薄煤层群煤与瓦斯共采技术研究_舒彦民.pdf

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1、2011年8月矿业安全与环保第38卷第4期技术经验薄煤层群煤与瓦斯共采技术研究12222舒彦民，赵益，孙建华，姜天文，张锦鹏(1．龙煤集团七台河分公司，黑龙江七台河154600;2．黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨150027)摘要:七台河矿区具有煤层薄、透气性差、煤的坚固性系数小、瓦斯含量高、吸附性强、瓦斯涌出初速度衰减快等特点，同时矿区煤层群具有分组性，各组内煤层间距较小。为解决煤层顺层钻孔施工难度大、瓦斯抽放效果差，以及回采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度容易超限等难题，提出沿空留巷邻近层瓦斯抽采技术，构建了七台河

2、矿区薄煤层群煤与瓦斯共采技术体系，并在七台河桃山矿进行了应用研究。应用结果表明，该技术能够实现煤与瓦斯安全高效共采。关键词:煤与瓦斯共采;保护层开采;沿空留巷穿层钻孔;瓦斯抽采+中图分类号:TD712．67文献标志码:B文章编号:1008－4495(2011)04－0047－03七台河矿区位于黑龙江省东部，地处勃利煤田，1煤与瓦斯共采的基础理论煤炭资源赋存条件较差，向斜、背斜构造及断裂构造较多，煤层平均厚度0．86m，是全国煤层最薄的矿区煤与瓦斯共采是针对我国高瓦斯矿区煤系地层之一。产品以焦煤、1/3焦煤和动力煤为

3、主，是全国多为煤层群的条件和煤层的低透气性特征，将煤与三大稀有保护性开采煤田之一。目前，七台河矿区瓦斯作为资源，结合我国煤矿长期治理瓦斯的成功部分生产矿井的开采深度已达－500～－600m，且经验，通过固、气2套系统进行煤与瓦斯安全高效共开采深度、瓦斯含量和瓦斯涌出量每年以较高的速采的矿井瓦斯治理理念与方法，即通过“首采煤层”度递增，未来10年，煤与瓦斯突出威胁继续增大，深的开采，在煤系地层中产生“卸压增透增流”效应图，部开采面临巨大的技术挑战;另一方面，瓦斯(煤层形成瓦斯“解吸—扩散—渗流”活化流动的条件，并气)

4、既是我国煤矿生产过程中的主要灾害源，也是一通过合理高效的瓦斯抽采方法和抽采系统，同时实种洁净能源和优质化工原料，是21世纪的重要接替现瓦斯资源的高效抽采。瓦斯资源的抽采可大幅度能源之一。针对七台河区煤层群的煤层薄、透气性地减少“卸压煤层”的瓦斯含量，消除其煤与瓦斯突差、煤的坚固性系数小、瓦斯含量高、吸附性强、瓦斯出危险性，减少卸压煤层开采时的瓦斯涌出量，从而［1－2］涌出初速度衰减快等特点，考虑到矿区煤层群具有实现卸压煤层的安全高效开采。分组性，各组内煤层间距小，存在邻近层和采空区瓦1．1采空区顶板裂隙发育及瓦斯流

5、动规律斯涌出量大，煤层顺层钻孔施工难度大、抽放效果煤层开采将引起岩层移动与破断，并在岩层中差，回采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度容易超形成采动裂隙。按采动裂隙性质可分为2类:离层限等问题，提出煤与瓦斯共采技术新思路:煤层群进裂隙;竖向破断裂隙。当采空区顶板充分垮落后，采行分组开采，每组选取最佳首采关键层作为保护层空区中部岩层和下方的矸石紧密接触，从而使得采进行开采，同时结合沿空留巷穿层钻孔抽采技术，对空区中部顶板岩层裂隙基本被压实，其四周形成一邻近层卸压瓦斯进行抽采，实现连续抽采卸压瓦斯个环形的采动裂隙发育区，称之

6、为“O”形圈。在与回采工作面采煤同步推进，实现高效的工业化煤“O”形圈上方或者下方受采动影响的煤层瓦斯在含与瓦斯共采，将抽采的高、低浓度瓦斯分别输送到地量梯度和压力梯度作用下以扩散和渗流的形式向面加以利用。“O”形圈内运移，使得“O”形圈成为卸压煤层瓦斯［3－5］聚积和运移的主要通道。研究表明，在采空区竖直方向上，形成了一个收稿日期:2010－12－02;2011－03－25修订“∩”形拱采动裂隙区。采空区不同涌出源的瓦斯在作者简介:舒彦民(1966—)，男(满族)，黑龙江阿城人，浮力作用下沿采动裂隙带裂隙通道上升

7、，上升中不断硕士，高级工程师。掺入周围气体，使涌出源瓦斯与环境气体的密度差逐·47·2011年8月矿业安全与环保第38卷第4期渐减小，直到密度差为0，混合气体则聚积在裂隙带上区，如图2所示。沿走向三区的划分，为下被保护层部的离层裂隙内。涌入采空区的瓦斯，在其含量梯度卸压瓦斯抽采最佳时间的确定提供了理论依据。作用下引起普通扩散，由于空气的重力作用产生方向向下的压强梯度，则其产生的扩散流方向，与压强梯度反向，即瓦斯气体具有向上扩散的趋势。因此，在瓦斯浮力、含量梯度及通风负压的作用下，“∩”形拱采动裂隙区成为瓦斯聚积区，

8、为采动裂隙带内钻孔抽［3－6］采、巷道排放等治理瓦斯技术提供依据。1．2采空区底板裂隙发育及瓦斯流动规律在沿工作面推进方向，煤层底板岩层将出现压缩、膨胀、再压缩的过程。在煤壁前方附近，煤层底图1采空区底板裂隙分布及分带示意图板受支承压力的作用而被压缩，工作面推过后，底板处于膨胀状态，随着工作面的进一步推进，顶板岩层开始在采空区垮落，采空区内垮落矸石对膨胀底板