演马庄矿27采区特定区域突出危险性预测技术研究

1、演马庄矿27采区特定区域突出危险性预测技术研究 摘要：根据煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、煤的坚固系数、瓦斯放散初速度、瓦斯吸附系数等瓦斯基础参数，综合分析了演马庄矿的瓦斯地质条件和煤层破坏特征，完成了演马庄矿二1煤层27特定采区特定区域突出危险性预测技术研究，为生产矿井防治煤与瓦斯突出管理提供科学依据。关键词：瓦斯地质；突出危险性评价；瓦斯含量；瓦斯压力；瓦斯防治；Prediction technology researchon of outburst danger of 27 specific area in Yanmazhuang coal mineLiYongen1 LvZhaohui2（

2、1.Guizhou University Mining Academy，Guizhou Guiyang，550003；2.Yanmazhuang coal mine of jiaomei company of HNCC，Henan Jiaozuo，454000；）Abstract：The article according to the basic parameters of gas, such as gas content、gas pressure、 the solidity modulus of coal、gas early speed of diffusion、gas adsorptio

3、n coefficient, etc , comprehensive analysis of gas geological conditions and the destruction type of coal of Yanmazhuang coal mine ， thus the prediction technology research of outburst danger of 27 specific area in Yanmazhuang coal mine, and the results are useful for the production of coal mine and

4、 gas outburst in coal mine management to provide a scientific basis for partition. Key words：Gas geology；outburst danger evaluation；gas content；gas pressure；gas control煤与瓦斯突出是一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象，是矿井最严重的灾害之一，其产生的机理非常复杂；而突出大部分发生在地质构造带、采掘应力集中带内，并且各突出要素之间相互制约。预测突出地点、突出强度与突出时间一般是很困难的；但是突出矿井必须对突出煤层进行区域突出危险性预测

5、，尤其是在一些地质构造相对复杂的特定区进行突出危险性预测尤为重要，它对减少或消除突出灾害的发生，保证矿工人身安全都具有重要的意义。1、概况焦煤集团演马庄矿位于焦作市东北部约20公里，井田面积约14.8707km2，主要开采煤层为二1煤层，平均煤厚6.6m，煤层平均倾角11°，开采深度300m，该矿为煤与瓦斯高突出矿井。27采区特定区域是指由图1中12345678坐标点控制的区域，该区域位于演马庄矿二七下段采区，区域内主采二1煤层，上部为正在回采的27111工作面，下部为未采区，工作面左面为F147断层，右面为F204-1断层，两断层均为正断层。右侧为焦煤集团九里山矿的14采区和24采

6、区。本次预测通过现场调研、取样（27111运输巷采集煤样6组以及27131运输巷掘进工作面3组，共9组数据，实测了二1煤层瓦斯含量16个、煤坚固性系数4组、瓦斯放散初速度4组）、观测、瓦斯基础参数测试及瓦斯地质分析的方法，对27采区特定区域煤层的突出危险性进行预测。根据特定区域内区域防突措施采取情况以及地质构造赋存特征，初步将27采区特定区域划分为三个块段、号块段见图1所示。27采区特定区域采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施（表1，图1），在27111运输巷向27131工作面施工了总计388个本煤层瓦斯预抽钻孔，钻孔总长23280m，平均吨煤钻孔长度为0.068m。图1 27采区特定

7、区域及区域块段划分示意图抽采钻孔从2007年12月开始施工，抽采钻孔边施工边带抽，钻孔施工完成后，采用聚胺脂进行了封孔，封孔深度为8m，截至2010年1月底，累计抽采量达到147.56万m3，抽采率达到27.40%。表1 27131工作面抽采钻孔实际布孔情况布控位置块段名称孔数（个）孔深（m）孔间距（m）布孔时间27131运输巷238601.52007.12至今15060701.52007.12至今图2 27131工作面抽采钻孔布孔位置2、27采区特定区域地质构造2.1地质构造特征分析井田范围内断层的发育是影响煤层瓦斯含量分布的主要因素，在开放性断层附近，由于构造应力释放而成为低压区，煤层瓦斯

8、大量解吸，并从断层面逸散，煤层瓦斯含量整体下降，在远离断层面的一侧形成一个平行断层的条带状构造应力高压区，煤层瓦斯含量相对升高，又呈现极不均匀的分布特征。27采区特定区域位于马坊泉断层以南，走向长480m，倾向114m，该区域左面为F147断层，落差2.8m40m；右面为F204-1断层，落差10m，对27131工作都有较大影响，两断层均为走向NE开放性的正断层，有利于断层附近瓦斯的释放。2.2地质构造性质采掘工程验证煤层瓦斯的赋存特征，是地质构造控制煤层瓦斯的表现形式，因此通过煤层瓦斯赋存规律，可以推断所受构造的性质。根据特定区域临近采掘工作面工程实践中的突出危险性情况和瓦斯涌出规律，进一步

9、验证F147断层的开放性。2.2.1突出危险性验证验证工作面突出危险性方法有复合指标法和R值指标法分析，经过对演马庄矿27131运输巷突出检验报表等相关资料的统计，分别绘制钻孔瓦斯涌出初速度q值距断层远近的变化趋势图（图3）和综合指标R值距断层远近的变化趋势图（图4）。图3 q值距断层远近变化趋势图图4 R值距断层远近变化趋势图从图3、图4可以看出，在距离断层50m之前，q值稳定且均小于1.5，R值稳定且均在1.2左右；在煤巷掘进工作面距离断层大于50m之后，q值开始增大，R值出现第一个峰值；在50100m之间，q值出现两次峰值，R值出现第二次峰值且鉴定有突出危险性；在距离100m以后，q值、

10、R值都整体偏大且上下波动频繁。可以认为，在距离断层50m的范围内，瓦斯早已得到了充分的释放，没有突出危险性。2.2.2瓦斯涌出量分析经过对27131运输巷瓦斯日报表等相关资料的统计，绘制掘进期间绝对瓦斯涌出量Q值距断层远近的变化趋势图（图5）。图5 绝对瓦斯涌出量距断层远近变化趋势图从图5可以看出，在距离断层130m之前，Q值稳定且均在0.5左右；在煤巷掘进工作面距离断层大于130m之后，Q值开始迅速增大，在150m左右时出现一个峰值；在150m之间，呈现波动增大趋势。通过突出危险性指标以及绝对瓦斯涌出量的定量分析，符合了前面所述的开放性断层对瓦斯赋存的影响规律，对于F147断层的下盘煤层来说

11、，由于构造应力释放，使得在距断层50m以内的煤层瓦斯大量解吸，并从断层面逸散，使煤层含气量急剧下降而成为低压区，从而消除突出危险性；在距离断层面50100m的一侧形成一个平行断层的条带状构造应力高压区，煤层瓦斯含量相对升高，成为高突出危险，而且阻止煤层瓦斯进一步向断层运移的天然屏障。在距离断层100m以外不受断层影响。3、煤与瓦斯突出危险性预测3.1 预测方法 根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的区域预测方法应当按照下列要求进行：（1）煤层瓦斯风化带为无突出危险区域；（2）根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析

12、的方法划分出突出危险区域。当突出点及具有明显突出预兆的位置分布与构造带有直接关系时,则根据上部区域突出点及具有明显突出预兆的位置分布与地质构造的关系确定构造线两侧突出危险区边缘到构造线的最远距离,并结合下部区域的地质构造分布划分出下部区域构造线两侧的突出危险区;否则,在同一地质单元内,突出点及具有明显突出预兆的位置以上20m(埋深)及以下的范围为突出危险区(如图6)；1断层；2突出点；3上部区域突出点在断层两侧的最远距离线；4推测下部区域断层两侧的突出危险区边界线；5-推测的下部区域突出危险区上边界线；6突出危险区图6 用瓦斯地质统计法推测同一地质单元内下部区域的突出危险区域示意图（3）在上述

13、（1）、（2）项划分出的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应当根据煤层瓦斯压力P进行预测。如果没有或者缺少煤层瓦斯压力资料，也可根据煤层瓦斯含量W进行预测。预测所依据的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表2预测。表2 根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量进行区域预测的临界值瓦斯压力P（MPa）瓦斯含量W（m3/t）区域类别P<0.74W<8无突出危险性除上述情况以外的其他情况都属于突出危险区（4）预测所主要依据的煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数应为井下实测数据；（5）测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量等参数的测试点在不同地质单元内根据其范围、地质复杂程度等实际情况和条件分别布置；同一地质单元内沿

14、煤层走向布置测试点不少于2个，沿倾向不少于3个，并有测试点位于埋深最大的开拓工程部位。3.2 煤层瓦斯基础参数测定煤层瓦斯基础参数是矿井区域突出危险性预测的重要依据。突出煤层需要掌握的煤层瓦斯基础参数包括煤层瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯吸附常数及煤层透气性、煤的坚固性系数等。一般情况下，采掘巷道在两帮的卸压影响范围可达巷道宽度的35倍，根据演马庄矿27采区特定区域的实际特点，考虑到巷道暴露时间较长，为提高煤层瓦斯基础参数的测试准确性，煤层采样深度不小于13m，以尽量取得煤层原始应力带内的瓦斯基础参数。根据测试地点的地质情况，共布置各9组参数测试点，参数测试点附近无地质构造带，每

15、个测试点分别测试煤层瓦斯含量W、放散初速度P及煤的坚固性系数等参数。3.2.1 煤层瓦斯含量在演马庄矿27111运输巷采集煤样6组以及27131运输巷掘进工作面3组，共9组数据（图7），测定结果如表3所示。表3 27采区煤层瓦斯含量测定结果编号采样地点孔深(m)解吸量(m3/t)损失量(m3/t)残存量(m3/t)瓦斯含量(m3/t)瓦斯成分(%)备注127111运输巷切眼距运输巷150m30.50.160.1810.5910.9382.35320.150.1711.6111.9392.96227111运输巷切眼距运输巷25m34.51.562.074.618.2477.9960003.243

16、.2473.14327111运输巷距切眼25m20006.346.3479.35427111运输巷距切眼175m18.751.440.299.7511.4898.4221.751.650.599.5211.7697.47527111运输巷距切眼295m31.52.180.9619.5422.6899.1243.51.851.0318.921.7895.68627111运输巷距切眼405m20.250.220.1413.7914.1399.36727131掘进工作面平孔20004.474.4721.38400.230.0214.815.0599.35600.580.1617.818.5481.5

17、2827131掘进工作面斜孔300011.3211.3271.36600011.8211.8295.37927131掘进工作面401.721.1217.1219.9699.16注：3号孔现场打钻出现轻微喷孔现象；备注列数据为突出危险性评估块段号。图7 27采区特定区域煤层瓦斯含量测定位置根据焦煤集团科研所以往工作，获得另外6个实测含量，如表4所示。表4 27采区煤层瓦斯含量测定结果编号采样地点瓦斯含量/m3/t瓦斯成份/%备注1027131运输巷专用回风以里5m出正前3.1845.881127131揭煤巷2.7639.731227111进风巷向里距切眼105m处（上帮）14.391.71号块段

18、抽采前27111进风巷向里距切眼105m处（下帮）16.4593.25号块段抽采前1327091工作面运输巷距切眼40m处11.0543.55270911427091上风道距切眼45m处11.5341.0827091注：数据来源于焦作煤业集团科研所3.2.2 煤层瓦斯压力由于27采区特定区域不具备煤层瓦斯压力测试条件，依据煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2007）标准中煤层瓦斯含量的计算公式，反推出相应瓦斯含量下的绝对瓦斯压力（表5）。表5 27采区煤层瓦斯压力反算结果表 编号采样地点瓦斯含量/m3/t瓦斯压力/Mp瓦斯组分/%127131运输巷切眼距运输巷150m11.930.5592.96

19、227131运输巷切眼距运输巷25m8.240.5177.99327131运输巷距切眼175m11.760.4497.47427131运输巷距切眼295m22.682.4499.12527131运输巷距切眼405m14.130.4399.36627131掘进工作面平孔18.541.6981.52727131掘进工作面斜孔11.820.9795.773.2.3煤体坚固性系数依据煤的坚固性系数测定方法（MT49-87），在27111运输巷以及27131回风巷掘进工作面等处取煤样测定，煤体坚固性系数为0.471.36，如表6所示。3.2.4煤层瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度（P）反映了煤在常压下吸

20、附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，表现了煤的微观结构，是反映煤层突出危险性大小的指标之一。煤的瓦斯放散初速度越大，煤层的突出危险性越大。依据煤与瓦斯突出矿井鉴定规范（AQ1024-2006）附录B，在27111运输巷以及27131回风巷掘进工作面等处取煤样测定，得到煤层瓦斯放散初速度（P）为815，如表6所示。表6 27采区特定区域煤层P、f测定结果编号采样地点瓦斯放散初速度P煤体坚固性系数f备注127131运输巷距切眼25m150.47227131运输巷距切眼175m100.91327131运输巷距切眼295m101427131运输巷距切眼405m81.363.3特定区域突出危险性评估现场测试瓦

21、斯残存含量时，在27131运输巷3号含量点18m发生轻微喷孔现象，根据防突规定要求，以3号孔喷孔位置为原点，半径100m区域内，判定抽采无效。所以把2号拐点（38444444，3907038）以上83m，6号拐点（38444536，3907206）以上35m的区域划分为号块段。根据区域防突措施效果检验，号块段实测残存含量为3.24 11.93 m3/t，根据抽采量计算残存瓦斯含量为11.39m3/t，远小于演马庄矿27采区煤层原始瓦斯含量（15.9m3/t），同时也小于焦作矿区始突瓦斯含量13m3/t，可以认为抽采有效，为无煤与瓦斯突出危险区。根据F147断层的开放性分析，对于F147断层的下

22、盘煤层来说，在距断层50m以内的煤层瓦斯大量解吸，使煤层瓦斯含量急剧下降而成为低压区。所以把1号拐点（38444188，3906614）、8号拐点（38444400，3906705）向27131工作面以里50m，即距离F147断层50m这块区域划分为号块段；而且27131石门揭煤期间焦煤科研所所测含量为2.763.78 m3/t，充分验证F147断层的开放性性质，所以号块段为无煤与瓦斯突出危险区。号、号块段之间为号块段，号块段实测含量8组，其中残存含量1组，原始含量7组。残存含量测试期间有轻微喷孔现象，判定抽采无效。煤层瓦斯含量在11.3222.68m3/t之间，大于焦作矿区始突瓦斯含量13m3/t；由于2号块段不具备煤层瓦斯压力测试条件，反推瓦斯压力为0.432.44MPa之间，采用防治煤与瓦斯突出规定的煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法，经区域预测号块段具有煤与瓦斯突出危险性。4 结论与建议4.1结论根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法，综合地质构造分析、采掘工程验证以及煤层瓦斯含量、瓦斯压力的分布规律和巷道掘进期间的瓦斯涌出情况，对