納佐煤礦煤與瓦斯突出危險性評估研究

卓華俊

(四川省煤炭設計研究院，成都 610000)

納佐煤礦位于云南省富源縣，隸屬富源縣竹園鎮管轄，該礦為新建礦井，初期建設規模為45萬噸/年，為中型礦井。礦井含煤地層為龍潭組，有M2、M6、M7、M8、M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21、M23b共12層煤，煤層傾角較小，一般為4°～8°。礦區為單斜構造，礦區工程地質類型為中等類型，礦井水文地質條件為中等類型，煤層自燃傾向性為Ⅱ類，煤塵有爆炸危險性。由于礦井地處恩洪礦區，該區多數煤礦均屬高瓦斯礦井，同時考慮到納佐煤礦周邊礦井曾發生煤與瓦斯突出事故，因此有必要對納佐煤礦煤與瓦斯突出危險性進行評估。

1 評估難點和方法

1.1 納佐煤礦煤與瓦斯突出危險性評估難點

礦井為新建礦井，根據設計方案，投產時利用井筒及石門進行開拓準備，目前礦井施工有東行人斜井、主斜井、副斜井和回風斜井四個井筒，尚未布置主要石門等巷道揭穿煤層，沒有辦法大面積直接采集煤樣進行煤與瓦斯突出危險性鑒定，因此其難點在于地質勘探鉆孔測定煤層瓦斯含量鉆孔數量少且規律性差，施工的井筒尚未揭穿煤層，在滿足技術要求的條件下采用經濟合理的手段，評估首采區域井巷施工即將揭露的煤層瓦斯突出危險性。

1.2 煤與瓦斯突出危險性評估方法

結合納佐煤礦現狀，主要有如下方法：

A.根據地質勘探資料及周邊礦井的瓦斯壓力和涌出規律，結合它們與納佐煤礦的相對位置關系及瓦斯賦存的基本規律對煤層的瓦斯壓力進行預評估，判斷其是否具有發動突出的動力。此方法有兩個缺點，一是現有地質勘探鉆孔資料不齊，如ZK401、ZK004、ZK302等鉆孔沒有采集到M2、M6、M7等煤層煤樣，無法進行分析；二是沒有對納佐煤礦各煤層充分取樣，數據大部分均為推斷，精確度不高，進而影響分析結果。

B.充分考慮納佐煤礦井巷工程和煤層賦存傾角、地質構造等條件，合理設計不同高度、不同位置，并通過鉆機施鉆取樣，對煤樣的堅固性系數等瓦斯基礎參數進行測定，以判斷該煤層是否具有突出煤層的特征。

2 納佐煤礦煤層瓦斯參數測定

瓦斯參數測定方案制定時應確保以下原則：一是對礦井首采水平以上可能揭露的平均厚度在0.3米以上的所有煤層進行突出性危險評估，考慮到M23b煤層最高開采標高低于+1 600 m，而礦井設計方案首采+1 600 m水平以上資源服務年限可達15年，因此暫不將M23b煤層納入煤與瓦斯突出危險性評估范圍；二是應對每層煤層均多點取樣，并記錄取樣測點標高，根據地面地形線標高計算煤層埋深，為其余標高煤層瓦斯含量推算奠定基礎；三是每一個測點均應布置2個以上鉆孔，并保證鉆孔有效性。每個鉆孔均采用直接測壓法測定煤層瓦斯壓力和解析法測定瓦斯含量及氣體成分；四是考慮施工方案的技術經濟合理性，應盡可能確保工程量最省，效果最好。

根據納佐煤礦現有巷道布置及煤層揭露情況，確定測定方案為：在現有的東行人斜井、回風斜井、副斜井、主斜井不同標高分別布置M2、M6、M7、M8、M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤層測點，由具有相關資質和技術能力的昆明煤炭科學研究所負責參數測定工作，實際共施工了110個鉆孔，均為有效鉆孔，實際鉆孔施工距離合計24 567 m，共測得120組有效現場瓦斯壓力值，各煤層分別采取5組煤樣送實驗室測定煤的瓦斯放散初速度△p和煤的堅固性系數f等參數，采樣地點為東行人斜井、回風斜井、副斜井和主斜井。

3 煤與瓦斯突出危險性評估

3.1 瓦斯地質法評估各煤層煤與瓦斯突出危險性

瓦斯地質法評估按照下列要求進行：a.煤層瓦斯風化帶為無突出危險區域。b.根據已開采區域確切掌握的煤層賦存特征、地質構造條件、突出分布的規律和對預測區域煤層地質構造的探測、預測結果，采用瓦斯地質分析方法劃分出突出危險區。c.除此以外的范圍應當根據煤層瓦斯壓力 P 和煤層瓦斯含量 W進行預測，并根據試驗考察確定，在確定前可暫按表1預測。

表1 區域預測的臨界值

由于該礦井深部區域無巷道系統，不能直接測定+1 600 m水平煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，只能根據各煤層的測定水平瓦斯壓力進行推算，瓦斯含量是根據瓦斯壓力進行計算，預測結果見表2。根據預測可知，納佐煤礦M2、M6、M7、M8煤層在+1 600 m標高及以上范圍的煤層瓦斯壓力均小于0.74 MPa，因此可采煤層M2、M6、M7、M8煤層在+1 600 m及以上范圍為非突出煤層。而M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤層在+1 600 m標高及以上范圍的煤層瓦斯壓力均大于煤層瓦斯壓力的突出預測臨界值0.74 MPa，可以認為可采煤層M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤層在+1 600 m及以上范圍為突出煤層。

表2 納佐煤礦煤層瓦斯壓力及預測結果

3.2 單項指標法評估各煤層煤與瓦斯突出危險性

評估煤與瓦斯突出危險性的單項指標為四個，分別是煤的破壞類型、煤的堅固性系數、煤的瓦斯放散初速度、煤層瓦斯壓力，只有全部指標達到或者超過其臨界值時方可劃為突出煤層，各單項指標的臨界值見表3所示，評估水平納佐煤礦各煤層的單項指標值見表3。

表3 評估煤層突出危險性單項指標臨界值

據表2、3數據，參照《防治煤與瓦斯突出細則》第11條規定：煤層的突出危險性可由鑒定機構結合直接法測定的原始瓦斯含量等實際情況綜合分析確定，但當f≤0.3、P≥0.74 MPa，或0.3

4 結論與建議

(1)采用瓦斯地質法和單項指標法評估結論相同，即納佐煤礦M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤層在+1 600 m標高及以上范圍具有突出危險性，為突出煤層。其他可采煤層M2、M6、M7、M8煤層在+1 600 m標高及以上范圍無突出危險性，為非突出煤層。因此納佐煤礦為煤與瓦斯突出礦井。

(2)建議計算瓦斯抽采基本參數、礦井瓦斯儲量及可抽量，預算礦井瓦斯涌出量，對礦井進行了瓦斯抽采的可行性和必要性分析，確定瓦斯抽采方法，通過采集臨近礦井卸壓角數據，結合納佐煤礦煤層層間距、煤層厚度情況，從礦井投資效益、保護層卸壓效果等方面對納佐煤礦首采保護層進行方案比較，確定首采保護層，對保護范圍進行研究，并制定石門和掘進工作面揭煤的局部防突措施。