新丰矿高位抽放设计.doc

新丰煤矿分段高位抽放钻孔设计方案
郑州广贤工贸有限公司新丰煤矿（以下简称新丰煤矿）为煤与瓦斯突出矿井，出于治理瓦斯的目的，拟在采煤工作面采取顶板高位钻孔裂隙带抽放措施，设计如下。
1. 新丰煤矿概况
新丰煤矿始建于1952年，2005年9月进行了改扩建初步设计，年生产能力0.6Mt/a。井田东西长约1.2～5.5km；南北宽约0.17～2.15km。面积7.388km2。主采二1煤层，±0.00m标高以上已采完，将开采±0.00m至-600m的二1煤层。二1煤层可采储量1689.8万t，服务年限21.7年。
⑴交通位置
该矿位于登封市大金店乡境内，东北距郑州84km，距登封市16km西北距洛阳75km，南至汝州20km，区内交通公路与焦枝、京广、陇海等铁路相接，交通较为方便，如图一示。

图一 新丰煤矿交通位置图
⑵煤层赋存
二1煤层赋存于山西组下部大占砂岩之下，上距砂锅窑砂岩67.16m，距香炭砂岩29.16m，下距L7灰岩约10m，距一3煤48～50m。据钻孔与生产矿井揭露，煤厚1.83～14.29m。平均厚5.26m。煤层结构简单，局部含夹矸1～2层，全区可采，属较稳定型煤层。倾角为26～35°，属倾斜煤层。煤的视密度为1.40t/m3。
二1煤原煤灰分（Ad）为7.61～37.56%，平均14.29%，全硫（St,d）为0.27～1.28%，平均0.40%。原煤磷（Pd）含量为0.004～0.038%，平均0.02%，发热量（Qgr,v,d）为27.63～33.37MJ/kg，平均30.77MJ/kg。浮煤灰份（Adaf）为3.34～8.90%，平均6.01%，挥发分（Vdaf）为9.52～11.14%，平均10.34%，胶质层厚度Y值为0mm。煤灰成份为SiO2+Al2O3，占73.05%，二1煤为低中灰、特低硫、低磷、高热值、高熔灰分之贫煤。。
二1煤层属自燃煤层，煤的自燃发火期一般为4～6个月，煤尘有爆炸危险性。
⑶开拓开采方式
中央分列式—立井双翼上下山开拓。共设三个立井井筒：主井、副井和东风井。
设计采用走向长壁高档炮采采煤方法，选用人工打眼、爆破落煤、人工攉煤、搪瓷溜槽运煤的回采工艺，顶板铺设塑料网、2.4m 长л型钢梁配合单体液压柱的错梁直线柱支架形式，人工推槽，全部垮落法管理顶板。工作面采高2.0m左右，最大控顶距为3.6m，最小控顶距为2.4m。工作面倾斜长125m左右，年进度850m。
⑷瓦斯赋存和抽放
二1煤层属煤与瓦斯突出煤层，新丰煤矿为煤与瓦斯突出矿井。1991年10月曾发生过瓦斯突出事故。
新丰煤矿二1煤层勘探钻孔测定瓦斯含量为2.19～11.30m3/t.r，如表二所示。与新丰煤矿井田二1煤层相接的相邻矿井瓦斯含量井下实测参数如表三示。比较而言，新丰煤矿地质勘探测定的瓦斯含量值偏低，与邻区井下实测的二1煤层瓦斯含量有较大的误差。因此,实际的防突和瓦斯管理中，采用邻矿井下实测值推算的瓦斯含量。由表三可知，二1煤层具有随着埋藏深度的增加瓦斯含量不断增大的规律。瓦斯含量梯度4.5m3/t·100m,瓦斯压力梯度0.82MPa/100m。
表二 勘探钻孔瓦斯测试结果表
孔号
煤层底板
标高（m）
瓦斯成分（%）
瓦斯含量
（m3/t.r）
CO2
CH4
N2
8604
-341.12
1.08
98.57
0.35
4.77
8703
-178.86
1.04
93.46
5.51
9.66
9304
-307.98
0.06
95.30
4.64
11.30
8503
-233.69
3.88
93.63
1.35
5.11
8303
-295.83
3.48
85.13
8.52
4.31

表三 邻区二1煤层瓦斯参数实测表
项目
水平标高 煤层开采深度（m）
+175 305
+126 354
+75 405
瓦斯压力（MPa）
0.82
1.08
1.5
瓦斯含量（m3/t燃）
12.65
14.68
16.98
△P
30.6
29
23
f
0.17
0.16
0.13
D
0.84
4.62
15.48
K
180
181
177
新丰煤矿瓦斯储量丰富，按初步设计资料，瓦斯储量为42156万m3。二1煤层钻孔流量衰减系数α=0.058—0.07d-1，煤层透气性系数入=0.1153—0.0635m2/MPa2.d，属难以抽放煤层，具有矿井瓦斯抽放的可行性。出于防止煤层瓦斯突出和降低瓦斯涌出量的目的，按照设计，实施煤层掘进边掘进边抽、回采工作面密集交叉钻孔预抽煤层瓦斯，采空区高位瓦斯抽放和石门揭煤瓦斯抽放，以及邻近层瓦斯抽放即卸压煤层瓦斯抽放等措施。测得二1煤层百米钻孔瓦斯抽放流量为q=0.01-0.04m3/min.hm。
2. 顶板高位钻孔裂隙带抽放理论基础
煤层的开采卸压会引起周围岩层封闭被破坏，上覆煤岩层垮落、破裂、下沉弯曲，形成所谓的“三区、三带”，如图二所示。煤层开采后，大量的采空区瓦斯积聚在冒落带和裂隙带，高位钻孔布置在冒落带和裂隙带之间，对于抽放采空区瓦斯、减小瓦斯涌出量、防止工作面瓦斯超限具有良好的效果。

图二 回采工作面采动影响上覆岩层移动的“三区、三带”
3. 分段高位抽放钻孔设计
分段高位抽放钻孔具体布置方式为：在回风巷每隔90-100 m做一个顶板岩巷钻场，向采空区方向施工直径Φ108 mm钻孔3 个 ，孔深100-105 m，相邻钻场钻孔之间沿巷道方向重叠5 m，钻孔布置如图三示。高位钻孔终孔层位采用采面回采后冒落带及裂隙带最大高度 Hm 和 HL 按下列公式确定：
Hm =100M/ (4.7M +19) （3-1）
HL =100M/ (1.6M +3.6) （3-2）
式中 M为采高，m。
按采高2m计算，Hm= 7m，HL =30m。为了保证最佳抽放效果，高位钻孔终孔点布置在冒落带和裂隙带之间。因此，高位钻孔终孔点距巷道顶板10-12m为宜。高位钻孔采用水泥浆机械式封孔，封孔深 5 m，抽放负压为5～10 kPa。

图三 分段高位抽放钻孔裂隙带瓦斯抽放方式及布置参数图
许彦鹏
二〇〇八年六月二十三日