综采工作面过断层期间瓦斯治理探索

周立强 孙 波 孙忠胜

(1.沈阳煤业集团工程设计有限公司；2.沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿；3.沈阳煤业集团辽阳石膏矿)

综采工作面过断层期间瓦斯治理探索

周立强1孙 波2孙忠胜3

(1.沈阳煤业集团工程设计有限公司；2.沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿；3.沈阳煤业集团辽阳石膏矿)

在工作面出现地质构造时，地质构造(断层处)顶板岩石处于破碎状态，很难保证高位钻孔成孔率，钻孔抽放失效，使瓦斯沿着断层裂隙直接进入工作面或采空区，造成工作面或上隅角瓦斯涌出异常。因此，在工作面过断层期间，对断层破碎带进行加固、封堵，既提高了煤、岩体的整体稳定性，又保证了高位钻孔的成孔率，有效地治理综采工作面瓦斯的异常涌出，保证了工作面的正常回采。

瓦斯治理 断层 加固

1 概 况

沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿W1710回采工作面位于7煤西一采区辅助运输巷西侧，南、北侧为未采动区。该工作面开切眼长约170.0 m，开切眼回顺端标高 -1 057.855 m，运顺端标高-1 044.721 m。开切眼至设计停采线长约1 297.1 m，设计停采线回顺端标高-933.502 m，运顺端标高-938.407 m。

地表为树碑台村、鱼塘、稻田、高压线、果园。标高+22.50～+23.10 m。

1.1 煤层结构

7煤为复合煤层，由7-1煤、7-2煤和7-3煤组成。其中7-1煤为不可采煤层，7-2煤和7-3煤为可采煤层。

7-1煤顶板为黑色泥岩，平均厚0.50 m，其上依次为泥岩、粉砂岩互层，平均厚10.70 m，细砂岩，平均厚7.60 m；7-3煤底板为粉砂岩，平均厚0.15 m，其下为中砂岩，平均厚8.0 m。

7煤f=0.3，泥岩f=1.8～2.9，粉砂岩f=2.7～4.5，中砂岩f=6.2.煤岩层产状253°～298°，∠4°～8°。

1.2 构造情况

该工作面运顺、回顺及开切眼巷道实见断层40条，对回采有影响的断层34条，其中落差大于1.0 m 的断层有3条。开切眼FK1#逆断层(落差1.7 m)与回顺Fh10#逆断层(落差0.9 m)为同一条断层，向南东方向延伸，落差逐渐变小，对生产影响较大。其他断层对生产影响较小。

1.3 水文地质情况

该工作面水文地质条件简单，围岩富水性弱。山西组为弱含水层，渗透系数为0.009 13 m/d。根据W1706工作面实际揭露情况分析，预计该工作面煤、岩层涌水量小于2 m3/h。

(1)该工作面采至568.3 m时见874#钻孔，根据精查地质报告，该钻孔封闭良好。封孔情况如下：①第三、四系封闭段，第三系底界面上11.8～底界面下28.2 m,封厚40 m；②煤系封闭段，7煤顶板上147.94～底板下77.72 m,封厚228.24 m。

(2)该工作面采至913.3 m时见9903#钻孔。该钻孔为西二采区补勘钻孔，封闭良好。封孔情况如下：①自孔口往下封闭15.0 m；②第四系底界面上21.0～底界面下14.0 m，封厚35.0 m；③煤系封闭段，7煤顶板上147.05～底板下90.07 m,封厚240.0 m。

根据通风部门提供的瓦斯资料，W1710工作面的瓦斯涌出量为4～6 m3/t，在回采过程中应加强瓦斯管理。

2 工作面过断层瓦斯异常涌出原因分析

(1)钻孔成孔率低。钻头进入断层后，由于断层线附近岩石破碎，极易塌孔，造成不回水、夹钻等情况；钻头与断层斜交时很难通过断层面。因此，钻孔很难达到设计要求，直接影响瓦斯抽放率，造成工作面及上隅角瓦斯超限。

(2)由于受采动及老顶来压影响，断层提前与邻近煤层及采空区沟通，造成瓦斯提前大范围的涌入工作面，使工作面瓦斯异常，时常瓦斯超限。

3 注料施工方法及技术参数

首先找准断层走向、倾角，在断层的一盘向断层打20多个钻孔，长度4～16 m，倾角6°～45°，钻孔方向垂直于煤壁。由于暴露的巷道断层倾向、走向受地质影响里外不一致，钻孔只要打过松动圈就可以；对顶板裂隙，钻6°～45°钻孔，采用加固1#泵进行充填加固,充填能达到一定高度；对于煤壁，深4 m、倾角6°～10°的钻孔效果最佳，最多一孔注料2 t。利用注料方法封闭断层，可彻底消除断层对抽放钻孔影响，充填半径达到30～50 m，既可注顶板断层又可注煤壁断层，使断层处于封闭状态(注料泵压力为20 MPa)，注料示意见图1。

4 瓦斯治理效果

(1)充填加固材料后，保证了成孔率，避免钻孔到断层破碎带就不回水，使钻孔半道夭折造成废孔，钻孔深度不到裂隙带影响抽放效果。通过计算，注料与不注料的断层抽放瓦斯纯量相差10 m3/min。

(2)有效堵塞了瓦斯非正常涌出通道。根据瓦检员实测，未注料断层瓦斯涌出浓度为3%～5%，在采煤机破煤到断层处瓦斯大量涌出，

造成瓦斯超限；在注料后的断层处，瓦斯浓度和其他煤壁处基本没有变化，在跟踪断层时又发现远离注料的断层进入工作面后，瓦斯依然较大，这就说明断层注料起到很好的效果。

(3)通过采面过断层现场检测，断层在回采期间上隅角瓦斯浓度一直保持在1%左右，工作面瓦斯浓度一直保持在0.6%左右，回风顺槽瓦斯浓度保持在0.5%左右，基本和回采工作面未到断层期间瓦斯浓度保持一致，保证了工作面正常回采。瓦斯排放没有影响正常回采，且抽放效果及抽放率非但没下降反而升高。经验证，未进断层前钻孔抽放纯量为28～ 30 m3/min，进断层后为31～ 36 m3/min。注料前后各点瓦斯参数见表1。

表1 注料前后各地点瓦斯参数对比

5 结 论

①注料后，断层面围岩形成一体，710回顺的高位钻孔保证了很好的成孔率，增加了抽放效率;②在断层进入工作面后，有效的堵塞了瓦斯非正常涌出渠道，使瓦斯直接进入采空区，利用高位钻孔抽出，保证了工作面瓦斯不超限。

综上所述，加注料是煤矿治理断层瓦斯非正常涌出的一项实用性很强的技术，同时与高位钻孔与采空区预埋管抽放相结合，能很有效的治理综采工作面瓦斯，保证矿山正常生产。

2014-07-04)

周立强(1970—)，男，工程师，110122 辽宁省沈阳市虎石台镇建设路。