高瓦斯及高突出礦井控制煤層趨勢(shì)的探索與應(yīng)用

孫建維

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200）

0 引言

《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第二十九條規(guī)定：在突出煤層頂、底板及鄰近煤層中掘進(jìn)巷道（包括鉆場(chǎng)等）時(shí)，必須超前探測(cè)煤層及地質(zhì)構(gòu)造情況，分析勘測(cè)驗(yàn)證地質(zhì)資料，編制巷道剖面圖，及時(shí)掌握施工動(dòng)態(tài)和圍巖變化情況，防止誤穿突出煤層。

高瓦斯、高突出礦井巷道采掘前，采取穿層鉆孔或順層鉆孔的區(qū)域防突措施來(lái)預(yù)抽煤層瓦斯，而有條件的礦井更是大力推廣定向鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡可控。本文以晉能控股煤業(yè)集團(tuán)胡底煤業(yè)有限公司為例，分析在多種抽放鉆孔的分布下，從三維地震煤層底板等高線預(yù)判地質(zhì)構(gòu)造、定向鉆孔預(yù)測(cè)煤層趨勢(shì)、穿層鉆孔修訂煤層坡度、工作面檢測(cè)鉆孔驗(yàn)證探測(cè)結(jié)果等方面進(jìn)行分析，多種鉆孔相互驗(yàn)證，精確控制，達(dá)到超前控制煤層的目的。

1 礦井概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)胡底煤業(yè)有限公司是晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部生產(chǎn)礦井，礦井位于晉城市沁水縣胡底鄉(xiāng)境內(nèi)，井田面積為5.12 km2，生產(chǎn)規(guī)模60 萬(wàn)t/a。礦井批準(zhǔn)開采3 號(hào)、15 號(hào)煤層，現(xiàn)開采3 號(hào)煤層，平均厚度5.72 m，屬不易自燃煤層，煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，3 號(hào)煤層原始瓦斯壓力0.72～2.36 MPa，原始瓦斯含量13.51～16.92 m3/t。根據(jù)晉煤瓦發(fā)[2013]392 號(hào)《關(guān)于晉煤集團(tuán)2012 年度礦井瓦斯等級(jí)和二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果的批復(fù)》，礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為煤與瓦斯突出礦井。

胡底煤業(yè)以區(qū)域和局部?jī)蓚€(gè)綜合防突措施為中心，地面網(wǎng)絡(luò)預(yù)抽、區(qū)域模塊降量、底抽穿層保掘、高位順層保采為瓦斯治理四級(jí)模式。地面網(wǎng)絡(luò)預(yù)抽，超前布置地面氣井網(wǎng)絡(luò)，提前5～10 a 以上抽采煤層瓦斯；定向鉆機(jī)實(shí)施區(qū)域遞進(jìn)式模塊抽采，降低煤體瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)區(qū)域模塊降量；底抽巖巷穿層鉆孔及定向鉆機(jī)遞進(jìn)式抽采相結(jié)合的方式，解決煤巷的消突問題，保障煤巷安全掘進(jìn)，提高掘進(jìn)效率，達(dá)到底抽穿層保掘；煤巷順層鉆孔強(qiáng)化采面抽采和高位鉆孔等采空區(qū)瓦斯治理措施保障采面安全回采，實(shí)現(xiàn)高位順層保采的目標(biāo)。

為了滿足井田開拓的需要，對(duì)大巷和首采盤區(qū)實(shí)施地面三維地震勘探工作，查明了勘探范圍內(nèi)3號(hào)煤層底板的賦存形態(tài)并控制了其深度，掌握了勘探范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育情況，為以后的礦井建設(shè)提供了可靠的地質(zhì)資料。

2 煤層控制的探索與應(yīng)用

（1）根據(jù)三維地震煤層底板等高線，預(yù)判1307 工作面巷道掘進(jìn)前方煤層坡度及可能存在的地質(zhì)構(gòu)造。

地面三維地震勘探是目前較為先進(jìn)的物探方法，可以較為準(zhǔn)確掌握勘探范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和煤層埋深等數(shù)據(jù)。但由于地面三維地震勘探工作受地面環(huán)境影響，且地震資料解釋過程中存在多樣性，造成三維地震資料與實(shí)際情況有一定的偏差，在生產(chǎn)過程中需進(jìn)一步驗(yàn)證。

13072 巷掘進(jìn)前，根據(jù)三維地震煤層底板等高線預(yù)判1307 工作面巷道掘進(jìn)前方煤層坡度及可能存在的地質(zhì)情況，繪制13072 巷預(yù)測(cè)巷道剖面圖（圖1），沿巷道掘進(jìn)方向，煤層整體呈上山趨勢(shì)，前半部分煤層呈近水平，后半部分局部煤層坡度較大，約8°上山，且三維地震勘探顯示局部發(fā)育小型陷落柱。

圖1 根據(jù)三維地震煤層底板等高線繪制13072 巷剖面圖Fig.1 Drawing 13072 roadway profile based on 3D seismic coal seam floor contour

（2）根據(jù)定向鉆孔見煤層頂?shù)装鍢?biāo)高，預(yù)測(cè)13072 巷掘進(jìn)區(qū)域煤層賦存情況。

胡底煤業(yè)為煤與瓦斯突出礦井，井下使用定向鉆機(jī)實(shí)施區(qū)域遞進(jìn)式模塊抽采，達(dá)到區(qū)域模塊降量，定向鉆孔超前覆蓋煤巷掘進(jìn)區(qū)域。同時(shí)，定向鉆機(jī)具有測(cè)定鉆孔軌跡的作用，故定向鉆孔探測(cè)的煤層頂?shù)装鍢?biāo)高具有很高的準(zhǔn)確性。

根據(jù)定向鉆孔探測(cè)煤層頂?shù)装鍞?shù)據(jù)，掌握13072 巷掘進(jìn)區(qū)域煤層賦存情況，且定向鉆機(jī)探測(cè)顯示13072 巷掘進(jìn)區(qū)域不存在明顯地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)異常區(qū)域（圖2）。

圖2 根據(jù)定向鉆機(jī)探測(cè)標(biāo)高繪制13072 巷剖面圖Fig.2 Section of 13072 lane drawn according to detection elevation of directional drilling rig

（3）根據(jù)實(shí)測(cè)1307 底抽巷頂板標(biāo)高，結(jié)合穿層鉆孔，修訂13072 巷掘進(jìn)前方煤層賦存情況。

穿層抽放鉆孔主要為掩護(hù)煤巷掘進(jìn)，其穿過煤層頂?shù)装?，覆蓋煤巷及其左右20 m 范圍煤層，工作面順槽掘進(jìn)前，在底抽巷施工上行穿層鉆孔預(yù)抽煤巷瓦斯。鉆孔孔深短，可忽略漂鉆的影響，鉆孔數(shù)據(jù)多，能夠消除個(gè)別誤差，實(shí)現(xiàn)整體對(duì)比分析。根據(jù)穿層鉆孔數(shù)據(jù)及底抽巷頂板標(biāo)高，不僅能夠預(yù)測(cè)煤巷煤層趨勢(shì)，還能夠準(zhǔn)確掌握煤層厚度。

根據(jù)對(duì)底抽巷施工的穿層進(jìn)行分析，通過鉆孔見煤位置結(jié)合實(shí)測(cè)巷道頂板標(biāo)高對(duì)煤層厚度及煤層坡度進(jìn)行進(jìn)一步掌握（圖3）。根據(jù)煤層修改結(jié)果，在編制地質(zhì)瓦斯月度預(yù)報(bào)時(shí)，對(duì)掘進(jìn)前方煤層賦存情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，增強(qiáng)了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，同時(shí)隊(duì)組也可以提前了解掘進(jìn)煤層趨勢(shì)，提前規(guī)劃生產(chǎn)組織。

圖3 根據(jù)底抽巷標(biāo)高及穿層鉆孔繪制13072 巷剖面圖Fig.3 Drawing section map of 13072 roadway based on bottom drainage roadway elevation and borehole

（4）根據(jù)13072 巷工作面檢測(cè)鉆孔數(shù)據(jù)，不斷驗(yàn)證13072 巷掘進(jìn)前方煤層趨勢(shì)。

在13072 巷掘進(jìn)過程中，根據(jù)工作面施工的檢測(cè)鉆孔數(shù)據(jù)，分析鉆孔見煤、巖標(biāo)高，對(duì)掘進(jìn)前方煤層位置的準(zhǔn)確性進(jìn)一步驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層趨勢(shì)的精準(zhǔn)控制。

綜合以上控制煤層的方法，通過分析各種抽放鉆孔能夠不斷修訂煤層底板等高線，逐步掌握煤層趨勢(shì)，精確控制巷道層位，為安全生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)基礎(chǔ)。

3 實(shí)測(cè)煤層趨勢(shì)與預(yù)計(jì)趨勢(shì)對(duì)比

13072 巷掘進(jìn)完成后實(shí)測(cè)巷道頂板標(biāo)高，繪制巷道剖面圖（圖4），對(duì)比實(shí)測(cè)巷道剖面與三維地震解釋的煤層趨勢(shì)以及根據(jù)定向鉆孔修訂的煤層趨勢(shì)，可以較為直觀的對(duì)比出，三維地震解釋的煤層趨勢(shì)具有較大誤差，尤其是在煤層傾角變化較大的地點(diǎn)，且在傾角變化區(qū)域易解釋為異常。

圖4 13072 巷實(shí)測(cè)煤層剖面圖Fig.4 Coal seam profile measured in 13072 roadway

根據(jù)定向鉆孔修訂的煤層趨勢(shì)與實(shí)測(cè)的巷道剖面基本一致，僅在小范圍內(nèi)有較小偏差，可在巷道掘進(jìn)過程中依據(jù)底抽巷標(biāo)高，結(jié)合穿層鉆孔、檢測(cè)孔等鉆孔數(shù)據(jù)及時(shí)修正煤層趨勢(shì)（圖5）。

圖5 13072 巷實(shí)測(cè)煤層剖面圖Fig.5 13072 roadway measured coal seam profile

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)13072 巷實(shí)測(cè)剖面圖與三維地震解釋的煤層趨勢(shì)以及根據(jù)定向鉆孔修訂的煤層趨勢(shì)，可以得出，三維地震解釋的煤層趨勢(shì)具有較大誤差，尤其是在煤層傾角變化較大的地點(diǎn)，而根據(jù)抽放鉆孔修訂的煤層趨勢(shì)與實(shí)測(cè)的巷道剖面基本一致，僅在小范圍內(nèi)有較小偏差，可在巷道掘進(jìn)過程中依據(jù)上行鉆孔、檢測(cè)孔及時(shí)修正煤層趨勢(shì)。根據(jù)抽放鉆孔在巷道掘進(jìn)前、掘進(jìn)過程中預(yù)測(cè)、修正煤層趨勢(shì)能夠達(dá)到準(zhǔn)確控制煤層的目的。