魏家地煤礦斷層組構造影響帶內突出煤層綜放工作面解突對策

摘要：突出煤層進行綜放開采的主要難題是開采前的解除突出危險性工作，本文通過對魏家地礦井F1-2斷層組構造影響帶內的突出煤層綜放工作面實施穿層鉆孔預抽煤層瓦斯、穿層鉆孔預抽F1-2斷層組構造影響帶瓦斯、穿層鉆孔配合順層鉆孔抽放煤層瓦斯等對策，有效的解除了布置在斷層組構造影響帶內突出煤層綜放工作面的突出危險性，為今后綜放開采斷層組構造影響帶內突出煤層提供了技術保障。

關鍵詞：斷層組構造影響帶 突出煤層 綜放工作面 解突對策

1 礦井及工作面概況

1.1礦井概況

魏家地礦井是一對于1989年12月投產，設計生產能力為150萬噸/年、服務年限105年的煤與瓦斯突出礦井。井田走向長8.5Km,傾斜寬2.5Km,井田面積21.25Km2,可采儲量2.32億噸。礦井移交生產時僅投產一個采區兩個工作面，為分層綜采和炮采，所采煤層為一層煤，三層煤為配采層，一層煤瓦斯含量為9.22～10.17m3/t，煤塵具有爆炸危險，爆炸指數29.25%，煤層自燃發火期4～6個月。采煤方法改革后，實現了綜放開采，礦井生產能力達到了100萬噸以上。礦井從建井至今，共發生14次煤與瓦斯突出（建井9次，生產5次），其中有3次發生在F1-2斷層破壞帶。南一、二號回風斜井建井時發生的3次突出為典型的斷層帶煤與瓦斯突出，順槽掘進和采煤工作面尚未發生過突出現象。

1.2工作面概況

102東綜放工作面位于西一采區南部，東部為采區保護煤柱，北部為101-2工作面，南為F1-2斷層組構造影響帶，工作面走向長630m，傾斜寬125m，煤層厚度平均14.99m。工作面開采煤層為一層煤，煤層瓦斯含量為10.17m3/t,工作面瓦斯儲量為2197.94萬立方米，開采標高為1296m～1242m之間，地表標高1660m左右，工作面地質構造復雜，南部穿過F1-2斷層組構造影響帶，F1-2斷層組為一掩蓋滑動性的收斂斷層組合，走向N50～60°W，傾向南西，中深度平緩，淺部變高大呈陡立狀，斷層破碎帶寬，由淺入深對煤層造成不同程度的破壞，且形成的構造影響帶是發生煤與瓦斯突出的頻繁地帶。F1-2斷層構造見圖1。

2 問題的提出

魏家地礦井開采深度距地表600m，且煤層具有突出危險性，工作面又布置在F1-2斷層組構造影響帶內的原始煤層中，煤質破碎，煤的空隙、裂隙發育，由于煤層及頂、底板透氣性差，而使煤層處于封閉狀態，瓦斯不易逸散。因此，構造帶內瓦斯含量高，容易發生突出，給掘進回采帶來及為不利的條件，解除工作面突出危險是進行綜放開采斷層組構造影響帶煤層的關鍵所在。

3 解除綜放工作面突出危險性的對策

3.1預抽煤層瓦斯

3.1.1穿層鉆孔抽放煤層瓦斯

102綜放工作面有兩條101-2工作面的回風石門橫穿而過，利用兩條石門布置穿層抽放孔，每條石門布置5個鉆場，鉆場間距20m，每個鉆場布置9個鉆孔穿透煤層全厚，孔深均為75m，終孔間距5m，鉆孔在煤體中形成網格狀，提前三年時間進行預抽放。1260一石門抽放量為0.389m3/min,1260二石門抽放量為1.2002m3/min。

3.1.2穿層鉆孔抽放F1-2斷層帶瓦斯

1260回風中巷位于F1-2斷層影響帶內的三層煤底板巖石中，在巖石中巷內間隔25m布置抽放鉆場，每個鉆場布置4個鉆孔，施工穿層抽放孔96個，鉆孔穿透三層煤和一層煤全厚，孔深為65～78m之間，采用密集鉆孔提前兩年時間抽放F1-2斷層影響帶瓦斯，減輕斷層帶內高瓦斯對工作面解突的影響。根據測定，1260東中巷抽放量為2.1318m3/min,穿層鉆孔可以達到先抽后掘、邊掘邊抽和工作面形成后長期抽放瓦斯的效果。穿層鉆孔見圖2

3.1.3穿層鉆孔配合順層孔抽放工作面煤體瓦斯

102綜放工作面靠近1260二石門穿層抽放釋放范圍以東70米原始煤層，在1260東探巷施工了12個鉆孔進行順層抽放，抽放量為1.0428m3/min。在1150東中巷延伸段向該區域布置4個鉆場，每個鉆場平均3個孔進行穿層抽放，抽放量為1.068m3/min 。工作面掘進結束通風系統調整后，在回風順槽內布置了順層鉆孔抽放，鉆場間距20m，每個鉆場布置4個鉆孔，平均孔深65m，順層抽放鉆孔布置見圖3，抽放濃度為42～45%，抽放純量為1.2～1.4m3/min。所有抽放鉆孔布置見平面圖4 。3.1.4煤層瓦斯抽排率

102東綜放工作面2002年3月16日掘進結束，根據各區域抽放和巷道掘進期間風排瓦斯總量，計算出的工作面煤層瓦斯抽放率達到45.26%，共計抽排瓦斯1119.315萬立方米，其中102東中巷抽放F1-2斷層組構造影響帶瓦斯124.495萬立方米，抽放102工作面煤層瓦斯994.82萬立方米。

3.2煤層注水

煤層注水能促使煤體瓦斯解析，降低煤體彈性模量，增強煤體的可塑性，使煤體內應力分布均勻，提高瓦斯的釋放速率。

3.2.1回風順槽下行鉆孔注水

回風順槽掘進結束后，在回風順槽施工了煤層下行注水鉆孔，鉆場間距20m，每個鉆場4個孔，平均孔深65m。鉆孔施工到回風順槽抽放孔處時，為保持超前50m注水距離，利用抽放孔下行注水，工作面開采前共注入水量2257.2m3，注水后煤層水份為4.8%，噸煤注水量0.027m3/t 。根據測定,注水單孔流量為0.15～0.24m3/h,鉆場流量為0.3～0.5m3/h。

3.2.2運輸順槽上行鉆孔注水

由于102工作面斜長125m，回風順槽注水不能達到工作面煤體整體濕潤效果，因而在運輸順槽施工了上行注水鉆孔，鉆場間距20m，每個鉆場4個孔，平均孔深60m，且運輸順槽與回風順槽注水鉆場錯距10m布置，注水后單孔注水量為0.12～0.18m3/h,鉆場流量為0.28～0.34m3/h,至工作面開采前共注入水量866.8m3，煤層上、下行注水鉆孔布置見圖4

通過實施煤層上下、下行鉆孔注水，使工作面煤體得到整體濕潤，起到了很好的解突作用。上、下行鉆孔注水的具體參數見表3-1。

表3-1 102工作面上、下行鉆孔注水參數表

鉆孔形式 加壓方式 鉆孔長度（m） 鉆場間距（m） 鉆場孔數（個） 封孔深度（m） 注水壓力(Mpa) 鉆孔流量(m3/h)

鉆場流量(m3/h) 注水超前距離(m) 超前注水時間(天) 鉆孔注水量(m3) 鉆場注水量(m3) 噸 煤注水量(m3)注水后煤層水
份(%)下行孔 靜壓
65
20
4
5
2.5
0.15
0.5
50
30
108
360
0.027
4.8

上行孔
靜壓
60
20
4
5～8
2.8
0.12
0.34
50
30
86.4
244.8
0.02
4.5

表3-2 102工作面測壓結果匯總表

序號
測定

時間
測定

地點

(工作面)
測點標高
煤層
瓦斯壓力MPa
測定方法及儀器儀表
備注

標高 (m)
垂深(m)

1
2000.3.17
1260東探巷

(102)
1282
358
一層煤
0.25
聚胺脂藥卷水泥砂漿
抽放后殘余瓦斯壓力

2
2000.5.8
1260二石門

(102)
1260
380
一層煤
0.35
聚胺脂藥卷水泥砂漿
抽放后殘余瓦斯壓力

3
2001.8.21
1150東巷

(102)
1150
490
一層煤
0.19
ACW-1型煤層瓦斯壓力測定儀
抽放后殘余瓦斯壓力

表3-3 靖煤公司煤樣化驗測定報告表

編號
送樣單位
取樣地點
煤層
Wf
Ag
Vr
f
△p
假比重
真 比重
孔隙率

05
魏家地礦
1150東巷三號材上二號孔
一層煤
1.38
25.13
24.14
0.625
6
1.54
1.62
4.94

3.3突出危險性評價

3.3.1預抽煤層瓦斯解突的效果檢驗

預抽煤層瓦斯解突的效果檢驗在煤巷掘進時進行，檢驗方法為掘進工作面突出危險性預測。

102東綜放工作面煤巷掘進時，頂板巷超前回風順槽30m掘進，預抽煤層瓦斯的效果檢驗在超前掘進的頂板巷和頂板巷以外的回風聯絡巷段進行，檢驗方法采用鉆屑指標法，運輸順槽掘進在101-2工作面開采釋放范圍內，可不進行預測。

頂板巷掘進80m后每天測定一次，即約4m測定1次，共測定158次,在測點距巷口200m處測得最大鉆屑量Smax為3.7Kg/m,585m處測得鉆屑解析指標K1最大為0.375ml/g.min1/2,未超過突出臨界值。

回風順槽掘進距中間聯絡巷348m處出現煤爆聲，工作面冒頂1次，又將回風順槽和頂板巷同步預測，共測定87次，在488m處測得最大鉆屑量Smax為3.9Kg/m,585m處測得鉆屑解析指標K1最大為0.445ml/g.min1/2未超過突出臨界值。

3.3.2巷道揭煤及工作面回采前解突效果檢驗

102綜放工作面有1260東探巷和1150東三材上兩處斜巷揭煤，揭煤前進行了煤層瓦斯壓力測定，利用綜合指標法進行了突出危險性預測。工作面回采前在1260二石門四鉆布置了穿層鉆孔，在工作面中心穿透一層煤全厚，測定了抽放及注水后殘余瓦斯壓力，測壓結果見表3-2。

在施工測壓鉆孔時，取煤樣送靖煤公司測試中心化驗測定煤樣水份（Wf），灰分（Ag），揮發份（Vr），真假比重，孔隙率（K），瓦斯放散初速度（△P），煤的堅固性系數（f），詳見表3-3。區域突出危險性測定結果見表3-4。

由于瓦斯抽排率達45.26%,經用鉆屑指標K1、Smax、綜合指標D、K和單項指標P、f、△p等值判定均屬無突出危險工作面，靖煤公司批準了以上結論。現在該綜放工作面通過在回采中更進一步采取瓦斯治理措施，已經安全回采結束，回采斷層組構造影響帶內煤量130萬噸，取得了良好的經濟效益，為今后開采斷層組構造影響帶內突出煤層回收表外儲量提供了技術保障。

結論

在煤與瓦斯突出礦井的突出煤層斷層組構造影響帶內的原始煤層中進行綜放開采是可行的，但是必須提前對要布置工作面的煤層突出危險區加大對瓦斯的抽排力度，在開采前必須經長期有效的抽放卸壓，排除工作面煤層的突出危險性.

作者:焦存福 賈鈞 王青旦 所在單位:靖遠煤業公司