近距离突出煤层群区域联合防突技术及应用

杜文波① DU Wen-bo；黄光利① HUANG Guang-li；张世鹏② ZHANG Shi-peng

（①中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；②神华宁夏煤业集团有限责任公司石炭井焦煤分公司，石嘴山 753000）

摘要： 以贺兰山煤田石炭井二矿矿近距离突出煤层群为研究对象，提出了近距离突出煤层群上保护层开采与穿层钻孔预抽煤层瓦斯相结合的区域联合防突技术。通过现场应用，对瓦斯预抽效果及防突措施实施效果进行了分析。结果表明该项技术措施的实施能够有效降低突出煤层群的瓦斯含量，减小了突出煤层群的突出危险性，为突出煤层群的安全回采提供了技术保障。

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关键词 ： 近距离突出煤层群；保护层开采；区域联合防突

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0092-02

作者简介：杜文波（1986-），男，四川泸州人，助理工程师，主要从事矿井安全监测监控及瓦斯灾害防治方面的工作。

0 引言

近年来，近距离突出煤层群赋存的矿井在逐渐增加，发生突出事故的情况时有发生，严重制约了矿井的安全高效生产，近距离煤层防突问题越发严重[1-3]。根据相关要求，突出煤层采掘前必须严格执行“四位一体”的综合防突措施[4]。对于近距离突出煤层群赋存条件的情况，必须考虑联合防突。针对该问题，以某矿近距离突出煤层群为研究对象，对近距离突出煤层群区域联合防突技术进行了研究，将为矿井的安全开采提供技术保障，也可以为其他类似矿井的联合防突工作提供指导。

1 矿井及试验区概况

矿井位于贺兰山煤田的石炭井矿区，井田内共含可采煤层7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#煤层在该水平+900m～+970m标高具有突出危险性。试验区位于矿井三水平南翼首采区三阶段，该区域4#煤层平均厚度6.4m，下伏5#煤层平均厚度5.6m，煤层平均层间距5.5m，煤层倾角24°。4#煤层上覆为不具有突出危险性的3#煤层，平均厚度3.2m，距4#煤层24m。4#煤层瓦斯压力0.36～0.85MPa，瓦斯含量6.0～7.1m3/t，5#煤层瓦斯压力0.27～0.80MPa，瓦斯含量3.7～5.1m3/t。

2 区域联合防突技术方案

2.1 开采保护层

保护层开采是最有效、最经济的区域性防突措施，在条件允许情况下，矿井一般都应该优先选择开采保护层[4，5]。研究区域4#、5#煤层均具有突出危险性，可以考虑将下伏8#煤层或上覆3#煤层作为保护层优先开采。根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，缓倾斜和倾斜煤层上、下保护层开采的最大保护垂距分别为50m和80m。研究区域上覆3#煤层距4#、5#突出煤层平均层间距分别为24m和29.5m，处于最大保护垂距范围内；下伏8#煤层距4#、5#突出煤层平均层间距分别为88m和82.5m，处于最大保护垂距之外。因此，只能考虑将3#煤层作为4#、5#突出煤层群的上保护层优先开采。

根据试验区域煤层赋存条件及工作面巷道布置情况，上保护层3#煤层开采对4#、5#被保护层的保护范围可以按照《防治煤与瓦斯突出规定》的参考值来划定，即沿倾斜方向上、下边界的保护范围卸压角为75°，沿走向的保护范围卸压角为56°，如图1所示。可见，3#煤层开采后，计划施工的4#煤层和5#煤层工作面风巷掘进条带以及工作面回采区域有一部分未在保护范围内，其他区域均处于3#煤层工作面的理论保护范围内。

2.2 穿层钻孔预抽煤层瓦斯

在上保护层开采后，在未保护区域内必须采取预抽瓦斯区域防突措施。由于4#、5#煤层为近距离突出煤层，必须同时对4#、5#煤层采取预抽瓦斯区域联合防突措施。根据矿井采掘部署及矿井装备情况，选择在5#煤层底板下方的集中巷布置钻场，在钻场施工穿层预抽钻孔抽采有效保护范围内的卸压瓦斯以及未有效保护范围内的原始瓦斯。为了充分消除未保护区内煤层的突出危险性，通过施工密集钻孔抽采4#、5#煤层瓦斯，从而在区域上达到了联合消突的目的。钻孔布置如图1所示。

现场实施过程中，根据保护层工作面的巷道布置具体情况，确定在集中大巷（上81、上82）每隔30～50m施工一个钻场，在钻场施工穿层钻孔同时抽采4#、5#煤层的瓦斯。研究区域共计施工了52个钻场，784个钻孔，钻孔总进尺101875.5m。钻孔终孔间距均为10～13m，钻孔呈扇形布置，钻孔倾角为1°～88°，钻孔孔深为52～225m。钻孔全部采用ZDY1900S以上钻机施工，开孔孔径Φ133mm，终孔孔径Φ113mm，封孔长度为8m。

3 联合防突实施效果分析

3.1 瓦斯抽采效果

根据现场瓦斯抽采考察统计，保护层开采期间，抽采钻孔单孔浓度2.8%-78.2%，主管平均浓度11.75%，抽采负压16kPa，抽采主管瓦斯流量达到185.8m3/min。研究区域4#煤层可采储量142.35万t，原始瓦斯储量为1010万m3，钻孔抽采瓦斯总量为609.41万m3，平均瓦斯抽采率为60.34%，计算得到4#煤层残余瓦斯含量为2.81m3/t；5#煤层可采储量98.4万t，原始瓦斯含量501.84万m3，钻孔抽采瓦斯总量为231.65万m3，平均瓦斯抽采率为46.16%，计算得到5#煤层残余瓦斯含量为2.74m3/t，远小于防突规定值，瓦斯抽采效果显著。

3.2 区域联合防突措施实施效果

为了考察区域联合防突措施实施效果，在集中巷每隔30～50m布置一组测定点，每组测定点布置1～2个测定点，分别施工穿层钻孔取样测定4#、5#煤层残余瓦斯含量。检验钻孔主要布置在未充分卸压区域以及预抽时间较短的位置。根据测定结果，研究区域4#、5#煤层残余瓦斯含量最大值分别为5.683m3/t和4.667m3/t，均满足《防治煤与瓦斯突出规定》要求，且施工测定钻孔时无瓦斯动力现象发生，因此可得出保护层开采结合穿层钻孔预抽瓦斯区域防突措施的实施取得了较好的效果。

4 结论

结合矿井煤层及瓦斯赋存条件，确定将无突出危险性的3#煤层作为4#、5#近距离突出煤层的保护层优先开采，并在有效卸压范围内采用穿层钻孔抽采卸压瓦斯，在有效卸压范围外区域，选择底板密集穿层钻孔联合抽采瓦斯区域防突措施。现场考察得到4#、5#煤层瓦斯抽率分别为60.34%和46.16%，实测4#、5#煤层最大残余瓦斯含量分别为5.683m3/t和4.667m3/t，均满足规定要求。因此，区域联合防突措施的实施，有效降低了4#、5#突出煤层群的突出危险性。

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参考文献：

[1]付建华，程远平.中国煤矿煤与瓦斯突出现状及防治对策[J].采矿与安全工程学报，2007，24（3）：253-259.

[2]赵训，黄永佳，李树清，等.煤与瓦斯突出规律及区域预测研究[J].煤炭技术，2014，33（05）：23-25.

[3]单佳勇.深井强突出煤层揭煤下向钻孔瓦斯抽采成套技术[J].煤炭科学技术，2015，43（01）：66-69.

[4]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[5]于琦，何瑛，杨军伟.开采保护层区域防突措施在煤矿中的应用[J].煤炭技术，2015，34（01）：204-205.