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1、“高突”矿井放顶煤开采工程实践时间：2006-3-31 15:17:46 来源：煤炭网 摘要：本文全面分析总结了鹤壁煤业集团公司煤与瓦斯突出矿井放顶煤开采所采取的消突措施和实施效果。通过几年的工程实践，鹤壁业集团公司在突出矿井 64 个工作面成功地实施了放顶煤开采，回采期间工作面没有发生煤与瓦斯突出，单产和经济效益得到大幅度提高，并保证了安全生产。关键词：高突矿井 放顶煤 工程实践1、鹤煤集团应用放顶煤的基本情况：鹤壁煤业(集团)有限责任公司是原鹤壁矿务局改制而成的国家大型企业集团公司，现有生产矿井 8 对，北部四对矿井为高瓦斯矿井，南部四对矿井为煤与瓦斯突出矿井。主采煤层二 1 煤，煤厚 1
2、.89-12.26m、平均 8m，煤层下部含有 0.2-0.6m 的夹矸，煤的硬度系数 f=0.44-2，煤层上部煤体较硬，下部较软。矿区内断层比较发育，矿界、采区边界大部分以断层为界，各矿井型都比较小，采区和工作面尺寸也比较小，建局以来各矿多采用走向长壁倾斜分层全部垮落采煤法，回采工艺大部分为炮采。过去采用分层开采时，万吨掘进率比较高，工作面搬家频繁，接替十分紧张，工作面单产和总产量都比较低，工效低成本高，经济效益较差，1995 年我们综采的平均单产只有 2.98 万吨/月，炮采平均单产只有 1.53 万吨/月，全局煤炭产量为 554 万吨/年。随着市场经济向纵深发展，市场竞争越来越激烈，如
3、何在激烈的竞争中站稳脚跟并不断发展壮大，是摆在每个煤矿企业面前的现实问题。为摆脱困境，走效益型企业发展的路子，探索适合我们具体开采条件的放顶煤工艺，成立了以局长为组长的放煤攻关小组，先后到郑州、山东，内蒙古等兄弟单位进行调研和参观学习，获得了大量的技术资料，增强了搞放顶煤的信心和决心，结合我们二 1 煤上硬下软，节理裂隙不发育、瓦斯含量高，煤质分布不均匀、地质条件复杂的情况，制定了我局放顶煤的发展思路和主攻技术难点。发展思路是：巩固提高综放，大力推广炮放；先网下放，后全层放；先炮采放，后机采放。主攻技术难点是：采面支护、放煤工艺、瓦斯与煤尘综合治理、提高煤质和回收率、自然发火的防治等。我们先后
4、进行了炮采网下放顶煤、炮采全层放顶煤、网下综采放顶煤、全层综采放顶煤、仰斜及俯斜综采放顶煤、轻型支架综采放顶煤、大倾角轻型支架综采放顶煤、大倾角炮采放顶煤等不同条件下的试验研究和推广应用。自 1996 年试验放顶煤开采技术以来，截止到 2004 年底，全公司共有 136 个工作面实施了放顶煤开采，放顶煤产量累计完成 3421.7 万吨，其中五、六、八、十矿四个突出矿井共有 64 个工作面实施了放顶煤开采，生产过程中工作面没有发生煤与瓦斯突出事故，工作面平均单产和煤炭产量得到了大幅度提高，2004 年综放平均单产为 4.74 万吨/月，正规炮放工作面平均单产为 2.9 万吨/月，分别比 95 年
5、提高了 59.1%和 89.5%，煤炭产量达到了 724.12 万吨，比 1995 年提高了 30.70%，经济效益和人均收入也得到了大幅度提高。2、突出矿井放顶煤开采采取的主要措施：2.1、掘进期间采取的消突措施：根据各矿的具体条件，在掘进期间采取一种或多种局部消突措施，概括起来主要有以下几种：（1）、释放钻孔释放瓦斯。首先进行预测预报，当预测指标（一般为 q 和h2）超限时，在掘进工作面煤壁布置 25-30 个钻孔释放瓦斯，钻孔直径 42mm，深 10-15m。钻孔切割煤体，使煤体产生卸压，吸附瓦斯解吸，游离瓦斯沿钻孔流动释放，煤体内瓦斯压力下降，同时，工作面前方集中应力向深部推移，远离工
6、作面。释放瓦斯后进行效果检验，只有在预测指标不超限的情况下才能向前掘进，但必须保证留有不小于 5m 的钻孔超前距。（2）、高压水力挤出。利用高压水压入工作面前方煤体，高压水沿钻孔轴向和径向渗透到煤的裂隙和大孔中，在高压水作用下，使煤体原有裂隙、孔隙扩张、延伸并沟通，煤体产生卸压，吸附瓦斯解吸，游离瓦斯沿相互沟通的孔隙和裂隙流动；高压水的作用，除了对煤体产生上述疏松作用外，还对煤壁至封孔段煤体产生微小挤出作用，使煤壁发生少量位移或片帮，从而使煤体内瓦斯潜能向巷道逃逸，煤体卸压、弹性潜能释放，瓦斯得到放散，煤体内瓦斯压力下降，同时，工作面前方集中应力向深部推移，远离工作面。（3）、卸压槽卸压。在工
7、作面中部垂直煤壁打 2-3 排密集平行钻孔，钻孔打成后，孔与孔和排与排之间的小煤柱被压碎，失去支撑作用，相当于将工作面前方煤体横向拦腰切割一道槽（卸压槽），卸压槽上方和下方煤体失去联系，上下受压产生弯曲变形，从而使槽上下方煤体得到卸压，煤体卸压后裂隙增多并连通，煤体内积聚的弹性能得到释放，集中应力向深部推移，同时，煤体内吸附瓦斯和游离瓦斯得到解吸和放散。（4）、瓦斯予抽。在煤层底板岩石集中巷布置钻场，向要掘进煤巷的位置打穿层钻孔，在岩中巷每 10 米布置一个钻场，每个钻场布置 3 个钻孔，钻孔控制到下顺掘进巷道位置内,钻孔终孔间距控制为 3.3 米。予抽煤层瓦斯，通过瓦斯予抽，降低煤层瓦斯压力
8、和含量，消除煤巷掘进时的煤与瓦斯突出。（5）、挂耳巷抽放瓦斯。在巷道两帮布置钻场，向巷道前方打一组深 50-80m 钻孔，封闭钻孔进行瓦斯抽放，一般抽放 7-10 天后再掘进。2.2、工作面生产期间采取的消突措施：（1）、予抽工作面煤层瓦斯。在工作面回风巷和运输巷布置密集钻孔或交叉钻孔，提前对工作面进行本煤层瓦斯予抽，规定予抽期不得少于 9 个月，予抽率不得低于 30%，否则工作面不得投产。（2）、边采边抽。规定原来进行本煤层予抽的钻孔不得提前甩掉，利用超前支撑压力对工作面前方煤体的作用而产生大量的裂隙对煤层瓦斯继续实施抽放，降低工作面前方煤体的瓦斯压力和含量。（3）、工作面煤壁浅孔（孔深 5
9、8m）高压注水。在工作面煤壁沿倾斜方向每隔 3m 打一组（2个孔）注水钻孔，孔深 5-8m，上孔倾斜向上，开口位置距煤层底板 1.8m，与水平夹角 450，下孔距煤层底板 1m，垂直工作面煤壁，注水利用工作面乳化液泵，注水压力 12-15Mpa。（4）、工作面每采一趟煤进行一次防突参数的测定，参数超标时，进行高压注水或打释放钻孔，只有指标不超的情况下方准继续向前推采。3、消突效果考察：下面以六、八、十矿三个典型工作面为例，来考察突出矿井放顶煤工作面采取的消突措施的有效性。3.1、工作面基本情况及抽放钻孔布置情况：（1）、六矿 2814 工作面：2814 工作面位于六矿北翼 28 采区，西部为东
10、风井保护煤柱，北部为未采区，东部为 6F2 断层煤柱，南部为未开拓区，工作面位于一平缓向斜构造之中，工作面走向长 338m，倾斜长 140m，煤层倾角 815，煤层平均厚度 7.18m，储量 47.6 万吨，工作面煤层瓦斯含量 17.98m3/t，煤层透气性系数为 0.018m2/atm.d，属较难抽放煤层。该工作面共布置抽放钻孔 196 个，钻孔总进尺为 7316m，共抽出瓦斯 99.758 万 m3，瓦斯予抽率为 31.99%。重庆分院的评价结论是：“在工作面第一阶段评价均匀布孔范围（不包括煤层变薄区域）区域内煤层已达到基本消除煤与瓦斯突出危险”。工作面于 2003 年 10 月 29 日
11、投产，生产过程中按照要求，每推采一排对防突参数 q 值进行测定，q 值最大为 3.9 L/min，工作面瓦斯绝对涌出量为 8.4 m3/min ，回风瓦斯浓度一般在 0.8%以下。没有发生煤与瓦斯突出事故和其他事故。(2)、八矿 3002 工作面：3002 工作面位于矿井中部，上部为 2206 工作面采空区，下部为未开拓区，南部为未开拓区，北部为未开拓区，工作面位于一平缓向钭构造之中，工作面走向长 620m，倾斜长 138m，煤层倾角 2528，煤层厚 7.88.2m，平均 8m，地质储量为 95.83 万吨，工作面瓦斯含量 16m3/t，煤层透气性系数为 0.018m2/at2m.d，属较难
12、抽放煤层。该工作面抽放钻孔从 2003 年 7 月开始施工，每个钻孔施工完成后，采用聚胺脂和水泥砂浆进行封孔长度 6m，随即带抽，工作面共布置抽放钻孔 527 个，钻孔总进尺累计 34618.6m，截止到 2004 年 12 月 31 日，工作面累计抽出瓦斯 167.66 万 m3，工作面予抽率为 31.27%。生产期间对防突参数 q 值和h2 进行了测试，q值最大为 3.6 L/min，h2 最大为 22 mmH2O，均没有超过规定指标，生产过程中没有发生过动力现象和煤与瓦斯突出。2005 年 2 月份 3002 工作面效检参数情况表（3）、十矿 1113 工作面：1113 工作面位于 11
13、 采区南翼，东部以-575m 煤层底板等高线为界，与-575 副巷相邻，西部以-510m 煤层底板等高线为界，与 1111 工作面相邻（未开拓），南部以中间回风上山保护煤柱为界，北部以 1113 工作面设计停采线为界，工作面走向长 240m，倾斜长 110m，倾角 2940，平均 36，煤层平均厚度 7.45m，工作面储量 27.5 万吨。工作面煤层瓦斯含量 13.96m3/t。该工作面共布置抽放钻孔 734 个，钻孔总进尺 26940m。自 2002 年 3 月开始抽放至 2003 年 10 月22 日，共抽出瓦斯 82.7 万 m3，抽出率 32.01%。重庆分院的评价是：“该区域从整体上
14、说已达到基本消除煤与瓦斯突出危险，但由于分别在下顺槽二横川处，下顺槽停采线等地点存在着空白带，可能局部防突效果较差，应立即在上述地点补打顺层钻孔并进行强化瓦斯抽放”。工作面已于 2004 年 7 月 13 日安全结束，从生产期间防突参数测定结果来看，q 值最大为3.8 L/min ，h2 最大为 28 mmH2O，均不超过规定的防突指标，生产过程中没有发生过煤与瓦斯突出。3.2、工作面生产期间防突参数检测情况：六矿 2814 工作面预测预报情况表生产时间 预测次 数 选用指标(L/min)临界指标 参数最大值 备注2003.11 18 q q4.5L/min 3.8 2003.12 22 q
15、q4.5L/min 3.9 2004.1 24 q q4.5L/min 3.7 2004.2 20 q q4.5L/min 3.6 2004.3 16 q q4.5L/min 3.8预测时,根据工作面华侨长度布置预测孔,一般为 9 个, 本表选用指标均为最大值。2004.4 15 q q4.5L/min 3.84 2004.5 18 q q4.5L/min 3.68 2004.6 16 q q4.5L/min 3.62004.7 18 q q4.5L/min 3.812004.8 24 q q4.5L/min 3.902004.9 23 q q4.5L/min 3.87 2004.10 19
16、q q4.5L/min 3.8 2004.11 28 q q4.5L/min 3.392004.12 20 q q4.5L/min 3.6 2005.1 17 q q4.5L/min 3.842005.2 23 q q4.5L/min 3.8 八矿 3002 工作面效检参数情况表时间项目 q（L/min） h2(mmH2O) 备注2 月 1 日 3.5 222 月 2 日 2.6 20 2 月 3 日 3.4 222 月 4 日 3.4 222 月 5 日 3.3 202 月 12 日 3.3 222 月 13 日 3.3 202 月 14 日 3.5 182 月 15 日 3.6 18 2 月 16 日 3.6 202 月 17 日 3.0 181、工作面效检时，从上到下，测12 个孔，效检孔深 3.5 米，现取每次效检参数最大值。 2、2 月 6 日11 日春节放假。指标：q=4h2=302 月 18 日 3.4
