單一構(gòu)造區(qū)域瓦斯突出防治措施研究

岳 崗

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

煤與瓦斯突出是影響礦井安全生產(chǎn)的重要災(zāi)害，受到井下復(fù)雜地質(zhì)條件的制約，現(xiàn)有的技術(shù)完全避免災(zāi)害的發(fā)生還無法做到，但是加強(qiáng)瓦斯突出的設(shè)計研究并采取針對性措施，能降低災(zāi)害的發(fā)生頻率。新景煤礦是煤與瓦斯突出礦井，其中3#煤層自開采以來已先后發(fā)生煤與瓦斯突出170次，其中有6次比較嚴(yán)重的瓦斯突出。針對本礦井煤與瓦斯的情況，主要采用鉆屑量指標(biāo)S值和鉆屑解吸指標(biāo)k1值來預(yù)測及檢驗瓦斯突出區(qū)域，并制定綜合防突技術(shù)措施。

1 煤層概況

新景礦位于陽泉礦區(qū)的西部，由于受壽陽向斜的影響，煤層埋藏相對較深，主要開采石炭系上統(tǒng)太原組及二迭系下統(tǒng)山西組煤系地層，其中現(xiàn)階段新景礦開采該煤系地層的3#煤層。3#煤層傾角平緩，一般為6～10°，地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層賦存穩(wěn)定，平均厚度為2.25m，頂、底板均為砂質(zhì)泥巖，為半堅硬巖石，適合于機(jī)械化開采。根據(jù)新景礦地質(zhì)勘探報告，本礦井瓦斯主要來源于回采工作面、掘進(jìn)工作面及已采區(qū)瓦斯涌出，礦井瓦斯相對涌出量平均為16.0m3/t，絕對涌出量平均為78m3/min，經(jīng)鑒定本礦井為煤與瓦斯突出礦井。出于對安全充分考慮角度出發(fā)，對新景公司保安區(qū)3#煤層目前情況提出局部綜合防治突出措施方案設(shè)計，進(jìn)而可有效防治煤與瓦斯突出動力災(zāi)害。

2 區(qū)域性綜合防突措施

2.1 瓦斯突出危險區(qū)域預(yù)測

通常情況下，利用瓦斯地質(zhì)分析，經(jīng)過計算得出煤層瓦斯參數(shù)可以有效地進(jìn)行瓦斯區(qū)域預(yù)測，根據(jù)當(dāng)前新景煤礦3#煤層的實際開采情況，對本礦井煤層的瓦斯突出區(qū)域劃分主要包括以下具體要求：

（1）劃定瓦斯無突出危險區(qū)，該區(qū)域主要是煤層瓦斯風(fēng)化帶。

（2）當(dāng)3#煤層開采過程中伴隨有動力現(xiàn)象發(fā)生時，及時掌握該區(qū)域的地質(zhì)狀況，利用分析瓦斯地質(zhì)的可靠方法判斷出對應(yīng)的瓦斯突出危險區(qū)域。本區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯突出預(yù)兆點關(guān)聯(lián)密切，構(gòu)造帶邊緣瓦斯危險區(qū)域可以由瓦斯預(yù)兆點確定。瓦斯突出危險區(qū)域處于相同地質(zhì)范圍內(nèi)具有明顯突出現(xiàn)象的位置以上20m及以下的范圍，沒有瓦斯突出危險區(qū)域示意圖如圖1所示。

（3）當(dāng)無瓦斯突出危險區(qū)和突出危險區(qū)由1、2要求劃定出，此時可以根據(jù)地質(zhì)資料測定煤層瓦斯壓力來預(yù)測。此外，也可以依據(jù)測定的煤層瓦斯含量來進(jìn)行預(yù)測。依據(jù)井下實際測定的煤層瓦斯含量或瓦斯壓力為參數(shù)展開研究，從而準(zhǔn)確預(yù)測，在不同地質(zhì)區(qū)域范圍內(nèi)、不同地質(zhì)復(fù)雜情況等條件下布置煤層瓦斯壓力和瓦斯含量等技術(shù)參數(shù)。

圖1 根據(jù)瓦斯地質(zhì)分析劃分突出危險區(qū)域示意圖

2.2 區(qū)域防突技術(shù)措施

為了確保新景煤礦3#煤層采掘期間的安全，必須采取有效的防治瓦斯突出措施，即預(yù)抽該煤層瓦斯，減少瓦斯含量。巷道及工作面開采前及回采過程中為了保證礦井安全，需要進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，并在瓦斯抽采過程中進(jìn)行瓦斯含量實時監(jiān)測，保證瓦斯含量在安全允許范圍內(nèi)。

（1）預(yù)抽瓦斯方案

依據(jù)3#煤層瓦斯賦存情況，在3#和8#煤層之間的巖石開掘巷道，該巖石巷道位于8#煤層頂板以上20m左右，水平方向距離3#煤層的掘進(jìn)巷道30m左右，將該掘進(jìn)巷道布置為3#煤底板瓦斯專用抽放巷道，設(shè)置底板瓦斯專用抽采巷對3#煤層進(jìn)行穿層預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯，如圖2所示。在巷道頂板處施工穿層鉆孔預(yù)抽3#煤層中的瓦斯，由預(yù)抽、開采、掘進(jìn)的銜接關(guān)系可以確定穿層鉆孔的終孔間排距。最終封孔深度應(yīng)該大于5m以上，使用的封孔管半徑應(yīng)該大于48mm，這樣才能保證有效的瓦斯抽放效果。根據(jù)實地考察結(jié)果，當(dāng)封孔深度大于5m，終孔排距為5m，封孔管半徑為48mm時，瓦斯預(yù)抽時間要大于10個月。

圖2 穿層鉆孔預(yù)抽巷道區(qū)段煤層瓦斯

（2）預(yù)抽掘進(jìn)工作面瓦斯方案

在底板瓦斯預(yù)抽巖巷的頂板依次打好抽采鉆孔，將穿層扇形鉆孔設(shè)置在3#煤層的掘進(jìn)工作面，對3#煤層掘進(jìn)工作面中實施瓦斯預(yù)抽采。為了確定穿層鉆孔終孔間排距，需要配合鉆孔預(yù)抽、掘巷、采煤三者的銜接關(guān)系。為了保證有效的瓦斯預(yù)抽效果，設(shè)置大于5m的封孔深度，以及半徑大于48mm封孔管。根據(jù)實地考察，對3#煤層掘進(jìn)工作面進(jìn)行穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯時，采用半徑48mm的鉆孔，5m的終孔間排距時，至少需要周期為10個月的預(yù)抽瓦斯時間。

（3）工作面回采過程中煤與瓦斯突出防治措施

針對新景煤礦3#煤層中的瓦斯賦存情況，同時結(jié)合該煤層的地質(zhì)構(gòu)造特點，對存在突出危險性的采煤工作面進(jìn)行的防治措施主要包括超前鉆孔、預(yù)抽瓦斯、煤層注水軟化煤體等綜合防治方式。新景煤礦在工作面回采的過程中要進(jìn)行針對性預(yù)抽瓦斯，并對煤與瓦斯的防治效果進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，通過對瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，從而確保預(yù)抽瓦斯防突措施效果可靠保證回采安全。其中超前鉆孔技術(shù)的主要技術(shù)特征為：超前鉆孔的直徑保持在800mm以上，采用雙排眼布置方式，鉆孔距離為1.8m，鉆孔的深度要求大于20m，超前鉆孔應(yīng)在工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷同時進(jìn)行，圖3為3#煤層采用穿層鉆孔抽取瓦斯的結(jié)構(gòu)示意圖。超前鉆孔防治突出措施實施后，經(jīng)效果檢驗有效后，方可采取安全防護(hù)措施進(jìn)行回采。

圖3 穿層鉆孔預(yù)抽回采巷道煤層瓦斯

3 區(qū)域防突措施效果檢驗

3.1 防突評價指標(biāo)

采用經(jīng)實地考察確定的臨界值指標(biāo)對抽取瓦斯區(qū)域的防突措施進(jìn)行評價，確定臨界值之前，應(yīng)根據(jù)以下參數(shù)進(jìn)行評判：查閱調(diào)取相關(guān)煤礦實測地質(zhì)資料，采用殘余瓦斯壓力指標(biāo)和殘余瓦斯含量評價防突措施的有效方案。瓦斯突出危險區(qū)域：殘余瓦斯含量小于8m3/t或者殘余瓦斯壓力小于0.74MPa，判定防突措施是有效的；相反則為瓦斯突出危險區(qū)域，如表1所示。

此外，還可以利用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)檢驗穿層鉆孔預(yù)抽揭煤區(qū)域防突措施的有效指標(biāo)，如果該臨界值小于該指標(biāo)值，則防突措施無效，判定為瓦斯突出危險區(qū)域，否則即為無瓦斯突出危險區(qū)域。當(dāng)鉆孔過程中出現(xiàn)頂鉆、噴孔等其他預(yù)兆突出時，則將此預(yù)兆點周圍半徑100m范圍判定為防突措施無效，為瓦斯突出危險區(qū)域。

3.2 區(qū)域防突治理效果檢驗

通過采取上述瓦斯防突措施，3#煤層瓦斯平均含量為7.2m3/t，井下實測掘進(jìn)巷道抽出的瓦斯量為6.6m3/t，回采工作面抽出的瓦斯量為7.6m3/t，符合礦井安全規(guī)程瓦斯含量要求。同時實測殘余瓦斯壓力為0.38MPa，小于0.74MP。由此可見新景煤礦瓦斯防突措施的設(shè)計達(dá)到預(yù)期的要求，大大降低了煤層的瓦斯含量，為煤層的安全開采提供了必要的條件。

4 結(jié)論

新景煤礦3#煤層作為單一構(gòu)造區(qū)域的瓦斯突出礦井，在開采過程中根據(jù)具體地質(zhì)情況制定了相應(yīng)的瓦斯防突措施，通過現(xiàn)場實測相關(guān)參數(shù)驗證防突措施的有效性。實踐證明文章所述的瓦斯防突設(shè)計是非常有效的，對該煤礦類似地質(zhì)條件下瓦斯防治提供參考。