实现矿井高效集中生产,是目前矿井发展的主要模式,关键是采用了一次采全高综采放顶煤开采方法。由于瓦斯治理的难度,该采煤方法在高瓦斯矿井中的推广应用还是受到了很大限制。采用顺层预抽与风排相结合的瓦斯综合治理方式,有效解决了高瓦斯矿井采用一次采全高综采放顶煤开采的难题。靖远煤业公司大水头煤矿应用该技术在东103综放工作面瓦斯治理取得了良好的功效,实现了安全高效生产。
1 概述
靖远煤业公司大水头煤矿是一对年生产能力为150万t的高产高效矿井。井田位于靖远煤田的中部,大宝向斜的南翼,走向长8.9km,倾斜宽2.5km,面积14.4km2。煤田属侏罗系中下统窑街组,可采煤层为一层煤,厚度过0.23~37.78m,平均厚度13.06m。由于受祁连山造山运动和井田大断层控制,井田内次生构造发育,派生小断层随处可见。煤层节理裂隙发育,煤质松软破碎,平均瓦斯含量12.0m3/t,自然发火期3~4个月,属容易自燃煤层,矿井为高瓦斯矿井。
东103综放工作面走向长1632m,倾斜宽120m,地质储量281.2万t,采用走向长壁综合机械化低位放顶煤一次采全高全部垮落法开采,于2003年3月1日投入试生产。区域内煤层赋存稳定,结构单一,平均煤厚10.5m,倾角0°~9°。工作面地质构造极为复杂。工作面开采采用综采放顶煤一次采全高技术,全部垮落法管理顶板,巷道支护采用无钢带锚网支护,工作面通风设计为“一进二回”的“B”型通风方式,瓦斯排放巷沿煤层顶板布置,超前探测地质,主要排放瓦斯,回风、运输顺槽均沿煤层底板布置。
东103工作面北邻腰水背斜轴部,南依F40断层,花尖子向斜轴斜穿工作面,根据已揭露落差在2~6m的断层6条,煤层煤质松软破碎,瓦斯含量高,压力大,在掘进施工中曾多次发生瓦斯涌出异常现象。2002年10月3日凌晨3:24,在施工回风顺槽至1308m处,该段处于花尖子向斜构造影响带,并存在大量的伴生小断层,且煤体比较松软,节理发育,呈斜交状,综掘机切割头割左帮顶煤时,煤爆声增大且随之发生大量冒顶,工作面煤尘飞扬,能见度极低,当时回风流瓦斯浓度最高达7%,瓦斯超限持续103min,冒落形成直径2~3m、高约6m的形似圆柱体的孔洞,孔洞轴线斜交左帮70°。冒落煤炭为渣煤、沫煤,无明显分选现象,冒落煤炭将综掘机埋没,后部煤炭按自然安息堆积。经计算,瓦斯涌出量达1418m3(不包括期间正常瓦斯涌出量 ),冒落煤炭43t。瓦斯异常不但给工作面准备期间掘进带来困难,更主要的是给工作面回采期间带来了管理难度。