魏家地煤礦斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)突出煤層綜放工作面解突對策

摘要：突出煤層進行綜放開采的主要難題是開采前的解除突出危險性工作，本文通過對魏家地礦井F1-2斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)的突出煤層綜放工作面實施穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽F1-2斷層組構(gòu)造影響帶瓦斯、穿層鉆孔配合順層鉆孔抽放煤層瓦斯等對策，有效的解除了布置在斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)突出煤層綜放工作面的突出危險性，為今后綜放開采斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)突出煤層提供了技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：斷層組構(gòu)造影響帶 突出煤層 綜放工作面 解突對策

1 礦井及工作面概況

1.1礦井概況

魏家地礦井是一對于1989年12月投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬噸/年、服務(wù)年限105年的煤與瓦斯突出礦井。井田走向長8.5Km,傾斜寬2.5Km,井田面積21.25Km2,可采儲量2.32億噸。礦井移交生產(chǎn)時僅投產(chǎn)一個采區(qū)兩個工作面，為分層綜采和炮采，所采煤層為一層煤，三層煤為配采層，一層煤瓦斯含量為9.22～10.17m3/t，煤塵具有爆炸危險，爆炸指數(shù)29.25%，煤層自燃發(fā)火期4～6個月。采煤方法改革后，實現(xiàn)了綜放開采，礦井生產(chǎn)能力達到了100萬噸以上。礦井從建井至今，共發(fā)生14次煤與瓦斯突出（建井9次，生產(chǎn)5次），其中有3次發(fā)生在F1-2斷層破壞帶。南一、二號回風(fēng)斜井建井時發(fā)生的3次突出為典型的斷層帶煤與瓦斯突出，順槽掘進和采煤工作面尚未發(fā)生過突出現(xiàn)象。

1.2工作面概況

102東綜放工作面位于西一采區(qū)南部，東部為采區(qū)保護煤柱，北部為101-2工作面，南為F1-2斷層組構(gòu)造影響帶，工作面走向長630m，傾斜寬125m，煤層厚度平均14.99m。工作面開采煤層為一層煤，煤層瓦斯含量為10.17m3/t,工作面瓦斯儲量為2197.94萬立方米，開采標(biāo)高為1296m～1242m之間，地表標(biāo)高1660m左右，工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，南部穿過F1-2斷層組構(gòu)造影響帶，F(xiàn)1-2斷層組為一掩蓋滑動性的收斂斷層組合，走向N50～60°W，傾向南西，中深度平緩，淺部變高大呈陡立狀，斷層破碎帶寬，由淺入深對煤層造成不同程度的破壞，且形成的構(gòu)造影響帶是發(fā)生煤與瓦斯突出的頻繁地帶。F1-2斷層構(gòu)造見圖1。

2 問題的提出

魏家地礦井開采深度距地表600m，且煤層具有突出危險性，工作面又布置在F1-2斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)的原始煤層中，煤質(zhì)破碎，煤的空隙、裂隙發(fā)育，由于煤層及頂、底板透氣性差，而使煤層處于封閉狀態(tài)，瓦斯不易逸散。因此，構(gòu)造帶內(nèi)瓦斯含量高，容易發(fā)生突出，給掘進回采帶來及為不利的條件，解除工作面突出危險是進行綜放開采斷層組構(gòu)造影響帶煤層的關(guān)鍵所在。

3 解除綜放工作面突出危險性的對策

3.1預(yù)抽煤層瓦斯

3.1.1穿層鉆孔抽放煤層瓦斯

102綜放工作面有兩條101-2工作面的回風(fēng)石門橫穿而過，利用兩條石門布置穿層抽放孔，每條石門布置5個鉆場，鉆場間距20m，每個鉆場布置9個鉆孔穿透煤層全厚，孔深均為75m，終孔間距5m，鉆孔在煤體中形成網(wǎng)格狀，提前三年時間進行預(yù)抽放。1260一石門抽放量為0.389m3/min,1260二石門抽放量為1.2002m3/min。

3.1.2穿層鉆孔抽放F1-2斷層帶瓦斯

1260回風(fēng)中巷位于F1-2斷層影響帶內(nèi)的三層煤底板巖石中，在巖石中巷內(nèi)間隔25m布置抽放鉆場，每個鉆場布置4個鉆孔，施工穿層抽放孔96個，鉆孔穿透三層煤和一層煤全厚，孔深為65～78m之間，采用密集鉆孔提前兩年時間抽放F1-2斷層影響帶瓦斯，減輕斷層帶內(nèi)高瓦斯對工作面解突的影響。根據(jù)測定，1260東中巷抽放量為2.1318m3/min,穿層鉆孔可以達到先抽后掘、邊掘邊抽和工作面形成后長期抽放瓦斯的效果。穿層鉆孔見圖2

3.1.3穿層鉆孔配合順層孔抽放工作面煤體瓦斯

102綜放工作面靠近1260二石門穿層抽放釋放范圍以東70米原始煤層，在1260東探巷施工了12個鉆孔進行順層抽放，抽放量為1.0428m3/min。在1150東中巷延伸段向該區(qū)域布置4個鉆場，每個鉆場平均3個孔進行穿層抽放，抽放量為1.068m3/min 。工作面掘進結(jié)束通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后，在回風(fēng)順槽內(nèi)布置了順層鉆孔抽放，鉆場間距20m，每個鉆場布置4個鉆孔，平均孔深65m，順層抽放鉆孔布置見圖3，抽放濃度為42～45%，抽放純量為1.2～1.4m3/min。所有抽放鉆孔布置見平面圖4 。3.1.4煤層瓦斯抽排率

102東綜放工作面2002年3月16日掘進結(jié)束，根據(jù)各區(qū)域抽放和巷道掘進期間風(fēng)排瓦斯總量，計算出的工作面煤層瓦斯抽放率達到45.26%，共計抽排瓦斯1119.315萬立方米，其中102東中巷抽放F1-2斷層組構(gòu)造影響帶瓦斯124.495萬立方米，抽放102工作面煤層瓦斯994.82萬立方米。

3.2煤層注水

煤層注水能促使煤體瓦斯解析，降低煤體彈性模量，增強煤體的可塑性，使煤體內(nèi)應(yīng)力分布均勻，提高瓦斯的釋放速率。

3.2.1回風(fēng)順槽下行鉆孔注水

回風(fēng)順槽掘進結(jié)束后，在回風(fēng)順槽施工了煤層下行注水鉆孔，鉆場間距20m，每個鉆場4個孔，平均孔深65m。鉆孔施工到回風(fēng)順槽抽放孔處時，為保持超前50m注水距離，利用抽放孔下行注水，工作面開采前共注入水量2257.2m3，注水后煤層水份為4.8%，噸煤注水量0.027m3/t 。根據(jù)測定,注水單孔流量為0.15～0.24m3/h,鉆場流量為0.3～0.5m3/h。

3.2.2運輸順槽上行鉆孔注水

由于102工作面斜長125m，回風(fēng)順槽注水不能達到工作面煤體整體濕潤效果，因而在運輸順槽施工了上行注水鉆孔，鉆場間距20m，每個鉆場4個孔，平均孔深60m，且運輸順槽與回風(fēng)順槽注水鉆場錯距10m布置，注水后單孔注水量為0.12～0.18m3/h,鉆場流量為0.28～0.34m3/h,至工作面開采前共注入水量866.8m3，煤層上、下行注水鉆孔布置見圖4

通過實施煤層上下、下行鉆孔注水，使工作面煤體得到整體濕潤，起到了很好的解突作用。上、下行鉆孔注水的具體參數(shù)見表3-1。

表3-1 102工作面上、下行鉆孔注水參數(shù)表

鉆孔形式 加壓方式 鉆孔長度（m） 鉆場間距（m） 鉆場孔數(shù)（個） 封孔深度（m） 注水壓力(Mpa) 鉆孔流量(m3/h)

鉆場流量(m3/h) 注水超前距離(m) 超前注水時間(天) 鉆孔注水量(m3) 鉆場注水量(m3) 噸 煤注水量(m3)注水后煤層水
份(%)下行孔 靜壓
65
20
4
5
2.5
0.15
0.5
50
30
108
360
0.027
4.8

上行孔
靜壓
60
20
4
5～8
2.8
0.12
0.34
50
30
86.4
244.8
0.02
4.5

表3-2 102工作面測壓結(jié)果匯總表

序號
測定

時間
測定

地點

(工作面)
測點標(biāo)高
煤層
瓦斯壓力MPa
測定方法及儀器儀表
備注

標(biāo)高 (m)
垂深(m)

1
2000.3.17
1260東探巷

(102)
1282
358
一層煤
0.25
聚胺脂藥卷水泥砂漿
抽放后殘余瓦斯壓力

2
2000.5.8
1260二石門

(102)
1260
380
一層煤
0.35
聚胺脂藥卷水泥砂漿
抽放后殘余瓦斯壓力

3
2001.8.21
1150東巷

(102)
1150
490
一層煤
0.19
ACW-1型煤層瓦斯壓力測定儀
抽放后殘余瓦斯壓力

表3-3 靖煤公司煤樣化驗測定報告表

編號
送樣單位
取樣地點
煤層
Wf
Ag
Vr
f
△p
假比重
真 比重
孔隙率

05
魏家地礦
1150東巷三號材上二號孔
一層煤
1.38
25.13
24.14
0.625
6
1.54
1.62
4.94

3.3突出危險性評價

3.3.1預(yù)抽煤層瓦斯解突的效果檢驗

預(yù)抽煤層瓦斯解突的效果檢驗在煤巷掘進時進行，檢驗方法為掘進工作面突出危險性預(yù)測。

102東綜放工作面煤巷掘進時，頂板巷超前回風(fēng)順槽30m掘進，預(yù)抽煤層瓦斯的效果檢驗在超前掘進的頂板巷和頂板巷以外的回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷段進行，檢驗方法采用鉆屑指標(biāo)法，運輸順槽掘進在101-2工作面開采釋放范圍內(nèi)，可不進行預(yù)測。

頂板巷掘進80m后每天測定一次，即約4m測定1次，共測定158次,在測點距巷口200m處測得最大鉆屑量Smax為3.7Kg/m,585m處測得鉆屑解析指標(biāo)K1最大為0.375ml/g.min1/2,未超過突出臨界值。

回風(fēng)順槽掘進距中間聯(lián)絡(luò)巷348m處出現(xiàn)煤爆聲，工作面冒頂1次，又將回風(fēng)順槽和頂板巷同步預(yù)測，共測定87次，在488m處測得最大鉆屑量Smax為3.9Kg/m,585m處測得鉆屑解析指標(biāo)K1最大為0.445ml/g.min1/2未超過突出臨界值。

3.3.2巷道揭煤及工作面回采前解突效果檢驗

102綜放工作面有1260東探巷和1150東三材上兩處斜巷揭煤，揭煤前進行了煤層瓦斯壓力測定，利用綜合指標(biāo)法進行了突出危險性預(yù)測。工作面回采前在1260二石門四鉆布置了穿層鉆孔，在工作面中心穿透一層煤全厚，測定了抽放及注水后殘余瓦斯壓力，測壓結(jié)果見表3-2。

在施工測壓鉆孔時，取煤樣送靖煤公司測試中心化驗測定煤樣水份（Wf），灰分（Ag），揮發(fā)份（Vr），真假比重，孔隙率（K），瓦斯放散初速度（△P），煤的堅固性系數(shù)（f），詳見表3-3。區(qū)域突出危險性測定結(jié)果見表3-4。

由于瓦斯抽排率達45.26%,經(jīng)用鉆屑指標(biāo)K1、Smax、綜合指標(biāo)D、K和單項指標(biāo)P、f、△p等值判定均屬無突出危險工作面，靖煤公司批準(zhǔn)了以上結(jié)論。現(xiàn)在該綜放工作面通過在回采中更進一步采取瓦斯治理措施，已經(jīng)安全回采結(jié)束，回采斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)煤量130萬噸，取得了良好的經(jīng)濟效益，為今后開采斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)突出煤層回收表外儲量提供了技術(shù)保障。

結(jié)論

在煤與瓦斯突出礦井的突出煤層斷層組構(gòu)造影響帶內(nèi)的原始煤層中進行綜放開采是可行的，但是必須提前對要布置工作面的煤層突出危險區(qū)加大對瓦斯的抽排力度，在開采前必須經(jīng)長期有效的抽放卸壓，排除工作面煤層的突出危險性.

作者:焦存福 賈鈞 王青旦 所在單位:靖遠(yuǎn)煤業(yè)公司