山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司(简称亚城煤业集团),始建于1985年,现有5对矿井,设计生产能力1710万t/a ,由东向西开采沁水煤田南部井田,东部老区有古书院、王台铺、凤凰山三矿、为低瓦斯矿井,新区有成庄矿、寺河矿,为高瓦斯矿井,在2003年的7月份瓦斯鉴定中,成庄矿绝对瓦斯涌出量145.97m3/min,相对瓦斯涌出量13.29m3/min,相对瓦斯涌出量27.88m3/t。随着生产的不断扩大,瓦斯成为制约公司生产的主要因素,为了解决这一难题,在生产实践中摸索出一条适合于自身特点的瓦斯治理的新路子。
1晋城西区瓦斯赋存及涌出特征
1.1 瓦斯赋存情况
晋城西区具有本煤层瓦斯含量大,压力高,透气性好,煤质较硬,厚度适中,整体较好,适合本煤层布孔抽放的特点,主要参数见表1。
矿名
煤层透气性系数/m2(MPa2·d) -1
平均瓦斯含量
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硬度
?
平均
煤厚/m
寺河
东区56.74~195.3865
9.03
2~4
6.5
西区0.0314~213
16.3
成庄
0.0133~46.1734
6.99
2~4
6.5
表1 矿井瓦斯参数表
1.2 瓦斯来源分析
综放面初采10m左右范围内,一般只推进不放顶煤(顶煤不易放下),在此期间瓦斯涌出量为2.29~2.887m
3/min,平均为2.67m
3/min;开始放煤后,工作面瓦斯涌出量增加到3.468~5.933m
3/min,平均为5.09 m
3/min,这一数值可以认为是开采层本身涌出的瓦斯量;当工作面推进到30m以后老顶初次垮落,邻近层瓦斯涌入工作面,瓦斯涌出量迅速增加到7.239~10.695 m
3/min,平均为8.863 m
3/min,此时的瓦斯量就是临近层和围岩卸压垮落后面涌入工作面的瓦斯量。3308工作面邻近层瓦斯涌出量占初采时的瓦斯涌出量的42.57%。由于各工作面煤层存条件、瓦斯含量不同,所以初采瓦斯涌出量也不相同,粗略分析,综放面初采煤层本身的瓦斯涌出量是主要的,占到工作面瓦斯涌出量的57.43%~71.23%,平均为65.6%。
2区域性瓦斯抽放
2.1 区域性瓦斯抽放是国内本煤层抽放方法的一项先进技术,和其它瓦斯抽放方法相比,其最大特征是,实施区域性瓦斯抽放后,采掘活动受煤体瓦斯影响将大大降低,能充分发挥联采机、掘锚一体机、综掘机等现代化掘进设备的快速高效的性能;同时,实施区域瓦斯抽放,也可有效降低煤层瓦斯含量,降低煤层瓦斯压力,从而削弱瓦斯突出,保证安全生产。
2.2 区域性瓦斯抽放的应用
晋城西区,从煤层赋存条件上讲,煤质坚硬,煤层整体性好,近水平煤层,起伏不大,厚度适中,可钻性好,适合区域性瓦斯抽放的长钻孔施工;从技术上讲,区域性瓦斯抽放所必须的长钻孔施工技术已经成熟。
2001年9月集团公司与西安煤科院合作采用MK-6钻机首先在寺河矿首采面(2301)的23023巷进行了顺层长钻孔施工,现场试验,共完成钻孔3个,累计进尺1163.53m,最大孔深519.5m,其中1
#孔深509.03 m,全孔在煤层中延伸,该孔钻进时间20.58h,平均钻进时效24.4m/h。
现寺河矿使用MK-6钻机施工顺层钻孔孔深普遍达300~400m,我们在工作面圈定前2~3a,甚至更长时间,将两个工作面划定为一个抽放区域,布置顺层钻孔进行抽放;区域抽放巷道掘进过程中,每隔150m,在工作面煤层内设钻场施工扇形长钻孔,抽放掘进面前方和圈定区域内的瓦斯,钻孔长度多在200m左右;区域模块圈出后,在另一侧巷道内向工作面煤体再布置平行顺层孔(平行于工作面或迎向工作面成一定角度)进行抽放。针对工作面走向靠里,开采时间早,采前预抽时间短等情况,有意识加密钻孔,孔距(2~5m),实施强化抽放(见图1、2)。目前寺河矿2、3盘区各布置一个瓦斯抽放区域,成庄矿准备布置一个。
图1 煤层掘进中扇形钻孔瓦斯抽放模式示意
寺河矿东二盘区瓦斯抽放模块位于东二盘区辅助回风巷以东500m区域内,共布置钻孔123个,钻孔间距10m,总进尺3800m,平均钻孔长度为308.9m,最长达507m。2003年10月份,钻孔施工完毕后,联孔抽放,区域内瓦斯抽放量为27.13m
3/min,目前抽放量为24.85 m
3/min,累计抽放量为1366万m
3,抽放区域内预抽率为26.75%。
图2煤层采前顺层长钻孔瓦斯抽放模式示意
3双系统瓦斯抽放
所谓双系统瓦斯抽放就是针对不同的瓦斯来源(本煤层和采空区),布置两套抽放系统分别对其实施抽放,以解决本煤层高负压、低流量和采空区低负压、高流量共用一套系统相互制约的矛盾。
3.1 瓦斯来源及分布情况分析
成庄矿开采的是煤层群,首采3
#煤层其上部存有不可采的1
#、2
#煤层,厚0.2~0.3m,与3
#煤层依次相距29m和24.5m;3
#煤层开采下部,相距13m有局部可采的5
#煤层。3
#煤层开采时,其上部的1
#、2
#煤层及围岩塌落,大量瓦斯涌向工作面回采空间;5
#煤层卸压瓦斯沿裂隙上移到工作面采空区。因而,回采工作面瓦斯来自两个方面,开采煤层瓦斯和采空区瓦斯。
成庄矿的瓦斯来源分析见表2。
工作面编 号
瓦斯涌出量/m3·min-1
本煤层瓦斯(回风巷测得)
采空区瓦斯(专用排瓦
斯尾巷测得)
/m3·min-1
占总量/%
/m3·min?1