本煤层卸压爆破与工作面瓦斯运移规律的研究.pdf

第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑74问题探讨通风与安全本煤层卸压爆破与工作面瓦斯运移规律的研究大兴矿张朝川张磊张基名摘要为解除冲击危险工作面巷道冲击危险性，通常采取本煤层卸压爆破的措施进行解危，但本煤层卸压爆破对巷道围岩应力进行转移的同时，使得工作面爆破影响区域范围的瓦斯运移也发生了变化，通过对本煤层卸压爆破前后 10d 工作面煤壁、风流、本层预抽钻孔、斜交钻孔的瓦斯浓度变化进行对比分析，总结了工作面本煤层卸压爆破后关键时间段爆破波及区域瓦斯运移的变化规律，提出了针对卸压爆破后瓦斯运移发生改变造成工作面瓦斯异常涌出的解决方案。关键词安卸压爆破瓦斯运移规律待预抽瓦斯大兴矿属于高瓦斯矿井，同时也是冲击地压矿井，地质条件复杂，断层构造较多，因此瓦斯灾害尤为严重。防治矿井瓦斯事故的有效措施是瓦斯抽采，但由于对采煤工作面冲击地压的防治需经常采取卸压爆破的措施，从而导致了采煤工作面瓦斯时常出现异常涌出的现象，影响了钻孔正常的预抽效果，增加了采煤工作面瓦斯治理的难度。基于此，以大兴矿南二 903 工作面为实践开展本煤层卸压爆破与工作面瓦斯运移规律的研究，通过对采煤工作面本煤层卸压爆破后的瓦斯运移规律分析，才能有针对性的采取瓦斯抽采对策。1实践工作面概况工作面大面长 555m，倾斜宽 178m；小面长306m，倾斜宽 94m。工作面回采期间瓦斯绝对涌出量为 59.5m3/min，瓦斯相对涌出量为 22.5m3/t。工作面煤层结构复杂，工作面煤层结构复杂，夹石 05层，夹石厚度在 0.061.50m 之间，以粉砂岩和细砂岩为主，硬度小。本工作面南部火成岩构造发育，侵入形式以岩床为主，岩墙次之。回采过程中还会有零星的不规则火成岩侵入体实见，工作面煤层瓦斯压力最大值为 0.62MPa，煤层原始瓦斯含量最大值为 6.35m3/t。2卸压爆破钻孔施工位置及爆破方式卸压爆破钻孔施工位置在南二 903 回顺软帮，每两个钻场中间施工 3 个卸压爆破孔，爆破孔间距910m，爆破孔深度 10m，每孔装药 3kg，采用一次装药一次起爆 3 个爆破钻孔的方式进行爆破。卸压爆破钻孔布置见图 1。图 1卸压爆破钻孔布置图第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑753卸压爆破前后瓦斯运移变化分析3.1卸压爆破前后工作面煤壁瓦斯变化工作面煤壁瓦斯浓度数据采集，以放卸压炮前8d（5 日、6 日停产放假）与放卸压炮后 10d 白班60#机尾段煤壁瓦斯最大值为依据，观测数据统计及数据对比见表 1、图 2。表 1工作面煤壁瓦斯数据统计图 2 工作面不同位置卸压爆及采取待预抽采前后瓦斯数据对比根据对放炮前与放炮后煤壁瓦斯浓度的观测对比分析，放炮前煤壁瓦斯在 0.731.54 之间，放炮后煤壁瓦斯在 1.603.50 之间，放炮后期煤壁瓦斯明显高于放炮前期。3.2卸压爆破前后工作面风流瓦斯变化分析工作面风流瓦斯浓度数据采集，以放卸压炮前8d（5 日、6 日停产放假）与放卸压炮后 10d，工作面110#架前风流瓦斯浓度为依据，观测数据统计及数据对比见表 2、图 2。表 2风流瓦斯数据统计根据对放炮前与放炮后工作面 110#架前风流瓦斯浓度的观测对比分析，放炮前风流瓦斯在0.300.44 之间，放炮后风流瓦斯在 0.420.61 之间，放炮后期风流瓦斯显增高趋势。3.3卸压爆破前后回顺本层预抽钻孔瓦斯变化分析工作面首次施工卸压爆破孔时间为 4 月 14日，位置为 5#钻场与 6#钻场中间施工卸压爆破孔 3个，第二次施工卸压爆破孔时间为 4 月 15 日，位置为 6#钻场与 7#钻场中间施工卸压爆破孔 3 个，第三次施工卸压爆破孔时间为 4 月 18 日，位置为 7#钻场与 8#钻场中间施工卸压爆破孔 3 个，本层钻孔抽采数据采集以 6#、7#钻场为例。观测数据统计见表 3、表 4。观测位置煤壁测量类型瓦斯浓度放炮前放炮后观测日期瓦斯浓度（%）观测日期瓦斯浓度（%）4 月 7 日0.984 月 15 日1.734 月 8 日0.994 月 16 日3.504 月 9 日0.734 月 17 日1.804 月 10 日0.824 月 18 日1.964 月 11 日1.544 月 19 日2.24 月 12 日0.684 月 20 日1.64 月 13 日0.764 月 21 日2.524 月 14 日1.14 月 22 日2.104 月 23 日2.084 月 24 日2.10观测位置风流测量类型瓦斯浓度放炮前放炮后观测日期瓦斯浓度（%）观测日期瓦斯浓度（%）4 月 7 日0.304 月 15 日0.464 月 8 日0.334 月 16 日0.424 月 9 日0.374 月 17 日0.454 月 10 日0.384 月 18 日0.424 月 11 日0.434 月 19 日0.454 月 12 日0.444 月 20 日0.464 月 13 日0.444 月 21 日0.584 月 14 日0.424 月 22 日0.584 月 23 日0.594 月 24 日0.61第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑76表 3 回顺本层 6#钻场预抽钻孔瓦斯数据统计表 4 回顺本层 7#钻场预抽钻孔瓦斯数据统计根据对 6#钻场本层钻孔瓦斯抽采数据分析，卸压爆破前 10d 钻孔抽采瓦斯浓度与后 10d 钻孔抽采瓦斯浓度观测对比分析，卸压爆破前钻孔抽采浓度在 2.503.30%之间，瓦斯抽采浓度较稳定，卸压爆破后前 2d 抽采瓦斯浓度有增高趋势，之后抽采瓦斯浓度明显衰减。根据对 7#钻场本层钻孔抽采数据分析，卸压爆破前 10d 钻孔抽采瓦斯浓度与后 10d 钻孔抽采瓦斯浓度观测对比分析，卸压爆破前钻孔抽采浓度在2.452.92%之间，瓦斯抽采浓度较稳定，卸压爆破后前 3 天抽采瓦斯浓度有增高趋势，之后抽采瓦斯浓度明显衰减。3.4回顺斜交钻孔瓦斯变化分析回顺斜交钻孔瓦斯浓度数据采集，以放卸压炮前 10d 与放卸压炮后 10d 最大值为依据，观测数据统计见表 5。表 5 回顺 4#斜交钻孔瓦斯数据统计根据对回顺 4#斜交钻孔抽采总浓度变化分析，卸压爆破前 10d 钻孔抽采浓度与后 10d 钻孔抽采瓦斯浓度观测对比分析，卸压爆破前钻孔抽采浓度在 1518%之间，卸压爆破后抽采瓦斯浓度明显出现衰减。4解决方案综合对卸压爆破前后工作面煤壁瓦斯、工作面风流瓦斯、回顺本层预抽钻孔瓦斯、回顺斜交钻孔瓦斯的变化分析，制定相应的解决方案。详见表 6、图 2、图3。观测位置6#钻场测量类型本层孔瓦斯浓度放炮前放炮后观测日期瓦斯浓度（%）观测日期瓦斯浓度（%）4 月 5 日3.214 月 15 日2.994 月 6 日3.334 月 16 日3.984 月 7 日2.584 月 17 日3.194 月 8 日3.134 月 18 日2.014 月 9 日2.994 月 19 日1.664 月 10 日3.084 月 20 日1.664 月 11 日3.544 月 21 日2.014 月 12 日2.894 月 22 日2.064 月 13 日2.984 月 23 日2.364 月 14 日2.884 月 24 日2.45观测位置7#钻场测量类型本层孔瓦斯浓度放炮前放炮后观测日期瓦斯浓度（%）观测日期瓦斯浓度（%）4 月 6 日2.884 月 16 日3.034 月 7 日2.694 月 17 日2.984 月 8 日2.584 月 18 日2.624 月 9 日2.924 月 19 日1.434 月 10 日2.994 月 20 日1.334 月 11 日2.784 月 21 日1.354 月 12 日2.674 月 22 日2.284 月 13 日2.664 月 23 日1.684 月 14 日2.494 月 24 日2.054 月 15 日2.884 月 25 日1.83观测位置4#钻场测量类型本层孔瓦斯浓度放炮前放炮后观测日期瓦斯浓度（%）观测日期瓦斯浓度（%）4 月 9 日184 月 19 日184 月 10 日174 月 20 日114 月 11 日164 月 21 日124 月 12 日154 月 22 日104 月 13 日154 月 23 日104 月 14 日154 月 24 日104 月 15 日164 月 25 日104 月 16 日154 月 26 日114 月 17 日164 月 27 日124 月 18 日164 月 28 日12第一作者简介：张朝川（1986-），男，工程师。2012 年毕业于辽宁工程技术大学安全工程专业，现任大兴矿抽采一队支部书记。联系电话：[phone]。第 1 期2022 年 8 月铁法科技窑窑77表 6 待预抽采措施前后卸压爆破回风瓦斯数据统计图 3卸压爆破前形成待预抽状态示意图（1）工作面煤壁在卸压爆破以先，提前施工浅孔预抽，形成负压抽采，待卸压爆破后可在短时间抽取煤壁高浓卸压瓦斯。（2）工作面风流瓦斯在卸压爆破前采取工作面煤壁浅孔预抽的同时提高后三角点埋管及明管抽采量，降低局部层流瓦斯积聚。（3）对 6#、7#钻场本层钻孔在卸压爆破前与卸压爆破后瓦斯抽采浓度对比分析可以看出，卸压爆破前钻孔抽放浓度高、稳定，卸压爆破后均有一小段时间瓦斯浓度增高，之后衰减降低，这种现象可以分析为，由于卸压爆破使浅部煤体产生裂隙，短时间内增加了瓦斯涌出量，瓦斯浓度有明显增高，短时间后马上衰减是由于钻孔被卸压爆破孔切断，同时因卸压爆破产生的松动圈裂隙造成钻孔浅部漏气严重，无法对煤体深部进行连续抽采，导致部分预抽瓦斯钻孔失效。解决方案是将下一区段本层预抽钻孔由原来在抽采硐室内扇形布置钻孔改为占道垂直软帮布置钻孔施工，可减少卸压爆破后破坏预抽钻孔的数量及影响预抽的空间，爆破前增加预抽钻孔抽采负压，形成爆破前高负压待预抽状态。（4）斜交钻孔在卸压爆破前应增加卸压爆破范围内钻孔下套管深度，确保斜交钻孔抽采的有效区域瓦斯路径畅通，在卸压爆破后持续抽采高浓瓦斯。（5）优化卸压爆破钻孔设计，减少爆破钻孔数量。通过卸压爆破前后瓦斯运移变化分析，针对性的采取工作面煤壁爆破前施工预抽钻孔、增加回顺三角点明管及埋管抽采量、改变本层预抽钻孔布置方式、增加斜交钻孔封孔深度，同时在爆破前提高所采取措施区域内的抽采负压，提前形成待预抽状态，使得卸压爆破后的回风瓦斯浓度稳定在正常回采期间回风瓦斯浓度范围。5结论（1）本煤层卸压爆破对工作面一段时间内的瓦斯运移影响较大，瓦斯的运移变化直接影响工作面正常回采秩序。（2）本煤层卸压爆破造成的工作面瓦斯异常涌出是可以通过优化爆破钻孔设计、改变本层预抽钻孔布置方式、提前做好工作面煤壁浅孔预抽准备、增加爆破范围斜交钻孔下套管深度等措施，将抽采负压提前作用于爆破后的瓦斯运移区域，形成爆破前待预抽状态。确保抽采负压高效抽采卸压爆破后瓦斯运移积聚区域的高浓瓦斯，从而解决由卸压爆破引起的工作面瓦斯持续增大涌出的状况。待预抽采措施前卸压爆破回风瓦斯浓度待预抽采措施后卸压爆破回风瓦斯浓度观测日期回风瓦斯浓度（%）观测日期回风瓦斯浓度（%）5 月 11 日0.765 月 22 日0.565 月 12 日0.725 月 23 日0.525 月 13 日0.655 月 24 日0.455 月 14 日0.805 月 25 日0.405 月 15 日0.655 月 26 日0.355 月 16 日0.565 月 27 日0.465 月 17 日0.785 月 28 日0.485 月 18 日0.685 月 29 日0.385 月 19 日0.796 月 1 日0.495 月 20 日0.716 月 2 日0.51