古汉山煤矿瓦斯超限超前预测预报新途径初探

2015-03-20韩宝喜

焦作大学学报 2015年3期

关键词：防突排量瓦斯

韩宝喜

（焦煤古汉山煤矿，河南焦作 454361）

古汉山煤矿瓦斯超限超前预测预报新途径初探

韩宝喜

（焦煤古汉山煤矿，河南焦作 454361）

在采煤工作面区域瓦斯治理过程中，由于存在塌孔、漂钻、构造带等不可靠因素，使得瓦斯治理具有不均衡性，煤体中往往存在抽采未达标区域或者抽采空白带，在回采过程中会经常出现瓦斯超限，局部区域甚至存在突出的危险，因此，有必要对瓦斯风排量进行统计分析，探索超前预测敏感指标，为有针对性地实施局部治理措施提供依据。

瓦斯风排量；预测预报；敏感指标

0.引言

自《防突规定》实施以来，突出矿井在瓦斯治理上取得了很大进展，特别是在消突方面取得了明显的效果，但对于工作面的瓦斯超限管理方面仍处于非常被动的状态，主要是通过瓦检员检查和瓦斯监控系统监控来发现，不能提前预测工作面的瓦斯情况。为此，我们通过对古汉山矿14171工作面的回采过程中风排瓦斯量的分析研究，找到瓦斯超限预测预报的新途径，本文就此方面进行初步探索。

1.矿井概况

古汉山煤矿是焦煤集团主力矿井之一，矿井位于焦作市东北，隶属修武县管辖，距焦作市25公里。井田范围，西部以21勘探线为界与九里山矿相邻，东部以赤庄断层为界，北部以二1煤层底板-300m等高线为界，南至油坊蒋村断层和二1煤层底板-1000m等高线，走向长10Km，倾向宽1.7Km，面积17km2，为煤与瓦斯突出矿井。目前生产能力为150万吨/年，两个综采面保产。

2. 14171工作面概况

14171采煤工作面位于一水平、14采区，标高（最高-336m，最低-391m），几何尺寸（走向长度592m、倾向长度123m、面积72816m2）。该工作面位于14采区东翼下部，上部为14151工作面（已回采），下部为14191工作面（未回采），东为F1414断层保护煤柱，西为一四延深皮带下山大巷保护煤柱。

14171工作面煤层瓦斯原始含量为24.44m3/t，瓦斯含量高，压力大，具有突出危险性，14171工作面采取施工底板穿层钻孔及上下顺槽顺层钻孔预抽煤层瓦斯作为区域瓦斯治理的主要手段，14171工作面经过预抽后计算的煤层残余瓦斯含量最大值为6.45m3/t。工作面实测残余瓦斯含量在3.35-7.93m3/t之间，可以判定该工作面瓦斯预抽效果达标。但在实际瓦斯治理过程中，存在钻孔塌孔、漂钻等不可靠因素，使得瓦斯治理具有不均衡性，煤体中往往存在抽采未达标区域或者抽采空白带。此外在断层、褶皱等构造区域瓦斯赋存情况也比较复杂，存在较大的不确定性，因此在回采过程中容易出现瓦斯超限，甚至存在瓦斯突出的可能，给矿井安全生产带来巨大隐患。为此，有必要对其瓦斯涌出规律进行分析研究，及时对工作面前方瓦斯涌出情况作出超前预测预报，防止回采过程中出现瓦斯超限，并针对性地采取局部防治措施，从而保证14171工作面的安全连续回采。

3. 14171工作面瓦斯涌出情况

14171工作面自2014年8月4日回采以来，煤炭产量及瓦斯风排量情况如图1所示：

图114171工作面瓦斯风排量及产量统计图

由图1可以看出，在工作面回采初期，瓦斯风排量较小，仅有2m3/min左右，回采期间基本不受瓦斯影响，煤炭产量较大，可以实现连续回采，主要原因是初期回采区域经过了上、下顺槽及切眼顺层钻孔的双重预抽，且抽采时间长，抽采效果较好。另一方面原因是在工作面备采期间，靠近切眼附近的煤体瓦斯得到了较长时间释放。

随着工作面的推进，工作面瓦斯赋存情况逐渐复杂，瓦斯风排量逐渐增大，为防止瓦斯超限，工作面回采强度受到限制，往往不能实现连续回采。除此之外，局部地区瓦斯抽采不达标或者构造区域甚至还存在瓦斯突出的危险，给工作面作业人员的安全带来极大的隐患。因此，必须积极采取有效的局部措施，预防瓦斯突出或超限，保障工作面回采安全。

4.瓦斯超限超前预测预报敏感指标探索

因工作面已经实施区域防突措施，我们不能在所有区域均实施局部措施，那样不仅要较高的成本，也使得工作面回采时间得不到保证，生产能力降低，不能满足高产高效的需要。为此，我们必须对瓦斯异常区域进行超前预测预报，有针对性地采取局部防治措施。下面我们就瓦斯超限超前预测预报敏感指标的几种确定方法进行探讨。

4.1 对比法

该方法是将当日工作面的瓦斯风排量数值和前一日进行对比，若出现较大幅度增长，则意味着瓦斯涌出异常。在正常情况下，这种方法可以有效超前预测瓦斯异常，但是若被比值本身数据不具有参考价值，对比结果则失去了意义，如以下时间段瓦斯风排量情况所示。

表1 瓦斯风排量对比情况表

9月16日对比值达到了2.09，瓦斯风排量是前一天的2倍多，但是瓦斯风排量为3.62m3/min，并不是太大。仔细分析前几日瓦斯涌出情况可以看出，从9月10日到9月15日，瓦斯风排量均较小，分析原因是该区域瓦斯抽采效果较好。由此可以看出仅仅从两天的对比值来预测具有不准确性，还需要进行全面的分析，因此该方法具有不可靠性。

4.2 瓦斯残余量预测法

工作面进行瓦斯区域治理后，14171工作面严格按照防突规定进行瓦斯区域治理效果检验及区域验证。采用直接测定预抽区域的煤层残余瓦斯含量和间接计算预抽区域的残余瓦斯含量两种方法相结合。采用间接计算的残余瓦斯含量进行预抽煤层瓦斯区域措施效果检验时，根据孔间距和预抽时间划分评价单元分别计算了检验指标，计算结果残余瓦斯含量在5.35～6.45m3/t之间，均小于8m3/t；在工作面推进方向每30～50m布置检验测点，经实测该工作面煤层残余瓦斯含量值在3.35～6.85m3/t之间，均小于8m3/t。根据上述情况判断14171工作面为无突出危险。

由于工作面瓦斯赋存的复杂性，虽然按照防突规定布置了测点，但是并不能认为工作面所有区域均实现了抽采达标。因此，在工作面回采过程中局部区域仍存在瓦斯超限甚至瓦斯突出的可能性；从另一方面来说，由于瓦斯在煤体中有一部分为吸附性瓦斯，残余瓦斯含量并不能准确反映瓦斯风排量的大小，用残余瓦斯含量作为预测预报的基准值不容易确定。因此，仅仅依靠瓦斯残余量指标来进行判断工作面回采过程中是否超限是不可靠的。

4.3 基准值对比法

该方法是指将区域瓦斯治理效果好、能够实现连续回采时期的瓦斯风排量作为基准值，通过统计分析，选择合理的对比值，作为瓦斯涌出异常的敏感指标。

表214171工作面瓦斯风排量及生产情况统计表

通过表2可以发现，在回采的前几天，因靠近切眼的区域瓦斯治理效果较好，瓦斯风排量较小，实现了连续回采，产量较高。从8月8日开始，瓦斯风排量开始有增大趋势，因此8点班进行了预测，当天产量也有所降低，从8月9日开始，便开始采取浅孔抽放钻孔、松动爆破等局部措施，使工作面回采时间受到限制，产量也明显减少。通过对比可以发现，从8月8日开始后的一周，瓦斯风排量基本是8月4日的2倍左右，因此，我们初步确定敏感指标：当天瓦斯风排量和回采开始的第一天（8月4日）瓦斯风排量进行对比，瓦斯风排量对比值超过2的区域，我们可以认为工作面瓦斯涌出开始异常，有瓦斯超限和突出的危险，必须采取局部防突措施。

5.瓦斯异常采取的措施

5.1 浅孔抽放钻孔局部防突措施

浅孔抽放钻孔由下安全口向上10m开始施工，沿工作面单排布置，孔径89mm，孔间距不大于3m，钻孔深度15m，共设计33个，日期为偶数时钻孔由10架向上每隔一架施工一个钻孔，日期为奇数时钻孔由9架向上每隔一架施工一个钻孔，终孔位置必须穿过煤层软分层内，施工至距离上安全口小于等于10m处方可结束。

5.2 松动爆破局部防突措施

松动爆破参数：单排孔布置，孔径φ42mm，孔深8.0m，孔间距3.0～4.0m（可根据现场情况调整间距），孔口距顶板高度为1.6～2.2m，沿工作面倾斜方向施工，倾角-2～0°。松动爆破时每孔装药量为8～10卷，每卷药重0.25kg。采用正向装药，一个炮眼使用两个毫秒延期电雷管并联连接。联线方式为串联，爆破方式为一次起爆。