“高突”矿井放顶煤开采工程实践

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1.89-12.26m、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—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8—15°，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25—28°，煤层厚7.8—8.2m，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29—40°，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：

八矿3002工作面效检参数情况表

十矿1113工作面预测复检情况表

4、体会和认识：

经过近几年的生产实践，逐步制定和完善了包括工作面设计、予抽瓦斯、预测预报、防突措施、效果检验、安全防护“六位一体”的防突措施，并且严格工作面投产验收，重点对瓦斯抽放钻孔布置、予抽期、预抽率、工作残存含斯含量等进行检查验收，达不到予抽率30%以上、予抽时间9个月以上、煤层瓦斯含量降到10m3/t以下三个条件中的两个条件时工作面不准投产。截止到2004年年底，四个突出矿井共有64个工作面推广应用了放顶煤开采，生产期间没有发生煤与瓦斯突出事故。通过几年的生产实践，我们有以下几点认识：

（1）、在当前鹤壁矿区开采技术条件下，突出煤层突出动力现象都发生在巷道掘进期间。放顶煤工作面回采期间从未发生过煤与瓦斯突出动力现象。

（2）、工作面生产期间，在超前支撑压力作用下，煤壁前方煤体产生大量裂隙，瓦斯压力得以卸压，消除了工作面的突出危险。

（3）、工作面煤层瓦斯予抽，是消除煤与瓦斯突出最为有效的措施。予抽率在30%以上就能消除工作面突出危险。

（4）、抽放钻孔必须分布均匀，按照鹤壁矿区地质条件和抽放半径的情况，抽放钻孔空白带不宜超过10×10m。

（5）、煤层注水对工作面防突消突有较大的作用。

（6）、在突出矿井实施放顶煤开采采取“六位一体”防突措施是必要的、可行的。

尽管我们在突出矿井成功进行了放顶煤开采，经过几年的工程实践，在工作面回采期间没有发生煤与瓦斯突出。但是，今后我们还应对突出煤层放顶煤开采作进一步研究和规范，从工作面设计入手，摸索矿山压力对掘进及回采期间煤与瓦斯突出的动态影响关系和规律，采取更为细致可靠的措施，严格工作面投产验收制度和采掘管理，进一步完善和落实设计、瓦斯予抽、预测预报、防突措施、效果检验、安全防护“六位一体”防突措施，逐步建立和完善设计、准备、投产验收、效果检验闭环式的安全保证管理体系和消突评价体系，确保安全生产。

参考文献：

[1] 俞启香.矿井瓦斯防治.徐州：中国矿业大学出版社，1992.

[2] 钱鸣高 刘听成.矿山压力及其控制.北京：煤炭工业出版社，1991.