袁霞霞

(西山煤電集團公司 東曲礦，山西 古交 030200)

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東曲礦9#煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測

袁霞霞

(西山煤電集團公司 東曲礦，山西 古交 030200)

為了掌握東曲礦9#煤層在井田范圍內(nèi)不同區(qū)域的煤與瓦斯突出危險性，以便對礦井的開拓、開采、瓦斯綜合治理等進行有效指導，根據(jù)東曲礦9#煤層開拓開采情況合理劃分預測范圍，在確定預測方法、指標及其臨界值的基礎(chǔ)上，對該煤層瓦斯壓力分布情況進行基礎(chǔ)資料收集和研究，得出了東曲礦瓦斯賦存規(guī)律，并對東曲礦突出危險區(qū)域和非突區(qū)域進行了劃分，同時對東曲礦采掘活動和瓦斯治理提出了要求。

煤與瓦斯突出；危險性；區(qū)域預測

1 研究背景

煤與瓦斯突出是礦井生產(chǎn)中遇到的一種極其復雜的礦井瓦斯動力現(xiàn)象，其特征是在極短的時間內(nèi)由煤體向巷道或采場突然拋出大量的煤炭，并涌出大量瓦斯的一種動力現(xiàn)象。噴出的煤與瓦斯具有沖擊波的性質(zhì)，可造成煤炭掩埋人員、摧毀井下設(shè)施，噴出的瓦斯可能造成人員窒息，若遇到火源，有可能形成瓦斯爆炸，繼而引發(fā)煤塵爆炸，摧毀工作面甚至整個礦井，相對于其他的礦井動力災(zāi)害，煤與瓦斯突出的危害更大，有效治理更加困難。

我國是世界上煤與瓦斯突出災(zāi)害發(fā)生最為嚴重的國家之一，尤其以遼寧、湖南、山西、黑龍江、江西、貴州、河南、四川、吉林、安徽、河北等最為嚴重。近年來隨著煤礦開采深度不斷增加和開采機械化程度的提高、開采力度加大，煤與瓦斯突出的事故發(fā)生的次數(shù)和強度有增大趨勢。

東曲礦為西山煤電集團公司下屬礦井，也面臨煤與瓦斯突出威脅。掌握東曲礦9#煤層瓦斯賦存規(guī)律以及預測井田范圍內(nèi)不同區(qū)域的9#煤的突出危險性，成為該礦開拓、開采9#煤所面臨的問題

2 區(qū)域預測方法

根據(jù)東曲礦實際情況，采用煤層瓦斯參數(shù)結(jié)合瓦斯地質(zhì)分析方法對9#煤層的突出危險性進行預測。采用該方法進行區(qū)域預測按照下列要求進行：

1) 煤層瓦斯風化帶為無突出危險區(qū)域。

2) 根據(jù)已開采區(qū)域確切掌握的煤層賦存特征、地質(zhì)構(gòu)造條件、突出分布的規(guī)律和對預測區(qū)域煤層地質(zhì)構(gòu)造的探測、預測結(jié)果，采用瓦斯地質(zhì)分析的方法劃分出突出危險區(qū)域。當突出點及具有明顯突出預兆的位置分布與構(gòu)造帶有直接關(guān)系時，則根據(jù)上部區(qū)域突出點及具有明顯突出預兆的位置分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，確定構(gòu)造線兩側(cè)突出危險區(qū)邊緣到構(gòu)造線的最遠距離，并結(jié)合下部區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造分布劃分出下部區(qū)域構(gòu)造線兩側(cè)的突出危險區(qū)；否則，在同一地質(zhì)單元內(nèi),突出點及具有明顯突出預兆的位置以上20 m(埋深)及以下的范圍為突出危險區(qū)。

3) 在劃分出的無突出危險區(qū)和突出危險區(qū)以外的區(qū)域，應(yīng)當根據(jù)煤層瓦斯壓力P進行預測。如果沒有或者缺少煤層瓦斯壓力資料，也可根據(jù)煤層瓦斯含量W進行預測。預測所依據(jù)的臨界值應(yīng)根據(jù)試驗考察確定，在確定前可暫按表1預測。

表1 根據(jù)瓦斯壓力或含量進行區(qū)域預測的臨界值表

3 區(qū)域預測指標測定方案及測定結(jié)果評價分析

3.1 預測指標測定方案

東曲礦開拓前后預測范圍為同一地質(zhì)單元，根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，在該單元內(nèi)沿煤層走向布置測試點不少于2個，沿傾向不少于3個，并有測試點位于埋深最大的開拓工程部位。

根據(jù)東曲礦現(xiàn)有開拓開采情況，初步確定在28206低抽巷、東翼軌道巷、八采區(qū)Ⅱ號區(qū)域預抽巷、28804低抽巷布置8個測點共計施工16個鉆孔測定煤層瓦斯壓力。其中，沿煤層大致走向在28206低抽巷、東翼軌道巷、八采區(qū)Ⅱ號區(qū)域預抽巷、28804低抽巷布置5個測點，沿煤層大致傾向在28206低抽巷、東翼軌道巷、28804低抽巷布置6個測點(東翼軌道巷與28206低抽巷3個測點共用)，相關(guān)區(qū)域未受到采動卸壓或抽采影響，具備行業(yè)標準《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》(AQ/T 1047-2007)規(guī)定的測壓條件。

3.2 預測指標測定方法

煤層原始瓦斯壓力的測定按行業(yè)標準《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》(AQ/T 1047-2007)的規(guī)定進行，采用注漿封孔、主動式測壓方法。

封孔材料采用水泥漿，補償氣體為氮氣，測壓裝置包括測壓管、注漿管(四分鍍鋅鋼管)、管道附件及三通閥、壓力表等，注漿設(shè)備為注漿泵。

在巷道中選擇適宜地點布置測壓鉆孔，鉆孔直徑宜為75～94 mm，鉆孔施工好后，按以下步驟進行封孔、測定工作：

1) 將測壓管安裝在預定的封孔深度，用聚氨酯封堵孔口并安裝好注漿管。

2) 根據(jù)封孔深度確定水泥的使用量，按一定比例配制好封孔水泥漿，用注漿泵一次連續(xù)將封孔水泥漿注入鉆孔內(nèi)。

3) 將補償氣體氮氣通過測壓三通閥注入，注氣壓力應(yīng)為預計的煤層瓦斯壓力的0.5倍。

4) 觀測記錄鉆孔的壓力值5～10 d，當煤層瓦斯壓力大于4 MPa時，則需10～20 d，直到瓦斯壓力值在3 d內(nèi)的變化小于0.015 MPa時方可結(jié)束觀測。

3.3 測定鉆孔布置

預測范圍內(nèi)上部2#、4#煤層已基本回采完畢，但2#、4#煤層距9#煤層距離較遠(4#煤層距9#煤層60～70 m)，對9#煤層瓦斯賦存影響較小。為準確掌握9#煤層瓦斯壓力分布情況，本次測定8個測點施工16個測壓鉆孔。測壓鉆孔孔徑為75 mm，均為順層鉆孔，9#煤在鉆孔施工過程中未發(fā)噴孔、頂鉆等異常情況，鉆孔施工完成后及卸壓力表時無水溢出，鉆孔竣工參數(shù)見表2.

表2 測壓鉆孔竣工參數(shù)表

3.4 預測指標測定結(jié)果

安裝壓力表后，每天觀測煤層瓦斯壓力，直至瓦斯壓力穩(wěn)定為止，待瓦斯壓力穩(wěn)定后，卸除壓力表。

在現(xiàn)場測定9#煤層瓦斯壓力的過程中共施工16個測壓鉆孔，各測壓鉆孔均測得了9#煤層的瓦斯壓力。9#煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測工作使用的壓力表由重慶市計量質(zhì)量檢測研究院進行了鑒定，各測壓鉆孔測得的煤層瓦斯壓力值(表壓)見表3.

表3 測壓鉆孔瓦斯壓力測定結(jié)果表

3.5 預測指標測定評價

1) 煤層瓦斯壓力測定方法評價。

a) 該測定區(qū)域沿煤層走向布置6個測點，沿煤層傾向布置4個測點，且開拓工程的最大埋深466 m處(八采區(qū)Ⅱ號區(qū)域預抽巷)布置有測點，該區(qū)域預測測點布置符合《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第四十四條關(guān)于開拓后區(qū)域預測測點布置的要求。

b) 經(jīng)過井下勘察，測定區(qū)域9#煤層未進行抽采和人為卸壓，為原始煤體；共施工了16個有效測壓鉆孔，采用注漿封孔、主動式測壓法，封孔長度40～44 m，9#煤層瓦斯壓力測定符合《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》第6條(測定地點選擇原則)和7.2.3條(封孔深度要求)的規(guī)定。

因此，9#煤層瓦斯壓力測定從選點、布點、封孔、測壓等方法均滿足相關(guān)規(guī)定及要求。

2) 煤層瓦斯壓力測定結(jié)果評價。

從實測9#煤層的瓦斯壓力結(jié)果來看，布置在9#煤層的16個測壓鉆孔均測出了9#煤層的瓦斯壓力，最大瓦斯壓力為1.05 MPa. 測定的瓦斯壓力符合隨埋深增加而增大、埋深相近測值相近的瓦斯賦存規(guī)律，客觀地反映了測定區(qū)域9#煤層的真實瓦斯壓力。

綜合以上分析來看，該實測9#煤層瓦斯壓力測定方法可靠，測定結(jié)果準確。

3.6 區(qū)域預測范圍9#煤層瓦斯壓力分布及預測

該區(qū)域預測布置了8個測點共計16個鉆孔測定9#煤層原始瓦斯壓力，對測定數(shù)據(jù)進行回歸分析得到東曲礦9#煤層瓦斯壓力與埋深的關(guān)系：

式中：

P—煤層瓦斯壓力，MPa；

H—煤層埋深，m.

擬合曲線見圖1. 由圖1可見，9#煤層瓦斯壓力與埋深具有較好的相關(guān)性。

圖1 瓦斯壓力與埋深擬合曲線圖

3.7 其他指標測定情況

東曲礦在28804低抽巷、28206低抽巷掘進時處于9#煤層原始煤體內(nèi)，未進行預抽及邊掘邊抽。巷道在掘進過程中實測工作面預測的幾百個突出指標(鉆屑瓦斯解吸指標K1與鉆屑量S)均未有超標現(xiàn)象，見表4. 掘進期間未有瓦斯異常涌出，施工9#煤層預測指標測定鉆孔的過程中也未出現(xiàn)過噴孔、頂鉆等突出預兆，與實測瓦斯指標較低相符。

表4 其他指標測試結(jié)果表

3.8 區(qū)域預測結(jié)果綜合分析

9#煤層開拓后預測范圍基本為現(xiàn)有開拓開采巷道所圈定且具備開拓后區(qū)域預測條件的區(qū)域，區(qū)域內(nèi)采掘工作面作業(yè)過程中未見有瓦斯異常涌出或其他動力現(xiàn)象，施工9#煤層抽采、預測鉆孔的過程中也未出現(xiàn)過噴孔、頂鉆等突出預兆。

在預測范圍內(nèi)布置了16個鉆孔，基本均勻分布在預測區(qū)域，在開拓工程的最大埋深466 m處(八采區(qū)Ⅱ號區(qū)域預抽巷)布置有測點，且在該地點實測得到了開拓后區(qū)域預測范圍內(nèi)的最大瓦斯壓力值為1.05 MPa. 由于東曲礦尚未考察過區(qū)域預測指標煤層瓦斯壓力P的臨界值，故煤層瓦斯壓力取0.74 MPa作為區(qū)域預測指標臨界值。預測9#煤層瓦斯壓力小于0.74 MPa的區(qū)域為無突出危險區(qū)域，煤層瓦斯壓力大于0.74 MPa的區(qū)域為突出危險區(qū)域。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

東曲礦9#煤層突出危險性區(qū)域預測按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》等規(guī)范、標準的要求，根據(jù)東曲礦9#煤層開拓開采情況合理劃分預測范圍，并在確定預測方法、指標及其臨界值的基礎(chǔ)上，對9#煤層瓦斯壓力分布情況進行研究得到東曲礦9#煤層的煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測結(jié)論如下：

1) 總體上，東曲礦9#煤層在礦井北部、西部煤層埋深較淺，瓦斯壓力較小，礦井南部、東部煤層埋深較深，瓦斯壓力較大，瓦斯壓力最大區(qū)域為13、14采區(qū)，總體上由西向東瓦斯壓力逐漸增大，由北向南瓦斯壓力逐漸增大。

2) 根據(jù)9#煤層瓦斯壓力與埋深關(guān)系，繪瓦斯壓力等值線圖及區(qū)域預測結(jié)果圖，煤層瓦斯壓力小于0.74 MPa的區(qū)域預測為無突出危險區(qū)域，煤層瓦斯壓力大于0.74 MPa的區(qū)域預測為突出危險區(qū)域。

3) 區(qū)域預測結(jié)果僅用于指導新水平、新采區(qū)的設(shè)計和新水平、新采區(qū)開拓工程的揭煤作業(yè)。

4) 根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，未來生產(chǎn)過程中的突出點及具有明顯突出預兆的位置以上20 m(埋深)及以下的范圍，無論該預測結(jié)果如何，應(yīng)劃為突出危險區(qū)。

4.2 建 議

1) 由于煤與瓦斯突出是一種非常復雜的動力現(xiàn)象，是否發(fā)生煤與瓦斯突出往往受多種因素的影響，東曲礦9#煤層在預測為無突出危險的范圍內(nèi)雖然預測指標(瓦斯壓力)未超過煤與瓦斯突出危險性臨界值，但一旦局部地區(qū)受構(gòu)造等影響出現(xiàn)瓦斯涌出或壓力異常增大、應(yīng)力集中現(xiàn)象，則可能具有煤與瓦斯突出危險。因此，在開拓后區(qū)域預測為無突出危險區(qū)域進行采掘作業(yè)時，應(yīng)嚴格按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的相關(guān)規(guī)定采用工作面預測方法進行區(qū)域驗證；對無突出危險區(qū)進行區(qū)域驗證時，只要有一次區(qū)域驗證為有突出危險或超前鉆孔等發(fā)現(xiàn)了突出預兆，則該區(qū)域以后的采掘作業(yè)均應(yīng)當執(zhí)行局部綜合防突措施。經(jīng)開拓前區(qū)域預測為無突出危險區(qū)的煤層進行新水平、新采區(qū)開拓過程中的所有揭煤作業(yè)應(yīng)當采取局部綜合防突措施。

2) 在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強地質(zhì)構(gòu)造的超前探測工作，超前探明煤層及地質(zhì)構(gòu)造賦存情況，預測為無突出危險區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造帶附近50 m內(nèi)、煤層賦存條件急劇變化帶、采掘應(yīng)力集中區(qū)突出危險性較大，應(yīng)采取必要的探測、釋放瓦斯的安全技術(shù)措施，防止瓦斯動力現(xiàn)象的發(fā)生，建議對這些區(qū)域按照突出危險區(qū)對待。

3) 在預測為突出危險區(qū)域內(nèi)進行采掘作業(yè)時，按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的相關(guān)要求，應(yīng)嚴格執(zhí)行兩個“四位一體”的綜合防突措施(區(qū)域綜合防突措施與局部綜合防突措施)。

4) 9#煤層瓦斯基本參數(shù)相對較少，為保證礦井安全生產(chǎn)，建議在以后的生產(chǎn)過程中，應(yīng)經(jīng)常性測定9#煤層煤與瓦斯突出相關(guān)的瓦斯參數(shù)，加強煤層瓦斯賦存、瓦斯涌出等相關(guān)資料的整理分析，及時利用最新測定結(jié)果對瓦斯壓力分布圖和區(qū)域預測結(jié)果進行修正。

5) 按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第十四條要求編制防突專項設(shè)計。

[1] 徐 偉,華敬濤,張明杰.煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測[J].煤炭科技,2011(2):52-54.

[2] 別玉平,高軍偉,魏風清.長虹公司二1煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測[J].中州煤炭,2007(4):80-82.

Hazardous Area Forecasting on Coal and Gas Outburst in Dongqu Coal Mine

YUAN Xiaxia

In order to evaluate the risk of coal and gas outburst at different zones in No.9 coal seam in DongQu coal mine, the detection range is reasonably divided according to the on site condition. Determining the prediction method and parameters and its critical value first, and then, collecting and analyzing the basic data of coal seam gas distribution to find the law of gas reserve, marking the areas as outburst or non-outburst according to the relevant risk degree, the practice is of positive guiding significance for mining, as well as for gas treatment.

Coal and gas outburst; Risk; Regional forecast

2017-02-23

袁霞霞(1979—)，男，山西靜樂人，2012年畢業(yè)于黑龍江科技學院，助理工程師，主要從事煤礦井下一通三防瓦斯治理工作

(E-mail)14599608@qq.com

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1672-0652(2017)04-0031-05