新義煤礦瓦斯綜合治理技術(shù)概述(doc 9頁).doc

1、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，該煤層松軟破碎、透氣性差，屬全層構(gòu)造軟煤，具有突出危險性。煤與瓦斯突出和瓦斯超限問題嚴(yán)重制約著礦井安全生產(chǎn)。瓦斯抽采是防治煤與瓦斯突出的主要方法，新義礦根據(jù)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。由于煤層松軟破碎，埋深較大，透氣性差，煤厚變化較大，煤層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，礦山壓力顯現(xiàn)明顯，給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重阻礙，且在掘進和回采過程中時常出現(xiàn)瓦斯超限事故。為了扭轉(zhuǎn)防

2、突和瓦斯治理的不利局面，變被動防治為主動治理，新義礦不斷吸取國內(nèi)外先進的技術(shù)和管理經(jīng)驗，并探索研究適合自己的瓦斯綜合治理技術(shù)和管理方法。結(jié)合自己實際情況，通過四年的長期努力，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), 井田長約10.50km，寬約3.794.52km，面積43.44km2。礦井設(shè)計年生產(chǎn)能力120萬噸，可采年限67.1年，采用立井開拓方式，開采深度在550m950m，礦井為中央并列式通風(fēng)，主副井進風(fēng)，風(fēng)井回風(fēng)。新義煤礦為煤與瓦斯突出礦井，其二1煤煤體破壞類型主要為類和類，局部達到類，總體為類。構(gòu)造軟煤普遍發(fā)育，二1

3、煤層煤體堅固性系數(shù)f值在0.220.65之間，平均為0.35，瓦斯放散初速度P數(shù)值值域在15.028.0之間。二1煤瓦斯壓力為0.301.40Mpa，瓦斯含量在8.3812.84m3/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)對煤層瓦斯進行抽放，抽放系統(tǒng)主管路長度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，其中2BEC-67型水封式真空泵一臺、2BEC-42型水封式真空泵兩臺；抽放時一臺工作，一臺備用，一臺檢修。井下東、西區(qū)移動抽放泵站各安裝2BEC-42型水封式真空泵2臺，抽放時一臺工作，一臺備用。

4、2.3 抽放系統(tǒng)監(jiān)測抽放系統(tǒng)采用自動監(jiān)測和人工監(jiān)測相結(jié)合，可全天24小時監(jiān)測抽放參數(shù)。3 防突設(shè)備為了保證瓦斯綜合治理效果，新義礦購置了以下防突設(shè)備：設(shè)備名稱型號數(shù)量設(shè)備名稱型號數(shù)量瓦斯壓力測定儀M-22臺BRW125注水泵BRW1252鉆孔多級流量計ZLD6臺KBD5電磁輻射儀KBD52手持式氣動鉆機ZQS/20/0.8/1412臺重慶ZY-300鉆機ZY-3003瓦斯突出參數(shù)儀WTC4臺杭鉆SGZ-A300A型鉆機SGZ-A300B2突出危險預(yù)報儀TWY4臺杭鉆SGZ-A300B型鉆機SGZ-A300B1煤鉆屑瓦斯測定儀MD-26臺杭鉆SGZL-ID150型鉆機SGZL-ID1504瓦斯放

5、散初速度測定儀WT-I2臺西安ZDY3200型鉆機ZDY32001瓦斯管道測定儀WGC3臺西安ZDY1900型鉆機ZDY190012BEC67地面抽放泵2BEC672QZ-100B/J潛孔鉆機QZ-100B/J22BEC42地面抽放泵2BEC421CMSI-6200型煤礦用坑道鉆機CMSI-620012BEC42井下抽放泵2BEC424重慶ZY-150鉆機ZY-1501BRW400注水泵BRW40034 瓦斯綜合治理技術(shù) 針對二1煤層松軟、透氣性差、瓦斯抽采難度大的問題，通過不斷學(xué)習(xí)和探索，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

6、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)根據(jù)防治防治煤與瓦斯突出規(guī)定防突工作堅持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充的原則。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 井下壓裂的基本原理即將壓裂液高壓注入煤（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，擴寬并伸展和溝通這些裂縫，進而在煤中產(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)是瓦斯問題很嚴(yán)重的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)煤層較厚，瓦斯含量高，且部分地點二1煤含夾矸，導(dǎo)致鉆孔施工和抽放難度大。針對以上不利因素，

7、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，先壓裂擴張增加裂隙后抽放。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)錯布置，錯距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個鉆場，每個鉆場布置一個壓裂孔，壓裂11041軌道順槽所在位置二1煤層。壓裂后在每個鉆場迎頭施工3排、7列（21個）孔，底板施工4排、7列（28個）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、水力沖擊和水力脈動輸排等作

8、用，誘導(dǎo)和控制噴孔，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)撃堋Ｋ_孔，可在鉆孔周圍形成更大空間的空洞，促使鉆孔附近煤體卸壓，從而使鉆孔周圍的壓力分布發(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)力勢能和瓦斯壓力，達到消除或降低煤層突出危險性的目的；同時可以降低煤塵，達到減塵效果。根據(jù)新義礦西區(qū)二1煤層松軟、低透的特點，選取在西區(qū)12011工作面皮帶順槽采用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布置，錯距20m，掘進過程中巷道頂板距二1煤層底板保持5-9m的安全巖

9、柱。底板巷內(nèi)每25m布置一個鉆場，每個鉆場施工7排、5列133mm鉆孔，形成66m的孔底網(wǎng)格布局，先沖孔后抽放，抽放率達到30%以上后進行區(qū)域效果檢驗。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，鉆孔施工相對容易，抽放效果也較好，但因抽放占用時間影響掘進速度。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抽放。如圖4所示，巷道兩幫每40m布置一個鉆場，根據(jù)煤厚不同每個鉆場內(nèi)布置912個鉆孔，工作面布置3344個鉆孔，鉆孔投影深度60m，孔底間排距20002000mm，控制巷道兩幫

10、15m范圍，每60m為一個區(qū)域循環(huán)，抽放率達到30%以上后進行區(qū)域效果檢驗。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的同時，分別從風(fēng)巷和機巷向回采煤層施工長鉆孔，提前預(yù)抽回采煤體瓦斯。如圖5所示，根據(jù)煤厚情況分別在掘進巷道的回采側(cè)每個2m施工一列13個長鉆孔，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掘進工作面淺孔抽放掘進工作面淺孔抽放是在區(qū)域抽放未達到消突效果的情況下，對工作面及其周邊附近瓦斯進行超前抽放，保證措施后工作面范圍瓦斯?jié)舛取毫Υ蟠蠼档?，并?/p>

11、工作面應(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，掘進工作面根據(jù)煤厚情況布置2736個淺孔抽放措施孔，分34排、9列，孔口間、排距600400mm，措施孔控制到兩巷幫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，根據(jù)不同煤厚在工作面內(nèi)布以“三花眼”形式布置23排投影深度為16m的平行鉆孔，鉆孔間排距為2000400mm，控制工

12、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，同時也起到了降塵的作用。如圖8所示為注水孔布置圖，掘進工作面每掘進10m在巷幫和正頭各施工施工2個投影深度20m注水孔，采用馬麗散或封孔器封孔，封孔深度不小于10m。注水時隨時觀察煤壁，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤壁滲水或注水壓力降至原壓力的1/3時，方可停止注水?；夭晒ぷ髅炕夭?m在工作面間隔2m施工深1015m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

13、.2.4 煤層頂板注漿加固注漿加固技術(shù)是一種主動的支護形式，該技術(shù)利用了注漿材料對頂板的加固，封閉與連接作用，使破碎的圍巖通過注漿形成一個整體，提高頂板的承載能力，從而增強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注漿鉆孔，鉆孔深度6m，兩孔距巷道兩幫8001000mm，距頂板80mm左右，鉆孔垂直角度為巷道坡度增加34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，專用氣動注漿泵進行注射。注漿后每循環(huán)掘進至注漿深度后，預(yù)留0.5-1m的注漿煤體作為保護巖層進行下一循環(huán)注漿。4.2.5、巷道底板卸壓措施當(dāng)工作面底煤厚

14、度較大（一般大于2m）時，通過增加底板卸壓孔，可以保證底煤快速卸壓釋放瓦斯，保證安全掘進。具體方法為，在巷道底板沿掘進方向每2m施工一排卸壓孔，每排4個，孔口間距1.2m，鉆孔終孔位置控制在巷道輪廓線外3m。前方每掘進23m，巷道底板施工1排卸壓孔，始終保持卸壓孔緊跟窩頭后方23m。卸壓孔深度視工作面底煤厚度而定，見煤層底板終孔。4.3 其它瓦斯抽采技術(shù)為了減少回采時，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)舛却蟮膯栴}，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很好的途徑，但對于松低透性煤層來說，抽放瓦斯的效率往往很低。新義礦通過采取水力壓裂，水力沖孔等瓦斯綜合治理措施，并通過各種途徑加強防突管理，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，通過水力壓裂和水力沖孔后抽放濃度提高到20%以上，實現(xiàn)了月瓦斯零超限的目標(biāo)，掘進速度也由原來的每月50m左右提高到100m左右。現(xiàn)新義礦11011工作面已安全回采300m，12011工作面已安全貫通