急倾斜近距离复杂煤层保护层开采的实践

急倾斜近距离复杂煤层保护层开采的实践
刘德贵
(淮南矿业集团公司谢李公司二井,安徽淮南232046)
摘　要:介绍了保护层开采在急倾斜近距离复杂煤层中应用实例,通过对现场收集参数的分析,阐明了该类型突出煤层保护层开采的可行性。

关键词:近距离;复杂煤层;保护层;实践中图分类号:T D82 文献标识码:C 文章编号:1008-4495(2005)01-0066-02
收稿日期:2004-03-22
淮南矿业集团谢李公司二井位于淮南八公山煤
田的东南部边缘,井田内地质构造复杂,受到自南向北的挤压应力作用而产生褶皱,东界为舜耕山断层,西邻谢李公司一井,F 4.5断层横穿井田,沿走向多次切割煤层。

由于受两大断层的影响,井田内小断层发育,煤岩层受到强烈破坏,煤层赋存条件变化较大。

本次试验块段属于井田东部F 4.5断层上盘块段,西起F 5-2断层,东至F 4.5断层,上风巷标高-487m ,下风巷标高-567m 。

本块段大致为两翼不对称背斜构造,西翼由上向下、由倒转急倾斜至急倾斜,煤层倾角由70°至110°。

东翼由西向东、由倒转急倾斜至倒转倾斜煤层,煤层倾角由80°至25°。

保护层为B 9槽,煤层平均厚1.7m ,中硬,半亮型,煤层顶板为浅灰色中厚层状中粒砂岩,底板为灰白色中细粒石英砂岩。

被保护层为B 8槽,煤层平均厚7.3m ,硬度较低,光泽暗淡,半亮型;煤层顶板为深灰色泥岩与灰色中厚层状细砂岩互层,底板为深灰色致密块状泥岩。

保护层与被保护层之间法线距离10.3～12.6m ,平均为11.4m 。

矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井,矿井瓦斯涌出量:绝对量8.7m 3/min ,相对量13.4m 3/t 。

本块段突出煤层B 8槽实测瓦斯压力0.8MPa ,原始瓦斯含量8.4m 3/t ,实测B 8槽煤层单孔原始瓦斯流量5～1.5L/min ,煤层原始透气性系数0.25m 2/(MPa 2・d ),衰减系数0.5-1,煤层坚固性系数0.73～0.20,瓦斯放散初速度ΔP =8～11,煤层硬度较低,属较难抽煤层。

对应的该区域上阶段,-500m 水平石门揭B 8煤层时,于1996年8月9日发生了煤与瓦斯动力现象,倾出煤量110t ,涌出瓦斯量6000m 3。

1　保护层开采方案的确定
2002年中国矿业大学为本矿制定了该区域西翼
保护层开采及考查方案,根据方案要求,对保护层的
有效卸压范围进行确定。

1.1　卸压范围的确定1.1.1　保护层开采的最小层间距
根据《防治煤与瓦斯突出细则》(以下简称《防突
细则》)47条规定:H =k ・m ・sin (α/2),计算得H =9.7m ,小于保护层与被保护层间的最小间距10.3m ,所以可进行保护层开采。

1.1.2　走向卸压范围的确定
根据《防突细则》48条规定,计算开切眼及收作线内错距离分别为:L 开=7.7m ,取8.0m ;L 收=7.7m ,取8.0m 。

1.1.3　倾向卸压范围的确定
根据《防突细则》48条规定,按煤层的平均倾角选定卸压角78°,计算保护层工作面开采下线内错距离0.4m 。

1.2　被保护层卸压瓦斯的治理
为防止保护层开采后,被保护层的卸压瓦斯大量涌入保护层工作面,影响保护层工作面的安全回采,主要采用邻近层瓦斯抽放的方法,治理被保护层的卸压瓦斯。

在考虑瓦斯抽放方法时,结合采区现有巷道布置的实际状况,既兼顾不增加与回采无关的其它巷道,又尽量延长单孔抽放时间,保证抽放效果。

比照顶板走向抽放孔,设计了斜交穿层抽放钻孔,将钻场布置在保护层工作面下风巷内,见图1。

图1　钻场布置示意图
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2　现场收集实验数据分析
2.1　瓦斯压力变化情况
2.1.1　瓦斯压力与工作面推进关系
图2是6#钻场瓦斯压力与钻孔距工作面距离的变化曲线图(负值表示工作面未推到钻孔的距离,正值表示工作面已推过钻孔距离;瓦斯压力均为表值)。

6#钻场距开切眼130m ,距收作线45m 。

6#钻场测压孔在被保护层的见煤点位于保护层的开采下线上5m ,也即位于保护层在倾斜方向开采卸压下线上4.6m。

图2　6#钻场钻孔瓦斯压力与钻孔距工作面距离关系曲线
从图2可以看出:工作面距钻孔90m 左右时,瓦斯压力开始下降,工作面推过钻孔35m 左右时,
瓦斯压力下降至最低点。

曲线图表明在保护层开采过程中,沿走向方向的超前压力,超前于工作面90m ;保护层开采后,充分卸压带滞后于工作面35m 。

2.1.2　残余瓦斯压力的确定
在设计卸压范围内,共布置了测压钻孔3个,其中有效钻孔2个,分别为6#钻场测压孔和1#钻场
1#测压孔,2个孔所测最大瓦斯压力分别为0.7MPa
和0.68MPa (表值)。

充分卸压后,2个孔的瓦斯压
力均为0.18MPa (表值),且长时间稳定于该值。

所以该区域被保护层的残余瓦斯压力即为0.28MPa 。

通过保护层开采,被保护层的原始瓦斯压力降低72.3%。

2.2　单孔瓦斯流量变化情况分析
本次共施工考察孔13个,分别对其中11个孔进行了单孔原始瓦斯流量测定,经实测被保护层单孔原始瓦斯流量为5～1.5L/min 。

卸压后测得被保护层最大单孔瓦斯流量为25L/min ,比单孔原始瓦斯流量增大了5～17倍。

通过数据分析保护层开采卸压后,被保护层单孔最大瓦斯流量的时间段,位于保护层工作面推过钻孔25～35m 范围内。

3　结束语
通过上述几组参数分析,急倾斜近距离复杂煤层保护层开采的保护效果,是符合《防突细则》要求的,采用保护层开采的方法是可行的。

在保护层开采过程中,只要治理被保护层卸压瓦斯的方法选择得当,既能保证保护层工作面的安全回采,又能使被保护层的原始瓦斯得到充分卸压。

在突出煤层卸压过程中,采取合理的抽放方法进行最大化的瓦斯抽放,是治理瓦斯的最有效的方法。

(责任编辑:吴自立)
(上接第65页)
2)若采空区顶板不垮落,必须及时采取强制放顶作业;同时对采空区冒落不实必须采取堵漏风措施(采面机巷尾部施工挡风墙、采面下部吊挂挡风帘、采面上下口坚持做超前等),减少采空区大量漏风。

3)综放面必须加强现场技术管理,防止出现倒架等严重影响采面推进度的质量事故,必须保证采面推进度不低于35m/月。

4)综放面生产过程中必须采取向采空区注氮的先进防火手段,才能提高采面的防火安全。

3.2　自燃事故后的治理教训
1)对于综放面采空区一旦出现像12090采面采空区的发火情况,在采面由于其它原因不能快速推进将发火点快速甩到窒息带的情况下,采面必须采取立即封闭进行灭火的方法,并向采空区注入惰性气体,可以快速扑灭火区,快速启封,以将危险程度
和经济损失降低到最小程度。

2)采用制氮灭火,必须保证井下火区封闭质量,并采取措施降低进回风密闭压差,防止密闭漏风。

3)采用地面制氮设备灭火时,必须计算输送氮气管路的沿程阻力损失,防止阻力大于制氮机进气口的额定压力,而导致无法将氮气压入火区。

这种情况下,则需考虑将制氮机放入井下距离火区较近的地方。

4)采用制氮灭火,必须采取可靠措施确保制氮机的连续运转,防止注氮时断时续,影响灭火速度。

5)采用制氮灭火,必须坚持定期对所注氮气进行化验分析,确保注入氮气浓度大于97%,确保火区内的氧含量尽快降低到12%以下,防止火区由于存在火源、瓦斯、氧含量过高而发生爆炸。

(责任编辑:吕晋英)
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