白皎煤矿瓦斯治理开采煤矿保护层【39中华】

白皎煤矿瓦斯治理：开采煤矿保护层

煤矿保护层开采，也叫解放层开采，它是首先开采与突出煤层邻近而又无突出危险的煤层即保护层，由于采动影响而使突出煤层瓦斯压力、瓦斯含量大幅降低，煤层透气性显著提高，大量高压瓦斯释放从而消除突出煤层的突出危险。开采保护层迄今为止是防突上最有效、最经济的区域性措施。

川煤芙蓉公司白皎煤矿，从2010年3月开始开采2421保护层工作面，到2011年12月2441保护层工作面回采结束，两块工作面生产原煤51.6万t，开采面积13.9万㎡，大大缩短了下覆强突煤层治灾周期，从根本上防止煤与瓦斯突出，实施采掘机械化，缓解采掘接替，提高煤炭资源回收率，提升矿井经营生产和本质安全，增加矿井经济和社会效益创造出了一条新路，在综合采煤机械化方面得到了较快发展，并逐步走向成熟，已具备了机械化开采保护层，为实现矿井安全、高产、高效创造了条件。

川煤芙蓉公司白皎煤矿在开采过程中存在矿井瓦斯参数的特点是极不均匀，煤层瓦斯压力最小为测不到0以上的数，最大为3.2MPa；煤层瓦斯透气性系数，最小测不到0以上的数，最大为0.29m/(MPa2?d)；穿层钻孔瓦斯自排量，最小测不到0以上的数，最大为27.3L/min；煤层坚固性系数f，最小的为0.25，最大的则大于4。由于煤层瓦斯参数的极不均匀，才使煤层的突出危险性大为增加，虽然瓦斯压力不高，但突出特别严重，而且难于治理。

矿井煤层均具有自然发火倾向，发火期一般3～8个月。据统计，从投产截止至2011年，共发生煤层自然发火130次，百万吨发火率近5.1次。因发火封闭采煤工作面39次。煤层虽为无烟煤，但含硫量高，一般＞3%，最高8.75%；两层主采煤层间距小，最小为合层。首采的上层突出煤层，由于采用密集钻孔大面积预抽瓦斯防治煤与瓦斯突出，煤层水分降低、开采过程中漏风，且开采过程中尽可能不留或少留煤柱。次采的四号煤层(被保护层)具有较强自然发火威胁，且伴生其它此生灾害，治理难度大大增加。采掘工作面要实现“三区(段)配套两超前”，“掘、抽、采”和“采、抽、掘”的平衡，达到部署上拉开、系统上独立。因此，往往四个采区同时生产；矿井有15～20个掘进工作面、3～5个回采工作面，几百个通风设施。形成大范围的几百条分支，特别复杂的通风系统，大大增加防治遗留碎煤发火的难度。

矿井地质构造复杂，主要以中、小型断层为主，其中小断层极为发育。至今共查明大小断层925条,总长度为108.892km，矿井35(km)2范围内断层密度为26.4条/km2,长度1570条/km2。在储量计算有效面积27km2以内，为34.3条/km2,长度3822m/km2。落差20m以上的断层4条,占0.43%。落差在10～20m断层9条,占0.97%。揭露2～10m落差的断层132条,占总条数的84.32%。小于2m落差的断层780条,占总条数的84.32%，这类断层破坏煤体结构,使煤层复杂化。所以绝大部分为隐伏断层，且逆断层较多。煤层层滑构造(顺层滑动)，可使煤层增厚，亦可使煤层变薄尖灭，还可导致煤层层间距变薄，使煤层回采相当困难。另外层滑构造还能导致煤体结构破坏，造成瓦斯聚集或煤与瓦斯突出。

采取抽采钻孔对煤层赋存和地质构造取得一定成效，但其施工周期长，工艺复杂，质量控制难度高，布孔较难均匀，终孔到位率低。特别是遇地质构造、煤层赋存变化后，预抽控制区域内易出现“空档”和“盲区”；加之各主采煤层物理特性均为低渗透性，平均煤体吨煤瓦斯含量15.5m3/t，通过预抽降至8.0m3/t以下，需3～7年；平均煤层瓦斯压力2.8MPa，经过预抽瓦斯降至0.74MPa以下，需3～8年；同时，预抽量逐渐衰减，一年后仅单孔流量5l/min,浓度也大幅度下降，抽采效果急剧降低。最终形成预抽时间严重滞后，工作面准备周期长，采掘接替紧张，在综掘、采煤机械化的普及应用的今天，掣肘生产更为显著。预抽煤层瓦斯防突的实践证明，以应力为主的突出，即使是预抽煤层瓦斯含量的70%，采掘活动中仍发生煤与瓦斯突出。

开采保护层有效消除煤与瓦斯突出

川煤芙蓉公司白皎煤矿煤与瓦斯突出十分严重，是“国内有代表性的严重突出矿井”之一的矿井，开采的B2、B3、B4(或称为四、三、二号)煤层均为强突煤层，矿井投产至今累计发生煤与瓦斯突出230次（年均突出5.7次），占四川省突出总数的75%。其中：特大型突出7次，最大一次突出煤量2777t，突出瓦斯量497513m3，突出瓦斯逆流最远距离1340m。开采保护层后，在被保护层的有效范围内，煤层瓦斯压力和瓦斯含量大大下降，分别远低于0.74MPa和8m3/t。在被保护层范围内掘进，不但没有任何动力现象的一点征兆，且瓦斯涌出量特别小。当揭穿被保护的二、三、四煤层时，绝对瓦斯涌出量最大仅0.89m3/min。在这三层煤内掘进，完全可以实现快速掘进和回采，为突出矿井的安全、高效生产起到了示范作用。

该矿从2008年，对2421、2441保护层工作面开始论证，到2010年3月2421保护层工作面为该采区首采面，采用下行式开采，无下邻近煤层开采影响。上下及邻近500m范围内也无工作面布置及开采，无老窑及采空区影响。通过在工作面掘进施工落煤期间的煤层瓦斯涌出量分析，煤层瓦斯涌出量约为煤层瓦斯含量的60～70%，经计算C2煤层瓦斯含量约为5.43m3/t。根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026—2006）中规定：当煤层瓦斯含量小于8m3/t或煤层瓦斯压力低于0.74Mpa时煤层无突出危险性。根据掘进落煤期间的瓦斯涌出情况，预计2421工作面回采割煤过程中本煤层吨煤瓦斯涌出量为3.26m3/t，按正常推进日产670t计算，则本煤层瓦斯涌出量为1.52m3/min。

选一号煤层作为保护层首先开采后，直接利用底板抽采瓦斯巷道，施工向上穿层钻孔抽采被保护层的卸压瓦斯，达到保护层的安全开采和消除突出煤层的突出危险性。有效消除煤与瓦斯突出，增加卸压瓦斯开发量，不仅获得到年1300多万元的经济效益，而且环境效益和安全效益也特别显著，能够在技术与安全上确保24采区其它后续保护层工作面开采的顺利实施，缩短其工作面准备时间，大幅缓解采掘紧张关系，具有投资风险小、综合效益高的特点，特别有利于矿井中长期的发展。

据悉，该矿开采2421保护层工作面过程中还与中国矿业大学合作研究运用切顶卸压沿空成巷无煤柱开采关键技术原理，进行了沿空成巷设计，研究了成巷工艺，实现机巷沿空切顶留巷，用理论研究成果所确定的切顶卸压沿空成巷技术原理及各项关键技术，实现了保护层综采面开采高产高效、无煤柱开采，从根本上消除因保护层开采留设煤柱所带来的被保护层煤与瓦斯突出、煤柱自然发火、应力集中引起的下覆巷道难维护等技术难题，为全面提高保护层开采，消除突出效果奠定了基础。

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