孤岛高突工作面灾害成因及防治措施.pdf

2 0 1 1 年第 8 期 中州煤炭 总第 1 8 8 期 孤 岛高突工作 曲同犬上’l F 面灾害成 因及 防治措施 裴 刚 平煤股份 八 矿 ， 河 南 平顶 山4 6 7 0 1 2 摘要 煤与瓦斯突 出矿井孤 岛工作面开采容 易引发煤 与瓦斯 突出灾害 ， 必须寻 求有针对性 的防治措施 ， 以确 保 矿井安全 生产。通过分 析孤 岛工作面安全灾害 的情况 ， 认为煤 层厚度、 地质构造和 应力集中程度是诱 发煤 与瓦斯突出的主要因素。根据突 出灾害发生 的条件 ， 提 出了采用 松动爆破 、 预抽煤 层瓦斯 、 煤层 注水等措 施 防治煤 与瓦斯突 出， 为该工作面灾害 防治提供 了科 学的指导。 关键词 深部开采 ； 孤 岛工作 面； 矿井灾害 ； 诱 发 因素 中图分类号 T D 7 1 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 1 O 8一 O l 1 7一O 2 随着开采深度的不断增加 ， 煤 与瓦斯突 出矿井 煤层中地应力随之增加 ， 煤岩体 中聚积 的弹性能也 随之增加 ， 工作面发生煤与瓦斯突出的危险性增大。 煤岩层在高应力及采矿扰动 的情况 下突然发生破 坏 、 冒落或抛 出， 使能量 突然释放 ， 容易造成人身伤 亡 、 设备损坏等 ， 严重威胁矿井安全生产。针对平煤 股份戊。 一 1 2 1 6 0孤岛工作面的具体情况， 摸清该工 作面灾害发生的主要影 响因素 ， 找 出有针对性的预 测 预报 和治理 措施 ， 对 于实 现 该 工 作 面 的 安全 开 采 具有 重 大意义 。 1 工作面概况 戊 一 1 2 1 6 0工作面位于戊 二下延采 区西翼 ， 东 起采区下 山， 西至戊 四采 区上 山保护煤柱， 南邻已开 采完毕的戊 一 1 2 1 4 0工作面 ， 北邻戊 加- 1 2 1 8 0采空 区 ， 该工作面为孤 岛开采。戊 煤层瓦斯压力 1 ． 7 MP a ， 瓦斯含量 1 8 1 T I ／ t ， 为突出煤层 ， 煤层一般厚为 4 ． 3～ 4 ． 9 m， 平均厚 4 ． 5 m， 煤层倾角在 9 。 ～1 2 。 ， 平 均 1 O 。 ， 埋深 6 1 0～ 7 1 0 m。直接顶为砂质泥岩 ， 距煤 层 顶板 2 ． 2～ 8 ． 8 m为 戊。 煤 厚 0 ． 6 0 ． 9 r n ； 基本 顶 为细 砂岩 ； 直接 底为 泥岩 及砂 质泥 岩 ， 基 本底 为砂 质 泥岩 及粉砂 岩 。 2矿 井灾害成 因分 析 孤岛工作面灾害的成因与多种因素有关 ， 不 同 的地 质条 件有 不 同的 主导 因素 。通过 对工 作面 现有 地质条件分析研究 ， 得 出影 响该工作 面发生复合型 矿井灾害的因素有煤层厚度 、 地质构造 、 护巷煤柱 、 收稿 日期 2 0 1 1 0 31 2 作者 简介裴刚 1 9 8 1 一， 男 ， 河南 武陟人 ， 助理工程 师 ， 2 0 0 5年 毕业 于河南理工大学 ， 现从事科研 管理工作 。 应力集 中等。 2 ． 1煤 层厚 度 戊 煤层顶部为块状煤 厚 1 ． 0 m ， 中部为末 状煤 后 1 ． 2 m ， 下部为块状煤 ， 含 0 ． 2～ 0 ． 4 m厚 的不 稳定 夹矸 。煤 层 中软分 层 的厚度 对煤 与 瓦斯突 出的发生 有重 要 的影 响 ， 不 同 的煤 层厚 度对 发 生 突 出的影响又是不同的。根据资料统计 ， 厚为 48 m 的煤 层 比厚为 1～ 2 m 的煤 层 发 生 突 出的 次 数 高 6 倍 。同时依据图 1突出强度与煤层厚度关系 曲线， 戊 煤层厚一般为4 ． 3～ 4 ． 9 m， 突出强度 5 0～ 8 0 t 。 在煤层厚度变化较大 区域 ， 灾害发生的影 响程度会 更大 。 飘 丑 杈 2 5 0 2 0 0 1 5 O 1 0 o 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 煤层厚度， m 图 1 突 出强度 与煤层厚 度关 系曲线 2 ． 2 地质 构 造 地质 构 造 区 域是 灾 害 发 生 的重 点 区域 ， 地 质 构 造 区域地 应力 和 瓦斯 赋 存 的情 况 比较 复 杂 ， 在 采 掘 工程 中， 它们都是动力灾害发生 的重要 因素。如图 2所示 ， 在各种构造类型中， 软分层变厚突出强度最 大 ， 煤 层倾 角变 化 排第 二 ， 然 后是 煤 厚 变 化 和 断层 ， 无构造的突出强度较小 ， 构造突出强度是无构造的 突出强度的 4 ． 1～4 ． 7倍 。另外 ， 根据统计 ， 1 5 0余 次煤与瓦斯 突出都 与小构造 小 断层 、 小 褶 曲 有 关。戊 煤层中上部有软煤分层 ， 属于同时存在煤 与瓦斯突出和冲击地压 的非均质煤体 ， 另外孤 岛工 作面附近巷道共揭露断层 2 3条 ， 落差在 0 ． 3 3 ． 6 1 1 7 2 0 1 1 年第 8 期 中州煤炭 总第 1 8 8 期 m， 断层 附近 容易 引发 灾害 。 { 挝 醴 弭 镯 图 2突出强度与地质构造关 系曲线 造 2 ． 3 应 力集 中 该工作面为孤 岛开采 ， 上覆岩层作用在工作 面 煤 岩体 上产 生应 力 集 中 。随 着 煤层 埋 深 的增 大 ， 煤 柱 留设 尺寸 与其 成正 比增 加 。 煤岩体在高地应力作用下塑性降低 ， 弹性能增 加 ， 产生 微 破裂 ， 给 瓦斯解 吸膨 胀创 造 了条 件 。 由于 煤 体透 气性 差 ， 瓦斯不 能充 分 预抽 ， 存 在开 挖卸 载与 瓦斯解吸膨胀耦合作用 ， 在采矿活动扰动下 ， 地应力 导致煤及共生岩体产生解吸膨胀的高压瓦斯又成为 突出形成的助推力 ， 两者相互作用 。戊 。 一 1 2 1 6 0孤 岛工作 面 由于其 特 殊 开 采 条件 ， 地 应 力 和 瓦斯 压 力 均 较高 ， 由于煤体 透气 性 差 ， 瓦 斯 不 能有 效 预 抽 ， 存 在开挖卸载与瓦斯解吸膨胀耦 合作用 ， 容易诱 发煤 与瓦斯突出。其耦合关系如图 3所示。 匡 ． 圃圈垂 匣 I冲 击 地 压 l I 煤 与 瓦 斯 突 出 1 ． i ． ． ． 图 3 冲击与突 出耦合 关系 时允许进尺 5 0 m， 但无论 区域验证是否超标 ， 都必 须 执行局 部 瓦斯综 合 治理措 施 。 2 工作 面预测 。在煤层 中间布置 1排预 测 孔 ， 所有 预测 孔 预测 均不 超标 时 允许 进 尺 2 m， 工作 面验 证采 用 瓦斯 涌 出初 速度 q值 和钻 屑指标 法 Js 值 2个 指 标 。如果 预测 超标 ， 必须 在超 标孔 上 、 下各 1 0 m 共 2 0 m 范 围内执 行局部 防突措施 。 3 ． 2预 抽瓦斯 1 区 域 预 抽 瓦 斯 。采 用 本 煤 层 钻 孔 预 抽 瓦 斯 ①戊 加． 1 2 1 6 0工作面运输 、 回风巷布置顺层 钻 孔 ， 孔径 1 1 3 m m。②在高位中间巷向工作面戊 。 煤 层施工穿层预裂爆破钻孔 ， 预抽工作面本煤层钻孔 空 白带 瓦斯 。 2 工作 面 浅孔 预抽 瓦斯。作 为 区域补 充措 施 ， 在工作面直接布置 2排 2 j 8 9 m m的浅孔 ， 孔间距 1 ． 5 m。钻 孔每 打完 1个 ， 进 行 联 网抽放 ， 最 后 1个 孔 的联 网抽放 时 问不得 小 于 2 h 。 3 ． 3煤 层注水 在 回风 巷 往 下 2 0 m， 运 输 巷 往 上 2 0 m 采 面 范 围内布置 2排 2 j 8 9 mm 的注水 孑 L ， 孔间距 1 ． 5 m。 第 1排钻 孑 L 距 煤层 顶板 1 ． 8 m， 孔 深 1 0 m； 第 2排钻 孔距 煤层 顶 板 2 ． 6 m， 孔 深 1 6 ． 5 m； 抽 放 完毕后 进 行 煤体 注水 ， 直 至煤 壁 “ 挂汗 ” 或邻 近孔 出水 为止 。 3 ． 4松 动爆 破 戊。 ． 1 2 1 6 0工作面执行局部综合治理措施后 ， 在 回风巷往下 2 0 m、 运输巷往上 2 0 m采面中间每 隔 1 0 m 布 置 1 个 8 9 m m、 深 1 6 ． 5 m 的 震 动 爆 破 孔 ， 共计 1 6个松爆孔 ， 松动爆破孔第 1 天松爆 8个 ， 第 2天松 爆 8个 ， 第 3天 不松 爆 ， 3 d一循 环 ， 一循 环 允许进尺 6 m， 保 留 l O ． 5 m的松爆超前距。 3防治措施4结语 针对工作面易发生冲击地压和煤与瓦斯突出等 灾 害的情 况 ， 提 出区域 治理 措施 先行 、 局 部措 施补 充 的灾 害 防治思 路 。在 煤层 顶 板 1 0 m 位 置 内错 工 作 面回风巷 1 5 m布置高位尾巷 ， 治理工作面回采期间 的瓦斯 ； 在工作面 中部布置一 中问巷 与高位尾巷 同层位 ， 解决工作面穿层预抽空白带问题。 3 ． 1预 测预 报 1 区域 预 测 。在 工 作 面 每 推 进 5 0 m 进 行 2 次 区域验证 ， 在全工作 面范 围内煤层 中间布置 1排 区域验证孔 ， 区域验证采用瓦斯涌 出初速度 g值 和 钻屑指标法 s值 2个 指标 ， 2次 区域验证 均不超标 1 】 8 1 戊。 一 1 2 1 6 0工作 面开采深度 大， 戊。 煤层 厚 度较 大 且上部 有 软 煤 分 层 ， 属 于 同 时存 在 煤 与 瓦 斯 突 出的非 均质 煤 体 ， 工 作 面 附 近 发育 有 断 层 等 小 型地质构造 ， 该工作 面为孤 岛开采 ， 应力集 中程度 高 ， 这些因素易导致工作面发生煤与瓦斯突出。 2 采用预抽煤层 瓦斯 、 钻孔排放瓦斯 、 深孔松 动爆破等措施 ， 使孤 岛高突工作面煤层充分卸压 ， 降 低 了灾害 发生 的能 量 ， 煤 层 瓦斯 含量 、 瓦斯 压力 大大 降低 ， 符合 防治煤与瓦斯突 出规定 要求 ， 能够 实 现戊。 ． 1 2 1 6 0孤岛工作面的安全开采。 责任 编 辑 刘光 雨