單一構造區域瓦斯突出防治措施研究

岳 崗

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

煤與瓦斯突出是影響礦井安全生產的重要災害，受到井下復雜地質條件的制約，現有的技術完全避免災害的發生還無法做到，但是加強瓦斯突出的設計研究并采取針對性措施，能降低災害的發生頻率。新景煤礦是煤與瓦斯突出礦井，其中3#煤層自開采以來已先后發生煤與瓦斯突出170次，其中有6次比較嚴重的瓦斯突出。針對本礦井煤與瓦斯的情況，主要采用鉆屑量指標S值和鉆屑解吸指標k1值來預測及檢驗瓦斯突出區域，并制定綜合防突技術措施。

1 煤層概況

新景礦位于陽泉礦區的西部，由于受壽陽向斜的影響，煤層埋藏相對較深，主要開采石炭系上統太原組及二迭系下統山西組煤系地層，其中現階段新景礦開采該煤系地層的3#煤層。3#煤層傾角平緩，一般為6～10°，地質構造簡單，煤層賦存穩定，平均厚度為2.25m，頂、底板均為砂質泥巖，為半堅硬巖石，適合于機械化開采。根據新景礦地質勘探報告，本礦井瓦斯主要來源于回采工作面、掘進工作面及已采區瓦斯涌出，礦井瓦斯相對涌出量平均為16.0m3/t，絕對涌出量平均為78m3/min，經鑒定本礦井為煤與瓦斯突出礦井。出于對安全充分考慮角度出發，對新景公司保安區3#煤層目前情況提出局部綜合防治突出措施方案設計，進而可有效防治煤與瓦斯突出動力災害。

2 區域性綜合防突措施

2.1 瓦斯突出危險區域預測

通常情況下，利用瓦斯地質分析，經過計算得出煤層瓦斯參數可以有效地進行瓦斯區域預測，根據當前新景煤礦3#煤層的實際開采情況，對本礦井煤層的瓦斯突出區域劃分主要包括以下具體要求：

（1）劃定瓦斯無突出危險區，該區域主要是煤層瓦斯風化帶。

（2）當3#煤層開采過程中伴隨有動力現象發生時，及時掌握該區域的地質狀況，利用分析瓦斯地質的可靠方法判斷出對應的瓦斯突出危險區域。本區域內地質構造與瓦斯突出預兆點關聯密切，構造帶邊緣瓦斯危險區域可以由瓦斯預兆點確定。瓦斯突出危險區域處于相同地質范圍內具有明顯突出現象的位置以上20m及以下的范圍，沒有瓦斯突出危險區域示意圖如圖1所示。

（3）當無瓦斯突出危險區和突出危險區由1、2要求劃定出，此時可以根據地質資料測定煤層瓦斯壓力來預測。此外，也可以依據測定的煤層瓦斯含量來進行預測。依據井下實際測定的煤層瓦斯含量或瓦斯壓力為參數展開研究，從而準確預測，在不同地質區域范圍內、不同地質復雜情況等條件下布置煤層瓦斯壓力和瓦斯含量等技術參數。

圖1 根據瓦斯地質分析劃分突出危險區域示意圖

2.2 區域防突技術措施

為了確保新景煤礦3#煤層采掘期間的安全，必須采取有效的防治瓦斯突出措施，即預抽該煤層瓦斯，減少瓦斯含量。巷道及工作面開采前及回采過程中為了保證礦井安全，需要進行瓦斯預抽，并在瓦斯抽采過程中進行瓦斯含量實時監測，保證瓦斯含量在安全允許范圍內。

（1）預抽瓦斯方案

依據3#煤層瓦斯賦存情況，在3#和8#煤層之間的巖石開掘巷道，該巖石巷道位于8#煤層頂板以上20m左右，水平方向距離3#煤層的掘進巷道30m左右，將該掘進巷道布置為3#煤底板瓦斯專用抽放巷道，設置底板瓦斯專用抽采巷對3#煤層進行穿層預抽區段煤層瓦斯，如圖2所示。在巷道頂板處施工穿層鉆孔預抽3#煤層中的瓦斯，由預抽、開采、掘進的銜接關系可以確定穿層鉆孔的終孔間排距。最終封孔深度應該大于5m以上，使用的封孔管半徑應該大于48mm，這樣才能保證有效的瓦斯抽放效果。根據實地考察結果，當封孔深度大于5m，終孔排距為5m，封孔管半徑為48mm時，瓦斯預抽時間要大于10個月。

圖2 穿層鉆孔預抽巷道區段煤層瓦斯

（2）預抽掘進工作面瓦斯方案

在底板瓦斯預抽巖巷的頂板依次打好抽采鉆孔，將穿層扇形鉆孔設置在3#煤層的掘進工作面，對3#煤層掘進工作面中實施瓦斯預抽采。為了確定穿層鉆孔終孔間排距，需要配合鉆孔預抽、掘巷、采煤三者的銜接關系。為了保證有效的瓦斯預抽效果，設置大于5m的封孔深度，以及半徑大于48mm封孔管。根據實地考察，對3#煤層掘進工作面進行穿層鉆孔預抽瓦斯時，采用半徑48mm的鉆孔，5m的終孔間排距時，至少需要周期為10個月的預抽瓦斯時間。

（3）工作面回采過程中煤與瓦斯突出防治措施

針對新景煤礦3#煤層中的瓦斯賦存情況，同時結合該煤層的地質構造特點，對存在突出危險性的采煤工作面進行的防治措施主要包括超前鉆孔、預抽瓦斯、煤層注水軟化煤體等綜合防治方式。新景煤礦在工作面回采的過程中要進行針對性預抽瓦斯，并對煤與瓦斯的防治效果進行實時動態監測，通過對瓦斯監測數據進行相關分析，從而確保預抽瓦斯防突措施效果可靠保證回采安全。其中超前鉆孔技術的主要技術特征為：超前鉆孔的直徑保持在800mm以上，采用雙排眼布置方式，鉆孔距離為1.8m，鉆孔的深度要求大于20m，超前鉆孔應在工作面運輸巷和回風巷同時進行，圖3為3#煤層采用穿層鉆孔抽取瓦斯的結構示意圖。超前鉆孔防治突出措施實施后，經效果檢驗有效后，方可采取安全防護措施進行回采。

圖3 穿層鉆孔預抽回采巷道煤層瓦斯

3 區域防突措施效果檢驗

3.1 防突評價指標

采用經實地考察確定的臨界值指標對抽取瓦斯區域的防突措施進行評價，確定臨界值之前，應根據以下參數進行評判：查閱調取相關煤礦實測地質資料，采用殘余瓦斯壓力指標和殘余瓦斯含量評價防突措施的有效方案。瓦斯突出危險區域：殘余瓦斯含量小于8m3/t或者殘余瓦斯壓力小于0.74MPa，判定防突措施是有效的；相反則為瓦斯突出危險區域，如表1所示。

此外，還可以利用鉆屑瓦斯解吸指標檢驗穿層鉆孔預抽揭煤區域防突措施的有效指標，如果該臨界值小于該指標值，則防突措施無效，判定為瓦斯突出危險區域，否則即為無瓦斯突出危險區域。當鉆孔過程中出現頂鉆、噴孔等其他預兆突出時，則將此預兆點周圍半徑100m范圍判定為防突措施無效，為瓦斯突出危險區域。

3.2 區域防突治理效果檢驗

通過采取上述瓦斯防突措施，3#煤層瓦斯平均含量為7.2m3/t，井下實測掘進巷道抽出的瓦斯量為6.6m3/t，回采工作面抽出的瓦斯量為7.6m3/t，符合礦井安全規程瓦斯含量要求。同時實測殘余瓦斯壓力為0.38MPa，小于0.74MP。由此可見新景煤礦瓦斯防突措施的設計達到預期的要求，大大降低了煤層的瓦斯含量，為煤層的安全開采提供了必要的條件。

4 結論

新景煤礦3#煤層作為單一構造區域的瓦斯突出礦井，在開采過程中根據具體地質情況制定了相應的瓦斯防突措施，通過現場實測相關參數驗證防突措施的有效性。實踐證明文章所述的瓦斯防突設計是非常有效的，對該煤礦類似地質條件下瓦斯防治提供參考。