梁愛堂

(山西陽泉煤業(yè) (集團)有限責任公司,山西 045000)

寺家莊公司是陽煤集團的新建公司,寺家莊煤礦于2005年8月開始建礦,礦井設計能力為5Mt/a,屬煤與瓦斯突出礦井。寺家莊公司主采15#煤層,屬全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。煤層傾角為0°～16°,煤層厚2.79～7.40m,平均5.12m。一般含夾矸二至四層,夾矸巖性為泥巖及炭質泥巖,頂板為砂質泥巖或粉砂巖,底板常為炭質泥巖,有時為砂質泥巖或粉砂巖。15#煤層軟分層位于頂板下0.2m左右,一般厚0.15～0.30m,局部可增加到0.5m以上。

寺家莊公司自2007年1月3日發(fā)生首次煤與瓦斯突出以來,截至現(xiàn)在,共發(fā)生煤與瓦斯突出事故18次,突出煤量約699t,突出瓦斯量64261m3;其中最大的一次突出為2009年6月10日,突出地點為15201進風副巷掘進工作面,突出煤量260t,涌出瓦斯量29500m3。突出事故的頻繁發(fā)生,嚴重影響了礦井的安全生產,威脅著職工的生命安全,同時制約了礦井的建設和發(fā)展,煤巷的掘進速度月進最多也只有50m。

煤巷掘進工作面如何實施有效的綜合防突技術措施,確保礦井的安全生產,同時提高掘進的單進效率,是當前急需解決的難題。

1 技術難點

礦井的主采煤層15#煤埋藏較深,埋藏深度為400～700m,且不具備開采保護層的條件,只能采取本煤層預抽的區(qū)域防突技術措施。在防治煤與瓦斯突出的技術實踐中,存在以下幾個問題：

(1)瓦斯含量高,一般在11.2～30m3/t,特別是礦井的西部瓦斯含量高。

(2)透氣性低,抽放半徑小。瓦斯壓力0.4～3.0MPa,孔隙率為2.96%～5.05%,透氣性系數(shù)為0.175m2/MPa2·d,屬可以抽采煤層。

(3)褶曲構造多,一般單斜構造多為10～25°,0.3～5m的斷層也常見,且構造附近瓦斯含量高、瓦斯壓力大。

(4)軟分層發(fā)育,軟分層厚度在0.1～1.0之間,一般近挨在煤層的頂板,煤層的f值小于0.2～0.5,軟分層f值在0.1～0.2之間。

(5)開采的煤層厚,15#煤厚2.79～7.40m,平均5.12m,采取預抽措施需要的時間長。

2 技術措施

針對寺家莊礦的技術難點,利用“一煤一巖”的雙巷掘進的布置方式,改變原來“預抽半月,達標后掘進半月”的單一工作面條帶式預抽煤巷掘進方式,采取以下三項綜合預抽技術措施后,進行煤巷快速掘進。

2.1 工作面預抽

“一煤一巖”的雙巷掘進方式是以煤巷為綜掘,巖巷為炮掘;工作面煤巷巷道設計毛高為3.8m,巷道寬度為4.5m,錨梭錨桿支護型式,掘進巷道沿煤層頂板掘進;巖巷巷道設計毛高為2.8m,巷道寬度為3.5m,巖巷布置在距煤層頂板5m的位置,兩巷水平間距為20m,錨桿支護形式。

圖1 工作面預抽鉆孔布置圖

工作面預抽就是在煤層巷道兩側打耳狀鉆場,在工作面正前和鉆場打鉆抽采,鉆孔參數(shù)主要依據煤層的透氣性、煤層的覆存條件和實測的瓦斯含量等實際情況進行設計 (鉆孔布置見圖1)。一般鉆孔布置30～50個,孔徑 φ100,深度70～90m,鉆孔保護巷道左右15～30m,掘進時預留20m。

2.2 超前巖巷預抽

由于巖巷掘進基本不受防突的制約,因此加快巖巷的掘進速度,使巖巷的掘進進尺達到每月150～220m,然后在巖巷往煤巷打超前鉆孔,進行瓦斯預抽 (見圖 2)。一般鉆孔間距為 2m,孔徑φ100,深度20～50m。

圖2 超前巖巷預抽鉆孔布置圖

2.3 超前橫管預抽

當巖巷超前煤巷200m時,嚴格按照有關防突規(guī)定進行揭煤,由巖巷向煤巷打超前橫管。然后在超前橫貫內,沿巷道方向前后打鉆,進行瓦斯預抽(見圖3),一般鉆孔布置30～50個,孔徑φ100,深度70～90m,鉆孔保護巷道左右15～30m。

3 煤巷掘進抽采方法

3.1 打鉆施工方法

在掘進工作面施工抽采鉆孔以前,應先施工瓦斯含量孔,以測定噸煤瓦斯含量值。待檢測出瓦斯含量后,根據瓦斯含量、當前掘進頭上一循環(huán)百米抽采量及鉆孔抽采半徑等參數(shù)制定鉆孔設計。同時需嚴格按照鉆孔設計施工鉆孔,若打鉆過程中出現(xiàn)異常,需及時匯報,相關技術人員根據匯報情況修改設計。

圖3 超前橫管預抽鉆孔布置圖

3.2 封孔方法

目前,較先進的封孔方法是采用聚氨酯封孔。其具體做法是：先稱量出封一個鉆孔的甲、乙兩組的分藥液,分別裝入兩個容器,再將藥液同時倒入混合桶,立即用棒快速攪拌均勻,當藥液由黃褐色稍變?yōu)槿榘咨珪r,停止攪拌,將藥液均勻倒在毛巾布上,邊倒藥液邊向抽采管上卷纏毛巾布,并把卷纏好藥液的抽采管迅速插入鉆孔。大約5min后藥液開始發(fā)泡膨脹,20min后停止發(fā)泡,逐漸硬化固結;另外封孔器封孔主要用于巖石鉆孔的密封,并且要求巖石致密,其最大的優(yōu)點是可以重復使用,但其對鉆孔周圍裂隙發(fā)育處的密封性能較差。

3.3 抽采方法

掘進工作面的抽采方法為“打一個、封一個、抽一個”。即每個鉆孔成孔后,立即封孔并連接到抽采放水包上連接抽采。鉆孔抽采時間由鉆孔設計決定。達到抽采天數(shù)后,由打鉆隊組施工預抽后的瓦斯含量孔,再次測定預抽區(qū)域內的噸煤瓦斯含量值及k1值。若這兩個數(shù)值均符合掘進標準,則由相關技術人員編制允許掘進單。若這兩個數(shù)值不符合掘進標準,則可采取延長抽采時間或補打抽采鉆孔的方法降低預抽區(qū)域瓦斯量。

4 效果分析

(1)采取超前巖巷預抽后,與原來相比,按煤巷掘進70m計算,巖巷鉆孔平均深度每個40m,鉆孔間距為2m,增加鉆孔量1800m;增加了鉆孔抽采時間,抽采量提高了31.5%。

(2)采取超前橫管預抽,與原來相比,在打鉆的空間上,不與掘進相互干擾,預抽不停掘進,掘進不停預抽,保證了下降8m3/t以下后達標的連續(xù)掘進;抽采的時間長,抽采效果好,瓦斯含量的下降幅度大,按抽采一個月計算最大下降幅度5.22m3/t。

(3)采取三個綜合預抽技術措施后,取得了非常好的效果,平均月進尺提高到120m,提高了71.26%,最大月進尺上到230m,保證了礦井的正常銜接和安全生產。

(4)采取三個綜合預抽技術措施后,2010年沒有發(fā)生過煤與瓦斯突出事故,保證了職工的生命安全,保證了礦井的健康發(fā)展。

5 結語

(1)煤與瓦斯突出煤層中瓦斯得到有效抽采后,使煤層瓦斯壓力降低至0.74MP以下,煤層瓦斯含量降低8m3/t以下,可以有效防治煤與瓦斯突出。

(2)針對低透氣性的突出煤層,采取多種的鉆孔布置方式,增加鉆孔數(shù)量,加大預抽時間,是可以提高預抽效果。

(3)合理占用打鉆的空間和時間,使打鉆和掘進保持平行作業(yè),保證預抽時間,保證掘進的連續(xù)作業(yè)。

(4)實踐表明,采取綜合的預抽技術措施,能夠取得好的預抽效果,達到消除煤與瓦斯突出的目的,為煤巷掘進創(chuàng)造有利條件,保證煤礦安全生產。

[1] 國家安全生產監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程 [M].北京,煤炭工業(yè)出版社,2011.

[2] 國家安全生產監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定 [M].北京,煤炭工業(yè)出版社,2009.

[3] 袁亮.煤礦總工程師技術手冊 [M].北京,煤炭工業(yè)出版社,2010.