论文部分内容阅读
[摘 要]利用掘进工作面煤巷瓦斯涌出量占掘进工作面日常整体瓦斯涌出量的比例及变化情况，反映出掘进工作面煤体相对瓦斯涌出量的发展状态及趋势，并估算掘进工作面煤巷瓦斯涌出量。通过黑龙江鹤岗某煤矿4201工作面掘进巷道施工构造带过程瓦斯涌出量相对差异，证明了瓦斯涌出量相对变化情况反映出煤层突出危险的实用，为非突出煤层利用煤层瓦斯涌出量动态预测工作面突出危险性找到一种新的方法。
[关键词]掘进工作面 瓦斯涌出量 非突出煤层 预测煤与瓦斯突出 构造带
中图分类号：TE823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0034-01
1、引言
突出煤层掘进工作面的突出危险性预测工作，我们可以按《防治煤与瓦斯突出规定》中方法进行，一般情况下每施工10-50m用钻屑指标法做一次预测工作。需要有专业防突人员根据具体情况合理安排做预测的距离。而非突出煤层掘进工作面如何来确定是否做突出危险性预测工作呢？我根据多年的生产经验提出一个可行的利用瓦斯涌出量预测煤与瓦斯突出危险性的方法。每个煤矿都有瓦斯异常涌出分析制度，利用实时在线瓦斯监测系统观测瓦斯涌出量变化，通过合理的分析预测工作面的煤与瓦斯突出危险性。理论的瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量、瓦斯壓力、煤层透气性、巷道断面，裸露程度有关。非突出煤层煤巷掘进，一般可分为机掘和炮掘。机掘工作面煤体瓦斯涌出量比较稳定。炮掘工作面煤体瓦斯涌出量相对不稳定。煤体受到火药爆破的强烈影响下，发生不同程度的破坏，由近及远出现煤体裂隙。裂隙系统在一定的压差条件下，有让流体（水、气、油）通过的性质，称为透气性。裂隙系统的透气性越好，在单位时间内通过裂隙系统的透气流量就越大，平均透气速率也就越高。这也是现在比较流行深孔爆破增加煤体透气性的原理。
2、掘进工作面概况
在井下实际生产中，煤体透气性受到采掘影响等破坏也发生了显著的变化。所以原始煤体的透气性不能代表受采动影响煤体的透气性。前方煤体透气性的发展状态以及趋势可以反映出工作面前方煤体瓦斯涌出量，同一煤层透气性变化相对稳定。那么煤层瓦斯涌出量和煤层瓦斯压力和含量成正比，利用煤体瓦斯涌出量可以反映工作面前方煤体突出危险性。
鹤岗某煤矿4201掘进工作面施工三水平北二石门15层右四段机道，其地表高程为273m，工作面标高为-430m，埋深为703m。净断面10.4m2，炮掘工作面，工作面日常风排瓦斯涌出量为1.5m3/min，最大风排瓦斯涌出量4m3/min。施工期间多次造成瓦斯传感器报警，施工抽采钻孔期间多次发生顶钻、喷孔现象。为便于防突区域治理，决定由开拓422工作面进组在岩石中施工三水平北二石门15层底板穿层抽采治理巷，为4201掘进工作面施工穿层钻孔进行区域条带预抽创造条件。采取掘进条带预抽后的掘进过程中，瓦斯区域分布存在明显分段性，部分区段因煤质软，抽采钻孔垮孔、塌孔现象严重，抽采效果较差。工作面再次实施多轮顺层钻孔预抽。
4月13日测定煤层瓦斯压力0.65Mpa，瓦斯含量为11.7m3/t。经过多轮交替抽采，9月27日在工作面施工钻孔测定瓦斯含量为6.9m3/t，10月10日经过瓦斯抽采后复工，继续施工16m，期间10月22日在工作面采取钻屑瓦斯解吸指标法测得Δh2最大为40pa（湿样）。11月27日，在工作面施工1号钻孔，孔深105m，在48m取样测得瓦斯含量7.6448m3/t，在70m取样测得瓦斯含量8.4940m3/t。下钻期间孔内涌出一股瓦斯，造成报警。
3、瓦斯涌出特点
实时在线监测的瓦斯传感器监测数据可以及时准确的反映工作面真实的煤层瓦斯涌出情况。煤体的透气瓦斯涌出均值却基本不变，变化幅度不大。同一循环内掘进时煤体的瓦斯含量不会出现太大差异，每班次的放炮时间为煤体瓦斯涌出量最大的时间，其瓦斯涌出量应随着放炮落煤量影响程度以及前方煤体的瓦斯压力梯度增大而呈现增加的趋势。受断层带影响，不同地质单位内煤体瓦斯含量高低不同，闭合断层区域内煤体瓦斯含量高，开放性断层区域内瓦斯含量低。动力现象多发生在瓦斯含量较高，煤层透气性低的区域。
4、现场验证
煤体的相对透气性降低使得煤体内部大量瓦斯得不到合理的释放，必将造成一定量的瓦斯积聚，从而引发各种动力现象。利用巷道在掘进期间掘进工作面煤体相对透气性的外在表现——瓦斯涌出量，来证明煤体相对透气性对掘进工作面突出危险性的影响。
工作面掘进0-150m时，一直没有发生动力现象，伴随着一次工作面及回风瓦斯传感器报警，引起高度重视。开始增加两台2×30kw局部通风机向工作面供风，合计供风量达到750m3/min，回风瓦斯浓度0.4%。同时在工作面施工顺层抽采钻孔。该处煤体实测瓦斯含量5m3/t以下，可以初步认为此处的瓦斯含量变化不大，但是其煤体的相对瓦斯涌出量发生了明显的变化。分析瓦斯来源可能是断层带赋存的瓦斯。
工作面施工150m的位置采用煤层钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性预测值Δh2为100Pa（湿样），经过分析在掘进期间没有发生过任何动力现象。但相对来说，煤体的透气性较好，瓦斯涌出量较大，且稳定，没有发生动力现象。继续施工20m，煤层瓦斯涌出量再次增大，回风瓦斯0.7%（顺层钻孔瓦斯抽采纯量6m3/min）。突出危险性预测值Δh2为240Pa（湿样），在工作面施工抽采钻孔，测定煤层瓦斯压力和含量。期间出现严重的喷孔现象，原始煤层瓦斯压力0.65Mpa，瓦斯含量为11.7m3/t。
综上实例分析，煤与瓦斯突出危险性与掘进工作面煤层瓦斯涌出量密切相关。煤层透气性相同的情况下，在瓦斯含量较高的区域，煤层瓦斯涌出量较高，突出危险性较高；相反，煤层瓦斯含量不高，煤层瓦斯涌出量较低，突出危险性低。
5、结束语
通过某煤矿4201掘进工作面瓦斯涌出数据分析，证明了掘进工作面煤层瓦斯涌出量是煤层突出危险性的主要因素之一，为利用掘进工作面瓦斯涌出量预测煤与瓦斯突出危险性找到新方法。
参考文献
[1] 于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].北京：煤炭工业出版社，1985.
[2] 邹云龙，赵旭生，孙东玲，等.利用炮掘工作面瓦斯涌出时间序列预测工作面突出危险性[J].矿业安全与环保，2010，37（3）：7-10.
作者简介
于昌德（1983.10— ），男，高级工程师，学士，2012年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现在龙煤鹤岗矿业有限责任公司通风技术部防突科从事矿井防治煤与瓦斯突出相关工作。
[关键词]掘进工作面 瓦斯涌出量 非突出煤层 预测煤与瓦斯突出 构造带
中图分类号：TE823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0034-01
1、引言
突出煤层掘进工作面的突出危险性预测工作，我们可以按《防治煤与瓦斯突出规定》中方法进行，一般情况下每施工10-50m用钻屑指标法做一次预测工作。需要有专业防突人员根据具体情况合理安排做预测的距离。而非突出煤层掘进工作面如何来确定是否做突出危险性预测工作呢？我根据多年的生产经验提出一个可行的利用瓦斯涌出量预测煤与瓦斯突出危险性的方法。每个煤矿都有瓦斯异常涌出分析制度，利用实时在线瓦斯监测系统观测瓦斯涌出量变化，通过合理的分析预测工作面的煤与瓦斯突出危险性。理论的瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量、瓦斯壓力、煤层透气性、巷道断面，裸露程度有关。非突出煤层煤巷掘进，一般可分为机掘和炮掘。机掘工作面煤体瓦斯涌出量比较稳定。炮掘工作面煤体瓦斯涌出量相对不稳定。煤体受到火药爆破的强烈影响下，发生不同程度的破坏，由近及远出现煤体裂隙。裂隙系统在一定的压差条件下，有让流体（水、气、油）通过的性质，称为透气性。裂隙系统的透气性越好，在单位时间内通过裂隙系统的透气流量就越大，平均透气速率也就越高。这也是现在比较流行深孔爆破增加煤体透气性的原理。
2、掘进工作面概况
在井下实际生产中，煤体透气性受到采掘影响等破坏也发生了显著的变化。所以原始煤体的透气性不能代表受采动影响煤体的透气性。前方煤体透气性的发展状态以及趋势可以反映出工作面前方煤体瓦斯涌出量，同一煤层透气性变化相对稳定。那么煤层瓦斯涌出量和煤层瓦斯压力和含量成正比，利用煤体瓦斯涌出量可以反映工作面前方煤体突出危险性。
鹤岗某煤矿4201掘进工作面施工三水平北二石门15层右四段机道，其地表高程为273m，工作面标高为-430m，埋深为703m。净断面10.4m2，炮掘工作面，工作面日常风排瓦斯涌出量为1.5m3/min，最大风排瓦斯涌出量4m3/min。施工期间多次造成瓦斯传感器报警，施工抽采钻孔期间多次发生顶钻、喷孔现象。为便于防突区域治理，决定由开拓422工作面进组在岩石中施工三水平北二石门15层底板穿层抽采治理巷，为4201掘进工作面施工穿层钻孔进行区域条带预抽创造条件。采取掘进条带预抽后的掘进过程中，瓦斯区域分布存在明显分段性，部分区段因煤质软，抽采钻孔垮孔、塌孔现象严重，抽采效果较差。工作面再次实施多轮顺层钻孔预抽。
4月13日测定煤层瓦斯压力0.65Mpa，瓦斯含量为11.7m3/t。经过多轮交替抽采，9月27日在工作面施工钻孔测定瓦斯含量为6.9m3/t，10月10日经过瓦斯抽采后复工，继续施工16m，期间10月22日在工作面采取钻屑瓦斯解吸指标法测得Δh2最大为40pa（湿样）。11月27日，在工作面施工1号钻孔，孔深105m，在48m取样测得瓦斯含量7.6448m3/t，在70m取样测得瓦斯含量8.4940m3/t。下钻期间孔内涌出一股瓦斯，造成报警。
3、瓦斯涌出特点
实时在线监测的瓦斯传感器监测数据可以及时准确的反映工作面真实的煤层瓦斯涌出情况。煤体的透气瓦斯涌出均值却基本不变，变化幅度不大。同一循环内掘进时煤体的瓦斯含量不会出现太大差异，每班次的放炮时间为煤体瓦斯涌出量最大的时间，其瓦斯涌出量应随着放炮落煤量影响程度以及前方煤体的瓦斯压力梯度增大而呈现增加的趋势。受断层带影响，不同地质单位内煤体瓦斯含量高低不同，闭合断层区域内煤体瓦斯含量高，开放性断层区域内瓦斯含量低。动力现象多发生在瓦斯含量较高，煤层透气性低的区域。
4、现场验证
煤体的相对透气性降低使得煤体内部大量瓦斯得不到合理的释放，必将造成一定量的瓦斯积聚，从而引发各种动力现象。利用巷道在掘进期间掘进工作面煤体相对透气性的外在表现——瓦斯涌出量，来证明煤体相对透气性对掘进工作面突出危险性的影响。
工作面掘进0-150m时，一直没有发生动力现象，伴随着一次工作面及回风瓦斯传感器报警，引起高度重视。开始增加两台2×30kw局部通风机向工作面供风，合计供风量达到750m3/min，回风瓦斯浓度0.4%。同时在工作面施工顺层抽采钻孔。该处煤体实测瓦斯含量5m3/t以下，可以初步认为此处的瓦斯含量变化不大，但是其煤体的相对瓦斯涌出量发生了明显的变化。分析瓦斯来源可能是断层带赋存的瓦斯。
工作面施工150m的位置采用煤层钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性预测值Δh2为100Pa（湿样），经过分析在掘进期间没有发生过任何动力现象。但相对来说，煤体的透气性较好，瓦斯涌出量较大，且稳定，没有发生动力现象。继续施工20m，煤层瓦斯涌出量再次增大，回风瓦斯0.7%（顺层钻孔瓦斯抽采纯量6m3/min）。突出危险性预测值Δh2为240Pa（湿样），在工作面施工抽采钻孔，测定煤层瓦斯压力和含量。期间出现严重的喷孔现象，原始煤层瓦斯压力0.65Mpa，瓦斯含量为11.7m3/t。
综上实例分析，煤与瓦斯突出危险性与掘进工作面煤层瓦斯涌出量密切相关。煤层透气性相同的情况下，在瓦斯含量较高的区域，煤层瓦斯涌出量较高，突出危险性较高；相反，煤层瓦斯含量不高，煤层瓦斯涌出量较低，突出危险性低。
5、结束语
通过某煤矿4201掘进工作面瓦斯涌出数据分析，证明了掘进工作面煤层瓦斯涌出量是煤层突出危险性的主要因素之一，为利用掘进工作面瓦斯涌出量预测煤与瓦斯突出危险性找到新方法。
参考文献
[1] 于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].北京：煤炭工业出版社，1985.
[2] 邹云龙，赵旭生，孙东玲，等.利用炮掘工作面瓦斯涌出时间序列预测工作面突出危险性[J].矿业安全与环保，2010，37（3）：7-10.
作者简介
于昌德（1983.10— ），男，高级工程师，学士，2012年毕业于黑龙江科技学院采矿工程专业，现在龙煤鹤岗矿业有限责任公司通风技术部防突科从事矿井防治煤与瓦斯突出相关工作。