王宇
内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦煤矿
内蒙古鄂尔多斯市 017209
摘要：我国多数煤矿现有的井下瓦斯预 警系统只是简单的将瓦斯浓度传感器和警报器连接,当出现瓦斯浓度超过警戒标准时发出警报信号, 一方面通知人员及时撤离,另一方面提醒通风控制人员调整通风系统的运行,加大风量,降低瓦斯浓度。瓦斯防治预警系统无法处理突发的瓦斯突出事故也无法准确判断瓦斯浓度超标的范围,导致井下综采作业频繁中断,不仅严重影响了井下综采作业效率,而且在反复调整的过程中极易导致出现人员受伤事故。本文分析了影响突出的主要地质因素，探讨了突出灾害防治措施。
关键词：煤矿；瓦斯；防治
随着煤矿开采深度的延伸，地应力、瓦斯压力越来越大，煤与瓦斯突出灾害日趋严 重、复杂，低指标突出、低参数突出及顶底板岩巷突出等时有发生。传统的预测手段已经不能完全满足矿井的安全、高效开采需求，煤与瓦斯突出的防治急需准确、实时的监测预警。煤与瓦斯突出的发生是一个复杂的煤体在应力与瓦斯耦合作用下动态演化过程。在煤矿井下采掘过程中突发的地质动力灾害现象，由地应力、瓦斯、煤体物理力学性质等因素综合作用引起，大量研究表明：突出的发生与矿井地质条件有着密切的关系。软煤层顶板软、底板软、煤层软是广泛存在于特殊煤田地质现象，受重力滑动构造影响，普遍具有煤岩层力学强度低、构造煤发育、煤层透气性差、瓦斯含量和瓦斯压力高、瓦斯放散速度快等特征，成为了突出灾害的易发地带，严重制约和影响着煤矿安全高效生产，给矿井瓦斯综合治理带来较大的技术难度。
一、煤矿瓦斯影响突出的地质因素
某煤田属于嵩箕构造区的一部分，区内构造形态总体为一走向北东、倾向南东的单斜构造，地层倾角5～100。发育较大的褶区构造为新安向斜，轴向近东西，为一宽缓向斜。断裂构造主要为张性断裂，以正断层为主，均位于井田北部和西部边界，大型断层构造背景下伴生有次级断裂，通常落差不大。
1、地质构造。煤田内大型断层多为边界断层，而在生产过程中揭露了大量的小型正断层，落差<3 m的小型断层占80％以上，分布极为不均匀，且多为“顶断底不断”型的断层。这些小型断层的存在造成煤层局部应力集中和煤体进一步被破坏，在采掘过程中容易诱发突出的发生。该矿采区的已发生的突出中有7次都与煤层中小断层有关，在义安矿发生的突出中有2次与小型断层有关，表明了地质构造对突出的影响和控制作用。
2、煤层埋深。随着煤层埋深的增加，地应力进一步增大，而瓦斯膨胀能也随着瓦斯压力的增大而逐步上升，两者均增加了煤层的突出危险性。根据井下煤层瓦斯参数测定分析，煤层瓦斯含量和瓦斯压力随着煤层埋深的增加而呈增大的趋势，两者有较好的相关性，从实际突出发生次数分析，煤层埋深300 m以下发生1次，埋深300—500 m发生5次，埋深500。600 m发生了13次，在埋深600 m以深区域由于采取了大量的防突措施，目前仅发生7次突出，但突出的煤量和瓦斯量明显高于浅部，整体来看煤层从浅部到深部突出的规模和强度呈现明显增强的趋势。
3、造煤厚度变化。构造煤是煤层受到构造强烈挤压和剪切破坏作用的产物，构造煤厚度变化在一定程度上影响和制约着突出的强度和分布。煤层构造煤全层发育，其厚度沿走向和倾向都具有较大的变化，主要特征表现为厚薄煤带相间分布，煤厚局部呈突变关系，煤层整体上呈似层状、藕节状或透镜状，倾向表现尤其明显。常常伴有煤层顶板平整、而地板起伏不平的现象，生产中揭露的煤层底板凸起区煤厚变薄，凹陷区煤厚增大，煤层厚度主要受成煤初期基底不平和成煤期后古河流冲蚀作用控制，而后期的构造作用进一步加剧了这种变化，加之采矿过程中引起的应力重新分布，极易在煤层中形成局部的应力集中而引起突出。
考察发现大多数突出发生在煤层厚度较大且变化较明显的地段，特别是断层附近煤层由厚变薄的地带更易发生突出。
二、煤矿瓦斯防治对策
1、建立突出预测预警体系。突出危险性预测是突出防治的基础，在不同破坏程度煤体条件下预测指标的敏感性和临界值存在较大差异，应采取现场试验考察分析的方法来确定，避免采取“一刀切”的方式。在突出区域预测方面采取瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法。通过试验考察瓦斯含量或瓦斯压力指标临界值，重点加强工作面尺度突出危险区域划分研究，在煤巷掘进工作面对S、q、Ah2：、K1，等预测指标敏感性和临界值进行考察。同时加强突出预测的地球物理技术研究，利用AVO技术探测矿井瓦斯富集区和突出危险区，利用声发射技术对变形破裂剧烈区进行定位，利用电磁辐射监测技术对工作面进行非接触式连续预测，并特别关注采掘过程中瓦斯涌出动态变化及发生的突出预兆，进一步完善现有的瓦斯监测监控系统，构建三软煤层突出预测预警体系。
2、强化井下瓦斯抽采。煤层由于稳定性差、透气性系数低，导致成孔比较困难、瓦斯抽采效果不理想，对以上问题应采取以下措施：①稳固钻机，降低钻进过程中产生的振动，合理控制风压和风量，把握好给进压力和钻进速度，通过减压、降速减少沉渣，提高钻孔钻进深度和成孔率；②改进钻具，采用大功率钻机和异形钻杆提高排渣效率，钻进过程中在孔口使用防喷安全装置，成孔后在孔内下入筛管防止塌孔；③在工作面煤层顶板砂岩层中实施顶板钻孔水力压裂，在压裂影响范围内布置高位钻孔提高瓦斯抽采效果；④以采动应力及裂隙分布规律为指导，充分利用采动形成的“0形圈”，在顶板裂隙带中布置定向长钻孔以抽采采空区垮落带、裂隙带的高浓度瓦斯。近年来煤科研究院对松软突出煤层提出了中风压空气钻进工艺技术，对于煤体坚固性系数f=0.2-0.5的松软煤层，最大钻进深度可达120m。成功研发了ZDY6000LD(F)型定向钻机，并采用梳状定向孔技术在松软煤层顶底板岩层中施工长距离梳状钻孔，实现了对松软煤层远距离瓦斯区域抽采，有效解决了松软煤层成孔性差、瓦斯抽采距离短、抽采区域小等难题，为煤层瓦斯治理提供了一种新的思路。
3、实施水力消突措施。以水力冲孔、水力挤出、水力压裂等为代表的水力消突措施能使钻孔周围煤体充分卸压，降低煤层局部瓦斯含量和瓦斯压力梯度，提高煤体的透气性，改变煤体湿度和塑性，大幅度释放煤层及围岩的弹性潜能和瓦斯膨胀能，因此能够有效降低煤层突出危险性。YX001工作面实施穿层水力冲孔后，煤层瓦斯含量由原来的10 m3／t以上降低到3．34～6．43 m3／t，采掘期间无突出现象发生。矿在14170工作面实施顶板水力压裂后，压裂影响范围内煤层瓦斯含量由压裂前11．85 m3／t降低到2．3 m3／t，取得了良好的防突效果。
预警方法的研究、预警软件的开发是煤与瓦斯突出实时监测预警研究的重要内容，地质条件是影响煤田煤层突出发生和分布的主导因素，研究表明：影响和控制煤层突出的地质因素主要是地质构造、煤层埋深、构造煤厚度变化。煤层小断层附近、构造煤厚度急剧由厚变薄的地段和采掘应力集中带附近是突出发生的敏感地带。特殊的地质条件决定了煤层突出灾害防治必须坚持，加强积极探索并构建三软煤层突出预测预警体系、通过改进打钻工艺和钻孔布置方式强化瓦斯抽采、实施水力化消突措施是煤层突出灾害防治的基本对策。
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