我國(guó)煤礦煤與瓦斯突出現(xiàn)狀及防治對(duì)策

郭有慧

(山西陽(yáng)煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西晉中045300)

1 我國(guó)煤與瓦斯突出現(xiàn)狀

自20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始，隨著煤炭行業(yè)發(fā)展，我國(guó)礦井?dāng)?shù)量成倍增加，突出礦井?dāng)?shù)量也相應(yīng)增多，為應(yīng)對(duì)煤與瓦斯突出事故，煤炭部在1988 年先后制定并出臺(tái)了《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》，并于1995 年重新補(bǔ)充修訂，新細(xì)則有效地指導(dǎo)了防治煤與瓦斯突出工作，突出事故發(fā)生率明顯下降。但近年來(lái)，隨著開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大，特別是個(gè)別地區(qū)開(kāi)采地形比較復(fù)雜，埋藏深度深，煤與瓦斯突出事故發(fā)生率又開(kāi)始逐日上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)2000 年7 月～2009 年11 月我國(guó)各省市發(fā)生嚴(yán)重煤與瓦斯突出事故共362 起，事故累計(jì)死亡人數(shù)2 105 人;自2010 年后煤與瓦斯突出事故發(fā)生次數(shù)和死亡人數(shù)成倍增加，僅2013 年上半年發(fā)生較大煤與瓦斯突出事故26 起，占全年總瓦斯事故(59起)的44.06%左右。

2 我國(guó)煤礦煤與瓦斯突出事故頻發(fā)的原因分析

從上述數(shù)據(jù)分析不難看出:發(fā)生煤與瓦斯突出事故導(dǎo)致的人員傷亡觸目驚心，損失慘重，究其原因在于:①受各礦區(qū)開(kāi)采煤層結(jié)構(gòu)特征的影響:個(gè)別礦區(qū)煤層透氣性系數(shù)低，瓦斯壓力達(dá)1.5 MPa 以上，瓦斯含量在10 ～24 m3/t，各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)超過(guò)突出規(guī)定界限。②煤層瓦斯含量高與瓦斯壓力大的客觀因素沒(méi)有得到根除性解決。③受地質(zhì)構(gòu)造與地應(yīng)力的影響，個(gè)別礦區(qū)煤層埋藏深，地應(yīng)力高，成煤復(fù)雜，構(gòu)造覆蓋廣，構(gòu)造區(qū)發(fā)生突出占90%以上。④礦井開(kāi)采方式、開(kāi)采順序(多煤層開(kāi)采)、礦山壓力等其他導(dǎo)致突出的因素。

3 我國(guó)煤礦煤與瓦斯突出防治對(duì)策

3.1 提高煤與瓦斯突出礦井開(kāi)采條件

1)未開(kāi)采上鄰近或下鄰近保護(hù)層的礦區(qū)嚴(yán)禁進(jìn)行采掘煤層作業(yè)，嚴(yán)禁進(jìn)行揭煤作業(yè)。

2)未實(shí)施地面煤層氣鉆井技術(shù)預(yù)抽采瓦斯，嚴(yán)禁進(jìn)行采掘煤層作業(yè)。

3)井下采掘空間實(shí)施定向長(zhǎng)鉆孔(千米鉆機(jī))、順煤層網(wǎng)格長(zhǎng)鉆孔，結(jié)合地面井壓裂增透技術(shù)與井下長(zhǎng)鉆孔相對(duì)接，實(shí)現(xiàn)井上、下立體聯(lián)合抽采;否則嚴(yán)禁組織采掘煤層作業(yè)。

4)嚴(yán)格界定煤與瓦斯突出礦井產(chǎn)能，既不能超過(guò)礦井瓦斯抽采能力和核定通風(fēng)能力，也不能超過(guò)按確保區(qū)域、局部?jī)蓚€(gè)“四位一體”防突措施所能達(dá)到的生產(chǎn)能力，突出礦井產(chǎn)能不得超過(guò) 5.0 Mt/a。

3.2 裝備先進(jìn)的防治煤與瓦斯突出預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)

借助綜合指標(biāo)法、物探法等來(lái)對(duì)采、掘面進(jìn)行突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)，并根據(jù)電磁輻射法、瓦斯涌出動(dòng)態(tài)法等進(jìn)行工作面危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，實(shí)時(shí)分析井下工作面瓦斯涌出數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)全礦井范圍內(nèi)的突出危險(xiǎn)工作面進(jìn)行全方位突出危險(xiǎn)性分析、評(píng)價(jià)與預(yù)警，提示管理人員對(duì)礦井突出危險(xiǎn)性工作面采取有效措施，預(yù)防煤與瓦斯突出事故發(fā)生。

3.3 加強(qiáng)煤與瓦斯突出礦井的安全監(jiān)管

煤礦企業(yè)應(yīng)制定可操作、針對(duì)性強(qiáng)的防治煤與瓦斯突出全面跟蹤檢查制度，同時(shí)制定各種防治預(yù)案，重點(diǎn)明確瓦斯抽采、煤與瓦斯突出防治措施等，嚴(yán)格落實(shí)一礦一策，一面一策規(guī)定。各級(jí)監(jiān)管部門要加強(qiáng)對(duì)各項(xiàng)措施、管理制度等進(jìn)行逐級(jí)監(jiān)管，以求達(dá)到四位一體防控目標(biāo)［1］。

3.4 防治煤與瓦斯突出綜合防治對(duì)策

防治煤與瓦斯突出必須采用綜合防突技術(shù)。防治煤與瓦斯突出是一項(xiàng)涉及面廣、主客觀影響因素多、技術(shù)性強(qiáng)、工程量大、投資高的復(fù)雜系統(tǒng)工程。單一防治技術(shù)很難得到治理效果，只有綜合分析考慮各煤礦開(kāi)采過(guò)程中存在的突出危險(xiǎn)性并進(jìn)行預(yù)測(cè)，集開(kāi)采上、下保護(hù)層預(yù)抽，井上、下立體抽放，井下網(wǎng)格預(yù)抽等措施，并結(jié)合新技術(shù)、新工藝的合理推廣運(yùn)用，針對(duì)性制定出適合本礦井的防突方案和技術(shù)安全措施，真正實(shí)現(xiàn)防突二個(gè)“四位一體”達(dá)標(biāo)，達(dá)到從源頭消除突出和在管理中防治突出的目的。

1)根據(jù)各礦區(qū)煤層賦存條件，按礦井準(zhǔn)備區(qū)域劃分組織對(duì)突出煤層實(shí)施上行或下行開(kāi)采保護(hù)層，輔助施工上行或下行長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，實(shí)現(xiàn)以巖巷保護(hù)煤層掘進(jìn)、以上鄰近層采區(qū)(工作面)保護(hù)突出煤層區(qū)(工作面)。上行開(kāi)采保護(hù)層在淮南得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，下行開(kāi)采保護(hù)層(上行)在陽(yáng)泉礦區(qū)三礦試驗(yàn)成功，上行或下行開(kāi)采保護(hù)層從源頭防治突出在淮南、陽(yáng)泉均取得了明顯效益，從瓦斯治理和安全管理的角度更是受益非淺。

2)開(kāi)采前瓦斯預(yù)先抽放。煤層開(kāi)采前必須對(duì)瓦斯進(jìn)行預(yù)先抽放，盡可能地消除高地應(yīng)力，抽放煤層瓦斯主要是通過(guò)井上、井下布置在突出危險(xiǎn)煤層中的鉆孔(地面鉆井壓裂)，經(jīng)預(yù)定時(shí)間實(shí)行瓦斯預(yù)先立體抽放，實(shí)現(xiàn)集地面鉆井高負(fù)壓抽采、井下鄰近層(已采區(qū))低負(fù)壓和本煤層高負(fù)壓綜合抽采系統(tǒng)，以達(dá)到降低礦井瓦斯壓力與含量的目的。同時(shí)，在開(kāi)采的過(guò)程中，隨瓦斯排出量增加煤層也逐慚收縮變形，煤礦的地應(yīng)力(與初始相比)呈下降趨勢(shì)，煤層的透氣性系數(shù)增大，地應(yīng)力降低，達(dá)到由防突措施型向采掘工程系統(tǒng)型轉(zhuǎn)變，該預(yù)抽體系在山西晉煤集團(tuán)實(shí)施效果最好。

3)水力割縫技術(shù)。通過(guò)高壓水射流在煤層中切割一條寬度30 ～50 mm 的水平裂縫，使裂縫兩側(cè)的煤層在自重和原始地應(yīng)力作用下向裂縫處變形移動(dòng)，使煤體在破裂過(guò)程中增加大量裂隙，與煤層中的原始裂隙連通，在裂縫周圍形成大范圍的卸壓區(qū)，增加煤層的透氣性，提高抽放效果。水力割縫試驗(yàn)在寺家莊公司15116 工作面回風(fēng)巷和15203 工作面回風(fēng)巷進(jìn)行了試驗(yàn)，割縫深度110 m(孔口預(yù)留20 m 的安全距)，割縫壓力為40 ～60 MPa，割縫速度為 0.5 ～1 m/min，水力割縫鉆孔百米鉆孔瓦斯流量是普通抽放鉆孔的4.5 倍。

4)水力壓裂技術(shù)。水力壓裂技術(shù)是借鑒石油領(lǐng)域成熟的壓裂技術(shù)和地面煤層氣壓裂開(kāi)發(fā)工藝，并將其移植到井下，通過(guò)高壓泵將壓裂液壓入煤層，克服最小阻應(yīng)力、煤巖的破裂壓力和閉合壓力，使得煤層中原有的弱面張開(kāi)、延伸、相互溝通產(chǎn)生裂隙，達(dá)到導(dǎo)流的目的，以提高煤層的透氣性和抽采效果。水力壓裂試驗(yàn)在寺家莊公司15203 工作面回風(fēng)巷、內(nèi)錯(cuò)尾巷、進(jìn)風(fēng)行人巷等地點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)，壓裂壓力為10 ～30 MPa，壓裂后抽采半徑平均增大3 倍以上，抽采半徑達(dá)6 m 以上;透氣性系數(shù)平均增大5.2 倍以上，最大達(dá)到了13.5 倍;壓裂孔抽放純量最大增加到33 倍，平均增大12.3 倍;鉆孔瓦斯的自然涌出量增加3 倍以上，最高的鉆孔瓦斯自然涌出量提高了8.6 倍。

5)深孔爆破技術(shù)。根據(jù)巷道斷面設(shè)計(jì)深孔爆破數(shù)量，通過(guò)向深孔爆破鉆孔(60 ～90 m)內(nèi)裝入炸藥，利用炸藥的瞬間爆破力，增加煤層的透氣性，達(dá)到煤層區(qū)域(局部)增透、消突、卸壓的效果。深孔爆破技術(shù)在寺家莊公司井下采、掘工作面、揭煤工作面及以巖保煤巷道進(jìn)行了全面試驗(yàn)，深孔爆破后，回采、掘進(jìn)過(guò)程中，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)瓦斯含量值明顯降低，減少了排放孔的施工數(shù)量，回采工作面平均每個(gè)小班推進(jìn)度增加0.7 m(由0.93 m/班增加至1.63 m /班);掘進(jìn)工作面平均每天單進(jìn)水平增加0.8 m(由 4 m/日增加至 4.8 m/日)。

3.5 不斷完善煤與瓦斯突出防治相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制度

不斷修訂和完善煤與瓦斯突出防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制度，加快出臺(tái)、修訂煤與瓦斯突出防治相關(guān)準(zhǔn)則，如《突出煤層順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)規(guī)范》《突出煤層地面鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)規(guī)范》等，并盡快應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，使防治突出工作更加程序化、規(guī)范化。

4 結(jié)語(yǔ)

防治煤與瓦斯突出仍有許多技術(shù)需進(jìn)一步探索和研究，唯有嚴(yán)格執(zhí)行《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，并根據(jù)礦井實(shí)際情況制定可行、有效的防突技術(shù)措施和防突預(yù)案，結(jié)合防突預(yù)警系統(tǒng)，有效地指導(dǎo)安全生產(chǎn)，同時(shí)科學(xué)合理運(yùn)用新技術(shù)、新工藝、新裝備，構(gòu)建綜合防治煤與瓦斯突出體系，最終實(shí)現(xiàn)礦井安全。

［1］董根深. 薛湖煤礦煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)及防治技術(shù)研究［J］.中州煤炭，2013(9):122 －123.