采取综合技术解决保护层疑难防突问题.doc

采取综合技术解决保护层疑难防突问题重庆南桐矿业有限责任公司南桐是全国煤与瓦斯突出特别严重的矿区之一，随着瓦斯突出危险性的增加和国家对瓦斯防治指标与要求的提高，出现了众多瓦斯突出与防治技术的疑难问题。近年来，我们采取了许多的科技攻关和引用新设备、新材料，采取一些新技术，使一些疑难防突问题得到一定程度的解决。一、疑难问题及其危害（一）煤层透气性差，预抽难度大原始煤层透气性系数仅有0.71.2mD。一百米煤层钻孔初始抽（排）瓦斯流量80135 m3/d，但衰减很快，衰减系数大约为0.0030.022d-1，以至极限有效防突抽采半径3.5m，一年的有效防突抽采半径仅有22.5m。由此可见，要达到预抽防突的要求，一是要施工大量的间距很小的钻孔，二是抽采时间和空间都得大量超前于开采。前者增加了生产成本，后者受采掘部署限制而难以实现。（二）煤层倾角大，垮冒易诱发突出南桐煤田煤层赋存变化大，走向发生了4次90的转折，倾向发生2次倒转，40左右的煤层属急倾斜煤层。无论是煤层巷道掘进和倾斜长壁工作面回采，若不采取特殊措施，都易因垮冒破坏防突屏障而诱发突出。同时急倾斜煤层突出后工作面过突出孔洞时突出的煤炭难以控制地下溜，使孔壁失去支撑而容易再次发生垮冒和突出。(三)煤层松软，易发生钻孔突出煤层坚固性系数为0.10.3，同时在一些部位还存在破坏类型为类的软分层和软煤体。此种煤层不仅在采掘时易发生突出，而且施工防突钻孔过程中也易发生突出。我公司在施工42mm的水平防突孔和仰斜防突孔时曾发生了15次钻孔突出，多次造成伤亡事故。(四)存在冲击地压危险，常规预测突出的指标不可靠我公司不仅煤与瓦斯突出严重，而且部分矿井还存在冲击地压危险。当冲击地压与瓦斯突出交织在一起时，使突出的机理与防治技术更难，还使单纯的防突细则规定的突出危险预测指标值也不能合理、可靠地预测（含检验）出突出危险性。(五)伪倾斜保护层工作面保护范围的划定困难由于我公司对急倾斜煤层采取伪倾斜（伪斜柔性掩护支架和分段走向密集）采煤法，这就造成开切眼、工作面、采止线呈伪倾斜。对于伪倾斜工作面的保护范围的划定无技术成果可借鉴，按伪斜长壁工作面的法则划定，势必因岩层的冒落与移动的条件不同而脱离实际，生产实践也证明划定结果不可靠。(六)采掘部署紧张，装备落后2年前采掘部署十分紧张，3个煤量可采期达不到要求，保护层开采无超前量，有的区段切断为2个工作面开采，生产集中，瓦斯抽采巷不能超前，甚至个别区域取消了瓦斯抽采巷道，无瓦斯治理的时间和空间。另外，各矿主要通风机使用时间都超过25年，风量不足，运行不可靠；瓦斯抽采系统也严重老化、破损，可靠性差；安全监测系统容量小、老化、不可靠，并只能进行瓦斯监测；抽采和防突钻机能力小、数量少，全公司抽采钻孔大约50000m/a，满足不了抽采的需要。二、解决问题的技术与效果(一)提高煤层透气性的技术1.深孔控制预裂爆破我公司与北京科技大学共同研究了深孔控制性预裂爆破提高煤层透气性技术。穿层钻孔（从岩层巷穿过顶或底板进入煤层的钻孔）或沿层钻孔（沿着煤层施工的钻孔）施工后，每隔一个钻孔装入炸药进行爆破，结果钻孔初步瓦斯排（抽）量明显提高，但衰减速度加快，适合于孔间距小于5m的短时间瓦斯预抽和排放。目前还有待定量研究。2.水力洗孔穿层钻孔施工结束后，不取钻杆和钻头，通过钻杆向孔底注入压力为13MPa的静压水，同时开机转动钻杆，并使钻杆在煤孔段作来回运动，让煤炭受到洗刷和排出，以增大钻孔直径，扩大钻孔的卸压范围，提高煤层透气性。现每米钻孔洗出的煤炭一般为150500kg，当量孔径可从65mm增加到350600mm，使钻孔的卸压半径达3.05.1m。据此，我们通过施工直径为6575mm、间距为78m的穿层瓦斯预抽（排）钻孔，经过13个月的抽（排）后，抽（排）率可达3050，能达到消除突出的目的。3.平行沿层钻孔根据我公司突出煤层70mm的钻孔实际钻屑排出量都大于12kg/m，得出当量钻孔直径为180mm，其卸压单径可达1.5m。因此，我们在实施防突过程中，回采前在工作面回风巷沿煤层向下施工直径为70mm、间距为3m的钻孔进行区域性卸压，增加瓦斯排放速度。通常经13个月的卸压和瓦斯排放后，就能消除采煤时的瓦斯突出。(二)防治急倾斜煤层垮冒诱导突出的技术1.石门揭煤处注马利散马丽散是两种液态树脂混合后发生数倍的体积膨胀并具有一定的胶结能力的新型材料。我们在石门揭煤防突措施实施后，在巷顶设计轮廓线上部0.81.2m处施工间距为0.8m左右、直径为6075mm的钻孔，然后用专用注射泵通过钻孔向煤层注入马利散，每孔注入量大约100200kg。马利散进入煤体裂隙和节理后，将煤块胶结为一体，可防止揭煤时煤体垮落，效果较好。2.掘进工作面采取超前金属骨架在掘进工作面的顶部煤层中每隔0.2m左右用风动凿岩机钻深为3.0m左右、直径为42mm骨架孔，然后向骨架孔插入外径为31mm无缝钢管。无缝钢管外端搁在支架梁子上，里端保证掘进时超前于工作面最小距离不小于0.5m。这就形成超前金属骨架，以阻止巷顶的煤炭垮冒，防止掘进时垮冒诱发突出，其防垮、防突效果良好。3.采煤工作面采取俯伪倾斜采煤我公司对急倾斜煤层都是采取伪倾斜采煤法采煤。一为伪斜柔性掩护支架采煤法采煤，二是走向分段密集采煤法采煤。这使4590倾角的煤层变为2830的俯伪倾角，使煤炭的部分重力起到阻止突出的作用，多年来收到了较好的防止突出的效果。（三）防治钻孔突出的技术1.施工穿层钻孔在巷道掘进前采取施工穿层瓦斯预抽钻孔，以坚固的岩柱作为安全屏障阻止钻孔施工突出。2.施工俯孔对急倾斜煤层和突出危险性较大的倾斜煤层，采取从回风平巷向下施工抽（排）钻孔，以煤炭重力阻止突出，有效地防止了俯孔突出。3.煤层钻孔用压气排钻屑通常的钻孔施工是用水排钻屑，而水有软化煤体和诱发突出的作用，因此我们在施工煤层钻孔时采用压缩空气作为排钻屑的动力介质排钻屑。(四)研究冲击地压与瓦斯突出共存的动力现象指标由于瓦斯突出是由瓦斯、地压、煤的物理力学性三因素决定的，而冲击地压是受后两因素决定的。同时突出因煤越软越易发生，冲击地压是煤越硬越易发生，所以它们对煤的物理力学性的要求有相反的成分。因此，若用单纯的瓦斯突出预测指标来对冲击地压和瓦斯突出共存的工作进行突出危险性预测，从理论和实践都证明是缺乏针对性、科学性、可靠性、合理性的。对此，我公司与重庆煤科分院联合进行科技攻关，初步得出动力现象的临界值：42钻头施工钻孔的钻屑量15kg/m；钻屑瓦斯解吸指标K1为0.2。此指标的使用效果：一是防止了瓦斯突出，二是掘进速度提高一倍以上。(五)研究伪斜工作面保护范围的划定我公司与重庆大学联合研究了伪倾斜保护煤层工作面开采后对被保护层的保护范围的划定技术。经研究，初步得出被保护层的保护边界与保护层的伪倾斜开切眼（起采线）或采止线及在采的工作面不平行，保护边界线的伪倾角大于保护层的起采线或采止线的伪倾角。此研究成果对我们有效可靠地进行保护范围的划定，避免瓦斯突出都将发挥重要作用。(六)加快采掘部署调整，完善瓦斯防治装备近年来各矿都进行延深工程，加强了开拓和准备巷道施工，全公司每年增加掘进进尺12000m，增加21。每个区段都施工了专用瓦斯抽采巷，现瓦斯抽采巷可超前于保护煤层巷道1个区段，为保护层瓦斯抽采赢得了时间和空间，为防突工程的落实提供了保证。近年来，我公司投入2.5亿元人民币完善瓦斯防治装备。主要表现在：一是全公司20台主要通风机及电控系统全面更新增大；二是各矿瓦斯抽采系统进行全面更新增大，能力增大45倍；三是对各矿安全监测系统全面更新扩容，使系统监测内容完善，运行稳定、灵敏；四是增补了70多台大功率高性能的抽采与防突钻机，年抽采钻孔达40余万米，提高8倍。总之，我公司近年来对瓦斯突出及其相关联的内容开展了众多的科研和新技术、新材料、新设备的应用工作。除上述内容之