1、1松软低透煤层防突技术研究及应用王立宝 王高 齐崇俊 季兰忠 张伟枣庄矿业集团大方绿塘煤矿有限责任公司摘 要：针对绿塘煤矿主采煤层 6 中 煤层，是低透气性高瓦斯突出煤层，经实践探索研究适合本矿的防突技术，开采保护层，并推广应用，确保了矿井的安全生产。关键词：松软低透煤层；防突技术；保护层开采；抽采利用。大方绿塘煤矿是枣庄矿业集团响应国家西部大开发号召和地方提出的“大煤保大电”的战 略思路，在云贵高原新建的第一对矿井，位于贵州省大方县西南部，设计生产能力一期 60 万 t/a，二期 180 万 t/a，井田赋存可采和局部可采煤层共 7层，采用平硐上、下山开拓方式， 矿井一期为中央并列式通 风，
2、副平硐进风，中央回风斜井回风，通风方式为 抽出式， 矿井按具有煤与瓦斯突出矿井设计，地面 设瓦斯抽放站。自 2006 年 5 月建设以来， 为防止煤与瓦斯突出，针对井田内瓦斯地质情况进行研究分析，找出适合本矿的防突方法，并开展了防突治理工作。1 地质构造及瓦斯赋存状况1.1 地质构造绿塘井田在大地构造单元上属上扬子地台（级），上扬子台褶带（级），黔北隆起（级）之南西缘，黔北煤田西侧。区内受北 东向构造（华夏系）及东西向构造应力的作用，褶皱及断裂均受其控制影响，区域范围内， 发育有落脚河向斜和维新背斜。井田位于落脚河向斜北西翼，维新背斜东南翼，整体呈一平缓单斜构造，区内北部有次一级褶曲，地层 走
3、向北东， 倾向南东，地 层倾角一般为 4-18，含煤地层浅部地层倾角 8-18，往深部为 4-10。在平面上，南部和北部地层倾角一般为8-18，中部较缓为 4-10，共发现断层 46 条，其中落差大于 30m 的 24 条，滑坡体 4 个，以高角度正断层为 主，逆断 层次之，构造 类 型为中等复杂程度。1.2 瓦斯赋存状况矿井一期主采煤层为 6 中 煤层，煤层平均厚度 3.10m，煤层顶、底板为泥质粉砂岩、泥岩；6 下 煤层为局部可采煤层，平均厚度 0.69m，顶、底板为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩；7 煤层平均厚度 0.99m，大部可采，顶、底板为粉砂岩、细砂岩。 6 中煤距 6 下 煤层间距平
4、均 12.67m，6 下 煤层距 7 煤层间 距平均 11.64m。见图 1。2。 。 179.6208.9173445235.6。19.19.70286474。532.503209171986。图 1 上组煤煤层柱状图根据资料可知：井田内主要可采煤层的瓦斯平均含量在 9.37-16.68mI/g.r 之间，全区瓦斯平均含量为 13.91mI/g.r。瓦斯梯度：煤层埋藏深度每增加 20.11m 时，其瓦斯含量增加 1mI/g.r。其 变化规律为垂向上，同一钻孔煤层瓦斯含量随深度的增加而增长。见 6 中 煤层，纵向上中深部瓦斯含量较 高，浅部瓦斯含量 较低，经统计计算 6 中 煤层原煤瓦斯含量为
5、 4.46-18.28m/t，平均 9.88 m/t；6 下 煤层原煤瓦斯含量为 4.46-1 3.93 m/t，平均 8.40 m/t；7 煤 层原煤瓦斯含量为 6.86-10.13 m/t，平均 8.49 m/t。6 中 煤层开采期间各区段掘进工作面瓦斯涌出量，经计算为 0.73-6.16 m/min；采煤工作面正常区域内的瓦斯涌出量，经计算为 9.56-24.02 m/t。在中央回风斜井石门揭煤过程中，6 中 煤层埋藏深度为 78m，测得 6 中 煤层原始瓦斯压力最大为 1.22Mpa，见表 1。表 1： 6 中 煤层瓦斯压力测定参数表孔号钻孔直径（mm）倾 角 （0）孔深（m）见煤点（
6、m）煤层厚度（m）穿煤层底板厚度（m）测压时间（天）瓦斯压力（Mpa）1 75 89 24.15 19.78 2.81 1.56 16 1.222 75 86 24.40 19.96 2.95 1.52 15 0.8133 75 60 32.16 28.62 2.6 0.94 28 0.56揭煤后提取煤样对煤与瓦斯突出危险性指标进行测定，见表 2。表 2：煤与瓦斯突出危险性指标测定表煤的坚固性系数（f） 0.38 0.5（临界值）瓦斯放散初速度（p） 14.32 10(临界值)突出危险性区域综合预测指标 37.68 15（无烟煤）从结果可见，6 中 煤层瓦斯涌出量较高，并具有煤与瓦斯突出危险性
7、，瓦斯灾害较为严重，因此，需要研究切实可行的瓦斯治理措施，保证矿井安全生产。2 7 煤层保护层开采方案由于 6 中 煤层顶、底板为泥岩、泥质粉砂岩，透气性差，首采区又受 H2 滑坡体影响，煤层松软且成粉状，为松软低透突出煤层，在施工瓦斯抽放钻孔时，泥岩遇水膨胀，出现堵孔、塌孔、成孔率低、封孔难度大、抽放效果不明显、成本高。在揭穿 7 煤时，7 煤顶、底板为泥质砂岩、细砂岩，煤层坚硬，煤层厚度在0.9-1.2m，经研究沿 7 煤施工，设计开采方案，布置 7108 工作面，支护方式为锚杆、锚网支护，成本低。在两巷掘 进期间， 测得最大瓦斯绝对涌出量为1.12m/min，平均为 0.76 m/min
8、；K1值最大为 0.26，定为无突出危险煤层，因此，探索通过 7 煤层的安全开采，作为 6 中 煤层的保护层开采，从而使 6 中 煤层得到保护和消除突出危险。3 7 煤层开采对 6 中 煤层保护范围的确定。3.1 保护作用的有效层间垂距7 煤层平均厚度为 0.99m，倾角 4-9，工作面走向 长 度 410m（前方遇大断层），倾斜长度 120m，开采深度 160m，距 6 中 煤层层间垂距平均 为 24.31m。重庆地区多次开采保护层与被保护层最佳间距为 20-33m，所以 6 中 煤层处于保护层的保护范围内。当 7 煤工作面正常推进时，受采 动影响采空区直接顶、老 顶下沉。顶板内各岩层的上表
9、面承受拉伸变形，下表面承受压缩变形，顶板岩层内产生许多纵向裂隙，裂隙开口向上并 贯穿每个岩层。 组内岩层 的纵向裂隙发育丰富， 为工作面前方煤体，上方 6 中 煤 层及岩层内瓦斯、瓦斯 压 力释放提供了良好的通道。老顶周期断裂时顶板裂隙分布丰富区的主要特征为：煤壁前方 4m，煤壁上方18.5m，对 6 中 煤层的整体性影响不大，见图 2。4。4.023.016852 。图 2 老顶周期断裂顶板裂隙分布素描3.2 倾斜方向保护范围的确定开采保护层后沿倾斜方向的保护范围应按卸压角划定，见图 3。6。运 输 巷 材 料 巷 。717图 3 横向保护范围示意图7108 工作面倾斜长度为 120m，距
10、6 中 煤层平均 24.13m，平均倾角 6，卸压角为 75，则被保 护层工作面 长 L=120-2(24.31/tan75)=107m。3.3 走向方向保护范围的确定走向方向保护范围的确定按卸压角计算，根据现场实测和防突指标考察，7煤始采线和终采线按 56划定。经计算，6 中 煤层走向方向的保护范围为 378m，见图 4。5运 输 巷 材 料 巷378.0。4 7。6。图 4 走向保护范围示意图4 7 煤开采后保护范围的消突效果检验4.1 瓦斯压力的测定7108 工作面形成后，将断层里段 7 煤进行了穿采 42m 后，初步对 6 中 煤层瓦斯压力进行了实测，沿 7108 切眼向被保护层 6
11、中 煤层均匀布置了 3 个钻孔，实测结果：1 #钻孔瓦斯压力为 0.28Mpa；2#钻孔瓦斯压力为 0.4 Mpa；3#钻孔瓦斯压力为 0.42 Mpa，都没有超过防治煤与瓦斯突出细则规定的临界值 0.74 Mpa。4.2 其他指标的测定本次测定的瓦斯放散初速度指标p，煤的坚固性系数 f 值，突出危 险性区域综合预测指标（见表 3），吨煤瓦斯含量为 11.4m3/t表 3：煤与瓦斯突出危险性指标测定表煤的坚固性系数（f） 0.52 0.5（临界值）瓦斯放散初速度（p） 8.1 10(临界值)突出危险性区域综合预测指标 13.97 15（无烟煤）5 抽采利用5.1 抽放系统布置情况7108 工作
12、面已于 2009 年 9 月份回采完后撤面，并对采空区进行永久密闭，预埋抽放管路；7106 工作面回采完后 6 月底密闭并预埋管；考虑到抽放的连续性、可靠性将对 7110 工作面材料巷敷设抽放管路，6 中 108 材料巷掘进期间进行抽放，现正抓紧敷设瓦斯抽放管路。5.2 项目投资情况瓦斯抽放泵站及瓦斯抽放管路已投资 538.923 万元；瓦斯发电站（2 台机组）已投资 358.9546 万元，共 计投资 897.8 万元，瓦斯抽放管路还需投资 300 万元。65.3 经济及社会效益情况7108 工作面采用采空区预埋管抽放，以节约施工瓦斯抽放钻孔成本费用 96万元两台瓦斯发电机组正常运行后，年创
13、经济效益预计 400 余万元，并逐步进行综合利用，同时根据抽放的瓦斯浓度可再增设瓦斯发电机组。通过 7108 工作面保护层的开采符合防治煤与瓦斯突出细则规定的放突工作所创造的安全效益是不言而喻的，瓦斯的综合利用是符合社会效益发展的，也是能源的充分利用，减少了二氧化碳的排放量，大大降低了空气污染，是一项民心工程。6 结论及建议保护层开采通常应具备 3 个条件：煤层群开采； 合理层间距；存在非突出煤层。绿塘煤矿首采 7108 工作面作为保护层开采，用以保护有突出危险性的 6 中 煤层，是符合防治煤与瓦斯突出细则要求的，下步将逐步布置7106、7110 等工作面，做到“可保尽保” 。通过对工作面保护
14、范围的划定以及突出预测参数测定结果分析，7 煤保护层开采后，上覆 6 中 煤层被保 护范围内突出危险性单项指标不同程度的降低，被保护范围内可预测为无突出危险区域。初步开采保护层，测定的各突出危险性基本参数还要进一步分析，7108 工作面推采结束后，进行保护层保护效果及范围的实际考察、测定各基本参数， 补充完善资料台账，为今后防突工作积累宝贵的数据资料。煤与瓦斯突出大多发生在断层及地质构造区域、应力集中区域，在石门揭煤、沿煤层掘进中要严格按照“四位一体”防突措施去落实，做到“逢掘必探、先探后掘”。随着矿井的建设生产，应逐步完善瓦斯抽放系统和瓦斯发电综合利用，做到“应抽尽抽、 变废为宝”。7参考文献齐庆杰 基于分层开采和预抽技术的厚煤层群开采消突保护范围的确定 重庆 矿业安全与环保 2008重庆市煤炭学会 重庆地区煤与瓦斯突出防治技术 北京 煤炭工业出版社 2005作者简介季兰忠 男 1964 年 8 月 28 日 大专 毕业于泰安煤炭教育学院 副总工程师 通风工程师 采掘专业工作单位：枣庄矿业集团大方绿塘煤矿有限责任公司通信地址：贵州省大方县绿塘乡大方绿塘煤矿有限责任公司邮编：551604电话：0857-5738188 手机： 13908575986
