鹤壁十一矿煤与瓦斯防突措施论证

一、煤层瓦斯赋存及抽采瓦斯可行性

（一）矿井瓦斯赋存情况

井田内二1煤层埋深664.13m～1201.19m，瓦斯含量9.65～33.46mL／g·r。按煤与瓦斯突出矿井设计二1煤单个综采工作面相对瓦斯涌出量平均为22.47m3／t，绝对瓦斯涌出量平均为39.01m3／min。二1煤层单个掘进工作面绝对瓦斯涌出量为6.37m3／min。采区相对瓦斯涌出量平均为35.52m3／t，绝对瓦斯涌出量平均62.10m3／min。矿井相对涌出量平均为39.02m3／t，则绝对瓦斯涌出量为149.03m3／min。

（二）抽采瓦斯的可行性

煤层瓦斯抽采的可行性取决于煤层的透气性，其评价指标有两个：煤层的透气性系数（λ）和钻孔瓦斯流量衰减系数（α），开采层　预抽瓦斯可行性评价标准见表4－11。

表4－11　本煤层预抽瓦斯难易程度分类表

本矿井处于基建阶段，目前尚无煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等实测资料，抽放瓦斯难易程度尚不好确定。参考距离较近的鹤壁九矿、四矿、红岭煤矿、大众煤矿参数指标和抽采效果，本矿井应属可以抽采类型，瓦斯抽采是可行的如表4－12。

结合矿井二1煤层的实际情况，同时考虑开采过程中采空区的涌出等因素，十一矿项目需建立瓦斯抽采系统。

表4－12　邻近矿井瓦斯抽采参数

续表

二、瓦斯抽采方法

（一）保护层开采可行性分析

（二）底板瓦斯抽采巷预抽

本矿井掘进二1煤层巷道时，其消突方法应在考察实际效果　的基础上择优选择，在目前没有实际参数的情况下，结合本矿井煤层赋存、瓦斯和巷道布置特点，设计考虑布置两条底板瓦斯抽采巷，在底板瓦斯抽采巷钻场中施工穿层钻孔，对煤巷掘进条带和区段进行预抽。两条底板抽采巷均布置在回采工作面顺槽下部距煤层法距15～20m煤层底板中，其中轨道岩石集中巷距离轨道顺槽平距外错30m，胶带岩石集中巷距离胶带顺槽平距内错30m，掩护顺槽煤巷掘进。底板瓦斯抽放巷及穿层钻孔布置详见图4－19。

（三）掘进工作面边掘边抽

采用底板岩巷进行预抽消除顺槽区域突出危险后，在煤巷掘进过程中，在迎头施工钻孔进行边掘边抽。钻孔控制巷道迎头前方至少15m，并保证巷道轮廓线外8m以上。抽采钻孔布置见图4－20。

（四）工作面顺层钻孔抽采

对于二1煤层工作面，在进行回采前采用顺层钻孔进行预抽，即待采煤工作面顺槽掘出以后，在上下顺槽中施工本煤层顺层钻孔（交叉钻孔）进行大面积预抽，进行区域消突。本煤层顺层钻孔预抽钻孔布置见图4－21。

（五）高位钻孔抽采及采空区抽采

图4－19　底板瓦斯抽放巷预抽钻孔布置示意图

图4－20　掘进工作面迎头钻孔布置示意图

利用低负压瓦斯抽采系统抽放采空区瓦斯，可采用全封闭采空区和半封闭采空区进行抽放。对于生产工作面的采空区，可以采用高位钻孔采空区埋管进行抽放，工作面回采过程中上隅角瓦斯涌出量较大，因此在采煤工作面上顺槽每隔60～80m布置钻场，在钻场中施工顶板走向高位钻孔，用于工作面开采期间抽放工作面上隅角裂隙带的卸压瓦斯，高位钻孔布置见图4－22。在上顺槽埋管抽采采空区瓦斯，抽采方法示意图，见图4－23。对已采完封闭的采空区（全封闭采空区），采用密闭法抽采采空区瓦斯，抽采方法示意图见图4－24。

三、瓦斯抽放时间

由于矿井没有百米钻孔瓦斯流量等有关数据，根据相邻的鹤煤九矿和四矿百米钻孔瓦斯自然涌出为0.01～0.02m3／min的测定结果，参考鹤壁矿区其它矿井百米钻孔初始瓦斯涌出强度为0.1～0.5m3／min.100m，估算本矿井百米钻孔初始瓦斯涌出强度为0.11m3／min.100m。

图4－21　本煤层顺层钻孔布置示意图

图4－22　高位钻孔瓦斯抽放钻孔布置示意图

表4－13　不同排放时间内百米钻孔排放瓦斯总量

由表4－13中可以看出，当排放时间为120天时，排放总量已经达到极限排放量的91.6%。排放时间为150天时，排放总量已经达到极限排放量的95.4%，尽管再延长排放时间，抽放总量仍会增加，但增量不大，而且矿井的采掘接续来看，也是不现实的。考虑到我国开采层预抽瓦斯目前的实际水平，本着尽量减小钻孔工程量又要保证抽放效果的原则，设计钻孔预抽时间为180天（即6个月）。

图4－23　采空区埋管抽放示意图

图4－24　采空区全封闭抽放示意图

四、瓦斯抽放效果

（一）回采工作面抽采率、抽放量计算

根据矿井瓦斯涌出量预测，回采工作面瓦斯涌出量为39.01 m3／min，占矿井瓦斯涌出量的52.4%左右，工作面采用穿层钻孔及顺层钻孔相结合抽放方法，参照抽采率的取值要求，穿层钻孔预抽抽放率取25%，顺层钻孔抽放率取30%，则开采层工作面瓦斯抽采率设计按55%考虑，则两个综采面开采层工作面瓦斯抽采量为39.01m3／min×0.55×2＝42.91 m3／min。

综上所述并考虑回采工作面配风，设计回采工作面瓦斯抽放率定为55%，根据回采工作面瓦斯抽放率，回采工作面瓦斯抽放量为12.36m3／t，通风所稀释瓦斯量10.37m3／t（即采用风排），可达到《煤矿瓦斯抽采指标》（AQ1026－2006）中的规定的采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量应达到的指标。

（二）掘进工作面抽采率、抽放量计算

根据矿井瓦斯涌出预测，4个掘进工作面瓦斯涌出量为25.48 m3／min，占矿井瓦斯涌出量的18%左右，掘进工作面采用穿层钻孔及边抽边掘相结合抽放方法，穿层钻孔抽放率取25%，边掘边抽放率取30%，则掘进工作面瓦斯抽采率设计按55%考虑，则4个煤巷掘进工作面瓦斯抽采量为6.37m3／min×0.55×4＝14.01 m3／min。

（三）采空区瓦斯抽采率、抽放量计算

根据矿井瓦斯涌出量预测，采空区瓦斯涌出量为45.53m3／min，占矿井瓦斯涌出量的30%左右，采用全封闭和半封闭埋管及高位钻孔进行抽放，采空区瓦斯抽采率设计按40%考虑，则采空区瓦斯抽采量为45.53m3／min×0.4＝18.21 m3／min。

（四）矿井抽放量及抽放率

矿井瓦斯抽采量为上述开采层、掘进头和采空区抽采量预计之和，即矿井瓦斯抽采量为

42.91＋14.01＋18.21＝75.13 m3／min。

全矿井瓦斯抽放率约为50%。

五、瓦斯抽采钻孔、钻场及抽采巷布置

（一）抽采巷道布置

两条底板抽采巷均布置在回采工作面顺槽下部距煤层法距15～20m煤层底板中，其中轨道岩石集中巷距离轨道顺槽平距外错30m，胶带岩石集中巷距离胶带顺槽平距内错30m，掩护顺槽煤巷掘进。

（二）钻场布置

底板抽采巷中钻场布置：在底板抽采巷中巷内每隔20m施工钻场，钻场规格为3.0×2.0×3.0，采用锚网喷支护。

高位钻孔钻场布置：工作面回采过程中，在回风巷顶板施工每隔60～80m施工3.0×2.0×3.0的钻场，布置高位钻孔，抽采上隅角瓦斯。

（三）钻孔布置(www.xing528.com)

穿层钻孔布置：在底板瓦斯抽采巷钻场内向上部二1煤层布置扇形钻孔，控制顺槽轮廓线外至少15m，穿层钻孔孔底间距5～8m，钻孔沿煤层呈单排布置，每排布置6个钻孔，钻孔倾角25°～30°，钻孔斜长约15～80m，孔底以穿透开采煤层进入顶板0.5m为准，钻孔直径Φ94～113m。则投产时需施工419560m穿层钻孔。

掘进头迎头钻孔布置：顺槽掘进过程中，需施工迎头钻孔进行抽采，钻孔孔底间距3m，钻孔直径Φ94～113mm，控制巷道轮廓线为8m、前方至少15m以上，并保证2m的超前距，则需迎头钻孔工程量为86400m。

六、抽采管路及设备

在中央风井井筒内布置四趟Φ630的瓦斯抽放管路，其中两趟高负压抽放管，两趟低负压抽放管。

地面固定瓦斯抽采泵站（高负压抽采系统）选用2BEC62型水环式真空泵3台，2台工作，1台备用。功率450KW，电压10KV，采用减速器传动，真空泵转速320r／min，单台泵抽气量360 m3／min，最低吸入绝压16kPa；地面固定瓦斯抽采泵站（低负压抽采系统）亦选用2BEC62型水环式真空泵3台，2台工作，1台备用，采用减速器传动，真空泵转速320r／min，最低吸入绝压16 kPa，单台泵抽气量250 m3／min。功率450kW，电压10kV。

七、防突措施

（一）区域综合防突措施

矿井采用底板岩巷预抽煤巷条带瓦斯和回采段煤层瓦斯及顺层钻孔预抽回采区段瓦斯相结合方法，先施工底板巷，然后施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯和回采区段煤层瓦斯，待煤巷条带区域经区域措施效果检验无突出危险时，掘进煤巷并进行验证。煤巷施工完毕后，施工顺层钻孔，抽采工作面及开切眼区域瓦斯，采用的瓦斯抽采方法详见瓦斯抽采方法章节。若没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3／t以下和降低煤层瓦斯压力至0.74Mpa（表压）以下，可以达到消突的效果。

（二）局部综合防突措施

煤巷掘进工作面局部综合防突措施采用超前钻孔方式，回采工作面采用煤层注水、排放钻孔、浅孔抽采等局部综合防突措施。

（三）安全防护措施

设置采区避难所、压风自救系统、反向风门、防突挡栏、远距离爆破防护安全措施等。

（四）水力强化增透措施

针对本矿井煤层特点，采用常规水力压裂增透、吞吐压裂增透、水力压冲增透等措施，增加煤层透气性，提高瓦斯抽采率，达到消突效果。

八、石门（井筒）揭煤措施

由于大巷布置在煤层底板砂岩中，矿井建设期间三个井筒均需揭穿二1煤层，井底煤仓、南北两翼上仓斜巷、南翼三条大巷、工作面瓦斯抽放巷与顺槽的联络斜巷也需揭穿二1煤层。

（一）距煤层法距10m

距煤层法距10m处，施工不少于3个有效探煤孔，准确探明煤层赋存和地质构造情况，同时可以利用3个探煤孔定煤层瓦斯含量（瓦斯压力）。

探煤孔布置

当巷道（井筒）掘进到距煤层顶（底）板法距10m处时，停止施工，分别在巷道（井筒）中打不少于3个探煤孔，探煤孔一次穿透煤层进入底板0.5m，石门揭煤探煤孔布置在石门顶（底）部及两侧，井筒揭煤探煤孔位于井筒最外侧，控制到井筒轮廓线外8m处。

根据煤体瓦斯含量或瓦斯压力进行煤层区域突出危险性预测，若瓦斯含量小于8m3／t或瓦斯压力小于0.74Mpa，则煤层为无突出危险性，必须在距离煤层法线7m时采取防治煤与瓦斯突出区域措施。

从工作面距煤层法线距离10m开始，必须边探边掘，探煤孔前距不得小于5m。探孔数量根据实际情况确定，但不得少于3个。应准确探测出突出煤层层位，保证与煤层的最小法线距离不小于7m。

（二）距煤层法距7m

预测具有突出危险的煤层，在距煤层法距7m时，必须采取防治煤与瓦斯突出区域措施。

揭煤钻孔的最小控制范围为揭煤处巷道轮廓线外12m，同时还应当保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m，钻孔直径选择Φ＝89mm，穿层钻孔开孔间距40cm×40cm左右，孔底间距300cm×300cm，钻孔孔底要求进入煤层底板1m左右，利用抽放系统抽放。

采用钻屑瓦斯解吸指标对穿层钻孔预抽石门（井筒）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验，如果所有实测的指标值均小于临界值则为无突出危险区；否则，即为突出危险区，预抽防突措施无效。

（三）距离煤层法距5m

在距突出煤层最小法线距离5m，由于工作面向煤层的至少打3个钻孔，在钻孔钻进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排出的粒径1～3mm的煤钻屑，测定其瓦斯解吸指标K1或△h2。

如果所有实测的指标值均小于临界值，并未发现其他异常情况，则该工作面为无突出危险工作面；否则，为突出危险工作面。

当区域验证或工作面预测为突出危险工作面时，必须采取工作面防突措施。工作面防突措施采区预抽瓦斯或排放钻孔防突措施。钻孔直径75mm（或89mm），控制石门（井筒）两侧和上部轮廓线外至少5m，下部至少3m的范围，钻孔孔底间距2m。揭煤工作面施工的钻孔穿透煤层全厚。

石门（井筒）揭煤工作面防突措施效果检验。

（四）距煤层法线距1.5m

石门（井筒）揭煤工作面在经工作面措施效果检验为无突出危险工作，可掘进至远距离爆破揭穿煤层前的工作面位置，在掘进期间必须采用物探或钻探手段边探边掘，保证工作面到煤层的最小法向距离不小于远距离爆破揭开突出煤层前要求的最小距离，然后再采用工作面预测的方法进行最后的验证。若经验证仍为无突出危险工作面时，则在采取安全防护措施的条件下采用远距离爆破揭穿煤层；否则，必须采取或补充工作面防突措施。

（五）揭煤工期

井筒为5个月，石门3个月。