浅孔抽放技术在煤与瓦斯突出回采工作面的应用(永贵能源安顺).doc

修改意见：1.概况应简化。2.缺少浅孔抽放钻孔现场实际应用情况，应增加。3.第三大部分的效果考察与第四大部分的取得的效果合并为效果分析。浅孔抽放技术在煤与瓦斯突出回采工作面的应用 永贵能源安顺煤矿一、矿井概况安顺煤矿位于贵州省安顺市以北14km，总面积约18.5km2，设计生产能力为90万t/a，设计服务年限40.1年。可采煤层为M0、M8、M9三层，平均煤厚分别为2.05m、1.21m、1.53m；煤层倾角2 6,煤层赋存较稳定。矿井地质储量8807.06万吨，工业储量7387.77万吨，可采储量5058.84万吨。矿井采用斜井开拓方式，共有三条斜井，其中主井和副井为进风井，风井为专用回风井，为中央并列式通风系统。目前M9煤层为主采煤层，2005年投入试生产。全矿共划分六个盘区，首采盘区为一盘区。采煤方法为长壁后退式；采煤工艺为高档普采，达产时为综合机械化采煤。矿井建有地面瓦斯抽放泵站，装备有4台水环式瓦斯抽放泵，实现分源抽放。矿井装备有重庆煤科院生产的KJ-90NA安全监控系统，系统功能齐全，运行稳定。安顺煤矿煤尘无爆炸危险，煤的自燃经测定为三类不易自燃发火煤层。井田水文地质勘探类型属中等，矿井设计正常涌水量为333m/h，最大涌出量917m/h，目前正常涌水量涌20m/h。安顺煤矿为煤与瓦斯突出矿井，根据精查地质报告提供资料，及重庆煤炭科学研究院实测出具的研究报告显示，M0煤层平均瓦斯含量8.92m3/t；M8、M9煤层平均瓦斯含量9.45m3/t和9.23m3/t。根据实测 M9煤层的瓦斯压力为0.452.25Mpa。 根据实测M8煤层透气性系数为0.369420.4144m2/MPa2d，M9煤层透气性系数为0.056553 0.11062m2/MPa2d。M9煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0240.069d-1。M9煤层75mm孔径的百米钻孔瓦斯流量为13.8546L/min。自建矿以来，有记载的突出12次，其中，掘进工作面发生8次，采煤工作面发生4次。最大一次突出发生在2002年6月29日，M0煤层1003工作面运料顺槽绕道开口34 m处，突出煤量826吨，涌出瓦斯量17995 m 3；最近一次突出发生在2008年3月20日，M9煤层9100工作面运输顺槽切眼88 m 处，突出煤量248吨，涌出瓦斯量20000m3，造成10人死亡。二、9104工作面概况及瓦斯涌出规律9104工作面下部为9102工作面采空区，上部为9106工作面，未开采。采用高档普采工艺开采。工作面开采的M9煤层，为矿井的主要可采煤层。顶板为泥质粉砂岩、粉砂岩，无伪顶；底板为粘土岩、粉砂岩、粉砂质粘土岩。工作面运输顺槽及轨道顺槽在掘进过程中无较大断层穿过工作面。工作面设计长度168m，推进长度567m，工作面煤层平均厚度为1.6m，可采储量22.2万吨，容重平均1.54t/m3。工作面在回采之前按防突规定采取顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯，共施工抽放钻孔515个，平均单个钻孔深度86米，钻孔总量为44290米，吨煤钻孔量为0.2m。回采前经区域效果检验，残存瓦斯含量为7.45m3/t,为无突出危险区。工作面于2009年12月份开始回采，在打排放孔及采煤机割煤期间煤壁瓦斯涌出量较大，特别是在打排放孔期间回风瓦斯浓度达到0.8%以上，严重制约我矿安全生产。经过深入现场认真检查，对工作面瓦斯涌出情况进行多方面分析、论证，总结出瓦斯超限的具体原因为：煤层开采后，工作面前方应力集中带中煤层在受排放孔的卸压作用，煤层的可解析瓦斯沿着卸压裂隙通过排放孔大量涌入工作面空间。再者在分析原来临近9102工作面发生的3次突出事故可以知道，工作面之所以发生突出，原因就是具备了瓦斯压力、地应力及受构造影响煤结构破坏的突出条件。根据工作面突出规律和瓦斯涌出情况，在9104工作面实施浅孔抽放。3、 浅孔抽放技术参数的确定（1） 抽放系统独立为了确保浅孔卸压措施的有效实施，同时不影响其他抽放钻孔的抽放效果，从采煤工作面上下顺槽各铺设一趟直径150mm的抽放管道，该抽放管道与矿井低负压管道连接，在工作面上下安全口分别设立控制阀门和检测装置。工作面内部沿着630刮板输送机电缆槽下方，固定敷设直径100mm带内钢丝的抗静电阻燃专用瓦斯抽放管，每隔8米设立一个多通。为了使所打抽放钻孔及时连接抽放，每个多通上设立一个直径为25mm的阀门控制开关。（2） 使用快速封孔器由于浅孔卸压抽放措施抽放服务时间短，需要的抽放负压不高，因此抽放钻孔的封孔技术既要操作方便，又要材料费用最低，因此选用气囊式多次复用专用快速封孔器。（三）合理确定卸压钻孔参数1、 抽放钻孔深度抽放钻孔深度的确定是消突的关键。消除突出的因素就是要从突出的机理上找出突破口，在总结安顺煤矿采煤工作面3次突出规律的基础上可以看出，发生突出的因素为：煤层瓦斯压力、工作面前方集中应力以及工作面内存在的构造对煤层的破坏。从山东科技大学给安顺煤矿所做的矿压研究可以看出采煤工作面前方应力分布情况为：23m为卸压带，38m为应力集中带8m以里为原始应力带。因此，设计浅孔卸压抽放措施钻孔孔深为10m，为了探测瓦斯及地质情况，每隔10设计一个13m的深孔。2、 抽放钻孔孔径浅孔卸压措施抽放钻孔是在采煤工作面前方施工，要从卸压带、应力集中带中穿过到原始应力带，煤层在应力集中带中要释放应力，同时有大量的煤粉被排出。根据安顺煤矿两年来的总结，利用风动钻机配直径42mm的钻杆施工，打一个10m深的钻孔可以排出200Kg到300Kg的钻粉量，甚至可以达到500Kg以上，实际排出钻粉量是理论钻粉量的10倍以上，同时施工成孔率较高，很少有废孔，所以钻孔直径选取直径42mm完全满足需要。为了保证钻孔有较好的抽放效果，做到钻孔施工的经济合理性，根据采煤工作面的具体情况最后确定优先选用钻孔直径为42mm。3、 抽放钻孔间距抽放钻孔的合理布孔间距，是根据开采层煤层瓦斯抽放率、工作面生产能提供的允许预抽瓦斯时间，以及在该时间内钻孔能达到的抽放瓦斯有效半径等综合因素确定。浅孔卸压抽放措施是在卸压带内布置钻孔，因此，煤层裂隙发育。结合安顺煤矿工作面生产情况，根据单孔瓦斯抽放量及需要抽放时间合理确定钻孔间距。在瓦斯涌出量大的地段钻孔间距为1.0m,在钻孔涌出量较小的地段钻孔间距为2.0米。4、 抽放时间在一定时间内钻孔抽放瓦斯的总量随着时间的延长而增大。然而，钻孔的瓦斯抽放量不是无限增大的，而是有一个极限值。由于采煤工作面前方煤体卸压，裂隙增加，大部分游离瓦斯赋存在裂隙内，因此很容易把瓦斯从煤层里抽放出来，同时并不需要太高的负压，为了保证每天能够实现两班生产，抽放时间必须控制在812小时。5、 抽放负压在保证钻孔封孔质量的基础上，适当提高钻孔抽放负压是提高抽放效果的有效措施之一。由于采用浅孔卸压措施，抽放时间又很短，再者由于煤层受采动影响，煤层裂隙发育，大量游离瓦斯很容易沿着裂隙通过钻孔释放出来，因此不需要很高的负压，负压过高容易引起钻孔漏气，降低抽放效果。经过现场试验和大量的数据收集统计，孔口抽放负压控制在45Kpa更为适宜。（4） 效果考察1、 瓦斯抽放量明显提高经过采取浅孔卸压抽放措施，单孔瓦斯抽放浓度在40%以上，抽放支管瓦斯浓度在30%40%，瓦斯抽放纯量为1015m3/min.2、 采煤工作面绝对瓦斯涌出量明显降低通过采取抽放措施，无论是在打钻孔期间还是割煤期间，工作面瓦斯涌出稳定，回风瓦斯浓度在0.3%0.5%，杜绝了瓦斯超限现象。3、 循环措施排煤量稳定，有效消除采煤工作面前方集中应力，杜绝了瓦斯动力现象采取措施期间，每循环采取措施的所排钻粉量达到控制煤量的2%3%，使工作面前方煤层应力集中带内的应力带到有效释放，有效消除采煤工作面前方集中应力，杜绝了瓦斯动力现象。4、 局部措施效果检验指标有效率达到100%采取措施后，工作面在局部措施效果检验过程中没有发现效果检验指标超标现象，措施有效率达到100%.4、 取得的效果通过采取卸压抽放措施，降低了采煤工作面前方的瓦斯压力，应力集中带前移，瓦斯涌出量明显降低，取得以下效果：1、 工作面在整个回采过程中杜绝了煤与瓦斯突出动力现象。2、 经过采取措施控制了工作面瓦斯超限现象，在工作面按设计风量风的情况下，回风瓦斯控制在0.3%0.4%，绝对