岳 崗
(山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 陽(yáng)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(jì)研究并采取針對(duì)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(duì)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(cè)及檢驗(yàn)瓦斯突出區(qū)域,并制定綜合防突技術(shù)措施。
新景礦位于陽(yáng)泉礦區(qū)的西部,由于受壽陽(yáng)向斜的影響,煤層埋藏相對(duì)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(jiǎn)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(jiān)硬巖石,適合于機(jī)械化開采。根據(jù)新景礦地質(zhì)勘探報(bào)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(duì)涌出量平均為16.0m3/t,絕對(duì)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(duì)安全充分考慮角度出發(fā),對(duì)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(jì),進(jìn)而可有效防治煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害。
通常情況下,利用瓦斯地質(zhì)分析,經(jīng)過計(jì)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(cè),根據(jù)當(dāng)前新景煤礦3#煤層的實(shí)際開采情況,對(duì)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(xiǎn)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(dòng)力現(xiàn)象發(fā)生時(shí),及時(shí)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(duì)應(yīng)的瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域。本區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯突出預(yù)兆點(diǎn)關(guān)聯(lián)密切,構(gòu)造帶邊緣瓦斯危險(xiǎn)區(qū)域可以由瓦斯預(yù)兆點(diǎn)確定。瓦斯突出危險(xiǎn)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(xiǎn)區(qū)域示意圖如圖1所示。
(3)當(dāng)無瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)和突出危險(xiǎn)區(qū)由1、2要求劃定出,此時(shí)可以根據(jù)地質(zhì)資料測(cè)定煤層瓦斯壓力來預(yù)測(cè)。此外,也可以依據(jù)測(cè)定的煤層瓦斯含量來進(jìn)行預(yù)測(cè)。依據(jù)井下實(shí)際測(cè)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(cè),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(xiǎn)區(qū)域示意圖
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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),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(duì)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(shí)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(shí),瓦斯預(yù)抽時(shí)間要大于10個(gè)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(duì)3#煤層掘進(jìn)工作面中實(shí)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(shí)地考察,對(duì)3#煤層掘進(jìn)工作面進(jìn)行穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯時(shí),采用半徑48mm的鉆孔,5m的終孔間排距時(shí),至少需要周期為10個(gè)月的預(yù)抽瓦斯時(shí)間。
(3)工作面回采過程中煤與瓦斯突出防治措施
針對(duì)新景煤礦3#煤層中的瓦斯賦存情況,同時(shí)結(jié)合該煤層的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn),對(duì)存在突出危險(xiǎn)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(duì)性預(yù)抽瓦斯,并對(duì)煤與瓦斯的防治效果進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),通過對(duì)瓦斯監(jiān)測(cè)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(shí)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(shí)施后,經(jīng)效果檢驗(yàn)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
采用經(jīng)實(shí)地考察確定的臨界值指標(biāo)對(duì)抽取瓦斯區(qū)域的防突措施進(jìn)行評(píng)價(jià),確定臨界值之前,應(yīng)根據(jù)以下參數(shù)進(jìn)行評(píng)判:查閱調(diào)取相關(guān)煤礦實(shí)測(cè)地質(zhì)資料,采用殘余瓦斯壓力指標(biāo)和殘余瓦斯含量評(píng)價(jià)防突措施的有效方案。瓦斯突出危險(xiǎn)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(xiǎn)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(yàn)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(xiǎn)區(qū)域,否則即為無瓦斯突出危險(xiǎn)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(shí),則將此預(yù)兆點(diǎn)周圍半徑100m范圍判定為防突措施無效,為瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域。
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(shí)測(cè)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(shí)實(shí)測(cè)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(jì)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。
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(chǎng)實(shí)測(cè)相關(guān)參數(shù)驗(yàn)證防突措施的有效性。實(shí)踐證明文章所述的瓦斯防突設(shè)計(jì)是非常有效的,對(duì)該煤礦類似地質(zhì)條件下瓦斯防治提供參考。