百灵煤矿煤与瓦斯突出危险性评价

2014-01-15王金君林媛媛

华北科技学院学报 2014年1期

王金君,林媛媛

(永城市供电有限责任公司，河南永城 476600)

在我国煤矿常见的瓦斯灾害中，煤与瓦斯突出是最严重的灾害类型之一，许多瓦斯爆炸灾害也是由此而发，预防和控制煤与瓦斯突出对矿井的安全生产具有现实迫切性。因此，研究煤层的瓦斯赋存规律，对矿井煤层进行科学、合理的煤与瓦斯突出危险性评价，较准确预测矿井瓦斯突出危险区域是确保煤矿安全生产的关键。预测和防治煤与瓦斯突出对于提高矿井的社会效益和经济效益具有重要的意义[1]。现以阿拉善百灵煤矿为例，为了准确掌握该煤矿6#、7#、8#煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性，现通过测定相关参数，按有关规范运用单项指标法进行评价，以便对矿井的开拓、开采方式、采区部署、瓦斯综合治理、瓦斯综合利用进行指导，避免瓦斯综合治理工作的盲目性，做到瓦斯治理工作的有效性、可靠性和预见性，确保矿井安全生产。

1 矿井概况

百灵煤矿位于贺兰山煤田呼鲁斯太矿区百灵井田的北中段，可采储量为6372万吨，设计生产能力为1.8Mt/a。井田内构造不甚发育，主要包括褶皱和断层构造，内含煤地层为二叠系山西组(PS)和石炭系太原组(CT)，共含有12层煤，煤层倾角一般为21°左右。本文主要针对该煤矿的6#、7#、8#煤层进行煤与瓦斯突出危险性评价，其中：

1)6#煤层是全区可采煤层中最稳定的煤层之一，煤层厚度平均为1.61m。结构简单，一般无夹矸，厚度稳定，距煤5层12m左右。

2)7#煤层也是全区最稳定的煤层之一，平均厚度为1.73m，结构简单，一般无夹矸，距煤6层30m左右。

3)8#煤层为不稳定的局部可采煤层，可作为矿区生产中的配采煤层(炮采)。

根据百灵煤矿最近三年180万吨矿井瓦斯等级鉴定报告，百灵煤矿为高瓦斯矿井。矿井总进风为7770.0m3/min,绝对瓦斯涌出量为14.620m3/min，相对瓦斯涌出量为7.660m3/min。从建矿至今尚未发生过煤与瓦斯突出现象。但从已掘区域的钻孔施工情况看，局部地点存在喷孔或夹钻等动力现象。

2 煤层瓦斯突出参数测定

2.1 煤层瓦斯压力直接测定

瓦斯压力测定采用注浆封孔，被动式测压，主要材料包括425标号水泥、15mm直径白铁管作测压管以及注浆管、管接头、压力表等，注浆设备为注浆泵(注浆压力大于2.4MPa)。测压钻孔开孔直径75mm直至终孔，测压钻孔均是穿层孔，在现场施工过程中详细记录见煤岩情况及是否有喷孔、卡钻等现象。

封孔质量是确保钻孔准确测定煤层瓦斯参数的重要因素，为了提高封孔质量，采用注浆泵进行注浆封孔。本次测压钻孔注浆封孔长度严格按有关规定，避开了煤层采动影响范围。测压管为直径15mm的铁管连接而成，前端的第一根铁管为筛孔管，将测压管安装在钻孔中预定的封孔深度，孔口用玛丽散堵住固定测管，并安装好注浆管。为防止水泥浆凝固后因收缩产生裂隙，根据封孔深度，在水泥浆中加入一定比例的膨胀剂，在按一定比例配制好水泥浆后，用注浆泵一次性连续将水泥浆注入钻孔内，直到注到预定深度。

安装压力表后，每天观测煤层瓦斯压力，直至瓦斯压力稳定为止，卸除压力表，对有积水的钻孔，依据相关规定[2]进行了水压修正。6#、7#、8#煤层测压钻孔竣工参数及瓦斯压力(相对压力)测定结果如表1所示：

表1 测压钻孔竣工参数及瓦斯压力(相对压力)测定结果

2.2 瓦斯参数实验室测定

采用单项指标进行煤与瓦斯突出评价时，实验室煤样瓦斯参数测定包括煤的瓦斯放散初速度、坚固性系数。煤的瓦斯放散初速度反映了煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，表现了煤的微观结构、孔隙表面性质和孔隙大小，随着构造煤破坏类型的增高，瓦斯放散初速度也增加。瓦斯放散初速度越大，煤层突出危险性越大。煤的坚固性系数体现了煤的软硬程度，一般来讲煤体越软，承压能力越小，就越容易发生突出，该值一般采用落锤破碎法测定。由于取样具有随机性所以位置很近的煤样通过实验室测定的数据差距较大，实验结果如表2所示。

表2 煤样瓦斯参数实验室测定结果

2.3 煤的破坏型类型

煤的破坏类型主要通过井下煤的赋存情况进行现场考察直接观察煤体受力破坏情况。通过煤的光泽、构造、节理、断口、手试强度等特征来进行判断。依据《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》中关于煤的破坏类型分类表对煤的破坏类型分类特征的描述，可以得出百灵煤矿6#、7#和8#煤层大部分煤的破坏类型如表3所示。

表3 煤的破坏类型

3 煤层突出危险性评价指标和结果

3.1 煤层突出危险性评价指标

根据《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》第三十七条：采用煤层突出危险性指标进行突出煤层鉴定的，应当将实际测定的煤层瓦斯压力、煤的坚固性系数、煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度作为鉴定依据。全部指标均处于表4所示临界值范围的，确定为突出煤层；打钻过程中发生喷孔、顶钻等突出预兆的，确定为突出煤层；煤层突出危险性指标未完全达到上述指标的，测点范围内的煤层突出危险性由鉴定机构根据实际情况确定；但当f≤0.3、p≥0.74MPa，或0.3

表4 突出煤层鉴定的单项指标临界值

根据对百灵煤矿对矿方相关管理人员的访谈及现场钻孔施工情况，因6#煤层在一采区回风上山布置钻孔6#-5、施工过程中，出现喷孔、顶钻现象，故确定6#煤层为突出煤层。7#和8#煤层开拓开采至今未发生过瓦斯动力现象，采掘过程中也未发生过突出预兆，因此，7#和8#煤层的突出危险性应按实际测定的煤与瓦斯突出参数进行评价。

3.2 煤层突出危险性分析及结果

通过实验室参数测定和现场参数测定，表5中各值分别为7#和8#煤层最高煤层破坏类型、煤的最小坚固性系数、最大瓦斯放散初速度和最大瓦斯压力值。

表5 7、8号煤层突出危险性单项指标测定结果

数据表明，百灵煤矿7#、8#煤层煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标、煤的坚固性系数及煤层瓦斯压力均超过临界值范围，根据规定，百灵煤矿7#、8#煤层具有突出危险性。

4 评价结论及建议

4.1 评价结论

在百灵煤矿6#、7#和8#煤层煤与瓦斯突出参数测定及煤层突出危险性评价工作中，均按要求封孔并测定了煤层的瓦斯压力，根据井下煤层瓦斯压力、现场施工情况、煤体破坏类型的现场勘察和实验室参数测定结果，结合有关标准对百灵煤矿6#、7#和8#煤层的突出危险性进行了评价，通过对各煤层瓦斯突出参数的测定结果的综合分析，可得出如下结论：

百灵煤矿6#煤层施工测压钻孔过程中，出现喷孔现象，具有突出危险性；7#、8#煤层煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标、煤的坚固性系数及煤层瓦斯压力均超过临界值范围，满足突出煤层的相关条件，可判定百灵煤矿7#、8#煤层具有突出危险性。