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        高瓦斯及高突出礦井控制煤層趨勢的探索與應(yīng)用

        2021-02-12 06:28:36孫建維
        煤炭與化工 2021年12期
        關(guān)鍵詞:剖面圖標高定向

        孫建維

        (晉能控股煤業(yè)集團 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巷道(包括鉆場等)時,必須超前探測煤層及地質(zhì)構(gòu)造情況,分析勘測驗證地質(zhì)資料,編制巷道剖面圖,及時掌握施工動態(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)域防突措施來預(yù)抽煤層瓦斯,而有條件的礦井更是大力推廣定向鉆機,實現(xiàn)鉆孔軌跡可控。本文以晉能控股煤業(yè)集團胡底煤業(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)測煤層趨勢、穿層鉆孔修訂煤層坡度、工作面檢測鉆孔驗證探測結(jié)果等方面進行分析,多種鉆孔相互驗證,精確控制,達到超前控制煤層的目的。

        1 礦井概況

        晉能控股煤業(yè)集團胡底煤業(yè)有限公司是晉能控股煤業(yè)集團晉城煤炭事業(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t/a。礦井批準開采3 號、15 號煤層,現(xiàn)開采3 號煤層,平均厚度5.72 m,屬不易自燃煤層,煤塵無爆炸危險性,3 號煤層原始瓦斯壓力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《關(guān)于晉煤集團2012 年度礦井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果的批復(fù)》,礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為煤與瓦斯突出礦井。

        胡底煤業(yè)以區(qū)域和局部兩個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;定向鉆機實施區(qū)域遞進式模塊抽采,降低煤體瓦斯含量,實現(xiàn)區(qū)域模塊降量;底抽巖巷穿層鉆孔及定向鉆機遞進式抽采相結(jié)合的方式,解決煤巷的消突問題,保障煤巷安全掘進,提高掘進效率,達到底抽穿層保掘;煤巷順層鉆孔強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,實現(xiàn)高位順層保采的目標。

        為了滿足井田開拓的需要,對大巷和首采盤區(qū)實施地面三維地震勘探工作,查明了勘探范圍內(nèi)3號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的物探方法,可以較為準確掌握勘探范圍內(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際情況有一定的偏差,在生產(chǎn)過程中需進一步驗證。

        13072 巷掘進前,根據(jù)三維地震煤層底板等高線預(yù)判1307 工作面巷道掘進前方煤層坡度及可能存在的地質(zhì)情況,繪制13072 巷預(yù)測巷道剖面圖(圖1),沿巷道掘進方向,煤層整體呈上山趨勢,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)装鍢烁?,預(yù)測13072 巷掘進區(qū)域煤層賦存情況。

        胡底煤業(yè)為煤與瓦斯突出礦井,井下使用定向鉆機實施區(qū)域遞進式模塊抽采,達到區(qū)域模塊降量,定向鉆孔超前覆蓋煤巷掘進區(qū)域。同時,定向鉆機具有測定鉆孔軌跡的作用,故定向鉆孔探測的煤層頂?shù)装鍢烁呔哂泻芨叩臏蚀_性。

        根據(jù)定向鉆孔探測煤層頂?shù)装鍞?shù)據(jù),掌握13072 巷掘進區(qū)域煤層賦存情況,且定向鉆機探測顯示13072 巷掘進區(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)定向鉆機探測標高繪制13072 巷剖面圖Fig.2 Section of 13072 lane drawn according to detection elevation of directional drilling rig

        (3)根據(jù)實測1307 底抽巷頂板標高,結(jié)合穿層鉆孔,修訂13072 巷掘進前方煤層賦存情況。

        穿層抽放鉆孔主要為掩護煤巷掘進,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,能夠消除個別誤差,實現(xiàn)整體對比分析。根據(jù)穿層鉆孔數(shù)據(jù)及底抽巷頂板標高,不僅能夠預(yù)測煤巷煤層趨勢,還能夠準確掌握煤層厚度。

        根據(jù)對底抽巷施工的穿層進行分析,通過鉆孔見煤位置結(jié)合實測巷道頂板標高對煤層厚度及煤層坡度進行進一步掌握(圖3)。根據(jù)煤層修改結(jié)果,在編制地質(zhì)瓦斯月度預(yù)報時,對掘進前方煤層賦存情況進行預(yù)報,增強了預(yù)測預(yù)報的準確性,同時隊組也可以提前了解掘進煤層趨勢,提前規(guī)劃生產(chǎn)組織。

        圖3 根據(jù)底抽巷標高及穿層鉆孔繪制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 巷工作面檢測鉆孔數(shù)據(jù),不斷驗證13072 巷掘進前方煤層趨勢。

        在13072 巷掘進過程中,根據(jù)工作面施工的檢測鉆孔數(shù)據(jù),分析鉆孔見煤、巖標高,對掘進前方煤層位置的準確性進一步驗證,實現(xiàn)對煤層趨勢的精準控制。

        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,精確控制巷道層位,為安全生產(chǎn)打下了堅實的地質(zhì)基礎(chǔ)。

        3 實測煤層趨勢與預(yù)計趨勢對比

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

        圖4 13072 巷實測煤層剖面圖Fig.4 Coal seam profile measured in 13072 roadway

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

        圖5 13072 巷實測煤層剖面圖Fig.5 13072 roadway measured coal seam profile

        4 結(jié)語

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

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