基于“雙突”礦區礦井瓦斯治理的經驗

摘 要：本文主要介紹了針對“雙突”在建煤礦如何搞好瓦斯治理的思路和做法。通過調整礦建瓦斯治理思路，落實科學管理方法，保證礦井順利建設。

關鍵詞：煤與瓦斯突出瓦斯地質瓦斯抽放

概 述

我國能源發展戰略是以煤炭為主體，而煤炭的伴生氣體--瓦斯，則是煤礦安全生產的最大危害。煤炭安全開采永遠處于核心地位，瓦斯治理始終是制約煤與瓦斯突出礦井的關鍵環節。

從全國煤炭生產和開發狀況分析，隨著低瓦斯區域和淺部礦區煤炭資源的減少，高瓦斯區域和深部區域的開采和開發力度增加，在新建礦井或礦井延伸區域的煤與瓦斯突出事故不斷發生，給礦井安全生產帶來了負面影響。

近年來，根據國家西部開發政策和地方提出的“大煤保大電”的戰略思路，云貴地區新建大中型煤礦不斷開工，煤電一體化建設呈現不斷上升趨勢。但是，由于綜合條件的影響，云貴地區的煤層地質勘探資料陳舊、布控密度小，新建礦井對瓦斯地質情況掌握得不夠全面，建設過程中存在趕進度、搶時間、措施不到位等問題，相繼發生了重大煤與瓦斯突出事故。

糯東礦井是由淄博礦業集團公司控股的新建礦井，位于貴州省黔西南普安縣境內，設計生產能力240萬噸/年，礦井采用平硐和斜井聯合開拓方式，主副平硐井口標高＋1320m，斜井井口標高＋1480m～＋1492m（一進兩回），礦井投產時為兩個盤區，兩個工作面。礦井有可采煤層5層，分別是17、18、19、20、26號煤層，礦井原設計投產主采煤層為17號煤層，由于受17號煤層瓦斯含量高、壓力大，煤層松軟透氣性差、突出強度大等因素的影響，經過專家論證，礦井設計將首采煤層調整為突出危險性較差的20號煤層，利用20號煤層作為解放層對17號煤層進行區域性解突，從而保證礦井的安全高效。礦井自2006年開工以來，為防止突出事故發生，確保礦井順利建設，我們主要從以下幾個方面入手，開展了防突及瓦斯治理工作。

礦井地質及瓦斯賦存狀況調查

由于礦井處于烏蒙山區內，山高溝深，地質復雜?？碧姐@孔少，地質普查、精查不夠全面、三維物探準確性差，煤層瓦斯賦存情況不夠清楚。為全面掌握煤層瓦斯賦存狀況，我們在開工初期及時開展了瓦斯和地質調查。

地質調查：根據礦區早期地質勘探、后期煤田精查和三維物探，井田處于揚子準地臺的西南緣，西側毗鄰滇東臺褶帶。區域內F1、F2構成北東向的潘家莊斷裂帶，區內構造以北東向為主。區內有泥堡背斜、老鬼山背斜和魚龍向斜，這些褶曲均微呈弧形彎曲的形態特征，屬三級構造單元，是成煤后期的主要控煤構造。

井田位于老鬼山背斜和魚龍向斜之間，屬老鬼山背斜南東翼或魚龍向斜北西翼，總體呈一單斜構造，地層走向傾向變化較大。魚龍向斜：位于井田南東邊緣，軸線走向約45°，從樓下鎮南西的漁龍村經德依村伸出界外，區內走向長約11km。北西翼即老鬼背斜南東翼，傾角為7°～16°，為開闊寬緩的不對稱向斜，軸線在地表位置擺動范圍較大。火草坪－補馬隆起帶：位于井田中部，1504-2001號鉆孔一帶，軸線東西，其樞紐向東傾伏，西部相對緊密。此外，在井田西部13線淺部一帶，伴有較小幅度的波狀起伏。

區內井田斷層較發育，共發現斷層24條，其中正斷層18條，逆斷層6條。斷層落差為7～15m，對煤層有一定的破壞。

瓦斯賦存狀況調查：根據礦區周邊小煤礦的瓦斯賦存情況，為盡快掌握礦區的瓦斯賦存情況，我們及時開展了礦區煤層瓦斯賦存狀況的調查。

⑴對鄰近小煤礦的調查：樓下煤礦位于糯東煤礦井田南部，井田面積約為4.9km2。礦井設計生產能力0.3Mt/a，于2004年1月建成投產，目前已達到設計生產能力。礦井開拓方式為平硐、斜井開拓，單一水平上、下山開采，水平大巷標高+1315m。該礦主采17號煤層，2003年10月29日，該礦在1703溜子順槽掘進過程中發生過瓦斯動力現象（埋藏深度約250m），突出煤量80t，涌出瓦斯量12000m3。經煤科總院重慶分院鑒定，17號煤層為突出煤層，樓下煤礦定為突出礦井。

宏興煤礦位于糯東煤礦井田西南部，井田面積約1.4331km2，可采儲量3120kt，設計生產能力為0.6Mt/a，服務年限約35a。礦井開拓方式為平硐、斜井開拓，全礦井分為兩個采區，主采17號煤層，該礦在2004年一采區煤巷掘進過程中曾發生過瓦斯動力現象，但動力現象特征不明顯。為此，煤科總院重慶分院在宏興煤礦井下對17號煤層的有關參數進行了測定。測定結果表明，17號煤層的各單項指標都超過了突出危險煤層的臨界值，由此確定宏興煤礦17號煤層為突出煤層。

⑵對地勘鉆孔瓦斯參數分析：在地質勘探期間，通過鉆孔取樣測定了部分煤層瓦斯參數。由于受采樣技術和測定方法的限制，所測定的煤層瓦斯含量大部分偏低，瓦斯放散初速度和煤的堅固性系數由于采取的樣品較少，未能真實反映糯東煤礦各煤層的瓦斯賦存狀況。但從地質勘探時期對煤層瓦斯參數測定結果的分析可知：煤層中瓦斯含量較高，主要可采煤層的瓦斯含量為4.88～30.89m3/t.r，平均含量為14.85 m3/t.r，煤層的硬度普遍較小。特別是2005年10月20日在地面施工井筒檢查鉆孔時，井筒方向上的6號鉆孔進入17號煤層后發生瓦斯噴出現象，當時鉆孔深度510m，瓦斯從地面孔口噴出高度達到2m左右，瓦斯噴出時間長達10多個小時。

⑶對煤層突出危險性分析：根據調查，處于老鬼山背斜和魚龍向斜區域內的諸多小煤礦煤層瓦斯含量均高于其他區域，并且多為煤與瓦斯突出礦井。

為進一步掌握首采區內17、20兩層可采煤層的突出危險性強弱。對兩層煤層進行了測定和分析。

17號煤層：在三條斜井揭露17號煤層過程中，揭煤位置處于地質復雜區域，由于煤層受逆斷層的影響，煤層由正常的4米左右變為2、11、5m厚并分為三個分層，分層之間間距2～5m。通過取樣化驗和計算，煤層硬度f＝0.14～0.17、瓦斯放散初速度ΔＰ＝20～26、煤層瓦斯壓力p＝1.1～3.5MPa、煤層瓦斯含量為19.5 ～30m3/min、煤層突出危險性綜合性指標D＝（0.0075H/f－3）(p－0.74)=1.22>0.25、K=ΔＰ/f＝142>20、煤層透氣性為0.103～0.135 m2/MPa2·d、鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.0541～0.0673d－1。

由此根據ΔＰ＝20～26>10、f=0.14～0.17<0.5、瓦斯壓力p＝1.1～3.5MPa>0.74、D＝1.22>0.25、K=142>20，故17號煤層屬于突出煤層且突出強度大。

20號煤層：在主副平硐揭露20號煤層過程中，煤層厚度不均勻，煤層中瓦斯含量高，根據重慶煤科院現場對20煤層進行突出危險性測定，煤層f=0.53～0.69、ΔＰ=20、瓦斯壓力0.75MPa、煤層瓦斯含量為19m3/min、煤層突出危險性綜合性指標D＝（0.0075H/f－3）(p－0.74)=0.034<0.25、K=ΔＰ/f＝37>20、鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.00045～0.008d－1。

由此根據ΔＰ20>10、f=0.53～0.69>0.5壓力p＝0.75 MPa >0.74、D＝0.034<0.25、K=37>20，故20號煤層也屬于突出煤層，但突出強度遠小于17號煤層。

通過礦井瓦斯地質調查和突出危險性分析，糯東礦區17號煤層和20號煤層均具有煤與瓦斯突出的危險性，但由于首采區域的18、19號煤層厚度小不開采條件，經專家論證，將首采煤層布置在突出危險性較小的20號煤層，實施局部解突和區域性解突相結合措施開展礦井防突工作。

防突管理措施：按照“管理、裝備、培訓”并重的原則，狠抓以下管理工作。

1．完善安全管理體系：當前礦井建設施工單位的狀況為：一是施工項目部具有礦井建設資質，但職工隊伍多數是臨時組建或長期組建的農民隊伍，職工流動性大、煤礦技術素質差、安全培訓難度大，甚至項目部掛靠其他單位資質，實際存在個人承包性質。二是建設方與施工方安全管理存在隔閡，由于各自的經濟利益存在協調困難、管理不到位等情況。為防止建設方對施工單位“以包代管”，糯東礦井從建設開工一開始，就建立完善了一系列瓦斯管理和防突管理制度與體系。

首先礦井和施工項目部分別成立了防突領導小組，礦井在高管層配備了通防專業的副總經理，在中層配置了通防副總工程師、通防部，施工項目部設置專職管理人員，理順了管理職能。二是在安全管理上將項目部列為礦井二級單位進行安全管理，實行安全考核和抵押金制度，對項目部采取全方位全天候安全督查。三是礦井成立了具有監督檢查性質的通防、防突、安檢和地質專業部門，雙方均配備了專職瓦檢員、防突員、監測工、鉆工等。采取礦井與項目部雙重管理，嚴格監督項目部防突措施落實。同時認真開展瓦斯地質技術研究，開展地質和瓦斯預測預報，對施工的各類鉆孔按設計、施工、驗收、竣工分析五個關口責任到人，確保了鉆孔的真實有效。四是認真開展了“四位一體”綜合防突措施。建立了防突技術調研學習和聘請專家指導制度，并與科研單位聯合，成立了專家咨詢團制度。

2．完善安全管理系統：為適應礦井建設防治煤與瓦斯突出的需要，礦井建設初期建立完善了一系列安全生產管理系統。

⑴建立礦井安全監測監控系統，對井下各地點設置安裝了瓦斯監測監控系統和瓦斯監測檢查儀器、防突儀器等。對瓦斯濃度、風速、風筒壓力、設備開停等參數進行監測監控，并實現了瓦斯超限斷電閉鎖、瓦斯超限短信通知、建設方和施工單位信息網監測監控、主機室24小時監測、外地網上信息查閱等功能。系統裝備了安全監測中心室，配備了專職人員，落實了標校維修和巡回檢查制度等，并與地方安全檢查部門進行了聯網。

⑵強化了局部通風系統管理，實現了“雙局扇、雙電源、自動轉換供風和三專兩閉鎖”，推廣應用了局扇專用閉鎖開關和大功率對旋局扇及大直徑風筒，滿足工作面風量要求。

⑶在開工初期建立了瓦斯抽放系統，擔負井筒揭煤前后抽放煤層瓦斯，實現了瓦斯正常抽放。

⑷在井筒進入煤系地層前，建立了礦井壓風自救系統，利用具有自保功能的壓風機實現了壓風自救系統24小時帶風運行。

3．建立“以防突為中心，以地質預報先行”的工作思路：針對礦區瓦斯地質情況復雜，地質資料少，瓦斯賦存狀況不夠清楚等問題，對首采區開展了三維物探和瓦斯地質精查工作。在井巷掘進過程中堅持“先探后掘、逢煤必抽”和“先探后掘、不探不掘、情況不明不掘”的措施，建立“方案優化、地質先行、先探后掘、逢煤必抽、技術突破、管理創新”的防突理念。采用大功率鉆機對迎頭前方進行全方位長鉆孔（不小于50m）地質鉆探，及時掌握前方的瓦斯地質情況和煤層位置，并在工作面每循環利用5米短釬探測迎頭附近情況。該項工作的開展，有效地防止了誤穿煤層事故的發生，為及時掌握地質情況、煤層及瓦斯情況提供了保障。

在開展“四位一體”綜合防突措施過程中，合理確定煤巷安全保護煤柱，根據分析煤的特性和瓦斯賦存情況，17號煤層的安全保護煤柱控制兩側不少于15m、前方20m、頂板穿過煤層全厚0.5m；20號煤層安全保護煤柱控制兩側不少于10m、前方15m、頂板穿過煤層全厚0.5m，為防止突出確定了合理的安全屏障。在揭煤、過煤過程中采取“長鉆孔抽放卸壓、短鉆孔密集排放、全方位效果檢驗、漸進式短掘短進和特殊區段的深孔松動爆破、煤體固化加固”等措施，取得了明顯效果。

防突技術措施的建立和完善

礦井主副平硐處于20號煤層位置，三條斜井分別在300m左右從底板揭露17號煤層，在三條斜井揭、過17號煤層過程中，揭煤位置處于地質復雜區域，由于煤層受逆斷層的影響，煤層由正常的4米左右變為2、11、5m的三個分層，分層間距2～5m，分層之間為具有膨脹性質的泥質頁巖，由于巖石的膨脹使瓦斯抽放鉆孔因膨脹閉合，造成瓦斯抽放難度大，解突時間長，為此采取了以下措施：

揭煤時的震動放炮揭煤措施：在實施瓦斯抽放后，由于巷道與煤層斜交，為保證揭煤能一次全斷面揭開煤層，揭煤前首先在迎頭刷斜面，將迎頭上部巖石掘掉形成三角，使工作面底板距煤層頂板法向距離不小于2m并保持平行，然后在工作面底板打眼放震動炮，由于炮眼不能一次穿過煤層，炮眼深度控制在3m以內，一次全斷面揭開煤層。在揭開煤層的震動炮后，瓦斯濃度達到0.7％，瓦斯涌出量達到4.9m3/min(雙路風筒供風，風量700 m3/min)。

短掘短進措施：揭開煤層后，通過效果檢驗，K1值從預測時的0.8降到0.3。安全掘進6m后，K1值逐步增大并接近0.5，炮后瓦斯濃度逐步升高。為確保安全掘進，采用超前12m密集排放鉆孔作為補充防突措施，效檢10m，掘進2m，在工作面前方和兩側建立起不少于10m“安全屏障區”，并采取短掘短進掘進穿煤方法。利用短掘短進，循環進尺控制在0.8m左右，炮后立即加強支護（包括加固底板）。

松動爆破措施：由于煤層處于斷層構造帶，個別區段煤層在地應力和斷層擠壓搓動下部分煤質變硬，光亮表面，瓦斯釋放速度緩慢。在工作面抽放60天后，再利用80余個12m密集排放孔排放3～5天，效果檢驗K1值仍降不到0.5以下。松動爆破分為淺孔松動爆破和深孔松動爆破，由于小于6m的淺孔松動爆破容易誘發突出，所以采取了大于6m的深孔松動爆破。即在工作面中下部施工10個9m深的爆破孔，深孔爆破孔上下布置孔深10m的壓力釋放孔各2排，爆破孔裝炸藥小于4m，剩余5米用炮泥封孔，然后進行爆破。松動爆破后，回風流瓦斯濃度達到1.7％，瓦斯涌出量達到11.9m3/min(雙路風筒供風，風量700m3/min)，煤層的透氣性明顯增加，瓦斯排放加快，保證了短掘短進掘進措施的正常進行。

煤層加固措施：在三條斜井揭、過17煤層過程中，由于受煤層松軟和個別地點頂板破碎、鉆孔噴孔嚴重、過煤門等因素的影響，井巷周邊地應力容易發生大的變化，特別是在過煤門時，巷道在進入煤層底板的這一時期，井巷地應力和頂板壓力最大，是突出的最危險時期，為此在此區段進行了煤層加固。

煤層加固采用馬利散化學材料，該材料是一種高分子聚合物。具有較好的滲透性和膨脹性能，與煤巖體均有較高的粘合力，它由等量的樹脂液體A與膨脹液體B組成，利用專用雙液泵將馬利散兩種化學液體等量壓注到井筒周邊煤體中，在雙液泵壓力作用下充分混合并滲透到煤體的內部，生成對煤巖體具有較高粘結性的有機彈性體，人為地改善了松軟破碎煤巖體的物理力學性能，有機彈性體在破碎煤巖體內膨脹、滲透、充滿整個裂隙面形成網絡骨架，起到補強加固、充填密實作用。使井筒周邊形成一個厚度3～5米的人造外殼，增強了井筒周邊煤體的強度。同時在雙液泵的高壓作用下使煤體微小的節理發育層面漲開，漿液充填所有的裂隙，降低煤層瓦斯含量。由于井筒周邊一定范圍內煤體的加固，形成了深部高壓瓦斯與井筒之間的一層高強度安全隔離墻，在減少因地應力變化對井筒周邊煤體的破壞的情況下，使松散煤巖體粘結為一體，不易片幫、冒落，有利于及時、安全、有效支護作業。

具體操作方法：首先在工作面煤層將要進入頂板時，按終孔間距2～3米布置防突措施孔進行瓦斯抽放，煤層瓦斯卸壓后，在迎頭頂板全煤位置周邊按2米間距設置注漿鉆孔，鉆孔采用專用一次性自攻鉆桿，孔深8～10m，巷道頂板和兩側控制幫距3～5米(法距)，然后利用雙液泵把馬利散材料注入鉆孔，根據鉆孔和巷道周邊返漿情況適當控制速度和進漿量，從而使煤層內裂隙進入馬利散，實現對煤體的加固，該措施保證加固迎頭前方每循環不少于5m，直至巷道頂板距離煤層安全間距大于2m為止。

防止解突煤層二次瓦斯積存措施：煤層解突后，由于受井筒混凝土砌筑和煤層透氣性差、煤層內鉆孔閉合等原因影響，解突的煤層經過一定時間的深部瓦斯滲透重新呈現瓦斯壓力，為此，采取了在煤層中設置永久瓦斯排放孔措施。既在井巷過煤期間，按一定間距在巷道周邊預留0.5～1m長鋼管，巷道成巷后利用防突鉆機在預留的鋼管內施工孔深10m的瓦斯排放孔，起到長期釋放瓦斯和地應力的作用。

在膨脹巖石施工鉆孔方法：在揭露17號煤層三個分層過程中，由于煤層頂板和分層之間的巖石為具有膨脹性質的泥巖，施工瓦斯抽放孔時往往由于巖石膨脹使鉆孔很快閉合，影響了瓦斯抽放效果，對此實施了壓風排鉆孔煤巖粉的干式鉆進方法，鉆孔穿過巖石后安裝保護鉆孔的套管，干式鉆進設置撲塵器防塵，加快了鉆進速度和提高了抽放效果。

認 識

通過幾年的礦井建設實踐，我們深刻認識到，在礦井煤與瓦斯突出機理尚不清楚，暫時無法掌握瓦斯突出規律的情況下，必須按照《防治煤與瓦斯突出細則》和國家有關規定，搞好瓦斯地質調查，狠抓現場防突措施管理，及時建立和完善礦井安全管理體系和管理制度，采取切實可行的防突措施，持之以恒地抓好防突措施的落實，堅持“管理、裝備、培訓”并舉和“先抽后采、監測監控、以風定產”原則，防止礦井建設期間防突工作的盲目性、進程的突擊性和管理的松弛性，實現礦井安全建設。 （作者單位：貴州興安煤業公司）

作者簡介：薄其山，工程師， 現任貴州興安煤業公司副總經理、總工程師。曾在多家刊物上發表論文數十篇。