简易放顶煤工作面瓦斯治理实践机械轴封

简易放顶煤工作面瓦斯治理实践

简易放顶煤工作面瓦斯治理实践 2011年12月02日 来源： 　　1工作面概况 　　4111（3）C13工作面地面标高+26.0m，工作面标高为-520.9m~571.7m，设计走向长330~340m，平均为335m，倾斜长84~90m，平均87m。本区段煤层厚度2.6~6.5m，除在构造附近较薄外，其余地方均正常，一般情况下为5.8m。煤层结构分为上下两个软分层，厚度分别为2.4m和2.6m，中间一层硬煤厚0.8m左右，煤层倾角20°，煤层赋存较稳定。 　　根据现场地质条件，4111（3）C13工作面采用走向长壁炮采л型钢梁放顶煤进行跟底回采，采高为1.9~2.0m，放顶煤高度约为1.5~2.5m，设计日产量1106t，工作面采用全部跨落管理顶板。 　　煤层瓦斯含量具有不均匀性，受地应力、瓦斯压力及地质构造的影响与控制。在井田范围内，F13-4以北瓦斯含量偏低，F13-4~F13-6之间瓦斯含量最高。C13煤层属于低透气性煤层，其透气性系数仅为3.92×10-2m2/MPa·d。4111（3）13工作面机巷掘进过程中按参数测定要求取样分别作了煤样工业分析、孔隙率、瓦斯吸附常数、瓦斯放散初速度及煤的坚固性系数测定，测定结果见表1。 　　表1 煤层瓦斯参数测定表 　　 　　 由突出危险煤层危险性综合指标K和D的计算公式，利用表1的ΔP和?值，及该区段煤层的最大瓦斯压力（1.378MPa）计算得K分别为34.8和72.4，均远远大于临界值15，D值分别为4.32和7.97，均远远大于临界值0.25，由引来看，该区域煤层具有严重突出危险性。 　　2消突方法的优选 　　在没有保护层开采条件的情况下，钻孔抽放瓦斯是有效的区域性消除煤层突出危险的措施。而预抽的钻孔又有穿层钻孔和顺层钻孔两种。 　　穿层钻孔的钻扬布置在开采层以外，抽放钻孔与煤层正交或斜交。其优点是：施工方便，不与煤层采掘工作相干扰；可在煤巷掘进之前超前进行钻孔的施工和抽放，预抽时间长；钻孔穿透煤层的各个层。其缺点是：必须有底（或顶）板岩石巷道，钻孔施工工程量大，钻孔的岩石段长度占比例较大，钻孔利用率低，经济成本较高。 　　顺层钻孔的钻场位于开采煤层中，抽放钻孔沿煤层布置，钻孔间可经相互平行，也可经相互交叉。顺层钻孔的优点在于：钻孔在煤层中均匀分布，抽放效果好；工作面回采到钻孔时，可以实现卸压抽放，钻孔利用率高，施工成本低。其缺点是：钻孔平行于煤层的层理面，影响抽放效果，在松软煤层中施工抽放钻孔容易出现垮孔卡钻等，施工困难，煤层中封孔困难，影响到抽放瓦斯浓度。 　　结合试验矿井现场条件，经过技术和经济比较，确定采用顺层钻孔瓦斯抽放消除工作面煤层突出危除性。 　　3顺层钻孔预抽煤层瓦斯消突作用 　　 3.1 改变原始煤体应力分布 　　通过顺层钻孔的施工，在钻孔周围形成卸压破坏区，而在孔间煤柱中形成力集中，在突出煤层的高瓦斯压力和集中应力作用下，使煤柱发生塑性破坏，从而在突出煤层中形成一个连续的卸压空间。由于煤体的应力降低，从而产生“卸压增透效应”，使煤层透气性增大，同时，煤体应力的下降也使煤层中的弱性潜能得到释放。 　　3.2 瓦斯压力和含量降低 　　打钻和顺层钻预抽煤层瓦斯可以在一定范围内、一定程度上降低煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，试验研究表明：预抽初期，随着煤体瓦斯被抽出，瓦斯压力迅速下降，而煤体瓦斯含量的下降速度则比较缓慢，当瓦斯压力下降至1.0MPa以下时，随着瓦斯压力的下降，煤体的瓦斯含量迅速减少，即在小于1.0MPa瓦斯压力后煤体吸附瓦斯大量解吸。 　　煤体瓦斯含量的降低消弱了煤体中的瓦斯潜能，提高了煤体的自身强度，改善了煤的物理力学性质，达到防治煤与瓦斯突出的目的。 　　3.3 煤体收缩变形 　　瓦斯预抽达到一定的程度时，煤层的透气性增加一个重要的原因就是煤体发生了收缩变形。研究表明，随着煤层瓦斯压力的升高，煤体将发生膨胀变形，而且突出煤层的变形量高于非突出煤层的变形量；而当煤层瓦斯得到排放后，煤体将发生收缩变形，突出煤层的变形量也要高于非突出煤层的变形量。 　　煤体收缩变形导致透气性增加，主要在于：整个煤体被纵横交错的节理、层理、裂隙所切割，当煤体发生收缩变形时，造成了这些缝隙的增大。通过对全国突出矿井的分析可以发现，突出矿井的一个共同特点即是突出危险煤层的透气性一般较低，在井下形成采掘暴露面容易形成较大的压力梯度。因此，通过钻孔预抽煤层瓦斯，使煤体的透气性增大、局部卸压，有利于煤壁内瓦斯突出的发生。 　　由此可知，预抽防突的实质是通过向突出煤层打大量的钻孔，进行较长时间的预抽煤层的瓦斯，降低其瓦斯压力和含量，并由此引起煤层的收缩变形，地应力下降、透气性和煤的坚固性增加，从而达到削弱直致消除突出的危险。 　　4 现场试验结论与分析 　　4.1 顺层钻孔布置 　　工作面运输槽共施工顺层钻孔42个，其中石门以南31个，石门以北11个，依据现场地质条件钻孔间距为7.5~14.5m，平均孔深约65m，孔径为85mm，封孔深度6.0m，较严重突出危险区施工钻孔18个，平均间距4.5m。顺层钻孔施工完毕后，及时实施封孔，并进行瓦斯抽放，基于煤层封孔的实际，孔口抽放负压一般控制在16kPa左右。顺层钻孔布置方式如图1所示。 　　 　　图1 机巷顺层钻孔布置示意 　　4.2 考察结果与分析 　　（1）现场试验结果表明，通过合理布置钻孔参数，利用顺层钻孔预抽煤层瓦斯量为0.86~1.77m3/min，平均单孔抽放量为0.0341m3/min，在整过抽放过程中，抽排瓦斯量较稳定，但抽排瓦斯浓度不高，平均浓度为18%左右，主要是是封孔不严所致。 　　（2）经过瓦斯抽放，在工作面先期较严重危险区回采时，实际煤层瓦斯预抽率达到30.2%，大于“防治煤与瓦斯突出细则”对于没有实测资料的矿井提出的预抽率参考指标25%，从防突角度，煤层顺层钻孔预抽达到了预期效果。 　　（3）采取预抽措施后，工作面回采过程中部分检测K1（钻孔瓦斯涌出速度）、Smax(钻孔最大钻屑量)指标。经检测，预测指标降到了临界值以下，在该区域的回采过程中没有发生突出及明显的瓦斯动力现象，表明工作面通过采取顺层长钻孔瓦斯预抽后，煤层突出危险性基本上消除了。 　　5结语 　　（1）通过对突出机理和放顶煤工艺特点的综合分析，对于突出煤层，在用区域性防突措施消除回采煤层的突出危险性后即可实现放顶煤工艺安全回采。同时，在没有保护层开采条件下，顺层钻孔预抽煤层瓦斯是经济、可行的区域性防突措施。 　　（2）对于低透气性有突出危险煤层在实施了顺层长钻孔预抽煤层瓦斯措施消突后，结合顶板巷道或顶板走向钻孔瓦斯措施消突后，结合顶板巷道或顶板走向钻孔瓦斯抽放，对4111（3）工作面采用放顶煤开采技术进行回采，工作面实现了高产、高效、安全生产，与原来的分层回采相比，节省了工作面准备工程量，提高了生产效率，日产量提高了40%，取得了非常显著的社会效益和经济效益。 （3）4111（3）工作面高瓦斯煤层实施有效综合防治瓦斯措施，是我国突出煤层工作面消除突出危险性时行放顶煤回采的一次重要探索。它的成功回采不仅为该矿突出厚煤层综合防治提供了成功的经验，而且寻找出一套高产、高效的回采方法，同时，也为我国突出厚煤层采用放顶煤回采工艺探索了一条可行的技术途径。

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