保護層開采前后被保護層瓦斯參數(shù)變化情況研究

謝玉成

(新疆煤礦安全監(jiān)察局南疆分局,新疆 庫爾勒841000)

1 前言

保護層開采后采場應力將會重新分布以尋求達到新的平衡點,就在此時其被保護層瓦斯參數(shù)隨著煤巖的變形將會發(fā)生巨大變化,因而考察其變化情況,有著重要的意義。通過對保護層開采后被保護層瓦斯參數(shù)變化的研究,可以更好地指導礦井生產(chǎn)計劃及安全生產(chǎn)。

2 保護層工作面概況

2130煤礦二采區(qū)保護層開采方式主要以上保護層開采為主。作為突出煤層5號煤層的上保護層4號煤層的24221工作面,煤層傾角為42°～55°,平均46°,屬于急傾斜煤層。工作面上部以(＋2120)水平14221小煤柱為界,下部以(＋2047)水平24222小煤柱為界,東部以(＋2120)水平石門及(＋2047)水平石門為界,西部以15號勘探線及14號沖溝為界。工作面走向長1000m,傾向長度108m,煤層平均厚度2.8m,與5號煤層的平均間距33.73m屬近距離保護層。

3 被保護層工作面概況

二采區(qū)被保護煤層5號煤層的25221工作面,煤層傾角為42°～53°,平均45°,屬于急傾斜煤層。工作面上部以(＋2120)水平15221小煤柱為界,下部以(＋2047)水平25222小煤柱為界,東部以(＋2120)水平石門及(＋2047)水平石門為界,西部以16號勘探線為界。工作面走向長1000m,傾向長度108m,煤層平均厚度5.85m。

4 考察內(nèi)容及考察技術方案

4.1 考察內(nèi)容

(1)24221工作面回采后25221工作面瓦斯壓力的變化情況。

(2)24221工作面回采后25221工作面煤層透氣性系數(shù)的變化情況。

(3)24221工作面回采后25221工作面瓦斯抽放量的變化情況。

(4)24221工作面回采后25221工作面煤層變形情況。

(5)24221工作面回采后25221工作面瓦斯含量的變化情況。

4.2 考察技術方案

要對4號煤層開采后5號煤層內(nèi)發(fā)生的變化進行考察,必須向5號煤層打孔,布置相應的儀器和設備,定期進行觀測。這些工作不能與考察期間的生產(chǎn)相沖突。根據(jù)二采區(qū)目前的巷道布置情況,將考察鉆孔布置在6號煤層中的26221運輸巷中。這種布置的優(yōu)點是4號煤層開采引起的擾動對該巷道影響較小,同時4號煤層開采引起的巖體破裂是先影響5號煤層,在影響鉆孔,有利于完整記錄5號煤層內(nèi)發(fā)生的變化。

5 考察參數(shù)的測定

5.1 瓦斯壓力考察

瓦斯壓力共考察4個孔,1號鉆孔距保護層工作面100m,其余各鉆孔間距為50m,此次測壓采用膠囊－密封粘液主動測壓法,原始瓦斯壓力最大統(tǒng)計1.36MPa。在測壓鉆孔封孔工作結(jié)束后接好壓力表開始瓦斯壓力測定,鉆孔內(nèi)瓦斯壓力逐漸升高,待壓力穩(wěn)定后測定的值即為煤層瓦斯原始壓力。隨著保護層工作面的不斷推進,瓦斯壓力將會出現(xiàn)不同程度的變化。

通過工作面回采情況,保護層工作面回采超過被保護層測壓點時,孔內(nèi)的瓦斯壓力急劇下降,當保護層工作面推過被保護層測壓點5－10m時,瓦斯壓力降至0.23－0MPa。

5.2 煤層通氣性系數(shù)考察

保護層先行開采后,開采層及鄰近層周圍的煤巖層會向采空區(qū)方向移動、變形,采空區(qū)將形成冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶,因此,在煤巖層中不僅會產(chǎn)生新的裂隙,而且裂隙也將擴大,此時瓦斯通道將大大增大,煤層透氣性比之前增大數(shù)十倍乃至數(shù)百倍。此次煤層透氣性系數(shù)測試原始數(shù)據(jù)記錄如表1。

經(jīng)計算,保護層4號煤層24221工作面回采后,25221工作面2號鉆孔的透氣性系數(shù)2.56(m2/MPa2·d),3號鉆孔的透氣性系數(shù)3.584(m2/MPa2·d),是原始煤層透氣性系數(shù)0.128的20倍和28倍。

5.3 瓦斯抽放量考察

瓦斯抽放量測定采用孔板流量計和CJZ4瓦斯綜合參數(shù)測定儀,相結(jié)合的方法進行測定。瓦斯抽放系統(tǒng)孔板流量計和CJZ4瓦斯綜合參數(shù)測定儀,安裝在鉆孔和鉆場瓦斯管末端。用以測定各鉆孔和鉆場的瓦斯抽放量。

保護層開采后,通過抽采系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,被保護層瓦斯抽放量有了明顯的增大,尤其以工作面推過測定瓦斯流量鉆孔的測點后,瓦斯流量比抽放常壓帶增大至3－5倍。由此可以將瓦斯抽放劃分為四帶,保護層工作面前方至工作面后方2m為正常壓力帶,保護層工作面后方2－12m為抽放起伏帶,保護層工作面后方12－35m為抽放活躍帶,保護層工作面后方35以遠為抽放衰減帶。

5.4 煤層頂?shù)装遄冃瘟靠疾?/h3>

被保護層5號煤層的頂?shù)装遄冃瘟坎捎蒙畈炕c法進行考察,考察孔共布置3個鉆孔,通過變形量的考察,保護層4號煤層24221工作面回采后,被保護層5號煤層發(fā)生不同程度的變形,其被保護層5號煤層的被保護范圍內(nèi),煤層膨脹變形量為15.4－21.5‰。

5.5 瓦斯含量的考察

表2 被保護層瓦斯含量測定表

瓦斯含量主要采用井下直接測定法進行考察,在井下采取新鮮煤樣后進行井下瓦斯解析,然后送往實驗室進行地面瓦斯解析,最后計算出煤層瓦斯含量。被保護層瓦斯含量測定結(jié)果見表2。

測定結(jié)果表明,25221工作面卸壓保護區(qū)最大瓦斯含量為3.58m3/t。未卸圧前5號煤層在標高＋2047至＋2120水平,瓦斯含量達到9.97m3/t,煤層瓦斯含量超過了突出危險臨界值8m3/t。對比可知,開采保護層前后瓦斯含量變化明顯,表明保護層開采后受采動影響區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯賦存環(huán)境改變,形成“卸圧增流效應”,使得瓦斯含量急劇下降。

6 結(jié)論

保護層4號煤層24221工作面開采后,被保護煤層瓦斯參數(shù)的規(guī)律性變化,說明被保護層5號煤層25221工作面的卸壓區(qū)域內(nèi),煤巖體卸壓發(fā)生膨脹變形,增加了煤巖的透氣性,促進了煤層瓦斯解析和自然排放,并為瓦斯抽采提供了良好的條件,從而降低煤層內(nèi)的瓦斯含量與壓力,使煤層的瓦斯?jié)撃軠p少,煤層堅固性系數(shù)增強,降低了5煤層25221工作面的突出危險性。

[1]于不凡.保護層理論探討[D].重慶：煤炭科學研究半路出家重慶分院.

[2]張?zhí)焖?防治煤與瓦斯突出基礎知識[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1990.

[3]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令(第19號)：防治煤與瓦斯突出規(guī)定[Z].2009.