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[关键词]薄煤层; 高瓦斯; 瓦斯抽放
中图分类号:TD712.6 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)17-0383-01
汪家寨煤矿位于水城北约18 km处,隶属于六盘水市钟山区,地理坐标为东经104051/――104052/;北纬26037/2604/之间。现生产采区已开采的煤层有:一层(c605)、四层(c603)、七层(c601)、八层(c504)、十一层(c409)、十二层(c407)、十三层(c406d)、十七层(c401)、等煤层。由于8#煤层为薄煤层,瓦斯抽放方法的选择直接影响矿井瓦斯抽采率,因此选用合适的抽放方法是治理高瓦斯矿井瓦斯最有效的途径。
1 本煤层瓦斯抽放方法
1.1 回采工作面
1.1.1 瓦斯抽放方法
本煤层瓦斯抽放分为开采层未卸压抽放和卸压抽放两种方法。通过对矿井本煤层抽放的可行性论证得出:本矿井8#煤层属于可以抽放煤层。设计在8#回采工作面采用未卸压抽放(预抽)和边采边抽方法,利用工作面进风巷道和回风巷打平行于工作面的平行顺层长钻孔,在工作面回采前可以作为预抽钻孔对本煤层瓦斯进行预抽,同时该预抽钻孔还可随着回采工作面的推进前方煤体产生的卸压作用,作为边采边抽对钻孔对煤层进行卸压瓦斯抽放。从而提高工作面本煤层瓦斯抽放量,减少开采层的瓦斯涌出。
回采工作面本煤层瓦斯抽放钻孔布置在进回风巷中,钻孔压茬距离为 20m。
1.1.2 预抽瓦斯钻孔布置
钻孔布置方式:不设钻场,钻孔沿煤层迎面平行于工作面(垂直巷道)布置。
钻孔直径:钻孔直径大,暴露煤壁面积大,瓦斯涌出量就大,但二者增长并非线性关系,一般选用Φ75mm~100mm,考虑在本煤层内施工钻孔的实际情况,设计选用钻孔直径Φ94mm。
钻孔长度:按煤层回采工作面长度145m考虑,平行工作面设计钻孔长度为75m。由于单个钻孔抽放影响范围本矿井暂无实测数据,考虑本矿井煤层透气性特性,暂按经验值取为75m。
钻孔间距:本煤层钻孔有效抽放长度取72m,工作面走向长度按800m计算,则钻孔个数为800÷2.5=320,由于左侧附近煤矿煤层透气较差,为了保证抽放量达到要求,最终本设计取8#煤层钻孔间距2.5m。
1.2 掘进工作面
1.2.1 瓦斯抽放方法
通过Ρ究8#煤层掘进工作面瓦斯涌出量预测,其结果虽然未超过相关规定的3m3/min,但是在掘进过程中,放炮过后,经常发生瓦斯超限现象,且采用通风方法解决比较困难,特别是掘进工作面进入地质构造区域内,煤层瓦斯含量有可能增大,必须采取边掘边抽或预抽方法,减少掘进工作面瓦斯涌出量,以减轻掘进工作面的通风负担。掘进工作面抽放瓦斯方法为利用巷道两帮的卸压条带,向巷前方施工抽放钻孔进行瓦斯抽采。
根据本矿井采掘布置及接续关系,在掘进工作面准备巷道期间,一条巷道掘进一条巷道备用抽放。
1.2.2 抽放钻孔布置
在回采工作面的准备巷道在原始煤层中掘进时,在掘进工作面的掘进迎头布置钻孔,为保证在掘进过程中预抽能达到理想效果,掘进工作面钻孔搭接长度20m,单巷掘进时在巷道正前布置钻孔,每次钻孔数量8个,钻孔孔径为Φ94mm,最低开孔位置距巷道底板1.0m、开孔高程差0.5m,钻孔终孔点离巷帮水平距离控制12m左右。双巷掘进时可只在两巷道外侧布置抽放钻孔,将联络巷作为抽放钻孔的钻场,施工瓦斯抽放钻孔,以减少煤壁瓦斯涌出。
在掘进工作面每个钻场设4个钻孔(孔径为Φ94mm),两面共设8个钻孔,加上掘进的影响,完全可以达到预计的抽放量。
2 邻近层瓦斯抽放方法
2.1 瓦斯抽放方法
由于本矿井8#煤层下部有11#层,距离本煤层距离比较近,当回采工作面回采后,顶板垮落造成的裂隙导通邻近层卸压瓦斯,使其绝大部分涌入回采工作面。因此本矿井11#煤层回采时必须对下邻近层都进行瓦斯抽放,也是本矿井瓦斯治理的重点。
国内外对于下邻近层瓦斯的抽放都积累了成熟的经验,可以采用的方法也较多,但是下邻近层钻孔中的积水将影响瓦斯抽放效果,由于11#煤层距离8#煤层较近,平均只有15m,而11#层的工作面回风巷道与进风巷道落差有20m左右,故设计在进风巷道向11#煤层施工水平钻孔来抽放11#煤层瓦斯。
2.2 下邻近层瓦斯抽放钻孔参数
布置方式:本组抽放钻孔不设立专用抽放钻场,直接在进风巷内靠近工作面侧的巷帮上施工。
钻孔直径:一般钻孔直径越大越好,但考虑到施工器材的一致性,以及便于维修、孔径越大施工困难越大的实际情况,设计选用钻孔直径为Φ94mm。
钻孔长度:按煤层回采工作面长度145m考虑,钻孔深为120m。
钻孔间距:根据汪家寨煤矿实际情况,邻近层瓦斯抽放钻孔间距定为2.5m。
前面已述及,将下邻近层11#煤层瓦斯抽放钻孔类似于8#煤层本煤层抽放钻孔,布置在进风巷内。
抽放下邻近层钻孔属于下向钻孔,终孔于8#煤层底板以下,由于下向钻孔普遍存在钻孔积水,影响瓦斯抽放效果,应注意钻孔排水工作。
3 上隅角瓦斯抽放
利用8#煤层工作面回风巷道采用锚杆和锚索支护方式,回采时靠近回风巷帮的巷道顶板垮落滞后于工作面顶板,在该空间内预埋靠近顶板的水平管连入已有的抽放瓦斯管路,工作面采过后,顶板冒落将管道埋住之后将预埋管作为上隅角瓦斯长期抽放管道。此管路埋入采空区可以拦截通过该区域涌入上隅角的瓦斯,也可在一定程度上改变采空区的瓦斯流动方向。
此种治理方法施工简单且成本低,在其他矿区也取得很好治理效果。
8#煤层工作面预埋的瓦斯抽放管为Φ108mm管路,间距暂定为20m,最佳间距可以在治理工作展开后根据抽放效果进行适当调整,预埋水平管施工时应使其尽量靠近顶板处于高浓度瓦斯带应该以施工木垛对吸气端给予保护,必要时可以采用喷浆来提高其气密性。
4 采空区瓦斯抽放
半封闭采空区是指回采工作面后方的、工作面回采过程中始终存在、并且随着采面的推进范围逐渐增加的采空区。这种采空区是和工作面通风网络相连通的,在通风压差的作用下来源于各方面的瓦斯涌入采空区后又流进工作面并经由回风流排出,当采空区积存和涌出瓦斯较大时有可能使工作面上隅角或回风流当瓦斯处于超限状态,特别是当顶板冒落时引起采空区瓦斯突然大量涌出对生产构成很大的威胁。目前对半封闭采空区抽放瓦斯可以向冒落顶上方打钻抽放。
在回风巷道内迎着工作面推进方向施工上向倾斜穿层钻孔,使钻孔底部随回采工作面推进始终处于冒落顶上部,而孔口始终保持负压状态进行采空区瓦斯抽放,实践证明该种方法可以取得较好的抽放效果。
5 结语
通过对本矿薄煤层瓦斯抽放方法和钻孔参数的合理选择,瓦斯抽采率均超过规定指标,实现了矿井瓦斯“抽采达标”,为矿井的安全生产提供了保障。
关键词:煤矿;瓦斯抽采;综合抽采;安全
Abstract: state explicitly put forward in the coal industry "first after gas drainage, monitoring to wind DingChan" twelve words of guidelines, requirements and gas outburst mines mine gas extraction technology, must through the effective management during the period of working face mining gas problem. Gas the basic technical measures for prevention and control of gas extraction, and how to fully use, should be raised to the height of strategy and tactics to value and implement. This paper first analyzes the necessity of coal mine gas extraction, and stage of development of extraction technology is presented, finally from the four winds in the face of coal mine gas extraction technology of key points.
Key words: coal mine; The gas extraction; Comprehensive extraction; security.
中图分类号:TD712文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
前言
瓦斯抽采是近几年提出来的新概念,它建立在瓦斯抽放之上。传统的瓦斯抽放技术给环境带来沉重的负担,煤矿抽采的低浓度的瓦斯几乎全排放到大气中。瓦斯抽采正是基于瓦斯抽放技术而形成的新的处理矿井瓦斯的方法。所谓的矿井瓦斯抽采技术一般是指利用瓦斯泵或其他抽采设备抽取煤层中的瓦斯,并通过与巷道隔离的管网,把抽出的各种浓度的瓦斯经过一定的技术手段采集起来的技术。
一、煤矿瓦斯抽采的必要性分析
(一)有利于煤矿作业的安全
瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患,因此对煤矿瓦斯进行综合治理尤为重要,目前应用较广、效果较好的技术是瓦斯抽采技术。规范规定,有下列情况之一的矿井,必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽采瓦斯系统。
1、1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min,用通风方法解决瓦斯问题是不合理的。
矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的:
(1)大于或等于40m3/min;
(2)年产量1.0~1.5Mt的矿井,大于30m3/min;
(3)年产量0.6~1.0Mt的矿井,大于25m3/min;
(4)年产量0.4~0.6Mt,大于20m3/min;
(5)年产量小于或等于0.4Mt的矿井,大于15m3/min。
(二)有利于环境保护
瓦斯是一种温室气体,其温室效应是二氧化碳的21倍,按生产1t煤排放10m3瓦斯估算,今年在煤炭生产过程中涌出的瓦斯量约为140m3亿,其中抽采量约12亿m3,利用量不足50%;年排入大气中的瓦斯产生的温室效应约相当于排放2亿t二氧化碳。因此进行瓦斯抽采可以减少温室气体排放,保护大气环境。
(三)有利于瓦斯能源的开发
瓦斯是一种优质能源,燃烧后产生的污染物少,其废气是一种气态肥料,可增加植物的光合作用。我国埋藏2000m以内浅瓦斯资源量(煤层气)约30×109m3,相当于约40×109t标准煤,按我国现有能耗标准,相当于我国约使用27年的能源。
我国瓦斯抽采技术的发展阶段
随着煤炭工业技术的发展,瓦斯抽采技术也得到了不断地提高和发展,我国煤矿瓦斯抽采技术大致经历了四个发展阶段。
(一)高透气性煤层瓦斯抽采阶段
50年代初期,在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔预抽煤层瓦斯,获得了成功,解决了抚顺矿区向深部发展过程中的瓦斯安全问题,而且抽出的瓦斯还被作为民用燃料进行利用。
(二)邻近层卸压瓦斯抽采阶段
50年代中期,在开采煤层群的矿井中,采用穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先获得成功,解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。此后在阳泉又试验成功利用顶板收集瓦斯巷(高抽巷)技术抽采上邻近层瓦斯,抽采率达60~70%。到了60年代以后,邻近层卸压瓦斯抽采技术在我国得到了广泛的推广应用。
(三)低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段
由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及有突出危险的煤层采用通常的布孔方式预抽采瓦斯的效果不理想、难以解除煤层开采时的瓦斯威胁,为此从60年代开始,试验研究了多种强化抽采开采煤层瓦斯的方法,如煤层注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径(扩孔)钻孔、网格式密集布孔、预裂控制爆破、交叉布孔等。在这些方法中,多数方法在试验区取得了提高瓦斯抽采量的效果,但仍处于试验阶段,没有大范围推广应用。
(四)综合抽采瓦斯阶段
所谓综合抽采瓦斯就是把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内综合使用,使瓦斯抽采量及抽采率达到最高。从80年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用,采区巷道布置方式有了新的改变,采掘推进速度加快、开采强度增大,使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加,尤其是有邻近层的工作面,其瓦斯涌出量的增长幅度更大。为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题,必须结合矿井的地质条件,实施瓦斯综合抽采。
煤矿瓦斯抽采的技术要点
(一)开采层的瓦斯抽采
采前预抽主要是一项对未卸压的煤层或岩层进行瓦斯抽采的技术手段,它多应用钻孔技术将被采煤体中的瓦斯在煤层开采之前预先抽采出来。因此说,当煤层透气性较好的时候,其抽采效果十分显著,而煤层透气性较差时,效果不会很理想。
边采边抽主要是对已经卸压的煤层进行瓦斯抽采。当综采工作面向前推进的时候,其前方一定范围内的煤体产生大量裂隙,透气性得到了增加,此时应用倾斜钻孔技术抽采综采工作面一前方一定范围内煤体中的卸压瓦斯,抽采效果也是明显。
强化抽采主要针对透气性较差的煤层,该方法采用煤层强化卸压技术(如水力割缝和深孔爆破等技术)来增大煤层的透气性,或增加煤层驱动能量(如注入CO2等气体),已达到提高煤层压力梯度、置换瓦斯和促进瓦斯渗流、解析的目的。
(二)邻近层瓦斯抽采
邻近层(卸压层)瓦斯抽采的实质就是预防上下邻近层产生的瓦斯大量涌入开采层综采工作面当矿井含有多个可采煤层时,上下邻近层会受到开采层的影响而产生膨胀和变形,出现了卸压和透气性增加的情况,此时各个煤层或岩层之间所产生的裂隙不仅为瓦斯的运移提供了通道,还能存储大量的卸压瓦斯。大量工业试验表明,如果抽采参数选取的准确,抽采技术选取的得当,邻近层抽采效果十分显著,最高抽采率能达到80%以上。
(三)主要的瓦斯抽采方法
1、顺层密集长钻孔抽采
顺层密集长钻孔用于区域性抽采,用于综放面或综采面降低煤层瓦斯含量或解决工作面消突问题,一般钻孔深80m以上,孔间距3~5m,预抽时间半年以上。
为提高抽采效果,在布孔时往往采用斜向孔及交叉钻孔,斜向布孔有利于边采边抽,交叉式布孔可在不增加任何工程量的条件下,提高本煤层瓦斯抽采的效果。
2、网格式穿层钻孔抽采
网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。网格式穿层钻孔大抽采瓦斯首先是在北票台吉矿10号煤层进行的,该煤层是我国透气性极低的松软突出煤层之一。大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明,低透气性煤层尽管预抽瓦斯极为困难,但在合理布置钻孔、保证预抽时间等技术条件下,完全能够达到预期的抽采效果,瓦斯抽采率可达到30%以上。目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透严重突出煤层防突的主要方法,其网格布置如下图。
图网格式串层钻孔布置示意图
3、顶板走向长钻孔抽采
顶板走向水平长钻孔抽采邻近层瓦斯技术就是针对高瓦斯无煤柱综采或综放工作面的特点,为解决瓦斯超限问题,采用沿开采层顶板岩层走向布置迎面定向水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽采上邻近层瓦斯。该抽采方法与顶板岩巷抽采法、顶板穿层短钻孔抽采法相比,技术和经济上具有显著的优越性,尤其对于采掘接续紧张的矿井,其优越性更为突出。
(四)瓦斯抽采中的安全技术措施
1、抽采钻场、钻孔施工的安全技术措施
在抽采钻场和钻孔施工前,必须认真编制完整的施工作业规程,制定相关的施工安全措施。当对煤层进行打钻时,必须配备专职的瓦斯检查检测员,严格按照相关规定执行,杜绝诸如无水打钻、瓦斯超限作业等而违章作业行为。如果打钻过程中遇到喷孔情况,必须立即停钻,及时采取处理措施,并相关关领导汇报。
管路防漏气、防砸坏、防带电、防底鼓的技术措施
抽采系统必须设置负压测定装置以及截止阀门,当对新敷设的管路进行气密性检查时,正常抽采使用的管路亦应定时定期进行气密性检查。尽管敷设抽采管路的巷道不是主运输巷道,但也应在其管路上悬挂警示牌,并将管路外部涂以红色表示区分,以提醒车辆注意安全。同时要每天进行巡回检查,发现问题需及时更换。
抽采管路在巷道内吊挂安装时,吊挂高度不得小于1.8m;为防止底鼓折损管路,管道都用墩垛垫起,垫起高度不小于0.3m。井下瓦斯抽采管应尽量避免与通讯、动力电缆设在一起,以防管路带电。
斜巷、立巷管路防滑措施
当对斜井、斜巷以及上下山布置管道时,需要用半圆形铁卡子将其固定在巷道内的支撑物上,且支撑物要卧底安装。
结语
综上,瓦斯抽采不仅要重视“抽”,而且要重视“采”。这是瓦斯抽采不同于瓦斯抽放的关键所在。而“采”就要注意瓦斯的利用情况,以及瓦斯利用所面临的问题。在新的形势下,选择瓦斯抽采是国际国内关于环境问题和能源问题的共同呼声。所以,把握瓦斯抽采的技术的研究显得尤为重要。
参考文献
[1]彭成.我国煤矿瓦斯抽采的现状及问题[J].中国煤炭,2007.2.
[关键词]煤与瓦斯突出;机理;防治
中图分类号:P883 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)13-0379-01
前言
煤与瓦斯突出是煤矿井下采煤过程中在极短的时间内,由煤体内部向采场、巷道等采掘空间喷出大量的煤和瓦斯。突出物会造成埋人,破坏设施,突出的瓦斯使人窒息,甚至引起瓦斯爆炸,造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。所以深入研究煤与瓦斯突出是非常必要的。
1、煤与瓦斯突出的机理、类型与一般规律
1.1 煤与瓦斯突出的机理
突出机理主要有以下几方面:中心扩张学说[3] 、流变假说、二相流体假说、固流耦合失稳理论[4]、球壳失稳观点。国外关于煤与瓦斯突出机理的认识可归为4种观点:地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说和综合作用假说。
1.2 煤与瓦斯突出的类型
煤与瓦斯的突出包括:煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、煤与CO2 突出、岩石与CO2 突出等。由于突出时的原动力和表现现象不同,煤与瓦斯突出可分为突出、倾出、压出等3 种情况。
1.3 煤与瓦斯突出的一般规律
(1) 突出的次数和强度随开采的深度增加而增加。
(2) 突出多发生在地质构造地区,如褶曲、断层处及岩浆侵入地区。
(3) 煤体破坏程度越严重,煤的强度越小,突出危险性越大。
(4) 煤层中的厚度大、倾角大或其厚度和倾角发生变化以及煤层中的软分层由薄变厚的地区,容易发生突出。
(5) 掘进工作面应力集中的地区易发生突出。
(6) 在外力冲击作用下,如放炮或采煤机割煤时煤体受到震动,诱导瓦斯发生突出。
(7) 围岩的透气性越差、致密的岩层越厚,煤层的瓦斯含量越高,其突出的危险性也就越大。
(8) 突出多发生在揭煤和煤层掘进工作面。
(9) 在突出前大都出现预兆。
2 煤与瓦斯突出的预兆与预测
2.1 煤与瓦斯突出的预兆
煤与瓦斯突出前一般都有预兆,没有预兆的突出是极少数的。突出预兆伴随其突出过程,按其主要特征大体可分为“三个阶段”: ①早期预兆,煤变软、光泽暗、层理节理都紊乱; ②中期预兆,钻沫多、钻进慢,夹、顶、喷孔异常,预兆严重突出危险区域表现强烈; ③临突预兆,工作面来压、煤炮响、瓦斯涌出异常。
2.2 煤与瓦斯突出的预测
通过理论分析、实验室实验和现场试验相结合的方式,确定煤与瓦斯突出敏感指标临界值。对部分防突指标检验值超过规定的或出现动力现象的煤层,应进行突出危险性鉴定或进行突出危险区域划分,未鉴定划分前要按突出煤层进行管理。国内外煤与瓦斯突出的预测方法有以下几种:
(1) 微震技术预测突出危险性。突出是由连续的多起断裂引起的,而且异常的微震发射通常在断裂之前5~45s 内产生,故微震法作为突出预报方法,有其广阔的应用前景。
(2) 煤层温度状况预测突出的危险性。温度状况预测突出危险性的理论根据是:瓦斯解吸时吸热,导致煤层温度降低。温度降低越多,说明煤层瓦斯解吸能力越强,则突出危险性越大。
(3) 电磁辐射强度预测突出危险。电磁辐射信息综合反映了煤与瓦斯突出等灾害动力现象的主要影响因素,可实现真正的非接触预测,可实现动态连续监测及预报,能够反映含瓦斯煤体的动态变化过程;既能探测煤壁附近的突出危险性及突出危险带的方位,又能检验防突措施的效果。
(4) 煤层中涌出的氦或氡体积分数的变化预测突出。煤中涌出的氦可以作为预测突出的一个指标,该项目正在继续进行。
3 预防煤与瓦斯突出的措施
防治煤与瓦斯突出,在预测它发生的地区、范围后,采取必要的防治措施,改变其发生突出应具备的基本条件,从而可以使其不发生或降低其突出强度。预防突出措施按作用范围来划分,有区域性措施和局部性措施。
3.1 预防突出的区域性措施
(1) 优先开采保护层。开采具有煤和瓦斯突出危险的煤层群时,预先开采无突出危险或危险性较小的煤层,使有突出危险的煤层卸压,大量泄出瓦斯,从而使其减弱或失去突出危险。对有条件进行保护层开采的突出煤层,坚定不移地实施保护层开采,对不具备保护层开采条件的突出煤层不安排采掘活动,同时创造条件研究解决保护层开采的新技术。
(2) 煤层开采前瓦斯预先抽排。煤层开采前瓦斯预先抽排,消除高地应力,提高煤层透气性,在回采前消除突出。
(3) 煤层注水。煤体被水湿润后,使地应力分布均匀化,地应力和瓦斯压力梯度都减小,弹性潜能降低,其释放的速度变小,大大减小了突出释放弹性潜能的功率水平;水进入煤的孔隙,降低了瓦斯放散初速度,增加了瓦斯流动阻力,从而削弱了瓦斯在突出过程中的作用;抽排瓦斯降低了瓦斯压力和瓦斯含量,减小了瓦斯内能。
3.2 预防煤和瓦斯突出的局部性措施
(1) 水力冲孔。水力冲孔可防止发生突出,常用于石门揭煤、煤层巷道掘进和回采工作面。在石门揭煤时,采用水力冲孔在工作面前方应保留3~5m 的安全岩性。
(2) 排放钻孔。在预定的石门(井筒) 揭穿煤层的断面轮廓外布置多排扇形穿层钻孔,通过钻取煤炭与排放瓦斯来防止揭穿煤层时发生突出。该法简便易行,效果显著,特别适用于急倾斜煤层条件。
(3) 金属骨架。用于石门揭穿煤层、加固煤体、阻止突出的一种超前支护。它一般适用于地应力和瓦斯压力不太大的急倾斜薄及中厚煤层。采用金属骨架措施揭穿煤层后,严禁拆除或回收骨架。
(4) 震动性放炮。为诱导突出所采用的一种特殊放炮方法。当井巷要揭开突出危险煤层时,以强力全断面一次爆破,瞬间揭开突出煤层。借助放炮时产生的强烈震动力使煤层中潜能和瓦斯得到迅速释放,从而达到人为诱导突出的目的。
(5) 超前钻孔。在煤巷掘进工作面的前方,打直径为75~300mm 的钻孔,排放瓦斯,并在钻孔周围形成卸压带,以防止发生突出。一般钻孔深15~20m。超前钻孔常用于煤层较厚、赋质较软、透气性较好的情况下。对于煤层较硬,可以与微差控制爆破结合使用。
(6) 深孔松动爆破。在工作面前方存在有5m卸压煤体防护下,在前方5.5m 以外引爆几个深炮眼形成煤体松动爆破。炮眼周围煤体的破裂与松动形成卸压圈,使原有集中应力带与高压瓦斯带移向深部,为工作面的掘进创造了较长的安全区与防护区。深孔松动爆破适用于煤质较硬、突出强度较小的煤层。
4 结论
煤与瓦斯突出具有突发性、不完全的可知性,完全防止它的发生是不现实的。根据现实情况,只要采取通风与抽放瓦斯等综合防突措施,进行合理的采掘部署、突出危险性预测、防突措施的效果检验,正确处理好安全、生产、效益之间的关系,就可以减少甚至避免这种灾难性事故的发生。
参考文献
[1] 李军涛.煤与瓦斯突出的规律和特征[J].中国煤炭,2005,31(7):4l-44.
[2] 张仕和.煤与瓦斯突出机理的探讨[J].中国煤炭,2006,32(6):38-40.
[3] 于不凡,王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社,2000.
关键词:煤层;煤与瓦斯突出;防治
煤与瓦斯突出指的是随着煤矿开采的深度不断增加,瓦斯的含量也随之增加,进而在地应力与瓦斯释放引力的双重作用下,煤层突破了抵抗线,使得瓦斯与煤瞬间释放而造成的一种地质灾害,煤与瓦斯突出所引发的后果是灾难性的。特别是近几年来,我国经济增长的速度持续加快,对煤炭能源的需求持续增加,煤与瓦斯突出的威胁也日益严重。2013年3月29日与4月1日发生于吉林省白山市江源区吉煤集团通化矿业公司八宝煤业有限责任公司的两起瓦斯事故,共造成35人死亡,16人受伤,11人失踪。这一血淋淋的教训再次提醒我们,必须重视煤与瓦斯突出问题,创新预防与治理方法势在必行。
一、发生煤与瓦斯突出事故原因分析
(一)对防突工作认识不到位
对防突工作不够重视,是许多防突工作无法落实、执行不到位的一个重要原因,比如部分煤矿单位没有设置防突机构、发生瓦斯动力现象之后不及时鉴定、执行“四位一体”不到位等等,都是对防突工作缺乏认识的诸多表现。相关调查表明,近六年内发生的煤与瓦斯突出事故之中,将近22.2%的事故都是对防突工作认识不到位而引起的。
(二)防突措施执行不到位
笔者在对275起煤与瓦斯突出事故进行统计发现,有将近150起是由于防突措施执行不到位而引起的,达到了54.5%。在实际操作中,防突措施执行不到位主要表现在以下几个方面:瓦斯抽采的效果没有达标,抽采的时间过短、钻孔少;没有采取区域性防突措施;防突措施的设计不科学、不合理、不符合要求,在地下应力集中区域与地质构造带中没有加强防突措施;防突措施施工的标准参数不符合设计的具体要求,对钻孔进行控制时,实际范围不足或者存在空白带;没有进行效果检验或者发现效果检验超标而没有采取补救措施等等。
(三)防突管理制度缺失,经常违规指挥、违规作业
一是管理制度欠缺,管理程序不科学,缺乏必要的技术管理环节是目前煤矿单位的通病。比如部分矿井缺乏对煤与瓦斯突出检测仪器管理与维护制度,致使一些高价购买的仪器无法发挥其效用;防突管理制度中缺乏激励因素,不利于提高防突人员的积极性;签字程序不完善、不规范;缺乏防突措施参数更改的响应机制;缺乏防突措施执行情况的监管制度;没有建立矿井突出预测敏感指标体系、对临界值缺乏必要的考察。二是现场管理混乱,经常出现违规指挥与违规作业的情况。主要表现为:现场施工指挥岗位、监督岗位与验收岗位缺人,或者监督人员工作态度不认真,验收参数、指标系数以及资料记录不完整;预测程序不合理,预测过程操作有失规范,对突出预兆不够重视;超掘超采;爆破作业的过程中,人员撤离不到位,不带自救器,压风自救设备安装与使用不符合规定。
(四)对地质构造的分析不够深入
有一些煤矿企业对矿井所在地的地质构造探测程度低,这势必无法准确掌握地质构造的具体情况,对煤层瓦斯赋存的条件不明确,那么在这一基础上制定的防突措施也必然会缺乏针对性。
(五)机械化水平低
目前,我国重点、大型矿井机械化的水平较高,但小煤矿的机械化程度非常低,生产范围也相对较小,生产人员的集中程度过高,一旦发生煤与瓦斯突出事故,很容易造成大量人员伤亡。
二、防治对策
(一)加大对煤矿单位安全监管的力度
各级地方政府、上级主管单位、安全管理部门以及各级煤矿安全监察机构,对于煤与瓦斯突出防治工作必须加强管理与监督,组织人员对煤矿进行定期检查,开展专项安全检查与整改活动,就矿井中存在的煤与瓦斯突出问题,提出合理化建议。加大监管力度,对矿井不实施“四位一体”、有动力现象却不申请鉴定的企业,进行严格处理,从而督促煤矿单位努力做好防突工作,将煤与瓦斯突出事故消灭于无形之中。
(二)对煤与瓦斯突出严重的矿井进行跟踪监察
受地质地型因素的影响,一些矿井的煤与瓦斯突出问题非常严重,尤其是对一些发生过千吨级以上特大型突出的矿井进行跟踪监察,重点监察的项目有:瓦斯的抽采设计环节、瓦斯的抽采效果、“四位一体”的落实情况、瓦斯灾害的综合治理规划以及煤与瓦斯突出防治的执行情况等等。
(三)定期组织培训工作
培训工作不但能够提高企业员工对治理煤与瓦斯突出治理水平,同时还能够提高员工的综合素质,使相关措施能够彻底贯彻与落实。建议各级地方煤矿安全监察局、煤矿的上级主管部门以及行业协会组建“煤与瓦斯突出防治小组”,负责煤与瓦斯突出防治教材的编写、相关技术指导、完善培训成果考核机制、健全相关发证机制,然后委托一些师资力量雄厚的院校承办培训工作,并由主管部门组织考试,对于那些通过考核的人员,发放培训合格证书,同时健全下井制度,将证书作为技术人员上岗的必备条件。
(四)加大对煤层的瓦斯测试频率,不断更新防突基本数据
对于一些煤层内部瓦斯含量较高、地质构造比较复杂的地区,必须增加瓦斯测试的频率,这样才能把握煤层瓦斯赋存规律,有针对性的做好煤与瓦斯突出防治工作。比如对煤层的瓦斯压力进行测定时,一般采取的是在井下打钻封孔直接测压,由于测压地点、方式、钻孔布置、封孔质量都会对测定产生重大影响,因此,一两次的测量很难测出真正的瓦斯压力,一旦测量的数据不准确,将会影响后续突出防治策略的制定。因此,我们必须结合煤层赋存、矿井巷道布置以及煤矿所在地的地质结构,准确的选择测压点,提高瓦斯测试的频率,才能够得到较为真实的瓦斯参数,由于这些参数是展开防突工作的基础,因此我们在测量的过程中,必须要保证这些参数的质量。
(五)加强煤与瓦斯突出防治的科研工作
煤与瓦斯突出防治的科研工作是煤矿提高防突工作的有力后盾,因此政府积极推动重视煤与瓦斯突出防治科研工作的顺利进行。一是组建防突技术的研究队伍,投入资金购买相关仪器设备,督促高校与相关机构进行关键技术的研发工作,针对国内普遍存在的一些技术难题,进行重点攻克,当取得阶段性成果之后,马上应用于生产,提高防突水平。二是以产、学、研相结合为原则,整合企业、高校及其他社会力量,进行科技攻关,对于那些有突出危险性的集约化矿井,开展通路满足快速采掘要求的防突新技术研究工作。
总结:
综上所述,煤层煤与瓦斯突出防治对于技术的要求非常高,同时也是一项要求精细化管理的工作。随着我国经济增长的速度持续加快,对煤炭能源的需求持续增加,煤炭的开采强度与深度都会迅速增加,这势必会增加煤与瓦斯突出防治的难度,从这一角度来看,我国预防煤与瓦斯突出事故的任务依然艰巨。我们可以从加大对煤矿单位安全监管的力度;对煤与瓦斯突出严重的矿井进行跟踪监察;定期组织培训工作;加大对煤层的瓦斯测试频率,不断更新防突基本数据;加强煤与瓦斯突出防治的科研工作等方面入手,切实提高煤与瓦斯突出防治水平。
参考文献:
[1]刘洪永,程远平,周红星,王海锋,俞启香.立井煤与瓦斯突出危险性分析及防突措施[J]. 采矿与安全工程学报. 2007(02)
[2]程远平,俞启香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J]. 采矿与安全工程学报. 2007(04)
[3]王海锋,程远平,俞启香,周宗勇,周红星,刘洪永.煤与瓦斯突出矿井安全煤量研究[J]. 中国矿业大学学报. 2008(02)
【关键词】高瓦斯 压力测定 抽采技术
【中图分类号】TD712
【文献标识码】A
【文章编号】1672-5158(2012)12-0126-01
引言
瓦斯从其本身物理和化学性能来考虑,具有一定的使用价值。然而在煤矿矿井中,瓦斯浓度超过规定值则会引起瓦斯爆炸,给施工人员的生命财产安全造成严重威胁,从而形成严重的自然灾害。矿井中频频出现瓦斯爆炸事故直接威胁矿上职工人员的生命,准确测定煤矿矿井中瓦斯的浓度并能及时处理矿井中瓦斯将会给煤矿代来很好的生产效益,为矿井的安全生产提供可靠保证。
另外,抽采技术的提高也将为煤矿矿井中瓦斯浓度的降低提供有利条件。瓦斯抽采技术的创新和不断提高,给降低煤矿瓦斯爆炸事故的等级提供了有力保证,更有可能的是,利用瓦斯本身的特性,通过科学研究和创新发明,可以把从煤矿中抽出来的瓦斯变废为宝,在降低矿难事故发生频率的同时也可以使瓦斯服务于我们的现实生活。本文通过直接测定法和间接测定法对煤层瓦斯的测定等两种方法的介绍和研究,以及瓦斯抽采技术的引入和探究来实现煤矿瓦斯安全控制的目标。
一、如何运用直接法测定煤矿中煤层的瓦斯压力
在煤层中,瓦斯压力采用直接法来进行测定,主要是对煤巷或岩巷进行煤层钻孔,主要是通过在钻孔内下测压管的压力值来实现煤层压力的测定,封孔材料可以根据测压的需要和封孔殴岩石的破碎程度和致密程度采用黄泥、水泥浆、胶圈或采用胶囊压力黏液。当封孔段岩层坚硬致密时一般采用水泥沙浆加入膨胀剂封孔,当封孔段岩性为泥岩或者有煤线或者直接在煤层中打测压钻孔时一般采用胶囊压力黏液封孔。
水泥浆的稀稠、是否存在颗粒对封闭是否严密有着直接影响,水泥浆过稀将导致凝固后存在较大的空间,测量室增大。钻孔倾角变化将影响测量室长度的变化,测量室过长则封孔段长度将减小,在钻孔壁破碎的情况下必然封孔不严密,钻孔内的瓦斯在压力梯度的影响下将沿着裂隙向巷道涌出,在这种晴况下,所测定出来的瓦斯压力小于实际瓦斯压力值。
测定出来的压力是否为煤层实际瓦斯压力将取决于泡沫封孔段的长度与黏液段的长度和黏液的压力,当钻孔深度较长时,可以多设置几段黏液段,中间用泡沫封孔段隔开。测定煤层瓦斯压力之前估计一个煤层瓦斯压力P1,黏液的压力P2可以通过连接在黏液管外面的注液泵来调节,在测定过程中始终保持P2>P1,压力表稳定时所测得的压力即煤层的瓦斯压力。这种封孔方法可以在岩层破碎段或煤线段通过注黏液来封堵钻孔内的裂隙,较采用水泥浆封孔所测得的瓦斯压力更接近煤层的实际瓦斯压力。缺点在于当钻孔内破碎段较多或者煤线较多时,封孔工艺复杂并且黏液管始终连接着注液泵,设备浪费较大。
二、如何运用间接法测定煤矿中煤层的瓦斯压力
众所周知,瓦斯在煤体中呈现出两种状态,在渗透空间内的瓦斯主要呈自由状态,称为自由瓦斯或游离瓦斯,由于瓦斯分子的自由热运动,显示出相应的瓦斯压力,这种状态的瓦斯服从气体状态方程。另一种在微孔内主要呈吸附状态存在于微孔表面上和煤的粒子内部占据着煤分子结构的孔隙或煤分子之间的空间,这部分瓦斯称为吸附瓦斯。在煤层中施工钻孔后,由于煤体瓦斯与外界大气之间存在压力差,煤体中的游离瓦斯将随着煤体的暴露逐渐解吸出来,直到煤体瓦斯与外界大气之间压力平衡。此时,煤体内能解吸出来的瓦斯已经全部解吸出来,只剩下不能解吸的那部分瓦斯,在煤层瓦斯含量测定过程中,这部分瓦斯也叫残余瓦斯。间接法测定煤层瓦斯压力就是通过测定煤层最大解吸瓦斯量,利用实验室测定的煤样吸附常数来反算煤层瓦斯压力。
测定煤层瓦斯含量时,在煤巷掘进面向原始煤体打2个直径42mm的钻孔,钻孔深度大于10m,从第4m开始,每2m用德国产EL,KD_02型电容栅瓦斯解吸仪测定一次煤层瓦斯含量。测量结束后在打钻地点取全断面煤层煤样送实验室测定煤层瓦斯吸附常数,以便计算煤层的残余瓦斯含量。
直接法测定得到的煤层瓦斯压力与间接法测定的煤层瓦斯压力在数值上相差很小,误差完全在可以接受的范围内,因而在断层等构造不能采用直接法测定煤层瓦斯压力的地方,完全可以采用间接法来测定煤层的瓦斯压力。并且,在同一地点也可以采用直接法与间接法相结合来测定煤层瓦斯压力,以保证所测定出来的瓦斯压力为真实准确的。
三、直接发测定法和间接法测定法的相互比较
(一)直接法与间接法两者相比较,直接法比间接法较复杂,同时需要施工测压进行钻孔,材料浪费等方面比间接法多等缺点。间接法具有操作简单、不需要施工测压钻孔、材料浪费少等优点,尤其是不受断层、褶曲等地质构造的影响,可广泛应用在探构造、揭石门等场所。
(二)与间接法测定煤层瓦斯压力相比,直接法具有不取样进行试验室测定、操作技术容易掌握等优点,但受地质构造的影响大,布孔以前需对附近的地质构造进行考察。
(三)从测定结果看,直接法所测定得到的瓦斯压力普遍必间接法测定得到的瓦斯压力值小,原因在于采用直接法测定时瓦斯压力受封孔质量等的影响,但相差很小,误差在许可的范围内,在实际测定中可以同时采用这两种方法互相验证,确保测得的瓦斯压力真实准确。
四、创新高瓦斯煤矿抽采技术
煤矿矿井在生产中,瓦斯的浓度直接威胁矿井工作人员的生命安全。抽采技术的改进,有利于煤矿矿井瓦斯高的降低和较少煤矿矿难发生的平率。从当前瓦斯抽采技术的现状研究来看,瓦斯抽采技术还停留在国际后进技术的行列,我国当前瓦斯抽采技术还处在国际的低等水平线上,而且,我国高瓦斯煤矿准据整过煤矿企业的92%以上,这就更需要解决煤矿企业高瓦斯抽采技术方面的问题,实现我国煤矿企业安全问题的有效解决。
如何实现我国当前煤矿矿井高瓦斯抽采技术创新,是当前煤矿安全生产研究机构和相关部门所要面临的问题。然而,从当前的瓦斯抽采技术来看,我国专研和重视力度还不够高,基础专研人才都不到30%的几率,高级研究人员更是奇缺,这就在煤矿高瓦斯抽采技术上无法实现崭新的以免,更难摆脱当前的现状。
针对当前的具体情况,国家相关部门应该在政策和资金上加大扶持力度,同时在制度创新方面实现建立和加强。另外,煤矿企业在开发和科研方面进一步加大力度培养和应经高端科研人才,鼓励创新,用财政和行政手段实现煤矿企业安全生产方面的提高可创新研究,把瓦斯的难题转变为变废为宝的资源开发问题。