【正文】 (32) 式中： V —— 單位質(zhì)量 煤的孔隙 容 積， m3/t； P —— 煤層瓦斯壓力， MPa； T0， P0—— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度 (℃ )和壓力 (MPa)； 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 16 T —— 瓦斯的絕對(duì)溫度 (K)， T=273+t， t 為瓦斯的攝氏溫度 (℃ )； ? —— 瓦斯壓縮系數(shù)； (3) 煤層瓦斯含量： X=X1+X2 (33) 將所測(cè)數(shù)值帶入以上三式 即可求得瓦斯含量 ， 見表 34。 表 34 瓦斯壓 力和瓦斯含量 煤 層 見煤標(biāo)高 (m) 埋 深 (m) 瓦斯壓力 (MPa) 瓦斯含量 (m3/t) 10 煤 598 625 81 煤 565 592 由上表可看出 瓦斯壓力 高于 MPa， 瓦斯含量高于 8 m3/t。均高于消除煤與瓦斯突出的規(guī)定值。 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 17 4 工作面 防突 技術(shù) 礦井概況 礦井地理位置概況 礦井田位于安徽省淮北市濉溪縣境內(nèi)，在濉溪縣南部，楊柳集附近是其中心位置，向東北距宿州市約 21 km。礦井南部以楊柳斷層為界，與 孫疃井田接壤；北部以小陳家、大辛家斷層為界，與臨渙煤礦毗鄰；西部以 4 勘探線和太原組一灰頂界露頭線為界；東部至 31 煤層 1000 m 水平投影線和 39482200 經(jīng)線。該礦儲(chǔ)量 32489 萬(wàn) t，設(shè)計(jì)能利用儲(chǔ)量 23872 萬(wàn) t，可采儲(chǔ)量 15062 萬(wàn) t，礦井生產(chǎn)能力為 180 萬(wàn) t/a。初步設(shè)計(jì)礦井服務(wù)年限 年。 10414 工作面是楊柳礦井 104 采區(qū)首采工作面，位于第七個(gè)區(qū)段。其上為 10412 工作面，下為 10416 工作面 (兩面均未準(zhǔn)備 )。北到東翼三條大巷保護(hù)煤柱，南 (切眼側(cè) )以小沈家斷層煤柱為界。工作面走向長(zhǎng) 1050 m，傾斜長(zhǎng) 180 m，采用綜合機(jī)械化采煤方式開采，頂板采用自由垮落方式管理。工作面底板標(biāo)高 568 m~ 610 m。 地質(zhì)構(gòu)造 楊柳井田位于童亭背斜東翼北端。南北長(zhǎng)約 9 km，東西寬約 3～ 9 km，勘探面積約 km2。向東傾斜的單斜構(gòu)造，地層傾角 15176?！?20176。；深部次一級(jí)褶曲較發(fā)育，主體上呈向東延深，地層傾角 5176。～ 10176。，較平緩。井田內(nèi)斷層較發(fā)育，其中，查出落差大于 20 m 的斷層 20 條，正斷層 19 條，逆斷層 1 條。巖漿活動(dòng)較劇烈，幾乎遍布全井田，其中對(duì) 7 81煤層影響最大。 10414 工作面整體為一單斜構(gòu)造，地層傾角較為寬緩。該區(qū)域中小斷層發(fā)育，在工作面掘進(jìn)過(guò)程中先后揭露 17 條大小不同的斷層，其中落差 m 以上的有 7 條。在斷層附近煤巖層傾角增大，同時(shí)存在煤層變薄、巖石破碎等現(xiàn)象。采區(qū)位于礦井的東南部，總體上為一背斜構(gòu)造，地層傾角 4176。～ 12176。；區(qū)內(nèi)查出斷層 11 條，全為正斷層；落差大于 30 m 的斷層為 2 條， 5~30 米的斷層為 3條，小于 5 米的斷層為 6 條。區(qū)內(nèi)查出褶曲 1 個(gè)，巖漿侵入點(diǎn) 2 個(gè)。 本礦井巖漿活動(dòng)比較強(qiáng)烈，不僅侵入的范圍廣，而且侵入的層位多，幾乎所有可采煤層都不同程度 的受巖漿侵入的影響，其中中部煤組受影響最大。但在本采區(qū)內(nèi)， 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 18 巖漿活動(dòng)較弱。 52煤層原始沉積發(fā)育不良，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕大多數(shù) 為單一煤層，少數(shù)見煤點(diǎn)含有一層夾矸，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。為局部可采的不穩(wěn)定薄煤層。 104采區(qū)上部巖漿巖沿著 52煤層頂板順層侵入，巖漿侵入 52煤層，對(duì)煤層具有熔蝕作用，使煤層厚度變薄或被全部吞蝕，煤層穩(wěn)定性變差。由于巖漿侵入，煤層被巖漿穿插，出現(xiàn)分叉合并現(xiàn)象。戴廟斷層與小沈家斷層之間 10 106 采區(qū)上部全部被順層侵入的巖漿巖覆蓋， 52煤層頂板的巖漿巖與 10 煤層間距 ～ m，平均 m，厚度 23～ 40 m 平均 m。 72煤層原始沉積發(fā)育較好，由于后期巖漿侵入破壞了煤層的穩(wěn)定性、連續(xù)性，為局部可采的不穩(wěn)定煤層。 10 106 采區(qū)上部巖漿巖沿著 72煤層頂板順層侵入，幾乎被順層侵入的巖漿巖覆蓋。戴廟斷層與小沈家斷層之間整個(gè)104 采區(qū)上部被順層侵入的火成巖覆蓋； 106 采區(qū)上部靠近小沈家斷層的 1061 1069工作面被覆蓋。順層侵入 72煤層頂板的巖漿巖與 10煤層間距 ～ 130 m，平均 m，厚度 22～ 65 m 平均 m。由于受到巖漿巖侵入 52煤與 72煤層層間距變大， 104采區(qū)頂板上 52煤與 72煤頂板上巖漿巖間距 39～ 92 m，平均 66 m。 煤層與煤質(zhì) 10414 工作面煤層結(jié)構(gòu)單一，黑色，條痕褐灰色玻璃光澤，以亮煤為主，少許鏡煤、暗煤，平坦?fàn)顢嗫?，?nèi)生裂隙發(fā)育，半亮型煤。煤層厚度 ～ m，平均厚度 m，煤層傾角 2～ 11176。，平均為 5176。頂板為層狀細(xì)砂巖和泥巖，底板為泥巖，呈灰 灰黑色。煤質(zhì)為焦煤和貧煤，硬度化驗(yàn) f=。本區(qū)含煤地層總厚約 900 m 左右，煤層總厚 m，可采煤層平均總厚 m，含煤系數(shù) %左右。煤層基本頂為泥巖，厚度 m，含有大量植物根部化石，夾粉砂巖薄層。直接頂為細(xì)砂巖，厚度～ m 。直接底為泥巖，厚度 m。基本底為細(xì)砂巖，厚度 m。煤層與頂?shù)装迩闆r： 10 煤層位于山西組的中部，上距鋁質(zhì)泥巖 m，下距太原組一灰頂界面 m。根據(jù) 10414 工作面 9 9 0417 鉆孔綜合分析，工作面煤層傾角 0~5176。，平均 4176。；厚度 ~ m，平均厚度 m。根據(jù)變系數(shù)及可采性分析，屬較穩(wěn)定煤層。煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)焦煤。 104 邊界巷煤的硬度 化驗(yàn) f=。 81煤層 煤厚 0～ m，平均 m，為中厚煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絕大多數(shù)為單一煤層。 82 煤層厚 0～ m，平均 m，為中厚煤層。煤層結(jié)構(gòu)較 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 19 簡(jiǎn)單，多以單一煤層出現(xiàn)，少部分含 1～ 2 夾矸，夾矸為泥巖或炭質(zhì)泥巖。 10煤層為采區(qū)主要可采煤層，煤層基本不含夾矸，為單一穩(wěn)定煤層。工作面煤層傾角 0～ 8176。，平均 4176。；厚度 ～ m，平均厚度 m，屬中厚～厚煤層，以中厚煤層為主 。 煤層位置分布如圖 41。 25m7m74m7 1 煤1 0 煤 8 1 煤 8 2 煤 圖 41 煤層示意圖 該礦大部分煤層都有不同程度的巖漿巖侵入，煤質(zhì)遭到破壞，且侵入范圍較廣，其中以 7 81 和 10 煤層影響最大。巖漿多是通過(guò)順層侵入的方式侵入煤層，其中侵入 81 煤層的面積最大。巖漿巖侵入可造成煤層溶蝕，使煤層的可采性降低，不可采范圍擴(kuò)大，而且使煤層穩(wěn)定性下降，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。 瓦斯概況 10414 工作面是楊柳礦井 104 采區(qū)首采工作面。其上為 10412 工作面，下為 10416工作面 (兩面均未準(zhǔn)備 )。北到東翼三條大巷保護(hù)煤柱，南 (切眼側(cè) )以小沈家斷層煤柱為界。工作面走向長(zhǎng) 1050 m，傾斜長(zhǎng) 180 m，采用綜合機(jī)械化采煤方式開采，頂板采用自由垮落方式管理。工作面位于牛小集背斜右翼。該煤層正常區(qū)域的破壞類型為 Ⅱ類，地質(zhì)破壞帶煤體破壞類型屬于 Ⅲ Ⅳ ，煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)為 ，煤層瓦斯平均含量為約 m3/t，瓦斯壓力約為 MPa，煤層瓦斯放散初速度 △ P 為 20 mmHg。 楊柳煤礦東翼大巷及 104 采區(qū) 10 煤層正常區(qū)域的破壞類型為 Ⅱ 類； 10 煤層地質(zhì)破壞帶煤體破壞類型屬于 Ⅲ ～ Ⅳ 類。煤層的絕對(duì)瓦斯壓力為 MPa，大于突出臨界值 MPa；煤樣的堅(jiān)固性系數(shù) f 為 ， 大于突出臨界值 ；瓦斯放散初速度 P?為 20 mmHg，大于突出臨界值 10 mmHg；并且在打鉆過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)噴孔現(xiàn)象。根據(jù) 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 20 《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》 (AQ10242021) 第 5 條規(guī)定，鑒定認(rèn)為：楊柳煤礦10 煤層具有突出危險(xiǎn)性；楊柳煤礦 104 采區(qū) 10 煤層整個(gè)區(qū)域?yàn)橥怀鑫ｋU(xiǎn)區(qū)。 楊柳煤礦北翼大巷 81 煤層煤體破壞類型屬于 Ⅳ ~Ⅴ 類；煤層的絕對(duì)瓦斯壓力為 MPa，大于突出臨界值 MPa；煤樣的堅(jiān)固性系數(shù) f 為 ，小于突出臨界值 ；瓦斯 放散初速度 P? 為 10 mmHg，達(dá)到突出臨界值 10 mmHg；并且在打鉆過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)噴孔現(xiàn)象。根據(jù)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》 (AQ10242021)第 5 條規(guī)定，鑒定認(rèn)為：楊柳煤礦 8 煤層具有突出危險(xiǎn)性。 通風(fēng)系統(tǒng) 前期為了快速度建井、減少井筒壓煤，礦井通風(fēng)方式采用中央并列抽出式，副井回風(fēng)中央風(fēng)井回風(fēng)。后期在開采礦井西及西南淺部?jī)?chǔ)量時(shí)，在 1412 孔以東附近增加邊界風(fēng)井，采用中央并列式和對(duì)角式組合的混合式通風(fēng)方式，副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井、邊界風(fēng)井回風(fēng) 。礦井總進(jìn)風(fēng)量，采煤工作面風(fēng)量取 1800 m3/min，巖巷掘進(jìn)頭風(fēng)量為480 m3/s，煤巷掘進(jìn)頭風(fēng)量為 600 m3/s，礦井達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量時(shí)通風(fēng)最大負(fù)壓為 Pa，通風(fēng)等積孔為 m2；礦井后期通風(fēng)最困難時(shí)負(fù)壓： Pa，通風(fēng)等積孔為 m2。通風(fēng)路徑為：新鮮風(fēng)流：地面 → 副井 → 井底車場(chǎng) → 北翼軌道大巷 → 東翼軌道大巷 → 七區(qū)段車場(chǎng) →10414 機(jī)巷 →10414 工作面。乏風(fēng)風(fēng)流： 10414 工作面 →10414風(fēng)巷 → 七區(qū)段回風(fēng)聯(lián)巷 → 東翼回風(fēng)大巷 → 總回風(fēng)巷 → 中央風(fēng)井 → 地面。 水文地質(zhì) 10414 工作面水文地質(zhì)情況簡(jiǎn)單，水害主要為頂?shù)装迳皫r裂隙水，預(yù)計(jì)正常涌水量為 20 t/h，最大涌水量為 35 t/h。從底板巖巷工作面電法勘探來(lái)看底板灰?guī)r水富水性較弱，對(duì)工作面不構(gòu)成威脅。 頂板砂巖滴淋水較弱。 瓦斯抽放 必要性與原則 瓦斯抽放的必要性 根據(jù)《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo) AQ10262021》規(guī)定，有下列情況之一的礦井，必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽放瓦斯系統(tǒng) [26]： (1) 當(dāng)一個(gè)采煤工作面瓦斯涌出量 5 m3/min，或一個(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出 量 3 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 21 m3/min，采用通風(fēng)方式解決瓦斯問(wèn)題不合理時(shí)。 (2) 礦井絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到以下條件的：大于或等于 40 m3/min；年產(chǎn)量在~ Mt 的礦井，大于 30 m3/min；年產(chǎn)量 ~ Mt 的礦井，大于 25 m3/min；年產(chǎn)量 ~ Mt 的礦井，大于 20 m3/min；年產(chǎn)量等于或小于 Mt，大于 15 m3/min。 (3) 開采有煤與瓦斯突出的礦井。 由瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定結(jié)果可以看出， 10 煤和 81煤的瓦斯含量和瓦斯壓力都比較高，采用綜采工作面推進(jìn)速 度快，采落煤炭和工作面暴漏煤壁涌出瓦斯量會(huì)很大，10414 工作面日產(chǎn)量 t/d，回采工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為 27 m3/min，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量為 1500 m3/min，回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯的平均絕對(duì)涌出量為 m3/min，僅靠通風(fēng)的方式不能解決工作面瓦斯超限的問(wèn)題。為保證工作面安全生產(chǎn)，需要建立地上瓦斯抽采系統(tǒng)或井下臨時(shí)抽采系統(tǒng)，進(jìn)行瓦斯抽放。 選擇抽放瓦斯的原則 礦井瓦斯抽放方法的選擇必須根據(jù)巷道布置、煤層賦存條件、瓦斯來(lái)源、等因素進(jìn)行選擇，一般遵循以下原理： (1) 瓦斯抽放方法需根據(jù)開采技術(shù)地質(zhì)條件、瓦斯來(lái)源和煤層賦存條件選擇。并且能夠提高抽放效果、降低成本。 (2) 分清瓦斯涌出來(lái)源和涌出量構(gòu)成的主次，這樣可以提高瓦斯抽采率。達(dá)到良好的抽采效果。 (3) 瓦斯抽采在滿足井下安全生產(chǎn)的前提下，應(yīng)考慮合理利用瓦斯。 (4) 瓦斯抽放方法的選擇要利于巷道布置和維護(hù)。巷道布置時(shí)要考慮到利用生產(chǎn)巷道進(jìn)行瓦斯抽放以降低抽放工程量和抽采成本。 (5) 瓦斯抽放方法的選擇要有利于抽放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，且有利于鉆孔、鉆場(chǎng)的施工和鉆孔的抽放時(shí)間。 抽放瓦斯方法的選擇 10414 工作面在回采的過(guò)程中， 可采用 分源 防突 的方法，因此 防突 主要分工作面瓦斯和上層中組煤的 防突 手段 。 從楊柳煤礦的地 質(zhì)勘探 資料可以看出， 10 煤屬于 78 82煤層遠(yuǎn)距離保護(hù)層 。 其中 72煤平均厚度 m， 81煤 平均厚度 m， 82煤 楊柳礦 10414 工作面防突技術(shù)及應(yīng)用 22 平均厚度 m， 10 煤平均 m。 因 10 煤為 7 8 82煤的遠(yuǎn)距離保護(hù)層， 首先對(duì) 10 煤層進(jìn)行瓦斯抽采，之后保護(hù)層會(huì)發(fā)生以下變化：地壓減小，彈性潛能得到緩慢釋放；煤層由于膨脹變形形成裂隙和孔道使煤層的透氣性系數(shù)增加，對(duì)保護(hù)層進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)，瓦斯抽采率得到提高。中組煤抽采后煤的強(qiáng)度增加?？傮w來(lái)講，不僅消除了引起突出的兩個(gè)重要因素：低壓和瓦斯，而且增加了抵御突出的能力，即煤的機(jī)械強(qiáng)度。 工作面回采前瓦斯抽放方法 10414 工作面主要瓦斯抽采方法為底板穿層鉆孔和順層鉆孔相結(jié)合 [2829]： (1) 在突出煤層底板距機(jī)巷、風(fēng)巷和開切眼一定距離的巖層中施工抽采巷，與 104邊界巷形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。 (2) 在底板巷內(nèi)施工穿層鉆孔并抽采機(jī)