楊瀧

摘 要：本文以貴州坪埠煤礦為背景，結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)確定坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合防治方案，針對其瓦斯賦存特，分別進(jìn)行開采保護(hù)層、工作面掘進(jìn)及回采期間防突措施研究，現(xiàn)場實(shí)踐表明該方案效果良好。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；措施；煤礦；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.069

1 概況

煤炭資源是國家發(fā)展的能源命脈，近年來隨著開采力度的增加，礦井事故也在不斷發(fā)生，沖擊礦壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害時有發(fā)生，貴州地區(qū)煤礦普遍屬于高瓦斯礦井，煤與瓦斯突出一直影響的礦井的安全生產(chǎn)。

坪埠煤礦于2005年3月7日開始建設(shè)，2006年9月12日建成投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬t/a，井田西部以BN13大斷層為邊界，東到BN70斷層，南自C6煤層露頭線，北到+1332 m水平C9煤層底板等高線。煤層埋深+1650 m～+1332m，井田走向長度5.24 km，傾斜寬度2.25 km，面積約12.32 km2。井田主要可采煤層為C6、C9煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單至較簡單，煤層厚度變化規(guī)律明顯，C9煤在1～4勘探線之間受火成巖的侵蝕，局部變?yōu)樘烊唤?。坪埠煤礦是一個被東、西邊界斷層包圍的相對獨(dú)立的、完整封閉的地質(zhì)構(gòu)造單元，為一傾向NNW，走向略有變化的單斜構(gòu)造，煤層傾角一般在7～12°，邊界斷層區(qū)域煤層傾角起伏較大。坪埠煤礦斷裂構(gòu)造發(fā)育充分，經(jīng)過地質(zhì)勘探可以確定井田內(nèi)落差大于5m的斷層有42條，期中落差大于20m的有11條，落差大于20m的斷層跟邊界大斷層復(fù)合，主要集中于邊界區(qū)域。除了上述大中型斷層之外，坪埠煤礦井下經(jīng)采掘揭露的落差小于5 m的斷層也十分發(fā)育，但落差較小，基本都在0.2～1.3 m左右，該落差范圍內(nèi)斷層占比84%，大部分為正斷層。極少部分為逆斷層。由于斷層的影響，坪埠煤礦煤巖體連續(xù)性較差，采掘揭露表明巖體破碎性非常強(qiáng)。斷層對礦井的開拓、采區(qū)的布置、工作面的設(shè)置影響較大。限制了部分采區(qū)工作面的長度，造成部分采區(qū)出現(xiàn)較短工作面或者工作面形狀不規(guī)則。

坪埠煤礦主要回采C6和C9煤層，礦井采用一水平平硐+斜井開拓方式開拓，水平為運(yùn)輸大巷標(biāo)高+1332m。礦井絕對瓦斯涌出量100.54m3/min，屬高瓦斯礦井?；仫L(fēng)斜井布置在礦區(qū)中央，在C9煤層底部設(shè)置單獨(dú)回風(fēng)大巷。根據(jù)礦井生產(chǎn)記錄，礦井回采期間發(fā)生多次大范圍瓦斯超限，出現(xiàn)過2次小范圍瓦斯突出，其中在2015年7月3日一次突出，巷道涌入突出煤炭352t，造成部分設(shè)備損壞，未造成人員傷亡，礦井停產(chǎn)整頓一個星期。為避免出現(xiàn)大的瓦斯突出災(zāi)害，企業(yè)制定了詳細(xì)的煤與瓦斯突出綜合治理方案。

2 坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合治理方案

煤與瓦斯突出防治一直是礦山技術(shù)的難點(diǎn)，綜合性強(qiáng)，設(shè)計(jì)學(xué)科較多。針對坪埠煤礦地質(zhì)條件及煤層瓦斯賦存情況，綜合設(shè)計(jì)煤與瓦斯突出治理方案。坪埠煤礦煤與瓦斯突出綜合治理必須從優(yōu)化采掘部署、合理設(shè)計(jì)巷道布置、采取合理的采掘工藝考慮。建立預(yù)測與解危結(jié)合，檢驗(yàn)與防護(hù)并行的煤與瓦斯綜合防突措施體系，具體如圖1所示：

2.1 合理的采掘部署

對于有突出危險(xiǎn)的高瓦斯礦井，巷道位置的設(shè)計(jì)、采掘部署的優(yōu)化對于礦井防突至關(guān)重要，合理的采掘部署便于礦井實(shí)現(xiàn)開拓、掘進(jìn)、瓦斯抽放、保護(hù)層開采有序進(jìn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以開拓保預(yù)測、以準(zhǔn)備保預(yù)抽、以預(yù)抽保護(hù)層開采、以保護(hù)層開采保主采、以主采保效益、以瓦斯保利用，坪埠煤礦在回采初期，綜合考慮斷層（落差大于1m）等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的影響，合理的進(jìn)行采區(qū)的劃分，盡量避免斷層對于回采巷道及工作面的影響。通過合理優(yōu)化人員、設(shè)備、材料的配置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)開拓區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)、回采區(qū)及瓦斯抽放區(qū)互不干擾，保證礦井在安全條件下的正常生產(chǎn)秩序。

2.2 區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測

區(qū)域性預(yù)測方法有多種，坪埠煤礦采用綜合指標(biāo)法對C6和C9煤層進(jìn)行煤與瓦斯突區(qū)域性預(yù)測。具體如下：

式中： D—煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；

K—煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；

H—煤層埋深，H=220m；

P—煤層瓦斯壓力（相對壓力），根據(jù)坪埠煤礦實(shí)測值取1.16MPa；

△P—軟分層煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)，通過測定取12mmHg；

f—軟分層煤的堅(jiān)固性系數(shù)，坪埠煤礦煤層取值0.42。

通過計(jì)算可知，D=0.39，K=28.6。進(jìn)而確定坪埠煤礦具有區(qū)域突出危險(xiǎn)性。

2.3 礦井區(qū)域性防突技術(shù)措施

（1）開采保護(hù)層。礦井區(qū)域性防突最常用的就是開采保護(hù)層。保護(hù)層與被保護(hù)層的最大有效垂距：對于緩傾斜煤層：上保護(hù)層<50m；下保護(hù)層<100m，坪埠煤礦C6、C9煤層間距38m，且C6煤層為坪埠煤礦最上覆煤層，最適合設(shè)計(jì)為保護(hù)層（C6煤層作為C9及以下煤層的上保護(hù)層）。

坪埠煤礦礦井煤層平均傾角13o，在回采C6煤層過程中不得留設(shè)煤柱，否則影響保護(hù)層開采的效果，倍保護(hù)層開采過程中，一定確保要回采的工作面及巷道布設(shè)在上煤層保護(hù)區(qū)內(nèi)，回采前進(jìn)行保護(hù)效果檢驗(yàn)，確?；夭砂踩?。在保護(hù)開采后，被保護(hù)層存在的未保護(hù)范圍區(qū)域較大，在被保護(hù)層中的未保護(hù)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行采掘作業(yè)時，必須采取綜合防突措施。

（2）巷道掘進(jìn)過程中煤與瓦斯突出防治措施。坪埠煤礦在煤巷掘進(jìn)過程中制定合理的防突措施，煤巷掘進(jìn)頭迎頭向掘進(jìn)巷道前方煤層打扇形鉆孔，單個循環(huán)設(shè)計(jì)施工11個鉆孔。設(shè)計(jì)鉆孔深度45m，循環(huán)之間間距30 m，各循環(huán)之間預(yù)留15m的保護(hù)范圍，施工鉆孔終孔點(diǎn)分別距離巷道中心線0m、2m、3m，進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。施工中注意鉆孔不能鉆到巖體中，確?？椎孜挥诿簩又校@孔的方位應(yīng)與巷道底板平行或根據(jù)煤層的厚度略有上、下傾角，為擴(kuò)大瓦斯抽放區(qū)的面積進(jìn)而提高瓦斯抽放效果，掘進(jìn)工作面會布置多個以巷道中線為基準(zhǔn)成發(fā)散狀對稱排列的瓦斯抽放鉆孔。