突出矿井缓倾斜坚硬煤层安全开采技术研究

吴青峰（神华乌海能源有限责任公司,内蒙古自治区乌海市,016000）



突出矿井缓倾斜坚硬煤层安全开采技术研究

吴青峰
（神华乌海能源有限责任公司,内蒙古自治区乌海市,016000）

摘要平沟煤矿01161501工作面属于双硬煤层,底板具有弱承压水,开采过程中面临冲击地压、瓦斯、水害等问题。通过采取顶板预爆破、瓦斯抽采和超前疏排水等措施,有效防范了各类灾害的发生,保障了01161501工作面安全高效开采。

关键词双硬煤层 冲击地压 高瓦斯 弱承压水 预爆破 抽采

1　矿井概况

神华乌海能源有限责任公司平沟煤矿位于乌海市卡布其镇,煤系地层为石炭系、二叠系,共含煤20层。煤层由上至下的编号为1＃～20＃,其主采煤层为9－2＃、10＃、14＃、16－1＃及16－2＃,属稳定及较稳定煤层,可采储量为46735.1万t。

矿井采用反斜井开拓方式,共开凿了主井、副井、风井3个斜井井筒。井田分两个开采水平,7个采区。一水平标高为＋855 m,二水平标高为＋750 m。目前矿井生产采区为一水平的一采区,其中14＃煤层已回采完毕,正回采16＃煤层首采面01161501工作面。

2　试验工作面概述

01161501工作面位于一采区西翼16＃煤层,东至西翼运输上山保护煤柱,西至二采区边界,工作面倾斜长度152 m,走向长度1424 m,采高3.2 m,放顶煤厚度6.3 m,可采面积216448 m2,工作面倾角平均14°。工作面下巷道水平标高为＋760～＋790 m,上巷道水平标高为＋894～＋924 m,巷道方位角为292°。上部为已开采的01151502、01151503工作面。

01161501工作面煤层平均厚度9.5 m,平均普氏硬度系数2,顶板普氏硬度系数局部可达到10,是典型的双硬煤层。16＃煤层属于Ⅱ类,为具有弱冲击倾向性的煤层;16＃煤层顶板属于Ⅲ类,为具有强冲击倾向性的岩层。

16＃煤层瓦斯含量为2.35～5.8 m3/t,可解析瓦斯含量为1.0462～4.4703 m3/t,透气性系数为0.0011～0.0454 m2/MPa2.d,钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0313～0.2588 d－1,为煤与瓦斯突出煤层。

根据地质资料预计16＃煤层底板的中粗砂岩含水层最大水压约为1.5 MPa,01161501工作面上部15＃煤层01151503、01151505采空区可能存在积水。为保障01161501工作面安全开采,平沟煤矿有针对性的对各类灾害进行防治,具体措施是采取工艺巷＋超前预裂治理冲击地压、高压预抽＋低压隅角抽采治理瓦斯、泄水巷＋探放水孔治理水害。

3　冲击地压防治

3.1基础评价

根据平沟煤矿15＃煤层工作面矿压防治经验,结合工作面地质条件和周围采掘等情况综合分析, 将01161501工作面划分为8个区域,对可能存在的基础（冲击）风险进行全面分析,如图1所示。

图1　01161501工作面冲击危险区域分布图

（1）区域I处于01161501工作面上巷道超前支承压力影响范围,具有中等冲击危险。

（2）区域II为01161501工作面上巷道超前支承压力影响范围,具有弱冲击危险。

（3）区域III为01161501工作面“单面见方”区域,即工作面推进140～180 m的区域,具有中等冲击危险。

（4）区域IV具有中等冲击危险。该区域为01161501工作面外错01161503采空区的煤体。

（5）区域V为01161501工作面外错01161503采空区的煤体距离01161505工作面开切巷前方50 m区域,具有强冲击危险。

（6）区域VI为DF2断层对01161501工作面的影响区域,具有中等冲击危险。

（7）区域VII为01161501工作面距离停采线50 m区域,具有中等冲击危险。

（8）中等冲击危险时期为01161501工作面老顶初次来压期间以及01161501工作面周期来压期间,根据监测确定。区域I和区域II为动态变化区域,随工作面推进前移。

3.2监测预警

在01161501工作面建立了全方位、多层次的综合监测技术体系,具体包括工作面支架压力监测、微震监测、电磁辐射及钻屑量监测,利用钻孔窥视仪对采空区顶板的冒落情况进行窥视,根据综合监测结果确定工作面是否进行全断面切顶及确定合理的切顶步距。

3.3解危措施

针对01161501工作面仅利用两巷超前预裂、工作面中部将存在预裂盲点,易造成工作面局部大面积悬顶、导致冲击地压事故发生的问题,决定利用工艺巷＋超前预裂治理冲击地压。

3.3.1具体方案

（1）端头超前切顶爆破方案。01161501工作面上端头超前切顶孔每5 m布置一排,一排2个, 1＃钻孔长度30 m,2＃钻孔长度43 m;下端头超前切顶孔每5 m布置一排,一排3个,1＃钻孔长度30 m,2＃钻孔长度30 m,3＃钻孔长度43 m。具体爆破参数如表1所示。

（2）上巷道超前预裂爆破方案。01161501工作面上巷道每10 m布置一排,一排3个,1＃钻孔长度32 m,2＃钻孔长度44 m,3＃钻孔长度60 m。具体爆破参数如表1所示。

（3）工艺巷爆破方案。在01161501工作面下巷道沿巷道走向每100 m施工一条工艺巷,工艺巷长80～120 m,在工艺巷中施工顶板爆破孔及煤层松动爆破孔,从而降低工作面冲击危险性。工艺巷内炮孔布置方案详见表2。

3.3.2效果检验

通过微震、支架压力在线监测、钻孔窥视和地表拉裂情况评价顶板处理效果未达到预期目标时,故实施第二次解危措施,直至确保不可能发生冲击地压事故。

3.3.3其他注意事项

（1）工作面在过压力集中区时,可加密爆破孔数量或延长工艺巷长度,将上述3种顶板处理方案进一步进行优化。

（2）严格执行“六位一体”防治方针,科学制定冲击地压防治方案,遵循科室→矿领导→公司逐级进行审批落实制度,按照PDCA模式不断完善优化防冲设计。由灾害防治队负责实施防治方案,矿压办负责现场监测和评价,并监督落实个体防护和防冲管理的各项要求。

表1　端头、上巷道超前切顶爆破孔参数

表2　工艺巷炮孔参数

3.3.4阶段成果

自2014年9月16日01161501工作面开始推进至2015年7月1日,工作面累计推进621.1 m。工作面顺利渡过了初次放顶、初次来压、周期来压、单面见方等高应力集中区域。通过长期的现场实践,形成了以工艺巷坚硬顶板处理和两端头预裂爆破为主体、巷道超前预裂爆破为辅的防冲治理措施。

4　瓦斯防治

4.1采前预抽

沿01161501工作面上巷道（回风巷道）腰线每隔10 m施工一个钻孔,钻孔深度143 m,孔径159 mm,倾角为14°。用管将这些钻孔连接起来构建瓦斯抽采管道,并与地面瓦斯抽采泵站进行连接组成瓦斯抽采系统,对工作面进行采前预抽采,从而保证回采安全。

4.2采中隅角埋管抽采

在01161501工作面回采期间,向采空区埋管进行抽采,抽采管路选择ø315 mm钢丝骨架PE管作为埋管主管路,ø250 mmPE管作为埋管支管路。抽采主管路埋入采空区前管口用钢丝网封口,防止煤渣吸入瓦斯抽采管,采空区埋管长约1～3 m效果最佳,在主管路前40～90 m范围内安设一个三通,外接一趟ø250 mm抽采支管,距离采空区隅角前10～20 m范围内在支管上安设一个ø250 mm变ø108 mm PE汇集器,汇集器上留有两个接口,接口使用ø108 mm钢丝骨架软管,软管口使用钢丝网封口,两趟管路安设至隅角封闭墙前瓦斯浓度较高区域进行抽采。

5　水害防治

01161501工作面下巷道往北水平距离40 m布置一条专用泄水巷（长度略大于下巷道长度）,在泄水巷内进行底板弱承压水和01161501采空区积水探放工作,同时在工作面上巷道对应位置探放01161501采空区积水。

5.1底板弱承压水探放水方案

在泄水巷南帮150 m处开始每50 m施工一个探放水硐室,在硐室迎头位置布置一组钻孔,以扇形布置沿2°倾角向南施工,探放水钻孔将穿过16＃煤层底板砂岩含水层进行放水,并探查16＃煤层下方裂隙承压水情况。钻孔详细参数见表4。

表4　西翼泄水巷探放钻孔参数表

5.2采空区积水探放水方案

在西翼泄水巷60～1442 m段（位于01161501采空区下方）每间隔50 m对上部01161501采空区打一个放水钻孔,钻孔长度为70 m,以探通01161501采空区为准。

在01161501上巷道103～831 m段每间隔50 m对上部01151505采空区打一个放水钻孔,钻孔长度为70 m,以探通01151505采空区为准,钻孔长度70 m,方位角208°,仰角85°,超前控制距离0 m,控制段高69.7 m,其目的是对上部采空区积水进行疏放。

6　结语

通过排查平沟煤矿01161501工作面隐蔽致灾因素,判定工作面面临的主要灾害,采取针对性的治理手段,建立了一套行之有效的灾害治理体系,实现了16＃煤层回采面的安全高效开采,丰富了坚硬顶板条件下缓倾斜高瓦斯坚硬煤层开采技术。

参考文献:

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（责任编辑张艳华）

★节能与环保★

Study on the technology of safety mining for hard and gentle dip coal seam in the gas outburst coal mine

Wu Qingfeng
（Shenhua Wuhai Energy Co.,Ltd.,Wuhai,Inner Mongolia 016000,China）

AbstractAiming at the hidden hazards that are rock burst,gas explosion and water flush during the mining process of hard coal seam with hard roof and weak confined water in the floor in the 01161501 working face,the countermeasures that are pre-explosion in the roof,gas drainage and pre-drainage were adopted,which effectively prevented the occurrence of all kinds of hazards and ensured safety and high efficiency mining.

Key words＂two hard＂coal seam,rock burst,high gas,weak confined water,pre-explosion,gas drainage

作者简介:吴青峰（1960－）,男,内蒙古乌海人,本科学历,高级工程师,现任职神华乌海能源公司安全副总经理,长期从事“一通三防”技术管理工作。

中图分类号TD712.6 TD743.2 TD324.2

文献标识码A