开采保护层区域防突方案分析

2024-04-10武少鹏

煤 2024年4期

武少鹏

(潞安化工集团安全管理部,山西长治 046204)

1 矿井概况

阜生煤矿位于沁水煤田东北边缘,井田面积5.813 5 km2,批准开采15号煤层,开采深度+1 167～+740 m,生产规模1.2×106t/a,属煤与瓦斯突出矿井。目前,该矿采用了地面钻井、15号煤层底板岩巷穿层钻孔、工作面顺层钻孔预抽煤层瓦斯等一系列区域防突措施,但由于15号煤层透气性低、瓦斯含量大,导致巷道和钻孔工程量大,巷道掘进速度低,造成采掘衔接紧张,影响了矿井正常生产;同时,随着开采深度的增加,矿井防突治理难度进一步加大,现有的区域防突措施难以满足安全需求,亟待探索高效的防突治理手段。为此,结合矿井15号煤层的赋存条件和开采技术条件,提出将开采保护层作为区域防突措施防治煤与瓦斯突出。

2 开采保护层技术原理

开采保护层后,采场周围的煤岩体移动变形,使得煤岩体的应力场、裂隙场重新分布,采空区周围一定范围的顶、底板岩层的地应力减小,产生卸压效应,使得煤岩层的透气性提高了数百至上千倍,从而使被保护煤层瓦斯压力释放、瓦斯含量降低,消除了煤层突出危险性。开采保护层示意见图1,开采保护层区域防突技术原理见图2[1-4]。

图1 开采保护层示意

图2 开采保护层区域防突原理图

3 开采保护层方案分析

开采保护层是一个系统工程。阜生矿根据矿井地质条件、煤层赋存条件、瓦斯地质等基础资料,对被保护煤层(15号煤层)的上部和下部地层岩性进行综合分析,合理选取开采保护层。根据《防治煤与瓦斯突出细则》的相关规定,在15号煤层顶板以上50 m、底板以下60 m范围内的煤岩层范围内均可,则上覆13号、14号煤层符合上保护层选取原则,下覆铝土泥岩岩层符合下保护层选取原则。下面对初步制定的3个开采保护层方案进行对比[5],15号煤层顶、底板岩层柱状图见图3.

图3 15号煤层顶、底板岩层柱状图

3.1 下保护层铝土泥岩

15号煤层底板存在铝土泥岩,厚度2.1 m,厚层状-块状,透水性差,阻隔其上下含水层之间的水力联系,上距15号煤层15～20 m,平均约17 m.

3.2 上保护层14号煤层

14号煤层平均厚度0.64 m,距15号煤层约9.46 m.14号煤顶板为K2石灰岩,厚5.00～7.50 m,平均6.74 m,深灰色致密块状石灰岩,均匀层理,坚硬,裂隙发育,有大量方解石脉充填,有溶蚀现象,含大量动物化石;底板主要为灰黑色-灰白色砂质泥岩、泥岩及细中粒砂岩,厚5.97～12.03 m,平均9.46 m.泥岩及砂质泥岩为灰黑色,含植物化石;砂岩为灰白-灰色,以石英、长石为主,含大量云母及植物化石,含黄铁矿结核,粒度由下而上,由粗变细。

3.3 上保护层13号煤层

13号煤层极不稳定,厚0～0.50 m,平均0.31 m,为不可采煤层;距15号煤层28.66 m,煤层顶板为K3石灰岩,厚2.40～5.53 m,平均3.88 m.其特征为:深灰色石灰岩,致密,坚硬,中厚层状,均匀层理,具有裂隙,方解石充填,含少量动物化石,有溶蚀现象。底板为砂岩、砂质泥岩及泥岩互层,砂岩为灰-深灰色,细-中粒,成分以石英、长石为主,含大量云母片,分选中等,泥质胶结;裂隙发育,有黄铁矿薄膜充填;泥岩及砂质泥岩为灰黑色,含植物化石,厚9.78～13.34 m,平均11.82 m.