近距离保护层防治煤与瓦斯突出专项技术研究

崔 智 斌

（霍州煤电集团沁安煤电有限责任公司，山西 长治 046000）

1 矿井概况

中峪煤矿井田主体位于山西省长治市沁源县，井田面积 83.746km2，井田内共有 1、2、9+10 和 11号共4 层可采煤层，各可采煤层特征表如表1 所示。井田内煤层埋藏深度较大，上组1 号和2 号煤层平均埋深884m，下组9+10 号和11 号煤层平均埋深达到973m，受奥灰水带压威胁及高硫影响，下组煤暂时不进行开采，现阶段主要开采上组煤，按矿井采掘衔接计划，首先开采井田内南翼采区和北翼采区的1、2 号煤层。根据中煤科工集团重庆研究院对中峪煤矿所采的 1 号、2 号、9+10 号、11 号煤层做了《建井前煤与瓦斯突出危险性评估》报告，根据报告中研究结果可知，中峪煤矿所开采的这4 层煤层均具有突出危险性，因此，中峪矿井需要南翼采区和北翼采区分布进行专项的区域和具备设计。

表1 可采煤层特征表

2 区域突出危险性防突方法

中峪煤矿北翼5 个采区和南翼采区部分区域具备开采保护层为区域防突措施的条件，设计在北翼5 个采区和南翼采区部分区域选用1 号煤作为保护层先行开采区域性防突措施。在南翼无1 号煤压茬的4 个采区，不具备保护层开采条件，需采取采前预抽的区域性防突措施。《防突细则》第六十二条：保护层采空区内不得留有煤（岩）柱。因此在1号煤层存在的区域，将1 号煤层作为保护层开采，同时采用无煤柱开采技术（不留设区段煤柱），在不存在1 号煤层的区域，仅进行2 号煤层的开采。

2.1 地面井预抽煤层瓦斯

该矿为新建矿井，由《建井前煤与瓦斯突出危险性评估》报告可知，中峪煤矿上组1、2 号煤层具有突出危险性， 且首采区煤层瓦斯含量超过12m3/t。因此在对煤层进行开采前，需在地面钻井对北翼采区和南翼采区1、2 号煤层瓦斯进行抽采，瓦斯抽采率需达到30%以上。采用矩形井网，钻孔距离进回风顺槽皆为150m，设计钻井间距为300m。在北翼采区和南一采区布井总共布置约170 口抽放井，其中南翼采区至少布置110 口抽放井，北翼采区至少布置60 口抽放井。南翼、北翼采区1 号和2号煤层煤炭资源约5226.2 万t，两个采区煤层气资源共计约为719.17Mm3。年均抽气量为10975 万m3。170 口井日均产气量约为 32.26 万 m3，直井单井日产量约为1897m3/d。

2.2 井下预抽煤层瓦斯

中峪煤矿采用穿层钻孔预抽煤层的瓦斯作为区域性防突措施。

2.2.1 煤巷掘进工作面瓦斯抽采

1） 北翼采区1 号煤层和南翼采区有1 号煤压茬区域煤层。设计在底抽巷内施工穿层定向长钻孔预抽上部1、2 号煤层煤巷条带瓦斯，底抽巷距离2号煤层约15m 左右，如图1（a）所示。中峪煤矿煤层倾角一般4～7°，属于倾斜或缓倾斜煤层，穿层钻孔控制煤巷条带巷道轮廓线外至少15m 和煤层前方至少300m，钻孔终孔间距应根据实测抽放半径确定，钻孔施工完毕必须全部穿透煤层进入顶板0.5m。封孔深度应不小于5m，封孔管直径大于50mm，钻孔孔径为90mm 以上。在地质构造异常区域应该适当增加预抽钻孔数。

图1 底抽巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯

2）南翼无1 号煤压茬的4 个采区。南翼无1 号煤压茬的4 个采区上部没有1 号压茬，因此在底抽巷内施工穿层定向长钻孔预抽2 号煤层煤巷条带瓦斯，底抽巷距离2 号煤层约15m 左右，具体钻孔施工参数如1（b）所示。

2.2.2 回采工作面瓦斯抽采

回采工作面区域防突主要采用顺层钻孔，在工作面进、回风巷向工作面双向施工预抽钻孔，钻孔孔径为90mm 以上，钻孔保证中间交叉20m 以上，钻孔倾角根据煤层实际情况确定。1 号和2 号煤层单排钻孔水平间距初步定为3m（后期投产后需进行抽采参数的测定工作，再根据实测结果确定合适的抽采半径），钻孔在距离巷道底板分别在0.4m（1号煤层工作面）和1.2m（2 号煤层工作面）处开孔，钻孔封孔长度不小于8m。在地质构造带应适当增加钻孔数量，钻孔布置如图2 所示。

图2 双向顺层钻孔预抽工作面瓦斯

3 局部突出危险性防突方法

3.1 掘进工作面防突措施

中峪煤矿所采煤层倾角较小，因此在采取超前排放钻孔作为掘进工作面的主要防突措施。根据煤层瓦斯赋存、突出危险情况及钻机设备情况，为了提高瓦斯排放效果和减少排放时间，钻孔直径按120mm 设计（对于地质构造带可减小为75mm），孔底间距按3.0m 设计，钻孔施工完成后瓦斯抽放时间需达到8h 以上，并经防突效果检验合格后可认为合格。采用长孔和短孔相结合的布置方式，以实现掘进工作面前方煤体充分卸压。矿井1 号和2 号煤层厚度较小，采用单排钻孔布置方式，共计布置10 个钻孔。掘进工作面钻孔布置如图3 所示。

图3 掘进工作面钻孔布置图

3.2 采煤工作面防突措施

采煤工作面采用超前排放钻孔时，根据矿井地质条件，1 号和2 号煤层均采用单排钻孔布置方式，钻孔直径按75～120mm 选择，孔间距可按钻孔排放半径来确定，参考邻近矿井的施工经验，当孔径为75mm 时，孔间距可取3.0m，地质构造异常区域可适当增加钻孔数量，采煤工作面钻孔布置如图4 所示。

图4 采煤工作面钻孔布置图

4 结 论

通过对煤层瓦斯赋存、突出危险情况进行分析，得到如下结论：

1）1#、2# 煤层的瓦斯压力均在 2MPa 以上，是煤与瓦斯突出压力临界值的3 倍之多，1#、2# 煤层会在高瓦斯压力下发生强烈的煤与瓦斯突出。中峪煤矿在联合开采1#、2# 煤层时需预先进行地面瓦斯预抽工作，同时结合井下回采和掘进工作面区域瓦斯预抽。

2）矿井的任何措施都必须进行效果考察，在防突措施效果不理想的情况下必须进行卸压增透措施，提高煤层的抽采效率。