东曲矿9#煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测

袁霞霞

(西山煤电集团公司 东曲矿，山西 古交 030200)



东曲矿9#煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测

袁霞霞

(西山煤电集团公司 东曲矿，山西 古交 030200)

为了掌握东曲矿9#煤层在井田范围内不同区域的煤与瓦斯突出危险性，以便对矿井的开拓、开采、瓦斯综合治理等进行有效指导，根据东曲矿9#煤层开拓开采情况合理划分预测范围，在确定预测方法、指标及其临界值的基础上，对该煤层瓦斯压力分布情况进行基础资料收集和研究，得出了东曲矿瓦斯赋存规律，并对东曲矿突出危险区域和非突区域进行了划分，同时对东曲矿采掘活动和瓦斯治理提出了要求。

煤与瓦斯突出；危险性；区域预测

1 研究背景

煤与瓦斯突出是矿井生产中遇到的一种极其复杂的矿井瓦斯动力现象，其特征是在极短的时间内由煤体向巷道或采场突然抛出大量的煤炭，并涌出大量瓦斯的一种动力现象。喷出的煤与瓦斯具有冲击波的性质，可造成煤炭掩埋人员、摧毁井下设施，喷出的瓦斯可能造成人员窒息，若遇到火源，有可能形成瓦斯爆炸，继而引发煤尘爆炸，摧毁工作面甚至整个矿井，相对于其他的矿井动力灾害，煤与瓦斯突出的危害更大，有效治理更加困难。

我国是世界上煤与瓦斯突出灾害发生最为严重的国家之一，尤其以辽宁、湖南、山西、黑龙江、江西、贵州、河南、四川、吉林、安徽、河北等最为严重。近年来随着煤矿开采深度不断增加和开采机械化程度的提高、开采力度加大，煤与瓦斯突出的事故发生的次数和强度有增大趋势。

东曲矿为西山煤电集团公司下属矿井，也面临煤与瓦斯突出威胁。掌握东曲矿9#煤层瓦斯赋存规律以及预测井田范围内不同区域的9#煤的突出危险性，成为该矿开拓、开采9#煤所面临的问题

2 区域预测方法

根据东曲矿实际情况，采用煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析方法对9#煤层的突出危险性进行预测。采用该方法进行区域预测按照下列要求进行：

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20 m(埋深)及以下的范围为突出危险区。

3) 在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1预测。

表1 根据瓦斯压力或含量进行区域预测的临界值表

3 区域预测指标测定方案及测定结果评价分析

3.1 预测指标测定方案

东曲矿开拓前后预测范围为同一地质单元，根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，在该单元内沿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。

根据东曲矿现有开拓开采情况，初步确定在28206低抽巷、东翼轨道巷、八采区Ⅱ号区域预抽巷、28804低抽巷布置8个测点共计施工16个钻孔测定煤层瓦斯压力。其中，沿煤层大致走向在28206低抽巷、东翼轨道巷、八采区Ⅱ号区域预抽巷、28804低抽巷布置5个测点，沿煤层大致倾向在28206低抽巷、东翼轨道巷、28804低抽巷布置6个测点(东翼轨道巷与28206低抽巷3个测点共用)，相关区域未受到采动卸压或抽采影响，具备行业标准《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》(AQ/T 1047-2007)规定的测压条件。

3.2 预测指标测定方法

煤层原始瓦斯压力的测定按行业标准《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》(AQ/T 1047-2007)的规定进行，采用注浆封孔、主动式测压方法。

封孔材料采用水泥浆，补偿气体为氮气，测压装置包括测压管、注浆管(四分镀锌钢管)、管道附件及三通阀、压力表等，注浆设备为注浆泵。

在巷道中选择适宜地点布置测压钻孔，钻孔直径宜为75～94 mm，钻孔施工好后，按以下步骤进行封孔、测定工作：

1) 将测压管安装在预定的封孔深度，用聚氨酯封堵孔口并安装好注浆管。

2) 根据封孔深度确定水泥的使用量，按一定比例配制好封孔水泥浆，用注浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内。

3) 将补偿气体氮气通过测压三通阀注入，注气压力应为预计的煤层瓦斯压力的0.5倍。

4) 观测记录钻孔的压力值5～10 d，当煤层瓦斯压力大于4 MPa时，则需10～20 d，直到瓦斯压力值在3 d内的变化小于0.015 MPa时方可结束观测。

3.3 测定钻孔布置

预测范围内上部2#、4#煤层已基本回采完毕，但2#、4#煤层距9#煤层距离较远(4#煤层距9#煤层60～70 m)，对9#煤层瓦斯赋存影响较小。为准确掌握9#煤层瓦斯压力分布情况，本次测定8个测点施工16个测压钻孔。测压钻孔孔径为75 mm，均为顺层钻孔，9#煤在钻孔施工过程中未发喷孔、顶钻等异常情况，钻孔施工完成后及卸压力表时无水溢出，钻孔竣工参数见表2.

表2 测压钻孔竣工参数表

3.4 预测指标测定结果

安装压力表后，每天观测煤层瓦斯压力，直至瓦斯压力稳定为止，待瓦斯压力稳定后，卸除压力表。

在现场测定9#煤层瓦斯压力的过程中共施工16个测压钻孔，各测压钻孔均测得了9#煤层的瓦斯压力。9#煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测工作使用的压力表由重庆市计量质量检测研究院进行了鉴定，各测压钻孔测得的煤层瓦斯压力值(表压)见表3.

表3 测压钻孔瓦斯压力测定结果表

3.5 预测指标测定评价

1) 煤层瓦斯压力测定方法评价。

a) 该测定区域沿煤层走向布置6个测点，沿煤层倾向布置4个测点，且开拓工程的最大埋深466 m处(八采区Ⅱ号区域预抽巷)布置有测点，该区域预测测点布置符合《防治煤与瓦斯突出规定》第四十四条关于开拓后区域预测测点布置的要求。

b) 经过井下勘察，测定区域9#煤层未进行抽采和人为卸压，为原始煤体；共施工了16个有效测压钻孔，采用注浆封孔、主动式测压法，封孔长度40～44 m，9#煤层瓦斯压力测定符合《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》第6条(测定地点选择原则)和7.2.3条(封孔深度要求)的规定。

因此，9#煤层瓦斯压力测定从选点、布点、封孔、测压等方法均满足相关规定及要求。

2) 煤层瓦斯压力测定结果评价。

从实测9#煤层的瓦斯压力结果来看，布置在9#煤层的16个测压钻孔均测出了9#煤层的瓦斯压力，最大瓦斯压力为1.05 MPa. 测定的瓦斯压力符合随埋深增加而增大、埋深相近测值相近的瓦斯赋存规律，客观地反映了测定区域9#煤层的真实瓦斯压力。

综合以上分析来看，该实测9#煤层瓦斯压力测定方法可靠，测定结果准确。

3.6 区域预测范围9#煤层瓦斯压力分布及预测

该区域预测布置了8个测点共计16个钻孔测定9#煤层原始瓦斯压力，对测定数据进行回归分析得到东曲矿9#煤层瓦斯压力与埋深的关系：

式中：

P—煤层瓦斯压力，MPa；

H—煤层埋深，m.

拟合曲线见图1. 由图1可见，9#煤层瓦斯压力与埋深具有较好的相关性。

图1 瓦斯压力与埋深拟合曲线图

3.7 其他指标测定情况

东曲矿在28804低抽巷、28206低抽巷掘进时处于9#煤层原始煤体内，未进行预抽及边掘边抽。巷道在掘进过程中实测工作面预测的几百个突出指标(钻屑瓦斯解吸指标K1与钻屑量S)均未有超标现象，见表4. 掘进期间未有瓦斯异常涌出，施工9#煤层预测指标测定钻孔的过程中也未出现过喷孔、顶钻等突出预兆，与实测瓦斯指标较低相符。

表4 其他指标测试结果表

3.8 区域预测结果综合分析

9#煤层开拓后预测范围基本为现有开拓开采巷道所圈定且具备开拓后区域预测条件的区域，区域内采掘工作面作业过程中未见有瓦斯异常涌出或其他动力现象，施工9#煤层抽采、预测钻孔的过程中也未出现过喷孔、顶钻等突出预兆。

在预测范围内布置了16个钻孔，基本均匀分布在预测区域，在开拓工程的最大埋深466 m处(八采区Ⅱ号区域预抽巷)布置有测点，且在该地点实测得到了开拓后区域预测范围内的最大瓦斯压力值为1.05 MPa. 由于东曲矿尚未考察过区域预测指标煤层瓦斯压力P的临界值，故煤层瓦斯压力取0.74 MPa作为区域预测指标临界值。预测9#煤层瓦斯压力小于0.74 MPa的区域为无突出危险区域，煤层瓦斯压力大于0.74 MPa的区域为突出危险区域。

4 结论与建议

4.1 结 论

东曲矿9#煤层突出危险性区域预测按照《防治煤与瓦斯突出规定》等规范、标准的要求，根据东曲矿9#煤层开拓开采情况合理划分预测范围，并在确定预测方法、指标及其临界值的基础上，对9#煤层瓦斯压力分布情况进行研究得到东曲矿9#煤层的煤与瓦斯突出危险性区域预测结论如下：

1) 总体上，东曲矿9#煤层在矿井北部、西部煤层埋深较浅，瓦斯压力较小，矿井南部、东部煤层埋深较深，瓦斯压力较大，瓦斯压力最大区域为13、14采区，总体上由西向东瓦斯压力逐渐增大，由北向南瓦斯压力逐渐增大。

2) 根据9#煤层瓦斯压力与埋深关系，绘瓦斯压力等值线图及区域预测结果图，煤层瓦斯压力小于0.74 MPa的区域预测为无突出危险区域，煤层瓦斯压力大于0.74 MPa的区域预测为突出危险区域。

3) 区域预测结果仅用于指导新水平、新采区的设计和新水平、新采区开拓工程的揭煤作业。

4) 根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，未来生产过程中的突出点及具有明显突出预兆的位置以上20 m(埋深)及以下的范围，无论该预测结果如何，应划为突出危险区。

4.2 建 议

1) 由于煤与瓦斯突出是一种非常复杂的动力现象，是否发生煤与瓦斯突出往往受多种因素的影响，东曲矿9#煤层在预测为无突出危险的范围内虽然预测指标(瓦斯压力)未超过煤与瓦斯突出危险性临界值，但一旦局部地区受构造等影响出现瓦斯涌出或压力异常增大、应力集中现象，则可能具有煤与瓦斯突出危险。因此，在开拓后区域预测为无突出危险区域进行采掘作业时，应严格按照《防治煤与瓦斯突出规定》的相关规定采用工作面预测方法进行区域验证；对无突出危险区进行区域验证时，只要有一次区域验证为有突出危险或超前钻孔等发现了突出预兆，则该区域以后的采掘作业均应当执行局部综合防突措施。经开拓前区域预测为无突出危险区的煤层进行新水平、新采区开拓过程中的所有揭煤作业应当采取局部综合防突措施。

2) 在生产过程中应加强地质构造的超前探测工作，超前探明煤层及地质构造赋存情况，预测为无突出危险区域的地质构造带附近50 m内、煤层赋存条件急剧变化带、采掘应力集中区突出危险性较大，应采取必要的探测、释放瓦斯的安全技术措施，防止瓦斯动力现象的发生，建议对这些区域按照突出危险区对待。

3) 在预测为突出危险区域内进行采掘作业时，按照《防治煤与瓦斯突出规定》的相关要求，应严格执行两个“四位一体”的综合防突措施(区域综合防突措施与局部综合防突措施)。

4) 9#煤层瓦斯基本参数相对较少，为保证矿井安全生产，建议在以后的生产过程中，应经常性测定9#煤层煤与瓦斯突出相关的瓦斯参数，加强煤层瓦斯赋存、瓦斯涌出等相关资料的整理分析，及时利用最新测定结果对瓦斯压力分布图和区域预测结果进行修正。

5) 按照《防治煤与瓦斯突出规定》第十四条要求编制防突专项设计。

[1] 徐 伟,华敬涛,张明杰.煤与瓦斯突出危险性区域预测[J].煤炭科技,2011(2):52-54.

[2] 别玉平,高军伟,魏风清.长虹公司二1煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测[J].中州煤炭,2007(4):80-82.

Hazardous Area Forecasting on Coal and Gas Outburst in Dongqu Coal Mine

YUAN Xiaxia

In order to evaluate the risk of coal and gas outburst at different zones in No.9 coal seam in DongQu coal mine, the detection range is reasonably divided according to the on site condition. Determining the prediction method and parameters and its critical value first, and then, collecting and analyzing the basic data of coal seam gas distribution to find the law of gas reserve, marking the areas as outburst or non-outburst according to the relevant risk degree, the practice is of positive guiding significance for mining, as well as for gas treatment.

Coal and gas outburst; Risk; Regional forecast

2017-02-23

袁霞霞(1979—)，男，山西静乐人，2012年毕业于黑龙江科技学院，助理工程师，主要从事煤矿井下一通三防瓦斯治理工作

(E-mail)14599608@qq.com

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1672-0652(2017)04-0031-05