礦井地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域瓦斯抽放技術研究

李瑞斌

摘 要：煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)中各類地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域是其不可避免的生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對這一區(qū)域的瓦斯防治也是保障生產(chǎn)安全的關鍵所在。本文基于瓦斯地質(zhì)和構(gòu)造控制理論，研究了煤層瓦斯和地質(zhì)構(gòu)造的本構(gòu)關系;針對地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的瓦斯防治開展探究。文中筆者結(jié)合具體工程實際，從長距離鉆機抽放與超前探測鉆孔布設兩方面對如何進行有效的瓦斯治理進行具體分析，希望能夠為其他礦井實現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域煤炭生產(chǎn)作業(yè)的安全、持續(xù)、高效開展提供借鑒與幫助。

關鍵詞：礦井地質(zhì);地質(zhì)構(gòu)造;瓦斯防治;瓦斯抽放;探測

0 引言

煤炭作為我國能源結(jié)構(gòu)中的主要構(gòu)成要素，其生產(chǎn)作業(yè)的安全、持續(xù)開展直接影響著國家現(xiàn)代化建設進程。而瓦斯作為煤炭生產(chǎn)中不可避免的伴生產(chǎn)物，一直對井下生產(chǎn)的安全有著直接威脅，如何實現(xiàn)對瓦斯的有效防治也成為煤礦日常管理的重中之重。特別是處于褶曲、斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域的煤層開采，因煤巖層裂隙的充分發(fā)育，瓦斯防治難度也大幅提升，針對這一現(xiàn)象，開展專項研究，確保地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域瓦斯防治作業(yè)的高效、安全開展對于保障煤礦生產(chǎn)意義重大。

1 礦井概況

某礦井田地質(zhì)構(gòu)造主要為走向北東的單斜構(gòu)造，并以此為基礎發(fā)育這兩翼平緩、波幅較小的褶曲構(gòu)造，使得井田內(nèi)地層呈現(xiàn)波狀起伏，并在局部伴生有小落差的高角度斷層。此外，礦井開拓時發(fā)現(xiàn)井田內(nèi)存在陷落柱發(fā)育，以中小型圓形陷落柱為主。井田內(nèi)主采煤層為8#煤，煤層厚度介于4.5m～7.6m，均厚5.9m。

依據(jù)井下已掘巷道相關資料顯示，處于地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的煤體變化顯著，特別是煤層靠近頂?shù)装?000mm范圍內(nèi)及斷層、陷落柱、褶曲影響區(qū)域內(nèi)多酥煤、軟媒發(fā)育，這導致礦井生產(chǎn)作業(yè)過程中發(fā)生多次頂板垮落與瓦斯超限事故，威脅生產(chǎn)作業(yè)安全。

2 地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域瓦斯抽放分析

2.1 長距離鉆機抽放

2.1.1 長距離鉆孔問題分析

長距離鉆機在地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域進行鉆孔施工容易發(fā)生兩類問題：一是鉆孔后容易出現(xiàn)塌孔，特別是在長距離鉆孔作業(yè)現(xiàn)場與相應鉆探裝置不可隨意移動的情況下，以18503回采面輔助運輸巷施工為例，其在作業(yè)時多次在鉆口30m范圍內(nèi)發(fā)生鉆孔坍塌壓鉆現(xiàn)象，不僅影響了正常作業(yè)的有效開展，浪費大量人力、物力及財力同時也使得目標區(qū)域瓦斯治理無法取得應有效果。

2.1.2 改建分析

為確保長距離鉆孔作業(yè)的安全、有效開展，應當從鉆孔鉆設工藝上入手，探索更加有效的施工方案。現(xiàn)以18503回采面輔助運輸巷8#鉆場布設為例，8#鉆場位于回采面西側(cè)，該區(qū)域煤層整體東高西低，由于層理發(fā)育，其頂板周邊煤體破碎嚴重，所布設鉆孔范圍300m，布設間隔5m，均為下行孔。

該鉆場依據(jù)前期預鉆探所得資料分析，其煤體破碎區(qū)域為巷幫內(nèi)側(cè)60m范圍，為有效避免塌孔事故的發(fā)生，首先避免在60m范圍內(nèi)布設分支，以規(guī)避分支口在后期作業(yè)時坍塌。其次，通過穿頂板矸的方式解決，即將鉆孔布設于頂板巖層中，繞過孔口60m范圍內(nèi)的破碎區(qū)域，隨后在100m附近再次回到煤層中進行鉆探，這種方法在8#鉆場1#、2#鉆孔中經(jīng)實際應用測試，效果良好，有效避免了塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)，穿頂與未穿頂鉆孔在瓦斯排放上效果相當。

3 局部超前探測孔使用分析

3.1 探測必要性分析

回采面在地質(zhì)構(gòu)造異常影響范圍內(nèi)，受到生產(chǎn)采掘應力及構(gòu)造應力的持續(xù)影響，局部出現(xiàn)應力聚集現(xiàn)象，導致煤體破碎，強度下降。因此，在這一區(qū)域進行采掘作業(yè)時，可能發(fā)生集中應力的突然卸壓，從而導致回采面瓦斯涌出的異常。針對這種情況，進行回采面的超前探測，不僅能夠依據(jù)相關探測數(shù)據(jù)，對回采面前方煤體的結(jié)構(gòu)變化、構(gòu)造發(fā)育、瓦斯涌出等情況進行有效預測，而且能夠?qū)η胺矫后w進行適當?shù)某靶秹海瑢崿F(xiàn)應力集中的深部轉(zhuǎn)移，從而降低瓦斯壓力，減小瓦斯涌出量，提高后續(xù)作業(yè)安全性。

3.2 鉆孔布設分析

通常而言，探測鉆孔可分為兩大類，一是靠近巷道并向掘進作業(yè)面施工的短抽放鉆孔;二是迎頭施工的探測鉆孔與釋放鉆孔。此次施工選擇布設迎頭施工的探測鉆孔與釋放鉆孔，兩者直徑均為76mm，正常作業(yè)時布設長度為20m、15m和13m的鉆孔各4個、2個和3個。當煤層中軟煤、酥煤發(fā)育充分時，可在煤體中進一步補打釋放孔。布孔原則為：依照中線后視點開展布設作業(yè)，其中上排空探頂、下排孔探底并對煤層與巷道5m范圍進行控制。此外，掘進作業(yè)時，20m探測空超前距留設不得小于10m，15m和13m探測孔超前距留設不得小于5m。現(xiàn)以8#聯(lián)絡巷探測孔布設為例進行具體說明：

8#聯(lián)絡巷掘進作業(yè)時每間隔7m進行一次瓦斯的局部防治掩護掘進，具體鉆孔布設數(shù)量依據(jù)現(xiàn)場實際狀況在標準鉆設標準（長度為20m、15m和13m的鉆孔各4個、2個和3個）上進行修改。聯(lián)絡巷鉆孔布設示意圖如下圖1所示，其中1#～8#為探測鉆孔;5#～6#為15m釋放孔;7#～9#為13m釋放孔。

4 結(jié)論

井下地質(zhì)狀況的千變?nèi)f化為煤礦生產(chǎn)安全帶來了無數(shù)不確定因素，其中地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域因其煤巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育的相對充分，使得在此類區(qū)域進行采掘作業(yè)時時常出現(xiàn)瓦斯涌出異常的情況，為生產(chǎn)作業(yè)的安全開展造成一定威脅。針對這一情況，組織專業(yè)技術力量，進行有針對性的專項研究，在立足自身實際的基礎上，探尋超前鉆探等適宜的瓦斯防治措施，不僅能夠有效的對回采面前方地質(zhì)構(gòu)造進行進一步了解，還能有效降低煤層瓦斯壓力，實現(xiàn)應力集中的深部轉(zhuǎn)移，從而降低瓦斯涌出，為礦井生產(chǎn)的安全、持續(xù)開展提供根本保障。

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