大林煤礦M14煤層一采區(qū)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性評價(jià)

史安民，倪贊龍

(江煤貴州礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

大林煤礦位于遵義城北西方向，直距約45 km，行政區(qū)劃隸屬遵義市平正鄉(xiāng)管轄。井田含煤地層龍?zhí)督M共含煤3層，含煤總厚9.40 m，平均含煤率9.23%，其中可采煤層平均總厚6.73 m，可采煤層平均含煤率5.18%，其煤層編號由上至下分別為M7、M9、M14煤層。大林煤礦采用平硐開拓，共設(shè)3條井筒，分別為主平硐、副平硐和回風(fēng)平硐，礦井采用中央并列式通風(fēng)方式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，其中主平硐與副平硐進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)平硐回風(fēng)。礦井總回風(fēng)量為2 890 m3/min，總回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.20%，瓦斯涌出量約為5.78 m3/min。根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)2010年7月提交的《遵義市平正鄉(xiāng)大林煤礦M7、M9、M14煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性鑒定報(bào)告》，其鑒定結(jié)論為：大林煤礦M7、M9、M14煤層在鑒定范圍內(nèi)無突出危險(xiǎn)性。根據(jù)當(dāng)時(shí)井下開拓及準(zhǔn)備巷道的實(shí)際條件，僅M7煤層具備布孔條件，因此，經(jīng)復(fù)核認(rèn)為：大林煤礦M9、M14煤層2010年7月份的鑒定數(shù)據(jù)不足以支持鑒定結(jié)論，M9、M14煤層的突出危險(xiǎn)性鑒定結(jié)論無效，為了確保大林煤礦M14煤層一采區(qū)的安全回采，需對該區(qū)域煤層的突出危險(xiǎn)性重新進(jìn)行鑒定。

2 煤與瓦斯突出鑒定方法

煤與瓦斯突出煤層的首要判斷標(biāo)準(zhǔn)為是否發(fā)生過瓦斯動力現(xiàn)象[1]，由于大林煤礦目前從未出現(xiàn)過噴孔、卡鉆等突出預(yù)兆，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場測定的煤層相關(guān)參數(shù)來進(jìn)行鑒定，各個(gè)參數(shù)的臨界值如表1所示，當(dāng)測定區(qū)域煤層的所有參數(shù)均處于表1所示的指標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，即可認(rèn)定該區(qū)域的煤層存在煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性；另外當(dāng)測定區(qū)域煤層的相關(guān)參數(shù)滿足以下條件[2]：①煤層的最小堅(jiān)固性系數(shù)≤0.3，且煤層最大瓦斯壓力≥0.74 MPa時(shí)；②0.3<煤層最小的堅(jiān)固性系數(shù)≤0.5，且煤層最大瓦斯壓力≥1.0 MPa；③0.5<煤層的最小堅(jiān)固性系數(shù)≤0.8，且煤層最大瓦斯壓力≥1.50 MPa；④煤層最大瓦斯壓力≥2.0 MPa時(shí)，同樣可以認(rèn)定煤層為突出煤層。

表1 突出煤層鑒定的單項(xiàng)指標(biāo)臨界值

3 M14煤層一采區(qū)瓦斯突出參數(shù)測定

3.1 煤層瓦斯壓力現(xiàn)場實(shí)測

大林煤礦M14煤層的原始瓦斯壓力測定方法為井下巷硐內(nèi)直接打鉆孔，結(jié)合大林煤礦現(xiàn)有開拓及準(zhǔn)備巷道部署的實(shí)際情況，決定在東翼瓦斯抽放進(jìn)風(fēng)巷、西翼瓦斯抽放進(jìn)風(fēng)巷、東翼瓦斯抽放回風(fēng)巷、絞車房繞道等處布置5個(gè)瓦斯壓力測點(diǎn)(10個(gè)穿層測壓鉆孔)。測定結(jié)果如表2 所示。

3.2 煤的破壞類型

大林煤礦M14煤層一采區(qū)煤的破壞類型采用現(xiàn)場勘察法評定，根據(jù)對大林煤礦M14煤層一采區(qū)的三條上山、大巷及M14煤層巷道實(shí)際揭露的M14煤層的現(xiàn)場勘察：M14煤層的光澤為亮與半亮，以半亮型為主，無夾矸，煤層厚度穩(wěn)定；斷面成不規(guī)則塊狀，有擦紋；斷口參差多角，用手極易剝成小塊，中等硬度。可以得出大林煤礦M14煤層的破壞類型為Ⅱ～Ⅲ類。

表2 M14煤層瓦斯壓力測定結(jié)果

3.3 煤的瓦斯放散初速度和堅(jiān)固系數(shù)測定

煤的瓦斯放散初速度和堅(jiān)固性系數(shù)通過現(xiàn)場取樣、實(shí)驗(yàn)室測定，本次測定采取了3份相對較軟的M14煤層煤樣，每份煤樣重量不小于3 kg。M14煤層煤樣分別取自11402運(yùn)輸巷40 m處、11402回風(fēng)巷80 m處和11402回風(fēng)巷127 m處。取樣方法為刻槽取樣法[3]。測定結(jié)果如表3所示。

表3 M14煤層相關(guān)瓦斯參數(shù)測定結(jié)果

4 煤層突出危險(xiǎn)性鑒定

通過對測定結(jié)果進(jìn)行分析匯總，得出煤的最高破壞類型、最大瓦斯放散初速度、煤的最小堅(jiān)固性系數(shù)和最大瓦斯壓力值[4]，如表4。

表4 M14煤層突出危險(xiǎn)性單項(xiàng)指標(biāo)測定結(jié)果

表4的數(shù)據(jù)表明，大林煤礦M14煤層一采區(qū)煤的破壞類型、煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f)及煤的瓦斯放散初速度(ΔP)達(dá)到或超過臨界值，但瓦斯壓力(P)未超過臨界值，不滿足“全部指標(biāo)均處于表1所示臨界值范圍”的條件；且從本次實(shí)測的瓦斯壓力P及煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值結(jié)果來看，也不滿足額外的4種情況。因此，依據(jù)本次實(shí)測的M14煤層一采區(qū)煤與瓦斯突出單項(xiàng)指標(biāo)，不能夠?qū)⒃搮^(qū)域內(nèi)的M14煤層認(rèn)定為突出煤層，需結(jié)合鄰近礦井開拓開采情況、瓦斯賦存情況及本礦井地質(zhì)、煤層、瓦斯賦存及埋深等情況，進(jìn)行綜合分析確定。

針對大林煤礦提供的采掘工程平面圖、井上下對照圖分析，本次大林煤礦M14煤層測點(diǎn)代表范圍內(nèi)最大埋深為438 m，實(shí)測的最大瓦斯壓力為0.58 MPa(埋深425.5 m)，未超過臨界值0.74 MPa；根據(jù)表2中M14煤層瓦斯壓力測定結(jié)果，分析了瓦斯壓力與埋深的相關(guān)關(guān)系，如圖1所示，得出本次在礦井測點(diǎn)代表范圍內(nèi)M14煤層瓦斯壓力與埋深的擬合關(guān)系模型。

圖1 M14煤層一采區(qū)實(shí)測瓦斯壓力與埋深的相關(guān)關(guān)系

根據(jù)M14煤層瓦斯壓力與埋深的相關(guān)關(guān)系，推測本次測點(diǎn)代表范圍內(nèi)最大埋深438 m處的M14煤層瓦斯壓力為0.60 MPa，也未超過瓦斯壓力臨界值0.74 MPa。因此，由M14煤層一采區(qū)煤體的單項(xiàng)指標(biāo)分析，不足以鑒定為具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

5 鑒定范圍內(nèi)煤層突出危險(xiǎn)性綜合分析

1) 從片區(qū)突出危險(xiǎn)性來分析。大林煤礦礦區(qū)為煤與瓦斯突出危險(xiǎn)礦區(qū)。與大林煤礦同屬平正鄉(xiāng)的富強(qiáng)煤礦于2011年7月20日在M7煤層發(fā)生一起煤與瓦斯突出事故。而大林煤礦至今未發(fā)生過煤與瓦斯突出等瓦斯動力現(xiàn)象；在M14煤層采掘過程中也沒有發(fā)生過瓦斯涌出異常現(xiàn)象。因此，盡管大林煤礦所處片區(qū)屬突出危險(xiǎn)礦區(qū)，但從實(shí)際的瓦斯賦存情況來看，M14煤層瓦斯壓力和瓦斯含量不大。

2) 從瓦斯涌出情況來分析。從已掘進(jìn)的M14煤層一采區(qū)巷道掘進(jìn)過程中的瓦斯涌出量來看，M14煤層11402回風(fēng)巷回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.16%，絕對瓦斯涌出量為0.26m3/min；11402運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.18%，絕對瓦斯涌出量為0.43m3/min；說明一采區(qū)M14煤層瓦斯涌出量不大。

3) 從鑒定范圍內(nèi)的最大埋深處瓦斯壓力來分析。鑒定范圍內(nèi)M14煤層瓦斯壓力測壓鉆孔見煤點(diǎn)埋深處于68～425.5 m之間，M14煤層實(shí)測的最大瓦斯壓力為0.58 MPa(埋深425.5 m)，未超過臨界值0.74 MPa。根據(jù)本次M14煤層瓦斯壓力與埋深的相關(guān)關(guān)系可知：在438 m埋深處M14煤層的瓦斯壓力為0.60 MPa，也未超過臨界值0.74 MPa。

根據(jù)大林煤礦本次實(shí)測的煤與瓦斯突出單項(xiàng)指標(biāo)、煤層及瓦斯賦存情況，鄰近礦井開拓開采及瓦斯賦存的實(shí)際情況，綜合分析后認(rèn)為：大林煤礦M14煤層在本次鑒定范圍內(nèi)無煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。