严重煤瓦斯突出矿井近煤岩巷底鼓治理及原因分析

严重煤与瓦斯突出矿井近煤岩巷底鼓治理及原因分析

摘要:孟津煤矿煤层埋藏深,瓦斯压力大,瓦斯含量高,属严重煤与瓦斯突出矿井。针对-322水平西翼轨道运输大巷近煤掘进期间严重底鼓及瓦斯涌出等现象,通过采用钻孔卸压及注浆加固技术对巷道底鼓进行处理,实现了煤与瓦斯严重突出矿井近煤岩巷底鼓及瓦斯涌出的成功治理,提供了特定地质条件下严重煤与瓦斯突出矿井巷道近煤掘进底鼓治理的经验。

关键词:煤与瓦斯突出钻孔卸压注浆加固底鼓

中图分类号:td713 文献标识码:a 文章编

号:1674-098x(2011)12(b)-0049-01

1 矿井概况

孟津煤矿为义马煤业集团有限责任公司在建矿井。矿井位于河南省孟津县横水镇境内,东距孟津县城15km,南距新安县城27km。井田走向长度7km,倾斜宽5.7～10km,面积57.52km2。孟津煤矿设计生产能力120万t/a,主采二迭系山西组二1煤层,煤层厚度0～9.1m,平均2.24m,属较稳定煤层。煤层结构较简单,局部夹矸1～2层,煤层厚度具有短距离内急剧变化的特点。煤层倾角5°～10°。孟津煤矿煤层埋藏深(650～1000m),瓦斯压力大(3.1mpa),瓦斯含量高(13.94m3/t),为严重煤与瓦斯突出矿井。

2 巷道底鼓现象

-322水平西翼轨道运输大巷掘进至测点xg6点附近时,扒矸机扒岩时底板发生断裂(并伴随有沉闷的断裂声),回风流瓦斯快速上

升。大巷正头往后8m开始距巷道左帮1.3m处底板开裂,巷道迅速鼓起,最大达到400mm落差,裂隙宽度约80～20mm,裂隙往后开展有18m,末端消失于巷道左帮。裂隙瓦斯含量高达4%～5%,裂缝内部瓦斯含量最高达到9%,回风流瓦斯含量达到了0.35%。

3 原因分析

-322水平西翼轨道运输大巷设计断面形状为半圆拱形,净断面积18m2,净宽4.8m,净高4.27m,巷道布置在二1煤层顶板中粒砂岩(平均厚度17m)中,大巷曾经在掘进530m后为避开二1煤层往南偏移了35m,使底板岩柱增加到5.5m,但掘进至测点xg6点附近时巷道底板发生断裂并伴随有回风流瓦斯异常等现象。轨道大巷支护形式采用锚网喷。其间无巷道,未受过采动影响,应视为原岩应力场。经过现场观察从巷道断面揭露岩层可直观显示该段岩层倾向节理发育,在4m高的巷道断面上近水平分布20多组,厚度为50～500mm不等,多数中间夹有碳质泥岩,在后期拉底打眼中还发现底板500mm一下有明显空洞,瓦斯含量高。通过煤层等高线及前期施工的层位钻资料显示,二1煤层在此区域是一个背斜,该段正处于二1煤层上升阶段。

经过现场观察分析论证该段巷道底鼓原因主要有以下几点: (1)该段巷道所处岩体倾向节理发育,底板围岩整体强度降低,在打钻、放炮及扒岩等采动影响下造成围岩应力传播。

(2)二1煤层属严重煤与瓦斯突出煤层,瓦斯压力大,瓦斯含量高,巷道底板围岩裂隙与煤层有联通,在瓦斯压力作用下巷道底板受张

拉,并且岩层节理之间被瓦斯充填围岩自承能力进一步削减。(3)该段巷道处于背斜接近于顶部,在构造应力作用下,岩体受张拉,岩质松软。

在以上各种原因的共同作用下巷道底板中间受张拉两侧受剪切,并使底板围岩断裂并沿巷道方向开展,造成巷道底鼓及瓦斯涌出现象发生。

4 治理方法

结合巷道地质条件借鉴以往经验并加以改进,对巷道底鼓进行处理。

(1)钻孔卸压。针对二1煤瓦斯压力大的特点及以往的经验在底鼓发生段前后各10m范围内布置钻孔,经过冲孔及抽放对煤层瓦斯进行卸压。钻孔布置形式为5m一组,每组3个,其中巷道正中布置一个,钻孔垂直底板沿巷道方向成75°夹角,靠近巷帮0.5m各布置一个,垂直于巷帮与底板成45°夹角。采用φ75mm钻头成孔,φ94mm 钻头扩孔,φ50mm钻头冲孔。

(2)注浆加固。在钻孔卸压之后,利用卸压钻孔埋管注浆充填裂隙加固围岩,切断应力传播的途径,增加底板岩层的整体性,提高其自承能力。注浆材料选用425号普通硅酸盐水泥,浆液设计比重

1.5t/m3。采取连续注浆方式注浆,采用水玻璃封口。

在往前掘进过程中采用留底1m施工,人为增加底板岩柱,并在此基础上执行钻孔卸压和注浆加固,再掘进20m后对已处理巷道进行拉底施工,20m一个循环,直至巷道恢复正常掘进。

5 效果检验

采取以上措施后,巷道底鼓及瓦斯动力现象彻底消失。保证了西翼轨道大巷的正常掘进,减少了后期巷道维修工程。为轨道大巷的运输提供质量保证,为矿井安全生产创造了良好的经济效益和社会效益。

6 结论

(1)钻孔卸压技术对严重煤与瓦斯突出矿井近煤岩巷掘进期间消除瓦斯压力,削减瓦斯应力传递效果良好。应用该技术能有效消除瓦斯动力现象,改变煤体内部结构,尽快释放地应力,防治了巷道底鼓或变形,消除了瓦斯灾害的潜在威胁。该技术关键在于钻孔的布置、大小、深度及工艺的选择,重点是卸压效果检验。

(2)注浆加固技术对夹杂泥质页岩的裂隙破碎带效果显著,尤其是倾向水平裂隙。应用该技术能够及时改变围岩的松散结构,提高岩石的整体强度,充填加固裂隙破碎带能够切断应力传播的途径,对严重煤与瓦斯突出矿井巷道由于应力传播导致的底鼓可以给予有效的预防和治理。利用卸压孔注浆不仅节约成本,通过结合卸压钻孔布置实际情况认真分析、科学计算,使其达到最佳效果。(3)严重煤与瓦斯突出矿井大巷底板距瓦斯含量大、瓦斯压力高的煤层顶板间距处于5m临界值的巷道,虽然已经提前做过地质预报工作,但随着工作面的推进,在遇到断层、裂隙等地质构造,该地段极易因为应力传播和瓦斯动力现象导致底鼓和瓦斯超限,甚至发生煤与瓦斯事故。

(4)西翼轨道大巷底鼓及瓦斯涌出现象的成功治理及巷道掘进工艺的实践,对由于采深增加日益增多的双突矿井相似条件下的巷道底鼓治理、巷道掘进施工及巷道布置有一定的参考价值。

参考文献

[1] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制.徐州:中国矿业大学出版社,2003.11.

[2] 东兆星,吴士良.井巷工程.徐州:中国矿业大学出版社,2004.1.

[3] 袁亮.煤矿总工程师技术手册.北京:煤炭工业出版

社,2010.

①作者简介:何伟(1984.10-),男,湖南浏阳人,汉族,本科学历,助理工程师,现任义煤集团孟津煤矿生产技术部副部长。