近距离突出厚煤层群石门揭煤区域联合消突技术

2015年第8期中州煤炭总第236期近距离突出厚煤层群石门揭煤区域联合消突技术黄光利i’2,张世鹏3,刘俊1’2(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037;2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037;3.神华宁夏煤业集团有限责任公司石炭井焦煤分公司，宁夏石嘴山753000)摘要：针对石炭井焦煤公司近距离突出厚煤层群石门揭煤区域消突问题，结合近距离突出煤层群赋存特征，提出了穿层钻孔区域预抽联合消突技术措施，并对措施实施效果进行了考察分析。应用效果表明，上831运输石门揭5#、4#突出厚煤层群工程采用区域预抽联合消突措施以后，瓦斯抽采率达到了52.1%，5#、4#煤层最大残余瓦斯含量分别下降到了5.662,5.618m3/t;区域验证实测5#、4#煤层最大钻屑瓦斯解吸指标^值分别为0.19,0.17mL/(g*min1/2)，均小于《防治煤与瓦斯突出规定》临界值。区域联合消突技术措施的实施，实现了5#和4#煤层联合消突，安全、顺利地揭开了煤层。关键词：近距离煤层；突出煤层群；石门揭煤；联合消突中图分类号：TD713.3文献标志码：B文章编号：1003-0506(2015)08-0042-03RegionalCombinedOutburstPreventionTechnologyofRockCross-cutCoalUncoveringforCloseThickOutburstCoalSeamsHuangGuangli1,2,ZhangShipeng3,LiuJun1,2(1.StateKeyLaboratoryofGasDisasterMonitoringandEmergencyTechnology,Chongqing400037,China；2.ChongqingResearchInstitute,ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup,Chongqing400037,China；3.ShitanjingCokeCorporation,ShenhuaNingxiaCoalIndustryGroupCo.,Ltd.,Shizuishan753000,China)Abstract：Aimedattheproblemofregionaloutburstpreventionofrockcross-cutcoaluncoveringforclosethickoutburstcoalseamsinShitanjingCokeCorporation,combinedwiththecomplicatedoccurrencecharacteristics,regionalcombinedoutburstpreventiontechnolo­gybydrillingboreholecrosstheseamsforgaspre-drainagewasproposedinthispaper,theapplicationeffectofthistechnologywasalsoanalysed.Resultsshowthat,intheprojectofuncovering5#and4#thickoutburstcoalseamsinupper831conveyingcross-cut,byusingregionalpre-drainagecombinedmeasures,thegasextractionratereached52.1%andthemaximumresidualgascontentsof5#and4#coalseamsdeclinedto5.662m3/tand5.618m3/trespectively.Moreover,thevalueofdrillingcuttingsgasdesorptionindexKlof5#and4#coalseamsweremeasuredtobe0.19mL/(g•min1’2)and0.17mL/(g*min1/2)respectively,whicharebothlessthanthecriti­calvalue.Therefore,thistechnologymakescombinedoutbursteliminationof5*and4#coalseamsbecomerealityandtheclosethickoutburstcoalseamswereuncoveredsafelyandsmoothly.Keywords：closecoalseam；outburstcoalseams；rockcross-cutcoaluncovering；combinedoutburstelimination煤与瓦斯突出是严重威胁矿井安全生产的主要灾害之一。随着矿井开采向深部发展，突出越发严重，尤其是在岩巷揭穿突出煤层时，发生突出的危险性大，且突出次数一般最多，突出强度最大[1_3]。对于常规的石门揭煤工作面，一般采用的防突措施有收稿日期：2015-06-10基金项目：中煤科工集团重庆研究院有限公司青年创新基金项目(2014QNJJ24)作者简介：黄光利（1986—），男，四川宜宾人，硕士，2014年毕业于重庆大学，现从事矿井瓦斯灾害防治方面研究工作。•42•排放钻孔、穿层钻孔预抽、水力冲孔、金属骨架与煤体固化等措施[4_6]。但是，对于复杂地质条件和煤层群赋存条件下的石门揭煤工程，尤其是近距离突出厚煤层群石门揭煤，由于煤层层间距较近，煤层厚度大，一方面导致石门工作面揭煤段较长，区域措施实施难度大，另一方面还要考虑近距离煤层联合消突的问题[7]。石炭井焦煤公司自鉴定为煤与瓦斯突出矿井以来，尚未进行过突出煤层的采掘工作。该矿上831运输石门揭煤工程为首次揭突出厚煤层群，需要先2015年第8期黄光利，等：近距离突出厚煤层群石门揭煤区域联合消突技术总第236期后穿过5#、4#煤层，2层煤均为突出层，层间距较近，煤层松软。该矿无揭突出厚煤层群的实践经验，为了有效降低揭煤区域煤层的突出危险性，保证石门揭煤工作面的安全掘进，在对揭煤区域5#、4#煤层区域突出危险性综合分析基础上，提出在巷道两帮施工抽采钻场，在钻场施工穿层钻孔联合抽采5#、4#煤层瓦斯的区域联合消突措施。通过对联合预抽钻孔进行合理设计并对实施效果进行考察分析，最终安全、顺利揭开了5#、4#煤层，为该矿及其他矿井类似条件石门揭煤提供技术参考。1工程概况石炭井焦煤公司位于贺兰山煤田的石炭井矿区，地处贺兰山北段，井田内共含7层可采煤层，其中上组煤分别为3#、4#、5#煤层，下组煤分别为8#、9#、10#、13#煤层。矿井目前正在开采第三水平的煤层，4#和5#煤层在+900〜+970m标高具有突出危险性。上831运输石门位于石炭井焦煤公司三水平三阶段北翼采区，巷道标高+900.872〜+903.683m，距地表垂深584.6〜587.4m。该石门从上83集中巷开口，设计总长度为226m，巷道掘进过程中需要先后穿过5#、4#近距离突出煤层群。在石门工作面距5#煤层底板法向距离10m时，通过施工前探钻孔，测得5#煤层的厚度为4.6m，4#煤层厚度为5.6111，5#和4#煤层间距5.5111，煤层平均倾角29°。通过钻孔取样测定5#、4#煤层最大瓦斯含量分别为6.213,7.893m3/t〇2揭煤区域5#和4#煤层突出危险性分析根据上831运输石门揭煤区域煤层瓦斯基本参数以及该区域地质构造情况，对5#和4#煤层的突出危险性进行了分析：(1)根据探煤及矿井瓦斯地质资料可知，揭煤区域煤岩层整体呈一倾向SW的单斜构造，局部煤、岩层裂隙较发育，地质构造简单，对5#、4#煤层的突出危险性影响较小，但是预计有隐伏构造，不排除其对5#、4#煤层突出危险性的影响。(2)根据相关鉴定资料，焦煤公司5#、4#煤层在+900〜+970m水平具有煤与瓦斯突出危险性。上831运输石门巷道处于该标高范围之内，揭煤区域5#、4#煤层具有突出危险性的可能性。(3)利用前探钻孔直接测定5#、4#煤层最大瓦斯含量分别为6.213，7.893m3/t，均低于防突规定临界值，但是根据附近区域煤层瓦斯赋存情况可知，5#、4#煤层最大瓦斯含量分别为8.52,9.34m3/t，均高于防突规定临界值，揭煤区域5#、4#煤层应该具有突出危险性。(4)5#煤层坚固性系数为0.52〜0.62,4#煤层坚固性系数为0.51〜0.78,均属于松软煤层，在前探钻孔施工穿5#、4#煤层过程中，均不同程度出现了顶钻、夹钻现象，进一步验证了该揭煤区域5#、4#煤层具有突出危险性。综合上述分析认为，上831运输石门揭5#和4#煤层区域具有煤与瓦斯突出危险性，且由于5#、4#煤层厚度均比较大，煤层松软，穿煤段较长，存在因煤体垮落引发突出的可能性。3区域预抽联合消突措施设计及实施我国煤矿发生煤与瓦斯突出事故的案例中，不乏煤层群赋存尤其是近距离突出煤层群赋存的突出事故，且在石门揭煤时发生突出的事故较多[8_9]。由于近距离突出煤层群赋存条件比较特殊，且煤层厚度大，层间距近，煤层松软，防突措施的实施必须考虑对近距离煤层群联合消突，否则就会在揭本煤层期间因采动扰动引发邻近煤层突出。因此，根据工作面的采掘部署，结合揭煤区域煤层瓦斯赋存情况，设计对上831运输石门揭5#、4#煤层时采取区域联合预抽措施，以保证5#、4#煤层联合消突及同时消突。(1)在石门工作面距5#煤层底板法向距离7m时停止掘进，在巷道两帮设计施工2个抽采钻场，钻场高3.6m、深4m、长5m。通过在抽采钻场向5#、4#煤层施工穿层钻孔，联合抽采5#、4#煤层瓦斯。设计穿层联合抽采钻孔的最小控制范围为巷道轮廓线外上、下方各12m，左右侧各12m，同时保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线（包括预计前方揭煤段巷道的轮廓线）的最小距离不小于5m[1°]。(2)根据上述钻孔控制范围，揭煤区域共设计72个钻孔，分为12排，第3—10排钻孔同时穿过5#、4#煤层，第1、2、11、12排钻孔只穿过5#煤层，且每个措施钻孔必须穿过煤层全厚并进入煤层顶板至少0.5m。实际施工时，左帮钻场（碉室）施工第5、6、12排的钻孔以及1一4排的1一3号钻孔，右帮钻场（碉室）施工第7—11排钻孔以及1一4排的4一6号钻孔;第1排钻孔在顶板开口，第11、12排钻孔距•43•2015年第8期中州煤炭总第236期离底板0.6m，第7排钻孔距顶板2m;左帮钻场钻孔上下及左右间距均为0.5m，右帮钻场钻孔左右间距为0.5m，上下间距为0.25m。根据上述设计施工，既避免了抽采钻孔施工过程中因为串孔而相互影响，同时也保证了钻孔的均勻布置，有利于提高瓦斯抽采效果。(3)自2014年6月18日起开始在巷道两帮钻场施工穿层预抽钻孔，7月18日施工结束，实际施工74个钻孔，钻孔进尺3399m。钻孔采用ZDY3200S型钻机施工，开孔孔径113mm，终孔孔径94mm，终孔间距6m，采用机械封孔法，封孔长度为8m(见煤小于8m的钻孔封孔深度为岩孔深度）。钻孔竣工如图1所示。图1钻孔竣工示意4区域预抽联合消突措施实施效果4.1瓦斯抽采效果分析上831运输石门揭煤工作面区域联合抽采分为2个阶段，抽采效果如下。(1)第1阶段。从6月24日开始进行瓦斯抽采，到8月3日，经过该阶段瓦斯抽采后，钻孔最长预抽期为41d，最短预抽期为17d。抽采期间主管瓦斯流量4.20〜21.73mVmin，瓦斯浓度3.12%〜5.14%，抽采负压11.1〜17.3kPa，抽采瓦斯量为3.86万m3。揭煤区域预抽钻孔有效控制范围内5#煤层瓦斯储量为5.27万m3,4#煤层瓦斯储量为7.53万m3，总瓦斯储量为12.80万m3，由此计算得到联合抽采瓦斯抽采率为30.2%。(2)第2阶段。由于第1阶段部分钻孔塌孔造成钻孔瓦斯抽采量减小，补充施工了22个抽采钻孔，从2014年8月12日开始施工，至8月24日钻孔全部施工结束，8月25日，所有钻孔全部连接抽采。根据抽采统计，8月4日一24日，主管瓦斯