矿井局部高瓦斯区域治理措施研究

刘建 闫涛

摘要：针对该矿矿层赋存条件和瓦斯涌出特点，在矿层瓦斯基础参数测定的基础上，研究矿层的瓦斯赋存规律、涌出特点和瓦斯综合治理技术，对防止矿层采掘过程中瓦斯超限、矿井与瓦斯突出等具有重要的现实意义。

关键词：矿井;局部高瓦斯;区域治理

前言

低透气性高瓦斯突出矿层瓦斯防治是制约矿井安全高效生产的主要难点之一，目前国内外传统的瓦斯防治措施主要采用瓦斯钻孔自然排放、钻孔预抽矿层瓦斯及一些辅助措施，对减少矿层瓦斯涌出和防止矿井与瓦斯突出具有一定的作用，但不能从根本上保证矿井的安全生产。

1高瓦斯矿井掘进工作面瓦斯防治体系应用

以某运输巷为例,对掘进工作面瓦斯防治技术体系进行分析,同时对该矿掘进工作面瓦斯防治体系的应用效果进行验证。

1.1运输巷瓦斯防治技术方案

1.1.1区域瓦斯压力测定

首先在运输巷揭矿前,在8号矿层回风下山向揭矿方向未受扰动的矿层区域施工测压钻孔,每组测压钻孔开孔间距为5m,终孔间距为30m;测压钻孔孔长均为120m,封孔长度为50m。根据测定结果掌握区域范围内的瓦斯情况。当瓦斯压力PP<0.74MPaa时,可直接在测定区域开展采掘作业。当瓦斯压力P≥0.74MPa,可以认定测定区域存在发生瓦斯事故的危险,此时应对该区瓦斯等级鉴定结果表明:该矿掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量4.63m3/min。

1.1.2高瓦斯矿井掘进工作面瓦斯防治体系

依照《防治矿井与瓦斯突出细则》,突出矿层掘进工作面必须遵循两个“四位一体”综合防突措施,方可展开巷道掘进作业。高瓦斯矿井掘进工作面不同于突出矿井掘进工作面。基于突出矿层掘进期间瓦斯管理措施及《矿井瓦斯抽采工程设计标准》等相关要求,构建高瓦斯矿井掘进工作面瓦斯防治体系。域采取瓦斯防治措施后,消除区域危险后,方可开展采掘作业。

2区域瓦斯防治措施

当测定瓦斯压力P≥0.74MPa时,对掘进工作面前方区域采取预抽措施。区域瓦斯防治措施抽采钻孔布置如图4所示。抽采钻孔沿8201运输巷开口位置自西向东进行施工,抽采钻孔开孔间距为1m,终孔间距为10m。钻孔整体呈半扇形布置,钻孔沿施工方向的覆盖范围不小于100m,沿倾向方向外错范围不小于30m。钻孔的抽采时间为100d,抽采结束后,再次进行瓦斯压力测定,当瓦斯压力P≥0.74MPa,继续延长预抽时间50d,矿方可根据测定结果决定是否采取补打定向钻孔的措施;直至瓦斯压力P<0.74MPa,方可开展采掘作业。

3掘进工作面危险性预测

开展采掘作业时,首先在该矿掘进工作面迎头处采用定点取芯采集矿样,测定矿层瓦斯含量。掘进工作面迎头处分别布置3个检验测试点,钻孔方位分别为-15°、0°、15°,钻孔取样深度依次为30m、70m和50m。同时采用监测监控手段,测定掘进工作面施工期间的绝对瓦斯涌出量。1)若3个测点矿层瓦斯含量均小于8m3/t,可视为掘进工作面前方70m范围内无突发瓦斯事故的危险;同时测定掘进工作面的绝对瓦斯涌出量,当掘进工作面的绝对瓦斯涌出量小于3m3/min,允许掘进工作面在保留20m超前距离基础上,向前掘进50m。2)若3个测点中任意测点瓦斯含量大于等于8m3/t,该掘进工作面必须采取工作面局部抽采措施,并对局部抽采措施的抽采效果进行验证,直至掘进工作面的局部危险性消除后,方可允许掘进工作面在保留20m超前距基础上,施工巷道50m。3)若3个测点矿层瓦斯含量均小于8m3/t,然而掘进工作面的绝对瓦斯涌出量大于等于3m3/min,则需对掘进工作面两帮采取瓦斯抽采措施,方可允许掘进工作面在保留20m超前距基础上,施工巷道50m,且抽采钻孔沿巷道两帮无抽采盲区,抽采钻孔间距不得大于2倍抽采半径。

4掘进工作面抽采措施

依据该矿掘进工作面危险性预测结果:当矿层瓦斯含量W残≥8m3/t或掘进工作面绝对瓦斯涌出量不小于3m3/min时,应当采取局部抽采措施。掘进工作面采用顺层条带钻孔作为掘进期间局部抽采措施。采用顺层条带钻孔呈扇形均匀布置,共布置16个抽采钻孔,开孔间距为0.5m,分上下两排布置。下排孔距巷道底板1.2m,上排孔距巷道底板1.7m。钻孔超前预抽范围为100m,外错距离为15m。抽采钻孔直径为113mm,抽采周期为60d;抽采周期结束后,对掘进工作面的抽采效果进行验证。

5掘进工作面抽采效果验证

在该矿井掘进工作面采取局部抽采措施后,需测定矿层残余瓦斯含量,对掘进工作面的抽采效果进行验证。在矿巷条带预抽瓦斯区域布置3个瓦斯含量测试点,采用定点取芯法采集矿样,测定矿层残余瓦斯含量。1号检测点取样深度为30m,取样位置与掘进工作面施工方向呈偏左15°;2号检测点取样深度为45m,取样位置位于掘进工作面施工方向正前方;3号检测点取样深度为30m,取样位置与掘进工作面施工方向呈偏右15°。若掘进工作面检验测试孔测得的矿层残余瓦斯含量均小于8m3/t,表明局部抽采措施已消除掘进工作面突发瓦斯事故的危险性,此时允许掘进工作面在保留20m超前距基础上,向前掘进50m。若掘进工作面任一检验测试孔测得的矿层残余瓦斯含量大于等于8m3/t,则表明局部抽采措施效果无效,则需增加钻孔抽采强度,同时延长抽采时间;直至残余瓦斯含量W残<8m3>后,方可允许施工。掘进工作面施工期间必须进行效果验证,掘进工作面每推进25m,进行一次效果验证,验证方法采用矿钻屑指标法。在掘进工作面迎头施工3个验证孔,一个钻孔位于巷道工作面中部,并平行于巷道施工方向;其他两个钻孔靠近巷道两帮0.5m处开孔,终孔于巷道轮廓线外的2~4m,钻孔孔径42mm,垂直工作面钻孔孔深8~10m,控制范围到巷道断面外2~4m。钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S,每钻进2m至少测定一次钻屑瓦斯解吸指标Δh2值。若实测得到的S、Δh2的所有测定值均小于临界值,则认为掘进工作面没有突发瓦斯事故的危险,此时可继续完成50m施工工作;若实测得到的S、Δh2的所有测定值超出临界指标,则停止施工,应当根据实际情况,采取工作面局部治理措施。

结束语

瓦斯抽采技术施工简单，技术可行，实施过程安全可靠，抽采效果很显著，为矿井瓦斯治理工作提供了新方法，为矿井安全生产奠定了基础。

参考文献:

［1］李尧，杜刚．含瓦斯抽放钻孔沿空掘巷窄矿柱合理宽度研究［J］．采矿与岩层控制工程学报，2020，2(1):013007．

［2］关建刚．浅谈矿与瓦斯突出矿井“U”型通风系统采矿工作面上隅角瓦斯管理［J］．采矿科技，2020，41(1):76-78．