谢玉成

(新疆煤矿安全监察局南疆分局,新疆 库尔勒841000)

1 前言

保护层开采后采场应力将会重新分布以寻求达到新的平衡点,就在此时其被保护层瓦斯参数随着煤岩的变形将会发生巨大变化,因而考察其变化情况,有着重要的意义。通过对保护层开采后被保护层瓦斯参数变化的研究,可以更好地指导矿井生产计划及安全生产。

2 保护层工作面概况

2130煤矿二采区保护层开采方式主要以上保护层开采为主。作为突出煤层5号煤层的上保护层4号煤层的24221工作面,煤层倾角为42°～55°,平均46°,属于急倾斜煤层。工作面上部以(＋2120)水平14221小煤柱为界,下部以(＋2047)水平24222小煤柱为界,东部以(＋2120)水平石门及(＋2047)水平石门为界,西部以15号勘探线及14号冲沟为界。工作面走向长1000m,倾向长度108m,煤层平均厚度2.8m,与5号煤层的平均间距33.73m属近距离保护层。

3 被保护层工作面概况

二采区被保护煤层5号煤层的25221工作面,煤层倾角为42°～53°,平均45°,属于急倾斜煤层。工作面上部以(＋2120)水平15221小煤柱为界,下部以(＋2047)水平25222小煤柱为界,东部以(＋2120)水平石门及(＋2047)水平石门为界,西部以16号勘探线为界。工作面走向长1000m,倾向长度108m,煤层平均厚度5.85m。

4 考察内容及考察技术方案

4.1 考察内容

(1)24221工作面回采后25221工作面瓦斯压力的变化情况。

(2)24221工作面回采后25221工作面煤层透气性系数的变化情况。

(3)24221工作面回采后25221工作面瓦斯抽放量的变化情况。

(4)24221工作面回采后25221工作面煤层变形情况。

(5)24221工作面回采后25221工作面瓦斯含量的变化情况。

4.2 考察技术方案

要对4号煤层开采后5号煤层内发生的变化进行考察,必须向5号煤层打孔,布置相应的仪器和设备,定期进行观测。这些工作不能与考察期间的生产相冲突。根据二采区目前的巷道布置情况,将考察钻孔布置在6号煤层中的26221运输巷中。这种布置的优点是4号煤层开采引起的扰动对该巷道影响较小,同时4号煤层开采引起的岩体破裂是先影响5号煤层,在影响钻孔,有利于完整记录5号煤层内发生的变化。

5 考察参数的测定

5.1 瓦斯压力考察

瓦斯压力共考察4个孔,1号钻孔距保护层工作面100m,其余各钻孔间距为50m,此次测压采用胶囊－密封粘液主动测压法,原始瓦斯压力最大统计1.36MPa。在测压钻孔封孔工作结束后接好压力表开始瓦斯压力测定,钻孔内瓦斯压力逐渐升高,待压力稳定后测定的值即为煤层瓦斯原始压力。随着保护层工作面的不断推进,瓦斯压力将会出现不同程度的变化。

通过工作面回采情况,保护层工作面回采超过被保护层测压点时,孔内的瓦斯压力急剧下降,当保护层工作面推过被保护层测压点5－10m时,瓦斯压力降至0.23－0MPa。

5.2 煤层通气性系数考察

保护层先行开采后,开采层及邻近层周围的煤岩层会向采空区方向移动、变形,采空区将形成冒落带、裂隙带及弯曲下沉带,因此,在煤岩层中不仅会产生新的裂隙,而且裂隙也将扩大,此时瓦斯通道将大大增大,煤层透气性比之前增大数十倍乃至数百倍。此次煤层透气性系数测试原始数据记录如表1。

经计算,保护层4号煤层24221工作面回采后,25221工作面2号钻孔的透气性系数2.56(m2/MPa2·d),3号钻孔的透气性系数3.584(m2/MPa2·d),是原始煤层透气性系数0.128的20倍和28倍。

5.3 瓦斯抽放量考察

瓦斯抽放量测定采用孔板流量计和CJZ4瓦斯综合参数测定仪,相结合的方法进行测定。瓦斯抽放系统孔板流量计和CJZ4瓦斯综合参数测定仪,安装在钻孔和钻场瓦斯管末端。用以测定各钻孔和钻场的瓦斯抽放量。

保护层开采后,通过抽采系统数据统计分析,被保护层瓦斯抽放量有了明显的增大,尤其以工作面推过测定瓦斯流量钻孔的测点后,瓦斯流量比抽放常压带增大至3－5倍。由此可以将瓦斯抽放划分为四带,保护层工作面前方至工作面后方2m为正常压力带,保护层工作面后方2－12m为抽放起伏带,保护层工作面后方12－35m为抽放活跃带,保护层工作面后方35以远为抽放衰减带。

5.4 煤层顶底板变形量考察

被保护层5号煤层的顶底板变形量采用深部基点法进行考察,考察孔共布置3个钻孔,通过变形量的考察,保护层4号煤层24221工作面回采后,被保护层5号煤层发生不同程度的变形,其被保护层5号煤层的被保护范围内,煤层膨胀变形量为15.4－21.5‰。

5.5 瓦斯含量的考察

表2 被保护层瓦斯含量测定表

瓦斯含量主要采用井下直接测定法进行考察,在井下采取新鲜煤样后进行井下瓦斯解析,然后送往实验室进行地面瓦斯解析,最后计算出煤层瓦斯含量。被保护层瓦斯含量测定结果见表2。

测定结果表明,25221工作面卸压保护区最大瓦斯含量为3.58m3/t。未卸圧前5号煤层在标高＋2047至＋2120水平,瓦斯含量达到9.97m3/t,煤层瓦斯含量超过了突出危险临界值8m3/t。对比可知,开采保护层前后瓦斯含量变化明显,表明保护层开采后受采动影响区域内煤层瓦斯赋存环境改变,形成“卸圧增流效应”,使得瓦斯含量急剧下降。

6 结论

保护层4号煤层24221工作面开采后,被保护煤层瓦斯参数的规律性变化,说明被保护层5号煤层25221工作面的卸压区域内,煤岩体卸压发生膨胀变形,增加了煤岩的透气性,促进了煤层瓦斯解析和自然排放,并为瓦斯抽采提供了良好的条件,从而降低煤层内的瓦斯含量与压力,使煤层的瓦斯潜能减少,煤层坚固性系数增强,降低了5煤层25221工作面的突出危险性。

[1]于不凡.保护层理论探讨[D].重庆：煤炭科学研究半路出家重庆分院.

[2]张天思.防治煤与瓦斯突出基础知识[M].北京：煤炭工业出版社,1990.

[3]国家安全生产监督管理总局令(第19号)：防治煤与瓦斯突出规定[Z].2009.