突出煤层回采工作面瓦斯治理技术研究.pdf

总第2 1 1 期2023年第8 期技术应用摘要：为实现1 1 51 综采工作面煤炭安全高效回采，提出综合采用底抽巷穿层钻孔、本煤层顺层钻孔、高位瓦斯抽采钻孔、采空区埋管抽采等措施实现本煤层、采空区瓦斯抽采，消除煤层突出危险性并减少巷道掘进及后续回采期间瓦斯涌出；通过在采面上下端头布置隔离墙封堵，可进一步降低采空区瓦斯涌出量并达到抑制采空区遗煤自燃的目的。现场应用后，采面回采巷道掘进及回采区域内煤层突出危险性得以消除，煤层瓦斯含量及瓦斯压力降至安全范围内，巷道掘进及回采期间未有突出征兆，表明采用的瓦斯治理技术取得较好效果。关键词：瓦斯治理；突出煤层；抽采钻孔；底抽巷；保护层开采中图分类号：TD713.3文献标识码：A0引言DN500的矿用PVc管、干管为315mm的双抗聚乙煤与瓦斯突出是制约煤炭安全高效回采的主要烯管,用以承担井下瓦斯抽采工作。隐患之一,随着煤炭采掘深度不断增加，煤层瓦斯含2突出煤层工作面瓦斯治理技术量、瓦斯压力等呈增加趋势。瓦斯预抽是消除煤层瓦2.1折掘进巷道瓦斯消除斯突出危险的主要措施 1-3 。煤层群开采时，保护层开矿井将浅部的、瓦斯突出危险性小的1 号煤层作采是最为有效的防突措施，即先开采瓦斯含量低、为保护层开采，3 号煤层与1 号煤层层间距较小，处突出危险性小的煤层，开采后作为保护层实现被保护于1 号煤层开采保护范围内，因此3 号煤层瓦斯治理煤层卸压，增大煤层透气性，提高被保护煤层瓦斯抽主要通过1 号煤层回采巷道内布置的穿层钻孔、本煤采效果 4-7 。山西某矿属于瓦斯突出矿井,为实现瓦斯层顺层钻孔以及底抽巷瓦斯抽采钻孔等实现。由于5高效治理并解决瓦斯突出问题，矿井综合采用保护层号煤层与3 号煤层、1 号煤层层间距较大，最远距离开采、底抽巷瓦斯预抽、本煤层瓦斯抽采等瓦斯治理超过8 0 m，3 号煤层开采后5号煤层卸压不充分、未技术手段，实现了突出煤层瓦斯有效治理，确保了煤能完全消突，5号煤层瓦斯治理主要通过布置底抽巷炭安全回采。方式实现区域消除，以便为回采巷道掘进创造良好条1工程概况件；巷道掘进完成后布置本煤层钻孔消除回采区域内山西某矿井田开采范围内有多层可采煤层，从上瓦斯突出危险性。具体回采的各煤层瓦斯抽采方式见到下依次为1 号、2 号、3 号、5号、1 1 号等多层煤，除图1 所示。2#煤层不可采外，其余煤层均赋存稳定、全区可采。1号、3 号、5号、1 1 号煤层厚度均值分别为1.7 m、3.5m、2.6 m 及4.7 m，煤层均具有瓦斯突出危险性。由于1 号煤层埋深交浅且煤层突出危险性相对较低，为此提出将1 号煤层作为保护层开采，以便为其他煤层开采提供保护。矿井采用中央并列式通风方式，在回风斜井配备2 台型号FBCDZNO172110kW对旋式风机（一用一备）,负责矿井通风工作。随着矿井回采时间增加，浅部的1 号、3 号煤层资源逐渐枯竭，回采向中部及下部转移，1 1 51 综采工作面设计回采5号煤层，煤层倾角1 5，原始瓦斯含量为8.59 m/t，瓦斯压力0.8 6 MPa，煤层顶底板岩性均为粉砂岩及砂质泥岩。1 1 51 综采工作面采用U型通风方式，设计供风量为7 50 m/min，走向长度、倾向长度分别为1 50 0 m、1 7 5m，采面四周均为实体煤。矿井地面构建有瓦斯抽采泵站，井下瓦斯抽采主管为收稿日期：2 0 2 2-1 1-1 6作者简介：段俊英（1 9 8 4 一），女，山西代县人，本科，毕业于黑龙江科技大学安全工程专业，助理工程师。山西冶金ShanxiMetallurgy突出煤层回采工作面瓦斯治理技术研究段俊英（山西焦煤西山煤电屯兰矿，山西古交0 3 0 2 0 0）1151综采工作面底板瓦斯抽采巷布置在5号煤层底板下覆2 0 m的砂质泥岩中，在底抽巷内向采面运输巷、回风巷及切眼掘进外轮廓线1 5m范围内布置抽采钻孔，经长时间预抽后消除掘进区域煤层突出危险性，从而实现采面回采巷道安全掘进。2.2本煤层瓦斯抽采本煤层瓦斯抽采主要解决采面回采区域内煤层突出问题,通过布置大量的本煤层瓦斯抽采钻孔,降低Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.093文章编号：1 6 7 2-1 1 52(2 0 2 3)0 8-0 2 3 4-0 3本煤层顺层钻孔底板穿层钻孔图1 瓦斯抽采体系1号煤2号煤（不可采）293号煤顶板高位钻孔5号煤2023年第8 期段俊英：突出煤层回采工作面瓦斯治理技术研究235煤层瓦斯压力及含量，并释放煤体弹性潜能；同时瓦斯抽采后煤体强度得以显著提高，可起到较好消突效果。具体采面内本煤层瓦斯抽采钻孔布置见图2 所示。在采面运输巷及回风巷内沿煤层倾向布置75mm本煤层钻孔，钻孔布置间距均为3 m,其中回风巷内钻孔为俯孔，钻孔钻进过深存在排渣困难、钻孔积水等问题，为此适当降低回风巷内钻孔孔深,具体设计为8 0 m；运输巷内钻孔孔深为1 0 0 m，具体钻孔布置参数见表1 所示。图2 采面本煤层瓦斯抽采钻孔布置图表1 本煤层瓦斯抽采钻孔参数表钻孔倾角/钻孔偏角/钻孔位置钻孔类型1151运输巷15煤孔1151回风巷2.3高位瓦斯抽采钻孔在采面内通过布置高位瓦斯抽采钻孔可解决回风巷、回风隅角等瓦斯超限问题。高位钻孔主要依靠钻机施工大直径钻孔实现顶板裂隙带内高浓度瓦斯抽采。在1 1 51 综采工作面开始回采前，在回风巷内按照3 0 m间距布置一组高位钻孔，每组钻孔包括5个113mm钻孔，孔深4 0 6 0 m，钻孔间距1 0 m，终孔最高位于5号煤层上覆2 0 m位置；高位瓦斯抽采钻孔可覆盖倾向距回风巷50 m范围。具体回风巷内高位瓦斯抽采钻孔布置情况见图3 所示，钻孔布置参数见表2 所示。5m采空区图3高位瓦斯抽采钻孔布置图表2高位瓦斯抽采钻孔技术参数与顶板与煤壁夹编号倾角/。）孔深长度/m间距/m角（120216.6313.249.856.42.4回风隅角埋管瓦斯抽采在采面回风隅角位置埋管瓦斯抽采旨在降低回风隅角位置瓦斯涌出及瓦斯浓度，具体施工工艺为：在1 1 51 回风巷内预埋规格DN315复合管，每隔3 0 m增设一个三通阀门，通过控制阀门实现抽采开闭管理。管路接至切眼后方1 0 m采空区位置,在开口处用规格1 0 mm10mm钢筋网绑扎并用木垛架构井字型保护，避免冒落研石砸坏抽采管，具体管路布置见图4 所示。1151回风巷081151运输巷位置孔深/m与煤层倾煤层100-15尚平荐中部8030m1151回风巷回采工作面1151运输巷-1228.6-2622.4-3716.1-4610.6-536.1顶板7底板图4回风隅角埋管抽采示意图2.5端头封堵为减少采面采空区瓦斯涌出量，在1 1 51 综采工作面回采后于采面上下端头位置按照8 m间隔施工隔离墙,隔离墙由编织袋装的黄泥构筑,墙体厚度控制在1.5 3.0 m，隔离墙施工范围为煤帮至后溜尾处。隔离墙施工完成后采用水泥浆抹面,封堵墙体裂隙,提高严密性。通过施工隔离墙可减少采面漏风量，控制采空区瓦斯涌出,并在一定程度抑制采空区遗煤自燃。3实践效果在1 1 51 综采工作面采用综合瓦斯治理技术后，采面巷道掘进以及后续回采期间瓦斯突出、瓦斯涌出量大的问题得以有效解决。通过治理,采面瓦斯抽采率达到6 0%，瓦斯压力降至0.2 4 2 1 MPa，回采期间绝对瓦斯涌出量控制在3.52 m/min，未出现瓦斯超限情况，瓦斯治理取得较好成果。1 1 51 综采工作面钻孔布置及瓦斯治理效果如表3 所示。表3 钻孔布置及瓦斯治理效果1151工作面指标名称底抽巷钻孔进尺/m瓦斯抽放钻孔煤层钻孔进尺/m布置尺寸高位钻孔进尺/m钻孔总进尺/m采面瓦斯抽采率/%采面瓦斯抽采指标吨煤瓦斯抽采量/m突出征兆次数/次瓦斯治理效果指标瓦斯超限次数/次水平投影长度m41.7736.6743.6440.3647.4945.6253.252.2960.2459.9抽放口#工作面切眼外1 0 m处木垛指标数值1.3051045.2031040.181045.383104605.3000准备煤量/2 4.2 104抽采达标的煤量回采煤量/4结论1151综采工作面上覆虽然为3 号煤层采空区，但是由于3 号煤层与5号煤层层间距大，导致3 号煤23104山西冶金236E-mail:第4 6 卷层回采起到的保护效果较弱，5号煤层仍具备有突出危险性。为此，提出在5号煤层底板下覆2 0 m的砂质泥岩中布置底抽巷，通过布置穿层钻孔实现1151综采工作面回采巷道掘进区域内瓦斯治理，为巷道掘进创造良好条件。回采巷道掘进期间综合使用本煤层顺层钻孔、高位钻孔等方式实现瓦斯预抽，消除回采范围内煤层瓦斯突出危险性。在采面回采期间通过采空区埋管、上下端头封堵等措施减少采空区瓦斯涌出量。1151综采工作面瓦斯综合治理措施应用后，回采巷道掘进及采面回采期间未有瓦斯突出征兆，采面瓦斯抽采率为6 0%，瓦斯含量及瓦斯压力降至安全范围内，回采期间风排瓦斯量为3.52 m/min，各位置瓦斯浓度均较低，可满足采面回采需要。Research on Gas Control Technology in Outburst Coal Seam Mining Face(shanxi Coking Coal Group Xishan Coal Electricity Tunlan Mine,Gujiao Shanxi 030200,China)Abstract:In order to achieve safe and efficient coal extraction in the 1151 fully mechanized mining face,it is proposed to comprehensivelyadopt measures such as bottom drainage tunnel through layer drilling,coal seam bedding drilling,high level gas extraction drilling,goafburied pipe extraction,etc.to achieve gas extraction in this coal seam and goaf,eliminate the risk of coal seam outburst,and reduce gasemission during tunnel excavation and subsequent mining.By placing isolation walls at the upper and lower ends of the mining face forsealing,the amount of gas emitted from the goaf can be further reduced and the purpose of suppressing the spontaneous combustion ofresidual coal in the goaf can be achieved.After on-site application,the danger of coal seam outburst in the excavation and mining area of themining face was eliminated,and the gas content and pressure in the coal seam were reduced to a safe range.There were no signs of outburstduring the excavation and mining period,indicating that the gas control technology used has achieved good results.Key words:gas control;outburst coal seam;extraction drilling;bottom extraction roadwayi protection layer mining（上接第2 3 3 页）实践 J.山东煤炭科技，2 0 1 9（8)：7 8-7 9.6李建强.沿空留巷工艺在大阳煤矿的应用 J.能源与节能,2 0 1 8(12):136-138.7王磊.香源煤业Y型通风沿空留巷实施方案及经济技术指标 J.Research on Flexible Formwork Concrete Roadway Retaining Technology along Gob in Coal(Shanxi Coking Coal Group Fenxi Mining Industry Liangdu Coal Industry Co.,Ltd.,Lingshi Shanxi 031302,Abstract:In order to improve the utilization rate of the roadway and alleviate the tense situation of mining and excavation succession,takingthe 3503 transportation roadway as the background,on the basis of the original anchor mesh cable support system,long anchor cables areused to reinforce the roof support,improve the strength of the support system,and facilitate the reduction of roof subsidence during theretention period.Construct 1.5 m wide flexible formwork concrete on the mining face side of the roadway,and enhance the support capacityof the flexible formwork concrete with tension anchor bolts.The on-site application shows that the flexible formwork along the goaf retainingtechnology used can meet the needs of surrounding rock control in the 3503 transportation roadway.Key words:coal mining;dlexible formwork concrete;retaining tunnels along the goaf;roof support;anchor cable reinforcement参考文献1王钦明.近距离多煤层保护层回采工作面瓦斯综合治理技术 J.煤炭科技，2 0 2 1,4 2 4)：1 0 9-1 1 3.2 刘雪莉，游继军，近距离突出煤层群瓦斯治理技术优化的研究J.武汉工程大学学报，2 0 2 1,4 3(1)：8 6-9 0.3胡英，王关亮，鹿小虎.突出厚煤层综放工作面瓦斯综合治理技术研究 J.煤炭技术,2 0 2 0,3 9（4)：1 3 6-1 3 9.4白子靖.突出煤层工作面瓦斯治理技术的研究与应用 J.矿业装备,2 0 1 7(4):52-53.5秦磊.近距离突出煤层回采工作面邻近层区域瓦斯治理对策 J.能源技术与管理，2 0 1 5,4 0（4)：8 5-8 6.6 龚选平.瓦斯立体抽采技术在突出厚煤层群保护层回采工作面的应用研究 J.矿业安全与环保，2 0 1 4，4 1（4)：7 3-7 6.7李晓华，戚新红，韩真理，等.近距离煤层群高瓦斯突出煤层回采工作面瓦斯综合治理技术 J.煤炭技术，2 0 1 4,3 3(6)：4 6-4 8.(编辑：杨光辉)Duan Junying机械管理开发，2 0 1 7,3 2（8)：8 6-8 8.8冯超.柔模流体充填留巷围岩稳定性研究 D.西安：西安科技大学，2 0 1 5.(编辑：杨光辉）Mining FaceGao WeiliChina)