武少鵬

(潞安化工集團安全 管理部,山西 長治 046204)

1 礦井概況

阜生煤礦位于沁水煤田東北邊緣,井田面積5.813 5 km2,批準開采15號煤層,開采深度+1 167～+740 m,生產(chǎn)規(guī)模1.2×106t/a,屬煤與瓦斯突出礦井。目前,該礦采用了地面鉆井、15號煤層底板巖巷穿層鉆孔、工作面順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯等一系列區(qū)域防突措施,但由于15號煤層透氣性低、瓦斯含量大,導(dǎo)致巷道和鉆孔工程量大,巷道掘進速度低,造成采掘銜接緊張,影響了礦井正常生產(chǎn);同時,隨著開采深度的增加,礦井防突治理難度進一步加大,現(xiàn)有的區(qū)域防突措施難以滿足安全需求,亟待探索高效的防突治理手段。為此,結(jié)合礦井15號煤層的賦存條件和開采技術(shù)條件,提出將開采保護層作為區(qū)域防突措施防治煤與瓦斯突出。

2 開采保護層技術(shù)原理

開采保護層后,采場周圍的煤巖體移動變形,使得煤巖體的應(yīng)力場、裂隙場重新分布,采空區(qū)周圍一定范圍的頂、底板巖層的地應(yīng)力減小,產(chǎn)生卸壓效應(yīng),使得煤巖層的透氣性提高了數(shù)百至上千倍,從而使被保護煤層瓦斯壓力釋放、瓦斯含量降低,消除了煤層突出危險性。開采保護層示意見圖1,開采保護層區(qū)域防突技術(shù)原理見圖2[1-4]。

圖1 開采保護層示意

圖2 開采保護層區(qū)域防突原理圖

3 開采保護層方案分析

開采保護層是一個系統(tǒng)工程。阜生礦根據(jù)礦井地質(zhì)條件、煤層賦存條件、瓦斯地質(zhì)等基礎(chǔ)資料,對被保護煤層(15號煤層)的上部和下部地層巖性進行綜合分析,合理選取開采保護層。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細則》的相關(guān)規(guī)定,在15號煤層頂板以上50 m、底板以下60 m范圍內(nèi)的煤巖層范圍內(nèi)均可,則上覆13號、14號煤層符合上保護層選取原則,下覆鋁土泥巖巖層符合下保護層選取原則。下面對初步制定的3個開采保護層方案進行對比[5],15號煤層頂、底板巖層柱狀圖見圖3.

圖3 15號煤層頂、底板巖層柱狀圖

3.1 下保護層鋁土泥巖

15號煤層底板存在鋁土泥巖,厚度2.1 m,厚層狀-塊狀,透水性差,阻隔其上下含水層之間的水力聯(lián)系,上距15號煤層15～20 m,平均約17 m.

3.2 上保護層14號煤層

14號煤層平均厚度0.64 m,距15號煤層約9.46 m.14號煤頂板為K2石灰?guī)r,厚5.00～7.50 m,平均6.74 m,深灰色致密塊狀石灰?guī)r,均勻?qū)永?堅硬,裂隙發(fā)育,有大量方解石脈充填,有溶蝕現(xiàn)象,含大量動物化石;底板主要為灰黑色-灰白色砂質(zhì)泥巖、泥巖及細中粒砂巖,厚5.97～12.03 m,平均9.46 m.泥巖及砂質(zhì)泥巖為灰黑色,含植物化石;砂巖為灰白-灰色,以石英、長石為主,含大量云母及植物化石,含黃鐵礦結(jié)核,粒度由下而上,由粗變細。

3.3 上保護層13號煤層

13號煤層極不穩(wěn)定,厚0～0.50 m,平均0.31 m,為不可采煤層;距15號煤層28.66 m,煤層頂板為K3石灰?guī)r,厚2.40～5.53 m,平均3.88 m.其特征為:深灰色石灰?guī)r,致密,堅硬,中厚層狀,均勻?qū)永?具有裂隙,方解石充填,含少量動物化石,有溶蝕現(xiàn)象。底板為砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖互層,砂巖為灰-深灰色,細-中粒,成分以石英、長石為主,含大量云母片,分選中等,泥質(zhì)膠結(jié);裂隙發(fā)育,有黃鐵礦薄膜充填;泥巖及砂質(zhì)泥巖為灰黑色,含植物化石,厚9.78～13.34 m,平均11.82 m.

3.4 開采保護層方案對比

3個開采保護層方案從安全和保護效果等方面進行綜合分析,見表1.

表1 開采保護層方案對比

經(jīng)上述分析,阜生煤礦開采保護層選擇方案1.

4 結(jié) 語

1) 阜生礦開采保護層防突治理方案優(yōu)先選擇15號煤層以下約17 m的鋁土泥巖作為下保護層開采。

2) 阜生礦15號煤層開采下保護層后,煤層透氣性增加,煤層瓦斯通過煤體裂隙釋放,瓦斯壓力降低,再通過保護層工作面高位鉆孔抽采煤層裂隙瓦斯,可完全消除突出危險性,掘進巷道不再受瓦斯條件制約,可從根本上解決采掘銜接緊張。

3) 下保護層開采產(chǎn)出的鋁土泥巖,品質(zhì)較好,可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。