魏家地煤矿断层组构造影响带内突出煤层综放工作面解突对策
摘要：突出煤层进行综放开采的主要难题是开采前的解除突出危险性工作，本文通过对魏家地矿井F1-2断层组构造影响带内的突出煤层综放工作面实施穿层钻孔预抽煤层瓦斯、穿层钻孔预抽F1-2断层组构造影响带瓦斯、穿层钻孔配合顺层钻孔抽放煤层瓦斯等对策，有效的解除了布置在断层组构造影响带内突出煤层综放工作面的突出危险性，为今后综放开采断层组构造影响带内突出煤层提供了技术保障。
关键词：断层组构造影响带 突出煤层 综放工作面 解突对策
1 矿井及工作面概况
1.1矿井概况
魏家地矿井是一对于1989年12月投产，设计生产能力为150万吨/年、服务年限105年的煤与瓦斯突出矿井。井田走向长8.5Km,倾斜宽2.5Km,井田面积21.25Km2,可采储量2.32亿吨。矿井移交生产时仅投产一个采区两个工作面，为分层综采和炮采，所采煤层为一层煤，三层煤为配采层，一层煤瓦斯含量为9.22～10.17m3/t，煤尘具有爆炸危险，爆炸指数29.25%，煤层自燃发火期4～6个月。采煤方法改革后，实现了综放开采，矿井生产能力达到了100万吨以上。矿井从建井至今，共发生14次煤与瓦斯突出（建井9次，生产5次），其中有3次发生在F1-2断层破坏带。南一、二号回风斜井建井时发生的3次突出为典型的断层带煤与瓦斯突出，顺槽掘进和采煤工作面尚未发生过突出现象。
1.2工作面概况
102东综放工作面位于西一采区南部，东部为采区保护煤柱，北部为101-2工作面，南为F1-2断层组构造影响带，工作面走向长630m，倾斜宽125m，煤层厚度平均14.99m。工作面开采煤层为一层煤，煤层瓦斯含量为10.17m3/t,工作面瓦斯储量为2197.94万立方米，开采标高为1296m～1242m之间，地表标高1660m左右，工作面地质构造复杂，南部穿过F1-2断层组构造影响带，F1-2断层组为一掩盖滑动性的收敛断层组合，走向N50～60°W，倾向南西，中深度平缓，浅部变高大呈陡立状，断层破碎带宽，由浅入深对煤层造成不同程度的破坏，且形成的构造影响带是发生煤与瓦斯突出的频繁地带。F1-2断层构造见图1。
2 问题的提出
魏家地矿井开采深度距地表600m，且煤层具有突出危险性，工作面又布置在F1-2断层组构造影响带内的原始煤层中，煤质破碎，煤的空隙、裂隙发育，由于煤层及顶、底板透气性差，而使煤层处于封闭状态，瓦斯不易逸散。因此，构造带内瓦斯含量高，容易发生突出，给掘进回采带来及为不利的条件，解除工作面突出危险是进行综放开采断层组构造影响带煤层的关键所在。
3 解除综放工作面突出危险性的对策
3.1预抽煤层瓦斯
3.1.1穿层钻孔抽放煤层瓦斯
102综放工作面有两条101-2工作面的回风石门横穿而过，利用两条石门布置穿层抽放孔，每条石门布置5个钻场，钻场间距20m，每个钻场布置9个钻孔穿透煤层全厚，孔深均为75m，终孔间距5m，钻孔在煤体中形成网格状，提前三年时间进行预抽放。1260一石门抽放量为0.389m3/min,1260二石门抽放量为1.2002m3/min。
3.1.2穿层钻孔抽放F1-2断层带瓦斯
1260回风中巷位于F1-2断层影响带内的三层煤底板岩石中，在岩石中巷内间隔25m布置抽放钻场，每个钻场布置4个钻孔，施工穿层抽放孔96个，钻孔穿透三层煤和一层煤全厚，孔深为65～78m之间，采用密集钻孔提前两年时间抽放F1-2断层影响带瓦斯，减轻断层带内高瓦斯对工作面解突的影响。根据测定，1260东中巷抽放量为2.1318m3/min,穿层钻孔可以达到先抽后掘、边掘边抽和工作面形成后长期抽放瓦斯的效果。穿层钻孔见图2
3.1.3穿层钻孔配合顺层孔抽放工作面煤体瓦斯
102综放工作面靠近1260二石门穿层抽放释放范围以东70米原始煤层，在1260东探巷施工了12个钻孔进行顺层抽放，抽放量为1.0428m3/min。在1150东中巷延伸段向该区域布置4个钻场，每个钻场平均3个孔进行穿层抽放，抽放量为1.068m3/min 。工作面掘进结束通风系统调整后，在回风顺槽内布置了顺层钻孔抽放，钻场间距20m，每个钻场布置4个钻孔，平均孔深65m，顺层抽放钻孔布置见图3，抽放浓度为42～45%，抽放纯量为1.2～1.4m3/min。所有抽放钻孔布置见平面图4 。3.1.4煤层瓦斯抽排率
102东综放工作面2002年3月16日掘进结束，根据各区域抽放和巷道掘进期间风排瓦斯总量，计算出的工作面煤层瓦斯抽放率达到45.26%，共计抽排瓦斯1119.315万立方米，其中102东中巷抽放F1-2断层组构造影响带瓦斯124.495万立方米，抽放102工作面煤层瓦斯994.82万立方米。
3.2煤层注水
煤层注水能促使煤体瓦斯解析，降低煤体弹性模量，增强煤体的可塑性，使煤体内应力分布均匀，提高瓦斯的释放速率。
3.2.1回风顺槽下行钻孔注水
回风顺槽掘进结束后，在回风顺槽施工了煤层下行注水钻孔，钻场间距20m，每个钻场4个孔，平均孔深65m。钻孔施工到回风顺槽抽放孔处时，为保持超前50m注水距离，利用抽放孔下行注水，工作面开采前共注入水量2257.2m3，注水后煤层水份为4.8%，吨煤注水量0.027m3/t 。根据测定,注水单孔流量为0.15～0.24m3/h,钻场流量为0.3～0.5m3/h。
3.2.2运输顺槽上行钻孔注水
由于102工作面斜长125m，回风顺槽注水不能达到工作面煤体整体湿润效果，因而在运输顺槽施工了上行注水钻孔，钻场间距20m，每个钻场4个孔，平均孔深60m，且运输顺槽与回风顺槽注水钻场错距10m布置，注水后单孔注水量为0.12～0.18m3/h,钻场流量为0.28～0.34m3/h,至工作面开采前共注入水量866.8m3，煤层上、下行注水钻孔布置见图4
通过实施煤层上下、下行钻孔注水，使工作面煤体得到整体湿润，起到了很好的解突作用。上、下行钻孔注水的具体参数见表3-1。
表3-1 102工作面上、下行钻孔注水参数表
钻孔形式 加压方式 钻孔长度（m） 钻场间距（m） 钻场孔数（个） 封孔深度（m） 注水压力(Mpa) 钻孔流量(m3/h)
钻场流量(m3/h) 注水超前距离(m) 超前注水时间(天) 钻孔注水量(m3) 钻场注水量(m3) 吨 煤注水量(m3)注水后煤层水
份(%)下行孔 静压
65
20
4
5
2.5
0.15
0.5
50
30
108
360
0.027
4.8
上行孔
静压
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工作面测压结果汇总表
序号
测定
时间
测定
地点
(工作面)
测点标高
煤层
瓦斯压力MPa
测定方法及仪器仪表
备注
标高 (m)
垂深(m)
1
2000.3.17
1260东探巷
(102)
1282
358
一层煤
0.25
聚胺脂药卷水泥砂浆
抽放后残余瓦斯压力
2
2000.5.8
1260二石门
(102)
1260
380
一层煤
0.35
聚胺脂药卷水泥砂浆
抽放后残余瓦斯压力
3
2001.8.21
1150东巷
(102)
1150
490
一层煤
0.19
ACW-1型煤层瓦斯压力测定仪
抽放后残余瓦斯压力
表3-3 靖煤公司煤样化验测定报告表
编号
送样单位
取样地点
煤层
Wf
Ag
Vr
f
△p
假比重
真 比重
孔隙率
05
魏家地矿
1150东巷三号材上二号孔
一层煤
1.38
25.13
24.14
0.625
6
1.54
1.62
4.94
3.3突出危险性评价
3.3.1预抽煤层瓦斯解突的效果检验
预抽煤层瓦斯解突的效果检验在煤巷掘进时进行，检验方法为掘进工作面突出危险性预测。
102东综放工作面煤巷掘进时，顶板巷超前回风顺槽30m掘进，预抽煤层瓦斯的效果检验在超前掘进的顶板巷和顶板巷以外的回风联络巷段进行，检验方法采用钻屑指标法，运输顺槽掘进在101-2工作面开采释放范围内，可不进行预测。
顶板巷掘进80m后每天测定一次，即约4m测定1次，共测定158次,在测点距巷口200m处测得最大钻屑量Smax为3.7Kg/m,585m处测得钻屑解析指标K1最大为0.375ml/g.min1/2,未超过突出临界值。
回风顺槽掘进距中间联络巷348m处出现煤爆声，工作面冒顶1次，又将回风顺槽和顶板巷同步预测，共测定87次，在488m处测得最大钻屑量Smax为3.9Kg/m,585m处测得钻屑解析指标K1最大为0.445ml/g.min1/2未超过突出临界值。
3.3.2巷道揭煤及工作面回采前解突效果检验
102综放工作面有1260东探巷和1150东三材上两处斜巷揭煤，揭煤前进行了煤层瓦斯压力测定，利用综合指标法进行了突出危险性预测。工作面回采前在1260二石门四钻布置了穿层钻孔，在工作面中心穿透一层煤全厚，测定了抽放及注水后残余瓦斯压力，测压结果见表3-2。
在施工测压钻孔时，取煤样送靖煤公司测试中心化验测定煤样水份（Wf），灰分（Ag），挥发份（Vr），真假比重，孔隙率（K），瓦斯放散初速度（△P），煤的坚固性系数（f），详见表3-3。区域突出危险性测定结果见表3-4。
由于瓦斯抽排率达45.26%,经用钻屑指标K1、Smax、综合指标D、K和单项指标P、f、△p等值判定均属无突出危险工作面，靖煤公司批准了以上结论。现在该综放工作面通过在回采中更进一步采取瓦斯治理措施，已经安全回采结束，回采断层组构造影响带内煤量130万吨，取得了良好的经济效益，为今后开采断层组构造影响带内突出煤层回收表外储量提供了技术保障。
结论
在煤与瓦斯突出矿井的突出煤层断层组构造影响带内的原始煤层中进行综放开采是可行的，但是必须提前对要布置工作面的煤层突出危险区加大对瓦斯的抽排力度，在开采前必须经长期有效的抽放卸压，排除工作面煤层的突出危险性.
作者:焦存福 贾钧 王青旦 所在单位:靖远煤业公司
