单一构造区域瓦斯突出防治措施研究

岳 岗

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

煤与瓦斯突出是影响矿井安全生产的重要灾害，受到井下复杂地质条件的制约，现有的技术完全避免灾害的发生还无法做到，但是加强瓦斯突出的设计研究并采取针对性措施，能降低灾害的发生频率。新景煤矿是煤与瓦斯突出矿井，其中3#煤层自开采以来已先后发生煤与瓦斯突出170次，其中有6次比较严重的瓦斯突出。针对本矿井煤与瓦斯的情况，主要采用钻屑量指标S值和钻屑解吸指标k1值来预测及检验瓦斯突出区域，并制定综合防突技术措施。

1 煤层概况

新景矿位于阳泉矿区的西部，由于受寿阳向斜的影响，煤层埋藏相对较深，主要开采石炭系上统太原组及二迭系下统山西组煤系地层，其中现阶段新景矿开采该煤系地层的3#煤层。3#煤层倾角平缓，一般为6～10°，地质构造简单，煤层赋存稳定，平均厚度为2.25m，顶、底板均为砂质泥岩，为半坚硬岩石，适合于机械化开采。根据新景矿地质勘探报告，本矿井瓦斯主要来源于回采工作面、掘进工作面及已采区瓦斯涌出，矿井瓦斯相对涌出量平均为16.0m3/t，绝对涌出量平均为78m3/min，经鉴定本矿井为煤与瓦斯突出矿井。出于对安全充分考虑角度出发，对新景公司保安区3#煤层目前情况提出局部综合防治突出措施方案设计，进而可有效防治煤与瓦斯突出动力灾害。

2 区域性综合防突措施

2.1 瓦斯突出危险区域预测

通常情况下，利用瓦斯地质分析，经过计算得出煤层瓦斯参数可以有效地进行瓦斯区域预测，根据当前新景煤矿3#煤层的实际开采情况，对本矿井煤层的瓦斯突出区域划分主要包括以下具体要求：

（1）划定瓦斯无突出危险区，该区域主要是煤层瓦斯风化带。

（2）当3#煤层开采过程中伴随有动力现象发生时，及时掌握该区域的地质状况，利用分析瓦斯地质的可靠方法判断出对应的瓦斯突出危险区域。本区域内地质构造与瓦斯突出预兆点关联密切，构造带边缘瓦斯危险区域可以由瓦斯预兆点确定。瓦斯突出危险区域处于相同地质范围内具有明显突出现象的位置以上20m及以下的范围，没有瓦斯突出危险区域示意图如图1所示。

（3）当无瓦斯突出危险区和突出危险区由1、2要求划定出，此时可以根据地质资料测定煤层瓦斯压力来预测。此外，也可以依据测定的煤层瓦斯含量来进行预测。依据井下实际测定的煤层瓦斯含量或瓦斯压力为参数展开研究，从而准确预测，在不同地质区域范围内、不同地质复杂情况等条件下布置煤层瓦斯压力和瓦斯含量等技术参数。

图1 根据瓦斯地质分析划分突出危险区域示意图

2.2 区域防突技术措施

为了确保新景煤矿3#煤层采掘期间的安全，必须采取有效的防治瓦斯突出措施，即预抽该煤层瓦斯，减少瓦斯含量。巷道及工作面开采前及回采过程中为了保证矿井安全，需要进行瓦斯预抽，并在瓦斯抽采过程中进行瓦斯含量实时监测，保证瓦斯含量在安全允许范围内。

（1）预抽瓦斯方案

依据3#煤层瓦斯赋存情况，在3#和8#煤层之间的岩石开掘巷道，该岩石巷道位于8#煤层顶板以上20m左右，水平方向距离3#煤层的掘进巷道30m左右，将该掘进巷道布置为3#煤底板瓦斯专用抽放巷道，设置底板瓦斯专用抽采巷对3#煤层进行穿层预抽区段煤层瓦斯，如图2所示。在巷道顶板处施工穿层钻孔预抽3#煤层中的瓦斯，由预抽、开采、掘进的衔接关系可以确定穿层钻孔的终孔间排距。最终封孔深度应该大于5m以上，使用的封孔管半径应该大于48mm，这样才能保证有效的瓦斯抽放效果。根据实地考察结果，当封孔深度大于5m，终孔排距为5m，封孔管半径为48mm时，瓦斯预抽时间要大于10个月。

图2 穿层钻孔预抽巷道区段煤层瓦斯

（2）预抽掘进工作面瓦斯方案

在底板瓦斯预抽岩巷的顶板依次打好抽采钻孔，将穿层扇形钻孔设置在3#煤层的掘进工作面，对3#煤层掘进工作面中实施瓦斯预抽采。为了确定穿层钻孔终孔间排距，需要配合钻孔预抽、掘巷、采煤三者的衔接关系。为了保证有效的瓦斯预抽效果，设置大于5m的封孔深度，以及半径大于48mm封孔管。根据实地考察，对3#煤层掘进工作面进行穿层钻孔预抽瓦斯时，采用半径48mm的钻孔，5m的终孔间排距时，至少需要周期为10个月的预抽瓦斯时间。

（3）工作面回采过程中煤与瓦斯突出防治措施

针对新景煤矿3#煤层中的瓦斯赋存情况，同时结合该煤层的地质构造特点，对存在突出危险性的采煤工作面进行的防治措施主要包括超前钻孔、预抽瓦斯、煤层注水软化煤体等综合防治方式。新景煤矿在工作面回采的过程中要进行针对性预抽瓦斯，并对煤与瓦斯的防治效果进行实时动态监测，通过对瓦斯监测数据进行相关分析，从而确保预抽瓦斯防突措施效果可靠保证回采安全。其中超前钻孔技术的主要技术特征为：超前钻孔的直径保持在800mm以上，采用双排眼布置方式，钻孔距离为1.8m，钻孔的深度要求大于20m，超前钻孔应在工作面运输巷和回风巷同时进行，图3为3#煤层采用穿层钻孔抽取瓦斯的结构示意图。超前钻孔防治突出措施实施后，经效果检验有效后，方可采取安全防护措施进行回采。

图3 穿层钻孔预抽回采巷道煤层瓦斯

3 区域防突措施效果检验

3.1 防突评价指标

采用经实地考察确定的临界值指标对抽取瓦斯区域的防突措施进行评价，确定临界值之前，应根据以下参数进行评判：查阅调取相关煤矿实测地质资料，采用残余瓦斯压力指标和残余瓦斯含量评价防突措施的有效方案。瓦斯突出危险区域：残余瓦斯含量小于8m3/t或者残余瓦斯压力小于0.74MPa，判定防突措施是有效的；相反则为瓦斯突出危险区域，如表1所示。

此外，还可以利用钻屑瓦斯解吸指标检验穿层钻孔预抽揭煤区域防突措施的有效指标，如果该临界值小于该指标值，则防突措施无效，判定为瓦斯突出危险区域，否则即为无瓦斯突出危险区域。当钻孔过程中出现顶钻、喷孔等其他预兆突出时，则将此预兆点周围半径100m范围判定为防突措施无效，为瓦斯突出危险区域。

3.2 区域防突治理效果检验

通过采取上述瓦斯防突措施，3#煤层瓦斯平均含量为7.2m3/t，井下实测掘进巷道抽出的瓦斯量为6.6m3/t，回采工作面抽出的瓦斯量为7.6m3/t，符合矿井安全规程瓦斯含量要求。同时实测残余瓦斯压力为0.38MPa，小于0.74MP。由此可见新景煤矿瓦斯防突措施的设计达到预期的要求，大大降低了煤层的瓦斯含量，为煤层的安全开采提供了必要的条件。

4 结论

新景煤矿3#煤层作为单一构造区域的瓦斯突出矿井，在开采过程中根据具体地质情况制定了相应的瓦斯防突措施，通过现场实测相关参数验证防突措施的有效性。实践证明文章所述的瓦斯防突设计是非常有效的，对该煤矿类似地质条件下瓦斯防治提供参考。