山西晉城沁和能源公司端氏煤礦3-煤層瓦斯地質(zhì)圖

1、1引言 煤與瓦斯突出是煤層開(kāi)采過(guò)程中嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，它是煤礦井下發(fā)生的一種復(fù)雜的有煤、巖和瓦斯參與的動(dòng)力現(xiàn)象。煤與瓦斯突出發(fā)生時(shí)，在幾秒至幾十秒的時(shí)間內(nèi)將幾噸到上萬(wàn)噸的煤和幾百立方米到幾百萬(wàn)立方米的瓦斯由煤體拋射到采場(chǎng)、巷道等采掘空間。我國(guó)是世界上煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國(guó)家之一，瓦斯突出礦井?dāng)?shù)量多、分布范圍大、突出強(qiáng)度大、突出頻繁。煤與瓦斯突出可以造成：突出物埋人、破壞設(shè)施，突出的瓦斯窒息施工人員，引起瓦斯爆炸；破壞正常的采掘生產(chǎn)循環(huán)，嚴(yán)重制約突出礦井勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高等危害。在我國(guó)目前的突出礦井有800多個(gè)，其中國(guó)有重點(diǎn)煤礦130個(gè)，地方煤礦300多個(gè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦400多個(gè)，各個(gè)采煤省份幾乎都

2、有突出礦井。1988年以前，年突出近千次，最多的一年是1980年,發(fā)生了1151次突出。1988年后，隨著防治煤與瓦斯突出細(xì)則，我國(guó)突出礦井全面開(kāi)以突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、防治突出措施、措施效果檢驗(yàn)和安全防護(hù)措施為標(biāo)志的四位一體綜合防突措施，年突出次數(shù)明顯下降，目前年突出次數(shù)維持在200300次。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，2006年1月1日2007年4月1日，全國(guó)煤礦共發(fā)生各類(lèi)重大、特大傷亡事故50起，死亡人數(shù)882人；其中瓦斯事故34起，死亡619人；煤與瓦斯突出傷亡事故11起，死亡131人，其中一次死亡10人以上的事故10起，死亡127人。面對(duì)煤與瓦斯突出對(duì)礦井造成的巨大傷害，人類(lèi)進(jìn)行了不斷的認(rèn)識(shí)自然和利用自然

3、的探索，我國(guó)在防治煤與瓦斯突出的過(guò)程中經(jīng)歷了由點(diǎn)預(yù)測(cè)到區(qū)域預(yù)測(cè)再到綜合防突措施的不同階段。如今煤礦安全戰(zhàn)線的人們還在不懈的努力，尋找新的更加經(jīng)濟(jì)合理、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確、行之有效的防突新方法。本文是依據(jù)現(xiàn)有比較合理成熟的綜合防突技術(shù)措施，通過(guò)區(qū)域預(yù)測(cè)來(lái)判斷該煤層的突出危險(xiǎn)性，并根據(jù)該煤層的情況制定具有針對(duì)性的防突措施。 煤礦安全規(guī)程要求新井建設(shè)期間必須根據(jù)揭穿各煤層的實(shí)際情況重新驗(yàn)證煤層的突出危險(xiǎn)性。防治煤與瓦斯突出細(xì)則要求我國(guó)突出礦井全面開(kāi)展以突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、防治突出措施、措施效果檢驗(yàn)和安全防護(hù)措施為標(biāo)志的“四位一體”綜合防突措施。通過(guò)綜合防突措施的實(shí)施對(duì)我國(guó)百萬(wàn)噸死亡率的降低，煤礦防突工作的針對(duì)性的

4、提高，安全管理的水平的提高，煤礦的經(jīng)濟(jì)效益的提高都有很好的促進(jìn)作用。根據(jù)區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)該煤層進(jìn)行區(qū)劃，將煤層劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。施工時(shí)，在突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)實(shí)施防突措施，加強(qiáng)在突出區(qū)的防突力度，減少突出事故的發(fā)生或降低突出造成的危害程度。在無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)可不采取防突措施，縮小防治瓦斯突出的范圍，減少防突工作的盲目性，減少不必要的人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)，從而減少在無(wú)突出區(qū)采取的無(wú)謂的措施造成人力物力的浪費(fèi)現(xiàn)象；提高突出災(zāi)害防治的針對(duì)性和有效性，提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)井田地質(zhì)勘探提供的數(shù)據(jù)和對(duì)3#煤層測(cè)定的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)以及工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果表明，3#煤瓦斯含量為1

5、0.5615.9 m3，瓦斯成分甲烷濃度91.4797.61%，瓦斯含量居兩河流域之最。對(duì)3#煤層現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的實(shí)際數(shù)據(jù)，工作面瓦斯涌出量達(dá)3/min；在進(jìn)行該礦瓦斯抽放可行性論證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)最大單孔瓦斯流量達(dá)12m3/min。并且礦井基建期間發(fā)生兩次煤與瓦斯突出，瓦斯對(duì)礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，必須采取較大力度的瓦斯治理措施。2006年6月經(jīng)煤科院撫順?lè)衷鸿b定為煤與瓦斯突出礦井。絕對(duì)瓦斯涌出量m3/min。國(guó)內(nèi)外突出研究實(shí)踐表明，突出分布是不均衡的，煤層突出危險(xiǎn)區(qū)的面積僅占突出煤層的1020%，具有分區(qū)分帶的特點(diǎn)。1982年，焦作礦業(yè)學(xué)院在調(diào)查湖南、河南和江西三省瓦斯突出分布與地質(zhì)因

6、素關(guān)系的基礎(chǔ)上，明確地指出了瓦斯突出具有分區(qū)分帶的特點(diǎn)，總結(jié)了地質(zhì)因素對(duì)分區(qū)分帶的控制作用，提出了瓦斯地質(zhì)區(qū)劃論，奠定了突出區(qū)域預(yù)測(cè)的基礎(chǔ).區(qū)域預(yù)測(cè)的結(jié)果是將煤層劃分為突出煤層和非突出煤層，將煤層區(qū)域劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。需要指出的是，預(yù)測(cè)區(qū)域有突出危險(xiǎn)性，表明該區(qū)域具備了發(fā)生突出的區(qū)域應(yīng)力、瓦斯和煤質(zhì)等必要條件，開(kāi)采該區(qū)域有發(fā)生突出的可能，但并非意味著在該區(qū)域進(jìn)行采掘工作，處處都能發(fā)生突出。各國(guó)突出預(yù)測(cè)的研究，主要圍繞地質(zhì)因素、煤結(jié)構(gòu)應(yīng)力和瓦斯等方面，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)工作，進(jìn)行區(qū)域性預(yù)測(cè)和日常預(yù)測(cè)。并且有些方法已在生產(chǎn)實(shí)際中使用并取得成效。加上計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，提高了

7、計(jì)算速度和預(yù)測(cè)精度，使突出預(yù)測(cè)更加及時(shí)和準(zhǔn)確。目前各國(guó)都還在加強(qiáng)對(duì)突出的機(jī)理、預(yù)測(cè)指標(biāo)及其敏感性、瓦斯地質(zhì)和區(qū)域預(yù)測(cè)方法等方面的研究。我國(guó)近20多年來(lái)全力開(kāi)展了區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方法的研究。經(jīng)過(guò)“七五”、“八五”和“九五”三個(gè)五年國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)，目前已經(jīng)形成了從礦井、煤層突出危險(xiǎn)性鑒定，水平、采區(qū)突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)到采掘工作面預(yù)測(cè)的一整套突出預(yù)測(cè)方法和指標(biāo)，建立了較為系統(tǒng)完善的突出預(yù)測(cè)方法體系。1988年我國(guó)在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外防突經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了突出預(yù)測(cè)、防治突出措施、防治突出措施的效果檢驗(yàn)與安全防護(hù)措施的四位一體防突綜合措施，并編制了防治煤與瓦斯突出細(xì)則把我國(guó)防突工作推

8、向一個(gè)新階段。區(qū)域預(yù)測(cè)方法的依據(jù)是闡明突出的煤層區(qū)域特征，即建立突出各主要因素與突出危險(xiǎn)性之間的聯(lián)系。由于突出煤層的應(yīng)力、瓦斯和煤的力學(xué)性質(zhì)與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造密切有關(guān)，因此，在進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)時(shí)，區(qū)域地質(zhì)條件是需要考慮的重要因素。突出機(jī)理目前還處于研究探索階段，區(qū)域預(yù)測(cè)方法目前正處于實(shí)驗(yàn)研究的活躍期，目前應(yīng)用比較成熟并被列入煤礦安全規(guī)程的方法主要有單項(xiàng)指標(biāo)法、瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法、綜合指標(biāo)法等。處于實(shí)驗(yàn)研究階段的有瓦斯動(dòng)力區(qū)劃法、坑透、地質(zhì)雷達(dá)、地球物理探測(cè)方法等。單項(xiàng)指標(biāo)法是根據(jù)煤的破壞類(lèi)型、煤的堅(jiān)固性系數(shù)f、煤層瓦斯壓力P、瓦斯放散初速度P等四個(gè)指標(biāo)的值來(lái)確定煤層的突出危險(xiǎn)性。綜合指標(biāo)法是用綜合考慮煤層

9、瓦斯壓力P、瓦斯放散初速度P、煤的堅(jiān)固性系數(shù)f等因素而確定的煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K和煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)D來(lái)預(yù)測(cè)突出煤層區(qū)域的突出危險(xiǎn)性。瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)已開(kāi)采區(qū)域突出點(diǎn)分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，結(jié)合未開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造條件將未開(kāi)采區(qū)域劃分出突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)。本文通過(guò)對(duì)該礦基本資料的收集、整理和對(duì)軌道大巷掘進(jìn)工作面以及3101工作面軌道巷瓦斯含量、放散初速度等參數(shù)的測(cè)定，總結(jié)出瓦斯含量的分布規(guī)律，繪出瓦斯含量分布預(yù)測(cè)圖，通過(guò)D值、K值的計(jì)算，判斷永安接替井3#煤層有無(wú)突出危險(xiǎn)性，進(jìn)而對(duì)預(yù)測(cè)為具有突出危險(xiǎn)的煤層進(jìn)行區(qū)劃，將其劃分出突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)；并根據(jù)該煤層

10、的特殊情況制定具有針對(duì)性的防突措施。 本文以山西晉城沁和能源公司端氏煤礦3#煤層為研究對(duì)象。本文的研究?jī)?nèi)容和采取的技術(shù)路線是：通過(guò)對(duì)該礦基本資料的收集、整理和分析，找出影響瓦斯含量的主控因素埋藏深度，模擬瓦斯含量和埋深之間的關(guān)系曲線，并擬合直線方程式，總結(jié)了瓦斯含量分布規(guī)律；結(jié)合該礦地質(zhì)地形圖、采掘平面圖，利用繪圖軟件繪制了該煤層瓦斯含量分布圖，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用單項(xiàng)指標(biāo)法和綜合指標(biāo)法，預(yù)測(cè)了該礦3#煤層的突出危險(xiǎn)性，繪制瓦斯地質(zhì)圖。本的基本思路及流程如圖1-1：圖1-1 本論文技術(shù)路線2礦井概況永安煤礦接替井位于山西省晉城市沁水縣端氏鎮(zhèn)，隸屬于沁和能源，礦井為新建礦井，設(shè)計(jì)能力60

11、0Kt/a，計(jì)劃于2007年上半年正式投產(chǎn)。井田內(nèi)共含煤10余層，主要可采煤層為3#、9#和15#煤層，礦井首先開(kāi)采3#煤層，3#煤層厚度4.726m，平均5.46m，全區(qū)穩(wěn)定可采。地形與地貌及河流本井田處于太行山南段西側(cè)，地貌屬剝蝕、侵蝕山地，以低山及丘陵為主。山頂起伏平緩，并有黃土覆蓋，溝谷發(fā)育，切割較強(qiáng)烈。地形東部高西部低，最高點(diǎn)位于五龍頭山頂，標(biāo)高941.95m，最低點(diǎn)位于井田西南角，標(biāo)高為575m。井田水文屬黃河流域沁水系。位置與交通k2。井田境界由以下14點(diǎn)坐標(biāo)連線圈定:1、X=3948600.400 2、X=3948600.170 3、X=3950599.908 4、X=3950

12、600.248 礦區(qū)交通較為便利。侯月鐵路從礦井的西南部通過(guò),高平-沁水-翼城公路從西部邊界通過(guò),經(jīng)端氏鎮(zhèn)可達(dá)長(zhǎng)治、晉城、侯馬等地。礦井交通詳見(jiàn)圖2-1。自端氏鎮(zhèn)通往各縣市的公路里程見(jiàn)表2-1。表2-1 端氏鎮(zhèn)通往各縣市的公路里程表縣(市)名稱(chēng)沁水侯馬高平陽(yáng)城長(zhǎng)治晉城運(yùn)城里程(Km)461384733311061202圖2-1 礦井交通圖井田主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組，二者總厚138.11163.52m，m。含煤15層，總厚13.6m，含煤系數(shù)9.21%。其中可采煤層3層，即3#、9#、15#煤層，總厚10.18m，可采煤層含煤系數(shù)6.89%。其中山西組含煤地層厚41.155

13、1.47m，一般為46.24m；含煤1、2和3煤層，煤層總厚平均為5.87m，含煤系數(shù)12.78%。3煤層是礦井前期開(kāi)采的唯一煤層，厚4.726m，平均厚5.46m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含夾矸04層，一般12層，平均厚0.26m，屬于穩(wěn)定型煤層；其余煤層既薄又極不穩(wěn)定，不具有開(kāi)采價(jià)值。3煤為中灰、特低硫、低磷、高強(qiáng)度、高發(fā)熱量的無(wú)煙煤，熱穩(wěn)定性好，主要作合成氨用煤，部分作為電廠的鍋爐用煤及民用燃料。太原組含煤地層厚93.41111.30m，一般；煤層總厚平均，含煤系數(shù)7.64。本組含煤711層，分別為5、7、81、82、9、10、 11、12、13、15和16煤層。9為可采煤層，15為主要可采煤層，

14、其它煤層均不可采。15煤層位于太原組一段頂部，厚1.854.68m，含泥巖或炭質(zhì)泥巖夾矸04層，一般2層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單較簡(jiǎn)單，屬于穩(wěn)定可采煤層。15煤為低中灰、富硫、中高發(fā)熱量的無(wú)煙煤，由于含硫較高且較難選除，目前尚未開(kāi)采。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造山西省南部的構(gòu)造體系有新華夏構(gòu)造體系、晉東南山字型、經(jīng)向構(gòu)造體系、華夏構(gòu)造體系等?？刂魄咚禾飽|緣的晉城獲鹿褶段帶，是我國(guó)東部新華夏主干斷裂紫荊關(guān)大斷裂的組成部分，其北延部分控制新華夏系第三隆起帶的東部邊界，使山西與華北大平原形成截然不同的地貌景觀。井田處于我國(guó)東部新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶的中段，即太行山段。在這一級(jí)隆起帶上發(fā)育有呈平行排列的二級(jí)隆起和凹陷，由東向西

15、有晉城獲鹿褶段帶、武鄉(xiāng)陽(yáng)城凹褶帶等。沁水煤體南端晉東南山字型構(gòu)造是晉城新礦區(qū)的主要構(gòu)造形式。井田地質(zhì)構(gòu)造井田位于沁水煤田南部，井田內(nèi)出露的地層主要為二疊系上統(tǒng)石盒子組和石千峰組；第四系遍布山梁、嶺及溝谷。井田內(nèi)的主要構(gòu)造形跡為寬緩褶皺。按力學(xué)性質(zhì)及其展布情況，顯然是受晉東南山字型與新華夏系的復(fù)合影響。總的看來(lái)，地層走向近南北向，傾角平緩，一般為315。主要發(fā)育有潘河向斜、柿溝背斜、霍家山向斜、馬家村背斜等褶曲，均呈舒緩波狀。井田內(nèi)無(wú)落差大于20m的斷層，未發(fā)現(xiàn)巖漿活動(dòng)，井田構(gòu)造簡(jiǎn)單。井田內(nèi)主要褶曲分述如下：潘河向斜-位于下坡底村西、西洼村一線，縱貫井田南北，軸向走向?yàn)镹E015。軸部出露地層為

16、上石盒子組級(jí)石千峰組地層，兩翼地層傾角5左右。柿溝背斜-位于前莊嶺東、后柿溝村、潘莊一線。位于井田東部。軸向走向?yàn)镹E15。核部出露上石盒子組地層，傾角較為平緩，一般為4左右?；艏疑较蛐?為井田內(nèi)主要褶皺之一，位于井田東部S3號(hào)孔東350m處，縱貫井田南北，延展2km，向南進(jìn)入潘莊一號(hào)井田，向北至樊莊普查區(qū)內(nèi)，位于霍家山、后嶺西、五龍頭一線，軸向近南北向，核部出露石千峰組、上石盒子組地層，兩翼傾角在510間。馬山村背斜-井田內(nèi)主要褶皺之一，位于井田西部S1號(hào)孔東100m處，縱貫井田南北，延展2km，向南進(jìn)入潘莊一號(hào)井田，向北至樊莊普查區(qū)內(nèi)，位于馬山村、商山村、永安東一線。軸部近南北向，核部出露

17、上石盒子組地層。兩翼傾角為312。礦井開(kāi)拓永安接替井是2000年批準(zhǔn)立項(xiàng)的基建礦井，計(jì)劃2007年5月份正式投產(chǎn)，由于各種原因目前尚處于建井期。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力600kt/a。井田開(kāi)拓采用斜井開(kāi)拓方案主要開(kāi)采3#煤層。即在工業(yè)場(chǎng)地開(kāi)鑿主、副斜井，在S1鉆孔附近布置回風(fēng)立井。主、副井口標(biāo)高+m，風(fēng)井井口標(biāo)高+m。主、副斜井均落底于+m水平，風(fēng)井落底于3#煤層(井底標(biāo)高為+350.0)。主斜井傾角25，采用大傾角整芯膠帶輸送機(jī)提升煤炭，兼作礦井的安全出口。副斜井傾角23，采用雙滾筒提升機(jī)牽引1t系列礦車(chē)，擔(dān)負(fù)礦井的人員、材料、設(shè)備等升降任務(wù)，并兼作礦井的安全出口。全井田3#煤層在+360m一個(gè)水平進(jìn)行

18、開(kāi)采，開(kāi)采水平設(shè)軌道、膠帶和回風(fēng)三條大巷，其中軌道和膠帶大巷沿3#煤層底板布置，回風(fēng)大巷沿3#煤層頂板布置。大巷布置基本沿緯線3949500東西向貫穿井田整個(gè)東西傾斜寬。采煤工作面分別沿大巷南北兩翼?xiàng)l帶式布置，工作面的布置如圖4-5所示。采區(qū)劃分全礦井3#煤層共劃分兩個(gè)采區(qū)，先采一采區(qū)，后采二采區(qū)；各采區(qū)儲(chǔ)量見(jiàn)表2-。各采區(qū)內(nèi)都采用條帶式布置，各條帶間采用前進(jìn)式開(kāi)采，煤層采用分層開(kāi)采。礦井初期投產(chǎn)時(shí)為一采區(qū)，開(kāi)采順序?yàn)椋阂徊蓞^(qū)二采區(qū)下水平。表2-采區(qū)儲(chǔ)量表采區(qū)名稱(chēng)開(kāi)采煤層工業(yè)儲(chǔ)量(kt)可采儲(chǔ)量(kt)一 采 區(qū)二 采 區(qū)合 計(jì)3#3#3#采煤方法礦井生產(chǎn)初期在一采區(qū)布置一個(gè)年生產(chǎn)能力為600

19、 kt/a綜采工作面，工作面面長(zhǎng)120m，采用走向長(zhǎng)壁采煤法，分層開(kāi)采，全部垮落法管理頂板。工作面回采方向?yàn)楹笸耸?，綜采工作面長(zhǎng)度870m。3#mm，剩余部分由下分層開(kāi)采。先開(kāi)采上分層，后開(kāi)采下分層。同一采區(qū)相鄰工作面采用跳采，以利于分層工作面假頂?shù)男纬?，避免相鄰工作面采掘的相互影響。礦井開(kāi)采初期共布置一個(gè)回采工作面，兩個(gè)掘進(jìn)工作面，采掘比為1：2。目前，3102工作面已經(jīng)形成，3101工作面、3104工作面順槽正在掘進(jìn)中。2.5通風(fēng)方式 初期，礦井采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，即主、副斜井進(jìn)風(fēng)，經(jīng)井底車(chē)場(chǎng)-運(yùn)輸大巷-3102工作面-回風(fēng)大巷-回風(fēng)立井回風(fēng)；采用負(fù)壓抽出式通風(fēng)方式。掘進(jìn)工作面采用局部

20、通風(fēng)機(jī)進(jìn)行壓入式通風(fēng)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)己經(jīng)形成，風(fēng)路暢通，網(wǎng)絡(luò)合理?，F(xiàn)在礦井安裝對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)兩臺(tái)（型號(hào)為FBCDZ-8-.24B），總功率262.7kw，額定風(fēng)量9600m3/min，實(shí)際流量m3/s，瓦斯?jié)舛葹?.42，全壓1405Pa。通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2-2。后期另開(kāi)鑿回風(fēng)立井，形成中央分列式通風(fēng)。圖2-2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖2.6礦井瓦斯涌出現(xiàn)狀2006年鑒定結(jié)果：絕對(duì)瓦斯涌出量m3/min，基建礦井相對(duì)瓦斯涌出量不作鑒定。預(yù)計(jì)2007年絕對(duì)瓦斯涌出量要超過(guò)200m3/min。礦井基建期間發(fā)生兩次煤與瓦斯突出，瓦斯含量居兩河流域之最。由于煤層的透氣性極好（-m2/MPa2d），個(gè)別鉆孔單孔抽放量可

21、達(dá)56m3/min。d-1。該礦建設(shè)了一套CBF410和兩套CBF610瓦斯抽放系統(tǒng)，采用邊掘邊抽、煤層預(yù)抽的抽放方法；兩套CBF610瓦斯抽放系統(tǒng)抽氣量均為260280m3/min，混合抽氣量約為520560m3/min，抽放標(biāo)準(zhǔn)量為374403m3/min，抽放純量約為260280m3/min。一套CBF410瓦斯抽放系統(tǒng)抽放混合量為120m3/min，抽放標(biāo)準(zhǔn)量為72m3/min，抽放純量約為50m3/min3，根據(jù)礦方提供的資料顯示，永安煤礦接替井3#煤層瓦斯含量大，殘存瓦斯含量較小，噸煤瓦斯抽放量8 m3/，因此本煤層瓦斯預(yù)抽率預(yù)計(jì)可達(dá)4050。3瓦斯含量分布規(guī)律井田內(nèi)的主要構(gòu)造形跡

22、為寬緩褶皺。總的看來(lái)，地層走向近南北向，傾角平緩，一般為315。主要發(fā)育有潘河向斜、柿溝背斜、霍家山向斜、馬家村背斜等褶曲，均呈舒緩波狀。井田內(nèi)無(wú)落差大于20m的斷層，未發(fā)現(xiàn)巖漿活動(dòng)，井田構(gòu)造簡(jiǎn)單。并且3煤為高強(qiáng)度、高發(fā)熱量的無(wú)煙煤，頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，底板是泥巖、粉砂巖。從整個(gè)礦井來(lái)看，在背斜的轉(zhuǎn)折區(qū)以及向斜的兩翼，瓦斯含量大。圍巖致密的地區(qū)瓦斯含量大。根據(jù)2004年永安接替井3#煤層瓦斯含量的測(cè)定報(bào)告，礦井瓦斯含量高，為高瓦斯礦井。永安煤礦接替井周邊的礦井煤層瓦斯含量也都較高，其中尤以永紅煤礦、寺和煤礦突出；其中永紅煤礦開(kāi)采3#煤層，自1971年建礦以來(lái)，曾發(fā)生過(guò)多次瓦斯爆炸事故

23、。3.2瓦斯含量的分布規(guī)律煤層瓦斯含量是單位質(zhì)量煤中所含的瓦斯體積(換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))量，單位是m3/t或mlg。3.2.1煤層瓦斯賦存的垂向分帶當(dāng)煤層具有露頭或在沖積層之下有含煤盆地時(shí)，由于煤層內(nèi)的瓦斯向地表運(yùn)移和地面空氣向煤層深部滲透、擴(kuò)散，其結(jié)果是煤層沿垂向一般會(huì)出現(xiàn)四個(gè)分帶：即“CO2N2”、“N2”、“N2CH4”、和“CH4”帶。“CO2N2”、“N2”、“N2CH4”三帶統(tǒng)稱(chēng)為瓦斯風(fēng)化帶。位于瓦斯風(fēng)化帶下邊界以下的甲烷帶，煤層的瓦斯壓力、瓦斯含量隨埋藏深度的增加呈有規(guī)律的增長(zhǎng)。增長(zhǎng)的梯度，在不同煤質(zhì)(煤化程度)、不同地質(zhì)構(gòu)造與賦存條件有所不同。從甲烷帶內(nèi)一深度起，礦井會(huì)出現(xiàn)煤和瓦斯

24、突出。3.2.2影響煤層瓦斯含量的因素在成煤過(guò)程中每形成1t煤所生成的瓦斯量理論上約為100400 m3，但國(guó)內(nèi)外大量實(shí)測(cè)資料表明，現(xiàn)今的煤層原始瓦斯含量一般最大不超過(guò)3040 m3/t，這就說(shuō)明成煤過(guò)程中生成的瓦斯絕大部分已逸散到地表，或在地質(zhì)條件適合時(shí)，如煤盆地地層中有大面積隔氣層和儲(chǔ)氣構(gòu)造，煤層中的瓦斯運(yùn)移到儲(chǔ)氣構(gòu)造中，形成煤層氣，因此，煤層瓦斯含量除與生成瓦斯量有關(guān)外，主要取決于煤生成后瓦斯運(yùn)移條件和煤保存瓦斯的能力，即主要受如下因素控制：（1）煤田地質(zhì)史從植物的堆積一直到煤炭的形成，經(jīng)歷了長(zhǎng)期復(fù)雜的地質(zhì)變化，這些變化對(duì)煤中瓦斯的生成和排放都起著一定的作用。煤層中瓦斯生成量、煤田范圍內(nèi)

25、瓦斯含量的分布以及煤層瓦斯向地表的運(yùn)移，歸根到底都有取決于煤田的地質(zhì)史。成煤后地殼的上升將使剝蝕作用加強(qiáng)，從而給煤層瓦斯向地表運(yùn)移提供了條件；當(dāng)成煤后地表下沉?xí)r，煤田為新的覆蓋物覆蓋，從而減緩了煤層瓦斯的逸散。（2）地質(zhì)構(gòu)造斷層對(duì)煤層瓦斯含量可以有性質(zhì)上截然不同的兩種影響，開(kāi)放性斷層是煤層瓦斯排放的通道，在這類(lèi)斷層附近，煤層瓦斯含量減小，封閉性斷層本身透氣性差，而且截?cái)嗔嗣簩优c地表的聯(lián)系，往往使封閉區(qū)段的煤層瓦斯含量增大。在被基巖覆蓋的閉合和半閉合背斜轉(zhuǎn)折區(qū)，由于煤層運(yùn)移路線加長(zhǎng)和瓦斯排出口不斷縮小，增大了瓦斯運(yùn)移的阻力，因此，在同一開(kāi)采深度下比構(gòu)造兩翼瓦斯含量大；在向斜轉(zhuǎn)折處由于供應(yīng)瓦斯區(qū)域

26、逐漸減小，瓦斯向地表運(yùn)移的通道逐漸擴(kuò)大，造成煤層瓦斯含量減小。（3）煤層的賦存條件煤層有無(wú)露頭對(duì)煤層瓦斯含量有一定影響。煤層有露頭時(shí)，瓦斯易于排放；無(wú)露頭時(shí)，煤層瓦斯易于保存。煤層埋藏深度是決定煤層瓦斯含量大小的重要因素。對(duì)同一煤田或煤層，在瓦斯風(fēng)化帶以下，煤層瓦斯壓力隨深度加大呈線性增大趨勢(shì)，故煤層瓦斯含量隨深度增大而增大，它反映了煤層瓦斯由深部向地表運(yùn)移的總規(guī)律，該規(guī)律已被大量生產(chǎn)和科研實(shí)踐所證實(shí)。由于煤層的透氣性一般比圍巖大得多，而傾角越小瓦斯運(yùn)移的途徑越長(zhǎng)，因此在其它條件大致相同的情況下，在同一開(kāi)采深度上，煤層傾角越小，煤層所含瓦斯越大。（4）煤層圍巖性質(zhì)圍巖致密完整、不透氣時(shí)，煤層瓦

27、斯易于保存；反之，煤層瓦斯易于逸散。例如大同煤田煤的變質(zhì)程度高（無(wú)煙煤），其成煤過(guò)程生成瓦斯量和煤的吸附能力較大，但大同煤田的煤層瓦斯含量卻比較小，這是因?yàn)榇笸禾锩簩拥捻敯逵煽紫栋l(fā)育、透氣良好的砂巖、礫巖和砂頁(yè)巖組成，煤層中的瓦斯絕大部分已逸散。（5）煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度越高，生成的瓦斯量越大，因此，在其它條件相同的條件下，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量就越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力隨煤的變質(zhì)程度的提高而增大，故在同一瓦斯壓力和溫度條件下，變質(zhì)程度高的煤層往往能保存更多的瓦斯。但是當(dāng)由無(wú)煙煤向超級(jí)無(wú)煙煤過(guò)渡時(shí)，煤的吸附能力急劇減小，煤層瓦斯含量大為減低。（6） 巖漿活動(dòng)巖漿活動(dòng)對(duì)煤

28、層瓦斯含量的影響較為復(fù)雜。在巖漿接觸變質(zhì)和熱力變質(zhì)的影響下，煤能夠再一次生成瓦斯，并由于煤變質(zhì)程度的提高而增大了吸附能力，因而巖漿活動(dòng)影響區(qū)域煤層的瓦斯含量增大。但在無(wú)隔氣層的情況下，由于巖漿的高溫作用強(qiáng)化了煤層排放瓦斯，從而煤層瓦斯含量減小。故對(duì)不同煤田，巖漿活動(dòng)對(duì)煤層瓦斯含量的影響可能是各不相同的。（7）水文地質(zhì)條件盡管瓦斯在水中的溶解度僅1%4%，但在地下水交換活躍地區(qū)，水卻能從煤層中帶走大量瓦斯，從而使煤層瓦斯含量明顯減少。根據(jù)揭示的地質(zhì)資料顯示，由于井田范圍影響瓦斯含量的上述其它因素是一定的，所以可以確定影響瓦斯含量的主要控制因素是煤層的賦存條件-埋藏深度。3.2.3瓦斯含量測(cè)值現(xiàn)場(chǎng)

29、瓦斯含量測(cè)定常用的測(cè)定方法是井下鉆屑解吸法。其測(cè)定煤層瓦斯含量的原理是：井下實(shí)測(cè)采集煤樣的瓦斯解吸量，根據(jù)煤樣的井下瓦斯解吸規(guī)律推算煤樣采集過(guò)程中的損失瓦斯量，然后測(cè)定煤樣的殘存瓦斯量，最后根據(jù)煤樣的取樣損失瓦斯量、井下瓦斯解吸量、殘存瓦斯量和煤樣重量計(jì)算煤層瓦斯含量。井下解吸法測(cè)定煤層瓦斯含量的步驟如下：(1)選擇新暴露的采掘工作面煤壁，用煤電鉆垂直煤壁打一個(gè)42mm、孔深10m的鉆孔，當(dāng)鉆孔鉆至9m時(shí)開(kāi)始取樣，并記錄采樣開(kāi)始時(shí)間t1；(2)將采集的新鮮煤樣裝罐并記錄煤樣裝罐后開(kāi)始解吸測(cè)定的時(shí)間t2，圖3-1 瓦斯解吸速度測(cè)定儀與密封罐圖1量管 2吸氣球 3溫度計(jì) 4水槽 5螺旋夾 6彈簧夾

30、 7排水管 8排氣膠管 9胸骨穿刺針頭 10密封罐 11壓緊螺帽用FHJ-2型瓦斯解吸速度測(cè)定儀（圖3-1）測(cè)定不同時(shí)間t下的煤樣累積瓦斯解吸總量V0i，瓦斯解吸速度測(cè)定一般為2個(gè)小時(shí)，解吸測(cè)定停止后擰緊煤樣罐以保證不漏氣，送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣殘存瓦斯量。(3)損失量計(jì)算將不同解吸時(shí)間下測(cè)得數(shù)據(jù)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積Voi:（3-1）式中V0i換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的解吸瓦斯體積，ml； Vi不同時(shí)間解吸瓦斯測(cè)定值,ml；Po大氣壓力,Pa；hw量管內(nèi)水柱高度,mm；Pshw下飽和水蒸汽壓力,Pa；tw量管內(nèi)水溫，。設(shè)煤樣解吸測(cè)定前的暴露時(shí)間為t0（t0=t2-t1），不同時(shí)間t下測(cè)得的Voi值所

31、對(duì)應(yīng)的煤樣實(shí)際解吸時(shí)間為t0+t；將全部測(cè)點(diǎn)(t0+t),Voi繪在坐標(biāo)紙上，將測(cè)點(diǎn)的直線關(guān)系段延長(zhǎng)與縱坐標(biāo)軸相交，直線在縱坐標(biāo)軸上的截距即為瓦斯損失量，如圖3-2所示。(4)將解吸測(cè)定后的煤樣連同煤樣罐送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣中的殘存瓦斯圖3-2 瓦斯損失量計(jì)算曲線圖量、水分、灰分和煤樣重量。(5)根據(jù)煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤樣重量，求算煤樣的瓦斯含量：X=(V0+V1+V2)/G0 （3-2） 式中 Vo換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煤樣在井下測(cè)得的瓦斯解吸總量，ml；V1 換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煤樣取樣過(guò)程損失瓦斯量，ml；V2 換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煤樣殘存瓦斯量，ml；G0 煤樣重量,g；X

32、煤樣瓦斯含量，ml/g。在永安接替井井下正在掘進(jìn)的巷道以及回采工作面采用井下解吸法對(duì)3煤層進(jìn)行瓦斯含量測(cè)定，并記錄含量和成份測(cè)值匯總?cè)绫?-2。表3-2 3煤層瓦斯含量及成份測(cè)定表測(cè)定地點(diǎn)采樣深度樣品中氣體組分（%）瓦斯含量（m）CH4O2N2（m3/t.r）回風(fēng)大巷掘進(jìn)頭0軌道大巷掘進(jìn)頭0回風(fēng)大巷3聯(lián)絡(luò)巷0軌道大巷掘進(jìn)頭03.2.4瓦斯的分布規(guī)律如上所述，煤層瓦斯含量受多種地質(zhì)因素的制約，諸如煤質(zhì)、埋藏深度、構(gòu)造、煤的物理化學(xué)性質(zhì)、煤層頂?shù)装鍘r性等等，不同礦區(qū)，各種地質(zhì)因素施加影響的顯著性可能是不相同的。對(duì)某一個(gè)具體井田而言，在諸多地質(zhì)因素中總有一個(gè)主導(dǎo)因素控制瓦斯含量在全井田范圍內(nèi)變化的總

33、體趨勢(shì)，其它地質(zhì)因素只能在局部范圍內(nèi)影響煤層瓦斯含量。根據(jù)揭示的地質(zhì)資料顯示，永安接替井地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。按煤層瓦斯含量分布一般規(guī)律，煤層埋藏深度是控制甲烷含量變化的主導(dǎo)因素，即：自瓦斯風(fēng)化帶以下，瓦斯含量總體上與煤層埋藏深度呈直線正相關(guān)關(guān)系。因?yàn)槊簩拥穆癫厣疃葘?duì)永安接替井的瓦斯含量的影響比較大，所以現(xiàn)在對(duì)永安接替井的瓦斯含量進(jìn)行如下規(guī)律分析。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用excel工具進(jìn)行了線性回歸，找到瓦斯含量和其埋深之間的線性關(guān)系（X=0.0982*H-11.904），如圖3-3。圖3-3 瓦斯含量與埋深的關(guān)系另外，根據(jù)所測(cè)3#煤層瓦斯含量值及瓦斯含量分布規(guī)律，采用插值和外推方法，繪制了3#煤層瓦斯含量

34、分布預(yù)測(cè)圖。從3#煤層瓦斯含量分布預(yù)測(cè)圖來(lái)看，永安接替井3#煤層瓦斯含量分布具有如下特征：（1）整個(gè)煤層處于瓦斯帶。（2）在瓦斯帶內(nèi)瓦斯的分布不均勻，在傾斜方向上隨埋深的增加而增加的趨勢(shì)，經(jīng)線性回歸分析，具有如下形式的線性規(guī)律X=0.0982*H-11.904，（式中X煤層瓦斯含量,m3/t.r，H埋藏深度，m）兩者之間有很好的相關(guān)性（R=91.2%80%）。（3）在走向上，瓦斯含量波動(dòng)較小，加上井田走向較短，南北基本一致，埋深和瓦斯含量變化不明顯。4區(qū)域預(yù)測(cè)區(qū)域預(yù)測(cè)的方法處于實(shí)驗(yàn)研究的活躍期，目前應(yīng)用比較成熟并被列入煤礦安全規(guī)程的方法主要有單項(xiàng)指標(biāo)法、瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法、綜合指標(biāo)法等。4.1.1

35、單項(xiàng)指標(biāo)法 防治煤與瓦斯突出細(xì)則規(guī)定，新建礦井確定煤層突出危險(xiǎn)性時(shí)，應(yīng)根據(jù)地勘部門(mén)提供的突出危險(xiǎn)性基礎(chǔ)資料，并參照鄰近礦井的突出情況和預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性指標(biāo)，共同確定礦井突出危險(xiǎn)性，預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性指標(biāo)可用煤的破壞類(lèi)型、瓦斯放散初速度指標(biāo)（P）、煤的堅(jiān)固性系數(shù)（f）和煤層瓦斯壓力（P）。表4-1 單項(xiàng)指標(biāo)法參數(shù)臨界值煤層突出危險(xiǎn)性煤的破壞類(lèi)型瓦斯放散初速度P煤的堅(jiān)固性系數(shù)f煤層瓦斯壓力P突出危險(xiǎn)、10只有上述全部指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)上述臨界值時(shí)，方可將煤層劃為突出危險(xiǎn)煤層。綜合指標(biāo)法 綜合考慮煤層瓦斯壓力P、瓦斯放散初速度P、煤的堅(jiān)固性系數(shù)f等因素確定的煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K和煤層突出危險(xiǎn)性綜合

36、指標(biāo)D來(lái)預(yù)測(cè)突出煤層區(qū)域的突出危險(xiǎn)性。 煤層區(qū)域突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)按下式計(jì)算。D=（0.0075H/f-3）(p-0.74) （4-1）K=P/f （4-2）式中：D煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；K煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；H開(kāi)采深度，m； p煤層瓦斯壓力，取兩個(gè)測(cè)壓鉆孔實(shí)測(cè)煤層瓦斯壓力最大值，Mpa；P軟分層煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)；f軟分層煤的平均堅(jiān)固性系數(shù)。綜合指標(biāo)D、K的突出危險(xiǎn)性臨界值采用防治煤與瓦斯突出細(xì)則給定的參考臨界值，確定區(qū)域煤層突出危險(xiǎn)性。 表4-2 綜合指標(biāo)D、K預(yù)測(cè)煤層區(qū)域突出危險(xiǎn)性的臨界值煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)D煤的突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)K無(wú)煙煤其它煤種2015注：(1)如果D式中

37、兩括號(hào)內(nèi)的計(jì)算值都為負(fù)值時(shí)，則不論D值大小，都為突出威脅區(qū)域；(2)地質(zhì)堪探和新井建設(shè)時(shí)期進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)傾向性預(yù)測(cè)時(shí)，突出威脅視為無(wú)突出危險(xiǎn)煤層。瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)已開(kāi)采區(qū)域所發(fā)生突出點(diǎn)分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，結(jié)合未開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造條件，將未開(kāi)采區(qū)域劃分出突出危險(xiǎn)區(qū)域和突出威脅區(qū)域。前提條件是要確切掌握了已開(kāi)采區(qū)域突出點(diǎn)分布和煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造條件的規(guī)律。劃分是主要有以下三個(gè)技術(shù)要點(diǎn)：(1)在上水平發(fā)生過(guò)一次突出的區(qū)域，下水平的垂直對(duì)應(yīng)區(qū)域應(yīng)預(yù)測(cè)為突出危險(xiǎn)區(qū)。(2)根據(jù)上水平突出點(diǎn)分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，確定出突出點(diǎn)距離地質(zhì)構(gòu)造兩側(cè)的最遠(yuǎn)距離線，并結(jié)合地質(zhì)部門(mén)提供的下水平

38、或下部采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造分布，按照上水平構(gòu)造線兩側(cè)的最遠(yuǎn)距離線向下推測(cè)下水平或下部采區(qū)的突出危險(xiǎn)區(qū)域（圖4-1）。(3)未劃定的其它區(qū)域?yàn)橥怀鐾{區(qū)。瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法局限性在于要求確切掌握已開(kāi)采區(qū)域突出點(diǎn)分布和煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造條件的關(guān)系，要求收集統(tǒng)計(jì)大量已采區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)。圖4-1 瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法示意圖防治煤與瓦斯突出細(xì)則第26條規(guī)定：新建礦井在確定煤層突出危險(xiǎn)性時(shí)，應(yīng)根據(jù)地勘部門(mén)提供的突出危險(xiǎn)性基礎(chǔ)資料，并參照臨近礦井的突出情況和預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性指標(biāo)來(lái)確定煤層突出危險(xiǎn)性。新井建設(shè)時(shí)期，在采用地勘時(shí)期的區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果的同時(shí)，利用揭穿煤層的實(shí)際情況打鉆測(cè)定相關(guān)參數(shù)重新驗(yàn)證煤層的突出危險(xiǎn)性。沒(méi)有參照采區(qū)

39、或水平的(如新建礦井的首采區(qū)或第一個(gè)水平)，結(jié)合地質(zhì)勘探時(shí)期測(cè)定的參數(shù)情況，補(bǔ)充測(cè)定一些基礎(chǔ)參數(shù)，采用細(xì)則推薦的單項(xiàng)或綜合指標(biāo)法及其臨界值進(jìn)行新采區(qū)、新水平突出危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。由于永安接替井是基建礦井，不存在已采區(qū)，也沒(méi)有上一水平。礦井基建時(shí)期僅有兩次動(dòng)力現(xiàn)象，也沒(méi)有相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；而瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法適用于生產(chǎn)礦井以及擁有大量的資料，所以不宜采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法。而單項(xiàng)指標(biāo)法的缺點(diǎn)是以點(diǎn)代面，沒(méi)有考慮地應(yīng)力的影響因素。綜合指標(biāo)法綜合考慮了地應(yīng)力、瓦斯壓力、煤的破壞程度、放散初速度和埋藏深度等因素對(duì)突出的影響，雖然缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮到構(gòu)造應(yīng)力的影響；但是該礦的地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單（井田范圍內(nèi)主要構(gòu)造形態(tài)為寬緩的

40、褶皺，沒(méi)有落差超過(guò)20m的斷層，地質(zhì)構(gòu)造屬簡(jiǎn)單型）；所以采用綜合指標(biāo)法進(jìn)行該礦3#煤層的區(qū)域預(yù)測(cè)比較合理，輔助選用單項(xiàng)指標(biāo)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，這樣可以增強(qiáng)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。選取和測(cè)定 針對(duì)沁和能源永安接替井的具體情況，根據(jù)單項(xiàng)指標(biāo)法和綜合指標(biāo)法預(yù)測(cè)的需要，在進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)時(shí)選用了以下指標(biāo)：煤的堅(jiān)固性系數(shù)f該指標(biāo)表示煤抵抗外力能力的一個(gè)綜合性指標(biāo)。它由煤的強(qiáng)度、硬度、脆性決定。測(cè)定工具是搗碎筒和計(jì)量筒。測(cè)定原理是在一定重量的落錘作用下，測(cè)算一定重量煤體的破碎程度。具體操作的程序是： 采樣：在煤層厚度上、中、下采集直徑為l00mm。打碎分組：用手工打碎煤體，使之粒度為2030mm，經(jīng)篩選分后，分成

41、每份50g。每5份為一組（250g）。共三組，總量為750g。kg的重錘提高到600mm高度自由落下，每份煤樣沖擊3次。 測(cè)量粉煤高度：每5份(即每組)煤樣搗碎后，經(jīng)過(guò)篩分，把粒度為以下的粉煤倒人計(jì)量簡(jiǎn)內(nèi)，輕輕敲打使之密實(shí)，插入具有刻度的活塞尺量出粉煤高度。測(cè)定f值：要試驗(yàn)三組煤體，取f的平均值。實(shí)驗(yàn)證明，f值越小，突出危險(xiǎn)性越大。4.2.2瓦斯放散初速度P該指標(biāo)是在實(shí)驗(yàn)儀器內(nèi)吸附瓦斯，放散后1分鐘內(nèi)瓦斯壓力的變化值。它表示煤放散瓦斯的性能。該性能是由煤的物理、力學(xué)性質(zhì)來(lái)決定的。煤層的P值的大小，與煤的微孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙表面性質(zhì)和大小等有關(guān)。P值在一定程度上反映了瓦斯含量的大??；對(duì)瓦斯含量相同的

42、煤層，則主要反映出瓦斯?jié)B透和流動(dòng)孔隙的差別。在瓦斯含量相同的條件下，煤的放散初速度越大，煤的越嚴(yán)重，越易于形成具有攜帶破碎能力的瓦斯流，越有利于突出的發(fā)生。測(cè)定P值，常用P測(cè)定儀（如下圖4-2）進(jìn)行。 以上兩個(gè)參數(shù)的測(cè)定：在正在掘進(jìn)的運(yùn)輸大巷和3101工作面順槽，每隔50米采集一個(gè)軟煤煤樣，分別用塑料袋封裝帶回學(xué)校測(cè)定。記錄并標(biāo)明每個(gè)煤樣采樣地點(diǎn)、所處巷道位置。圖 4-2 P測(cè)定裝置1玻璃杯；2水銀壓力計(jì)；3標(biāo)尺；4、5管口；6玻璃球形腔；7玻璃管；8玻璃塞；9套管；10開(kāi)關(guān)構(gòu)造煤類(lèi)型煤的破壞類(lèi)型通過(guò)井下實(shí)地觀察和手捏等判斷，判斷方法根據(jù)以下幾個(gè)方面進(jìn)行：煤的光澤、構(gòu)造及構(gòu)造特征、節(jié)理性質(zhì)、節(jié)

43、理面性質(zhì)、斷口性質(zhì)和強(qiáng)度。按照防治煤與瓦斯突出細(xì)則的規(guī)定，我國(guó)把煤的破壞類(lèi)型分為5類(lèi)，如表4-3。從巷道揭露煤層情況看，永安接替井3#煤的上部分煤層，光澤一般較明亮，呈不規(guī)則塊狀，節(jié)理和次生節(jié)理發(fā)育，層理清晰，斷口呈參差多角狀，煤質(zhì)堅(jiān)硬用手難以掰開(kāi)，應(yīng)屬于類(lèi)、類(lèi)破壞煤。但在大部分地段，煤層下部普遍存在著一層軟煤分層，厚度為，局部地帶厚度更大，達(dá)到1.5m，在地質(zhì)構(gòu)造附近，軟分層會(huì)存在于煤層的全厚，軟煤呈粒狀或顆粒膠結(jié)而成，局部地點(diǎn)呈泥狀，用手捻之易成粉煤狀，屬于類(lèi)、類(lèi)破壞煤。對(duì)構(gòu)造煤進(jìn)行觀察，在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，記錄軟煤出現(xiàn)的層位、軟煤厚度、觀測(cè)巷道名稱(chēng)以及所處巷道位置等。表4-3 煤的破壞類(lèi)型分類(lèi)

44、表破壞類(lèi)型光澤構(gòu)造及構(gòu)造特征節(jié)理性質(zhì)節(jié)理面性質(zhì)斷口性質(zhì)強(qiáng)度類(lèi)亮與半亮層狀構(gòu)造，塊狀構(gòu)造，條帶清晰明顯一組或二到三組節(jié)理，節(jié)理系統(tǒng)發(fā)育，有次序有充填物（方解石），次生面少，節(jié)理、劈理面平整參差階狀，貝狀，波浪狀堅(jiān)硬，用手難以掰開(kāi)類(lèi)亮與半亮1、尚未失去層狀2、條帶明顯，有時(shí)扭曲，有錯(cuò)動(dòng)3、不規(guī)則塊狀，多棱角有擠壓特征次生節(jié)理面多，且不規(guī)則，與原生節(jié)理呈網(wǎng)狀節(jié)理節(jié)理面有擦紋、滑皮，節(jié)理平整，易掰開(kāi)參差多角用手極易剝成小塊，中等硬度類(lèi)半亮與半暗1、彎曲成透鏡狀構(gòu)造2、小片狀構(gòu)造3、細(xì)小碎塊，層理較紊無(wú)次序節(jié)理不清，系統(tǒng)不發(fā)達(dá)，次生節(jié)理密度大有大量擦痕參差及粒狀用有手捻成粉末，硬度低類(lèi)暗淡1、粒狀或小顆

45、粒膠結(jié)而成，形似天然煤團(tuán)節(jié)理失去意義，成粘塊狀粒狀可捻成粉末，偶爾較硬類(lèi)暗淡1、土狀構(gòu)造，似土質(zhì)煤如斷層泥狀土狀可捻成粉末，疏松瓦斯吸附常數(shù)測(cè)定在回采工作面新暴露煤壁采集一個(gè)煤樣（重量約1000g），帶回學(xué)校實(shí)驗(yàn)室做瓦斯吸附常數(shù)測(cè)定。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試得出：吸附常數(shù)a=48.6429 m3t.r ，b=0.469 MPa1。對(duì)煤進(jìn)行工業(yè)分析，得出煤的以下參數(shù) Mad1.25 %；Aadm3m3；r=1.46tm3。煤層瓦斯壓力P它是指未暴露煤層的原始瓦斯壓力，其單位是MPa。煤層壓力測(cè)量分為直接測(cè)定法和間接法兩種。直接測(cè)量法通常是從圍巖向煤層打鉆孔，孔中放測(cè)壓管，將鉆孔密封后，用壓力表直接測(cè)定。

46、具體方法是：（1）鉆孔測(cè)壓時(shí)，打鉆巷道至煤層的垂直距離一般為510m，但不得小于5m，鉆孔要避開(kāi)褶曲、斷層和裂隙帶；鉆孔要打穿煤層直到頂板(或底板)0.20.5m，鉆孔直徑為4275mm。（2）測(cè)壓管要求采用紫銅管，管徑為68mm，長(zhǎng)度不少于7m。（3）在測(cè)壓管外端焊接壓力表接頭，里端設(shè)置金屬擋板對(duì)應(yīng)于測(cè)壓氣室外側(cè)，并將其插入待測(cè)壓鉆孔內(nèi)。（4）將柱狀粘土送入到金屬擋板以外，每堵1m粘土打人1個(gè)木塞，木塞直徑小于鉆孔直徑1015mm，打入木塞時(shí)應(yīng)保護(hù)好紫銅管，以防折斷(木段長(zhǎng)200mm左右)。（5）在孔口(0.51.0m)用水泥砂漿封堵，經(jīng)24h凝固后，安上壓力表測(cè)壓，并詳細(xì)記錄壓力上升與時(shí)間

47、的關(guān)系，直到壓力穩(wěn)定為止。穩(wěn)定后的壓力即為煤層瓦斯壓力。間接法：是利用下列計(jì)算煤層瓦斯含量的公式用瓦斯含量來(lái)返算煤層壓力： （4-3）式中X煤層瓦斯含量，m3/t；a吸附常數(shù)，試驗(yàn)溫度下的極限吸附量，m3t；b吸附常數(shù)，MPa-1；P煤層瓦斯壓力，MPa； Aad煤的灰分，；Mad煤的水份，；k煤的孔隙體積，m3m3；煤的密度，tm3。由上式可以看出，在相同的煤質(zhì)條件下，瓦斯含量和瓦斯壓力的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的瓦斯含量值，就可以推出瓦斯壓力。煤層瓦斯壓力參數(shù)最好通過(guò)巖石巷道實(shí)測(cè)獲得，但由于永安接替井沒(méi)有巖石大巷，所有的巷道基本布置于煤層當(dāng)中，無(wú)合適的測(cè)壓條件；加上測(cè)量壓力的難度較大。所

48、以，本文采用的是第二種方法來(lái)確定煤層瓦斯壓力。表4-4 由含量推出的壓力值埋深m 含量（m3） abA（%）M （%）KrP（Mpa）250300350400450500550600由于永安接替井3#煤層煤厚5 m，采用分層開(kāi)采的方法，回風(fēng)大巷和運(yùn)輸大巷分別沿煤層頂、底板布置，兩個(gè)巷道中均有不同程度的軟煤分層；為了提高預(yù)測(cè)的精度，使所選的參數(shù)值更具有代表性，我們從3101開(kāi)始分別沿著運(yùn)輸大巷向東和沿著3101軌道巷向北，每隔50 m選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)，詳細(xì)記錄煤的堅(jiān)固性系數(shù)、放散初速度、煤的破壞類(lèi)型等參數(shù)，并計(jì)算埋深和瓦斯壓力后，匯總表（表4-5和表4-6）如下：表4-5 運(yùn)輸大巷數(shù)據(jù)運(yùn)輸大巷至工作

49、面距離埋深mf值放散初速度p破壞類(lèi)型壓力 MPa030028 類(lèi)5031124 類(lèi)10032225 類(lèi)15033427 類(lèi)20034525 類(lèi)25035124 類(lèi)30036324 類(lèi)35037425 類(lèi)40038527 類(lèi)45039626 類(lèi)50040625 類(lèi)55041825 類(lèi)60043026 類(lèi)65044325 類(lèi)表4-6 3101軌道巷數(shù)據(jù)回風(fēng)大巷至工作面距離埋深mf值放散初速度p破壞類(lèi)型壓力 MPa0301235031123100321251503312620034127250348243003612135037220400384224503962250040721550418226

50、00430216504412270045720單項(xiàng)指標(biāo)法預(yù)測(cè)結(jié)果由以上兩表的數(shù)據(jù)可以看出，其中運(yùn)輸大巷所測(cè)得數(shù)據(jù)，全部超過(guò)表4-1規(guī)定的臨界值，如下表4-7。表4-7 單項(xiàng)指標(biāo)法進(jìn)行預(yù)測(cè)的結(jié)果參數(shù)f值p破壞類(lèi)型壓力P預(yù)測(cè)結(jié)論24-28-類(lèi)突出危險(xiǎn)區(qū)所以利用單項(xiàng)指標(biāo)法進(jìn)行預(yù)測(cè)的結(jié)果為：3#煤層具有突出危險(xiǎn)性。綜合指標(biāo)法預(yù)測(cè)結(jié)果利用綜合指標(biāo)法預(yù)測(cè)的技巧有兩種：一是系統(tǒng)的把所有的數(shù)據(jù)帶入公式進(jìn)行計(jì)算，得出D、K值，看所有數(shù)據(jù)中各組D、K值是否有超過(guò)臨界值的情況，若有本煤層既具有突出危險(xiǎn)性；二是將所有數(shù)據(jù)分為若干單元，在各個(gè)單元中選數(shù)據(jù)（其中的P、P選取最大值，f值選取最小值）帶入公式進(jìn)行計(jì)算D、K值

51、。只要得出的數(shù)據(jù)中D、K值有同時(shí)超標(biāo)的情況，即可判定3#煤層具有突出危險(xiǎn)性。本文分別用以上兩種方法進(jìn)行計(jì)算，得出D、K值。（1）按上述第一種方法計(jì)算出的數(shù)據(jù)如圖4-3，4-4。圖4-3圖4-4由上面計(jì)算結(jié)果可以看在下分層中D=5.432.20.25且 K=468020，預(yù)測(cè)為具有突出危險(xiǎn)性。在上分層中D=-3.6-6.6（為負(fù)值）且K=11.716.720，預(yù)測(cè)為不具有突出危險(xiǎn)性。（2）按上述第二種方法計(jì)算出的數(shù)據(jù)如表4-8。由表中計(jì)算的D、K數(shù)據(jù)可知在下分層中D=13.232.20.25且 K=688920，預(yù)測(cè)為具有突出危險(xiǎn)性。在上分層中D=-3.8-5.1（為負(fù)值）且K=141820，預(yù)

52、測(cè)為不具有突出危險(xiǎn)性。表4-8煤層位置埋深f值PP預(yù)測(cè)結(jié)果下分層300-33428突出危險(xiǎn)區(qū)下分層345-37425突出危險(xiǎn)區(qū)下分層385-41827突出危險(xiǎn)區(qū)下分層430-44326突出危險(xiǎn)區(qū)上分層301-33126突出威脅區(qū)上分層341-37227突出威脅區(qū)上分層384-41822突出威脅區(qū)上分層430-45722突出威脅區(qū)綜上所述，利用綜合指標(biāo)法預(yù)測(cè)3#煤層為具有突出危險(xiǎn)性。預(yù)測(cè)結(jié)論（該礦所產(chǎn)的煤為無(wú)煙煤，所以選、K=20）代入公式D=（0.0075H/f-3）(p-0.74)，計(jì)算出煤的埋藏深度后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由小于此埋深的區(qū)域向外推100米劃為突出威脅區(qū)，其余為無(wú)突區(qū)域，大于此埋深的區(qū)域

53、為突出危險(xiǎn)區(qū)。將這兩條埋深等值線，分別繪制在瓦斯地質(zhì)圖上，利用AUTOCAD軟件按照瓦斯地質(zhì)編圖的表示方法將各區(qū)涂色，即可完成的瓦斯地質(zhì)區(qū)劃圖。利用我們計(jì)算的值進(jìn)行反推埋深后發(fā)現(xiàn)，埋深值落在114220m和115154m（由分選數(shù)據(jù)得）之間，所以我們將埋藏深度小于114米的區(qū)域劃分為無(wú)突出區(qū)，將埋藏深度在114220m之間的區(qū)域劃分為突出威脅區(qū)，將埋藏深度大于220m的區(qū)域劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)。然而經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)的資料顯示，本井田的埋深均在300600m之間，所以最終的預(yù)測(cè)結(jié)果是：永安接替井3#煤層全部處于煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)。結(jié)論分析：由于永安接替井瓦斯含量比較大，煤層相對(duì)于附近礦井的煤層埋藏比較深，

54、頂?shù)装宓膸r性又比較利于瓦斯的保存，并且在礦井基建時(shí)期，煤層埋藏比較淺的情況下已經(jīng)發(fā)生過(guò)兩次突出；加上本井田的面積比較小，所以全區(qū)處于突出危險(xiǎn)區(qū)是可能的，這與瓦斯區(qū)劃理論不相違背。4.4 瓦斯地質(zhì)圖在前面章節(jié)繪制出的瓦斯含量圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)瓦斯含量和埋藏深度的關(guān)系，1：2000瓦斯地質(zhì)圖如圖4-5。圖4-5 瓦斯地質(zhì)圖5 防治煤與瓦斯突出技術(shù)措施防突措施一般分為兩類(lèi)：區(qū)域防突措施和局部防突措施。區(qū)域性防突措施的作用在于使煤層一定區(qū)域消除突出危險(xiǎn)性。其優(yōu)點(diǎn)是在突出煤層采掘前，預(yù)先采取防突措施，措施施工與采掘作業(yè)互不干擾，且其防突效果優(yōu)于局部防突措施，在采取防治突出措施時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。局部性防突措施的

55、作用在于使工作面前方小范圍煤體喪失突出危險(xiǎn)性。其缺點(diǎn)是：措施施工與采掘工藝相互干擾，且防突效果受地質(zhì)開(kāi)采條件變化影響較大。區(qū)域性防突措施有開(kāi)采保護(hù)層、煤層注水和預(yù)抽煤層瓦斯等。目前我國(guó)普遍采用的是開(kāi)采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯；其中開(kāi)采保護(hù)層是防止煤與瓦斯突出最簡(jiǎn)單、最有效、最經(jīng)濟(jì)的區(qū)域性措施，但是，開(kāi)采保護(hù)層措施的應(yīng)用受到煤層賦存條件的限制，如永安煤礦接替井開(kāi)采單一煤層（3# 煤層與15# 煤層的間距達(dá)80m左右，其它煤層均不可采）的情況下，沒(méi)有保護(hù)層可供選擇。所以只能采用預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。預(yù)抽煤層瓦斯，實(shí)質(zhì)上就是在回采前預(yù)先抽放開(kāi)采煤層的瓦斯，主要是通過(guò)預(yù)先抽放瓦斯以減小或消除煤層

56、的突出危險(xiǎn)性，其次也可以減少采掘過(guò)程中的瓦斯涌出量。其原理如圖5-1所示。預(yù)抽煤層瓦斯的作用，即是利用均勻分布在突出危險(xiǎn)煤層中的大量鉆孔，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的預(yù)先抽放瓦斯，以降低突出危險(xiǎn)煤層中的瓦斯含量和瓦斯壓力，從而使煤層變形收縮，煤體應(yīng)力下降，并相應(yīng)地使煤體的強(qiáng)度增高，使被抽放煤層減小或消除突出的危險(xiǎn)性。煤 體 卸 壓釋放 彈性 潛能瓦 斯 排 放釋放 瓦斯 潛能煤體 強(qiáng)度 增高增 強(qiáng) 突 出 阻 力消除或減小采掘中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)圖5-1 預(yù)抽煤層瓦斯防突機(jī)理采用預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施時(shí)，工作面煤層瓦斯抽放采用沿煤層鉆孔預(yù)抽方式。其鉆孔布置可分為：上下向鉆孔平行布置、扇形布置，水平鉆孔

57、平行布置和混合鉆孔布置等幾種方式。鉆孔布置方式要根據(jù)礦井的具體生產(chǎn)條件選擇，對(duì)于以防突為目的的煤層瓦斯抽放，無(wú)論采用哪種布置方式，都要求在預(yù)抽煤層的范圍內(nèi)均勻布孔，使整個(gè)開(kāi)采區(qū)域盡可能都在鉆孔控制范圍之內(nèi)。鉆孔孔徑以75mm90mm為宜，鉆孔間距根據(jù)抽放影響半徑確定，本礦孔間距初定為6m。鉆孔施工完畢后，應(yīng)立即封孔進(jìn)行抽放，封孔方法可采用聚氨酯封孔，封孔長(zhǎng)度不小于5m。必須保證足夠的抽放時(shí)間，并準(zhǔn)確計(jì)量瓦斯抽放量。5.2局部防突措施 根據(jù)局部措施的應(yīng)用巷道類(lèi)別，可將局部措施分為石門(mén)揭煤、煤巷掘進(jìn)工作面和回采工作面措施等。該礦以后的施工中沒(méi)有石門(mén)揭煤的情況，下面主要介紹煤巷掘進(jìn)工作面和回采工作面

58、措施。5.2.1煤巷掘進(jìn)工作面大量研究和實(shí)踐表明，煤巷掘進(jìn)工作面的突出次數(shù)最多。為保證施工安全，防止煤與瓦斯突出，在煤巷掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)采取行之有效的防突措施。一般在掘進(jìn)巷道時(shí)，采用瓦斯抽放、超前鉆孔、松動(dòng)爆破、水力沖孔表5-1 抽放鉆孔參數(shù)表鉆場(chǎng)孔號(hào)孔深（m）與巷道中心線夾角（o）左幫鉆場(chǎng)右?guī)豌@場(chǎng)16082604360846041608260436084604圖5-2 邊掘邊抽（鉆場(chǎng)）措施孔設(shè)計(jì)施工示意圖等防突措施。永安煤礦接替井可以采用瓦斯抽放及超前排放鉆孔作為防突措施。瓦斯預(yù)抽措施實(shí)質(zhì)上就是預(yù)先抽放開(kāi)采煤層的瓦斯，主要是通過(guò)預(yù)先抽放瓦斯以減小或消除煤層的突出危險(xiǎn)性，可采用的抽放方式有邊掘邊

59、抽（專(zhuān)用鉆場(chǎng)）及掘前預(yù)抽。（1）掘進(jìn)過(guò)程中的邊掘邊抽措施孔設(shè)計(jì)施工參數(shù)如表5-1和圖5-2所示。（2）超前排放鉆孔措施是目前我國(guó)在突出礦井應(yīng)用最為廣泛的煤巷掘進(jìn)局部防突措施，其防突效果已經(jīng)得到實(shí)踐檢驗(yàn)。其原理是在工作面前方一定距離的煤體內(nèi)，始終保持有足夠數(shù)量的鉆孔，由于鉆孔的卸壓和排放瓦斯的作用，人為地造成并保持工作面前方有一個(gè)較長(zhǎng)的卸壓帶，防止突出的發(fā)生。超前排放鉆孔采用89直徑排放鉆孔布孔方式如圖5-3。圖5-3 掘進(jìn)工作面（順槽迎頭）鉆孔布置示意圖超前鉆孔防突措施掘進(jìn)工作面經(jīng)預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)時(shí)，采取89直徑超前鉆孔局部防突措施。設(shè)計(jì)防突措施鉆孔孔徑為89mm，鉆孔深度1015m，鉆孔數(shù)量視

60、掘進(jìn)斷面而定，有效排放半徑按實(shí)測(cè)值0.89m計(jì)算，鉆孔控制到巷道輪廓線外24m；掘進(jìn)工作面采取防突措施時(shí)，每次由防突隊(duì)編制超前鉆孔設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括鉆孔孔徑、孔深、孔數(shù)、有效排放半徑、開(kāi)孔和終孔位置，報(bào)礦總工程師批準(zhǔn)。措施孔施工如圖5-3所示。施工方法：用防突鉆機(jī)、42mm鉆桿、89mm 鉆頭按設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)，先上排后下排、由下幫往上幫施工；防突措施經(jīng)效果檢驗(yàn)后，如無(wú)突出危險(xiǎn)，則采取安全防護(hù)措施進(jìn)行正常掘進(jìn)；如仍有突出危險(xiǎn)，必須采取補(bǔ)充防突措施，并經(jīng)措施效果檢驗(yàn)有效后，掘進(jìn)工作面方可施工； 補(bǔ)充防突措施為在上下兩排鉆孔之間增打35個(gè)排放鉆孔，孔深同措施孔；每執(zhí)行一次防治突出措施作業(yè)循環(huán)（包括措施、措