開采保護層區域防突方案分析

2024-04-10 14:45:00武少鵬

煤 2024年4期

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,生產規模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、工作面順層鉆孔預抽煤層瓦斯等一系列區域防突措施,但由于15號煤層透氣性低、瓦斯含量大,導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;同時,隨著開采深度的增加,礦井防突治理難度進一步加大,現有的區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,結合礦井15號煤層的賦存條件和開采技術條件,提出將開采保護層作為區域防突措施防治煤與瓦斯突出。

2 開采保護層技術原理

開采保護層后,采場周圍的煤巖體移動變形,使得煤巖體的應力場、裂隙場重新分布,采空區周圍一定范圍的頂、底板巖層的地應力減小,產生卸壓效應,使得煤巖層的透氣性提高了數百至上千倍,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,開采保護層區域防突技術原理見圖2[1-4]。

圖1 開采保護層示意

圖2 開采保護層區域防突原理圖

3 開采保護層方案分析

開采保護層是一個系統工程。阜生礦根據礦井地質條件、煤層賦存條件、瓦斯地質等基礎資料,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《防治煤與瓦斯突出細則》的相關規定,在15號煤層頂板以上50 m、底板以下60 m范圍內的煤巖層范圍內均可,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石灰巖,厚5.00～7.50 m,平均6.74 m,深灰色致密塊狀石灰巖,均勻層理,堅硬,裂隙發育,有大量方解石脈充填,有溶蝕現象,含大量動物化石;底板主要為灰黑色-灰白色砂質泥巖、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石灰巖,厚2.40～5.53 m,平均3.88 m.其特征為:深灰色石灰巖,致密,堅硬,中厚層狀,均勻層理,具有裂隙,方解石充填,含少量動物化石,有溶蝕現象。底板為砂巖、砂質泥巖及泥巖互層,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,泥質膠結;裂隙發育,有黃鐵礦薄膜充填;泥巖及砂質泥巖為灰黑色,含植物化石,厚9.78～13.34 m,平均11.82 m.