煤矿瓦斯突出的防治技术研究

煤矿瓦斯突出的防治技术研究

平煤有限公司13年生产能力为180万吨，a类。该矿现开采二1煤层,地质条件极其复杂,主要表现在断层发育丰富、煤层倾角大、煤(岩)层产状变化快。2005年5月19日被煤科总院抚顺分院鉴定为煤与瓦斯突出矿井。研究证明,在煤与瓦斯突出的影响因素中,地质构造的控制作用是显著的,地质构造带是煤与瓦斯突出发生的多发地点。十三矿发生的2次突出事故均处于断层发育地带,所以深入开展瓦斯地质工作,尤其重点加强高突工作面预测预报则是矿井防突的重要基础工作。1瓦斯产出量测定十三矿地质构造复杂,煤层厚度变化较大,结合矿井瓦斯地质图分析:不同煤层受煤层埋藏深度和变质程度的影响,瓦斯自上而下由小变大。同一煤层的瓦斯含量分布由于受构造、煤厚、煤变质程度等地质因素综合影响,存在明显差异,从而造成了井田内瓦斯分布的不均衡性,且沿走向有规律地变化。矿井地质报告显示,该矿所采二1煤层,在38勘探线以东瓦斯含量变化范围为3.15～15.52m3/t,属于高瓦斯含量区;27勘探线与38勘探线之间瓦斯含量变化范围2.40～12.50m3/t,属于中等含量区;27勘探线以西瓦斯含量的变化范围0.35～4.44m3/t,属于低瓦斯含量区。同一煤层在南北倾向上瓦斯变化不甚明显,仅局部低端沿倾向由浅而深呈现北低南高的变化趋势;沿走向从西向东瓦斯含量逐渐增高,变化规律明显。矿井生产时期瓦斯涌出量测定结果:己一、己二、己三采区工作面相对瓦斯涌出量2.69～14.77m3/t,绝对瓦斯涌出量3.44～12.89m3/min,二1煤层具有一定的突出危险性。已揭露的工作面瓦斯涌出情况表明,己二采区瓦斯涌出较小,己三采区采掘工作面瓦斯涌出量最大,二1-13041采面回采期间瓦斯绝对涌出量为4.193～15.823m3/min,掘进工作面为0.82～5.62m3/min。2瓦斯含量随埋深变化的规律地质构造是影响和控制煤与瓦斯突出的重要因素,构造作用形成的构造煤煤化程度高,可以促进瓦斯的生成;构造作用破坏了煤体的结构,有利于煤与瓦斯突出的发生;构造运动可以形成有利于瓦斯聚集的封闭构造。除此以外,构造应力场控制了瓦斯的运移,是发生瓦斯突出的重要环节。大量的统计资料表明:煤与瓦斯突出具有地质构造分级控制的特点,突出煤量及喷出瓦斯与煤厚变化及煤层厚度成正比,一般情况下开采深度增加,突出频率增高,突出强度增大。开放性断层附近为瓦斯的释放提供了通道,瓦斯含量会降低,如:西部襄郏二号正断层、兴国寺正断层为开放性断层,给瓦斯逸散提供了通道,同时由于煤层厚度小、变质程度低,瓦斯含量较低。在封闭型断层或组合构造带,受应力、位移等破坏作用,封闭了大量的瓦斯,使瓦斯含量增高,如中部的灵武山向斜、白石山背斜交汇带,次级断裂、褶曲发育,煤厚变化频繁,尤其在深部出现大面积无煤带,这就为瓦斯富集和逸散提供了场所和通道,致使瓦斯含量变化急剧,破坏了瓦斯随埋藏深度而逐渐增高的变化规律,故使瓦斯含量相对中等。在背斜轴部,由于地层隆起,释放了部分瓦斯,使瓦斯含量降低;而两翼受到挤压,封闭了大量的瓦斯,使瓦斯含量增高;相反在向斜轴部瓦斯含量大,而两翼受到拉伸,使瓦斯含量降低。如东部地质构造以褶皱为主,瓦斯的分布受灵武山向斜、白石山背斜的控制,从向斜轴部向两翼瓦斯含量由高逐渐降低,从背斜轴部向两翼瓦斯含量由低逐渐增高。3瓦斯治理的难点十三矿是新建矿井,瓦斯资料保存比较完整,对各个采区的瓦斯赋存情况做了大量的前期工作,经过对地质资料进行深入细致的研究发现,该矿的煤层瓦斯赋存情况与其他矿井有许多不同之处。例如井田内的几处岩浆岩侵入带瓦斯含量明显降低,基本上没有瓦斯等。由于各个矿井的煤层赋存情况、瓦斯与地质构造之间的关系等不同,造成了不同矿井煤层瓦斯赋存的独特性和差异性。根据现场实际条件来进行瓦斯分级管理。通过地质构造、始突深度、构造煤种类与厚度对突出的制约作用,针对矿井各采区的具体情况进行预测,确定突出危险区域、突出威胁区、非突出威胁区,根据不同区域的特点采取相应的防突措施。也就是说在同一个区域,根据实际情况分别采取不同的瓦斯治理措施来解决生产中的瓦斯涌出问题。如通过收集的瓦斯实际资料及相关科研论证结果,确定己一采区标高-520m以下为瓦斯突出威胁区域,己二采区标高-525m以下为瓦斯突出威胁区域,己三采区为瓦斯危险区域,其余为瓦斯非突出危险区域。4对瓦尔伯格氏地质结构的研究、初步勘探和预测(1)构造煤的表征构造煤发育程度是造成煤与瓦斯突出发生的直接原因,必须进一步加强地质构造对构造煤发育控制范围、破坏程度的研究,提高煤与瓦斯突出中地质构造指标的可靠性。及时收集资料,总结分布特征,分析发育规律,把地质构造研究作为瓦斯地质工作的重要基础工作,以加强预测预报作为矿井瓦斯地质工作的长效机制。(2)探测制度的建立煤层中的瓦斯含量是与煤及瓦斯突出有密切关系的煤层特征参数。煤体中瓦斯含量愈高,突出强度愈大。全矿范围内所有高突工作面,必须执行物探、钻探相结合的循环超前探测制度。同时实行牌板管理(超前探测牌板,允许进尺牌),坚持每隔30m利用KDZ11-4型便携式地质探测仪对前方煤层实施超前探测,煤体结构松散破碎、原生结构遭破坏、瓦斯赋存量较大的煤层,其固有震波频率相对较低、地震波波速低、衰减系数增大、品质因子降低;前方发育构造,其固有震波频率、地震波波形则出现异常,以此掌握前方煤层结构变化及地质构造发育情况。同时每隔30m在工作面布置2～3个深度不低于30m的钻孔进行钻探验证,物探、钻探均保持10m超前距。(3)超前钻孔验证物探结束8h内,地测部门向施工单位及相关科室发放地质预测预报,内容主要为物探成果以及必要的附图。例如工作面前方有异常时,责令停止作业,布置2～3个超前钻孔予以验证,所有钻孔资料均绘制平、剖面图,结合物探波形图予以综合分析,确认前方有无地质构造发育或煤层结构变化等异常情况。若出现异常情况则重新发放地质预报,内容为前方施工中巷道坡度调整、安全岩柱留设、建议采取的安全技术措施等,以及原防突措施的补充措施。突出危险区域必须执行效果检验,确定允许进尺与防突措施,效检方法按《防治煤与瓦斯突出规定》执行。反之亦然,从而体现防突措施的针对性及科学性。5地质数据的处理(1)地震地质条件分析日常工作中及时填绘、修编矿井瓦斯地质图,在图上标明采掘进度、被保护范围、煤层赋存条件、地质构造、瓦斯异常(突出)点位置、异常(突出)强度、瓦斯基本参数等,作为突出危险性区域预测和制订防治突出措施的重要依据。(2)工作面超前探测作业循环图的编制针对每个高突工作面,尤其在岩巷中施工的瓦斯抽采巷,巷道施工前必须编制预想地质剖面图,随时掌握煤(岩)层层位,控制安全岩柱。所有实施超前探测作业的工作面均编制工作面物探、钻探作业循环图,每次探测位置、物探有效范围、钻孔深度、超前距以及异常点位置及范围等参数及时上图,即时掌握物探、钻探作业正常循环及超前距剩余距离,确保无遗漏、无空白地带出现。随着工程实际揭露及时修改完善瓦斯地质资料,体现防突工作的时效性。(3)进尺牌的管理为了控制探测超前距,杜绝超掘现象发生,全矿所有高突工作面均吊挂超前探测牌板、允许进尺牌,且上锁管理。超前探测管理牌板显示当日探测位置、深度、允许进尺、超前距、剩余距离及日期等内容,允许进尺牌显示允许进尺距离。物探及钻探循环位置原则上保持一致,牌板内容由地测人员探测结束后填写,剩余距离由施工单位每班填写1次,实行跟踪管理。(4)做好研究工作台账、文献资料的归档每个高突工作面在日常工作中需建立物探、钻探工作台账,最后对所有瓦斯地质资料(包括相关成果及图纸)按序号归类存档,以便及时查阅。6煤与瓦斯的关系十三矿瓦斯地质工作研究与实施,是在深入分析矿井地质资料的基础上,用地质学的理论与实践方法,将具有高压瓦斯含量的煤体作为研究对象,掌握其形成条件、运移、贮存、突出规律,以及煤与瓦斯突出与地质构造的密切关系。采用超前钻探、物探等技术手段,结合工作面预想地质剖面图、瓦斯地质