高突礦井煤與瓦斯突出綜合防治技術探討

楊瀧

摘 要：本文以貴州坪埠煤礦為背景，結合礦井實際地質條件，結合現(xiàn)場經(jīng)驗確定坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合防治方案，針對其瓦斯賦存特，分別進行開采保護層、工作面掘進及回采期間防突措施研究，現(xiàn)場實踐表明該方案效果良好。

關鍵詞：煤與瓦斯突出；措施；煤礦；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.069

1 概況

煤炭資源是國家發(fā)展的能源命脈，近年來隨著開采力度的增加，礦井事故也在不斷發(fā)生，沖擊礦壓、煤與瓦斯突出等災害時有發(fā)生，貴州地區(qū)煤礦普遍屬于高瓦斯礦井，煤與瓦斯突出一直影響的礦井的安全生產(chǎn)。

坪埠煤礦于2005年3月7日開始建設，2006年9月12日建成投產(chǎn)，礦井設計生產(chǎn)能力60萬t/a，井田西部以BN13大斷層為邊界，東到BN70斷層，南自C6煤層露頭線，北到+1332 m水平C9煤層底板等高線。煤層埋深+1650 m～+1332m，井田走向長度5.24 km，傾斜寬度2.25 km，面積約12.32 km2。井田主要可采煤層為C6、C9煤層，煤層結構簡單至較簡單，煤層厚度變化規(guī)律明顯，C9煤在1～4勘探線之間受火成巖的侵蝕，局部變?yōu)樘烊唤埂Ｆ翰好旱V是一個被東、西邊界斷層包圍的相對獨立的、完整封閉的地質構造單元，為一傾向NNW，走向略有變化的單斜構造，煤層傾角一般在7～12°，邊界斷層區(qū)域煤層傾角起伏較大。坪埠煤礦斷裂構造發(fā)育充分，經(jīng)過地質勘探可以確定井田內落差大于5m的斷層有42條，期中落差大于20m的有11條，落差大于20m的斷層跟邊界大斷層復合，主要集中于邊界區(qū)域。除了上述大中型斷層之外，坪埠煤礦井下經(jīng)采掘揭露的落差小于5 m的斷層也十分發(fā)育，但落差較小，基本都在0.2～1.3 m左右，該落差范圍內斷層占比84%，大部分為正斷層。極少部分為逆斷層。由于斷層的影響，坪埠煤礦煤巖體連續(xù)性較差，采掘揭露表明巖體破碎性非常強。斷層對礦井的開拓、采區(qū)的布置、工作面的設置影響較大。限制了部分采區(qū)工作面的長度，造成部分采區(qū)出現(xiàn)較短工作面或者工作面形狀不規(guī)則。

坪埠煤礦主要回采C6和C9煤層，礦井采用一水平平硐+斜井開拓方式開拓，水平為運輸大巷標高+1332m。礦井絕對瓦斯涌出量100.54m3/min，屬高瓦斯礦井?；仫L斜井布置在礦區(qū)中央，在C9煤層底部設置單獨回風大巷。根據(jù)礦井生產(chǎn)記錄，礦井回采期間發(fā)生多次大范圍瓦斯超限，出現(xiàn)過2次小范圍瓦斯突出，其中在2015年7月3日一次突出，巷道涌入突出煤炭352t，造成部分設備損壞，未造成人員傷亡，礦井停產(chǎn)整頓一個星期。為避免出現(xiàn)大的瓦斯突出災害，企業(yè)制定了詳細的煤與瓦斯突出綜合治理方案。

2 坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合治理方案

煤與瓦斯突出防治一直是礦山技術的難點，綜合性強，設計學科較多。針對坪埠煤礦地質條件及煤層瓦斯賦存情況，綜合設計煤與瓦斯突出治理方案。坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合治理必須從優(yōu)化采掘部署、合理設計巷道布置、采取合理的采掘工藝考慮。建立預測與解危結合，檢驗與防護并行的煤與瓦斯綜合防突措施體系，具體如圖1所示：

2.1 合理的采掘部署

對于有突出危險的高瓦斯礦井，巷道位置的設計、采掘部署的優(yōu)化對于礦井防突至關重要，合理的采掘部署便于礦井實現(xiàn)開拓、掘進、瓦斯抽放、保護層開采有序進行，進而實現(xiàn)以開拓保預測、以準備保預抽、以預抽保護層開采、以保護層開采保主采、以主采保效益、以瓦斯保利用，坪埠煤礦在回采初期，綜合考慮斷層（落差大于1m）等復雜地質構造的影響，合理的進行采區(qū)的劃分，盡量避免斷層對于回采巷道及工作面的影響。通過合理優(yōu)化人員、設備、材料的配置進而實現(xiàn)開拓區(qū)、準備區(qū)、回采區(qū)及瓦斯抽放區(qū)互不干擾，保證礦井在安全條件下的正常生產(chǎn)秩序。

2.2 區(qū)域突出危險性預測

區(qū)域性預測方法有多種，坪埠煤礦采用綜合指標法對C6和C9煤層進行煤與瓦斯突區(qū)域性預測。具體如下：

式中： D—煤層突出危險性綜合指標；

K—煤層突出危險性綜合指標；

H—煤層埋深，H=220m；

P—煤層瓦斯壓力（相對壓力），根據(jù)坪埠煤礦實測值取1.16MPa；

△P—軟分層煤的瓦斯放散初速度指標，通過測定取12mmHg；

f—軟分層煤的堅固性系數(shù)，坪埠煤礦煤層取值0.42。

通過計算可知，D=0.39，K=28.6。進而確定坪埠煤礦具有區(qū)域突出危險性。

2.3 礦井區(qū)域性防突技術措施

（1）開采保護層。礦井區(qū)域性防突最常用的就是開采保護層。保護層與被保護層的最大有效垂距：對于緩傾斜煤層：上保護層<50m；下保護層<100m，坪埠煤礦C6、C9煤層間距38m，且C6煤層為坪埠煤礦最上覆煤層，最適合設計為保護層（C6煤層作為C9及以下煤層的上保護層）。

坪埠煤礦礦井煤層平均傾角13o，在回采C6煤層過程中不得留設煤柱，否則影響保護層開采的效果，倍保護層開采過程中，一定確保要回采的工作面及巷道布設在上煤層保護區(qū)內，回采前進行保護效果檢驗，確?；夭砂踩?。在保護開采后，被保護層存在的未保護范圍區(qū)域較大，在被保護層中的未保護區(qū)域內進行采掘作業(yè)時，必須采取綜合防突措施。

（2）巷道掘進過程中煤與瓦斯突出防治措施。坪埠煤礦在煤巷掘進過程中制定合理的防突措施，煤巷掘進頭迎頭向掘進巷道前方煤層打扇形鉆孔，單個循環(huán)設計施工11個鉆孔。設計鉆孔深度45m，循環(huán)之間間距30 m，各循環(huán)之間預留15m的保護范圍，施工鉆孔終孔點分別距離巷道中心線0m、2m、3m，進行瓦斯預抽。施工中注意鉆孔不能鉆到巖體中，確?？椎孜挥诿簩又校@孔的方位應與巷道底板平行或根據(jù)煤層的厚度略有上、下傾角，為擴大瓦斯抽放區(qū)的面積進而提高瓦斯抽放效果，掘進工作面會布置多個以巷道中線為基準成發(fā)散狀對稱排列的瓦斯抽放鉆孔。