,瓦斯压力1.8MPa。末采期间上隅角瓦斯聚积,施工卸压钻孔时造成局部瓦斯超限,瓦斯电闭锁频繁掉闸,制约了原煤生产效率,严重威胁综采工作面的安全生产。
2 瓦斯异常原因分析
(1)矿压的影响
煤层内瓦斯存在形态有游离状态和吸附状态,它们以动态平衡的关系存在于煤层内[1]。回采工作面正常推进过程中,支承压力随着上覆岩层的周期性垮落而逐步前移,并在煤壁前方形成压力增高区,采空区的压力逐渐增大,将采空区深部矸石不断被压实,使采空区的瓦斯涌向采煤工作面。另一方面,由于煤层顶板比较稳定,根据“悬臂梁”理论[2],顶板垮落不及时会增大煤壁前方支承压力,煤壁出现裂隙,煤层游离状态的瓦斯在支承压力的作用下通过裂隙不断地向外释放,同时破坏了瓦斯存在的平衡条件,使瓦斯压力降到空气的绝对压力,因此煤体内吸附状态的瓦斯逐渐转化成游离状态并释放到空气中。并且悬顶面积过大,采空区与高抽巷未形成沟通裂隙,瓦斯容易在上隅角聚积,造成瓦斯超限。
(2)软分层的影响
回采煤层存在有煤质松软、层理紊乱、原生结构遭到严重破坏、呈层状或透镜状分布的软分层,末采期间煤层所夹软分层最厚处可达1.6m,造成工作面大面积片帮、掉渣,使煤层内的瓦斯短时间内大量地涌出,使采面瓦斯电闭锁掉闸,不仅影响生产时间而且对工作面作业人员的安全造成威胁。另外,软分层对工作面局部防突措施的落实也造成了困难,工作面施工卸压钻孔时,由于煤体极碎,局部防突措施效果检验时煤粉经常超标;钻杆打入软分层后阻力增大,出现顶钻、夹钻、喷孔和响煤炮等现象,钻杆极易丢进煤体,而且卸压钻孔成孔后有极易塌孔,严重影响了卸压钻孔的瓦斯释放效果。
(3)顺层钻孔质量的影响
戊9、10-21030工作面进行回采前,已经施工了顺层钻孔预抽本煤层瓦斯,末采时工作面经常出现施工顺层钻孔时遗留的钻杆,说明末采段煤层瓦斯的预抽效果不好,顺层钻孔工程质量差,同时给安全生产带来了巨大隐患。
3 综合防治措施
(1)加强采面通风管理
工作面末采期间瓦斯异常,成股涌出,因此根据瓦斯涌出情况,合理调整采面供风量,使综采工作面有一定的供风富裕,同时加强对采空区漏风量的控制,在工作面上、下隅角加设导风障,在风巷高抽巷1小川以里1m的位置处施工挡风墙,抽放管末端深入挡风墙以里5m,采面上拐角垛好封闭墙,在高位巷内强力抽放采面上拐的高浓度瓦斯。
(2)瓦斯预抽
采用新型钻机在煤壁前方10m至停采线向外10m范围内重新施工风巷顺层预抽瓦斯钻孔,孔径为113mm,钻孔间距为1m,孔深100m;采面采取分源综合瓦斯抽放,利用戊一瓦斯抽放泵站内安装的两台2BEC—42型瓦斯抽放泵一台抽戊9.10-21030采面上隅角及采空区瓦斯,一台备用;单电机功率为200KW、单泵抽放能力为150m3/min。在进行浅孔抽放时,利用风巷的本煤层瓦斯抽放管进行抽放,施工队保证用于采面进行浅孔抽放埋吸管不得压扁变形,封孔器不得被煤粉封堵,始终保持采面的抽放管畅通。同时施工单位掐管人员将埋吸管与主干管路要及时进行对接,保证埋吸管接头严密不漏气。另外,为保证钻孔工程质量,实行施工单位施工、回采单位现场验收的原则,杜绝弄虚作假,保证顺层预抽瓦斯的效果。
(3)加强措施孔的效果检验
施工前探、卸压、抽放、注水钻孔后进行效果检验。在全采面范围内,煤层中间布置一排效检孔,效检孔尽量布置在煤体的软分层中间,布置于所在部位钻孔密度相对较小、孔间距相对较大的位置,并远离周围的各钻孔或尽可能与周围钻孔保持等距离;从风巷向下每隔12m布置一个直径42mm,孔深8.3m的效检孔,效检孔总计16个,垂直于煤墙布置,采用复合指标法进行效检。其临界值及危险程度判定如下:
瓦斯涌出初速度qmax<3.5(L/min) 且 钻屑量 S<5.0(Kg/m) 无危险
瓦斯涌出初速度qmax≥3.5(L/min) 或 钻屑量 S≥5.0(Kg/m) 危险
所有预测孔预测均不超标且无喷孔、顶钻等动力现象或无明显突出预兆允时允许进尺3.6m,否则必须执行局部防突措施。防突测试工要认真测试,填写预测报告单,同时要对工作面的煤层赋存情况、顶底板情况及支架的支撑压力情况进行简要分析并及时汇报,报告单上必须有“五监督,五同时”的签字。测试孔不得与其它孔穿孔,若发生穿孔,必须重新打孔,重新进行测试。
4 经济效益分析
通过对戊9、10-21030工作面进行瓦斯综合治理实践,工作面架间瓦斯难度检测探头由平均 0.75 %下降为平均0.5 %左右 ,煤层注水后工作面降尘率平均 62.4%,最高达 71%。对21030工作面实施瓦斯综合治理后, 有效控制了瓦斯积聚,消除了瓦斯对工作面安全生产的威胁 。煤层注水还起到了对本煤层瓦斯的排挤 、排放效果,使煤层瓦斯较为均匀地排放至工作面回风流中 , 减轻了生产班工作压力 ;煤层注水有效地降低了生产班割煤时的产尘量和粉尘质量分数 ,使工作面及轨顺回风巷的劳动环境大为改善 。根据统计 , 21030工作面实行瓦斯综合治理后,工作面日产量由 5.6 刀提升到 7 刀, 日产量平均增加547t ,若按每吨煤 320元计算,则日产值增加 17.5 万元。
5 结论
平煤股份八矿生产能力为 300 万 t/a ,二井投入使用后生产能力将达到为500万 t/a ,己组煤己15、己16.17、戊9.10等煤层瓦斯含量大 ,工作面产量要求高, 瓦斯成为制约安全高效生产的首要难题。21030 工作面通过进行瓦斯综合治理, 有效的解决了瓦斯问题 , 实现了工作面安全生产和高产高效,对以后的瓦斯治理工作具有重要借鉴意义。
参考文献
[1] 周世宁,林柏泉. 煤层瓦斯赋存与流动理论[M]. 北京:机械工业出版社,1999.
[2] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.
作者简介:刘庆国(1987—— ),男,河南焦作人,助理工程师,2012年毕业于河南理工大学,现从事煤矿生产技术管理工作。单位:平煤股份八矿,邮编:467000