淮南矿区的瓦斯治理战略pj7777

日期:2019-10-11编辑作者:冶金矿产

本网讯 9月12日,在淮南矿业集团潘二矿12025薄煤层工作面,采煤司机手拿遥控器,灵活地按动键柄,只见庞大的采煤机、液压支架、运输机立即同步运转起来,顿时,工作面乌金一路欢歌。对此,潘二矿采煤准备队技术主管吴元进由衷地感叹道:“多年来,我们望‘薄’兴叹,即使开采也因煤层薄工人劳动强度极大,他们经常靠跪着、爬着拉架、攉煤、修设备,如今这一切都一去不复返了。” 目前,在淮南矿业集团,类似潘二矿这样条件的实施薄煤层开采的还有新庄孜矿、谢一矿,仅潘二矿一家就已成功开采了3个薄煤层工作面,其中11125薄煤层工作面自2009年4月投产至今已安全回采840米,累计出煤约33万吨。薄煤层开采因其煤厚不过1米左右,历来被人们称为“骨头缝儿里剔肉”。又因其作为保护层,担负着卸压瓦斯的重任,被专家称为悬崖边上伏“虎”。淮南矿业集团基于安全管理上的战略需要,敢于承担风险,并用持续不断的技术创新化解前进中的风险,早在2006年,淮南矿业集团董事会作出决议,凡是0.8米以上的薄煤层作为保护层的必须开采,真正做到“可保尽保、应抽尽抽”。同年8月,淮南矿业集团便成立薄煤层开采联合攻关小组,开始了探索薄煤层安全高效开采的“破冰之旅”。 薄煤层安全高效开采的关键在于机械化。“必须研制出适合薄煤层开采的液压支架、采煤机、运输机“三机”配套设备,设备须满足大功率、重型化、小体积和高可靠性的要求,从而实现工作面的自动化操作和控制。”淮南矿业集团参与研究攻关的同志这样表示。经过4年的不懈努力,由淮南矿业集团自主创新研究开发、具有知识产权保护的薄煤层开采成套设备已经成型。今年5月29日,该研究项目顺利通过了安徽省科技厅专家组的鉴定。专家们一致认为:根据复杂地质条件下的0.85-1.6m薄煤层赋存特点,由淮南矿业集团研发的薄煤层开采新型成套设备,实现了薄煤层开采的自动化和安全高效,研究成果达到国内领先水平。 专家们的意见完全建立在淮南矿业集团科学实践的基础上。根据淮南矿业集团试验开采的3对矿井的数据显示,薄煤层开采实现一举两得,既安全又高效。高效上,以往,薄煤层多数作为废弃资源被搁置不采,即使采用传统的炮采工艺开采薄煤层,效率低,用工多,工作面单产每个月最多2万多吨。在淮南矿业集团应用实现机械化开采后,不仅产量大幅度提升,创造出平均日产2397吨、最高日产3386吨,平均月产6.07万吨、最高月产8.6万吨的优异成绩,且用工人数大幅减少。安全上,薄煤层作为保护层开采,对被保护的煤层瓦斯实施卸压,瓦斯综合治理效果凸显。潘二矿开采的薄煤层11125工作面保护煤层瓦斯压力由回采前最大值0.9兆帕骤降至0.2兆帕,大大超出了预期效果,为该矿打开“希望之门”的4槽提供了坚实基础,为延长矿井服务年限、实现矿井可持续发展探索出一条新路。

摘 要 根据技术研究和工程实践,分析了顶板抽放瓦斯技术、保护层开采综合治理瓦斯技术 、突出煤层边抽边掘技术、穿层钻孔预抽瓦斯技术等一套适合淮南矿区的瓦斯治理技术。在 总结瓦斯治理成功经验的基础上,介绍了淮南矿区“可保尽保,应抽尽抽”的瓦斯治理战略 及其实践效果,探讨了矿区瓦斯治理的主要困难和解决办法。

关键词 瓦斯治理 瓦斯抽放 淮南矿区

1 概述

淮南矿区走向长100km,倾斜宽20~30km,面积近3000km2 。矿区已探明煤炭储量-10 00m深 度以浅153亿t,-1200m深度以浅300亿t。现有9 座生产矿井,均为煤与瓦斯突出矿井。矿井 生产能力2740万t,开采深度-720m,开拓深度-820m。矿区高瓦斯煤层具有松软低透气 性的 特点,瓦斯含量一般为10~22m3/t,瓦斯压力高达5.7MPa,瓦斯压力梯度2.42×10-2 MPa/m, 煤层透气性系数为0.02~0.08m2/(MPa2·d)。矿区矿井绝对瓦斯涌出量目前达到720m 3/min, 相对瓦斯涌出量为20m3/t。开采矿井煤层均具有自燃发火倾向,煤层的自燃发火期一般为 3~6个月, C13煤层最短自燃发火期仅为14天。煤尘普遍具有爆炸危险性,其爆炸指数为32 %~45%。

2 矿区瓦斯治理主导技术的建立

1998年以来,淮南矿区 逐步研究应用了掘进面“先抽后掘、边抽边掘”方法、采煤面顶板走向钻孔和高抽 巷抽放方法、顺层长钻孔抽放、穿层钻孔抽放、采空区埋管抽放、开采保护层抽放卸压瓦斯 等综合抽放技术。

2.1 开采煤层瓦斯抽放技术

2.1.1 开采煤层顶板抽放技术

顶板抽放方法就是从上风巷沿走向在煤层顶板往采空区上方掘进巷道或钻孔,抽放采空区顶板裂隙或冒落空间内积存的高浓度瓦斯。通过巷道或钻孔抽放,能够切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道,同时,对采空区下部的瓦斯起到拉动作用,减少采空区瓦斯向工作面的涌入量。其原理是在采空区流场上部增加汇点,使大量瓦斯通过汇点流出。顶板抽放要求瓦斯浓度高,并要满足一定的抽放流量,即抽放口附近的裂隙要有良好的瓦斯通道。因此,抽放位置不能太高,高处虽然瓦斯浓度高, 但由于裂隙不够发育,裂隙之间的连通性不好,很难抽到大量瓦斯。但位置也不能过低, 在采空区低处瓦斯浓度较低。

从1998年开始,先后在潘一矿、潘三矿等矿井进行了顶板钻孔抽放瓦斯试验,在李一矿、新 庄孜矿、谢一矿、谢二矿进行了顶板巷道抽放瓦斯试验。顶板走向钻孔抽放瓦斯纯量19~20 m3 /min,抽放率达45%以上。根 据工业性试验的现场测算结果,获得了顶板钻孔抽放动力、钻孔数量和抽放量间的最佳匹配 关系,即每个钻场布置8个钻孔,钻场间距100m,钻孔长度120m,抽放负压16~20kPa。抽放 巷道的层位一般控制在距煤层顶板10~20m、距上风巷水平距离20m的裂隙带下部。目前,顶 板抽放瓦斯技术已日趋成熟,并在全矿区普遍应用。

2.1.2 穿层钻孔抽放技术

采用穿层钻孔预抽煤层瓦斯需要煤层或煤层群具备底板巷,在底板巷内施工钻场,由钻场向 煤层或煤层群打穿层钻孔,每个钻孔都穿透整个煤层或煤层群,孔径91mm,钻孔间距30m ,预抽时间一般为1~3a。淮南矿区使用的穿层孔总长度超过1万m。谢二矿4232C13巷道掘 进面在经过穿层预抽区域时,掘进月进尺为35~45m,而在未预抽区域的月进尺只有20m,并且经常发生喷孔、夹钻等情况,说明穿层预抽起到了一定的作用。2.1.3 顺层钻孔抽放技术煤壁瓦斯治理的主要手段是采用顺层钻孔抽放本煤层瓦斯, 在采煤工作面上、下风巷 沿煤层打顺层钻孔,间距8~10m,孔深30~35m,部分块段孔深达50m,孔径73mm。当同 时抽放50~60个钻孔时,抽放量为0.3~0.4m3/min。这对降低煤壁瓦斯涌出量及防止煤与 瓦斯突出起到了一定的作用。

2.1.4 边抽边掘技术

针对突出煤层的松软低透性特点,研究使用并推广了边抽边掘方法。具体是迎头施 工10~20个钻孔,两帮分别施工3~6个孔,迎头钻孔保持5m以上的超前距,帮孔保持5m以上 压茬距。通过抽放瓦斯, 提高迎头煤体的强度,降低煤体瓦斯含量,从而减少放炮落煤时 的瓦斯涌出量。根据测定,迎头钻孔16h抽出的瓦斯量占有效时间内抽放量的80%。因此 规定迎头孔抽放时间为16h,帮孔在掘进过程中保持不间断抽放。

2.2 开采保护层瓦斯治理技术

2.2.1 煤层群多重开采上保护层防突技术

淮南矿区在煤层群开采时,首先以非突出煤层B8作为首采保护层,然后依次开采非突出 的 B7a、B7b 煤层,最后开采受到上保护层采动卸压保护的B6、B4突出危险煤层。采用此 种开采技术,对矿井资源回收、瓦斯治理和突出防治具有重大意义。

考察结果证明:B8煤层回采工作面相对于B6煤层掘进工作面的合理超前距为不小于40m ,保护效果十分显著;B8煤层开采后,B6煤层倾斜下方的卸压角分别为78°、77°、77°; B8 、B7a、B7b煤层开采后B6煤层倾斜上方的卸压角为77°,B8煤层开采后,B6煤层走向卸 压角为56.0°;B7a煤层开采后,B6煤层走向卸压角为60.5°。

多参数综合分析表明:B6煤层回采工作面相对于B4煤层掘进工作面的合理超前距为 不小于100m,即在B6煤层工作面100m以后,位于保护范围内的B4煤层突出危险性已经消除, 保护效果十分显著。

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