高突礦井煤與瓦斯突出綜合防治技術探討

楊瀧

摘 要：本文以貴州坪埠煤礦為背景，結合礦井實際地質條件，結合現場經驗確定坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合防治方案，針對其瓦斯賦存特，分別進行開采保護層、工作面掘進及回采期間防突措施研究，現場實踐表明該方案效果良好。

關鍵詞：煤與瓦斯突出；措施；煤礦；優化

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

1 概況

煤炭資源是國家發展的能源命脈，近年來隨著開采力度的增加，礦井事故也在不斷發生，沖擊礦壓、煤與瓦斯突出等災害時有發生，貴州地區煤礦普遍屬于高瓦斯礦井，煤與瓦斯突出一直影響的礦井的安全生產。

坪埠煤礦于2005年3月7日開始建設，2006年9月12日建成投產，礦井設計生產能力60萬t/a，井田西部以BN13大斷層為邊界，東到BN70斷層，南自C6煤層露頭線，北到+1332 m水平C9煤層底板等高線。煤層埋深+1650 m～+1332m，井田走向長度5.24 km，傾斜寬度2.25 km，面積約12.32 km2。井田主要可采煤層為C6、C9煤層，煤層結構簡單至較簡單，煤層厚度變化規律明顯，C9煤在1～4勘探線之間受火成巖的侵蝕，局部變為天然焦。坪埠煤礦是一個被東、西邊界斷層包圍的相對獨立的、完整封閉的地質構造單元，為一傾向NNW，走向略有變化的單斜構造，煤層傾角一般在7～12°，邊界斷層區域煤層傾角起伏較大。坪埠煤礦斷裂構造發育充分，經過地質勘探可以確定井田內落差大于5m的斷層有42條，期中落差大于20m的有11條，落差大于20m的斷層跟邊界大斷層復合，主要集中于邊界區域。除了上述大中型斷層之外，坪埠煤礦井下經采掘揭露的落差小于5 m的斷層也十分發育，但落差較小，基本都在0.2～1.3 m左右，該落差范圍內斷層占比84%，大部分為正斷層。極少部分為逆斷層。由于斷層的影響，坪埠煤礦煤巖體連續性較差，采掘揭露表明巖體破碎性非常強。斷層對礦井的開拓、采區的布置、工作面的設置影響較大。限制了部分采區工作面的長度，造成部分采區出現較短工作面或者工作面形狀不規則。

坪埠煤礦主要回采C6和C9煤層，礦井采用一水平平硐+斜井開拓方式開拓，水平為運輸大巷標高+1332m。礦井絕對瓦斯涌出量100.54m3/min，屬高瓦斯礦井。回風斜井布置在礦區中央，在C9煤層底部設置單獨回風大巷。根據礦井生產記錄，礦井回采期間發生多次大范圍瓦斯超限，出現過2次小范圍瓦斯突出，其中在2015年7月3日一次突出，巷道涌入突出煤炭352t，造成部分設備損壞，未造成人員傷亡，礦井停產整頓一個星期。為避免出現大的瓦斯突出災害，企業制定了詳細的煤與瓦斯突出綜合治理方案。

2 坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合治理方案

煤與瓦斯突出防治一直是礦山技術的難點，綜合性強，設計學科較多。針對坪埠煤礦地質條件及煤層瓦斯賦存情況，綜合設計煤與瓦斯突出治理方案。坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合治理必須從優化采掘部署、合理設計巷道布置、采取合理的采掘工藝考慮。建立預測與解危結合，檢驗與防護并行的煤與瓦斯綜合防突措施體系，具體如圖1所示：

2.1 合理的采掘部署

對于有突出危險的高瓦斯礦井，巷道位置的設計、采掘部署的優化對于礦井防突至關重要，合理的采掘部署便于礦井實現開拓、掘進、瓦斯抽放、保護層開采有序進行，進而實現以開拓保預測、以準備保預抽、以預抽保護層開采、以保護層開采保主采、以主采保效益、以瓦斯保利用，坪埠煤礦在回采初期，綜合考慮斷層（落差大于1m）等復雜地質構造的影響，合理的進行采區的劃分，盡量避免斷層對于回采巷道及工作面的影響。通過合理優化人員、設備、材料的配置進而實現開拓區、準備區、回采區及瓦斯抽放區互不干擾，保證礦井在安全條件下的正常生產秩序。

2.2 區域突出危險性預測

區域性預測方法有多種，坪埠煤礦采用綜合指標法對C6和C9煤層進行煤與瓦斯突區域性預測。具體如下：

式中： D—煤層突出危險性綜合指標；

K—煤層突出危險性綜合指標；

H—煤層埋深，H=220m；

P—煤層瓦斯壓力（相對壓力），根據坪埠煤礦實測值取1.16MPa；

△P—軟分層煤的瓦斯放散初速度指標，通過測定取12mmHg；

f—軟分層煤的堅固性系數，坪埠煤礦煤層取值0.42。

通過計算可知，D=0.39，K=28.6。進而確定坪埠煤礦具有區域突出危險性。

2.3 礦井區域性防突技術措施

（1）開采保護層。礦井區域性防突最常用的就是開采保護層。保護層與被保護層的最大有效垂距：對于緩傾斜煤層：上保護層<50m；下保護層<100m，坪埠煤礦C6、C9煤層間距38m，且C6煤層為坪埠煤礦最上覆煤層，最適合設計為保護層（C6煤層作為C9及以下煤層的上保護層）。

坪埠煤礦礦井煤層平均傾角13o，在回采C6煤層過程中不得留設煤柱，否則影響保護層開采的效果，倍保護層開采過程中，一定確保要回采的工作面及巷道布設在上煤層保護區內，回采前進行保護效果檢驗，確保回采安全。在保護開采后，被保護層存在的未保護范圍區域較大，在被保護層中的未保護區域內進行采掘作業時，必須采取綜合防突措施。

（2）巷道掘進過程中煤與瓦斯突出防治措施。坪埠煤礦在煤巷掘進過程中制定合理的防突措施，煤巷掘進頭迎頭向掘進巷道前方煤層打扇形鉆孔，單個循環設計施工11個鉆孔。設計鉆孔深度45m，循環之間間距30 m，各循環之間預留15m的保護范圍，施工鉆孔終孔點分別距離巷道中心線0m、2m、3m，進行瓦斯預抽。施工中注意鉆孔不能鉆到巖體中，確保孔底位于煤層中，鉆孔的方位應與巷道底板平行或根據煤層的厚度略有上、下傾角，為擴大瓦斯抽放區的面積進而提高瓦斯抽放效果，掘進工作面會布置多個以巷道中線為基準成發散狀對稱排列的瓦斯抽放鉆孔。