纳佐煤矿煤与瓦斯突出危险性评估研究

卓华俊

(四川省煤炭设计研究院，成都 610000)

纳佐煤矿位于云南省富源县，隶属富源县竹园镇管辖，该矿为新建矿井，初期建设规模为45万吨/年，为中型矿井。矿井含煤地层为龙潭组，有M2、M6、M7、M8、M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21、M23b共12层煤，煤层倾角较小，一般为4°～8°。矿区为单斜构造，矿区工程地质类型为中等类型，矿井水文地质条件为中等类型，煤层自燃倾向性为Ⅱ类，煤尘有爆炸危险性。由于矿井地处恩洪矿区，该区多数煤矿均属高瓦斯矿井，同时考虑到纳佐煤矿周边矿井曾发生煤与瓦斯突出事故，因此有必要对纳佐煤矿煤与瓦斯突出危险性进行评估。

1 评估难点和方法

1.1 纳佐煤矿煤与瓦斯突出危险性评估难点

矿井为新建矿井，根据设计方案，投产时利用井筒及石门进行开拓准备，目前矿井施工有东行人斜井、主斜井、副斜井和回风斜井四个井筒，尚未布置主要石门等巷道揭穿煤层，没有办法大面积直接采集煤样进行煤与瓦斯突出危险性鉴定，因此其难点在于地质勘探钻孔测定煤层瓦斯含量钻孔数量少且规律性差，施工的井筒尚未揭穿煤层，在满足技术要求的条件下采用经济合理的手段，评估首采区域井巷施工即将揭露的煤层瓦斯突出危险性。

1.2 煤与瓦斯突出危险性评估方法

结合纳佐煤矿现状，主要有如下方法：

A.根据地质勘探资料及周边矿井的瓦斯压力和涌出规律，结合它们与纳佐煤矿的相对位置关系及瓦斯赋存的基本规律对煤层的瓦斯压力进行预评估，判断其是否具有发动突出的动力。此方法有两个缺点，一是现有地质勘探钻孔资料不齐，如ZK401、ZK004、ZK302等钻孔没有采集到M2、M6、M7等煤层煤样，无法进行分析；二是没有对纳佐煤矿各煤层充分取样，数据大部分均为推断，精确度不高，进而影响分析结果。

B.充分考虑纳佐煤矿井巷工程和煤层赋存倾角、地质构造等条件，合理设计不同高度、不同位置，并通过钻机施钻取样，对煤样的坚固性系数等瓦斯基础参数进行测定，以判断该煤层是否具有突出煤层的特征。

2 纳佐煤矿煤层瓦斯参数测定

瓦斯参数测定方案制定时应确保以下原则：一是对矿井首采水平以上可能揭露的平均厚度在0.3米以上的所有煤层进行突出性危险评估，考虑到M23b煤层最高开采标高低于+1 600 m，而矿井设计方案首采+1 600 m水平以上资源服务年限可达15年，因此暂不将M23b煤层纳入煤与瓦斯突出危险性评估范围；二是应对每层煤层均多点取样，并记录取样测点标高，根据地面地形线标高计算煤层埋深，为其余标高煤层瓦斯含量推算奠定基础；三是每一个测点均应布置2个以上钻孔，并保证钻孔有效性。每个钻孔均采用直接测压法测定煤层瓦斯压力和解析法测定瓦斯含量及气体成分；四是考虑施工方案的技术经济合理性，应尽可能确保工程量最省，效果最好。

根据纳佐煤矿现有巷道布置及煤层揭露情况，确定测定方案为：在现有的东行人斜井、回风斜井、副斜井、主斜井不同标高分别布置M2、M6、M7、M8、M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤层测点，由具有相关资质和技术能力的昆明煤炭科学研究所负责参数测定工作，实际共施工了110个钻孔，均为有效钻孔，实际钻孔施工距离合计24 567 m，共测得120组有效现场瓦斯压力值，各煤层分别采取5组煤样送实验室测定煤的瓦斯放散初速度△p和煤的坚固性系数f等参数，采样地点为东行人斜井、回风斜井、副斜井和主斜井。

3 煤与瓦斯突出危险性评估

3.1 瓦斯地质法评估各煤层煤与瓦斯突出危险性

瓦斯地质法评估按照下列要求进行：a.煤层瓦斯风化带为无突出危险区域。b.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，采用瓦斯地质分析方法划分出突出危险区。c.除此以外的范围应当根据煤层瓦斯压力 P 和煤层瓦斯含量 W进行预测，并根据试验考察确定，在确定前可暂按表1预测。

表1 区域预测的临界值

由于该矿井深部区域无巷道系统，不能直接测定+1 600 m水平煤层瓦斯压力和瓦斯含量，只能根据各煤层的测定水平瓦斯压力进行推算，瓦斯含量是根据瓦斯压力进行计算，预测结果见表2。根据预测可知，纳佐煤矿M2、M6、M7、M8煤层在+1 600 m标高及以上范围的煤层瓦斯压力均小于0.74 MPa，因此可采煤层M2、M6、M7、M8煤层在+1 600 m及以上范围为非突出煤层。而M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤层在+1 600 m标高及以上范围的煤层瓦斯压力均大于煤层瓦斯压力的突出预测临界值0.74 MPa，可以认为可采煤层M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤层在+1 600 m及以上范围为突出煤层。

表2 纳佐煤矿煤层瓦斯压力及预测结果

3.2 单项指标法评估各煤层煤与瓦斯突出危险性

评估煤与瓦斯突出危险性的单项指标为四个，分别是煤的破坏类型、煤的坚固性系数、煤的瓦斯放散初速度、煤层瓦斯压力，只有全部指标达到或者超过其临界值时方可划为突出煤层，各单项指标的临界值见表3所示，评估水平纳佐煤矿各煤层的单项指标值见表3。

表3 评估煤层突出危险性单项指标临界值

据表2、3数据，参照《防治煤与瓦斯突出细则》第11条规定：煤层的突出危险性可由鉴定机构结合直接法测定的原始瓦斯含量等实际情况综合分析确定，但当f≤0.3、P≥0.74 MPa，或0.3

4 结论与建议

(1)采用瓦斯地质法和单项指标法评估结论相同，即纳佐煤矿M9、M11、M14、M15、M16、M19、M21煤层在+1 600 m标高及以上范围具有突出危险性，为突出煤层。其他可采煤层M2、M6、M7、M8煤层在+1 600 m标高及以上范围无突出危险性，为非突出煤层。因此纳佐煤矿为煤与瓦斯突出矿井。

(2)建议计算瓦斯抽采基本参数、矿井瓦斯储量及可抽量，预算矿井瓦斯涌出量，对矿井进行了瓦斯抽采的可行性和必要性分析，确定瓦斯抽采方法，通过采集临近矿井卸压角数据，结合纳佐煤矿煤层层间距、煤层厚度情况，从矿井投资效益、保护层卸压效果等方面对纳佐煤矿首采保护层进行方案比较，确定首采保护层，对保护范围进行研究，并制定石门和掘进工作面揭煤的局部防突措施。