超高瓦斯高应力区域瓦斯防治技术研究

超高瓦斯高应力区域瓦斯防治技术研究

0巷道瓦斯突出2.1.3软煤层在采矿过程中起着突出的风险，可能导致采后处理。高瓦斯高应力区域是矿井煤与瓦斯突出的高发区,是该矿瓦斯突出防治的重点。22121迁巷瓦斯含量高、压力大,在掘进施工过程中曾出现煤炮声频繁、R值综合预测指标超标等突出预兆。该矿针对这些问题,进行了瓦斯防治技术的积极探索,采取针对性的技术措施,成功消除了煤与瓦斯突出危险,实现了安全掘进,为该矿的高瓦斯高应力区域的瓦斯防治积累了宝贵的经验。1221迁巷概述超化煤矿采用立井双水平上下山开拓。通风系统采用副井进风、东西风井排风的对角式通风方式,通风方法为抽出式;22121迁巷位于矿井西冀22采区下部,掘进标高-250m,全煤巷道,煤层厚度8.0～16.0m,局部瓦斯压力达到0.55MPa以上,煤质较软(硬度f<0.5),设计工程量167m,采用工字钢架梁支护。区域煤体瓦斯含量高达12.0～15.0m3/t,局部断层、褶皱等构造比较发育,是典型的高瓦斯高应力区域。2预防和控制屋顶技术2.1深孔卸压抽放中间煤体,释放瓦斯的施工方法结合区域煤体瓦斯含量高,应力比较集中,煤质较为松软、破碎,透气性差的特点,在施工过程中试验采用深孔卸压抽放前方煤体中的瓦斯,释放应力能来防治突出。2.1.1煤体稳定的原因。在采动由于瓦斯在煤体中主要以吸附状态存在,正常状态下,煤体中游离、吸收及吸附的瓦斯处于一种动态的平衡状态,煤体比较稳定。在采动影响下,煤体中游离瓦斯的大量逸散释放破坏了这种平衡,从而使煤体中吸收和吸附的瓦斯发生定向移动,创造一种新的不稳定的平衡。深孔卸压抽放正是利用这一规律,采用深孔高负压使钻孔周围及采动影响下的前方遭到破坏区域煤体中的瓦斯向钻孔流动,从而抽出煤体中的瓦斯,释放突出能量,进而达到防治突出的作用。2.1.2钻孔数量及封放方式在采动影响下,应力转移的区域一般在正前方20～30m范围。在迎头设计20～30m左右的深孔,采用矿用夹柱式ZDG-40/26型电动钻机施工,钻孔直径为ϕ75mm,全断面均匀布孔,经向控制全煤厚,纬向控制巷帮外3～5m。钻孔数量参考如下经验公式计算:N=S1×(2.5～3.0)/100S2参考上式,该矿在迎头施工6个深孔。瓦斯在抽放时管路中的经济流速按照5.0～15.0m/s计算,主管采用ϕ250mm无缝玻璃钢管,钻孔采用ϕ37.5mm埋线管,快速封孔器封孔,并入主管进行抽放。掘进循环:三班制作业,打钻一班抽放两班,掘进一班,循环进度3m。2.1.3抽放瓦斯浓度在技术实施过程中,对单孔流量、抽放浓度等参数进行了测试,单孔平均流量可达4～5m3/min,抽放瓦斯浓度平均8%～9%,单孔抽放瓦斯纯量可达到0.32～0.45m3/min·孔(抽放量如图1),抽放率可以达到60%～70%。该技术工艺简单,耗时短,单循环进度3m,使高瓦斯高应力区域煤巷月进尺达到90m,技术经济效果显著。2.2施工技术经济效果多浅孔静压释放瓦斯技术是该矿应用时间较长、工艺技术比较成熟的瓦斯防治技术,曾在22121上副巷及工作面试验应用,取得了较好的技术经济效益。在22121迁巷施工过程中,在应用深孔卸压抽放的同时,在巷帮及迎头施工一定数量的大直径浅孔释放瓦斯相结合来治理瓦斯,在防治煤与瓦斯突出方面进行了有益的探索,取得了良好的瓦斯治理效果。式中N———钻孔数,个;S1———巷道断面积,m2;S2———钻孔断面积,m2。2.2.1增大煤体透气性在采动影响下,周围煤体遭到一定程度的破坏,产生大量裂隙,从而增大了煤体的透气性。浅孔静压释放正是利用这一规律,施工大直径浅孔,使煤体中的高能位瓦斯向低能位流动,在静压作用下沿钻孔释放出煤体中的瓦斯,达到治理瓦斯的目的。2.2.2角眼布孔方式在迎头和巷帮施工一定数量8～10m的浅孔,采用上下错位三角眼布孔方式。钻孔间距0.5～0.6m,距离顶板0.3～0.5m,距离底板0.9～1.0m。钻头直径为89mm,扩孔后直径达到110mm,全巷道均匀布孔,控顶5.0m。2.2.3减少巷道回利用瓦斯的施工措施观测结果表明,单孔释放瓦斯量平均达到0.2m3/min,多钻孔长时间释放,防治瓦斯效果非常明显。配合深孔卸压抽放,在正常配风量为300m3/min时,巷道回风流瓦斯浓度可降低到0.4%以下。采取综合措施后预测的R值明显低于抽放前(如图2),从而很好地消除了瓦斯突出危险性,最大程度地保证了安全快速掘进。该技术施工工艺简单,成本低,防治瓦斯技术效果明显。3深孔卸压抽放优势22121迁巷作为超化煤矿典型的高瓦斯高应力区域,施工过程中存在煤与瓦斯突出危险。总结此次成功消突实践,为超化煤矿今后的瓦斯综合防治提供了以下经验:(1)深孔卸压抽放是适合“三软”煤层高瓦斯高应力区域突出防治的可行方法,可以在该矿继续推广应用。(2)浅孔静压释放配合深孔卸压抽放可以得到更好的瓦斯突出防治效果。(3