淮北煤田區域性防治煤與瓦斯突出對策

摘 要：隨著礦區開采深度的增加，煤與瓦斯突出的威脅越來越大，為了實現淮北礦區防突工作由 “四位一體”的局部防突治理向以解放層開采和強化煤層瓦斯預抽的區域性治理轉變，淮北礦區三三 年來開展了以上(下)保護層開采、頂(底)板穿層預抽、煤層長鉆孔預抽、煤層壓裂預抽等芫
代表的區域性防治煤與瓦斯突出的工程實踐，實踐證明區域性瓦斯治理是防治煤與瓦斯突出的根本 措施，是突出礦井實行安全高效開采的根本保證。淮北礦區區域性防突的應用實例，對相似煤礦的 防治煤與瓦斯突出工作有借鑒意義。
關鍵詞：區域性防突；組合上保護層；超距離下保護層；壓裂；遞進預抽
中圖分類號：TD713 文獻標志碼j A 文章編號：0253—2336(2008)04—0054—04

1 概 述
淮北礦區現有生產礦井16對，年生產能力2．5×10。t。主要開采緩傾斜煤層群，含煤4～8
層，可采煤層總厚8～18 m，煤種齊全，品質優良，以氣煤、肥煤、焦煤為主，煤質為低灰一中
灰，中高揮發分。含煤面積6 912 km2，煤層氣資源量3 159億m。。礦區地質構造極為復雜，巖漿巖 侵蝕嚴重。煤層瓦斯含量6～22 m3／t，瓦斯壓力為0．1～4．5 MPa，煤層透氣性系數為O．002 8～0．01 m²／(MPa2•d)。有7對煤與瓦斯突出礦井，先后發生煤與瓦斯突出事故45起。近年來淮北礦區認真落實瓦斯治理“十二字方針”，以科技創新為復力，不斷推進瓦斯治理技術進步，已連續5年消除 瓦斯突出動力現象。“一礦一策，一面一策”瓦斯治理格局已基本形成，在此基礎上，礦區制定了糾 “區域治理為主、局部治理為輔”的瓦斯治理苗
略，瓦斯治理初見成效。

2突出危險煤層區域性防突技術研究
淮北礦區煤系地層屬石炭二疊紀，有3，7．8，9四個突出煤層，其中7，8，9煤層為強突＆
危險煤層，煤層松軟，透氣性差。2003年以來．礦區從基礎理論研究人手，從設計源頭把關，實行一突過程控制，開展了上煤組組合保護層、遠距離下保護層的卸壓開采區域防突研究；無保護層實行板強化抽放、地面壓裂抽放等區域性預抽防突技研究；對弱突出危險煤層則實行下向順層長鉆孔建掩護區域性預抽防突技術研究等，形成了淮北
礦區域性防突技術體系。

2.1 不穩定薄煤層組合開采保護層防突技術
祁南礦81采區含煤情況。二疊系下石盒子組含6(6，，•62，63)，7(7I，72)，8和9煤層，7₂ 煤層厚度0～4．5 m，一般厚2．2～2．8 m，屬中厚較穩定煤層，局部存在缺失現象。7₁煤層厚O～ 1.4m以薄煤層為主，煤層結構簡單，屬較穩定煤層。距7：煤層間距0～2 m，與7：煤為分叉合并關系：上覆20～50 m內6、～6，煤層煤厚變化較大，不能連續開采，7：煤之下30 m范圍內含8，9煤均不可采。7，煤層為煤與瓦斯突出煤層，采區生產準備過程中曾發生6次煤與瓦斯突出動力現象，突出類型復雜，最大突出量100 t。
7₂煤層瓦斯壓力1．8～3．5 MPa，瓦斯含量10 -14m³／t；煤層普氏系數廠為0．18，為松軟煤層；鉆孔流量衰減系數為0．051 2 d～，煤層透氣性系數為0．048 6 m2／(MPa。•d)，屬難以抽放煤層。
6₁～6₃，煤層煤厚變化較大，每層煤平均厚為1 m左右，只有部分區域可采，因此6煤組的單一煤 無法完全保護7煤層，為此采用開采上部6煤層為下行開采卸壓技術。在被卸壓煤層底板布置巷道．施工穿層鉆孔穿透7：，7，煤層至頂板0．5 m處 （圖1），攔截抽放7₂，7₁，煤層的卸壓瓦斯。由于6 煤保護層開采的卸壓作用，7煤層縱向裂隙、離層裂縫高度發育，煤層透氣性提高數百倍，瓦斯抽放半徑提高近20倍，抽放鉆孔工程量因此大幅減少，抽放效果十分明顯。通過預抽使煤層瓦斯含量降至 5m³/t以下，不但能夠區域性消除煤與瓦斯突出危險性，而且可以明顯減少突出煤層瓦斯含量，使 7₂，煤層煤巷掘進和煤層回采在消除瓦斯威脅條件下進行，從而實現了掘進、回采的安全高效。

2。2遠距離下保護層開采防突技術
海孜礦Ⅱ102采區主要可采煤層為7，8，10 煤層，其中7，8煤層為突出煤層，10煤層距7煤
層約120 m。距7煤層頂板55 m處呈礦床分布著穩定的火成巖，平均厚度為140 m。按照優先開采保護層的原則，選擇開采10煤層作為下保護層的區域性防突措施。根據礦壓理論，保護層開采后，上覆煤巖層因采動變形，形成豎向的“三帶”，即冒落帶、裂隙帶、彎曲帶，在裂隙帶內形成的裂隙主要為巖層斷裂后產生的大小不等的垂向裂縫和巖層離層后形成的離層裂隙。在彎曲帶內形成的裂隙主要為巖層離層后形成的離層裂隙和少部分巖層斷裂后形成的垂向裂縫。根據上下層位的巖體沉降速度不同及壓實時間的長短，離層裂隙也分三帶：離層裂隙發育帶、離層裂隙衰減帶、離層裂隙閉合帶。

由于海孜礦獨特的地質條件，在10煤層保護層開采過程中，由于被保護層7煤層頂板非常堅硬
巨厚火成巖的支撐作用，使得上覆巖層下沉壓實的時間延長，離層裂隙閉合帶出現的時間也大幅延 長，富集瓦斯的空間長期存在，利于瓦斯的抽放。 為此選用地面鉆孔、底板穿層鉆孔抽放卸壓7，8 煤巖層瓦斯方法，鉆孔布置如圖2所示。

地面鉆孔分別布置在離開切眼120 m和375 m 處，兩鉆孔間距255 m，鉆孔穿過7，8，9煤層至0煤層頂板以上4～5 m時止，此段下直徑 139．7 mm均篩管(孔徑為9．17 mm)，最終改直徑94 mm鉆頭至10煤層底板，并用095 Iilm木柱堵孔底。Ⅱ1021工作面于2006年3月1日回采，至2007年3 月工作面回收，歷時12個月，地面鉆井絕對瓦斯抽放量為5～12 m3／min，抽放純瓦斯累計3．1× 10⁶m³。在工作面回風巷每隔200～300 m施工一 個高位鉆場，鉆場底板距煤層頂板留有20 m的巖柱，鉆場內布置2～3個穿層鉆孔，鉆孔孔底間距為100 m，終孔穿過7煤煤層至頂板0．5 m處，過9，8煤段采用篩管護孔，可有效地抽放煤層卸壓瓦斯。頂板鉆孔絕對瓦斯抽放量2～6 m3／min，累計抽放瓦斯1．7×10。m。。中組煤累計抽放瓦斯4．8×10。m。，抽放率73％，從而達到解突效果。
2。3無保護層開采區域性穿層預抽防突技術
2．3．1 穿層鉆孔預抽技術
對無解放層開采的突出煤層，采用底板布置巖石巷道、施工底板穿層瓦斯抽放鉆孔，已經作為淮北礦區一種常規、實用的區域防突措施和瓦斯治理措施而長期采用，施工技術、手段日臻成熟，應用效果不斷改善、提高。

底板巖巷穿層鉆孔抽放原理：通過向突出煤層內打大量的密集鉆孔使煤體區域卸壓，同時抽放瓦
斯釋放其潛能，然后再經過較長時間的預抽煤層瓦斯使瓦斯壓力與瓦斯含量進一步降低，并由此引起 煤層的收縮變形、地應力下降、透氣系數增高、地應力與瓦斯壓力梯度減小和煤的普氏系數增加等變化，從而達到消除突出危險睦的目的。

底板瓦斯抽放巷位置選擇：底板瓦斯抽放巷的主要用途是施工并利用穿層鉆孔和管網抽放煤層瓦
斯，掩護煤巷掘進及工作面回采前、中、后的瓦斯抽放。底板瓦斯抽放巷道位置距離煤層太遠，會造成所打的穿層鉆孔過長，增加打鉆工程量；距離煤層太近，會由于巖柱的抵抗力不足造成突出安全隱患。底板抽放巷一般布置在巖性較好、距煤層底板20～30 m的巖層中。

鉆場、鉆孔的布置方式：沿巖石集中巷和巖石軌道巷分別布置若干鉆場，鉆場間距一般為25 m，
每個鉆場內沿走向和傾向共布置3列5行共15個95 mm的瓦斯抽放鉆孔；鉆孔有效抽放半徑為5
m，鉆孔的孔底間距為7～10 m；每個鉆場鉆孔沿煤層走向控制范圍30 m；雙巖巷抽放鉆場鉆孔沿煤層傾向控制范圍120 m左右(采煤工作面設計長度不超過120 m)。

鉆場內的所有穿層鉆孔施工完畢后通過封孔管連入地面永久瓦斯抽放系統，對該區段突出煤層曼行長期瓦斯抽放，預抽期1～3 a，單孔流量為0．005～0．01 m3／min。抽放后瓦斯含量降至8m3／t、瓦斯壓力0．74 MPa以下時，才允許進行生 產準備布置煤巷，從而實現采前消突。

2．3．2地面鉆井壓裂預抽技術

蘆嶺礦是淮北礦區突出最嚴重的礦井之一，曾發生過突出煤量為10 500 t，瓦斯量為1．23×10⁶m。的瓦斯突出事故。隨著礦井的延伸，，瓦斯壓力瓦斯含量越來越高，開采煤層將全部升級為突出煤層，巖巷施工期間也面臨瓦斯超標問題，傳統的穿層鉆孔預抽技術顯得單一，為尋找礦區瓦斯治理的新途徑，近年來礦區試驗運用了地面壓裂鉆井提前預抽瓦斯新技術，如圖3所示。

按照礦井采區接替，選擇在三水平東部Ⅲ101 采區進行壓裂試驗。該采區走向長1 900 m，傾斜
長730 m，面積0．72 km。，煤儲量6．26×10⁶t。區將在2015年后開采。Ⅲ101采區地面共布置，口井，組成正方形井網及矩形網，正方形網井距300 m×300 m，并布置1口中心井，矩形網井距220 m×300 m。第1口井于2005年開始打孔，最高日產瓦斯600 m。，平均400 m。，現累計產氣量 1．3×10⁶m³。新增6口井于2008年2月份完成壓裂共對2個含煤組3個煤層進行壓裂，單孔壓砂 50～85 m³。7口井同時排采，煤層產氣排采量達到5 600 m。／d。預計10 a產氣量2 359×10⁴m³抽放率達到27．5％，其中10煤抽放率將達到44％．達到解突目的。

2.4弱突出煤層防突技術
祁南礦3₂煤層位于上石盒子組下部，煤層厚0．66～4．54 m，平均2．38 m，以中厚煤層為主。層結構復雜，屬較穩定煤層，是礦井主采煤層之一。瓦斯壓力為2．05～3．05 MPa，瓦斯含量為8.76～10．07 m³／t，3₂煤層的煤體堅硬，沒有發生瓦斯動力現象，但在構造帶附近經常出現頂鉆、鉆、噴孔現象，屬于弱突出危險煤層。由于3₂層謀體堅硬，施工長鉆孔可以有保證，故采用下向煤層長鉆孔遞進掩護煤層巷道掘進和工作面回防突技術。

如圖4所示，在工作面運輸巷的下幫，向下一段工作面施工長鉆孔(90 m左右)，穿過中間巷
置10 m，鉆孔沿煤層傾斜覆蓋瓦斯抽放工作面半顧斜區域，對工作面上半傾斜區域進行瓦斯預
抽，消除突出危險后，施工中間巷，中間巷再向下施工傾斜長鉆孔，保護下區段內的運輸巷；運輸巷的下幫再施工下向鉆孔，保護下一區段的中間巷，依此類推，一步步向煤層深部推進，通過預抽，在巷道掘進和工作面回采前將弱突出危險煤層轉變為低瓦斯煤層，達到區域性消突的目的。

3 結 語
淮北礦區防突由局部治理為主向區域性治理為主經歷了較長的轉型過程，特別是老礦井開采程序的變化和生產布局的調整，必須有宏遠的戰略思路和可靠的政策支撐作為保障。區域性防突技術既需要空間的接替又必須有時間的保證，只有做到時空交替的合理規劃，才能保證瓦斯治理措施的連貫性、可靠性和可持續性。

參考文獻：
[1] 程遠平，俞啟香．中國區域性瓦斯治理技術的發展[A]．中國(淮南)煤礦瓦斯治理技術國際會議論文集[c]．徐 州：中國礦業大學出版社，2007．

[2] 李偉．地面鉆井“一井三用”先抽后采治理瓦斯綜合研究[A]．第32屆國際礦山安全研討會論文集[c]．北京：國家煤礦安全監察局，2007．

作者簡介：聶政(1967一)，男，安徽六安人，注冊安全工程師，長期從事“一通三防”技術管理工作。Tel：0561—4953161