急倾斜煤层群突出规律及防突对策研究

陈国红 王中华 孙娈娈

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室, 重庆市沙坪坝区，400037; 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司, 重庆市沙坪坝区，400037; 3.重庆市科能高级技工学校, 重庆市沙坪坝区，400037)

★ 煤矿安全 ★

急倾斜煤层群突出规律及防突对策研究

陈国红1,2王中华1,2孙娈娈3

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室, 重庆市沙坪坝区，400037; 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司, 重庆市沙坪坝区，400037; 3.重庆市科能高级技工学校, 重庆市沙坪坝区，400037)

为探究急倾斜煤层群的防突对策，以巨源煤矿21次突出事故为例，将9个突出煤组按煤种分为贫煤和瘦煤，分别从煤层厚度、煤层倾角、埋深、地质构造等影响因素分析了突出规律；并提出了建立防突管理体系、完善防突技术体系和探索防突新技术的防治对策。

急倾斜煤层群 影响因素 突出规律 防治对策

巨源煤矿开采极为复杂的急倾斜煤层群，开采煤组有12个，各组煤层均不稳定，煤层厚度变化大，结构复杂，出现分叉、尖灭和倒转等现象，属鸡窝状、串珠状煤层。煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高，煤层松软，透气性差，煤与瓦斯突出(以下简称“突出”)十分严重，历史上共发生突出21次。矿井进入深部开采后，突出危险越来越大，突出机理更趋复杂。为此根据矿井已发生的突出事故，研究突出规律及防治对策，为确保矿井安全生产及类似条件矿井防突具有重要的指导和借鉴意义。

1 矿井概况

巨源煤矿位于萍乡市西南，设计生产能力0.45 Mt/a，井田面积5.57 km2，开采标高为+30～-450 m。矿井为突出矿井，自建井以来发生过21次突出。所采煤层突出危险性大，实测最大瓦斯压力为2.5 MPa，最大瓦斯含量为13.7 m3/t，煤层透气性系数为0.0023～0.0498 m2/(MPa2·d)。历年的矿井瓦斯涌出量均较大，最大绝对瓦斯涌出量为70 m3/min，最大相对瓦斯涌出量为17 m3/t。

矿井采用立井—斜井联合开拓，共分为4个水平，一水平(-30 m)已开采结束；二水平(-130 m)为辅助水平，采用立井开拓；三水平(-205 m)为主要生产水平，采用暗斜井开拓；四水平(-330 m)延伸设计采用立井开拓，目前开采三水平，准备四水平。采煤方法有走向短壁、水平分层和柔性掩护支架采煤法，采用全部垮落法管理顶板。矿井通风方式为中央边界式，主通风机工作方法为抽出式，主、副(立)井进风，冬瓜槽井回风。井田为一组近于NE倾伏的不完整向斜，次级褶曲断裂发育，并发育滑覆构造，构造表现形式以断层为主，褶皱处于次要地位，走向断层多以逆断层为主，倾向断层则以正断层为主，且倾向断层切割走向断层，倾向断层的落差要大于走向断层。

2 煤层瓦斯赋存特点

2.1 煤层情况

井田煤系属上三叠系安源煤组(T3A3)，含煤地层厚度变化很大，总厚度为239～737 m，一般厚度为450 m，含煤系数为3.56 %。矿井自下而上划分为12个煤组，其中可采煤组10个(1、5煤组不可采)，主要可采煤组有8个，分别为4、6、7、8、9、10、11、12煤组，各组煤层均不稳定，每组有可采煤层1～3层，煤层厚度0～38.65 m，倾角25°～85°，结构复杂。各煤组中的煤层顶、底板岩性多为泥岩、细粉砂岩，少数为炭质泥岩。主要可采煤组基本情况见表1。

表1 主要可采煤组基本情况

2.2 煤层瓦斯参数

巨源煤矿主要可采煤组的瓦斯参数情况如表2所示。

表2 主要可采煤组瓦斯参数

由表2可得，突出煤层的瓦斯压力为1～2.5 MPa，瓦斯含量为8.4～13.7 m3/t，煤的坚固性系数为0.15～0.3，煤层透气性系数为0.0023～0.0498 m2/(MPa2·d)，煤的吸附常数a为19.27～32.4698 m3/g，煤的吸附常数b为0.4995～1.42 MPa-1。由此表明煤层瓦斯压力大、瓦斯含量高、煤层松软、煤层透气性差，煤体吸附能力强。

3 突出规律分析

3.1 突出特征分析

巨源煤矿21次突出事故中，有9个煤组发生过突出，即1、3、4、6、7、8、10、11、12煤组，其中1、3、4、6、8煤组为贫煤，7、10、11、12煤组为瘦煤，将突出按照煤种统计，基本情况见表3。

表3 按煤种分类突出情况表

由表3可知，在21次突出中，贫煤突出11次，占52.4%；瘦煤突出10次，占47.6%。贫煤以突出为主，而瘦煤以倾出为主，突出强度均较小，最大突出强度分别为186 t、170 t。由此表明，突出以地应力和瓦斯压力为主要影响因素，而失稳煤体的自重力为次要因素。

3.2 突出影响因素分析

通过对突出次数统计，分析突出的影响因素主要有突出诱因、突出地点、地质构造、突出煤量、埋深、煤层厚度、煤层倾角等。按煤种分类突出诱因、突出地点、地质构造3个影响因素情况见表4，突出煤量、埋深、煤层厚度、煤层倾角4个影响因素情况如图1所示。

由表4可知，贫煤和瘦煤突出主要诱因均为放炮，分别占60%、55%；突出地点均以煤巷、上山岩巷为主；贫煤突出多发生在断层的区域，瘦煤突出多发生在褶皱变化处。

表4 按煤种分类突出影响因素

图1 突出影响因素

由图1可知，贫煤突出强度全部大于瘦煤；突出发生在埋深147～312 m之间，贫煤突出埋深基本上均小于瘦煤；贫煤突出倾角基本上均大于瘦煤；贫煤的突出煤层厚度多数为4～14 m，瘦煤突出煤层厚度多数为3～5 m，即贫煤突出煤层厚度大部分大于瘦煤。表明贫煤较瘦煤的突出危险性大。

3.3 突出危险性分析

对9个突出煤组的突出次数和突出强度进行统计，如图2所示。

由图2可知，贫煤中3煤组的突出强度最大，6煤组的突出次数最多；瘦煤中的11煤组的突出强度最大，12煤组的突出次数最多。由此表明3、6、11、12煤组的突出危险性较其他煤组的突出危险性大。

图2 不同煤组突出情况

4 突出防治对策

4.1 建立防突管理体系

(1)建立由矿长领导下的总工技术负责制，即矿长是第一责任人，矿总工是技术责任人，各个部门负责人、区(队)长、班组长对管辖范围内防突工作负直接责任，防突人员对所在岗位的防突工作负责。

(2)各级管理人员和井下工作人员必须接受防突知识的培训，方可上岗作业；并定期进行安全、防突培训，提高人员安全意识和防突技术水平。

(3)不同煤层瓦斯地质条件差异性较大，应不断深化对不同煤层的瓦斯地质及其开采技术条件的突出机理认识，并建立瓦斯地质研究小组。

(4)矿井突出发生与断层、褶曲、煤层厚度变化等地质构造密切有关，应加强断层附近的地质探测，并建立地质测量组。

4.2 完善防突技术体系

(1)优化采掘部署，完善矿井的通风系统、瓦斯监测系统、供电系统。

(2)矿井采用煤层群开采，优先选用保护层开采，并采用瓦斯立体抽采技术。

(3)由于矿井可采煤层均为突出煤层，保护层应优先选择上保护层且突出危险性小的煤层，但开采前须采取防突措施。开采保护层时，应考察保护层的保护效果；根据保护效果进行卸压瓦斯抽采，抽采时可以“一巷多用”，即在具备条件时可同时抽采上邻近层及下邻近层的瓦斯。

(4)针对不同类型(煤巷、本煤层、揭煤)防突，采用不同抽采方式，建立顺层钻孔和穿层钻孔相结合的立体抽采技术；并严格设计防突钻孔施工参数，建立竣工参数台账和监管验收制度。建立工作面瓦斯立体抽采技术，工作面采空区和邻近层采用高抽巷、倾向大直径钻孔等抽采技术。

4.3 探索防突新技术

(1)由于矿井煤层透气性系数差，且为急倾斜煤层群，可以根据不同地质条件，试验使用深孔预裂爆破、水力扩孔、水力压裂等卸压增透措施，提高煤层瓦斯抽采效果。

(2)由于煤层群赋存复杂、突出危险性大，可以探索试验煤层群条件下的地面钻井抽采技术，此技术可以同时起到抽采开采层采空区及邻近煤层瓦斯和探测煤层赋存的作用。

(3)高抽巷能起到一定的防突作用，但成本高，可研究使用顶板走向长钻孔的防突措施。

(4)针对煤层松软、施工顺层钻孔出现喷孔、垮孔、卡钻等极其困难问题，可以试验使用松软突出煤层顺层钻孔螺旋钻进装备和可减弱喷孔、垮孔的风力排渣钻进工艺。

5 结论

(1)分析表明矿井的贫煤较瘦煤突出危险性大，贫煤中3、6煤组和瘦煤中的11、12煤组的突出危险性较其他煤组大，据此可为矿井煤层开采顺序和保护层选择提供依据。

(2)针对矿井突出规律及实际情况，提出了有针对性的防突对策，对矿井的安全生产及类似条件矿井防突具有重要的指导和借鉴意义。

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Researchonoutburstlawsandcountermeasuresinsteepcoalseamgroup

Chen Guohong1,2, Wang Zhonghua1,2, Sun Luanluan3

(1. State Key Laboratory of Gas Disaster Detecting， Preventing and Emergency Controlling, Shapingba, Chongqing 400037, China; 2. China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Shapingba, Chongqing 400037, China; 3. Chongqing Keneng Senior Technical School, Shapingba, Chongqing 400037, China)

In order to study countermeasures in steep coal seam group, taking 21 coal and gas outburst accidents of Juyuan Mine as examples, nine outburst coal seam groups were divided into meagre coal group and lean coal group. The outburst laws were analyzed from the aspects of influencing factors including coal seam thickness, coal seam dip angle, burial depth and geological structure. It was proposed that countermeasures by establishing prevention outburst management system, outburst prevention technique system and exploring new technology of outburst prevention.

steep coal seam group, influencing factor, outburst laws, countermeasures

国家重点研发计划项目课题(2017YFC0804206)

陈国红，王中华，孙娈娈.急倾斜煤层群突出规律及防突对策研究[J].中国煤炭，2017,43(10)：105-108.

Chen Guohong, Wang Zhonghua, Sun Luanluan. Research on outburst laws and countermeasures in steep coal seam group[J]. China Coal, 2017，43(10):105-108.

TD713

A

陈国红(1978-)，男，甘肃兰州人，高级工程师，硕士，主要从事煤矿瓦斯突出防治安全技术与工程的研究工作。

(责任编辑 张艳华)