宋元文1,楊云峰2

(1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學院,甘肅蘭州730000;2.窯街煤電公司通滅部,甘肅蘭州730084)

摘　要:煤與CO2、油氣突出在國內(nèi)比較罕見,窯街煤電公司海石灣礦借鑒煤與瓦斯突出的防治技術(shù),采取以抽放為主的防突措施,取得了一定的成效。在介紹該礦突出防治措施的基礎上,分析了制約安全生產(chǎn)的有關問題,提出了進一步加強安全生產(chǎn)的技術(shù)途徑。

關鍵詞:煤;CO2;油氣;突出;防治

中圖分類號:TD713　　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)06-0017-03

1　礦井概況

海石灣煤礦是按照低瓦斯礦井設計的“一井一區(qū)一面”年產(chǎn)150萬t的新建礦井。由于礦井在建井期間及其鄰近礦在歷史上曾多次發(fā)生過動力異常現(xiàn)象,實際揭煤后經(jīng)測定瓦斯含量為22.59 m3/t,甘肅省煤炭工業(yè)局以“甘煤(2002)151號”文批復海石灣礦井為“煤與瓦斯(CO2、油氣)突出礦井”。

礦井開采深度大(700 m),地質(zhì)構(gòu)造復雜,井田含煤地層煤、氣(CO2、CH4、C2-5等重烴)、石油共生。井田含油氣巖層共6層,其中主要含油氣巖層呈不連續(xù)片狀結(jié)構(gòu),無工業(yè)開采價值。井田內(nèi)含煤地層為中生代中侏羅統(tǒng)窯街群第二巖組,共含煤6層,可采煤層有煤一層和煤二層。煤一層位于窯街群第二巖組的頂部,厚0~11.79 m,平均厚4.14 m,結(jié)構(gòu)簡單,井田內(nèi)廣泛分布,較穩(wěn)定;煤二層位于窯街群第二巖組的中部,平均間距達20 m,厚0.71~59.28 m,平均厚19.61 m,在井田內(nèi)普遍分布,較穩(wěn)定。煤一層為高灰、低發(fā)熱量的腐泥煤,設計不開采,主采煤層為煤二層。礦井目前只開采煤二層,開拓了一個采區(qū)。

煤層瓦斯解吸、放散能力較差,硬度較大,局部存在軟分層。透氣性系數(shù)9.76×10-2MPa2·d,百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.34×0.61 d-1,煤層瓦斯壓力在6.5~7.3 MPa,屬較難和不易抽放煤層。目前,礦井的絕對瓦斯涌出量16.69 m3/min,相對瓦斯涌出量36.03 m3/t。煤層自燃傾向等級為Ⅲ級,是不自燃和不易自燃煤層,最短發(fā)火期為117 d。煤塵具有爆炸性,爆炸指數(shù)為34.03%。

6121(Ⅰ)-1首采工作面采用走向長壁傾斜分層全部垮落法后退式開采。接續(xù)工作面(6121(Ⅰ)

-2)擬采用綜采放頂煤采煤法,頂煤處理采用深孔預裂爆破技術(shù)。

2　防治措施

2.1　抽放瓦斯

抽放系統(tǒng)是按年產(chǎn)量150萬t設計的,共安裝2臺2BEC60型真空泵,設計抽氣量245 m3/min,真空度-80 kPa。抽放主干管路選用直徑600 mm玻璃鋼管,經(jīng)風井與井下直徑400 mm、200 mm、159 mm的支管相連接形成抽放網(wǎng)絡。在實際運行過程中,礦井抽放負壓為-50 kPa,抽放量為48.6 m3/ min,抽放瓦斯?jié)舛?CH4、CO2)30%左右,純瓦斯量為14.6m3/min,抽放富余系數(shù)為5.0。礦井預計瓦斯儲量為815 220萬m3,設計抽放率150萬t/a時為65.53%,在90萬t/a時為42.6%。目前動用塊段的抽放率為30.6%。采用的瓦斯抽放方法是根據(jù)礦井煤層賦存情況和瓦斯來源及壓力分布、油氣賦存規(guī)律,結(jié)合井下采煤方法及頂板管理措施等條件選用綜合抽放法,即在一個工作面同時采用多種方法抽放瓦斯。遵循原則:以抽為主,抽排結(jié)合,邊采邊抽,采中隨抽,采后復抽。在抽放瓦斯的同時,視頂板油氣層的壓力情況,進行油氣的探、放、抽等工作。

首采面在煤層底板布置2條巖石中巷,通過巖石中巷施工穿層鉆孔,如圖1。采用穿層鉆孔抽放時,控制掘進條帶穿層鉆孔開孔間距0.8~1.0 m,孔底沿煤層走向、傾斜方向的間距為6 m,沿傾斜方向共布置5個鉆孔,在斷層兩邊各20 m的范圍的所有鉆場均增加6個鉆孔,孔底沿走向和傾斜方向的間距分別為6 m、5 m。采煤工作面的網(wǎng)格穿層鉆孔沿走向和傾斜方向孔底間距為10 m×12 m,開孔間距為0.8~1.0 m。首采工作面施工穿層鉆孔總長度為90 656 m,噸煤施工鉆孔0.9 m,施工底板巖巷1106 m。

　　抽放封孔工藝為水泥砂漿封孔,巖孔封孔深度不小于3 m,煤孔封孔深度不小于5 m。封孔時采用SKFB封孔泵機械封孔,孔內(nèi)下不小于6 m的鋼管,鋼管末端采用花眼布置,有利于氣體抽放。

2.2　防突措施

2.2.1　石門揭煤

(1)石門揭煤前編制石門揭煤方案經(jīng)煤電公司批準后實施。石門揭煤時在距煤層底板法線距5m,打4~5個探孔,準確探明煤層頂?shù)装搴兔簩淤x存狀況,防止誤穿煤層,確保放炮揭開煤層前巖柱距離不小于2 m。

(2)在上山石門工作面距煤層底板法線距為3m時,采用鉆屑量、鉆屑瓦斯解吸指標K1值、鉆孔瓦斯涌出初速度以及其衰減系數(shù)Cq指標進行突出危險性預測,并結(jié)合瓦斯抽出率、瓦斯突出預兆等綜合分析突出危險性,若無突出危險則掘進到距煤層垂距2 m處。

(3)揭開煤層。石門工作面距煤層垂距2 m時,先刷斜面(臺階式),然后布置密集炮眼,減少單孔裝藥量,全斷面一次起爆,進入煤層的深度不少于1.3m。

2.2.2　煤巷掘進

(1)順層前探鉆孔。如圖2,在煤巷掘進過程中,首先在煤巷安排3個順層頂部前探鉆孔。鉆孔孔徑75~92 mm,長度為51 m,鉆孔終孔位于巷道左右兩幫各10 m、底3 m。對前方地質(zhì)及瓦斯情況進行探測,如果前探鉆孔施工過程中沒有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象,可掘進40 m,留10 m的安全煤柱。如果施工過程中出現(xiàn)夾鉆、頂鉆、噴孔、出水。鉆屑量增加等現(xiàn)象,可判斷前方煤體存在異常,根據(jù)瓦斯動力情況采取相應的排放措施。

(2)防突預測。如圖3,在煤巷工作面布置2排預測孔,每排3~5個鉆孔?？讖涧?st1:chmetcnv w:st="on" TCSC="0" NumberType="1" Negative="False" HasSpace="True" SourceValue="40" UnitName="mm">40 mm,孔深8~10 m。鉆孔盡量布置在軟分層中,其中一個孔位于中部,與掘進方向一致,終孔位于巷道輪廓線外3m。預測孔采用1.2 kW煤電鉆施工。鉆孔從第2 m開始,每進1 m測定一次鉆屑量(△S),鉆孔瓦斯涌出初速度q及其衰減系數(shù)Cq,每2 m測定一次鉆屑瓦斯解吸指標K1。打鉆控制在1 m/min左右,鉆進到規(guī)定位置后,用專用封孔器封孔,測定q的測定室長度為1 m,打完鉆后測定q的時間不超過2min,鉆屑量的測定儀器為彈簧稱,K1的測定儀器為WTC瓦斯突出參數(shù)預測儀。當鉆屑量<7 kg/m,K1<0.6 mL/(g·min1/2),q<4.5 mL/min時,預測為無突出危險性掘進工作面。這時留3 m的預測超前距,掘進7 m。有突出危險時則采取相應的防突措施,采取措施后,再進行效果檢驗,證明采取的措施效果有效后,留5 m的安全煤柱進行掘進,在地質(zhì)構(gòu)造復雜帶,保留6 m的安全超前距。

　　(3)小直徑密集排放鉆孔措施。當掘進工作面預測為有突出危險時,則要實施小直徑密集排放鉆孔措施對煤層中的瓦斯進行排放。

2.2.3　采煤工作面的防突措施

采煤工作面的防突措施和掘進工作面所采取的措施基本相似,在采煤工作面傾斜方向上每隔10m,布置一個預測鉆孔,有頂煤時,布置頂煤預測孔,預測孔孔深10 m,預測方法與掘進相同,當預測正常后,允采7 m,留3 m的安全距離,不正常時采取排放措施。在突出威脅區(qū),連續(xù)2次預測正常,則允采30 m。

3　存在的問題

通過以上防突技術(shù),海石灣礦井在生產(chǎn)過程中,未發(fā)生任何瓦斯事故。但是,在生產(chǎn)工程中,還存在如下一些制約安全生產(chǎn)的問題。

(1)經(jīng)管采取了一系列防治瓦斯的措施,但由于含煤地層瓦斯含量高,加之因采取防突措施,工作面推進速度慢,以至于工作面上隅角及回風巷瓦斯超限較為嚴重。預計隨著放頂煤工作面的投產(chǎn),礦井產(chǎn)量的逐年提高,這一問題將會更加突出。

(2)海石灣礦井是按照低瓦斯礦井設計的一井一區(qū)一面生產(chǎn),年產(chǎn)150萬t的礦井。礦井的生產(chǎn)及通風安全系統(tǒng)隨著產(chǎn)量的擴大難以滿足安全生產(chǎn)的需要,需要進行改造。目前的開采布局生產(chǎn)過于集中,一是不利于瓦斯治理;二是生產(chǎn)接續(xù)緊張。

(3)在抽放方面還存在如下問題:底板巖石中巷+穿層鉆孔的方法達到了瓦斯治理的目的,但費用較高,也不能很好地解決工作面回采時上隅角瓦斯問題。

4　解決思路

在堅持現(xiàn)有防突措施的同時,建議采取以下措施,以解決目前存在的問題。

(1)分區(qū)開采。應積極考慮對礦井的開拓及通風系統(tǒng)進行改造,以滿足礦井持續(xù)發(fā)展的需要。將回采工作面和準備工作面分別布置在兩個采區(qū),合理的安排好采掘接續(xù),以解決瓦斯治理和生產(chǎn)接續(xù)緊張的問題。

(2)工作面采用“W”型通風系統(tǒng)。在采煤工作面內(nèi)錯回風順槽頂部施工一條高位瓦斯排放巷,以利于解決工作面上段的瓦斯問題。

(3)采前預抽。取消底板巖石中巷改穿層鉆孔抽放為順層鉆孔抽放,邊抽邊掘,順層鉆孔的布置是根據(jù)煤層的厚度、硬度、孔口抽放負壓和抽放時間等參數(shù),確定順層鉆孔的抽放半徑,從而確定布孔參數(shù)。

(4)開采保護層。礦井原設計為低瓦斯礦井,主采煤層為煤二層,煤一層為高灰、低發(fā)熱量的腐泥煤,設計不開采。鑒于礦井實屬“煤與瓦斯(CO2、油氣)突出礦井”,從煤層賦存情況來看,煤二層具備開采保護層條件。建議對煤一層瓦斯賦存情況及保護參數(shù)進行科研,開采保護層。

參考文獻:

[1]　張國樞.通風安全學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2000.

[2]　俞啟香.礦井瓦斯防治[M] .徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1990.

　　作者簡介:宋元文(1964-),男,副教授,自1999年以來,先后在國內(nèi)有關刊物發(fā)表論文9篇。

·國外煤礦安全信息·

РХ—90Т呼吸器———保護礦山救護隊員呼吸器官的新器具在充滿瓦斯的空氣中進行事故救護作業(yè)時,在烏克蘭和各主要產(chǎn)煤國家都使用壓縮氧和化學氧呼吸器保護救護隊員的呼吸器官。在烏克蘭采用Р—34和Р—30呼吸器,在俄羅斯采用РХ—90Т,在德國采用Tramix、BG—4。壓縮氧和化學生氧呼吸器各有優(yōu)缺點。為了克服化學氧呼吸器的缺點,俄羅斯唐波夫化工科學技術(shù)研究院研制成РХ—90Т呼吸器。該呼吸器是由2個再生筒的隔離式呼吸裝置構(gòu)成,是循環(huán)結(jié)構(gòu)的呼吸系統(tǒng)。保護作用時間不小于200 min,重量不大于8.5 kg,外形尺寸為470 mm×360 mm×155 mm。РХ—90Т呼吸器的維護保養(yǎng)次數(shù)少,比壓縮氧呼吸器的維護費用少很多。氧容量百分率從工作開始到結(jié)束一般在50%~95%之間,而壓縮氧呼吸器為95%或更大。РХ—90Т與國外同類呼吸器比較都處于優(yōu)越地位。德國的Air—elite呼吸器的同樣保護作業(yè)時間的重量為12 kg和外形尺寸為570 mm×370 mm×170 mm。文章有РХ—90Т呼吸器詳細結(jié)構(gòu)裝置的圖形。