浅谈高瓦斯煤层构造复杂区域防突与瓦斯治理技

作者：张朝举　林青　王艳华　杨春林

　　[论文关键词]地质构造　采掘　煤与瓦斯突出
　　[论文摘要]祁东煤矿为高瓦斯突出矿井，通过介绍该矿在地质构造复杂区域高瓦斯煤层3，46突出威胁工作面采掘过程中采取的防突技术、瓦斯治理措施、管理制度、管理体系。总结了其中的技术创新和操作标准化，为地质构造复杂区域高瓦斯突出煤层掘进防治煤与瓦斯突出的开展提供了一定的参考。
　　0引言
　　煤与瓦斯突出是一个能量释放过程，在这一过程中，首先是能量的积聚，这个能量包括瓦斯、地应力等。煤层内的瓦斯含量、瓦斯压力和地应力随地质构造复杂程度的不同存在着较大的差异。由于地质构造带存在着一定的构造应力，所以，在构造带储存有较高的煤岩弹性应变能，突出危险性较大；并且在这些区域，煤层裂隙较为发育，瓦斯含量和压力往往较高，所以瓦斯内能较大，突出危险性较大。同时，在地质构造带，由于煤岩层受到不同程度的破坏，煤层的坚固性系数往往较低，软分层较为发育，相对而言抵抗突出破坏的能力较差，所以成为突出的多发区域。祁东煤矿为高瓦斯突出矿井，3246煤层为高瓦斯威胁煤层，346工作面属于地质构造复杂区域，所以在该区域中的防突工作包括防突技术和防突管理，将是矿井安全掘进的重要保障。
　　1试验区域情况
　　祁东煤矿3246工作面位于井田西翼一水平四采区，标高一532．46—6163m，工作面全长934m，倾向宽186m，沿走向布置。东以四采区中部运输上山为界，西(3246切眼)靠近f22矿井边界断层，风巷与设计3244工作面为界，机巷靠近3248采空区。工作面煤厚0．73．0m，平均煤厚2．2m，煤层厚度变化较大，靠近断层处煤层有拉薄现象，变异系数20％；煤层结构较复杂，含1～2层夹矸，夹矸为灰黑色泥岩，平均厚度0．1m。本工作面构造较复杂。煤层产状局部有起伏，受区域构造力作用，小断层较为发育。3246工作面煤层瓦斯含量为9m3／mino煤层含有多层软分层。
　　2防突技术
　　祁东煤矿3246煤层为高瓦斯突出威胁煤层，根据《防治煤与瓦斯突出细则》相关规定，并结合矿井施工区域的特殊性在3246煤层掘进及回采期间，采用“超前钻孔预排瓦斯十四位一体”综合防突措施，工作流程如图1所示…。

　　2．1突出预测及效检
　　突出预测及效检技术以《防治煤与瓦斯突出细则》规定的规范为基础，结合望峰岗井煤层的实际情况，以钻屑量s和瓦斯解吸指标k。为主要预测及效检指标；辅助指标为各种动力现象、地质构造发育及变化程度、构造煤变异程度、瓦斯涌出异常现象等。当上述主要指标超限时，即认为工作面具有突出危险性；当辅助指标异常时，需要分析其异常的原因，在确认为与突出危险眭无关时，方可排除辅助指标预测突出危险的结论。
　　在3246煤层掘进工作面进行防突预测时，布置3个预测孑l，钻孔的深度为巷高的3倍左右，一般为8～10m。钻孔尽量布置在软分层，中间一个钻孔位于巷道中部与掘进方向一致，另外两个钻孔开孔于工作面两侧巷帮内0．5m处，终孔于巷道前方预计轮廓线外2～4m。采煤工作面进行防突预测时，每隔10m布置一个防突预测钻孔。钻屑量的测定从钻孔第1m开始，每施工1m用专用容器收集孔口钻屑，并用弹簧秤称量，钻屑量的临界值采用《细则》规定的so=6k~m；k值的测定在钻孑l每2m、4m、6m、8m时用wtc防突测定仪进行测定，k值的临界值k=0．5ml／gmin；钻孑l瓦斯涌出初速度口的测定从钻孔第2m开始用twy防突测定仪测定，q的临界值q=4l／min。掘进过程遇到下列情况时，均视为有突出危险：地质构造破坏带，如断层、褶曲等构造；煤层倾角、厚度、走向或倾向等赋存条件急剧变化以及软分层增厚地带(软分层厚度≥0-3m)；打钻过程出现喷孔、卡钻、顶钻、吸钻等动力现象；工作面出现明显的突出预兆：顶板来压、支架断裂、煤壁片帮、掉渣与外鼓，煤壁光泽暗淡、层理紊乱，瓦斯涌出忽大忽小、工作面温度降低，煤壁前方附近出现煤炮声等；采掘应力迭加区域。
　　2．2预测及效检工艺要求
　　为了提高预测及校检数据的可靠性，对打钻工艺及防突仪器的操作做了以下要求：①钻孔施工、指标测定由专人负责，以消除由于施工与测定技术差异引起的操作误差；②施工钻孔前要仔细观察巷帮支护情况、顶板受力情况、煤壁特征等，并作详细记录；③在测定k。值和钻孔瓦斯涌出初速度时，应当尽可能减少人为因素对测量造成的误差；④测量钻屑量时，尽可能多的收集到钻屑，以提高钻屑量的准确度；⑤预测效检测过程中要具有高度的责任心，详细记录预测及校检过程中的各种动力现象，不能敷衍了事。

　　2．3工作面消突措施
　　当预测及校检有突出危险时，应该及时采取消突措施，不能盲目进尺。根据矿井瓦斯自然排放半径0．5m的经验数据和3246煤层的实际厚度，采取的主要防突措施是在工作面施工9个18～19m深，‘p9lmm大直径瓦斯排放及卸压钻孔。钻孔的布置综合考虑煤体状况，主要布置在分层及构造煤层中，同时，通过观察煤层延伸方向，从三维空间的角度设计最少的钻孔达到最好的消突目的。在消突钻孔施工过程中，要详细记录动力现象，如喷孔、卡钻、响煤炮等，发现有异常情况及时通知相关部门处理。
　　当掘进工作面遇褶曲构造，即煤层弯曲变形的构成形式，除掘进方向沿煤层走向不变，加强转弯巷道处的支护外，防突在保留5m安全屏障的工作面，尽可能利用小型煤电钻向前方煤层多打孔，然后用大型液压钻机打部分岩孔进入褶曲转折端煤层并过全煤层，再对转折端煤层排放孔检验，有效后方可掘进。
　　当掘进工作面遇压薄带与增厚带的伴生构造形式，如由煤层增厚带进入压薄带，防突措施可以适当减少钻孔；如由煤层压薄带进入增厚带，防突措施可以适当增加钻孔，加强排放孔工作，在效检有效后方可进入厚煤带掘进。
　　3采煤工作面瓦斯治理
　　根据306工作面煤层赋存条件和瓦斯涌出来源分析，在回采期间采用抽采巷高位钻孔抽采、采空区埋管抽采、尾巷抽采及风巷边孔抽采的瓦斯综合治理措施。306工作面瓦斯治理设计如图2所示

　　4防突管理
　　地质构造复杂区域高瓦斯煤层的防突与瓦斯治理工作中，首先是思想上必须高度重视，组织管理要全面，技术措施要严密，防突职责要落实，现场严格执行“有疑必探，预防为先”的原则，确保在安全的前提下，完成地质构造复杂区域高瓦斯突出煤层的采掘工作。
　　防突及瓦斯治理管理上在吸取了本矿及其他若干煤矿突出事故教训后，矿井领导加强管理，建立了一套较为完善的防突管理规范。由于在严格落实综合防突技术及瓦斯综合治理措施过程中涉及的部门较多(包括通风、抽排、掘进、生产等)，为了协调这种复杂的工作环节，建立了以总工程师为直接领导、调度所为核心的指挥网络管理体系，各单位领导负技术责任，工作责任落实到人。这种管理体系不仅提高了工作效率、加强了信息沟通及反馈，而且避免了管理脱节现象、工作推委现象、施工延误现象等，为矿井的防突及瓦斯治理工作顺利开展作出了极大的贡献。
　　5结语
　　在深井地质构造复杂区域采取“超前钻孔预排瓦斯+四位一体”的综合防突技术防治煤与瓦斯突，即根据3246煤层厚度和预测效检情况，施工掘进循环超前预排瓦斯钻孔和防突措施孔。通过预排瓦斯钻孔或防突措施孔，降低地应力、瓦斯压力和瓦斯含量，相应增加构造煤强度，同时提高巷道支护强度，保证发生突出的阻力大于动力，防治煤与瓦斯突出故事。工作面回采期间采取的抽采巷高位钻孔抽采、采空区埋管抽采、尾巷捕采及风巷边孔抽采的瓦斯综合治理措施，有效的解决了回采工作面的瓦斯超限等事故。
　　在3z46煤层采掘中采取综合防突技术、瓦斯综合治理措施和规范化的管理体系以来未发生动力现象和瓦斯超限事故，保证了采掘工作的顺利进行，实现了安全生产。