1矿井及34下采区概况.doc

621 矿井及34下采区概况1.1 矿井概况矿井北部以第10勘探线与淮北矿业集团桃园矿毗邻，东部以F22断层与皖北煤电集团公司祁东煤矿分界，浅部止于二叠系山西组10煤层露头，深部以32煤层-800m水平地面投影为界，走向长约10.5km，宽约38.5km，矿井面积约58.1km2。2009年矿井核定能力为300万t。井田位于宿南向斜转折端，属高应力集中区，地质构造复杂、断层多、软岩分布广，瓦斯、水、火、煤尘、顶板、地压六害俱全。1.1.1 矿井开拓、开采及储量矿井为立井多水平开拓，第一水平标高为-550m，第二水平标高为-800m。井口位置位于井田中部，初期设主井、副井、中央风井和西风井四个井筒。采区集中运输大巷分区石门开拓，即在32煤层底板布置-550m水平岩石集中大巷，采用分区石门开拓中、下组煤。矿井现安排8个采区活动，即34（34下）、81、82、101四个生产采区，31、84两个准备采区，36、103两个开拓采区。现有三个综采工作面生产，15个掘进队（8个岩巷队、7个煤巷队）和1个修护区。矿井共含可采或局部可采煤层10层，从上至下分别是：23、32、61、62、63、71、72、8、9、10煤层，其中32、72、10煤为矿井主采煤层。截至2009年 7月底，全矿井工业储量46739.4万吨，可采储量25757.4万吨。1.1.2 矿井地质条件矿井井田位于宿南向斜的西翼，南部为西端；走向近似南北转为东西，向西南凸出，倾向由东逐渐转到北，呈一弧形单斜构造；轴向基本上与地层走向一致。井田内地层的倾角北部较陡，一般为2030；中、东部较缓，只有515，且发育次一级褶曲。全区构造较发育，现已查出主要褶曲构造有王楼背斜和张学屋向斜，14勘探线至F2断层的煤系地层沿走向、倾向均有波状起伏，其中17勘探线以东更为明显；断层20条，其中正断层16条，逆断层4条，F12、F3、F14的落差为3050m，F6、F8、F22的落差大于50m，其余14条的落差小于30m。下组煤还有岩浆岩的侵入，但不强烈。1.1.3 通风与煤与瓦斯突出情况矿井由副井进风，中央风井、西风井两个风井回风。矿井通风方式为中央分列与中央并列的混合式抽出通风。矿井各采区均实现了分区通风，各采区均布置有专用回风道，通风系统合理、正规、可靠。目前矿井主要通风系统基本实现了“双进双回”的通风格局。目前矿井总进风量16591m3/min，总回风量17115 m3/min，有效风量14645m3/min，有效风量率88.3%，矿井等积孔6.26m2，外部漏风率3.6，矿井最大通风流程为8860m。近年随着开采深度的增加和开采强度的加大，瓦斯涌出量逐年增加，煤层瓦斯压力随埋深的增加而加大，实测-580m处72煤瓦斯压力3.5MPa、-749.7m处32煤瓦斯压力4.5MPa。主采煤层72煤为松软低透气性煤层，具有强突出危险性，曾发生煤与瓦斯突出、岩石与瓦斯突出共6次突出瓦斯动力现象。矿井瓦斯赋存受地质条件控制，地层被巨厚松散层覆盖，沉积岩性多为泥岩、粉砂岩等，具有较好的煤层瓦斯生、储、盖条件。根据2009年矿井瓦斯等级鉴定结果，全矿最大绝对瓦斯涌出量70.85m3/min，最大相对瓦斯涌出量14.78m3/t，平均绝对瓦斯涌出量70.45m3/min，平均相对瓦斯涌出量14.70m3/t。1.2 34下采区概况1.2.1 采区范围及自然地理34下采区位于祁南煤矿的东北部，北与桃园煤矿相邻，南至工广煤柱保护线，西至32煤层-550m水平投影线，东至32煤层-800m水平投影线，面积4.56km2。采区内地势平坦，地面标高+17.20+22.00m，一般在+21.00m左右。采区内有浍河流过；地面分布有蕲县镇、门南、孙园子、邢庄、徐桥、邱园、小王家、前夏家、小徐庄、小李庄、庞庄、前潘家及后潘家等13个自然村，每平方公里约有2.9个村庄。本采区属江淮季风暖温带半湿润气候，年平均降雨量为756mm，年平均气温为14.6，多年平均无霜期218天，地震烈度为7度。1.2.2 采区构造34下采区位于井田的东北部，总体为一向东倾斜的单斜构造，局部呈宽缓的波状起伏形态。地层倾角914，采区内构造复杂程度中等。据现有资料，共组合断层48条，均为正断层，1）BF26断层正断层，位于补17勘查线11勘查线之间，大部分在采区外。走向北东，倾向北西，倾角75，落差015m。走向长度2000m，有12-13-2、12-9孔穿过，另有二维地震1个A级点、3个B级点和1个C级点控制，属查明断层。2）BF27断层正断层，位于13勘查线-500-600m等高线之间。走向南西，倾向北东，倾角70，落差015m。走向长度550m，有12-13-3孔穿过，另有二维地震1个A级点及1个B级点控制，属查明断层。3）BF32断层正断层，位于13-14勘查线及补17勘查线之间。走向北东，倾向南西，倾角70，落差010m。走向长度600m，有12-10及13-14孔穿过，另有二维地震1个A级点及1个B级点控制，属查明断层。1.2.3 煤层情况矿井含煤地层属二叠系下统山西组、下石盒子组和上石盒子组。含煤地层厚度约940，含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等11个煤层（组），含煤30余层。可采或局部可采煤层有23、32、61、62、63、71、72、8、9、10煤层等10层。34下采区回采煤层为32煤层。32煤层位于上石盒子组下部，距离K3砂岩约40m。本采区内厚度为1.394.54m，平均2.93m，大多集中在2.503.00m之间。煤层结构简单至复杂，夹矸一般12层，多者34层，夹矸多为泥岩，少量炭质泥岩和粉砂岩。13个见煤点全部可采，变异系数8.4%，属稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，局部为粉砂岩，只有个别钻孔顶板为砂岩，但也有少数几个钻孔顶板为薄层泥岩伪顶，上部砂岩覆盖。煤层底板多为泥岩，局部粉砂岩。其次在32煤层上部10m左右有31煤层，多数不可采。32底板也有一层33煤层，局部可采，顶底板多数为泥岩，33煤层参数见表1。表1 33煤层参数表钻孔名称煤厚与32煤层间距补14-90.94m3.1m11-140.56m1.87m补15-80.48m9.18m12-13-40.85m3.31m11-140.72m2m2008-10.76m3.34m2008-20.88m5.33m10-11-130.61m8.53m2008-31.46m 6.71m补13-60.81m3.14m补13-50.65m2.58m补17-60.71m1.64m12-13-90.85m2.9633煤厚在0.48-1.46m之间，平均厚度0.79m，33煤与32煤间距在1.64-9.18m之间，平均间距为4.13m；且从34下6工作面以深33煤由逐步增厚的趋势，由于层间距较近，煤层瓦斯参数同主采煤层32煤层相近，因此33煤层的存在对32煤层的安全开采造成一定安全隐患。本采区32煤层，一般属中等灰分、高熔灰、低硫中硫、特低磷、高热值及较强粘结性、高挥发分煤。根据采区水文地质条件的分析及采区矿井涌水量估算结果按照矿井水文地质规程水文地质条件分类，本采区水文地质条件属简单中等类型。1.2.4 煤尘爆炸、自燃倾向性及地温本采区32煤层的精煤挥发分大多在37%左右，故具有较高爆炸危险性。为确保安全生产，须采取必要的防爆措施，可通入65%左右的岩粉量以抑制其爆炸。该采区无自燃发火倾向分析资料，根据矿井地质报告32煤层统计结果显示，很容易自燃发火的1个样，有可能自燃发火的5个样，不自燃发火的11个样。因此该煤层为极易自燃至不自燃发火。本采区没有地温钻孔，根据矿井地质报告，地温梯度2.6/百米，恒温带深度39m，恒温带温度14.6。按此推算，本区-550-650m，温度在2831之间为无热害区；-650-800m温度3135之间为一级热害区。1.2.5 采区煤炭储量西部（浅部）以32煤层-550底板等高线为界，深部至32煤层-800m底板等高线为界；南部至工业广场保护煤柱，北部至第10勘探线。据此圈出的储量面积为平面积4.52km2，斜面积4.59km2。按原煤炭工业部颁发的生产矿井储量管理规程，规定的炼焦用煤，即最低可采厚度采用0.7m，各煤层原煤灰分不大于40%，全硫含量不大于3%。煤厚小于0.7m的见煤孔与周围可采点连线，内插出不可采边界，煤厚为零的钻孔与周围可采点边线，中间位置取为零点，然后再内插出不可采边界。通过计算：总储量（工业储量）： B+C=1926（万t）其中： B=1121（万t） （A+B）/（A+B+C）=58.2%可采储量：1447（万t）保护煤柱(断层煤柱)：22（万t）1.2.6 34下采区开采、准备情况34下采区位于祁南煤矿的东北部，北与桃园煤矿相邻，南至工广煤柱保护线，西至32煤层-550m水平投影线，东至32煤层-800m水平投影线，面积4.56km2。34下采区设计为单翼采区，采用下山开采，当时为满足生产接替需要，分为2个阶段进行准备。34下采区（-650m以浅）设计4个工作面，于2005年投产， 34下1、34下2已回采结束，34下3正在回采，34下4正在准备。共布置5条下山，分别为运输、轨道、回风、行人及辅助回风下山，除运输下山布置在32煤底板外，其余均布置在32煤层中。34下采区（-650m以深）设计5个工作面，布置四条下山，分别为运输、轨道、回风下山，除回风下山布置在32煤层中外，其余均布置在32煤底板，2008年轨道与运输下山实现贯通，现回风下山正在准备。因该采区为下山开采，32煤层瓦斯含量高、压力大，通风困难。 为解决采区开采抗灾能力差，完善采区开采的合法性，解决32煤层升级后瓦斯治理难度系数增加和通风困难等问题，2010年初在采区南部增设一条进风斜井（上段可兼做进料、排矸使用，下段兼做行人）。2010年底进风斜井一期工程可实现贯通。如图1所示，表2为3煤综采线接替表。34下434下334下234下1图1 34下采区工作面布置平面图表2 祁南矿3煤综采线接替表 采 区工作面工作面参数储量 （万吨）回采工艺单产 （万吨）生产日期走向长面长采高容重34下34下31001363.81.48 综采82010.04.012010.04.303434810001653.51.477 综采82010.05.012011.02.2834下34下413501603.51.4106 综采102011.03.012012.02.283636613501802.51.485 综采62012.03.012013.02.283636213501802.51.485 综采62013.03.012014.02.283636813501802.51.485 综采62014.03.012015.02.2834下34下520501903.51.4190 综采102015.03.012016.09.303636413501802.51.485 综采62016.10.012017.10.31313139001402.41.444 综采62017.11.012018.05.3134下34下623001903.51.4215 综采102018.06.012020.02.283131110001402.51.449 综采62020.03.012020.10.31313158001402.51.439 综采62020.11.012021.05.3134下34下623001903.51.4215 综采102021.06.012022.02.283333111001402.41.452 综采62022.03.012022.11.303333511001402.41.452 综采62022.12.012023.08.3134下34下722501903.51.4210 综采102022.09.012023.05.312 采区瓦斯赋存规律及突出危险性分析2.1 采区瓦斯赋存规律2.1.1瓦斯压力赋存规律2.1.1.1 瓦斯压力测定结果祁南煤矿3煤层在准备及回采期间积累了一些煤层瓦斯压力数据，在项目进行过程中又测定了一些瓦斯数据。34下采区瓦斯压力值如表2-1所示，32采区瓦斯压力值如表2-2所示，34采区和北大巷里段的瓦斯压力值如表2-3所示。表2-1 34下采区32煤层瓦斯压力实测值注：压力为表压表2-2 32采区32煤层瓦斯压力实测值表序号采区测压地点测定时间标高瓦斯压力/MPa测定单位13232轨道下部车场2005.6-5321.73重庆分院23232轨道下部车场2005.7-5070.7重庆分院注：压力为表压表2-3 34采区和北大巷瓦斯压力实测值表注：压力为表压2.1.1.2 瓦斯压力赋存规律分析根据表2-1、2-2和2-3瓦斯压力实测数据，统计分析处理可得3煤层的瓦斯压力分布规律，如图2-1所示。图2-1 3煤层煤层瓦斯压力与煤层底板标高关系图3煤层的瓦斯压力可用如下公式表示：式中：煤层瓦斯压力，MPa；煤层底板标高，m。可见，祁南煤矿3煤层瓦斯压力梯度为1.25MPa/hm，瓦斯压力梯度大，随着标高的增加瓦斯压力增长快。根据瓦斯压力分布公式计算出来的瓦斯压力预测结果如表2-4所示。表2-4 32煤层瓦斯压力随标高的变化预测结果序号煤层标高/m瓦斯压力/MPa实测压力/MPa备注1-4000.16 2-4250.47 3-446.60.74 4-4500.78 5-4751.10 6-4761.107-490.51.29 8-5001.41 9-5251.72 1.7一致10-5502.03 11-5752.35 12-6002.66 13-6252.97 14-6503.28 15-6753.60 16-7003.91 3.9一致17-7254.22 18-7504.53 4.5一致19-7754.85 20-8005.16 21-8255.47 2.1.2 瓦斯含量赋存规律煤的瓦斯含量是指单位重量或体积的煤中所含有的瓦斯量，以m3/m3或m3/t表示，包括煤中的游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量。其计算式为：式中：单位质量煤的空隙容积，m3/t；煤层瓦斯压力，MPa；标准状态下的绝对温度（）和压力（MPa）；瓦斯压缩系数；煤的极限瓦斯吸附量，m3/t；吸附常数，MPa-1；实验室测定煤吸附常数时的实验温度，；煤层温度，；煤的灰分和水分，%。式中的参数， ，有的是已知的，有的是可以直接测量的。参数，的值可以通过在实验室中对煤样进行工业分析和瓦斯吸附实验得到。表2-5为祁南煤矿3煤层煤样的工业分析和瓦斯吸附试验结果。表4-5 32煤层煤样的瓦斯吸附试验结果表取样地点煤层工业分析真比重/t/m3假比重/t/m3孔隙率/%吸附常数Mad/%Ad/%Vaf/%a/m3/tb/MPa-1328工作面切眼下口321.1713.3515.511.451.356.918.451.073410工作面321.4841.2444.391.691.65.318.551.434下3工作面掘进头-605321.0318.3343.121.421.336.317.330.95根据工业分析结果可知，3410工作面煤样的灰分高达41.24%，与其它两个煤样相差较大；另外煤样的真比重、假比重、孔隙率与其它两个煤样也相差较大。通过综合分析，认为34下3工作面掘进头（-605m）的煤样测定结果更能反映3煤的实际情况。根据表中的工业分析数据，采用瓦斯含量计算公式计算出的瓦斯压力与瓦斯含量如表2-6所示。瓦斯压力与瓦斯含量的关系如图2-2所示，瓦斯含量随标高的变化关系如图2-3所示。表2-6 32煤层瓦斯压力和瓦斯含量预测结果序号煤层标高/m瓦斯压力/MPa瓦斯含量/m3/t备注1-4000.15 1.52-4250.47 3.53-446.60.74 4.84-4500.78 4.95-4751.10 6.06-490.51.29 6.57-5001.41 6.88-5251.72 7.49-526.21.747.510-5502.03 8.011-5752.35 8.412-6002.66 8.913-6252.97 9.214-6503.28 9.615-6753.60 9.916-7003.91 10.217-7254.22 10.518-7504.53 10.719-7754.85 11.020-8005.16 11.2图2-2 瓦斯压力与瓦斯含量的关系图图2-3 瓦斯含量随标高的关系图从图和表中，可以看出瓦斯压力为0.74MPa时，标高为-446.6m，瓦斯含量为4.8m3/t；瓦斯压力为1.74MPa时，标高为-526.2m，瓦斯含量为7.5m3/t；瓦斯压力为2.03MPa时，标高为-550m，瓦斯含量为8.0m3/t。另外，随着标高的加大，瓦斯含量增大。但两者并不是简单的线性关系，当标高相对较浅时，随着深度的增加，瓦斯含量增加较快，反之，瓦斯含量增加相对较慢。另外根据煤层瓦斯压力与瓦斯含量关系图，可以看出3煤层具有煤层瓦斯压力大、瓦斯含量低的特点。2.1.3 突出指标分析2.1.3.1 瓦斯放散初速度现场取样测定瓦斯放散初速度结果见表2-7。表2-7 瓦斯放散初速度值序号取样点标高/m备注1349工作面切眼-5507重庆分院测定2349工作面-5563.84中国矿业大学测定3328工作面-5667.55中国矿业大学测定43410腰巷-5877.89中国矿业大学测定534下轨道下山-6499.50中国矿业大学测定63410工作面-5104中国矿业大学测定734下4腰巷-644.17中国矿业大学测定8348机巷J9点处-52210中国矿业大学测定由表可知，在8个煤样中最大瓦斯放散初速度为10 mmHg，等于突出临界值10 mmHg，其余均小于等于突出临界值10 mmHg。2.1.3.2 煤的坚固性系数f现场取样测定煤的坚固性系数结果见表2-8。表2-8 煤的坚固性系数序号取样点标高/m煤的坚固性系数备注1349工作面切眼-5500.82重庆分院测定2349工作面-5560.98中国矿业大学测定3328工作面-5660.55中国矿业大学测定43410腰巷-5870.49中国矿业大学测定534下轨道下山-6490.51中国矿业大学测定63410工作面-5101.09中国矿业大学测定734下4腰巷-644.10.645中国矿业大学测定8348机巷J9点处-5220.652中国矿业大学测定由表可看出，除3410腰巷煤样的坚固性系数小于临近指标0.5外，其他得均高于0.5，部分煤样大于1，平均坚固性系数为0.72，从煤样的坚固性系数测定来看，充分说明32煤层坚固性系数比较高。而煤的坚固性系数越高，越不利于煤与瓦斯的突出，即坚固性系数较高的煤层，其发生突出的最小瓦斯压力值相应较高。2.2 3煤层突出危险性分析及区域划分结果淮北祁南煤矿32煤正常区域的破坏类型为类，地质破坏带煤体破坏类型属于类；煤层实测最大瓦斯压力为4.5MPa（表压），远大于突出临界值0.74MPa；煤样的坚固性系数值为0.49，达到突出临界值0.5；瓦斯放散初速度为10mmHg，等于突出临界值10mmHg；煤层瓦斯含量达10.7m3/t，大于防治煤与瓦斯突出规定规定的8m3/t。通过对单项指标、瓦斯含量的分析，因此认为淮北祁南煤矿3煤层具有突出危险性。突出是地应力、瓦斯和煤的力学性质等综合因素作用的结果。煤层瓦斯是发生突出的动力之一，而煤的力学性质制约着煤与瓦斯的突出，煤的坚固性系数越大，越有助于控制突出的发生。即同等条件下，煤的坚固性系数越大，发生突出的最小瓦斯压力相应越高。另外，煤层变质程度越高，挥发份越小，在同等瓦斯压力下，瓦斯含量越高，即具有同一瓦斯含量的不同煤种，其煤层的变质程度越高（挥发份越小），其瓦斯压力也越小，相反，煤层的变质程度越小，其煤层瓦斯压力越大。祁南32煤层为气煤，变质程度较低，挥发份较高，则在瓦斯含量较低的情况下，其瓦斯压力值较大。比如，在标高-550m处，煤层瓦斯含量为8m3/t，而煤层瓦斯压力达2.03MPa。通过上述分析可知，煤与瓦斯突出发生的最小瓦斯压力与煤的坚固性系数和挥发份密切相关。据此，俞启香教授通过分析我国典型矿区大量的突出数据，获得了上述三者的相互关系式：式中煤层发生突出的瓦斯压力最小值，MPa；软煤分层的坚固性系数；软煤分层的挥发份，%。表2-9 煤的坚固性系数序号标高/m煤的坚固性系数挥发份平均值，%/MPa1-5500.8243.763.552-5560.984.153-5660.552.554-5870.492.325-6490.512.406-5101.094.557-644.10.6452.908-5220.6522.93平均值0.723.17 根据煤的坚固性系数、挥发份与最小瓦斯压力的关系式可得出，32煤层最小突出压力值为2.32MPa，平均最小突出瓦斯压力为3.17MPa。防治煤与瓦斯突出规定规定的突出区域划分临界值为瓦斯压力0.74MPa或瓦斯含量8m3/t。32煤层挥发份较高，同等瓦斯含量条件下，表现出的瓦斯压力较高。根据瓦斯压力、含量计算公式，在标高-550m处，煤层瓦斯压力为2.03MPa，瓦斯含量为8 m3/t。32煤层的坚固性系数较大、挥发份较高，考虑到32煤层的最小突出瓦斯压力为2.32MPa，大于2.03MPa，因此经过综合考虑，选用煤层瓦斯含量（8m3/t）作为区域划分指标，即-550m以浅无突出危险，-550m以深（含-550m）为突出危险区。2.3 34下采区-650m以深区域瓦斯基本参数及危险性34下采区标高范围为-550-800 m，煤层瓦斯压力2.035.16 MPa，瓦斯含量为8.011.8 m3/t。根据突出危险区划结果，3煤层-550m以下（含-550m）全部为突出危险区，由此可见34下采区全部处于突出危险区内。34下采区-650m处煤层瓦斯压力为3.28MPa，瓦斯含量为9.6m3/t，34下采区-650m以深区域共有34下5、34下6、34下7、34下8和34下9工作面5个工作面。随着开采深度的增加，瓦斯压力、瓦斯含量越来越大，在采区最深处（-800m标高），煤层瓦斯压力为5.16 MPa，瓦斯含量为11.8m3/t，突出危险性也越来越高，则在深部采取的瓦斯抽采措施也需升级，以满足煤层深部瓦斯治理的需要。3顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯治理技术及应用分析针对34下采区32煤层赋存状况及瓦斯赋存特征，经过长期的摸索及创新，研究开发了适合该条件的煤层瓦斯抽采方法，即顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法，该方法在本矿已经取得了良好的工程应用效果，该区域防突措施也列入了防治煤与瓦斯突出规定，下面详细介绍该方法的方案设计及工程应用情况。3.1顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采技术方案3.1.1 方案设计此方法是利用上区段煤巷向准备开采煤层施工顺层抽采钻孔，始终保持深部煤层巷道掘进和工作面回采处于预抽钻孔的保护范围内，不会出现在原始煤体中进行采掘活动。该方法的基本思路是，从上区段机巷施工下向顺层钻孔保护下一区段腰巷，腰巷施工下向顺层钻孔再保护区段内的机巷，机巷反过来再保护下一区段的腰巷，依此类推，一步步向煤层深部推进，通过预抽，在巷道掘进和工作面回采前将高瓦斯煤层转变为低瓦斯无突出煤层，降低掘进和回采时的瓦斯涌出量，保证矿井的安全高效生产，钻孔间距5m，钻孔直径不小于94mm，目前钻孔的施工长度为100110m，煤层巷道下帮的保护宽度不小于15m，平均抽采时间不低于4个月。倾斜顺层长钻孔掩护煤巷掘进和工作面回采预抽方案示意见图3-1。图3-1 顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法示意图风巷机巷顺层钻孔5m15m腰巷上阶段机巷3.1.2 施工步骤32煤层顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法一般包括以下4个步骤：第一步：从上个区段工作面机巷中向下施工顺层钻孔，预抽上半个工作面煤层瓦斯；第二步：待预抽一定时间，煤层消除突出危险后，在工作面煤层的中部施工一条腰巷，腰巷处于消突区域；第三步：从腰巷中向下施工顺层钻孔，终孔位置到达工作面机巷下帮15m；并预抽煤层瓦斯；第四步：待消除突出危险后便可掘进机巷和开切眼，风巷在上区段采空区形成的卸压带内掘进，煤巷施工完成后便可回采。3.1.3 钻孔施工及封孔采用MKD-5S钻机施工下向顺层钻孔，抽放钻孔的施工要按照设计参数进行，各钻孔均应有编号，要准确记录每个抽放钻孔的参数及终孔日期，并详细记录钻孔施工过程中出现的异常现象。施工钻孔长度达不到设计要求或钻孔进入煤层顶底板时需根据设计要求重新补打钻孔，在地质构造带施工加密钻孔，确保煤层瓦斯抽采要求。为了提高顺层钻孔抽采浓度及流量，在原来封孔工艺基础上进行了改进，形成了全新的聚氨酯封孔工艺，封孔质量显著提高，瓦斯浓度也相应增加，封孔工艺及装备见图3-2所示，封孔流程为：1）直径94mm的顺层钻孔施工完成后，首先向钻孔内送入8m长、直径50mm的PE抽采管，孔外留设长度为30cm。管子上要求缠绕薄海绵，并在管子两端距管口1m处各固定一个直径90mm的海绵圈，涂上聚氨酯后，迅速送入钻孔内固定；2）在向钻孔送抽采管的同时，将长约1m的两根注浆软管插入钻孔，插入长度应大于80cm，软管穿过上部的海绵圈进入两海绵圈形成的空腔内；3）将两个注浆管与风动注浆泵连接，注浆泵加入聚氨酯材料后进行注浆作业，直至注满6m长的钻孔封孔段；4）注浆完毕后，将两个注浆管扎实，以防漏浆，并冲洗注浆泵；5）将钻孔并入抽采管路，进行瓦斯抽采。图3-2 下向顺层钻孔封孔工艺及装备示意图6m为保证抽放系统的稳定性，利用地面永久抽放系统实施工作面顺层孔抽放，抽放管路为250mm的薄壁管。3.2 34下3工作面瓦斯抽采工程应用及效果分析 34下采区从上至下34下1工作面、34下2工作面已经回采结束，目前34下3工作面正在回采，34下3工作面的顺层钻孔已经施工完成，正在进行工作面煤层瓦斯抽采；同时截止8月20日，34下3机巷施工约800m，从机巷内下帮施工34下4工作面下向顺层长钻孔，抽采34下4工作面煤层瓦斯。下面以34下3工作面为例考察分析顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法的瓦斯抽采效果及煤层巷道掘进情况，以34下2工作面为例考察分析工作面回采期间瓦斯涌出情况。3.2.1 工作面概况该面为34下采区右翼第三区段工作面，上部与34下2工作面相邻，下部与34下4工作面相邻，其左侧以34下采区运输下山保护煤柱为界，右侧以BF26断层为界。该面的标高范围为-563-635m，工作面可采走向长12081238m，倾斜长142m，可采面积173705m。回采的32煤层为气煤，中厚层状，煤层厚度3.04.5m，平均3.3m，煤层变异性系数为25%，属稳定煤层。该面平均煤层瓦斯压力为2.3MPa，平均瓦斯含量为9.48m3/t。3.2.2 下向顺层长钻孔施工情况从34下2机巷中向34下3工作面上半区域施工顺层长钻孔，从34下3腰巷中向34下3工作面下半区域施工顺层长钻孔施工情况见表3-1。表3-1 34下3工作面钻孔施工情况抽采区域施工位置时 间个数/个总长/m单个钻孔平均长度/m上半工作面34下2机巷06.4.1606.9.222061697982.4下半工作面34下3腰巷07.4.407.8.172211915886.7钻孔施工长度为70110m，90%以上钻孔长度为8090m，要求长度低于70m的钻孔进行重新补打钻孔。实际钻孔施工如图3-3所示。34下3工作面34下4工作面图3-3 34下4工作面顺层钻孔实际施工情况3.2.3 工作面瓦斯抽采分析3.2.3.1 顺层长钻孔瓦斯抽采浓度及抽采量考察分析34下3腰巷瓦斯抽采浓度及抽采纯量见图3-4和图3-5，采用人工测试方法定时对抽采管路参数进行测定，图3-4为34下3腰巷顺层钻孔全部施工完成以后抽采钻孔数固定条件下测得的瓦斯浓度情况，抽采管路最大抽采瓦斯浓度为28%，平均在1025%之间，最大抽采纯量为5.6m3/min，平均抽采纯量为14m3/min。图3-4 34下3腰巷瓦斯抽采浓度变化情况图3-5 34下3机巷瓦斯抽采浓度变化情况图3-6和图3-7为34下3机巷瓦斯抽采浓度及抽采纯量变化曲线，随着2008年7月除顺层钻孔封孔工艺的改进，封孔质量显著提高，进而抽采瓦斯浓度及抽采量逐渐加大，瓦斯抽采浓度最大达38%，平均为2438%，最大抽采纯量为9 m3/min，平均抽采纯量为58 m3/min。图3-6 34下3机巷瓦斯抽采浓度变化规律图3-7 34下3机巷瓦斯抽采量变化规律3.2.3.2 工作面瓦斯抽采量及残余瓦斯含量统计工作面瓦斯抽排量包括钻孔施工期间巷道内的风排瓦斯量和钻孔抽采量两部分，经过统计，截止2008年8月15日： 顺层钻孔抽采量为：75.6万m3 钻孔施工期间：风排瓦斯量为227.6万m3 工作面总瓦斯储量为：760.8万m3 工作面原始瓦斯含量为：9.48 m3/t 工作面瓦斯预抽率为29.9% 残余瓦斯含量为6.63 m3/t煤矿瓦斯抽采基本指标第4.1条：突出煤层工作面采掘作业前必须将控制范围内煤层的瓦斯含量降到煤层始突深度的瓦斯含量以下或将瓦斯压力降到煤层始突深度的煤层瓦斯压力以下。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa（表压）以下，由此可见，经过长时间的瓦斯抽采，34下3工作面已经彻底消除突出危险性，可以保证工作面的安全生产。3.2.4 煤层巷道掘进验证 34下3机巷自2008年4月1日开始掘进，于2008年10月15日施工结束，共掘进煤层巷道约1000m，（巷道掘进在顺层钻孔掩护下进行，可确保煤层巷道的施工安全。34下3机巷施工前进行措施效果检验程序，见图3-8图3-10所示。由图可知，效检值K1值均小于0.25ml(min0.5g)，h2均小于130Pa，Smax值均约为2kg/m，都远远小于突出临界值，由此可见经过顺层长钻孔的瓦斯抽采，可消除煤层危险性，确保巷道掘进安全。图3-8 巷道掘进期间效检指标K1值的变化 图3-9 巷道掘进期间效检指标h2的变化图3-10 巷道掘进期间效检指标Smax的变化 图3-11为巷道掘进期间瓦斯浓度变化情况，巷道掘进期间通风量约为8501200m3/min，由图可知瓦斯浓度可控制在0.6%以下，确保了掘进巷道的施工安全。图3-11 巷道掘进期间回风瓦斯浓度 图3-12为34下3机巷掘进进尺情况，巷道掘进采取综合机械化掘进方式，煤巷掘进进尺一般在每月200m以上，最大进尺达344m。图3-12 34下3机巷掘进进尺情况3.3 34下2工作面工程应用及回采期间效果考察采用顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法治理煤层瓦斯已安全回采了2个工作面，下面以34下2工作面为例考察分析其瓦斯抽采效果。工作面回采过程中，配合随采随抽措施，包括：采空区埋管抽采、顶板走向钻孔抽采等。 34下2工作面回采期间除风排瓦斯外还采用了老塘埋管和顶板走向钻孔抽放瓦斯。回采期间供风量为10001200m3/min，图3-13给出了回采工作面瓦斯浓度、回风流浓度和上隅角浓度随时间的变化关系。回风流瓦斯浓度一般控制在0.30.5之间，上隅角瓦斯浓度一般控制在0.50.8之间，从工作面瓦斯浓度来看，可以保证工作面的安全生产。图3-10 34下2工作面回采期间瓦斯浓度随时间的变化关系回采期间工作面瓦斯抽排参数见表3-2、图3-11图3-13。从表图中可以看出，回采期间顶板走向钻孔抽放量为5.769.38m3/min，老塘埋管抽放量为0.963.64 m3/min，工作面供风量为10001200m3/min，风排瓦斯量为3.835.42 m3/min；由于工作面产量较大，导致绝对瓦斯涌出量大，绝对瓦斯涌出量为11.8418.27 m3/min，后期随着工作面的回采，绝对瓦斯涌出量越来越小，这是因为这部分煤体预抽时间较长，预抽效果较好，残余瓦斯含量低造成的；相对瓦斯涌出量为4.608.05 m3/t，经统计，回采期间工作面的瓦斯抽放率为65.6。表3-2 回采期间的瓦斯涌出情况时间抽放量/m3/min风排瓦斯量/ m3/min绝对瓦斯涌出量/ m3/min月产量/t相对瓦斯涌出量/ m3/t顶板走向孔老塘埋管2007年2月6.891.03.9511.84823505.80 2007年3月7.021.24.212.421205284.60 2007年4月9.382.354.8616.59995297.20 2007年5月9.61.515.4216.531214436.08 2007年6月12.80.964.5118.27980098.05 2007年7月6.43.644.3214.361011286.34 2007年8月5.762.73.8612.321000255.50 2007年9月7.422.633.8313.881035895.79 平均8.16 2.00 4.37 14.53 103325.13 6.28 比重/%56.17 13.76 30.07 图3-11 回采期间风排量、抽放量和绝对瓦斯涌出量随时间的变化关系图图3-12 回采期间相对瓦斯涌出量随时间的变化关系图图3-13 34下2工作面月产量情况3.4 34下采区行人下山瓦斯抽采工程实践3.4.1 瓦斯抽采方案 四条下山中运输巷道与轨道巷道布置在底板岩层中，回风下山与行人下山布置在煤层中，回风下山巷道通过从运输下山内施工底板穿层钻孔掩护掘进，确保回风下山安全，再从回风下山中施工走向顺层长钻孔，抽采行人下山巷道掘进区域煤层瓦斯，消除区域内危险性，保证行人下山的施工安全。为消除行人下山的煤与瓦斯突出危险性，在34下回风下山综掘施工的同时，从回风下山向34下行人下山施工走向顺层长钻孔，钻孔直径94mm，钻孔间距为5m，钻孔控制至34下行人下山巷道轮廓线以外不得小于10m，回风下山和行人下山水平距离为75m，则顺层钻孔的长度不得小于88m，如图3-14所示。34下行人下山在预抽一定时间后，区域内煤层各项指标必须满足煤矿瓦斯抽采基本指标要求并经论证消除突出危险后，方可施工，并进行必要的效检措施。图3-14 34下采区行人下山瓦斯预抽示意图运输下山回风下山轨道下山行人下山瓦斯抽放钻孔3.4.2 瓦斯抽采及下山掘进情况从34下采区轨道下山每隔5m向34下采区行人下山侧施工79个顺层钻孔，顺层钻孔从2005年12月份封孔合茬抽采。行人下山上段（-550-650m）从2006年9月14日开始掘进，至12月14日结束，掘进长度约600m，每月的平均掘进长度为200m。掘进过程中，按照突出威胁区要求，掘进工作面每推进30100m连续进行不少于两次效检工作，采用h2、Smax指标进行效检，见表3-3所示，从效检指标来看均低于临近值，工作面无突出危险。图3-15为巷道掘进期间瓦斯浓度情况，工作面回风瓦斯浓度控制在0.6%以下，保证34下采区行人下山上段的施工安全，说明该方法可以确保下山巷道的施工安全。表3-3 34下采区行人下山掘进期间效检指标时间/Pa/kg/m有无突出危险06年9月14日1102.2无06年9月20日1102.3无06年9月26日1202.3无06年10月2日1302.4无06年10月8日1402.3无06年10月14日1302.4无06年10月20日1401.3无06年10月26日1302.4无06年11月1日1202.4无06年11月7日1103.4无06年11月13日1202.4无06年11月19日1402.4无06年11月25日1402.3无06年12月1日1302无06年12月7日1302.3无06年12月13日1302无图3-15 行人下山巷道掘进期间回风瓦斯浓度情况3.5 近距离岩巷瓦斯抽采工程实践 34下轨道下山上段下延及联巷巷道工程量约1300m，巷道从煤层中进入顶板岩层中，部分巷道属于近距离岩巷掘进，危险性大。为保证近距离岩巷施工安全，从34下回风下山施工顺层抽放孔，孔深不低于50m，钻孔间距5m，钻孔控制到34下轨道下山上段下延巷道轮廓线外20m范围，所有钻孔于2007年10月份全部合茬抽放。 目前该段巷道已经安全施工结束，从巷道施工过程来看，瓦斯抽采效果较好，效检指标均低于临界值，说明该方法适合于类似条件下煤层瓦斯抽采，可以保证近距离岩巷的施工安全。3.6应用情况自从顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法在本矿32煤层应用以来，已经取得了良好的工程应用效果，安全快速掘进34下1机巷、34下2腰巷、34下2机巷、34下3腰巷、34下3机巷、34下4腰巷（部分巷道）、34下采区行人下山巷道等约煤层巷道8000m，安全施工煤层上山巷道1处，近距离下山车场1座，安全高效回采34下1工作面和34下2工作面2个生产工作面。随着淮北矿区煤层向深部开采，煤层瓦斯越来越高，许多浅部无突出的煤层进入深部后逐渐转变为高瓦斯突出煤层，开采前都需要采取区域性的瓦斯抽采措施。淮北矿区下组煤10煤层一直作为中组煤8、9、10煤层的下保护层开采，但随着开采深度的增加，10煤层瓦斯逐渐加大，在构造带出现了喷孔顶钻现象，有升级为突出煤层趋势。许疃等煤矿主采煤层3煤层，随着向深部的延深，工作面瓦斯涌出量越来越大，严重威胁到了工作面的安全生产。针对这些煤