石沖子煤礦煤與瓦斯突出成因分析及防治對策

李朝興(湖南省冷水江市安全生產監督管理局，湖南 冷水江 417500)

石沖子煤礦煤與瓦斯突出成因分析及防治對策

李朝興(湖南省冷水江市安全生產監督管理局，湖南 冷水江 417500)

通過相關鑒定資料與實際生產過程揭落的地質、煤層情況,分析出該礦瓦斯突出現象發生的原因是:地質構造復雜，主采煤層斷層達到6條、部分褶曲構造比較發育,頂底板均為碳質泥巖形成相對封閉的結構,造成該水平煤層瓦斯自然釋放率低,煤層內的瓦斯含量高、壓力大，Ⅳ煤層相對突出危險性較大。通過實踐總結，提出相應的綜合防治對策，防止煤與瓦斯突出事故的發生。

瓦斯突出； 成因； 對策

1 前言

煤層在形成過程中大量的瓦斯氣體以固體或游離兩種狀態附著在煤層中。蘊藏于煤礦井下煤層或頂底板中的瓦斯，在極短的時間內從巷道掘進工作面或采煤工作面突然沖出，造成人員傷亡、設備設施損壞所引起的災害，稱瓦斯突出。煤與瓦斯突出長期以來是煤礦企業安全生產面臨的主要災害之一,湖南省煤炭賦存條件復雜，造成煤與瓦斯突出危害在全國屬重災區。隨著礦井技改擴能提升產量，開采深度逐年增加造成地應力增大,煤與瓦斯突出的風險增大。2005～2010年，湖南省安委辦對鄉鎮煤與瓦斯突出礦井強制安裝地面瓦斯抽放系統，嚴格落實“四位一體”的綜合防突措施，技術指導推廣高低能瓦斯抽放發電，對防范煤與瓦斯突出起到了重要作用。從實際出發，對相同井田同一煤層煤瓦斯突出的成因分析總結，制訂符合實際的“一礦一策”綜合防治措施,預防煤與瓦斯突出事故的發生。

2 石沖子煤礦基本概況

石沖子煤礦位于湖南省婁底市雙峰縣蛇形山鎮境內。礦井始建于1995年，2009年整合后設計生產能力為9萬t/a。礦井采用斜井單水平開拓,井田內含煤6層，可采煤層為Ⅰ、Ⅲ、Ⅲ中、Ⅳ煤層，主采煤層為Ⅳ煤層。井田走向近東西，傾向北。井田面積0.631 2km2，地面主

井口標高為+137.32m,生產水平為-180m水平,分東西兩翼,劃分為-60、-120m和-180m 3個區段。Ⅳ煤層呈單斜構造，傾向北，存在煤層倒轉，平均厚2.15m。礦井采用中央對角式通風方式，主、副井為進風，東、西2個風井回風，2個風井各安裝了2臺型號為YBK56- Ⅱ- 4- №12軸流式風機，配套電機功率為45kW。礦井總進風量1 982m3/min，其中主井進風1 320m3/min，副井進風642m3/min;總回風量2 046m3/min,其中西風井回風1 360m3/min，東風井回風686m3/min。2013年鑒定礦井相對瓦斯涌出量為43.25m3/t,絕對瓦斯涌出量為4.56m3/min,-180m水平的IV原始煤層瓦斯壓力為2.29MPa，該礦屬煤與瓦斯突出礦井。

從2007～2014年石沖子煤礦發生多次煤與瓦斯突出現象，其中有記錄可查的有3次，見表1。

表1 2007～2014年石沖子煤礦煤與瓦斯突出情況

3 煤與瓦斯突出原因分析

分析石沖子煤礦-180m水平影響煤與瓦斯突出的相關因素如下。

(1)煤層厚度及煤質影響。煤層厚度變化狀況反應了煤形成過程中地應力對煤層的相對作用力大小。通過-180m水平地質探煤鉆孔資料、剖面圖、-120m和180m水平揭落Ⅳ煤層，煤厚1.5～6.0m，煤層傾角15°～32°，煤層傾角變化較大，Ⅳ煤層呈單斜構造，傾向北，所處地段煤層倒轉變厚,顯示該水平受到水平地應力擠壓作用較大。煤質上部部分為光亮型寬條帶狀半塊煤，下部均為粉末煤,本煤層為低硫、低磷、低灰份、高發熱量的優質無煙煤，取實煤測定Ⅳ煤層堅固性系數僅為0.17，小于煤與瓦斯突出堅固系數臨界值0.5。

(2)地質構造影響。該水平特點是斷層多、褶曲構造比較發育,頂底板均為泥巖。直接頂：碳質泥巖,厚3.0m，灰黑色、薄層狀，層面平整光滑，節理不發育，不易垮落。直接底：砂質泥巖，厚4.0m，灰黑色，薄層狀，節理發育，夾一煤線。石沖子礦處于蛇形山背斜的北翼，根據大巷、風巷所揭露的地質資料分析，其中落差大于采高或等于采高的斷層有6條，分別是FB、FF、FI、F2、F3、F4斷層，見表2，斷層、褶曲、低透氣性泥巖這3種地質情況對煤層中瓦斯氣體的保存起到了重要作用，造成該水平瓦斯突出威脅嚴重。

大量褶曲構造的存在,說明該水平地應力較大,而地應力和瓦斯壓力共同作用,是導致瓦斯突出的主要原因。頂底板均為泥巖,在巷道掘進過程中, 由于泥巖堅硬、致密、透氣性差, 具有良好的封閉性,所產生的封閉結構,很好地保存了該水平內煤層生成的瓦斯,從而造成了該區域內的瓦斯含量高、壓力大。

表2 斷層情況表

注：表中斷層性質都為正斷層。

(3)瓦斯含量、壓力、透氣性影響。-180m水平Ⅳ煤層經鑒定與取樣實測，得出煤層瓦斯含量28.26～46.11m3/t,壓力1.6～2.53MPa(壓力臨界值標準<0.73MPa),煤層透氣性系數0.64m2/(MPa2·d)，透氣性差,鉆孔瓦斯流量衰減系數為 0.135 1(d-1)(d為鉆孔后天數)，流量衰減較快，綜合決定該煤層突出指數高。-180m水平西二石門自2013年2月開門掘進實施第一次長探，發現該處煤層變厚達5.0m，8月21日，布置12個炮眼，孔深3.5～8.5m，放出班炮，揭開了Ⅳ煤層，揭露煤層面積約3.3m2。采用MD- 2與WTC儀，實測Ⅳ煤層參數，確定有煤與瓦斯突出危險，參數見表3。

表3 Ⅳ煤層參數

注：K1為突出預測指標臨界值。

4 煤與瓦斯突出防治對策

通過對石沖子煤礦-180m水平Ⅳ煤層賦存、煤質、地質構造、瓦斯含量、瓦斯壓力、透氣性的分析,為防止煤與瓦斯突出事故的再次發生,提出如下對策措施。

(1)礦井開采的Ⅳ煤層具有煤與瓦斯突出危險性，按照煤與瓦斯突出防治“四位一體” 的原則,采取區域性綜合防突措施為主、局部防突措施補充的原則。揭煤、過煤門施工過程中，采取管道預抽與打超前排放孔，消除工作面的突出危險性。

(2)對總回風巷、區段進回風巷進行清理擴大斷面，完善通風設施，提高單位通風效率。補充巖巷掘進實行分區通風，確保石門揭煤有專用回風通道。

(3)完善現有地面2BEA- 203- 0水環式真空瓦斯抽放泵，新增低負壓高流量抽放泵、瓦斯發電設備，將煤層中賦存或釋放的瓦斯抽送到地面瓦斯發電機組。降低煤層中原有瓦斯含量和瓦斯壓力，消除突出威脅。

(4)因煤與瓦斯突出與地質構造關系密切，該礦所處井田地質變化大，應安排專職地質工程師負責地質構造分析、實測、總結。

(5)通過參考鑒定報告與揭落煤層實際測定，-180m水平Ⅳ煤層的上鄰近煤層Ⅲ中煤層突出危險小于Ⅳ煤層，間距適合作為上保護層開采，但Ⅲ中煤層屬薄煤層，均厚0.8～1.2m，開采難、效益低，建議首先進行保護層開采。

(6)加強管理制度規范。嚴格按《防治煤與瓦斯突出規定》編寫，并且先施工后編制作業規程和揭煤安全技術措施，職責分工要明確，搞好安全培訓教育，認真組織貫徹學習作業規程、揭煤措施。

5 結語

通過對石沖子煤礦-180m水平Ⅳ煤層賦存、煤質、地質構造、瓦斯含量、瓦斯壓力、透氣性的分析,實際測定已揭落煤層基本參數，得出-180m水平Ⅳ煤層突出危險性嚴重，提出防止Ⅳ煤層突出現象發生的6條對策。針對上鄰近煤層Ⅲ中煤層的分析、測定確定該煤層可以考慮作為Ⅳ煤層的保護層開采。

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Cause analysis and countermeasures of coal and gas outburst in Shichongzi Coal Mine

According to the related identification information and the situation of geology and coal seam uncovered in production, it was concluded by analysis that the cause of coal and gas outburst were the complex geological structure, six faults in main mining coal seam, part of the folded structure development, roof and floor forming a relatively closed structure by carbargillite, which made low gas natural release rate, high gas content and pressure in the coal seam. So IV coal seam has high danger of outburst. Through the summarization of practice, the countermeasures were proposed to prevent coal and gas outburst.

gas outburst; cause; countermeasure

TD713.4

B

李朝興(1981-)，男，湖南冷水江人，采礦工程師，從事安全管理與瓦斯防治研究工作。