復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶礦井瓦斯安全治理技術(shù)研究

周文宏

摘 要：目前關(guān)于礦井瓦斯的治理方面，我國已經(jīng)進(jìn)行了較多的研究并且已經(jīng)較為完善。但隨著煤礦的開采，地質(zhì)條件的復(fù)雜程度增加，對于礦井瓦斯的治理還需要進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。本文分析處于復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶的某煤礦在礦井瓦斯治理方面的問題，對其使用的治理技術(shù)分析進(jìn)行研究并提出意見。本文的分析結(jié)果在一定程度上可以為復(fù)雜地質(zhì)條件下的礦井瓦斯治理提供技術(shù)指導(dǎo)，具有較大的參考價(jià)值。對我國煤礦行業(yè)的安全發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：礦井;復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶;治理技術(shù)

分析礦井發(fā)生突出事故的起因發(fā)現(xiàn)，當(dāng)巖巷掘進(jìn)至瓦斯突出煤層時(shí)，由于地應(yīng)力的變化等因素，極容易發(fā)生煤層內(nèi)部的瓦斯突出事故，且一旦發(fā)生事故其危險(xiǎn)性很大，這一類事故基本上都發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域，且數(shù)量約占突出事故總數(shù)的60%。所以在地質(zhì)復(fù)雜的構(gòu)造區(qū)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，井巷掘進(jìn)通過突出煤層的過程中會存在較大的危險(xiǎn)性，而且此項(xiàng)工作具有很高的技術(shù)難度，在很大程度上制約著礦井進(jìn)行合理的采掘以及礦井的部署工作。

1 概況

本文分析的工作面地質(zhì)構(gòu)造情況為：煤層中地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，表現(xiàn)為斷層和褶皺等的存在。受其影響較大，使得該巷道在施工過程中巖石破碎較為嚴(yán)重，具有較發(fā)育的節(jié)理，另外，工作面的頂板承受了較大的壓力，未探明的隱伏構(gòu)造較多，有可能發(fā)生瓦斯突出事故。

2 技術(shù)原理

在進(jìn)行巷道的掘進(jìn)過程中，首先要進(jìn)行炸藥爆破，產(chǎn)生的沖擊波以及施加在礦體上的載荷共同作用，對周圍巖體的原巖應(yīng)力產(chǎn)生很大的影響，并有可能超過圍巖的強(qiáng)度極限;然后在巷道掘進(jìn)過程中穿越瓦斯突出底板或頂板時(shí)，受到采動影響后使地應(yīng)力重新進(jìn)行分布。巖層與煤層相交界面的兩邊分別為巖層和煤層，兩者的力學(xué)性質(zhì)相差很大，這一差異的存在導(dǎo)致了其形狀發(fā)生了突變。在煤層未進(jìn)行采掘時(shí)，瓦斯積聚在煤層內(nèi)部無法排放出來，因此內(nèi)部原始瓦斯是一直處于高壓狀態(tài)，進(jìn)行放炮或者采掘時(shí)，由于對礦體內(nèi)的地應(yīng)力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其突然發(fā)生變化并很可能在交界處產(chǎn)生較高的數(shù)值。另一方面，暴露出的巖體受力狀態(tài)發(fā)生改變且受力顯著降低，當(dāng)較高的地應(yīng)力作用于礦體時(shí)，可能會因?yàn)檩^高地應(yīng)力的沖擊或者內(nèi)部高壓狀態(tài)的瓦斯膨脹作用而引起突出[1]。

經(jīng)過以上分析可知，在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)會導(dǎo)致瓦斯突出的危險(xiǎn)性增加，表現(xiàn)出較大破壞力，即地應(yīng)力和內(nèi)部瓦斯壓力的增加，極大可能會造成大強(qiáng)度的瓦斯突出或者煤巖體突出。針對這一現(xiàn)象，必須及時(shí)采取響應(yīng)措施降低地應(yīng)力以及內(nèi)部瓦斯的壓力，或者對煤巖體加設(shè)保護(hù)從而增大其強(qiáng)度。

3 技術(shù)工藝

針對該條件下巷道的特征，應(yīng)該提前對地質(zhì)條件進(jìn)行探查分析，對于瓦斯的治理，要及時(shí)采取適宜的措施和方法。首先要對井下的地質(zhì)條件進(jìn)行探查分析，這一技術(shù)過程體現(xiàn)為：強(qiáng)化井巷掘進(jìn)過程中的預(yù)測預(yù)報(bào)，對于礦層的層位要準(zhǔn)確把握，在煤層掘進(jìn)之前，必須要準(zhǔn)確判斷目標(biāo)煤層瓦斯賦存狀況、煤巖體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部瓦斯壓力以及地應(yīng)力等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而為制定防突措施提供數(shù)據(jù)參考。

在進(jìn)行鉆孔勘探時(shí)，鉆孔至少要穿透巷道的煤層頂板0.5m以上，另外，通過勘探應(yīng)當(dāng)?shù)玫綔?zhǔn)確的地質(zhì)情況，包括厚度、傾角、內(nèi)部的瓦斯賦存情況、地質(zhì)構(gòu)造和地應(yīng)力的大小等。掘進(jìn)時(shí)也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行鉆孔探測，防止誤采結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的煤層。

其次是對礦層瓦斯進(jìn)行治理。經(jīng)過探查以后，對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并制定針對性的措施，例如可以在相鄰的巷道進(jìn)行穿層抽采鉆孔的施工，對瓦斯進(jìn)行提前抽采，這一過程可以實(shí)現(xiàn)釋放采礦體區(qū)域的彈性能從而達(dá)到使地應(yīng)力降低的目的;這一措施還可以使煤體內(nèi)部的高壓瓦斯釋放出來，增加抗壓強(qiáng)度，同時(shí)可以對外界的破壞有效抵抗。

通過探查地質(zhì)條件并進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果制定針對性的防突措施，主要包括兩個(gè)方面。

第一方面是區(qū)域的綜合防突措施，在進(jìn)行過斷層的巷道施工時(shí)，進(jìn)行防突的措施是在井巷區(qū)域進(jìn)行穿層鉆孔作業(yè)，預(yù)抽瓦斯，抽采半徑為2.5m，控制鉆孔在巷道輪廓線外20m范圍內(nèi)，并且巷道輪廓線與控制范圍的外邊緣距離應(yīng)當(dāng)大于5m。當(dāng)預(yù)抽效果可以達(dá)到相關(guān)要求后，需要施工鉆孔，并對測試孔控制范圍內(nèi)的殘余煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽效果檢驗(yàn)。當(dāng)鉆孔內(nèi)瓦斯含量小于6m3/t并且檢驗(yàn)過程中無異常，則證明預(yù)抽的措施可以有效降低瓦斯含量，認(rèn)為這一區(qū)域沒有突出危險(xiǎn);當(dāng)鉆孔內(nèi)瓦斯含量大于6m3/t或進(jìn)行鉆孔時(shí)有明顯突出預(yù)兆時(shí)，判定該區(qū)域?yàn)橥怀鑫ｋU(xiǎn)區(qū)，這種情況下一般不繼續(xù)進(jìn)行抽采，抽采過后進(jìn)行進(jìn)一步的效果檢驗(yàn)。

第二個(gè)方面是局部的綜合防突措施，采用鉆屑抽采瓦斯解吸指標(biāo)法對工作面情況進(jìn)行預(yù)測，當(dāng)有突出危險(xiǎn)時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行防突工作，措施為淺孔抽采。之后需要對這一措施的應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)以后證明該措施有效的指標(biāo)是最大鉆屑量及鉆屑瓦斯解吸值都在臨界值以下并無異常。若沒有達(dá)到這一指標(biāo)，則應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行鉆孔，進(jìn)一步抽采。隨后再次檢驗(yàn)防突效果，此時(shí)如果檢驗(yàn)值達(dá)到指標(biāo)以下并且瓦斯含量在6m3/t以下，則可進(jìn)行安全防護(hù)。掘進(jìn)過程中應(yīng)當(dāng)采用漸進(jìn)式的方法，即在安全屏障的作用下進(jìn)行淺掘淺進(jìn)。防止突出區(qū)域發(fā)生突出事故。這一過程中應(yīng)注意要進(jìn)行超前支護(hù)等。

4 應(yīng)用效果

由于地質(zhì)構(gòu)造的影響，該巷道內(nèi)的掘進(jìn)區(qū)域具有較高的突出危險(xiǎn)性，為了保證巷道掘進(jìn)過程中的安全高效，需要提前分析目標(biāo)礦井的地質(zhì)條件，對于防突方面，采取了抽采煤層瓦斯的措施，并在巷道掘進(jìn)過程中選用漸進(jìn)式的掘進(jìn)方式。通過這些措施的應(yīng)用，每次抽采后的礦井殘余瓦斯其含量都小于指標(biāo)值，則說明抽采效果已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

通過采取各種措施對煤層瓦斯進(jìn)行綜合治理，指導(dǎo)了采掘過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題，并提出了有效的解決措施，消除了突出的可能性，降低了開采過程的危險(xiǎn)，對復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶條件下的防突工作具有重要的指導(dǎo)意義，是安全生產(chǎn)并提高生產(chǎn)系統(tǒng)的迫切需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]張朝舉.高瓦斯煤層構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域防突與瓦斯治理技術(shù)[J].能源技術(shù)與管理，2014（2）.