高突矿井煤与瓦斯突出综合防治技术探讨

杨泷

摘 要：本文以贵州坪埠煤矿为背景，结合矿井实际地质条件，结合现场经验确定坪埠煤矿煤与瓦斯突出综合防治方案，针对其瓦斯赋存特，分别进行开采保护层、工作面掘进及回采期间防突措施研究，现场实践表明该方案效果良好。

关键词：煤与瓦斯突出；措施；煤矿；优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.069

1 概况

煤炭资源是国家发展的能源命脉，近年来随着开采力度的增加，矿井事故也在不断发生，冲击矿压、煤与瓦斯突出等灾害时有发生，贵州地区煤矿普遍属于高瓦斯矿井，煤与瓦斯突出一直影响的矿井的安全生产。

坪埠煤矿于2005年3月7日开始建设，2006年9月12日建成投产，矿井设计生产能力60万t/a，井田西部以BN13大断层为边界，东到BN70断层，南自C6煤层露头线，北到+1332 m水平C9煤层底板等高线。煤层埋深+1650 m～+1332m，井田走向长度5.24 km，倾斜宽度2.25 km，面积约12.32 km2。井田主要可采煤层为C6、C9煤层，煤层结构简单至较简单，煤层厚度变化规律明显，C9煤在1～4勘探线之间受火成岩的侵蚀，局部变为天然焦。坪埠煤矿是一个被东、西边界断层包围的相对独立的、完整封闭的地质构造单元，为一倾向NNW，走向略有变化的单斜构造，煤层倾角一般在7～12°，边界断层区域煤层倾角起伏较大。坪埠煤矿断裂构造发育充分，经过地质勘探可以确定井田内落差大于5m的断层有42条，期中落差大于20m的有11条，落差大于20m的断层跟边界大断层复合，主要集中于边界区域。除了上述大中型断层之外，坪埠煤矿井下经采掘揭露的落差小于5 m的断层也十分发育，但落差较小，基本都在0.2～1.3 m左右，该落差范围内断层占比84%，大部分为正断层。极少部分为逆断层。由于斷层的影响，坪埠煤矿煤岩体连续性较差，采掘揭露表明岩体破碎性非常强。断层对矿井的开拓、采区的布置、工作面的设置影响较大。限制了部分采区工作面的长度，造成部分采区出现较短工作面或者工作面形状不规则。

坪埠煤矿主要回采C6和C9煤层，矿井采用一水平平硐+斜井开拓方式开拓，水平为运输大巷标高+1332m。矿井绝对瓦斯涌出量100.54m3/min，属高瓦斯矿井。回风斜井布置在矿区中央，在C9煤层底部设置单独回风大巷。根据矿井生产记录，矿井回采期间发生多次大范围瓦斯超限，出现过2次小范围瓦斯突出，其中在2015年7月3日一次突出，巷道涌入突出煤炭352t，造成部分设备损坏，未造成人员伤亡，矿井停产整顿一个星期。为避免出现大的瓦斯突出灾害，企业制定了详细的煤与瓦斯突出综合治理方案。

2 坪埠煤矿煤与瓦斯突出综合治理方案

煤与瓦斯突出防治一直是矿山技术的难点，综合性强，设计学科较多。针对坪埠煤矿地质条件及煤层瓦斯赋存情况，综合设计煤与瓦斯突出治理方案。坪埠煤矿煤与瓦斯突出综合治理必须从优化采掘部署、合理设计巷道布置、采取合理的采掘工艺考虑。建立预测与解危结合，检验与防护并行的煤与瓦斯综合防突措施体系，具体如图1所示：

2.1 合理的采掘部署

对于有突出危险的高瓦斯矿井，巷道位置的设计、采掘部署的优化对于矿井防突至关重要，合理的采掘部署便于矿井实现开拓、掘进、瓦斯抽放、保护层开采有序进行，进而实现以开拓保预测、以准备保预抽、以预抽保护层开采、以保护层开采保主采、以主采保效益、以瓦斯保利用，坪埠煤矿在回采初期，综合考虑断层（落差大于1m）等复杂地质构造的影响，合理的进行采区的划分，尽量避免断层对于回采巷道及工作面的影响。通过合理优化人员、设备、材料的配置进而实现开拓区、准备区、回采区及瓦斯抽放区互不干扰，保证矿井在安全条件下的正常生产秩序。

2.2 区域突出危险性预测

区域性预测方法有多种，坪埠煤矿采用综合指标法对C6和C9煤层进行煤与瓦斯突区域性预测。具体如下：

式中： D—煤层突出危险性综合指标；

K—煤层突出危险性综合指标；

H—煤层埋深，H=220m；

P—煤层瓦斯压力（相对压力），根据坪埠煤矿实测值取1.16MPa；

△P—软分层煤的瓦斯放散初速度指标，通过测定取12mmHg；

f—软分层煤的坚固性系数，坪埠煤矿煤层取值0.42。

通过计算可知，D=0.39，K=28.6。进而确定坪埠煤矿具有区域突出危险性。

2.3 矿井区域性防突技术措施

（1）开采保护层。矿井区域性防突最常用的就是开采保护层。保护层与被保护层的最大有效垂距：对于缓倾斜煤层：上保护层<50m；下保护层<100m，坪埠煤矿C6、C9煤层间距38m，且C6煤层为坪埠煤矿最上覆煤层，最适合设计为保护层（C6煤层作为C9及以下煤层的上保护层）。

坪埠煤矿矿井煤层平均倾角13o，在回采C6煤层过程中不得留设煤柱，否则影响保护层开采的效果，倍保护层开采过程中，一定确保要回采的工作面及巷道布设在上煤层保护区内，回采前进行保护效果检验，确保回采安全。在保护开采后，被保护层存在的未保护范围区域较大，在被保护层中的未保护区域内进行采掘作业时，必须采取综合防突措施。

（2）巷道掘进过程中煤与瓦斯突出防治措施。坪埠煤矿在煤巷掘进过程中制定合理的防突措施，煤巷掘进头迎头向掘进巷道前方煤层打扇形钻孔，单个循环设计施工11个钻孔。设计钻孔深度45m，循环之间间距30 m，各循环之间预留15m的保护范围，施工钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m、2m、3m，进行瓦斯预抽。施工中注意钻孔不能钻到岩体中，确保孔底位于煤层中，钻孔的方位应与巷道底板平行或根据煤层的厚度略有上、下倾角，为扩大瓦斯抽放区的面积进而提高瓦斯抽放效果，掘进工作面会布置多个以巷道中线为基准成发散状对称排列的瓦斯抽放钻孔。