天荣煤矿开采程序论证及回采面瓦斯治理研究

杨志成，郭寿松

（煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆 400037）

天荣煤矿开采程序论证及回采面瓦斯治理研究

杨志成，郭寿松

（煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆 400037）

合理的采掘部署是防止煤与瓦斯突出矿井重大瓦斯事故的核心和关键。针对天荣煤矿突出煤层群开采的问题，比较了开采不同煤层作为首采保护层的瓦斯治理方案；通过分析论证，确定适合矿井目前条件下的最优开采程序；并对回采工作面的瓦斯治理进行了设计；其在类似地质条件下治理矿区瓦斯具有指导意义。

采掘部署；防止煤与瓦斯突出；突出煤层群；保护层；区域防突

1 煤层概况

天荣煤矿隶属神华集团乌海能源有限责任公司，矿井目前生产能力为30万t/a，未来规划生产能力为240万t/a，主要开采一、二1、二2、四煤，煤层倾角为25°～35°。‘一煤’平均厚度1.9m，距二1煤间距11.5m；直接顶为泥岩和粉、细砂岩，直接底为粉、细砂岩。‘二1煤’平均厚度6.14 m，距二2煤间距21.5 m；顶板为粉砂岩，底板为粉、细砂岩。‘二2煤’平均厚度1.9m，距四煤间距40.5 m；直接顶为粗砂岩，底板为细砂岩。‘四煤’平均厚度1.8 m，直接顶为泥岩和细砂岩，底板为细砂岩。

一、二1、二2煤层，经鉴定为突出危险煤层[1]（四煤层暂未作鉴定），矿井属于突出煤层群开采。各煤层瓦斯基础参数和突出危险性指标见表。综合分析所述3层煤的突出危险性，认为：‘一煤’突出危险性最大，‘二2煤’次之，‘二1煤’最小。

表1 天荣煤矿煤层瓦斯基础参数

2 开采程序方案论证

根据天荣煤矿开采煤层赋存情况，如下四个开采程序方案：（1）首先开采一煤作为保护层，顺序开采二1煤、二2煤、四煤；（2）首先开采二1煤作为保护层，顺序开采二2煤、四煤（一煤被破坏）；（3）首先开采二2煤作为保护层，顺序开采一煤、二1煤、四煤；（4）一煤作为保护层开采，先做二1煤顶分层顺槽，利用顺槽治理一煤层瓦斯，再按顺序开采一煤、二1煤层、二2煤、四煤。

2.1 首先开采一煤作为保护层（方案1）

此方案的关键是一煤的防突问题。按照《防治煤与瓦斯突出规定》[2]，必须采取预抽煤层瓦斯区域防突措施，消除一煤的突出危险性。预抽煤层瓦斯有穿层钻孔和顺层钻孔两种布孔方式。

为研究一煤顺层钻孔施工的可行性，分别在一煤运输顺槽沿煤层走向和煤层倾向各施工一个钻孔，通过统计钻孔煤孔段和岩孔段长度，发现一煤在沿走向和倾向上起伏均较大。由于一煤煤层厚度仅1.7 m左右，在走向和倾向起伏变化均较大的条件下，用普通旋转钻进钻机顺层钻孔长度达不到《防治煤与瓦斯突出规定》第五十一条“顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应控制的条带长度不小于60 m”和“消除整个采面突出危险性（工作面距预抽未达标边界不得小于20m。）”[2]的要求，同时由于煤层薄且松软，采用定向钻进技术施工顺层钻孔也很难达到要求。因此，施工顺层钻孔不可行。

由于采用顺层钻孔达不到一煤区域防突的要求，只能选择穿层钻孔，而穿层钻孔涉及到底板抽放巷道布置问题。由于煤层走向起伏大，一煤与二1煤的层间距平均只有11.5m，又没有标志层可循，所以只能布置在二1煤底板一定位置。首采一煤作为保护层，在一煤顺层钻孔施工不可行情况下，瓦斯治理方案见图1。

图1 一煤顺层钻孔施工不可行情况下瓦斯治理方案示意图

2.2 首先开采二1煤作为保护层（方案2）

二1煤突出危险性相对较小，煤硬度相对较大，煤层厚度较大，所以可以采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯消除二1煤本身的突出危险性。目前，北京中澳联合矿业有限公司正在钻孔施工，如果施工钻孔能满足《防治煤与瓦斯突出规定》第五十二条“预抽煤层瓦斯钻孔应在整个预抽区域内均匀布置”的要求，就可采用该公司施工定向钻孔对开采区域进行大面积预抽煤层瓦斯，消除突出危险；如果达不到均匀布孔的要求，则可采用普通旋转钻进钻机，穿层钻孔控制巷道条带、顺层钻孔控制回采工作面预抽煤层瓦斯，消除突出危险，见图2。

图2 首先开采二1煤瓦斯防治方案示意图

2.3 首先开采二2煤作为保护层（方案3）

（1）开采二2煤下保护层的最小层间距：开采二2煤下保护层时，不破坏上部被保护层二1煤的最小层间距离（参照《防突细则D》）[3]：当a＜60°时，H=KMcosa。算得 H=16.45m，二1距二2煤 20～23m，岩层为粗砂岩。所以开采二2煤下保护层满足不破坏上部被保护层二1煤的条件。

（2）开采二2煤的最大保护垂距：对缓倾斜和倾斜煤层，开采二2煤的最大下保护垂距可达50m、最大上保护垂距可达100m[3]。二2煤与下部四煤的垂距为40.5m，与上部一煤、二1煤的垂距分别为33 m、21.5m。所以，二2煤开采后，一煤、二1煤、四煤均在其有效保护垂距范围内。

（3）二2煤区域防突措施：二2煤厚度为1.7～2.22 m，平均1.9 m，煤层松软，采用定向钻进技术施工顺层钻孔很难达到预期目的。如果煤层走向、倾向赋存稳定，可用普通旋转钻进钻机施工顺层钻孔，实现区域防突；如果煤层走向、倾向起伏变化大，则只能采取底板巷道穿层钻孔网格布置，预抽二2煤瓦斯实现区域防突，见图3。

图3 首先开采二2煤瓦斯防治方案示意图

2.4 利用二1煤顶分层顺槽，首采一煤作为保护层（方案4）

因二1煤突出危险性较小，且煤层较厚，易打顺层孔的特点，利用顺层钻孔先预抽二1煤层顶分层上、下顺槽条带，然后掘出二1煤层顶分层的顺槽，再利用顺槽治理一煤层瓦斯，同时还可预抽下邻近层瓦斯；见图4。

图4 首先开采一煤瓦斯防治方案示意图

同时，需对一煤回采面瓦斯防治采用以下措施：1）采用采空区埋管、高位走向钻孔、底板穿层钻孔等抽放采空区瓦斯；2）利用二1煤顺槽预抽二1煤层瓦斯；3）利用二1煤顺槽施工穿层钻孔抽采二2煤卸压瓦斯。

2.5 开采程序方案比较

经对上述四个方案进行比较，（见表2）结果如下：经过分析比较，总体考虑，优选方案四，该方案既采用了自上而下顺序开采的合理程序，合理回采一煤层，减少了资源浪费；同时，由于一煤层开采后的卸压保护作用，有利于二1煤层坚硬的砂岩顶板的处理问题。该方案还充分利用矿井现有的开拓开采系统格局，系统调整工作量小，尽快缩短矿井的投产周期。因此，优选一煤和二1煤层联合布置开采一煤作为保护层的开采方案。

表2 开采程序方案比较

3 回采工作面瓦斯治理方案

1）根据井田开拓布置情况，采用一煤和二1煤层联合布置开采程序，矿井区域防突的重点工作是消除二1煤层首采分层和一煤层突出危险性。因为二1煤层总体突出危险性小，且煤层较厚，易打顺层孔的特点，利用顺层钻孔先预抽二1煤层顶分层上、下顺槽条带，然后掘进二1煤层顶分层的顺槽，再利用二1煤层顺槽向一煤施工穿层钻孔预抽一煤层瓦斯，提前消除一煤层的突出危险性。2）同时，需在二1煤层顺槽中向二1煤层回采工作面施工顺层抽采钻孔，预抽二1煤层瓦斯，降低二1煤层的瓦斯含量，减少一煤层回采过程中二1煤层的卸压瓦斯向一煤层回采空间涌出。同时，利用二1煤层运输顺槽向二2煤层施工卸压瓦斯抽采钻孔，利用二2煤层的卸压钻孔和二1煤层的顺层钻孔，拦截抽采下邻近层（二2煤层和四煤层）的卸压瓦斯，减少一煤层工作面回采时的瓦斯治理问题。

4 结束语

天荣公司一矿原本按照高瓦斯矿井设计，但在采掘过程中发生了突出，且主采煤层中一煤、二1煤、二2煤层已鉴定为突出煤层；对突出煤层群开采，首先应当确定煤层的开采程序和首采煤层。（1）优选一煤和二1煤层联合布置，开采一煤层作为保护层的开采方案，不仅利用了矿井现有的开拓开采布局，减少了系统调整工程量，而且合理利用了资源，减少资源浪费。（2）根据矿井开采程序方案和矿井现有的开拓开采系统布置，提出相应的回采工作面瓦斯治理方案，该方案对矿井瓦斯治理工作具有指导意义。

Abstract:Reasonable excavation layout is the key to prevent coal and gas outburst accidents in mines.For outburst seam group in Tianrong mine,the author compares the gas control schemes when different seams are taken as first mining protective layer.Through analysis,the paper determines the optimal mining procedure in the current mining situation and designs the gas control,which has instructional significance under the similar geological conditions.

Keywords:Excavation layout;prevent coal and gas outburst;outburst seam group;protecting stratum;local outburst preventive technology

编辑：徐树文

Research on Gas Control on Mining Faces and Discussion of Mining Procedure in Tianrong Mine

YANG Zhi-cheng;GUO Shou-song

（Chongqi Institute of Coal Science Research Institute,Chongqi 400037,China）

TD64+2

A

1672-5050（2010）07-0037-03

2010-03-18

杨志成（1981—），男，宁夏中卫人，大学本科，助理工程师，主要从事突出防治和瓦斯抽采工作。