新義煤礦瓦斯綜合治理技術(shù)概述

12/12HYPERLINK"/"新義煤礦瓦斯綜合治理技術(shù)楊緒波（新義煤業(yè)有限公司）摘要：新義礦可采煤層為二1煤，該煤層松軟破裂、透氣性差，屬全層構(gòu)造軟煤，具有突出危險(xiǎn)性。煤與瓦斯突出和瓦斯超限問(wèn)題嚴(yán)峻制約著礦井安全生產(chǎn)。瓦斯抽采是防治煤與瓦斯突出的要緊方法，新義礦依照先區(qū)域后局部的原則，采取了水力沖孔，水力壓裂等一系列瓦斯綜合治理措施，保證了礦井安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：瓦斯抽采；水力沖孔；水力壓裂；瓦斯綜合治理；0前言新義礦為煤與瓦斯突出礦井，可采煤層為二1煤層。由于煤層松軟破裂，埋深較大，透氣性差，煤厚變化較大，煤層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)峻，礦山壓力顯現(xiàn)明顯，給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻阻礙，且在掘進(jìn)和回采過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)瓦斯超限事故。為了扭轉(zhuǎn)防突和瓦斯治理的不利局面，變被動(dòng)防治為主動(dòng)治理，新義礦不斷吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)和治理經(jīng)驗(yàn)，并探究研究適合自己的瓦斯綜合治理技術(shù)和治理方法。結(jié)合自己實(shí)際情況，通過(guò)四年的長(zhǎng)期努力，在瓦斯綜合治理方面取得了顯著成效。1礦井概況新義煤礦井田位于新安縣正村鄉(xiāng)境內(nèi)(新安煤田正村普查區(qū)西部),井田長(zhǎng)約10.50km，寬約3.79～4.52km，面積43.44km2。礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力120萬(wàn)噸，可采年限67.1年，采納立井開(kāi)拓方式，開(kāi)采深度在550m～950m，礦井為中央并列式通風(fēng)，主副井進(jìn)風(fēng)，風(fēng)井回風(fēng)。新義煤礦為煤與瓦斯突出礦井，其二1煤煤體破壞類(lèi)型要緊為Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)，局部達(dá)到Ⅴ類(lèi)，總體為Ⅲ～Ⅴ類(lèi)。構(gòu)造軟煤普遍發(fā)育，二1煤層煤體牢固性系數(shù)f值在0.22～0.65之間，平均為0.35，瓦斯放散初速度ΔP數(shù)值值域在15.0～28.0之間。二1煤瓦斯壓力為0.30～1.40Mpa，瓦斯含量在8.38～12.84m3/t之間。2瓦斯抽采系統(tǒng)現(xiàn)狀：2.1抽放管路建立了地面、井下采區(qū)瓦斯抽放系統(tǒng)對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行抽放，抽放系統(tǒng)主管路長(zhǎng)度3981米，主管路凈直徑500mm；支管凈直徑355mm。2.2抽放泵地面抽放泵站共安裝抽放泵3臺(tái)，其中2BEC-67型水封式真空泵一臺(tái)、2BEC-42型水封式真空泵兩臺(tái)；抽放時(shí)一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修。井下東、西區(qū)移動(dòng)抽放泵站各安裝2BEC-42型水封式真空泵2臺(tái)，抽放時(shí)一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。2.3抽放系統(tǒng)監(jiān)測(cè)抽放系統(tǒng)采納自動(dòng)監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合，可全天24小時(shí)監(jiān)測(cè)抽放參數(shù)。3防突設(shè)備為了保證瓦斯綜合治理效果，新義礦購(gòu)置了以下防突設(shè)備：設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量瓦斯壓力測(cè)定儀M-22臺(tái)BRW125注水泵BRW1252鉆孔多級(jí)流量計(jì)ZLD6臺(tái)KBD5電磁輻射儀KBD52手持式氣動(dòng)鉆機(jī)ZQS/20/0.8/1412臺(tái)重慶ZY-300鉆機(jī)ZY-3003瓦斯突出參數(shù)儀WTC4臺(tái)杭鉆SGZ-ⅢA300A型鉆機(jī)SGZ-ⅢA300B2突出危險(xiǎn)預(yù)報(bào)儀TWY4臺(tái)杭鉆SGZ-ⅢA300B型鉆機(jī)SGZ-ⅢA300B1煤鉆屑瓦斯測(cè)定儀MD-26臺(tái)杭鉆SGZL-ID150型鉆機(jī)SGZL-ID1504瓦斯放散初速度測(cè)定儀WT-I2臺(tái)西安ZDY3200型鉆機(jī)ZDY32001瓦斯管道測(cè)定儀WGC3臺(tái)西安ZDY1900型鉆機(jī)ZDY190012BEC67地面抽放泵2BEC672QZ-100B/J潛孔鉆機(jī)QZ-100B/J22BEC42地面抽放泵2BEC421CMSI-6200型煤礦用坑道鉆機(jī)CMSI-620012BEC42井下抽放泵2BEC424重慶ZY-150鉆機(jī)ZY-1501BRW400注水泵BRW40034瓦斯綜合治理技術(shù)針對(duì)二1煤層松軟、透氣性差、瓦斯抽采難度大的問(wèn)題，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)和探究，新義礦除了采取常用的瓦斯抽采方法外，還嘗試用頂?shù)装鍘r巷穿層條帶抽放配合水力壓裂增透、高壓水射流卸煤卸壓等技術(shù)，提高煤層透氣性、提高瓦斯抽放濃度和抽采率，得了較好的防突效果。4.1區(qū)域瓦斯綜合治理技術(shù)依照《防治防治煤與瓦斯突出規(guī)定》防突工作堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則。新義礦在區(qū)域防突方面做到多措并舉、應(yīng)抽盡抽、不掘突出頭、不采突出面。4.1.1水力壓裂穿層預(yù)抽井下壓裂的差不多原理立即壓裂液高壓注入煤（或巖）體中原有的和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內(nèi)，克服最小主應(yīng)力和煤巖體的破裂壓力，擴(kuò)寬并伸展和溝通這些裂縫，進(jìn)而在煤中產(chǎn)生更多的人造裂縫與裂隙，從而增加煤層的透氣性。新義礦東區(qū)是瓦斯問(wèn)題專(zhuān)門(mén)嚴(yán)峻的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)煤層較厚，瓦斯含量高，且部分地點(diǎn)二1煤含夾矸，導(dǎo)致鉆孔施工和抽放難度大。針對(duì)以上不利因素，新義礦在東區(qū)11041工作面軌道順槽采取高位巷水力壓裂穿層抽放措施，先壓裂擴(kuò)張?jiān)黾恿严逗蟪榉?。如圖1、2所示11041工作面軌道順槽高位瓦斯抽排巷與11041工作面軌道順槽呈內(nèi)錯(cuò)布置，錯(cuò)距20m，高位巷底板距二1煤層頂板5-9m。巷道內(nèi)每隔40m（中-中）布置1個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)布置一個(gè)壓裂孔，壓裂11041軌道順槽所在位置二1煤層。壓裂后在每個(gè)鉆場(chǎng)迎頭施工3排、7列（21個(gè)）孔，底板施工4排、7列（28個(gè)）孔抽放11041軌道順槽瓦斯。圖1壓裂孔布置示意圖圖2高位穿層抽放孔布置示意圖4.1.2高壓水射流沖孔卸煤卸壓水力沖孔是在封閉式高壓供水條件下，利用鉆頭鉆進(jìn)、水力沖擊和水力脈動(dòng)輸排等作用，誘導(dǎo)和操縱噴孔，使工作面前方煤體卸壓和排放瓦斯，消除或降低煤體的彈性潛能和瓦斯?jié)撃?。水力沖孔，可在鉆孔周?chē)纬筛罂臻g的空洞，促使鉆孔附近煤體卸壓，從而使鉆孔周?chē)膲毫Ψ植及l(fā)生變化，為附近煤體提供一定的膨脹空間，釋放煤體內(nèi)應(yīng)力勢(shì)能和瓦斯壓力，達(dá)到消除或降低煤層突出危險(xiǎn)性的目的；同時(shí)能夠降低煤塵，達(dá)到減塵效果。依照新義礦西區(qū)二1煤層松軟、低透的特點(diǎn)，選取在西區(qū)12011工作面皮帶順槽采納底板巷水力沖孔穿層預(yù)抽措施。如圖3所示，12011工作面皮帶順槽底板瓦斯抽排巷布置在二1煤層底板的泥巖中，與12011工作面皮帶順槽呈外錯(cuò)布置，錯(cuò)距20m，掘進(jìn)過(guò)程中巷道頂板距二1煤層底板保持5-9m的安全巖柱。底板巷內(nèi)每25m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工7排、5列Ф133mm鉆孔，形成6×6m的孔底網(wǎng)格布局，先沖孔后抽放，抽放率達(dá)到30%以上后進(jìn)行區(qū)域效果檢驗(yàn)。圖3底板巷水力沖孔及抽放孔布置示意圖4.1.3順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯是最常見(jiàn)的瓦斯抽放方法，因直接在工作面沿著煤層施工抽放鉆孔，鉆孔施工相對(duì)容易，抽放效果也較好，但因抽放占用時(shí)刻阻礙掘進(jìn)速度。新義礦順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯包括工作和巷幫鉆場(chǎng)抽放。如圖4所示，巷道兩幫每40m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，依照煤厚不同每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置9～12個(gè)鉆孔，工作面布置33～44個(gè)鉆孔，鉆孔投影深度60m，孔底間排距2000×2000mm，操縱巷道兩幫15m范圍，每60m為一個(gè)區(qū)域循環(huán)，抽放率達(dá)到30%以上后進(jìn)行區(qū)域效果檢驗(yàn)。圖4巷幫抽放鉆孔布置圖4.1.4順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域瓦斯順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域瓦斯是在煤層巷道掘進(jìn)的同時(shí)，分不從風(fēng)巷和機(jī)巷向回采煤層施工長(zhǎng)鉆孔，提早預(yù)抽回采煤體瓦斯。如圖5所示，依照煤厚情況分不在掘進(jìn)巷道的回采側(cè)每個(gè)2m施工一列1～3個(gè)長(zhǎng)鉆孔，鉆孔直徑89mm，深75m，兩側(cè)鉆孔交叉10m范圍。圖5順層回采區(qū)域抽放鉆孔布置圖4.2局部瓦斯綜合治理技術(shù)4.2.1掘進(jìn)工作面淺孔抽放掘進(jìn)工作面淺孔抽放是在區(qū)域抽放未達(dá)到消突效果的情況下，對(duì)工作面及其周邊附近瓦斯進(jìn)行超前抽放，保證措施后工作面范圍瓦斯?jié)舛?、壓力大大降低，并使工作面?yīng)力集中區(qū)向工作面深部轉(zhuǎn)移，在工作面前方15m范圍內(nèi)形成一個(gè)低瓦斯區(qū)的安全帶。如圖6所示為工作面順層淺孔抽放鉆孔平面布置示意圖，掘進(jìn)工作面依照煤厚情況布置27～36個(gè)淺孔抽放措施孔，分3～4排、9列，孔口間、排距600×400mm，措施孔操縱到兩巷幫5m范圍。圖6工作面淺孔抽放鉆孔平面示意圖4.2.2回采工作面淺孔抽放回采面淺孔抽放是為了彌補(bǔ)因回采區(qū)域抽放鉆孔施工誤差造成的局部空白帶，形成消突安全屏障，保證回采區(qū)域消突效果。如圖7所示為工作面順層淺孔抽放鉆孔平面布置示意圖，依照不同煤厚在工作面內(nèi)布以“三花眼”形式布置2～3排投影深度為16m的平行鉆孔，鉆孔間排距為2000×400mm，操縱工作面前方15m范圍。圖7回采面淺孔抽放鉆孔平面示意圖4.2.3煤體注水煤體注水后，改善了煤體力學(xué)性質(zhì)，增加煤體塑性、流變性，使瓦斯能均勻釋放。通過(guò)煤體注水，使煤體適量外移，造成前方煤體破壞，集中卸壓帶前移，增加卸壓帶寬度，瓦斯得到均勻釋放，同時(shí)也起到了降塵的作用。如圖8所示為注水孔布置圖，掘進(jìn)工作面每掘進(jìn)10m在巷幫和正頭各施工施工2個(gè)投影深度20m注水孔，采納馬麗散或封孔器封孔，封孔深度不小于10m。注水時(shí)隨時(shí)觀看煤壁，當(dāng)發(fā)覺(jué)煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時(shí)，方可停止注水?；夭晒ぷ髅炕夭?m在工作面間隔2m施工深10～15m的注水孔，煤孔注水1t。圖8工作面順槽注水孔布置平面示意圖4.2.4煤層頂板注漿加固注漿加固技術(shù)是一種主動(dòng)的支護(hù)形式，該技術(shù)利用了注漿材料對(duì)頂板的加固，封閉與連接作用，使破裂的圍巖通過(guò)注漿形成一個(gè)整體，提高頂板的承載能力，從而增強(qiáng)了頂板抵抗瓦斯壓力的能力。其方法為，在巷道頂板布置兩個(gè)注漿鉆孔，鉆孔深度6m，兩孔距巷道兩幫800～1000mm，距頂板80mm左右，鉆孔垂直角度為巷道坡度增加3～4度，封孔深度2m左右。選用馬麗散N化學(xué)注漿材料，漿液由樹(shù)脂和催化劑雙組分按體積1：1反應(yīng)生成的聚亞膠脂高分子材料，專(zhuān)用氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行注射。注漿后每循環(huán)掘進(jìn)至注漿深度后，預(yù)留0.5-～1m的注漿煤體作為愛(ài)護(hù)巖層進(jìn)行下一循環(huán)注漿。4.2.5、巷道底板卸壓措施當(dāng)工作面底煤厚度較大（一般大于2m）時(shí)，通過(guò)增加底板卸壓孔，能夠保證底煤快速卸壓釋放瓦斯，保證安全掘進(jìn)。具體方法為，在巷道底板沿掘進(jìn)方向每2m施工一排卸壓孔，每排4個(gè)，孔口間距1.2m，鉆孔終孔位置操縱在巷道輪廓線外3m。前方每掘進(jìn)2～3m，巷道底板施工1排卸壓孔，始終保持卸壓孔緊跟窩頭后方2～3m。卸壓孔深度視工作面底煤厚度而定，見(jiàn)煤層底板終孔。4.3其它瓦斯抽采技術(shù)為了減少回采時(shí)，采空區(qū)的瓦斯大量涌入工作面，而造成工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛却蟮膯?wèn)題，在采取回采區(qū)域和局部瓦斯抽采措施后，再采取低位鉆場(chǎng)高位鉆孔抽放、上隅角采空區(qū)插管抽放等綜合瓦斯治理方案。5瓦斯綜合治理效果分析抽放瓦斯是防止煤與瓦斯突出的一個(gè)專(zhuān)門(mén)好的途徑，但關(guān)于松低透性煤層來(lái)講，抽放瓦斯的效率往往專(zhuān)門(mén)低。新義礦通過(guò)采取水力壓裂，水力沖孔等瓦斯綜合治理措施，并通過(guò)各種途徑加強(qiáng)防突治理，提高了瓦斯治理效果。原先單孔瓦斯抽放濃度一般只有5%左右，通過(guò)水力壓裂和水力沖孔后抽放濃度提高到20%以上，實(shí)現(xiàn)了月瓦斯零超限的目標(biāo)，掘進(jìn)速度也由原來(lái)的每月50m左右提高到100m左右?，F(xiàn)新義礦11011工作面已安全回采300m，12011工作面已安全貫穿。6結(jié)論通