新义煤矿瓦斯综合治理技术概述

HYPERLINK新义煤矿瓦斯综合治理技术杨绪波（新义煤业有限公司）摘要：新义矿可采煤层为二1煤，该煤层松软破碎、透气性差，属全层构造软煤，具有突出危险性。煤与瓦斯突出和瓦斯超限问题严重制约着矿井安全生产。瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出的主要方法，新义矿根据先区域后局部的原则，采取了水力冲孔，水力压裂等一系列瓦斯综合治理措施，保证了矿井安全生产。关键词：瓦斯抽采；水力冲孔；水力压裂；瓦斯综合治理；0前言新义矿为煤与瓦斯突出矿井，可采煤层为二1煤层。由于煤层松软破碎，埋深较大，透气性差，煤厚变化较大，煤层结构破坏严重，矿山压力显现明显，给矿井安全生产带来严重阻碍，且在掘进和回采过程中时常出现瓦斯超限事故。为了扭转防突和瓦斯治理的不利局面，变被动防治为主动治理，新义矿不断吸取国内外先进的技术和管理经验，并探索研究适合自己的瓦斯综合治理技术和管理方法。结合自己实际情况，通过四年的长期努力，在瓦斯综合治理方面取得了显著成效。1矿井概况新义煤矿井田位于新安县正村乡境内(新安煤田正村普查区西部),井田长约10.50km，宽约3.79～4.52km，面积43.44km2。矿井设计年生产能力120万吨，可采年限67.1年，采用立井开拓方式，开采深度在550m～950m，矿井为中央并列式通风，主副井进风，风井回风。新义煤矿为煤与瓦斯突出矿井，其二1煤煤体破坏类型主要为Ⅲ类和Ⅳ类，局部达到Ⅴ类，总体为Ⅲ～Ⅴ类。构造软煤普遍发育，二1煤层煤体坚固性系数f值在0.22～0.65之间，平均为0.35，瓦斯放散初速度ΔP数值值域在15.0～28.0之间。二1煤瓦斯压力为0.30～1.40Mpa，瓦斯含量在8.38～12.84m3/t之间。2瓦斯抽采系统现状：2.1抽放管路建立了地面、井下采区瓦斯抽放系统对煤层瓦斯进行抽放，抽放系统主管路长度3981米，主管路净直径500mm；支管净直径355mm。2.2抽放泵地面抽放泵站共安装抽放泵3台，其中2BEC-67型水封式真空泵一台、2BEC-42型水封式真空泵两台；抽放时一台工作，一台备用，一台检修。井下东、西区移动抽放泵站各安装2BEC-42型水封式真空泵2台，抽放时一台工作，一台备用。2.3抽放系统监测抽放系统采用自动监测和人工监测相结合，可全天24小时监测抽放参数。3防突设备为了保证瓦斯综合治理效果，新义矿购置了以下防突设备：设备名称型号数量设备名称型号数量瓦斯压力测定仪M-22台BRW125注水泵BRW1252钻孔多级流量计ZLD6台KBD5电磁辐射仪KBD52手持式气动钻机ZQS/20/0.8/1412台重庆ZY-300钻机ZY-3003瓦斯突出参数仪WTC4台杭钻SGZ-ⅢA300A型钻机SGZ-ⅢA300B2突出危险预报仪TWY4台杭钻SGZ-ⅢA300B型钻机SGZ-ⅢA300B1煤钻屑瓦斯测定仪MD-26台杭钻SGZL-ID150型钻机SGZL-ID1504瓦斯放散初速度测定仪WT-I2台西安ZDY3200型钻机ZDY32001瓦斯管道测定仪WGC3台西安ZDY1900型钻机ZDY190012BEC67地面抽放泵2BEC672QZ-100B/J潜孔钻机QZ-100B/J22BEC42地面抽放泵2BEC421CMSI-6200型煤矿用坑道钻机CMSI-620012BEC42井下抽放泵2BEC424重庆ZY-150钻机ZY-1501BRW400注水泵BRW40034瓦斯综合治理技术针对二1煤层松软、透气性差、瓦斯抽采难度大的问题，通过不断学习和探索，新义矿除了采取常用的瓦斯抽采方法外，还尝试用顶底板岩巷穿层条带抽放配合水力压裂增透、高压水射流卸煤卸压等技术，提高煤层透气性、提高瓦斯抽放浓度和抽采率，得了较好的防突效果。4.1区域瓦斯综合治理技术根据《防治防治煤与瓦斯突出规定》防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。新义矿在区域防突方面做到多措并举、应抽尽抽、不掘突出头、不采突出面。4.1.1水力压裂穿层预抽井下压裂的基本原理即将压裂液高压注入煤（或岩）体中原有的和压裂后出现的裂缝内，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性。新义矿东区是瓦斯问题很严重的区域，区域内煤层较厚，瓦斯含量高，且部分地点二1煤含夹矸，导致钻孔施工和抽放难度大。针对以上不利因素，新义矿在东区11041工作面轨道顺槽采取高位巷水力压裂穿层抽放措施，先压裂扩张增加裂隙后抽放。如图1、2所示11041工作面轨道顺槽高位瓦斯抽排巷与11041工作面轨道顺槽呈内错布置，错距20m，高位巷底板距二1煤层顶板5-9m。巷道内每隔40m（中-中）布置1个钻场，每个钻场布置一个压裂孔，压裂11041轨道顺槽所在位置二1煤层。压裂后在每个钻场迎头施工3排、7列（21个）孔，底板施工4排、7列（28个）孔抽放11041轨道顺槽瓦斯。图1压裂孔布置示意图图2高位穿层抽放孔布置示意图4.1.2高压水射流冲孔卸煤卸压水力冲孔是在封闭式高压供水条件下，利用钻头钻进、水力冲击和水力脉动输排等作用，诱导和控制喷孔，使工作面前方煤体卸压和排放瓦斯，消除或降低煤体的弹性潜能和瓦斯潜能。水力冲孔，可在钻孔周围形成更大空间的空洞，促使钻孔附近煤体卸压，从而使钻孔周围的压力分布发生变化，为附近煤体提供一定的膨胀空间，释放煤体内应力势能和瓦斯压力，达到消除或降低煤层突出危险性的目的；同时可以降低煤尘，达到减尘效果。根据新义矿西区二1煤层松软、低透的特点，选取在西区12011工作面皮带顺槽采用底板巷水力冲孔穿层预抽措施。如图3所示，12011工作面皮带顺槽底板瓦斯抽排巷布置在二1煤层底板的泥岩中，与12011工作面皮带顺槽呈外错布置，错距20m，掘进过程中巷道顶板距二1煤层底板保持5-9m的安全岩柱。底板巷内每25m布置一个钻场，每个钻场施工7排、5列Ф133mm钻孔，形成6×6m的孔底网格布局，先冲孔后抽放，抽放率达到30%以上后进行区域效果检验。图3底板巷水力冲孔及抽放孔布置示意图4.1.3顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯是最常见的瓦斯抽放方法，因直接在工作面沿着煤层施工抽放钻孔，钻孔施工相对容易，抽放效果也较好，但因抽放占用时间影响掘进速度。新义矿顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯包括工作和巷帮钻场抽放。如图4所示，巷道两帮每40m布置一个钻场，根据煤厚不同每个钻场内布置9～12个钻孔，工作面布置33～44个钻孔，钻孔投影深度60m，孔底间排距2000×2000mm，控制巷道两帮15m范围，每60m为一个区域循环，抽放率达到30%以上后进行区域效果检验。图4巷帮抽放钻孔布置图4.1.4顺层钻孔预抽回采区域瓦斯顺层钻孔预抽回采区域瓦斯是在煤层巷道掘进的同时，分别从风巷和机巷向回采煤层施工长钻孔，提前预抽回采煤体瓦斯。如图5所示，根据煤厚情况分别在掘进巷道的回采侧每个2m施工一列1～3个长钻孔，钻孔直径89mm，深75m，两侧钻孔交叉10m范围。图5顺层回采区域抽放钻孔布置图4.2局部瓦斯综合治理技术4.2.1掘进工作面浅孔抽放掘进工作面浅孔抽放是在区域抽放未达到消突效果的情况下，对工作面及其周边附近瓦斯进行超前抽放，保证措施后工作面范围瓦斯浓度、压力大大降低，并使工作面应力集中区向工作面深部转移，在工作面前方15m范围内形成一个低瓦斯区的安全带。如图6所示为工作面顺层浅孔抽放钻孔平面布置示意图，掘进工作面根据煤厚情况布置27～36个浅孔抽放措施孔，分3～4排、9列，孔口间、排距600×400mm，措施孔控制到两巷帮5m范围。图6工作面浅孔抽放钻孔平面示意图4.2.2回采工作面浅孔抽放回采面浅孔抽放是为了弥补因回采区域抽放钻孔施工误差造成的局部空白带，形成消突安全屏障，保证回采区域消突效果。如图7所示为工作面顺层浅孔抽放钻孔平面布置示意图，根据不同煤厚在工作面内布以“三花眼”形式布置2～3排投影深度为16m的平行钻孔，钻孔间排距为2000×400mm，控制工作面前方15m范围。图7回采面浅孔抽放钻孔平面示意图4.2.3煤体注水煤体注水后，改善了煤体力学性质，增加煤体塑性、流变性，使瓦斯能均匀释放。通过煤体注水，使煤体适量外移，造成前方煤体破坏，集中卸压带前移，增加卸压带宽度，瓦斯得到均匀释放，同时也起到了降尘的作用。如图8所示为注水孔布置图，掘进工作面每掘进10m在巷帮和正头各施工施工2个投影深度20m注水孔，采用马丽散或封孔器封孔，封孔深度不小于10m。注水时随时观察煤壁，当发现煤壁渗水或注水压力降至原压力的1/3时，方可停止注水。回采工作每回采5m在工作面间隔2m施工深10～15m的注水孔，煤孔注水1t。图8工作面顺槽注水孔布置平面示意图4.2.4煤层顶板注浆加固注浆加固技术是一种主动的支护形式，该技术利用了注浆材料对顶板的加固，封闭与连接作用，使破碎的围岩通过注浆形成一个整体，提高顶板的承载能力，从而增强了顶板抵抗瓦斯压力的能力。其方法为，在巷道顶板布置两个注浆钻孔，钻孔深度6m，两孔距巷道两帮800～1000mm，距顶板80mm左右，钻孔垂直角度为巷道坡度增加3～4度，封孔深度2m左右。选用马丽散N化学注浆材料，浆液由树脂和催化剂双组分按体积1：1反应生成的聚亚胶脂高分子材料，专用气动注浆泵进行注射。注浆后每循环掘进至注浆深度后，预留0.5-～1m的注浆煤体作为保护岩层进行下一循环注浆。4.2.5、巷道底板卸压措施当工作面底煤厚度较大（一般大于2m）时，通过增加底板卸压孔，可以保证底煤快速卸压释放瓦斯，保证安全掘进。具体方法为，在巷道底板沿掘进方向每2m施工一排卸压孔，每排4个，孔口间距1.2m，钻孔终孔位置控制在巷道轮廓线外3m。前方每掘进2～3m，巷道底板施工1排卸压孔，始终保持卸压孔紧跟窝头后方2～3m。卸压孔深度视工作面底煤厚度而定，见煤层底板终孔。4.3其它瓦斯抽采技术为了减少回采时，采空区的瓦斯大量涌入工作面，而造成工作面上隅角及回风流瓦斯浓度大的问题，在采取回采区域和局部瓦斯抽采措施后，再采取低位钻场高位钻孔抽放、上隅角采空区插管抽放等综合瓦斯治理方案。5瓦斯综合治理效果分析抽放瓦斯是防止煤与瓦斯突出的一个很好的途径，但对于松低透性煤层来说，抽放瓦斯的效率往往很低。新义矿通过采取水力压裂，水力冲孔等瓦斯综合治理措施，并通过各种途径加强防突管理，提高了瓦斯治理效果。原先单孔瓦斯抽放浓度一般只有5%左右，通过水力压裂和水力冲孔后抽放浓度提高到20%以上，实现了月瓦斯零超限的目标，掘进速度也由原来的每月50m左右提高到100m左右。现新义矿11011工作面已安全回采300m，12011工作面已安全贯通。6结论通过长期的努力，新义矿摸索出回采和掘进瓦斯的基本规律，瓦斯治理方法和手段日渐成熟，瓦斯综合治理管理制度不断完善，为新义矿以后的安全生产奠定了坚实的基础。参考文献[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2002.[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.作者简介：杨绪波（1983-），男，汉族，重庆人，助理工程师，2007年毕业于河南理工大学安全工程专业，现任义煤集团新义煤业有限公司抽探队副队长，从事防突工作。

附录资料：不需要的可以自行删除疏浚工程质量控制措施方法疏浚工程质量控制措施本工程疏浚工程，我所考虑派一名航道专业监理工程师担任疏浚监理组的组长，并配备一名监理员全过程进行现场疏浚施工的监理，特别要杜绝承包人抛泥不到位的现象。质量控制基本方法水深测量测量是检验本疏浚工程实体质量控制的主要手段，测量专业监理工程师负责检查承包人的测量作业，包括GPS控制网参考站基点布设、检验、交接、高程基准面的确定，检查GPS仪器定位精度、测深仪精度、施工定位及水深测量验收等工作。在认真履行测量监理工程师职责的基础上，还应主要抓好以下几方面工作。指导各驻船监理工程师熟悉船载GPS方法检查施工定位，随时跟班检查施工船位保证挖槽的平面尺度，检查抛泥到位情况。指导驻船监理工程师掌握船载测深仪系统工作方式，随时检查挖泥水深情况。督促、检查承包人对测量仪器、设备进行定期校核，对督促检查中间过程检测及竣工测量。定期对中间测量成果进行统计分析，提出有关承包人案、技术措施的建议。船机管理疏浚施工船舶是实现工程目标的工具。工程实施过程中人、机、料、法、环五大因素都集中体现在施工船舶的运作上，所以，船机管理是实现工程目标的重要环节之一。监理部中设置一名熟悉船舶性能、船机设备、主要仪器仪表的监理工程师，负责对施工船舶设备性能、仪器仪表工作状况进行检查、监督，并指导驻船监理工程师或监理员对船机运行状况的掌握，随时跟班检查，保证施工过程质量。监理工程师除履行岗位职责外，主要抓好以下几方面工作。开工前督促承包人对所有船舶设备、仪器仪表进行一次校核。施工过程中经常检查船机设备的运行状况。指导驻船监理工程师检查船机状况、仪器仪表的记录读数，提出船机运行状况检查的标准表示，检查驻船监理工程师的日常记录情况。发现问题及时要求承包人检修、校验，向总监汇报船机工作状况，并提出船机状况报告及施工适应性意见。驻船监理监理部在每条施工作业的船只上配备监理人员，对船舶施工进行旁站监督，除认真履行岗位职责外，主要做好以下几点：认真做好监理日记，包括每挖泥船次，每作业班及每日的施工情况记录，记录内容全面，表示标准。向监理部提交监理日报。监理日记、日报中，记录每日、每班施工起止、停歇时间、完成挖泥船次，按要求计算船载方。每船挖泥记录中，记录挖泥土质情况、泥浆浓度、满载吃水与装载指示器显示值。检查承包人施工日志的真实详细情况，签认承包人的施工日报。检查督促承包人的安全管理措施。

船机设备检查监理程序11、施工船舶调遣计划、拖航计划2、施工船舶性能一览表3、各船机定编人员一览表4、施工船舶调遣进场申请表施工船舶调遣报告承包人 提交报告资料施工船舶调遣报告承包人审查调遣报告监理工程师核查结果审查调遣报告监理工程师核查结果11、施工船舶配备与施工组织设计一致2、船机性能满足施工要求3、工程船舶安全措施检查登记表4、工程船舶调度令整改检查审核内容整改批复施工船舶调遣申请表，同意调遣或签发整改通知批复施工船舶调遣申请表，同意调遣或签发整改通知不合格批复/指令合格11、施工船舶进场报告2、施工船舶启舱报告施工船舶调遣、进场承包人 施工船舶调遣、进场承包人检查进场船舶的船名、船型、数量检查进场船舶的船名、船型、数量检查进场船舶的主要性能检查进场船舶监理工程师整改检查进场船舶监理工程师整改1、签署施工船舶进场报告、批准船舶启舱报告；21、签署施工船舶进场报告、批准船舶启舱报告；2、不符合要求的船舶通知返航。核查结果核查结果不合格批复/指令合格船舶主要仪器仪表一览表、技术说明主要仪器仪表率定报告船舶仪器仪表率定承包人船舶主要仪器仪表一览表、技术说明主要仪器仪表率定报告船舶仪器仪表率定承包人参加仪器仪表率定，检查仪器率定过程和记录参加仪器仪表率定，检查仪器率定过程和记录旁站仪器仪表率定监理工程师整改旁站仪器仪表率定监理工程师整改核查结果签署仪器仪表率定报告或整改通知核查结果签署仪器仪表率定报告或整改通知不合格批复/指令合格同意船机使用同意船机使用 监理要点船机性能及数量的配备，在审查施工组织设计时必须把关，认真审查承包人对施工条件的分析，承包人案和船机配备。施工船舶调遣进场前，必须向监理提交报告，监理实地检查船机情况，符合要求时方同意调遣进场。船机设备、仪器仪表必须经过校验，监理检查签认后同意使用。挖泥施工监理程序施工计划安排、承包人案施工计划安排、承包人案技术条件、安全措施开工准备承包人 提交报告资料开工准备承包人检查开工条件监理工程师核查结果检查开工条件监理工程师核查结果不同区段的船机布置有无互相影响不同区段的船机布置有无互相影响与组织设计的安排一致技术条件可行、方案合理、安全可靠整改检查审核内容整改签署《挖泥开工报告》或签发整改通知签署《挖泥开工报告》或签发整改通知不合格批复/指令合格施工定位施工定位承包人挖泥区间就位，端部及边线位检查施工水尺的设置是否符合要求检查挖泥定位监理工程师核查结果挖泥区间就位，端部及边线位检查施工水尺的设置是否符合要求检查挖泥定位监理工程师核查结果整改检查审核内容整改不合格合格（续前表）提交挖泥施工记录表计算挖泥施工统计汇总表挖泥施工承包人提交挖泥施工记录表计算挖泥施工统计汇总表挖泥施工承包人检查挖泥作业效率检查施工水尺的设立精度施工工艺是否符合施工组织设计的要求挖泥过程监理工程师核查结果检查挖泥作业效率检查施工水尺的设立精度施工工艺是否符合施工组织设计的要求挖泥过程监理工程师核查结果整改检查审核内容整改发现不符合要求时，提出改进要求或签发整改通知发现不符合要求时，提出改进要求或签发整改通知不合格批复/指令合格抛泥区范围、水深、容量及抛泥顺序安排航行、抛泥承包人 抛泥区范围、水深、容量及抛泥顺序安排航行、抛泥承包人检查航行线路及抛泥区水深泥门布置、开启方式、开启顺序抛泥是否到位检查航行、抛泥监理工程师核查结果检查航行线路及抛泥区水深泥门布置、开启方式、开启顺序抛泥是否到位检查航行、抛泥监理工程师核查结果整改检查审核内容整改发现不符合要求时，要求改进或签发整改通知发现不符合要求时，要求改进或签发整改通知不合格批复/指令合格单循环结束单循环结束监理要点挖泥施工工艺方案及承包人符合施工组织设计要求，密切注意施工条件及船机仪器的工作状况，决不能盲目施工。驻船监理工程师跟班旁站，监督检查船机设备与仪器仪表的工作状况以及气象、水文、施工干扰等施工条件，并认真记录。严格检查挖泥的装舱及抛泥到位。

浚前及竣工测量监理程序测量计划安排测量计划安排人员组成、船机配置、主要仪器装备一览表测量施测报告测量准备工作承包人 提交报告资料测量准备工作承包人检查准备工作监理工程师检查准备工作监理工程师人员、船机、仪器及施测时间安排测量任务书、技术报告书符合要求船舶、仪器性能满足要求整改检查审核内容整改签署测量施测报告或签发整改通知签署测量施测报告或签发整改通知核查结果不合格批复/指令核查结果合格深仪、GPS定位精度检测报告测深仪换能器动吃水改正数深仪、GPS定位精度检测报告测深仪换能器动吃水改正数仪器、设备检查承包人检查审核检查审核监理工程师全过程旁站监理GPS定位精度的比测率定及测深仪比测工作整改全过程旁站监理GPS定位精度的比测率定及测深仪比测工作整改核查结果签署仪器精度检测记录核查结果签署仪器精度检测记录或签发整改通知，要求重新调试、校准不合格批复/指令合格11、水文观测资料2、水位过程曲线3、测深手簿、测深记录纸（复印件）、记录磁盘、航迹图水深测量承包人 提交报告资料水深测量承包人技术交底书技术交底书测深线、测深检查线布设测图比例、测深线定位点间距跟踪旁站测量监理工程师整改跟踪旁站测量监理工程师整改签署外业测量手簿及原始资料或签发整改通知签署外业测量手簿及原始资料或签发整改通知核查结果不合格批复/指令核查结果合格

（续前表）测量图纸测量技术总结报告内业整理承包人测量图纸测量技术总结报告内业整理承包人审查内业资料监理工程师核查结果审查内业资料监理工程师核查结果11、深度基准面的确定，水位改正；内插水深点等，水深量取、计算、校核2、检查输入的深度基准面等控制参数；测深线的取舍；定位点特征点等3、图纸分幅、比例、标识、签字等整改检查审核内容整改签署测量图纸及相关分析资料或签发整改通知，要求重测、补测签署测量图纸及相关分析资料或签发整改通知，要求重测、补测不合格批复/指令合格结束结束监理要点严格审核测量施工的准备工作，测量仪器必须经承包人校准、监理工程师检查签认后才能使用。注意检查施测条件，必须在GPS接收信号、工况等满足测量要求的情况下进行水深测量。外业记录必须详细符合要求。内业资料整理必须在经监理工程师逐项校对后才能正式出图。

竣工验收程序自检测量平面图自检测量平面图施工记录及补测资料测量仪器检查记录挖泥施工完成报告单工程施工完工报告承包人 提交报告资料工程施工完工报告承包人核查设计挖槽及边坡范围内的各水深点核查设计挖槽及边坡范围内的各水深点补测资料的水深测量仪器检查记录检查完成情况监理工程师整改检查完成情况监理工程师整改签署挖泥完工报告或签署整改通知签署挖泥完工报告或签署整改通知核查结果不合格批复/指令核查结果