平顶山矿区煤与瓦斯突出特征及对策

学术论文 2008-05-19 11:13:50

    摘 要 分析了平顶山矿区历次煤与瓦斯突出发生的地质条件、动力特征和突出成因类型。针对矿区煤与瓦斯突出特征提出了应加强突出预测预报、瓦斯抽放、采掘工程管理和提高职工素质的综合治理对策,并建议在深部开采中加强对中型及大型突出的预报和防治。
    关键词 煤与瓦斯突出 预测预报 综合治理

1 概述
  平顶山矿区含煤地层有晚石炭世的太原组,二叠纪的山西组、下石盒子组和上石盒子组的下段,现主采煤组为二叠纪的丁组、戊组、己组,待采煤组为上石炭统的庚组,煤田保有储量74.1亿t,是中南最大的烟煤基地,现有生产矿井11对,在建矿井1对,矿区原煤产量超过2 000万t/a,矿井呈东西向分布。最早有记录的突出是1984年发生在平顶山八矿戊9-10煤层中的突出,之后在十二矿、十矿、五矿、四矿发生了突出,目前有5对突出矿井,3个主采煤层都有不同程度的突出,累计55次突出共突出煤量3 000多t、瓦斯量超过210 000 m3,掘进工作面最大的突出一次突出煤量478 t、瓦斯量40 217 m3,回采工作面最大的突出一次突出煤量450 t、瓦斯量22 000 m3。多年来瓦斯问题一直威胁着矿区的安全生产,成为安全生产的重大隐患,对瓦斯突出特征和防突对策的研究是集团公司生存与发展的需要。
2 平顶山矿区煤与瓦斯突出特征
2.1 煤与瓦斯突出点地质特征
  对矿区内历次煤与瓦斯突出点地质构造性质、煤体结构类型、突出煤层、突出点标高和垂深等因素的统计结果(表1)表明,瓦斯突出点有如下地质特征:
  (1)按突出深度划分,在400 m以上发生突出12次,400~500 m之间发生突出22次,500 m以下已发生突出21次,随煤层开采深度增加,煤层瓦斯突出危险性增加。不同煤层始突深度不同,戊组煤始突深度为420 m,己组煤始突深度为340 m。己组煤层已发生突出36次、戊组煤层发生突出15次,己组煤层比戊组煤层突出严重。造成这种现象的主要原因是己组煤在戊组煤层之下,己组煤层的瓦斯保存条件较好。
  (2)煤和瓦斯突出分布受地质构造控制,在55次突出中有43次突出发生在矿井构造小断层附近,占突出总数的78%,而且突出点煤层层理紊乱,煤体结构破坏严重,突出点构造煤厚度增加。尤其是中小型地质构造及构造尖灭端突出集中分布,如十二矿160采区受牛庄逆断层尖灭端的影响,己15-17—16101采面掘进时发生10次突出。八矿己三采区受辛店正断层尖灭端影响,己15-17—13170采面掘进时发生8次突出。两个采面受到两条断层的影响,形成矿区内两个高突面。
  (3)煤和瓦斯突出分布有区域性,在东矿区发生突出44次,占突出总数的80%,西区的五矿发生过7次突出,中区四矿发生过4次突出,突出的分区与矿区构造分区相一致。东区位于矿区构造李口向斜南西翼向轴部的过渡地带。五矿位于矿区内最大的断裂构造带锅底山断层的影响区。
  煤与瓦斯突出点地质条件统计见表1。

表1 煤与瓦斯突出点地质条件统计表

2.2 煤与瓦斯突出的动力特征
  对矿区内历次突出中反映动力特征的突出煤量和瓦斯量、煤的抛出距离和堆积角、分选性、突出孔洞形态和深度、突出类型等特征的统计结果(表2)表明,矿区内煤与瓦斯突出动力特征如下:

表2 煤与瓦斯突出动力特征统计表  次

  (1)从突出规模看,小于100t/次的突出有47次,占突出总数的85%,100~500 t/次的突出有8次,已发生的突出以小型突出为主,中型突出较少,没有大型突出。从突出类型看,煤与瓦斯压出类型为42次,占突出总数的76%,倾出类型为8次,突出类型只有5次,而且多数的突出煤无分选性,煤抛出距离多在10m内。这些动力特征表明,目前已发生的突出动力效应较小,没有对矿井生产系统造成大的破坏。
  (2)突出在不同采掘施工中的分布不同,煤巷掘进工作面发生突出49次,综采工作面内发生突出仅有6次,煤巷掘进中的突出次数占89%;在平巷中发生突出36次,上山中发生突出9次,下山中发生突出4次,回采工作中发生突出6次。突出在不同生产工序中的分布表现为放炮后发生突出25次,综采作业中发生突出6次,综掘作业中发生突出8次,打钻作业中发生突出4次,其它作业中发生突出12次,在煤巷掘进及放炮作业后发生的突出次数多。
  (3)突出前有一系列动力预兆,所有的突出发生前都有瓦斯涌出量增加、瓦斯压力升高、煤层变软、煤层内响煤炮,有时煤体温度降低,甚至出现冒顶和片帮、夹钻现象。有时钻孔冒白烟,支架变形损坏,工作面煤体变软、矿压显现等动力预兆。
3 防治煤与瓦斯突出的对策
3.1 加强突出预测预报
  煤与瓦斯突出预测预报是采取防突措施的依据。突出分布特征表明,即使在突出矿井中不同煤层及不同煤层的不同区段有不同的突出危险性。根据煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤体结构物理力学性质等因素共同作用的结果,突出分布规律受地质条件控制,突出预测预报应加强以下三方面的工作。
  (1)根据矿区瓦斯地质条件,结合矿区瓦斯突出地质特征,对煤与瓦斯突出进行区域预测,划分不同突出危险区进行分区分级管理,对突出危险区进行重点防突。
  (2)对突出预测地质标志要进一步研究,根据矿区突出点主要发生在地质构造带、构造煤发育区和煤厚变化带的特点,判定构造带的突出范围、并利用构造煤发育厚度和类型预测突出危险性。
  (3)对突出发生前煤体普氏系数f值、构造煤放散初速度ΔP值及瓦斯含量、瓦斯压力等参数的测定,总结发生突出各项指标的临界值,并利用综合指标对突出危险性进行点预报。
3.2 加强瓦斯抽放
  瓦斯抽放是治理煤与瓦斯突出、降低瓦斯涌出量的积极措施,被国内外工程实践证明是一种效果显著的方法。平顶山矿区自1991年开始进行瓦斯抽放,首先在十矿进行试验,之后在其它矿井推广,目前各突出矿井均建有瓦斯抽放系统。根据矿区煤层瓦斯含量预测,在-600 m水平煤层瓦斯含量达到9 m3/t以上,局部地段瓦斯含量更高,瓦斯抽放的潜力很大。平顶山矿区煤层赋存条件的情况适合本煤层抽放,在有些地区可以进行综合抽放。抽放后瓦斯涌出量明显降低,如八矿己15-13170采面抽放后瓦斯涌出量降低了20%,由于矿区各主采煤层透气性系数低,煤质较软,因而抽放半径普遍较小,抽放率低。针对这一难题,在充分利用现有抽放系统的基础上,应加强技术研究并引进新的装备,提高瓦斯抽放率。同时,在煤巷掘进中要加强超前抽放钻孔等其它方法的瓦斯抽放工作,从根本上降低煤层中的瓦斯含量,达到更好的防突效果。
3.3 加强采掘工程管理
  煤与瓦斯突出是一项地质工程问题,突出发生有一定的地质条件,也有一定的工程条件,突出次数及突出强度与工程因素相关,对工程因素采取积极管理是防突工作的重要组成部分。对平顶山矿区瓦斯突出的原因进一步分析可见,突出的发生大多数发生在机巷掘进中,以压出和倾出为主,突出规模以小型为主,突出孔洞多发生在煤巷的上帮,其中构造煤厚度增加、煤强度变低、由于重力作用煤体下滑是诱发突出的重要因素,局部地段构造残余应力造成地应力增高对突出起促进作用。发生突出的这些因素表明,在采掘工程布置和施工作业过程中,首先要根据地质条件合理地布置巷道,同时,采取相应的措施积极加强支护和巷道管理。矿区近几年的防突实践表明,加强采掘工程管理在减少突出次数和降低突出强度方面能起到重要作用。
3.4 提高职工防突素质
  煤与瓦斯突出给矿井生产和工人安全造成巨大的危害,但突出的发生具有规律性,是可以得到防治的。矿区内突出资料表明突出前有征兆,可以预测,如响煤炮、片帮、顶钻、喷孔和工作面瓦斯超限等现象,而且突出主要发生在构造带、构造煤增厚区,这些规律可以用于突出的预报。在普及突出预测知识的同时还要加强防突知识的普及,职工的作业方式对突出具有一定的影响,施工过程可以诱发突出也可以防治突出,因此,在突出危险区的每一道工序都应当负有防突任务。严格按《防治煤与瓦斯突出细则》和《煤矿安全规程》进行管理。做到突出不伤人,降低突出造成的危害,在深部开采中应特别加强防治中型及大型突出事故的发生。
4 结 语
  平顶山矿区煤与瓦斯突出资料表明,煤与瓦斯突出的分布受地质条件控制,突出发生有其规律,这些规律性为突出预测和防治提供了科学根据。矿区内的突出以小型为主,而且工程因素起了重要作用,根据矿区瓦斯地质条件,向深部开采应加强对中型及大型突出的预测和防治。因此,针对矿区煤与瓦斯突出的特点,应进一步对突出预测预报敏感指标研究,加强抽放工程和采掘工程管理,提高职工防突素质,实现煤与瓦斯突出的综合治理。

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