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永盛煤礦南井煤層瓦斯突出危險性評價

1永盛煤礦南井永勝煤礦南井是貴州省福都市與畢節(jié)地區(qū)交界處的一個新井。位于吳家角斜井和9號礦。斜井采用開放法,設計能力120萬噸。永盛煤礦南井為基建礦井,地處永盛井田西北塊段,東北部與盛遠煤礦三、四采區(qū)相鄰。永盛礦南井西北邊界為2#煤層+1700m以67°向本井田方向劃界,東以拱橋河及三岔河東壓煤邊界與木沖溝四采區(qū)接壤,西南以F1和F2斷層為界,南以F5-1、F5斷層一線為邊界。走向長約3.7km,傾斜寬約1.0~1.3km,井田面積約4.2km2。2高瓦斯突出礦井永盛煤礦南井于2009年9月進行了礦井瓦斯等級鑒定:礦井絕對瓦斯涌出量為6.86m3/min,絕對二氧化碳涌出量為0.73m3/min。同處吳家向斜內(nèi)的永盛煤礦東井和盛遠煤礦均為高瓦斯突出礦井。永盛煤礦東井主采2#和11#煤層,盛遠煤礦主采4#、9#和11#煤層。截至2009年10月,永盛煤礦東井共發(fā)生17次煤與瓦斯突出,突出均發(fā)生在11#煤層。盛遠煤礦曾發(fā)生過5次煤與瓦斯突出,突出也均發(fā)生在11#煤層。永盛煤礦南井是按煤與瓦斯突出礦井進行設計和管理的,但迄今為止未發(fā)生過煤與瓦斯突出等動力現(xiàn)象。3現(xiàn)場實測瓦斯自然溢出量的實測根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》和《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》和相關行業(yè)規(guī)范標準的有關規(guī)定,結合永盛煤礦南井開拓系統(tǒng),決定采取下列技術方案:1)在主斜井、副斜井、軌道下山、1450軌道石門等適當位置分別布置2#和9#煤層的測壓鉆孔。2)運用測壓孔現(xiàn)場實測2#和9#煤層的原始瓦斯壓力和鉆孔瓦斯自然涌出量。3)分別取2#和9#煤層的全層及軟分層煤樣各1份,在實驗室對煤樣進行煤的工業(yè)分析,測定瓦斯吸附常數(shù)a、b值、煤的孔隙率以及煤的堅固性系數(shù)f、瓦斯放散初速度△p等基礎參數(shù)。4)在現(xiàn)場及實驗室測定的基礎上,通過分析、計算確定煤層的瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)及鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù)等參數(shù),對永盛煤礦南井2#、9#煤層突出危險性進行評價。3.1基礎表1中碳排放量的測量和分析3.1.1測壓鉆孔參數(shù)及測定結果分析永盛煤礦南井2#和9#煤層原始瓦斯壓力的測定按國家安全生產(chǎn)行業(yè)標準《煤礦井下煤層瓦斯壓力直接測定方法》的規(guī)定進行,采用注漿封孔和被動式測壓法。1)測壓鉆孔布置原則。測壓孔見煤點與地質(zhì)構造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍至少要大于40m;同一地點設2個測壓孔的見煤點的距離應大于20m。2)測壓鉆孔參數(shù)。向上或者順層測壓鉆孔開孔直徑都為65mm至直終孔。本次測壓鉆孔均為穿層鉆孔。測壓鉆孔竣工參數(shù)見表1。3)測定結果。為了提高測試結果的可靠性,在同一地點(或相近垂深)至少應布置2個鉆孔。各鉆孔在封孔后,定期進行瓦斯壓力觀測,直到壓力穩(wěn)定為止。各測壓地點及各鉆孔測得的相對瓦斯壓力見表1。根據(jù)《測壓標準》要求,同一地點煤層瓦斯壓力取該點最大值,同一煤層以各測點的最大瓦斯壓力作為該煤層的瓦斯壓力。永盛煤礦南井2#煤層在+1543.8m(埋深350.5m)處測定的瓦斯壓力為3.60MPa;9#煤層在+1460.7m(埋深406.4m)處測定的瓦斯壓力為3.38MPa,為各自煤層所有測壓鉆孔中的最大瓦斯壓力,此值作為本次測定的2#和9#煤層的原始瓦斯壓力。3.1.2煤層破壞類型分類特征實驗室煤樣瓦斯參數(shù)測定包括煤的工業(yè)分析、瓦斯吸附常數(shù)、真(視)密度、孔隙率、瓦斯放散初速度、堅固性系數(shù)等。本次實驗室參數(shù)測定的煤樣為每層煤2組(1組全分層煤樣和1組軟分層煤樣),2#煤層的全層和軟分層煤樣均取自主井2#煤層揭露點,9#煤層的全層和軟分層煤樣均取自運輸上山膠帶機頭檢修斜巷。1)煤的破壞類型。根據(jù)《鑒定規(guī)范》中附錄A對煤的破壞類型分類特征的描述,煤的破壞類型可分為5類。通過對永盛煤礦南井2#和9#煤層巷道已揭露的煤層現(xiàn)場勘查,2#和9#煤層的破壞類型絕大多數(shù)為Ⅲ類,局部地段為Ⅳ類,故永盛煤礦南井2#和9#煤層煤層破壞類型為Ⅲ~Ⅳ類。2)瓦斯放散初速度。采用刻槽取樣法,在永盛煤礦南井2#和9#煤層不同地點采集軟分層煤樣2個,實驗室根據(jù)《鑒定規(guī)范》中附錄B規(guī)定的方法以及相關操作規(guī)程進行測定,測定結果為:永盛煤礦南井2#煤層瓦斯放散初速度△p均為16;9#煤層瓦斯放散初速度△p為14。3)煤的堅固性系數(shù)。采用刻槽取樣法,在永盛煤礦南井2#、9#煤層不同地點采集軟分層煤樣2個,實驗室根據(jù)《煤的堅固性系數(shù)的測定方法》(MT/49-1987)中規(guī)定的方法以及相關操作規(guī)程進行測定,測定結果為:永盛煤礦南井2#煤的堅固性系數(shù)f值為0.24,9#煤的堅固性系數(shù)f值為0.33。4)煤層瓦斯含量。根據(jù)煤的工業(yè)分析及瓦斯吸附常數(shù)等參數(shù),計算得出永盛煤礦南井2#和9#煤層采樣點處的瓦斯含量(原煤)分別為14.2m3/t,11.5m3/t。4煤炭突出風險評價4.1突出煤層的確定實驗室測試和現(xiàn)場測定的永盛煤礦南井2#、9#煤層突出危險性單項指標表明:永盛煤礦南井2#、9#煤層的破壞類型、瓦斯放散初速度指標(△p)、煤的堅固性系數(shù)(f)、瓦斯壓力均超過了《規(guī)定》規(guī)定的臨界值。根據(jù)《規(guī)定》第13條規(guī)定:當動力現(xiàn)象特征不明顯或者沒有動力現(xiàn)象時,應當根據(jù)實際測定的全部指標均達到或者超過規(guī)定的臨界值的,確定為突出煤層。因此,2#、9#煤層應評價為具有煤與瓦斯突出危險性。4.2圍內(nèi)無明顯加強地面的斷裂構造1)以本次測定的結果來分析,永盛煤礦南井2#、9#煤層的突出危險性單項指標和綜合指標均超過了《規(guī)定》推薦的臨界值,說明煤層具有突出危險性。2)從區(qū)域地質(zhì)構造分析,永盛煤礦南井地處二塘向斜的西北向軸部,瓦斯壓力一般較大,在井田范圍內(nèi)無明顯直達地面的斷裂構造,瓦斯難以從構造帶釋放。3)從煤層賦存條件分析,永盛煤礦南井2#、9#煤層埋藏較深(井田范圍內(nèi)最深處超過450m),上覆巖層大多為封閉性的泥巖、石灰?guī)r等透氣性差的巖層,瓦斯保存條件較好。4)從鄰近礦井相同煤層分析,該礦北部(地處二塘向斜淺部)的盛遠煤礦9#煤層被評價為突出煤層;該礦東部(地處二塘向斜中深部)的永盛煤礦東井2#煤層埋深較淺,被評價為非突出煤層。處于二塘向斜地質(zhì)單元內(nèi)礦井,開采中深部時候,均發(fā)生過煤與瓦斯突出。從鉆孔施工情況分析,2#煤層出現(xiàn)噴孔,垮孔等異常情況。因此,根據(jù)實測永盛煤礦南井2#、9#煤層的單項指標以及煤層地質(zhì)構造、煤層賦存、煤層頂?shù)装寮班徑V井瓦斯

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