超高瓦斯高應力區(qū)域瓦斯防治技術研究

超高瓦斯高應力區(qū)域瓦斯防治技術研究

0巷道瓦斯突出2.1.3軟煤層在采礦過程中起著突出的風險，可能導致采后處理。高瓦斯高應力區(qū)域是礦井煤與瓦斯突出的高發(fā)區(qū),是該礦瓦斯突出防治的重點。22121遷巷瓦斯含量高、壓力大,在掘進施工過程中曾出現(xiàn)煤炮聲頻繁、R值綜合預測指標超標等突出預兆。該礦針對這些問題,進行了瓦斯防治技術的積極探索,采取針對性的技術措施,成功消除了煤與瓦斯突出危險,實現(xiàn)了安全掘進,為該礦的高瓦斯高應力區(qū)域的瓦斯防治積累了寶貴的經(jīng)驗。1221遷巷概述超化煤礦采用立井雙水平上下山開拓。通風系統(tǒng)采用副井進風、東西風井排風的對角式通風方式,通風方法為抽出式;22121遷巷位于礦井西冀22采區(qū)下部,掘進標高-250m,全煤巷道,煤層厚度8.0～16.0m,局部瓦斯壓力達到0.55MPa以上,煤質較軟(硬度f<0.5),設計工程量167m,采用工字鋼架梁支護。區(qū)域煤體瓦斯含量高達12.0～15.0m3/t,局部斷層、褶皺等構造比較發(fā)育,是典型的高瓦斯高應力區(qū)域。2預防和控制屋頂技術2.1深孔卸壓抽放中間煤體,釋放瓦斯的施工方法結合區(qū)域煤體瓦斯含量高,應力比較集中,煤質較為松軟、破碎,透氣性差的特點,在施工過程中試驗采用深孔卸壓抽放前方煤體中的瓦斯,釋放應力能來防治突出。2.1.1煤體穩(wěn)定的原因。在采動由于瓦斯在煤體中主要以吸附狀態(tài)存在,正常狀態(tài)下,煤體中游離、吸收及吸附的瓦斯處于一種動態(tài)的平衡狀態(tài),煤體比較穩(wěn)定。在采動影響下,煤體中游離瓦斯的大量逸散釋放破壞了這種平衡,從而使煤體中吸收和吸附的瓦斯發(fā)生定向移動,創(chuàng)造一種新的不穩(wěn)定的平衡。深孔卸壓抽放正是利用這一規(guī)律,采用深孔高負壓使鉆孔周圍及采動影響下的前方遭到破壞區(qū)域煤體中的瓦斯向鉆孔流動,從而抽出煤體中的瓦斯,釋放突出能量,進而達到防治突出的作用。2.1.2鉆孔數(shù)量及封放方式在采動影響下,應力轉移的區(qū)域一般在正前方20～30m范圍。在迎頭設計20～30m左右的深孔,采用礦用夾柱式ZDG-40/26型電動鉆機施工,鉆孔直徑為?75mm,全斷面均勻布孔,經(jīng)向控制全煤厚,緯向控制巷幫外3～5m。鉆孔數(shù)量參考如下經(jīng)驗公式計算:N=S1×(2.5～3.0)/100S2參考上式,該礦在迎頭施工6個深孔。瓦斯在抽放時管路中的經(jīng)濟流速按照5.0～15.0m/s計算,主管采用?250mm無縫玻璃鋼管,鉆孔采用?37.5mm埋線管,快速封孔器封孔,并入主管進行抽放。掘進循環(huán):三班制作業(yè),打鉆一班抽放兩班,掘進一班,循環(huán)進度3m。2.1.3抽放瓦斯?jié)舛仍诩夹g實施過程中,對單孔流量、抽放濃度等參數(shù)進行了測試,單孔平均流量可達4～5m3/min,抽放瓦斯?jié)舛绕骄?%～9%,單孔抽放瓦斯純量可達到0.32～0.45m3/min·孔(抽放量如圖1),抽放率可以達到60%～70%。該技術工藝簡單,耗時短,單循環(huán)進度3m,使高瓦斯高應力區(qū)域煤巷月進尺達到90m,技術經(jīng)濟效果顯著。2.2施工技術經(jīng)濟效果多淺孔靜壓釋放瓦斯技術是該礦應用時間較長、工藝技術比較成熟的瓦斯防治技術,曾在22121上副巷及工作面試驗應用,取得了較好的技術經(jīng)濟效益。在22121遷巷施工過程中,在應用深孔卸壓抽放的同時,在巷幫及迎頭施工一定數(shù)量的大直徑淺孔釋放瓦斯相結合來治理瓦斯,在防治煤與瓦斯突出方面進行了有益的探索,取得了良好的瓦斯治理效果。式中N———鉆孔數(shù),個;S1———巷道斷面積,m2;S2———鉆孔斷面積,m2。2.2.1增大煤體透氣性在采動影響下,周圍煤體遭到一定程度的破壞,產生大量裂隙,從而增大了煤體的透氣性。淺孔靜壓釋放正是利用這一規(guī)律,施工大直徑淺孔,使煤體中的高能位瓦斯向低能位流動,在靜壓作用下沿鉆孔釋放出煤體中的瓦斯,達到治理瓦斯的目的。2.2.2角眼布孔方式在迎頭和巷幫施工一定數(shù)量8～10m的淺孔,采用上下錯位三角眼布孔方式。鉆孔間距0.5～0.6m,距離頂板0.3～0.5m,距離底板0.9～1.0m。鉆頭直徑為89mm,擴孔后直徑達到110mm,全巷道均勻布孔,控頂5.0m。2.2.3減少巷道回利用瓦斯的施工措施觀測結果表明,單孔釋放瓦斯量平均達到0.2m3/min,多鉆孔長時間釋放,防治瓦斯效果非常明顯。配合深孔卸壓抽放,在正常配風量為300m3/min時,巷道回風流瓦斯?jié)舛瓤山档偷?.4%以下。采取綜合措施后預測的R值明顯低于抽放前(如圖2),從而很好地消除了瓦斯突出危險性,最大程度地保證了安全快速掘進。該技術施工工藝簡單,成本低,防治瓦斯技術效果明顯。3深孔卸壓抽放優(yōu)勢22121遷巷作為超化煤礦典型的高瓦斯高應力區(qū)域,施工過程中存在煤與瓦斯突出危險?？偨Y此次成功消突實踐,為超化煤礦今后的瓦斯綜合防治提供了以下經(jīng)驗:(1)深孔卸壓抽放是適合“三軟”煤層高瓦斯高應力區(qū)域突出防治的可行方法,可以在該礦繼續(xù)推廣應用。(2)淺孔靜壓釋放配合深孔卸壓抽放可以得到更好的瓦斯突出防治效果。(3