钻采法在开采崔庙煤矿二_1煤极薄保护层的实践

2022-12-24 来源：榕意旅游网

2009年第5期　　　　　　　　　　　　　　中州煤炭　　　　　　　　　　　　　　　总第161期

钻采法在开采崔庙煤矿二1煤极薄保护层的实践

周景龙

(郑煤集团公司项目建设部,河南郑州　450006)

摘要:为消除崔庙煤矿二1煤层开采过程中的突出危险性,利用钻采工艺对二1煤层下部的极薄煤层一9煤进行开采,实现二1煤层的卸压膨胀,达到二1煤层内瓦斯的有效解吸并增强瓦斯在煤层中的流动性。在此基础上,通过在二1煤层底板抽放巷内布置钻场对瓦斯进行抽采,使煤层中瓦斯含量、瓦斯压力明显降低,使二1煤层由高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,满足了被保护层工作面高产高效的生产要求。关键词:极薄保护层;钻采;抽采

中图分类号:TD823199　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-0506(2009)05-0017-03

PracticeonMiningExtremelyThinProtectiveSeamofⅡ1CoalSeam

withDrillingExploitTechnology

ZHOUJing2long

(DepartmentofProjectConstruction,ZhengzhouCoalGroupIndustryCo.,Ltd.,Zhengzhou　450006,China)

Abstract:Inordertoeliminatethecoal2gasoutburstdangerintheexploitingprocessofⅡ1coalseaminCuimiaoCoalMine,theex2tremelythincoalseam(Ⅰ9)underⅡ1coalseamwasexploitedbyusingdrillingexploittechnology.ThepressurereliefandexpansionofⅡ1coalseamwasachieved,theeffectivedesorptionofgasinⅡ1coalseamwasrealized,theliquidityofgasincoalseamalsowasenhanced.Basedonthis,throughthearrangementofdrillingfieldinthefloorofⅡ1coalseamandgasdrainage,thegascontentincoalseamsignificantlydecreasedandgaspressurewentdownobviously.TheⅡ1coalseamchangedfromhighgasoutburstcoalseamintoalowgasoutburstandnon2riskcoalseam,andmetwiththerequirementsofhighlyefficientandhigh2yieldproductionintheprotectiveseamworkingface.

Keywords:extremelythinprotectiveseam;drillingexploitation;pumpingexploitation

　　崔庙煤矿于1996年建矿,2005年4月被郑煤

集团公司整合,现开采二1煤层,倾角10～15°,平均14°,属典型煤与瓦斯突出矿井,矿井设计生产能力为15万t/a,目前正在进行矿井30万t/a技术改造。矿井采用立井上下山开拓方式,开采标高+160～-205m。采用中央边界通风方式,主井副井进风、回风井回风。

煤层及其顶板展布,顶板岩石受到强烈破坏,二1煤层受挤压、揉搓严重,影响崔庙煤矿全井田。马泉沟断层位于该矿深部,走向近东西、倾向南,倾角70°,为北升南降的正断层,落差25m。一9煤层赋存于太原组,煤层赋存不稳定,煤层厚度为013～014m,其底板为厚018～113m的泥岩,距二1煤层14～21m,可考虑作为二1煤层的保护层开采。112　矿井瓦斯特征

1　矿井瓦斯地质特征

111　矿井地质特征

由荥巩煤田二1煤层瓦斯地质图中可以得知,

该矿所开采的二1煤层浅部地带(即±0m附近)煤层瓦斯含量为5158～35125m/t,瓦斯含量每百米增加7167m/t,相对瓦斯涌出量为17179m/t,煤层瓦斯压力0155～3100MPa,煤的瓦斯放散初速度(ΔP)为11～46,平均2915,煤的坚固性系数012,突出危险性综合指标K=118,二1煤有煤与瓦斯突出危险。表1是郑煤集团和中国矿业大学联合对崔庙

・17・

井田内地质构造主要有徐庄滑动构造断层带(F2621)和马泉沟断层(F101)。徐庄滑动构造断层带走向近东西、倾向东北,倾角10～20°,断层面沿二1

收稿日期:2009-01-09

作者简介:周景龙(1964—),男,河南南阳人,工程师,1988年毕业于焦作矿业学院,现任郑煤集团项目建设部主任工程师。

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煤矿二1煤瓦斯突出参数的测试结果。

表1　二1煤层瓦斯突出参数测试结果

取样

地点11031底抽巷

瓦斯放煤坚煤层瓦

见煤点埋深/m煤的

破坏散初速固性斯压力

标高/m

类型度ΔP系数fP/MPa+20

200

层保护层钻采开展一系列科学研究,利用UDEC基本原理和相似学说三定律进行了二1煤极薄保护层钻采数值模拟实验和相似材料模拟实验,得出了科

学结论,为崔庙煤矿提供了科学的理论指导。

Ⅴ22012017511001045

2　二1煤层保护层的钻采法开采

211　试验区概况

崔庙煤矿设计在11031工作面进行极薄保护层开采试验,11031工作面上方为11011工作面,下方为11051工作面。11031工作面运输巷标高-912～-713m,回风巷标高为+813～+1311m。切眼处一9煤与二1煤层间距为12～14m,平均13m。运输巷处一9煤与二1煤层间距为1410～1712m,平均15m。回风巷处一9煤与二1煤层间距22m。保护层11031工作面参数为:工作面走向长205m,工作面倾向长83m,一9煤层厚013～014m,煤层倾角平均15°。212　开采方案

根据郑煤集团和中国矿业大学讨论意见,首先在钻采试验面进行极薄保护层钻采试验。采用螺旋钻采煤机钻采保护层一9煤层,采高平均为015m。为了满足钻采需要,保护层工作面由原来的长壁炮采工作面改为条带钻采工作面。即施工3条钻采运输巷,钻采运输巷沿煤层走向间距为50m左右,其中钻采运输巷1距离开切眼50m。螺旋钻采煤机在钻采运输巷沿着煤层倾向由上往下钻采一9煤层。钻采试验面走向长平均为50m,倾向长平均为83m,钻采面积为4150m。213　开采方式

图1　保护层钻采示意

311　数值模拟实验结论

(1)当保护层工作面推进81m时(采高500mm),二1煤层卸压范围进一步扩大,但是由于顶板

缓慢下沉,采空区中部岩石有支撑作用,二1煤层中部卸压程度有所降低。保护层工作面钻采使得二1煤层(在距离开切眼11～64m范围)得到充分卸压,这个范围煤层应力均低于4MPa。最大膨胀变形量约为12mm,煤层膨胀变形量为11mm,相对膨胀变形为114‰,且在一定范围内(距开切眼16～60m)趋于稳定。在保护层钻采工作面后方采空区一定范围内,应力未恢复区煤层变形仍保持较大值,这个区域称为稳定膨胀区。在稳定膨胀区二1煤层裂隙主要是顺层张裂隙,这有利于卸压瓦斯流动。如果在这个区域内施工穿层钻孔,在钻孔负压和瓦斯压差的作用下,解吸的瓦斯通过顺层张裂隙流向瓦斯抽采钻孔,可以将高瓦斯突出二1煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层。

(2)钻采高度为700,900mm时,二1煤层的卸压程度和卸压范围都有不同程度的增大。采高越大,卸压效果越好。

(3)在钻采高度平均500mm时,随着钻采宽度的增大(钻采宽度100,120m),二1煤层卸压范围有所增大,但是卸压程度没有显著变化;二1煤层处于稳定膨胀变形区域的范围增大,但是煤层膨胀变形量没有显著增大。312　相似材料模拟实验结论

(1)保护层工作面钻采过程中,二1煤层产生膨胀变形。待保护层工作面钻采完毕岩层移动稳定后,通过布置的测点测得二1煤层膨胀变形量013～1015mm,相对膨胀变形为0104‰～1131‰。距离开切眼20m以内,二1煤层相对膨胀变形较小。超过开切眼20m,相对膨胀变形较大,为充分卸压区。

试验区采用螺旋钻采煤机钻采一9煤层保护上覆突出二1煤层,采煤机沿倾向方向推进,自上而下钻采。钻采平均高015m(包括一9煤层底板012m厚泥岩),每钻采宽1143m,钻孔之间留013m宽小煤柱。待工作面钻采完毕,利用螺旋钻采煤机逐个回采小煤柱。一方面保证保护层工作面连续开采,在采空区不留煤柱,另一方面增大一9煤层的采出率,保证上覆二1煤层的卸压效果。保护层钻采如图1所示。

3　二1煤保护层钻采模拟实验

郑煤集团委托中国矿业大学对崔庙煤矿二1煤・18・

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(2)从实验布置的应力盒所测应力数据看出,

析,具体瓦斯抽采钻孔布置如图2所示。

在距离开切眼1215m处二1煤层已经充分卸压,这

和数值模拟的结论是一致的。

(3)从相似材料模拟实验可以看出,钻采保护层一9煤,上覆煤岩体整体缓慢下沉变形。

4　现场二1煤层保护层钻采试验结论

在中国矿业大学数值模拟实验结论和相似材料实验结论的指导下,崔庙煤矿首先在11031钻采工作面进行了钻采试验。通过施工沿倾斜钻采运输巷和钻采机辅助巷,在钻采运输巷内布置螺旋采煤机,钻采工作面沿走向开切眼,钻采工作面沿一9煤层倾向推进,通过钻采机辅助巷控制螺旋钻采煤机钻杆方向,并将工作面走向采长控制在50m。在钻采期间同时布置深部基点测量钻孔和顶板下沉位移观测仪,通过观测得出以下结论:①利用深部基点法测出一9煤层钻采过程中,二1煤层最大膨胀变形量达到12mm,最大相对膨胀变形为115‰。稳定区域的膨胀变形量为10mm,相对膨胀变形为113‰。现场测定结果与相似材料模拟实验和数值模拟实验结果基本接近。②现场试验表明,在保护层工作面钻采过程中L9灰岩顶板是缓慢弯曲下沉的。利用顶板下沉动态观测仪测得保护层工作面钻采过程中L9灰岩顶板弯曲下沉量与数值模拟结果基本接近,

图2　试验区卸压瓦斯抽采钻孔施工剖面

512　极薄保护层钻采效果分析

通过对二1煤层极薄保护层钻采结合卸压瓦斯

抽采,抽排率64%,使得试验区二1煤层的瓦斯压力由0175MPa下降到0115MPa,瓦斯含量由13m/t

下降到4166m/t,二1煤层透气性系数由01047m/(MPa・d)增加到181920m/(MPa・d),增加

了403倍,煤层膨胀变形量12mm,相对变形为115‰。极薄保护层钻采对上覆二1煤层起到较好的保护效果。6　结语(1)通过对保护层一9煤层的钻采,被保护层

二1煤层获得卸压膨胀,实测最大膨胀变形量为12mm,相对膨胀变形为115‰,被保护层卸压范围内煤层透气性系数增加了403倍,被保护煤层的瓦斯抽采效果显著提高。经过长期的瓦斯抽放,保护范围内煤层瓦斯抽采率达到64%,煤层的残余瓦斯含

量降到了4166m/t,低于8m/t的煤层临界指标。

(2)经过对一9煤层保护层的钻采及二1煤层的卸压瓦斯抽采后,被保护层工作面可由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,满足被保护层工作面高产高效的生产要求。

(责任编辑:刘光雨)

现场实测值要稍微小点,主要是因为在钻采一9煤层时留设的小煤柱尺寸可能稍微大于规定值。

5　极薄保护层钻采效果分析

511　瓦斯抽采钻孔布置方式

崔庙煤矿通过在11011底抽巷、11031底抽巷、11后尾抽巷等场所布置瓦斯抽采钻孔,针对钻采极薄保护层对二1煤开采的保护效果进行验证的分

(上接第16页)

研究方向。参考文献:

[1]　谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析

[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[2]　王魁军,许昭泽.交叉钻孔预抽本煤层瓦斯[J].煤炭科学技

3　结语

(1)工作面在开采高瓦斯特厚煤层的同时,利

用岩层运动特点将瓦斯开采出来并加以利用,实现

了经济效益、安全效益和环境效益的统一。

(2)合理利用采动矿山压力引起的岩层活动规律,有效地进行井下瓦斯抽放是煤与瓦斯共采新的

术,1995,23(11):125.

[3]　何勇.本煤层瓦斯抽放技术[J].煤矿安全,1997(6):19221

(责任编辑:秦爱新)

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