韓春曉

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 平煤股份一礦，河南 平頂山 467011)

近距離、大埋深、高壓力煤層群揭煤瓦斯防治技術(shù)的探索與實踐

韓春曉

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 平煤股份一礦，河南 平頂山 467011)

通過對平煤股份一礦三水平戊一下延主運輸巷流水通道揭近距離、大埋深、高壓力煤層群施工期間瓦斯防治技術(shù)的研究，在打鉆不能覆蓋所有揭煤區(qū)域的情況下，設(shè)計施工了揭煤巷對揭煤區(qū)域進(jìn)行有效消突，杜絕了揭煤期間瓦斯涌出異常造成事故，實現(xiàn)了近距離、大埋深、高壓力煤層群工作面的揭煤安全，為類似條件下巷道掘進(jìn)期間瓦斯治理提供了參考。

近距離；大埋深；高壓力；煤層群；揭煤；瓦斯防治

PracticeofMethanePreventionTechnologyinUncoveringDeepClosedCoal-seamswithHigh-pressure

1 工程概況

平煤股份一礦位于平頂山市北部3km，2002年礦井曾發(fā)生過煤與瓦斯動力現(xiàn)象，2005年煤與瓦斯突出鑒定結(jié)論為煤與瓦斯突出礦井，2013年瓦斯鑒定結(jié)果為：礦井絕對瓦斯涌出量45.22m3/min，相對瓦斯涌出量5.88m3/t。一礦三水平戊一下延主運輸巷設(shè)計全長2242m，掘進(jìn)方向煤層傾角為20°下山，巷道沿戊10煤層底板下部巖層施工，方位角17°，施工坡度為19°下山，進(jìn)入流水通道巷道(以下簡稱流水通道)后按平坡施工。該巷道對應(yīng)直接頂、底板以泥巖為主，工作面施工過程中無大的地質(zhì)構(gòu)造，斷層以小落差高角度正斷層為主，掘進(jìn)過程中 ，絕對瓦斯涌出量1.55m3/min。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，三水平戊一下延主運輸巷在流水通道施工中將揭戊組煤層群，揭煤位置地面對應(yīng)標(biāo)高+141.3m，戊10煤層底板標(biāo)高-801.3m，煤層埋深942.6m。戊10煤層厚度4.1m，中間有1.5m的夾矸，底板為厚約6.5m泥巖，頂板為厚2.0m的泥巖，泥巖之上為1.3m厚的戊9煤層，戊9煤層頂板為3.1m的泥巖，泥巖之上為厚約2.8m的戊8煤層，戊8煤層頂板為厚約8.3 m的中粒砂巖。圖1為三水平戊一下延主運輸巷及流水通道鉆孔綜合柱狀圖。

圖1 三水平戊一下延主運輸巷及流水通道鉆孔綜合柱狀

施工過程中，首先對三水平戊一下延主運輸巷揭煤點附近的戊8、戊9、戊10煤層瓦斯壓力及瓦斯含量進(jìn)行了實測， 實測最大瓦斯含量值為：戊8煤8.98m3/t，戊9煤10.67m3/t，戊10煤6.5m3/t；實測最大瓦斯壓力值為：戊8煤1.25MPa，戊9煤1.78MPa，戊10煤2.72MPa。煤塵爆炸指數(shù)為32.17%～37%，煤塵具有爆炸危險性，煤層自然發(fā)火期3～6個月，煤層為自燃煤層。根據(jù)實測結(jié)果，三水平戊一下延主運輸巷流水通道對應(yīng)上方戊組煤層群有突出危險性，在接近戊組煤層或揭穿戊組煤層施工均有突出危險。

三水平戊一下延主運輸巷及流水通道平面布置圖見圖2，三水平戊一下延主運輸巷及流水通道B-C段的揭煤剖面圖如圖3，三水平戊一下延流水通道C-D段的揭煤剖面圖見圖4。

圖2 主運輸巷及流水通道平面布置

圖3 主運輸巷及流水通道B-C段的揭煤剖面

圖4 流水通道C-D段的揭煤剖面

2 瓦斯防治技術(shù)方案的確定及實施

2.1 瓦斯防治技術(shù)方案

瓦斯防治技術(shù)基本原理即在流水通道揭煤前分別在主運輸巷和揭煤巷迎頭范圍內(nèi)施工一定數(shù)量的預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔、超前瓦斯排放鉆孔，通過預(yù)抽和泄放，使巷道前方煤層瓦斯壓力得到一定程度的釋放，這樣，一方面降低了巷道前方煤體的瓦斯含量、瓦斯壓力，減小了落煤的瓦斯涌出量，降低了發(fā)生突出的危險性，另一方面通過鉆取煤屑和抽放瓦斯，使巷道前方煤體發(fā)生變形，能夠增加煤層透氣性，降低瓦斯涌出初速度，從而減少新暴露煤壁的瓦斯涌出量，起到防止瓦斯超限和突出的作用。

實施瓦斯防治技術(shù)時，按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的有關(guān)要求，先在主運輸巷迎頭施工流水通道B-C段的瓦斯鉆孔，也就是說，主運輸巷承擔(dān)流水通道B-C段的瓦斯鉆孔施工任務(wù)；同時考慮巷道拐流水通道后再次變向，在主運輸巷打瓦斯鉆孔很難控制煤層群的所有揭煤塊段，因此設(shè)計施工了揭煤巷，主要承擔(dān)流水通道C-D段的瓦斯鉆孔施工任務(wù)。

2.2 預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔布置方式

根據(jù)三水平戊一下延主運輸巷下部煤層瓦斯壓力、瓦斯含量等突出參數(shù)的測定結(jié)果，分析三水平戊一下延主運輸巷流水通道施工段瓦斯壓力、含量均超標(biāo)，施工過程中有可能造成瓦斯超限或突出。根據(jù)煤層賦存條件、鉆孔綜合柱狀圖，以及瓦斯抽放鉆孔等資料分析制定三水平戊一下延主運輸巷流水通道揭煤段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔施工參數(shù)。在三水平戊一下延主運輸巷1314m處和主運輸巷、揭煤巷工作面迎頭分別施工穿層預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔。在三水平戊一下延主運輸巷工作面施工9排共計115個鉆孔，控制長度36.3m；在揭煤巷工作面施工9排共計126個鉆孔，控制長度53.9m，終孔控制到煤層頂板下至巷道底板以下5m，巷道兩側(cè)終孔控制到巷道輪廓線外15m，同時保證控制輪廓線外邊緣到巷道輪廓線最小距離不小于5m。穿層預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔施工完畢后及時聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽。預(yù)抽率達(dá)到45%后進(jìn)行區(qū)域防突措施的效果檢驗，效果檢驗指標(biāo)不超方可進(jìn)行施工，施工至距煤層法距5m時，用復(fù)合指標(biāo)法和Δh2指標(biāo)進(jìn)行區(qū)域驗證。驗證指標(biāo)不超后方可進(jìn)行施工，施工至距煤層法距1.5m時，用復(fù)合指標(biāo)法和Δh2指標(biāo)再次進(jìn)行區(qū)域驗證，驗證指標(biāo)不超后方可進(jìn)行揭煤施工。

三水平戊一下延主運輸巷流水通道B-C段、C-D段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔平面布置見圖5，三水平戊一下延主運輸巷流水通道B-C段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔剖面布置見圖6，三水平戊一下延主運輸巷流水通道C-D段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔剖面布置見圖7。

圖5 主運輸巷流水通道B-C段、C-D段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔平面布置

圖6 主運輸巷流水通道B-C段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔剖面

圖7 主運輸巷流水通道C-D段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔剖面

2.3 超前瓦斯排放鉆孔布置方式

根據(jù)三水平戊一下延主運輸巷瓦斯地質(zhì)鉆孔資料和施工的主運輸巷流水通道揭煤段預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔情況，分析制定了三水平戊一下延主運輸巷流水通道揭煤段超前瓦斯排放鉆孔施工參數(shù)。主運輸巷流水通道施工至距煤層法距1.5m時，用復(fù)合指標(biāo)法和△h2指標(biāo)再次進(jìn)行區(qū)域驗證。驗證指標(biāo)不超后方可進(jìn)行揭煤施工。為保證在揭煤期間不發(fā)生瓦斯高值、超限甚至突出事故，在主運輸巷流水通道揭煤前和過煤期間施工超前瓦斯排放鉆孔，鉆孔深度13.5m，允許進(jìn)尺3.5m，確保工作面的安全生產(chǎn)。

流水通道揭過戊8煤期間的瓦斯排放鉆孔平面布置見圖8。流水通道寬為5m，瓦斯排放鉆孔終孔位置控制在距流水通道輪廓線外8m，鉆孔終孔間距為1.6m，瓦斯排放鉆孔在水平方向的投影為13.5m，瓦斯排放鉆孔起始點延長后的交點距工作面退后2m的流水通道中心位置上。

圖8 流水通道揭過戊8煤期間的瓦斯排放鉆孔平面布置

2.4 抽放瓦斯前后工作面瓦斯參數(shù)對比

2.4.1 瓦斯含量的對比

煤層瓦斯含量是計算煤層瓦斯儲量與瓦斯涌出量的基礎(chǔ)，也是預(yù)測煤與瓦斯突出危險性的重要參數(shù)之一，所以準(zhǔn)確測定煤層瓦斯含量非常重要。工作面施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔前后瓦斯含量的測定：首先在未施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔前通過工作面瓦斯地質(zhì)鉆孔進(jìn)行測定，然后施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔，在預(yù)抽煤層瓦斯預(yù)抽率達(dá)到45%后，通過區(qū)域防突措施效果檢驗鉆孔進(jìn)行瓦斯含量的測定。預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔前后煤層瓦斯含量的測定主要通過DGC進(jìn)行測定，DGC分為實驗室部分和井下測試兩部分儀器，測定的瓦斯含量包括鉆孔損失量、井下解析量、地面解析量、粉碎解析量和常溫常壓下不可解析量5部分。采用井下瓦斯解析儀測定的井下解析數(shù)據(jù)推算煤樣在鉆孔中的解析規(guī)律來推算鉆孔損失量，其余的地面解析量、粉碎解析量和常溫常壓下不可解析量在試驗中測定。根據(jù)測定結(jié)果推算出煤層瓦斯含量。工作面施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔和超前瓦斯排放孔前后工作面瓦斯參數(shù)對比見表1、表2。

表1 施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔前后瓦斯含量參數(shù)對比

表2 施工超前瓦斯排放鉆孔前后瓦斯含量參數(shù)對比

2.4.2 瓦斯壓力的對比

煤層瓦斯壓力是煤層空隙內(nèi)氣體分子自由熱運動撞擊產(chǎn)生的作用力，它反映了煤層瓦斯含量的多少，決定了瓦斯流動動力高低以及瓦斯流動現(xiàn)象的潛能大小，是研究與評價瓦斯儲量、瓦斯涌出、瓦斯流動、瓦斯抽放與瓦斯突出問題的重要參數(shù)。煤層瓦斯壓力直接通過井下測壓鉆孔進(jìn)行測定。工作面施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔前后瓦斯壓力對比見表3。

表3 施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔前后瓦斯含量參數(shù)對比

2.4.3 瓦斯涌出量的對比

煤層瓦斯涌出量是煤層瓦斯流動和涌出的最直接體現(xiàn)，因此，準(zhǔn)確測定施工超前排放鉆孔前后瓦斯涌出量具有重要意義。煤層瓦斯涌出量直接通過瓦斯傳感器、光感瓦斯測定儀進(jìn)行測定。工作面施工超前抽放鉆孔前后瓦斯涌出量的對比見表4。

表4 施工超前排放鉆孔前后瓦斯涌出量參數(shù)對比

2.4.4 瓦斯涌出初速度q、鉆屑量S、Δh2值的對比

工作面施工超前排放鉆孔前后瓦斯涌出初速度q值、鉆屑量S值、Δh2值測定方法，就是采用復(fù)合指標(biāo)法進(jìn)行工作面突出危險性預(yù)測的方法，在工作面布置3個投影孔深8m、φ42mm的預(yù)測鉆孔，在預(yù)測鉆孔施工中，鉆孔每鉆進(jìn)1m測定該1m段的全部鉆屑量S，每次鉆屑收集結(jié)束，立即拔出鉆孔，用專用封孔器封孔，封孔后測量室長為1.0m；并在暫停鉆進(jìn)后2min內(nèi)測定鉆孔瓦斯涌出初速度q值，分別選取3個孔中q值和S值的最大值。施工超前排放鉆孔前后瓦斯涌出初速度q值、鉆屑量S、Δh2值對比見表5。

表5 施工超前排放鉆孔前后瓦斯涌出初速度q值、鉆屑量S、Δh2值對比

2.4.5 實施效果

從統(tǒng)計參數(shù)分析，三水平戊一下延主運輸巷流水通道施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔、超前瓦斯排放鉆孔后，瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量、瓦斯涌出初速度q值、鉆屑量S值、鉆屑瓦斯解析指標(biāo)Δh2，發(fā)生了較大的變化，各項防突指標(biāo)得到了有效控制，效果明顯。

3 結(jié)論

(1)三水平戊一下延主運輸巷流水通道施工預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔、超前瓦斯排放鉆孔后，增大了工作面前方煤層透氣性，通過煤層瓦斯預(yù)抽和有效釋放，降低了煤層中的瓦斯含量和瓦斯壓力，瓦斯涌出量得到有效地控制。

(2)通過揭煤巷科學(xué)解決了在三水平戊一下延主運輸巷打瓦斯預(yù)抽鉆孔很難控制煤層群的所有揭煤塊段無法消突的難題。

(3)通過措施的實施，消除了發(fā)生煤與瓦斯突出的危險性，實現(xiàn)了揭近距離、大埋深、高壓力煤層群的施工安全，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

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[責(zé)任編輯：施紅霞]

2014-01-13

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.05.025

韓春曉(1970-)，男，河南鎮(zhèn)平人，高級工程師，現(xiàn)任平煤股份一礦總工程師，從事技術(shù)管理工作。

韓春曉.近距離、大埋深、高壓力煤層群揭煤瓦斯防治技術(shù)的探索與實踐[J].煤礦開采，2014，19(5)：89-92.

TD713.6

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1006-6225(2014)05-0089-04