路 鵬， 齊連旭

(遼寧鐵法能源有限責(zé)任公司，遼寧 調(diào)兵山 112700)

引 言

瓦斯異常涌出現(xiàn)象，一般是在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)中斷層、褶曲、火成巖侵入的地區(qū)容易發(fā)生。如果這個(gè)地區(qū)的構(gòu)造是由于受到強(qiáng)應(yīng)力而產(chǎn)生的話，則附近的煤層中的瓦斯便能通過(guò)此處的裂隙帶的開(kāi)放性而不斷的向外擴(kuò)散出去。此時(shí)，這個(gè)區(qū)域的瓦斯由于附近的封閉性的裂縫而不易向外擴(kuò)散，導(dǎo)致瓦斯含量較大，當(dāng)在這個(gè)區(qū)域附近工作時(shí)，會(huì)容易發(fā)生瓦斯涌出異常的狀況。

1 煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯異常涌出發(fā)生經(jīng)過(guò)

1.1 瓦斯異常涌出現(xiàn)象描述

2018年1月22日4點(diǎn)班23時(shí)14分，南五903運(yùn)順掘進(jìn)工作面距迎頭3m施工頂板錨索孔時(shí)發(fā)生噴孔現(xiàn)象，工作面甲烷傳感器瞬時(shí)增大1.46%，人員撤至回順口新鮮風(fēng)流中。該掘進(jìn)面掘進(jìn)至298 m，錨索布置為“3-0-2-0”，該孔為3-0中間孔，孔深5.4 m(巖性描述：0 m～3.4 m砂巖-4.5 m煤-5.4 m火成巖)，工作面風(fēng)量550 m3/min，回風(fēng)風(fēng)量650 m3/min，噴孔發(fā)生前回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛?.45%，噴孔后12 h平均濃度0.95%。

1.2 噴孔前工作面突出指標(biāo)測(cè)定

22日白班距噴孔點(diǎn)2.4 m測(cè)定突出預(yù)測(cè)指標(biāo)，測(cè)得8煤Δh2=117.6 Pa(濕),9煤Δh2=98.0 Pa(干)；工作面左側(cè)8煤厚1.3 m，右側(cè)0.5 m。

2 瓦斯異常涌出原因分析

2.1 保護(hù)層開(kāi)采的影響

南五903工作面理論上均位于上保護(hù)層7-2#煤層已采區(qū)域(707、709工作面)被保護(hù)范圍之內(nèi)，但由于709工作面于2018年1月19日剛采完，上覆圍巖尚處于動(dòng)態(tài)變化之中，903工作面運(yùn)順沿傾斜方向80 m范圍屬于未受保護(hù)區(qū)域，因此，903工作面運(yùn)順在掘進(jìn)過(guò)程中容易受應(yīng)力集中影響而導(dǎo)致瓦斯異常涌出，比如在掘進(jìn)過(guò)程中施工預(yù)抽鉆孔有噴孔現(xiàn)象。

2.2 采動(dòng)影響區(qū)瓦斯賦存演化規(guī)律

煤層瓦斯主要以吸附于孔隙表面及承壓于煤巖體孔、裂隙內(nèi)的狀態(tài)賦存，在巖體應(yīng)力與瓦斯壓力下處于相對(duì)平衡狀態(tài)，但在采動(dòng)影響下會(huì)被打破，煤巖體隨之變形破裂，滲流結(jié)構(gòu)得到改變，瓦斯得以解吸、擴(kuò)散、滲流、運(yùn)移。煤層開(kāi)采后，瓦斯運(yùn)移及儲(chǔ)集依賴于采場(chǎng)覆巖裂隙發(fā)育演化規(guī)律及其形態(tài)[1]。

煤層開(kāi)采后，底板采動(dòng)影響有兩方面：非破壞性影響與破壞性影響。受非破壞性影響時(shí),底板巖體采動(dòng)后只產(chǎn)生微小的應(yīng)力變化或整體移動(dòng),不產(chǎn)生連通性裂隙，因此，不會(huì)形成瓦斯釋放的通道；受破壞性影響時(shí)，底板巖體產(chǎn)生移動(dòng)、變形及裂隙，并且形成連通性通道。當(dāng)采動(dòng)破壞影響帶波及到含瓦斯富集區(qū)時(shí),就會(huì)導(dǎo)致瓦斯異常涌出現(xiàn)象，造成采掘工作面瓦斯超限。煤層開(kāi)采后,原巖應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生破壞,造成部分區(qū)域應(yīng)力集中,部分區(qū)域應(yīng)力釋放。支承壓力是導(dǎo)致煤層底板運(yùn)動(dòng)發(fā)展的根源。隨工作面推進(jìn)，采空區(qū)覆巖自下而上發(fā)生冒落、斷裂和彎曲沉降。在圍巖應(yīng)力重新分布的范圍內(nèi)，作用在煤層、巖層和巖石上的垂直壓力稱為支承壓力，其一部分直接向底板巖體傳播，一部分通過(guò)采空區(qū)兩側(cè)煤體和巖層間接向煤層底板巖體傳播[2]。

通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)可以得出,底板運(yùn)動(dòng)主要是由于垂向應(yīng)力變化導(dǎo)致底板巖體的垂向運(yùn)動(dòng)。在煤層開(kāi)采初期,底板位移為整體向下，支承壓力壓縮區(qū)略大于采空區(qū)，隨著工作面的推進(jìn)[3],支承壓力區(qū)位移量增大，采空區(qū)巖層轉(zhuǎn)向向上運(yùn)動(dòng)隨采空區(qū)的增大，支承壓力加大，支承壓力區(qū)的垂向位移量增加，而采空區(qū)向上的位移量也增加。

2.3 瓦斯異常涌出分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)該區(qū)域瓦斯異常涌出的影響因素-保護(hù)層開(kāi)采、火成巖侵入、采動(dòng)影響區(qū)等因素分析，得出其原因是由于火成巖從8#煤與9-3#煤層之間侵入，造成了8#煤變質(zhì)程度提高、吸附瓦斯量增大、動(dòng)壓影響區(qū)瓦斯解吸量增大，再加上8煤局部區(qū)域被火成巖侵蝕而產(chǎn)生了大量的游離瓦斯，均富集于9煤頂板火成巖蓋層之上的圍巖裂隙空隙且不易擴(kuò)散；南五903運(yùn)順處于7-2#煤層采空區(qū)動(dòng)壓影響范圍之內(nèi)，903掘進(jìn)工作面一旦由于采動(dòng)影響而產(chǎn)生裂隙，就形成了富集瓦斯區(qū)域釋放的通道，從而發(fā)生瓦斯異常涌出現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面瓦斯超限而影響安全生產(chǎn)。

經(jīng)估算7-2#煤層開(kāi)采后其采空區(qū)底板破壞帶深度為20.3 m，小于與9#煤層層間距31.74 m，且南五709工作面剛剛回采結(jié)束，其底板變形產(chǎn)生的裂隙尚無(wú)法影響到9#煤層，即7-2#煤層采空區(qū)的卸壓瓦斯和遺煤釋放瓦斯不會(huì)通過(guò)底板裂隙涌到9#煤采掘工作面。

3 瓦斯異常涌出治理措施及效果

3.1 瓦斯治理措施

南五903掘進(jìn)工作面于2018年1月22日出現(xiàn)瓦斯異常現(xiàn)象后，及時(shí)采取了施工超前抽采孔對(duì)9#煤層及鄰近層8#煤層瓦斯進(jìn)行了抽采，截止到3月末，共施工抽采鉆孔112個(gè)，鉆孔工程量5 995 m。

3.2 瓦斯抽采效果分析

南五903掘進(jìn)工作面最大抽采純瓦斯量達(dá)到8.06 m3/min，共抽采瓦斯量28.8萬(wàn)m3，保證了巷道安全掘進(jìn)。抽采瓦斯量和風(fēng)排瓦斯量隨推進(jìn)時(shí)間變化曲線，如圖1所示。

從圖1瓦斯涌出變化曲線來(lái)看，在1月22日出現(xiàn)瓦斯異常涌出現(xiàn)象后，風(fēng)排瓦斯涌出量急劇增加，最大瓦斯涌出量達(dá)到5.1 m3/min；隨后立即采取了施工穿層鉆孔預(yù)抽8#煤變質(zhì)區(qū)域瓦斯措施，最大瓦斯抽采量達(dá)到8.06 m3/min，風(fēng)排瓦斯量迅速下降；之后隨著預(yù)抽措施的繼續(xù)施工，瓦斯抽采量的增大，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量恢復(fù)至正常水平，消除了突出危險(xiǎn)性，工作面得以安全掘進(jìn)。截止到3月26日，共抽采瓦斯量28.8萬(wàn)m3。

圖1 風(fēng)排瓦斯量及抽采瓦斯量隨巷道推進(jìn)時(shí)間變化曲線

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)南五903運(yùn)順掘進(jìn)過(guò)程中瓦斯異常涌出現(xiàn)象的影響因素分析，得出其具體原因；并根據(jù)這一現(xiàn)象，提出了針對(duì)性的瓦斯治理措施，可為今后有類似現(xiàn)象的瓦斯治理提供借鑒。具體結(jié)論為：

1) 南五903運(yùn)順瓦斯異常涌出現(xiàn)象為8#煤層受火成巖影響煤發(fā)生變質(zhì)、吸附能力增強(qiáng)、動(dòng)壓影響下而釋放的大量游離瓦斯，富集于9#煤頂板火成巖蓋層之上不易擴(kuò)散、掘進(jìn)過(guò)程中受集中應(yīng)力影響下頂板出現(xiàn)裂隙，而形成了瓦斯釋放的通道造成的。而上鄰近層7-2#煤層采空區(qū)卸壓瓦斯和遺煤瓦斯不會(huì)通過(guò)9#煤頂板裂隙涌入到9#煤采掘工作面。

2) 經(jīng)施工錨索鉆孔發(fā)現(xiàn)這一異常涌出現(xiàn)象后，采取了施工頂板穿層鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采的措施，共施工抽采鉆孔112個(gè)，鉆孔工程量5 995 m；控制范圍為掘進(jìn)工作面前方60 m、巷道輪廓線外15 m、距煤層頂板6 m；可掘進(jìn)距離為每輪40 m，預(yù)留20 m措施超前距；掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)火成巖影響區(qū)進(jìn)行突出預(yù)測(cè)和超前鉆探，并結(jié)合頂板打錨桿錨索孔情況判定工作面安全性。經(jīng)過(guò)以上預(yù)抽措施，消除了突出危險(xiǎn)性，保證了巷道安全掘進(jìn)。