新疆艾維爾溝礦區(qū)厚煤層地質(zhì)構(gòu)造防突淺析

摘要：艾維爾溝礦區(qū)作為新疆維吾爾自治區(qū)重要的煉焦煤生產(chǎn)基地，位于新疆天山山脈中。根據(jù)艾維爾溝礦區(qū)的厚煤層地質(zhì)構(gòu)造的規(guī)律，分析厚煤層地質(zhì)構(gòu)造的主控因素等。在石門揭穿緩傾斜特厚突出煤層時(shí)，穿煤段距離一般長達(dá)幾十米，抽排鉆孔施工時(shí)，噴孔、卡鉆嚴(yán)重，施工困難，無法一次性穿透煤層全厚，傳統(tǒng)上只能采取分段防突措施，揭穿煤層。但分段實(shí)施防突措施，危險(xiǎn)性大，揭煤時(shí)間長。為此，提出了復(fù)雜條件下的石門揭煤區(qū)域綜合防突措施，對礦井在未采區(qū)域生產(chǎn)過程中防突措施設(shè)計(jì)工作有著一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：艾維爾溝煤礦 厚煤層地質(zhì)構(gòu)造 防突措施

新疆艾維爾溝礦區(qū)是新疆維吾爾自治區(qū)重要的煉焦煤生產(chǎn)基地，該礦區(qū)位于新疆天山山脈，坐落在新疆吐魯番盆地西翼，交通便利，距烏魯木齊市130公里，距托克遜縣120公里，隸屬新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)管轄。

1 礦區(qū)厚煤層地質(zhì)構(gòu)造

1.1 構(gòu)造特點(diǎn)。新疆艾維爾溝礦區(qū)內(nèi)出露地層比較復(fù)雜，主要有古生界的石炭系、二疊系以及中生界的三疊系和侏羅系地層，其中石炭系地層和侏羅系地層為斷層接觸，三疊系地層與侏羅系地層呈角度不整合接觸。礦區(qū)受冰達(dá)坂-夏熱嘎斷裂和紅五月橋斷裂控制的影響和制約，其次一級逆斷層發(fā)育[1]，嚴(yán)重破壞煤層。古生代地層受西南翼斷層切割的影響，向北逆沖在中生代侏羅系地層之上，在一定程度上形成疊瓦狀推覆構(gòu)造。巖層和煤層傾角為9-25度，受斷層破壞影響個別露頭局部變化比較大，與東西兩端相比較，礦區(qū)中部巖層和煤層傾角比較平緩，并且深部傾角逐漸變陡。礦區(qū)地表水及地下水的主要補(bǔ)給源主要是高山積雪融水，第四系孔隙水、基巖裂隙水及構(gòu)造破碎帶裂隙承壓水等含水類型在不同程度上影響煤層氣運(yùn)移。

1.2 煤層及煤質(zhì)。在整個礦區(qū)內(nèi)，煤層的平均厚度為9米，并且中間潤藏著干燥粉狀的軟煤層，純煤總厚度最大為75.63米，最小為1.03米，平均32.20米。煤層比較穩(wěn)定，并且多含夾矸；也有一些煤層屬于不可采煤層。在物理性質(zhì)方面，礦區(qū)內(nèi)各煤層基本相同，煤巖組分主要是鏡質(zhì)，其平均含量高達(dá)83.71%，絲炭組分、黏土類平均含量為3.72%和12.1%。煤質(zhì)以肥煤為主的氣、肥、焦、瘦混合煤種，該種煤低灰及中灰、有害元素低、含油、熱值高。由西向東煤類分布次為氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤[1]。

2 重要因素分析

在多種因素綜合作用下，其結(jié)果是煤與瓦斯突出，對于突出來說，地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體結(jié)構(gòu)及地質(zhì)構(gòu)造等發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。

2.1 地應(yīng)力對煤與瓦斯突出的激發(fā)作用。通常情況下，地應(yīng)力主要包括原巖垂直應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力兩種。其中原巖垂直應(yīng)力受開采深度的影響和制約，比較明顯的特征就是井巷掘進(jìn)時(shí)顯現(xiàn)地應(yīng)力[2]。構(gòu)造運(yùn)動及形跡影響制約著構(gòu)造應(yīng)力。根據(jù)地應(yīng)力實(shí)測結(jié)果顯示，垂直應(yīng)力、水平應(yīng)力分別是金尼克理論值的1.05～1.78倍和2.69～4.76倍，并且分布不均勻。同時(shí)較大的剪應(yīng)力存在于一些井田煤系地層內(nèi)[3]。受殘余構(gòu)造應(yīng)力的影響，進(jìn)一步對突出起到激發(fā)的作用，進(jìn)而在一定程度上極大地增加了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。地應(yīng)力還通過采掘活動形成的支承應(yīng)力或集中應(yīng)力激發(fā)突出，很容易造成事故。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造對煤與瓦斯突出的控制作用。地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋深、煤質(zhì)與厚煤層中的瓦斯壓力、瓦斯含量之間的關(guān)系比較密切。瓦斯壓力、瓦斯含量隨著地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜化，以及埋深的增加、煤體破壞嚴(yán)重等進(jìn)一步增大。在采煤過程中，與突出臨界值相比，由于工作面瓦斯壓力與瓦斯含量比較高。因此，在采掘活動中，瓦斯放散初速度、煤強(qiáng)度等是誘發(fā)突出的關(guān)鍵因素。另外，在采掘過程中，瓦斯的放散速度決定于構(gòu)造煤的發(fā)育程度。受采掘集中應(yīng)力的影響，厚煤層出現(xiàn)卸壓、破壞、變形等，吸附的瓦斯被快速的解吸，進(jìn)而在一定程度上形成游離瓦斯，該游離瓦斯擁有巨大的膨脹能，受集中應(yīng)力的激發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)煤與瓦斯突出的發(fā)生、發(fā)展。

3 礦區(qū)厚煤層地質(zhì)構(gòu)造防突措施的建議

由于艾維爾溝礦區(qū)坐落在天山山脈，受各期區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動影響，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，斷裂較發(fā)育。在施工防突鉆孔時(shí)瓦斯大、地應(yīng)力大、打鉆噴孔嚴(yán)重、卡鉆、夾鉆、高壓水施工鉆孔時(shí)遇見干燥粉狀煤層不返水，在厚9米煤層中間分別在底板進(jìn)入煤層2米中見第一層1米的干燥軟煤層，進(jìn)入5米煤層的時(shí)候見第二層2米厚干燥粉狀煤層。對于礦區(qū)煤層來說，其構(gòu)造條件在一定程度上影響了變質(zhì)程度的發(fā)揮，同時(shí)斷層可以切割煤層，進(jìn)而煤層的連續(xù)性遭到破壞，進(jìn)一步影響煤礦生產(chǎn)的正常進(jìn)行，并且斷層帶附近也是瓦斯富集區(qū)，當(dāng)瓦斯含量超過一定的限度后，容易造成煤與瓦斯突出，很難處理瓦斯與地應(yīng)力，因此要做好以下防突措施。

3.1 迎頭綜合防突措施。①排放鉆孔。由于煤層較厚，對于巷道迎頭，通常采用排放鉆孔的措施進(jìn)行相應(yīng)的處理，如果煤層能夠被排放鉆孔穿透，并且終孔間距控制在2米，那么鉆孔往往要達(dá)到好幾百個，進(jìn)而在一定程度上增加了鉆孔的工程量，并且由于鉆孔較長，進(jìn)一步增加了施工難度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要在前期的迎頭上設(shè)計(jì)的鉆孔數(shù)量超過一百個，同時(shí)采取措施確保穿煤鉆孔的終孔間距為2米。但是，在施工最后10個鉆孔過程中，依然出現(xiàn)噴孔、卡鉆現(xiàn)象。為了確保施工的安全性，通常情況下需要將巷道輪廓線兩側(cè)的控制范圍擴(kuò)大到15米，在迎頭兩側(cè)分別建造1個巷幫鉆場，在鉆孔數(shù)量方面，鉆場內(nèi)設(shè)計(jì)補(bǔ)打鉆孔共計(jì)83個，在整個施工過程中，前后施工的鉆孔數(shù)量總共268個。②水力沖孔。由于煤層比較厚，堅(jiān)固性系數(shù)較小，而對應(yīng)的瓦斯壓力比較大，在對迎頭排放鉆孔進(jìn)行施工時(shí)，引發(fā)嚴(yán)重的噴孔、卡鉆、頂鉆、埋鉆等現(xiàn)象。在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，由于施工難度比較大，因此穿透煤層的下向孔只是少數(shù)。在提鉆作業(yè)完成后，在部分鉆孔中依然存在嚴(yán)重的噴孔現(xiàn)象。在施工作業(yè)過程中，由于鉆頭旋轉(zhuǎn)破煤，進(jìn)而在一定程度上增加了煤粉量，由于水壓不足，導(dǎo)致煤粉難以帶出；隨著鉆桿的不斷深入，煤粉與水之間逐漸混合成黏糊狀，鉆桿的旋轉(zhuǎn)進(jìn)一步受到制約，隨著煤粉的不斷積累，排水的難度逐漸增加，影響排水的通暢性。在這種情況下，當(dāng)煤粉積累到一定程度，整個鉆桿就會面臨被卡住的危險(xiǎn)，甚至出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。

3.2 石門頂板巖巷防突措施。受煤層厚度的影響和制約，在對迎頭排放鉆孔進(jìn)行施工時(shí)，鉆孔施工的難度進(jìn)一步增大，迎頭施工通常情況下只能深入煤層20-28米，對于整個揭煤區(qū)來說，難以對排放鉆孔實(shí)施一次性保護(hù)。因此，對迎頭排放鉆孔進(jìn)行施工時(shí)，需要沿煤層傾向，將1條頂板巖巷修建在迎頭后部拐點(diǎn)處，在風(fēng)井東翼回風(fēng)巷的水平方向上，頂板巖巷的投影為15米，與煤層之間的垂直距離為10米；同時(shí)在巖巷中布置2個鉆場，在鉆場中對鉆孔進(jìn)行施工，對迎頭鉆孔未保護(hù)的區(qū)域?qū)嵤┛刂疲M(jìn)而對整個揭煤區(qū)進(jìn)行一次性保護(hù)，實(shí)現(xiàn)治理工作面區(qū)域性瓦斯的目的。

3.3 順層孔金屬骨架及煤體固化措施。在施工過程中，由于煤層較厚，并且穿煤段區(qū)域比較長，整個穿煤段的突出危險(xiǎn)性難以通過迎頭測定的殘余瓦斯壓力進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。因此，采用了探煤、施工順層排放孔、掘進(jìn)、探煤的循環(huán)進(jìn)尺等方式對石門穿煤進(jìn)行施工。在開展探煤工作的過程中，對于每個循環(huán)來說，探煤距離通常情況下需要控制在30米，對前方煤層的賦存狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的探明。在超前保護(hù)距離方面，對于巷道來說，其循環(huán)掘進(jìn)需要控制在5米；順層排放鉆孔施工完畢排放一段時(shí)間后，開展效果檢驗(yàn)工作。

3.4 防突管理保障措施。①明確防護(hù)重點(diǎn)，落實(shí)防突責(zé)任制，確保管理的專業(yè)化、規(guī)范化。防突措施施工通常情況下由跟班隊(duì)干部或班組長到現(xiàn)場實(shí)施跟班負(fù)責(zé)。由專業(yè)人員、區(qū)隊(duì)正職對于嚴(yán)重突出區(qū)或構(gòu)造帶等實(shí)施現(xiàn)場跟班作業(yè)，對于現(xiàn)場的狀況進(jìn)行及時(shí)的掌握，同時(shí)迅速采取必要的應(yīng)對措施，對現(xiàn)場進(jìn)行指導(dǎo)。②在施工過程中，全面貫徹落實(shí)防突措施，以及嚴(yán)格執(zhí)行鉆孔施工、效果檢驗(yàn)聯(lián)合驗(yàn)收簽字確認(rèn)制度，進(jìn)而在一定程度上確保防突措施工程落實(shí)到位。③在瓦斯管理過程中，遵守“超前防范、及時(shí)應(yīng)對”原則，全面執(zhí)行瓦斯?jié)舛瘸^0.7%的斷電制度；對異常信息進(jìn)行及時(shí)的捕捉，同時(shí)采取針對性措施對異常信息盡心管理，超前防范。④工作面煤層賦存、瓦斯涌出、措施施工等安全信息，通常情況下由區(qū)隊(duì)技術(shù)員負(fù)責(zé)收集，同時(shí)對其進(jìn)行及時(shí)的分析，并且嚴(yán)格執(zhí)行請示、匯報(bào)制度。⑤全面落實(shí)科室、區(qū)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)制，對于防突獎罰激勵機(jī)制，獎罰等制度要嚴(yán)格落實(shí)，每季度兌現(xiàn)1次，不斷激發(fā)全體員工工作的積極性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張琨，等.新疆艾維爾溝礦區(qū)瓦斯賦存影響因素分析[J].煤礦安全，2013（9）.

[2]吳再生.地質(zhì)構(gòu)造帶區(qū)域突出煤層采掘工作面的防突方法[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009（8）.

[3]叢光華.新疆艾維爾溝礦區(qū)構(gòu)造特征分析[J].科技信息，2014（2）.