贵州煤矿煤与瓦斯突出特点及防突措施研究

贵州煤矿煤与瓦斯突出特点及防突措施研究

贵州煤炭资源丰富。2008年底，新增549亿天，埋深2000米，总磷储量2829亿t。2009年贵州煤炭产量1.37亿t,预计到2015年煤炭产量达2.3亿t,煤炭是贵州省的支柱产业。贵州煤层赋存条件复杂,煤层瓦斯含量高,煤与瓦斯突出灾害严重。2010年,贵州开展瓦斯等级鉴定矿井1403对,其中高瓦斯矿井446对,煤与瓦斯突出矿井348对,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占56.59%。目前贵州已将六枝、水城、盘江、织纳、黔北、黔西北、林东、普兴和红茂矿区划分为煤与瓦斯突出矿区和突出危险矿区,目的是加大煤矿管理,遏止煤与瓦斯突出事故发生。随煤矿开采强度的加大和开采深度的增加,煤与瓦斯突出事故时有发生,有往深度和广度发展的趋势。因此研究贵州煤与瓦斯突出特点,提出相应防突措施,对防止煤与瓦斯突出事故有重要意义。1贵州突出煤层分布特点和突出指数1.1鉴定对象的分布情况通过收集贵州省74对矿井,107层煤的煤与瓦斯突出危险性鉴定结果,各地区所占比例见表1。从收集的74对矿井的煤与瓦斯突出危险性鉴定结果来看,鉴定为突出矿井的28对,占37.84%,鉴定为非突出矿井的46对,占62.16%,其中,鉴定为突出的矿井主要分布在毕节、六盘水和遵义地区。鉴定为突出煤层或煤与瓦斯突出危险性煤层的45层,占42.06%,其中毕节、六盘水和遵义地区占的比例分别为48.9%、24.4%和17.8%。鉴定为没有煤与瓦斯突出危险性的,绝大部分都是小型煤矿,这些矿井目前开采深度浅,煤层瓦斯含量和瓦斯压力很低。鉴定为突出的矿井主要分布在桐梓—遵义—贵阳—安顺—兴义一线以西的遵义、毕节、安顺、六盘水等富煤区域。该区域内的大中型煤矿,由于开采深度深、煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大,几乎所有煤层均具有煤与瓦斯突出危险性,矿井均属煤与瓦斯突出矿井。小型煤矿目前没有煤与瓦斯突出危险性的,随着矿井开采深度的增加,开采煤层煤与瓦斯突出危险性增大,矿井将会逐渐转变为煤与瓦斯突出矿井。1.2煤层瓦斯压力通过对收集的74对矿井、107层煤的煤与瓦斯突出危险性鉴定,现场共测得煤层瓦斯压力数据303组;采集煤样在实验室测得瓦斯放散初速度指标(ΔP)268组,煤的坚固性系数(f)268组;在井下各煤层暴露点判定煤的破坏类型。突出指标在各地区的分布比例见表2。1煤层瓦斯压力随埋深的变化从表2可看出,煤层瓦斯压力P≥1.00MPa占14%,0.74MPa≤P<1.00MPa占13%,P<0.74MPa占73%。实测煤层瓦斯压力P≥1.00MPa的在毕节、六盘水、遵义、安顺、黔西南州均有分布,但大多分布在毕节、六盘水、遵义地区。实测煤层瓦斯压力大多小于0.74MPa,一方面部分矿井开采深度浅,煤层瓦斯压力确实低;另一方面,体现了煤层瓦斯压力确实是一个很难测准的一个参数,在现场实际测定过程中,即使在同一标高或同一地点,同时布点测得的几组数据相差也很大,因为它不仅与钻孔封孔质量有关,而且还与测压地点巷道布置、地质构造以及采掘活动有关。目前,在纳雍五轮山煤矿、盘县松河煤矿和习水木担坝煤矿测得煤层瓦斯压力最高分别为3.00、2.50和1.70MPa。总体来看煤层瓦斯压力与埋深呈线性关系,瓦斯压力梯度平均为0.3MPa/hm,即埋深每增加100m,煤层瓦斯压力将增大0.3MPa。煤层瓦斯压力与埋深关系如图1所示。2瓦斯放散初速度煤的瓦斯放散初速度指标反映的是煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度,它的大小与煤的瓦斯含量大小、孔隙结构和孔隙表面性质等有关。在煤与瓦斯突出的发展过程中,瓦斯的运动和破坏力在很大程度上取决于含瓦斯煤体在破坏时瓦斯的解吸与放散能力。对107层煤的268组瓦斯放散初速度指标进行统计分析,煤层瓦斯放散初速度ΔP<10的占20%,ΔP≥10的占80%(其中10≤ΔP<20占53%,ΔP≥20的占27%),最大值37.65。针对煤层来讲,瓦斯放散初速度指标最大值大于10的占90.6%,贵州煤层瓦斯放散初速度普遍较大。瓦斯放散初速度指标最大值小于10的煤层在各地区均有分布,这些煤层在鉴定当时大多开采深度浅,有可能还处于瓦斯风化带。3煤的固结和煤层破坏类型分布规律煤的坚固性系数是表示煤抵抗外力破坏能力的一个综合指标,煤的坚固性系数越小,发生煤与瓦斯突出的可能性越大。对实测107层煤的268组坚固性系数统计分析,六盘水地区煤的坚固性系数整体较小,大多小于0.5;毕节、遵义、安顺地区煤的坚固性系数从小于0.3到大于1.0均有分布,这些地区煤种为无烟煤,煤质硬,煤的坚固性系数一般都大于0.5,但煤层遇到构造或存在有软分层时,又变得很软,煤的坚固性系数一般都小于0.5,甚至小于0.3。煤层破坏类型为Ⅰ类的占4%,Ⅱ类的占32%,Ⅲ类的占46%,Ⅳ类的占16%,Ⅴ类的占2%。贵州煤层破坏类型大多为Ⅱ~Ⅳ类,Ⅰ、Ⅴ类占的比例小。毕节地区从Ⅰ~Ⅳ类均有分布,煤层稳定无软分层区域属Ⅰ~Ⅱ类,煤层遇地质构造或有软分层时为Ⅲ~Ⅳ类;六盘水地区从Ⅱ~Ⅴ类均有分布,一般情况无烟煤矿区煤层稳定时为Ⅱ类,煤层遇地质构造或有软分层时为Ⅲ~Ⅳ类,烟煤矿区煤层大多为Ⅲ类,部分煤层为Ⅳ类,甚至少部分煤层为Ⅴ类;遵义、安顺、黔西南地区从Ⅱ~Ⅳ类均有分布,一般情况无烟煤矿区煤层稳定时为Ⅱ~Ⅲ类,煤层遇地质构造或有软分层时为Ⅲ~Ⅳ类,遵义地区个别煤层的软分层达Ⅴ类。2突出贵州煤、镁特色、突发性问题2.1发生情况对比自2005年至2010年10月,贵州共发生较大煤矿事故160起,其中煤矿瓦斯事故96起,煤与瓦斯突出事故35起,占瓦斯事故66.67%;发生煤与瓦斯突出未造成人员伤亡的有2起。自2005以来贵州共发生重特大事故9起,其中煤与瓦斯突出事故6起,占66.67%。通过对贵州2005年来发生的煤与瓦斯突出事故进行分析,总结了贵州省发生的煤与瓦斯突出事故具有以下特点。1煤层强度小且条件薄弱煤与瓦斯突出发生地点,大多受断层、褶皱等影响,煤层破坏严重,煤体强度小,且有部分煤层滑面还发育;另外,一部分受地质构造的影响,煤层软分层发育,软分层突然增厚等。2出煤与瓦斯突出工作面发生煤与瓦斯突出区域,通过煤矿瓦斯监测系统,大多可以看出煤与瓦斯突出工作面在发生煤与瓦斯突出前,都出现过瓦斯涌出异常增高现象;发生煤与瓦斯突出后,矿井瓦斯涌出量突然增大,且部分矿井还出现风流逆转,使煤与瓦斯突出事故扩大。3大多数事故发生在挖掘井的工作面在41起煤与瓦斯突出事故中,仅有3次发生在回采工作面,其余38次均发生在煤巷掘进工作面,占92.68%。4放炮是影响煤炭和砖瓦突出的主要因素在41起煤与瓦斯突出事故中,以放炮为主诱导煤与瓦斯突出的有25次,占到了60.98%。5前，许多人有迹象表明煤炭和砖瓦是突出的据统计,已发生的大多数煤与瓦斯突出事故,在发生前都出现过喷孔、卡钻、响煤炮、瓦斯涌出异常等突出征兆。2.2预防和控制突发事件的主要问题11事故前未采取预防和措施的情况下，情况没有得到执行根据统计的41起煤与瓦斯突出事故,有22起事故煤矿在采掘作业前未采取防突措施;其他矿井虽然制定了防突措施,但存在执行不到位的情况。2工作面设置回风系统2010年发生的某重大煤与瓦斯突出事故,发生突出的掘进工作面,没有独立的回风系统,且与其他工作面形成串联通风,从而导致其他作业点人员大量伤亡。3分层安装防突风门按《防治煤与瓦斯突出规定》要求,在突出煤层的石门揭煤和煤巷掘进工作面进风侧,须设置2道牢固可靠的防突风门,但某些煤矿在突出事故发生后,发现掘进工作面未安装防突风门。42监控和安全系统不完整2010年发生的某重大煤与瓦斯突出事故,调查发现发生突出的掘进巷道没有瓦斯传感器,没有安装压风自救系统,放炮地点无避难硐室。5无地质变化报告煤与瓦斯突出多发生在地质构造带,但事故发生后调查发现,大多数矿井都没有对事故发生前出现的地质变化进行编录,也没有相关的分析报告。另外,在超前探煤措施方面,2010年发生较大煤与瓦斯突出事故的某矿井超前探煤钻孔仅5m,严重不满足超前探煤的要求。6斯参数测试大部分煤矿尤其是小煤矿,在开采过程中,一般都没有对井田内煤层瓦斯参数进行测试。有的矿井在开采煤层浅部时,虽然对煤层进行了煤与瓦斯突出危险性鉴定,但随着开采深度的增加,由于未及时收集煤层瓦斯参数,或未进一步对其进行鉴定,盲目生产,最终造成煤与瓦斯突出事故。7观测指标与钻机防突装备水平低,主要体现在工作面突出危险性预测仪器装备单一,防突钻机钻进能力不足。不同的矿区,突出敏感指标不一样。绝大多数矿井都没有对本矿井的突出敏感指标进行考察,采用单一指标预测,有可能出现高指标不突,低指标突出现象,因此,靠单一的仪器将难以准确预测工作面的突出危险性。在防突钻机方面,大多数小型煤矿目前装备的还是75钻机,无法满足区域防突实施瓦斯抽采的要求。在防突机构方面,只要是突出矿井目前基本上都已建立,但仍存在钻工操作不熟练,人员配备不足等问题。8工作面异常危险2010年发生的某重大煤与瓦斯突出事故,掘进工作面在突出发生前2天,测得K1值为0.73mL/(g·min1/2),预测工作面有突出危险,另外,在打钻过程中,也出现过卡钻和喷孔现象,但这些都没引起管理人员和井下作业人员的重视,继续实施打眼放炮掘进,导致事故发生。3贵州省重要的煤炭和砖瓦管理关键和对策1煤层钻孔预抽放放火炬贵州煤矿多为近距离煤层群开采,防突工作应以区域防突为重点,坚持保护层开采和提前预抽煤层瓦斯措施。区域防突工作必须做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。按照《防治煤与瓦斯突出规定》的要求,当矿井各煤层均有煤与瓦斯突出危险性时,应当选择突出危险性小的煤层先行开采;煤层瓦斯预抽应优先选择穿层钻孔抽采,穿层钻孔或顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯,钻孔应当控制整个开采块段煤层,顺层钻孔预抽煤巷条带瓦斯时,钻孔控制条带长度要求不小于60m。目前,大多数矿井在选择保护层时,只是简单地按照煤层开采顺序,将上部的首采煤层作为保护层开采,没有真正做到将保护层选择在没有突出危险性或突出危险性小的煤层;采用预抽煤层瓦斯措施的,多数煤矿(尤其是小煤矿)都没有布置顶(底)板瓦斯抽采巷,实施穿层钻孔预抽;采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯,部分煤层受煤层条件的限制,钻孔塌孔严重,抽采钻孔控制范围又达不到要求。因此,煤矿企业防突工作的第一要务应当是选择好适合本矿井的区域防突措施,并严格按照《防治煤与瓦斯突出规定》的要求实施。2预抽瓦斯时间不足矿井要实现长期安全高效生产,优化矿井采掘部署是防突的核心和关键,也是矿井安全工作综合系统工程中的重要环节。目前,部分矿井采掘接替紧张,根本无法保证煤层的预抽瓦斯时间,另外在矿井通风系统方面,有些突出矿井采掘工作面还存在串联通风,掘进工作面进风侧没有安装防突风门等问题。优化矿井采掘部署,提前安排保护层开采,并为煤层的瓦斯抽采留足充足的时间和空间,是确保采掘生产活动始终在保护范围内和抽采达标的区域内进行的前提。另外,在优化矿井采掘部署时应将矿井通风系统纳入优化,确保优化后的系统满足突出矿井对通风的要求,真正做到系统合理,设施完好,通风可靠。3矿井防突装备能力贵州煤矿受山区地形地质影响,煤层产状多起伏,地质构造复杂。近年来发生的煤与瓦斯突出事故,大多发生在地质构造带或断层分布密集区域。今后的防突工程,尤其是实施区域综合防突措施,应加强地质探测工作,提升突出矿井防突装备能力。目前国内外较先进的地质探测设备有:WKT无线坑透仪、YTR(D)型瑞丽波探测仪、KJH-D矿井地质雷达等仪器,能超前探测煤岩体前方30~150m的断层构造、地质构造破坏软分层带、陷落柱、溶洞、破碎带、裂隙带、采空区等地质异常情况。在钻机配备方面,有条件的矿井建议配备1台大功率的千米钻机,实施顺层水平长钻孔抽采;另外,矿井特别是中小型煤矿,应配备至少2台200型以上的液压钻机,以满足瓦斯抽采及防突工程的需要。在突出危险性预测装备上,矿井应结合目前所用的仪器,增加其他危险性预测指标所需的仪器,采用多指标预测。有条件的矿井建议与科研院所合作,开展本井田突出敏感指标及临界值的研究。4煤层瓦斯赋存规律贵州煤层瓦斯含量高、煤层赋存及地质构造复杂,瓦斯在不同标高、不同煤层以及在同标高不同区域,煤层瓦斯含量等参数变化较大,开展煤层瓦斯参数测试掌握煤层瓦斯赋存规律尤为重要。矿井瓦斯基本参数中,煤层瓦斯压力的测定,通常是在井下打钻封孔直接测压,测压结果与测压地点的选择、测压钻孔的布置、测压钻孔的封孔方式、封孔质量等关系极大,通常很难测出准确的瓦斯压力。测定的煤层瓦斯参数不准确、不可靠,将直接影响矿井的防突工作。结合矿井巷道布置、煤层赋存、地质构造等特点,准确选取测压点和采取煤样非常重要,准确测试并掌握煤层各区域真实瓦斯参数,是搞好矿井防突工作的基础。5瓦斯突出的防治煤与瓦斯贵州煤层赋存复杂,煤与瓦斯突出矿区多,每个矿区发生突出的特点及突出机理不一样,突出敏感指标不一样,煤层赋存特点不一样,防治煤与瓦斯突出的措施也应各不相同。加大科研投入,进一步深入研究各矿区瓦斯地质及瓦斯分布规律、矿区煤层突出危险程度评价及