２０１０年第６期 中，ｋｌｔＩ煤炭 总第１７４期 影响煤与瓦斯突出的地质因素分析及防治措施 窦 鑫 （郴州安环评价有限责任公司，湖南郴州４２３０００） 摘要：根据嘉禾煤矿浦溪井煤层瓦斯含量、煤层赋存条件，总结了该矿井自投产以来发生的煤与瓦斯突出次 数与强度，分析该矿井煤与瓦斯突出与地质因素的关系及其影响程度，指出该矿井防治煤与瓦斯突出的措施 存在的问题，论述初步试验采取的本煤层和邻近层瓦斯抽放措施对防治该矿井煤与瓦斯突出的作用，指出瓦 斯抽放对防治矿井煤与瓦斯突出具有重要意义，并对瓦斯抽放措施提出了改进建议。 关键词：地质因素；煤与瓦斯突出；瓦斯抽放 中图分类号：ＴＤ７１２．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：ｌ００３—０５０６（２０ｌ ｏ】０６—０１０６—０３ 嘉禾煤矿浦溪井所在井田开采范同处在１条贯 穿南北走向的宽幅大向斜之中（满堂向斜），东翼倾 角２５。一３０。，西翼倾角３０。～６５。。在该向斜中次级 褶皱较为发育，在现矿井开采范围内断层欠发育，除 ２煤与瓦斯突出原因及防突思路 该矿井一直沿用钻孔钻屑解吸指标法进行煤层 工作面突出危险性的预测预报工作，采用超前排放 １１与ｌ４采区间边界Ｆ 断层落差大于１０ ｍ外，其 他一些为数不多的次级断层落差均小于３ ｍ，对矿 井生产均无大的影响。 该矿区含煤地层处于上古生界二叠系下统斗岭 钻孔作为防治煤与瓦斯突出的主要措施。但在实施 过程中由于瓦斯排放时间短，加之施工瓦斯排放孔 时普遍存在垮孔现象，同时受到煤层透气性差等因 素的影响，煤与瓦斯突出始终没有得到有效防治。 （１）原冈。嘉禾煤矿浦溪井煤与瓦斯突出发生 组的中段，可采煤层有２ 、５ 、６ 煤层，主采５ 、６ 煤 层，均属高变质煤，煤层厚度变化大。特别是５ 煤 层厚度０～１３ ＩＴＩ，平均２．３３ ｍ，瓦斯含量高，由于具 有特定的围岩特征，煤层透气性均较差。 的原因可分为６类：①石门揭煤、爆破、人为诱导突 出；②风镐修整煤体或采柱窝引起突出；③探钻过程 中，击穿瓦斯高压包，外力诱导造成突出；④上山巷 道施工坡度大于２５。或开切眼，煤层自重自然倾覆， 诱导突出；⑤卡帮背顶不严，形成空洞，垮煤诱导突 出；⑥应力集中，通过地震波的传感，引发突出。 （２）防突Ｔ作重点。为有效遏制突出事故的发 生，嘉禾煤矿浦溪井应从以下５个方面做好防突工 作：①抓好工程质量管理工作，杜绝在掘进过程中偷 １矿井煤与瓦斯突出情况 该矿井自１９８７年７月发生第１次煤与瓦斯突 出开始，至２００９年底共发生煤与瓦斯突出１５６次 （表１），突出强度：突出煤量８～３４０ ｔ，最大瓦斯量 达５４ ４２０ ｍ 。随着开采深度的增加，特别是开采水 平降至±０ ｍ水平开始，煤与瓦斯突出的频率增高， 强度增强。煤与瓦斯突出与作业方式、支护质量等 因素相关外，与地质因素的关系也十分密切。 表１煤与瓦斯突出与地质因素的关系 煤、漏顶煤、卡背帮顶不严所形成的隐蔽工程；②继 续执行以钻孔钻屑解吸指标法作为工作面突出危险 性预测预报方法；③严格执行“防突限掘”进度管理 措施；④搞好以瓦斯抽放（本煤层和邻近煤层瓦斯 抽放）为主的瓦斯防治措施；⑤继续执行超前排放 钻孔为辅的防治煤与瓦斯突出的防治措施。 地质因素磊篓霍褶皱轴部 嚣断层 集罕凄 ３煤与瓦斯突出地质因素分析 瓦斯是各种地质因素综合作用的产物，其赋存 收稿日期：２０１０—０４—１５ 和分布受地质条件的影响和制约 。瓦斯的生成、 作者简介：窦 鑫（１９６８一），男，湖南祁阳人，工程师，１９９２年毕业 运移、赋存和富集受地质条件的控制。对于不同区 域，不同煤田或块段，影响瓦斯赋存的地质条件存在 于湘潭矿业学院，现从事煤矿通风与瓦斯管理研究和安全评价工作。 ・１０６・ ２０１０年第６期 窦鑫：影响煤与瓦斯突出的地质因素分析及防治措施 总第１７４期 着差异，起主导作用的因素也有区别 。煤与瓦斯 突出的发生，大多数与人为因素诱导有关。某个区 域是否有煤与瓦斯突出的危险，主要取决于各种地 质相关因素。 ３．１ 构造 （１）褶皱。褶曲使煤层在背斜、向斜轴部增厚， 翼部变薄，褶曲发育部位多为厚煤层区段，同时也呈 小断裂发育。煤厚发生变化使瓦斯释放运移、积聚 条件相应改变，褶曲轴部煤层瓦斯含量成倍增长，瓦 斯压力增大，瓦斯涌ｆｉＪ量增高 。由于该矿井处于 满堂大向斜之中，在地质构造形成的过程中，次级褶 皱较为发育，次级褶皱均为单式褶皱。由于存在轴 部煤层增厚，５ 煤层属高变质煤，呈粉状，煤层透气 性差，瓦斯吸附力强。因此，在该矿井形成了瓦斯分 布不均衡和局部富集现象。该矿井发生在褶皱部位 的煤与瓦斯突出共８４次，占煤与瓦斯突出总次数的 ５３．８％，其中发生在褶皱轴部和褶皱翼部的分别占 ２５．６％和２８．２％，褶皱翼部均靠近轴部和褶皱的煤 厚变化区域。由此可见，该矿井高压瓦斯在褶皱轴 部相对富集而且有突出危险性。 （２）断层。断裂构造对瓦斯形成后的运移、赋 存与分布起着直接控制作用。特别是压性与压扭性 断层一般属于封闭断层，对煤层瓦斯起到封闭作用， 不利于瓦斯逸散。在此类断层区域内的煤层瓦斯含 量明显增大 。该矿井大断层作为采区边界未触 及，采区内存在一些零星小断层，多为张性倾向断层 和张性斜交断层，其逸散性较好，在生产过程中触及 或靠近该区域导致发生突出。该矿井发生的煤与瓦 斯突出与断层相关的有１２次，『与煤与瓦斯突出总次 数的７．７％。值得一提的是，在围岩出现严重搓揉 地质现象时（似断非断的地质 域时）突ｍ的危险 性特别大。 ３．２煤厚变化和厚煤层 陔矿井５ 煤层次级褶皱较发育，煤层受构造应 力作用产生塑性变形而形成厚煤层区（煤包），为瓦 斯的富集提供了良好的条件。浦溪井发生的煤与瓦 斯突出大多与厚煤层或煤厚变化（变厚）相关，与之 相关的突出次数为４３次，占２７．６％。在厚煤层区 域进行探钻工作时，普遍都存在卡钻、喷孔、响煤炮、 瓦斯超限现象，特别是煤层厚度发生急剧变化区域 尤为明显，增加了煤与瓦斯突出的危险性。 ３．３水文地质 由于该矿井水文地质条件简单，为瓦斯富集提 供了良好的条件。 ３．４开采深度 随着矿井开采深度的增加，深部煤层所受的静 压力也随之增大，煤与瓦斯突出的危险性与强度均 有明显增强。该矿井开采至±０ ｍ区段，与地表标 高差在２００ ｍ以上，煤与瓦斯突出的频率和强度都 有显著的增加。如２００３年６月１０日发生的突出事 故，突出标高为＋２０ ｍ，与地表标高差为２６０ ｍ，喷 出瓦斯量５４ ４３０ ｍ ，突出煤量３４０ ｔ，堆积巷道长度 近１Ｏ０ ｍ ４防突措施 ４．１本煤层抽放 （１）１２５９回风巷概况。１２５９回风巷掘进于一 厚煤层中，巷道一边见顶，顶板倾角超过７０。，一般 不见底。该巷揭煤前从揭煤点的探钻措施孔可知， 揭煤点的煤层厚度达１０ ｍ，揭煤后巷道掘至顶板， 沿煤层跟顶板掘进就一直未见底板。实行瓦斯抽放 前，每次采用钻屑解吸指标法进行预测和效果检验 时，△＾，值均在１９０～２４０ Ｐａ，钻屑量Ｓ…值在７．４ ｋｇ／ｍ左右，每次施工１５个 ８０ ｍｍ的瓦斯排放孔， 孔深不小于８．０ ｍ，最多只能下２．８ ｍ的限掘距离， 且每班进尺不得大于０．７ ｍ。但施１二过程中，工作 面瓦斯浓度仍在１．０％左右，突出威胁也未消除，施 工管理一直较为困难，期间发生过２次煤与瓦斯突 出事故。为此，该矿井在该掘进工作面进行本煤层 瓦斯抽放（移动式瓦斯抽放）工作。 （２）抽放方案。根据１２５９回风巷实际掘进断 面，在二ｒ作面均衡布置孔深不小于９．０ ｍ，抽放孔抽 放半径按１．０ ｎｌ计算，终孔位置可以有效保证巷道 轮廓线外不小于２ ｍ的抽放保护范围。每次施工抽 放孔时，及时将长６ ｍ、 ２５ ｍｍ的抽放钢管插入孔 内并严密封孑Ｌ，封孔长度为３．０ ｍ，封孑Ｌ材料为黄泥 加水泥，然后用抽放胶管连接至抽放分管，瓦斯连续 抽放时间３ ｄ（图１）。 终孔 Ｉ１ 图１ １２５９回风巷瓦斯抽放钻孑Ｌ布置示意 ・１０７・ ２０１０年第６期 中州煤炭 ５ 建议 总第１７４期 （３）抽放效果。经抽放后，检验孔检验Ａｈ 值 均在１６０ Ｐａ以下，每次限掘距离在５．０～５．６ ｍ，掘 进施工时瓦斯浓度在０．５％～１．０％之间。实行本 嘉禾煤矿浦溪井已建成了地面永久性瓦斯抽放 系统，对今后该矿井的瓦斯抽放系统的使用，笔者提 煤层瓦斯抽放后，该巷道掘进过程中未发生煤与瓦 斯突出事故，效果显著，有效改善了安全生产条件， 提高了掘进速度。 ４．２邻近煤层抽放 （１）采用邻近煤层抽放的原因。据统计，该矿 井自投产以来，布置长壁回采工作面近２０个，在回 采过程中虽然采用了超前排放钻孔（一般深３ ｍ、孔 径４２～７５ ｍｍ）作为防治煤与瓦斯突出措施，但是每 个回采工作面在回采或补掘进过程中发生煤与瓦斯 突出或动力现象平均次数达４次，回采工作面上隅 角或回风巷瓦斯超限也比较频繁。根据１２５９回风 巷瓦斯抽放的成功经验，该矿井在１４５９回采工作面 掘进和回采全过程中实行瓦斯抽放（移动式瓦斯抽 放）。１４５９回采工作面已至一５０ ｍ标高，瓦斯含量 越来越大，煤与瓦斯突出危险性也越来越大。于是， 在工作面运输巷和回风巷掘进前，该矿井采取邻近 煤层瓦斯抽放措施。 （２）方案及参数。该矿井即采取邻近煤层瓦斯 抽放措施，根据回采工作面走向长度和倾向宽度，在 一５０ ｍ北大巷布置了５个抽放钻场，每个钻场相距 １５ ｍ。由于该矿井没有实测的瓦斯抽放半径参数， 参照其他相同抽放条件矿井的抽放参数，按终孑Ｌ位 置不大于５ ｍ的抽放半径，采用方格网状布置钻孔， 控制范围为整个回采工作面煤层和运输巷、回风巷、 切眼掘进巷道轮廓线外不小于２ Ｉｎ（图２）。 寺 一 运输 图２底板瓦斯抽放专用巷钻孑Ｌ布置 （３）邻近层抽放效果。经过２个月抽放后，采 用超前排放钻孔作为辅助防治措施，在巷道掘进和 工作面回采过程中没有发生过煤与瓦斯突出事故， 偶尔在放炮后有瓦斯超限现象。证明瓦斯抽放效果 比较明显，有效防止了瓦斯事故的发生。 ・１０８・ 出以下建议： （１）严格执行“多措并举、可保必保、应抽尽抽、 效果达标”和“先抽后采、先抽后掘”的原则 。 （２）采取“多打孔、严封闭、综合抽”抽放措 施 ，如聚氨酯封孑Ｌ材料封孔和增加封孔长度。 （３）尽量采取松动爆破、预裂控制爆破、穿层网 格布孔和交叉布孔的方式，以增加煤层透气性系数， 提高抽放效果 。 （４）根据该矿井的实际情况，测定适用于该矿 井的抽放参数（抽放半径、抽放时间等）。 （５）采用以预抽煤层瓦斯为主的多种抽放方式 相结合进行抽放。 （６）掘进工作面抽放钻场应布置在巷道两帮， 采取边掘边抽的方式抽放，这样不至于影响生产。 （７）按照《防治煤与瓦斯突出规定》增大抽放钻 孔的控制范围。 （８）加强地质变化带煤与瓦斯突出防治工作。 参考文献： ［１］ 张子敏，张玉贵．瓦斯地质规律与瓦斯预测［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，２００５． ［２］ 焦作矿业学院瓦斯地质研究室．瓦斯地质概论［Ｍ］．北京：煤 炭工业出版社，ｌ９９０． ［３］ ，赵延湘，周继祯．鄂庄煤矿瓦斯地质规律研究及治理措 施［Ｊ］．煤矿安全，２００４，３５（２）：８－１０． ［４］ 练友红．芦岭煤矿瓦斯地质规律分析［Ｊ］．矿业安全与环保， ２００７，３４（６）：７３－７５ ［５］ 郭国胜．晋城矿区煤层瓦斯地质特征［Ｊ］．中国煤田地质， ２００６，１８（１）：２８—３Ｏ． ［６］ 生产监督管理局．防治煤与瓦斯突出规定［Ｍ］．北 京：煤炭丁业出版社，２００９． ［７］ 生产监督管理局．ＡＱ １０２７－－２００６煤矿瓦斯抽放规范 ［Ｓ］．北京：煤炭工业出版社，２００６． （责任编辑：刘光雨）
