浅议低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术

来源:用户上传      作者:

　　摘要：随着煤炭资源矿井开采规模和深度的日益加剧，煤矿开采面临着低透气性软岩支护、采空区小煤柱地压增大以及煤与瓦斯突出威胁严重的复杂形势，煤矿深部开采的安全技术压力增大。坚持科技创新，针对低透气性无煤柱煤层群实现煤与瓦斯共采技术，是现代煤矿开采技术的新突破。
　　关键词：煤矿开采 低透气无煤柱煤层群煤炭瓦斯共采技术
　　 煤炭资源的地下矿井开采，是保障现代社会能源需求的重要途径。近年来，随着煤矿资源的深度开采和规模化生产，煤矿地质环境条件越来越复杂，面临着低温低压的增加、岩体支护的复杂等诸多问题。由于煤层瓦斯具有的易燃性以及强烈温室效应，成为制约矿井安全生产的重要因素。科学合理的开发煤层瓦斯气体，既可以充分利用地下资源提高经济效益，又可以改善矿井安全生产条件推动采煤业发展。新形势下，坚持开发与实践相结合，实现煤与瓦斯两种资源共采技术的创新应用，是现代煤矿开采技术的发展趋向。本文针对低透气性无煤柱煤层群煤与瓦斯共采技术的开发技术进行了简要分析。
　　1.煤与瓦斯共采技术分析
　　煤层瓦斯是一种具有强烈温室效应和污染性能的气体，瓦斯在标准状态下难溶于水，没有助燃和维持呼吸等功能，瓦斯在煤体或围岩中是以吸着游离状态存在的，达到一定浓度时，能发生燃烧或爆炸。瓦斯在矿内煤层和岩层中的来源主要包括瓦斯涌出、瓦斯喷出、瓦斯突出等形式。
　　煤与瓦斯共采技术，通常是指在煤层资源井下开采的同时，结合矿井岩层的构造特点，运用分离法将煤层瓦斯连同煤炭一起开采出来，保障煤矿采空区的瓦斯含量降低，实现煤矿安全生产的重要煤气开发途径。随着现代环保理念的不断深化，煤与瓦斯共采技术，成为一种新型的绿色开采技术。游离于煤矿岩层中的天然瓦斯气体，是一种可以用来发电的工业化工原料以及居民生活燃料的新型能源，煤与瓦斯共采技术，可以促进地下煤层资源效能的充分利用。
　　2.低透气性煤层群地质开采的复杂性分析
　　随着煤矿开采深度的不断加剧，煤矿地质结构呈现出极为复杂多变的形势。特别是低透气性无煤柱的煤层群，由于开采深度的不断增加而造成地质条件复杂，断层构造多，水平地应力大，矿区地质结构所承受的地压系数愈来愈大，地层温度急剧增高，地质结构内煤层瓦斯的含量密集性强，运用常规性抽取方法效果不明显，造成矿内煤与瓦斯突出的安全威胁日趋严重、传统的U型通风技术方式无法解决深部采煤工作面隅角瓦斯超限问题。尤其是低透性软岩地质的岩层松软破碎呈裂隙发育，深部岩巷的掘进和巷道支护较为困难，进入深部以后小煤柱沿空掘巷围岩变形显著增加，成为制约综采面快速推进的主要障碍。由于低透气性煤矿区的煤层气赋存具有低压力、低渗透率、低饱和度及非均质性强的特性，在现有技术工艺条件下，直接从地面钻井抽采低透气性煤层瓦斯难度相当大，对于低透气性煤层群开采已经面临众多的技术难题。
　　3.低透气性煤层群的留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术要点
　　 留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术，是针对低透性煤层群的地质结构，根据地下煤层群的赋存条件，首采关键卸压层，沿采空区边缘空留巷道实施无煤柱连续开采，在预留巷道内部布置上、下向位的高、低位钻孔，以便抽采顶底板的卸压瓦斯和采空区的富集瓦斯，并通过快速构建沿空留巷巷旁充填墙体技术，实现与综采工作面同步推进的煤与瓦斯高效共采的开采技术方法。留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术，通过通风降温、简化采掘接替、实现连续开采，采用无煤柱沿空留巷Y型通风卸压开采，解决了深井高瓦斯、低渗透率、高地应力等复杂地质条件矿区煤与瓦斯共采技术难题。留巷钻孔法煤与瓦斯共采的技术要点如下：
　　3.1 留巷支护
　　在对沿空留巷内外层围岩结构稳定性分析基础上，运用巷道破裂围岩体强度强化、锚杆支护承载性能强化以及围岩承载结构强化的锚杆强化支护技术原理，沿留空巷巷道支护采用超高强度、大预应力锚杆、网梁结构针对原工作面回采巷道顶板、底板、保留煤帮进行联合支护，锚固控制岩体变形提高其主动承载能力。选择超强杆体、高刚度护网、超大托盘、超强大扭矩阻尼螺母，实施大扭矩安装、维持锚杆的荷载并向围岩扩散，形成高强性锚杆支护围岩承载结构；采用仿液压支架结构作为巷内辅助加强支护、保证沿空留巷支护结构的稳定。
　　3.2 充填留巷
　　留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术对于留巷充填工艺要求较高。巷旁充填材料的性能要求有良好的泵送性能，能满足复杂高程变化条件下的远距离泵送要求，拆模时间应满足综采工作面快速推进的要求。为满足矿压显现规律和巷道变形特性要求进行快速充填。留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术采用新型充填材料，集成了包括地面干混充填料制备系统、充填料浆的制备与井下泵送系统以及充填模板支架系统等快速留巷巷旁充填工艺系统，具有良好的承载特性和变形性能且适宜远距离泵送施工效果，缩短了立模时间。
　　3.3 煤气共采
　　针对低位钻孔抽采采空区富集瓦斯技术，利用留巷形成的聚集瓦斯的竖向带状裂隙进行采空区高浓度瓦斯抽采，针对高位钻孔抽采顶底板远程卸压煤层瓦斯技术，在留巷内分别布置上向或下向穿层钻孔抽采下部远程卸压煤层瓦斯。通过采用沿空留巷Y型通风方式，调节工作面上、下进风巷风量和留巷段埋管抽采量，控制采空区埋管抽采管道口的数量和开启程度控制采空区瓦斯抽采量和抽采瓦斯浓度，将留巷排放瓦斯的浓度灵活控制在安全值以下，同时随着工作面的开采推进，在沿留空巷内沿巷道走向，间隔布置卸压瓦斯抽采钻孔，多向多方位抽采本煤层以及邻近层卸压瓦斯。
　　结束语：
　　总之，当前煤炭开采技术条件下，针对低透气性煤层群采用留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术，有效解决了煤矿开采的深井高瓦斯、低渗透率、高地应力等复杂地质条件下煤与瓦斯共采的技术难题，对于改善矿井生产的安全条件，开发深部煤炭和煤层气源，提高经济效益以及环境保护有着重要意义。
　　

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-592773.htm