简易放顶煤工作面瓦斯治理实践.docx

简易放顶煤工作面瓦斯治理实践简易放顶煤工作面瓦斯治理实践1 工作面概况4111（3）C13工作面地面标高+26.0m，工作面标高为-520.9m571.7m，设计走向长 330340m，平均为 335m，倾斜长 8490m，平均 87m。本区段煤层厚度 2.66.5m，除在构造附近较薄外，其余地方均正常，一般情况下为 5.8m。煤层结构分为上下两个软分层，厚度分别为 2.4m 和2.6m，中间一层硬煤厚 0.8m 左右，煤层倾角 20，煤层赋存较稳定。根据现场地质条件，4111（3）C13工作面采用走向长壁炮采型钢梁放顶煤进行跟底回采，采高为 1.92.0m，放顶煤高度约为 1.52.5m，设计日产量 1106t，工作面采用全部跨落管理顶板。煤层瓦斯含量具有不均匀性，受地应力、瓦斯压力及地质构造的影响与控制。在井田范围内，F13-4以北瓦斯含量偏低，F13-4F13-6之间瓦斯含量最高。C13煤层属于低透气性煤层，其透气性系数仅为 3.9210-2m2/MPad。4111（3）13 工作面机巷掘进过程中按参数测定要求取样分别作了煤样工业分析、孔隙率、瓦斯吸附常数、瓦斯放散初速度及煤的坚固性系数测定，测定结果见表 1。表 1 煤层瓦斯参数测定表由突出危险煤层危险性综合指标 K 和 D 的计算公式，利用表 1 的P 和?值，及该区段煤层的最大瓦斯压力（1.378MPa）计算得 K 分别为 34.8和 72.4，均远远大于临界值 15，D 值分别为 4.32 和 7.97，均远远大于临界值 0.25，由引来看，该区域煤层具有严重突出危险性。2 消突方法的优选在没有保护层开采条件的情况下，钻孔抽放瓦斯是有效的区域性消除煤层突出危险的措施。而预抽的钻孔又有穿层钻孔和顺层钻孔两种。穿层钻孔的钻扬布置在开采层以外，抽放钻孔与煤层正交或斜交。其优点是：施工方便，不与煤层采掘工作相干扰；可在煤巷掘进之前超前进行钻孔的施工和抽放，预抽时间长；钻孔穿透煤层的各个层。其缺点是：必须有底（或顶）板岩石巷道，钻孔施工工程量大，钻孔的岩石段长度占比例较大，钻孔利用率低，经济成本较高。顺层钻孔的钻场位于开采煤层中，抽放钻孔沿煤层布置，钻孔间可经相互平行，也可经相互交叉。顺层钻孔的优点在于：钻孔在煤层中均匀分布，抽放效果好；工作面回采到钻孔时，可以实现卸压抽放，钻孔利用率高，施工成本低。其缺点是：钻孔平行于煤层的层理面，影响抽放效果，在松软煤层中施工抽放钻孔容易出现垮孔卡钻等，施工困难，煤层中封孔困难，影响到抽放瓦斯浓度。结合试验矿井现场条件，经过技术和经济比较，确定采用顺层钻孔瓦斯抽放消除工作面煤层突出危除性。3 顺层钻孔预抽煤层瓦斯消突作用3.1 改变原始煤体应力分布通过顺层钻孔的施工，在钻孔周围形成卸压破坏区，而在孔间煤柱中形成力集中，在突出煤层的高瓦斯压力和集中应力作用下，使煤柱发生塑性破坏，从而在突出煤层中形成一个连续的卸压空间。由于煤体的应力降低，从而产生“卸压增透效应”，使煤层透气性增大，同时，煤体应力的下降也使煤层中的弱性潜能得到释放。3.2 瓦斯压力和含量降低打钻和顺层钻预抽煤层瓦斯可以在一定范围内、一定程度上降低煤层的瓦斯压力和瓦斯含量，试验研究表明：预抽初期，随着煤体瓦斯被抽出，瓦斯压力迅速下降，而煤体瓦斯含量的下降速度则比较缓慢，当瓦斯压力下降至 1.0MPa 以下时，随着瓦斯压力的下降，煤体的瓦斯含量迅速减少，即在小于 1.0MPa 瓦斯压力后煤体吸附瓦斯大量解吸。煤体瓦斯含量的降低消弱了煤体中的瓦斯潜能，提高了煤体的自身强度，改善了煤的物理力学性质，达到防治煤与瓦斯突出的目的。3.3 煤体收缩变形瓦斯预抽达到一定的程度时，煤层的透气性增加一个重要的原因就是煤体发生了收缩变形。研究表明，随着煤层瓦斯压力的升高，煤体将发生膨胀变形，而且突出煤层的变形量高于非突出煤层的变形量；而当煤层瓦斯得到排放后，煤体将发生收缩变形，突出煤层的变形量也要高于非突出煤层的变形量。煤体收缩变形导致透气性增加，主要在于：整个煤体被纵横交错的节理、层理、裂隙所切割，当煤体发生收缩变形时，造成了这些缝隙的增大。通过对全国突出矿井的分析可以发现，突出矿井的一个共同特点即是突出危险煤层的透气性一般较低，在井下形成采掘暴露面容易形成较大的压力梯度。因此，通过钻孔预抽煤层瓦斯，使煤体的透气性增大、局部卸压，有利于煤壁内瓦斯突出的发生。由此可知，预抽防突的实质是通过向突出煤层打大量的钻孔，进行较长时间的预抽煤层的瓦斯，降低其瓦斯压力和含量，并由此引起煤层的收缩变形，地应力下降、透气性和煤的坚固性增加，从而达到削弱直致消除突出的危险。4 现场试验结论与分析4.1 顺层钻孔布置工作面运输槽共施工顺层钻孔 42 个，其中石门以南 31 个，石门以北11 个，依据现场地质条件钻孔