山西能化天池公司15煤层煤与瓦斯突出危险性评价.doc

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山西能化天池公司15煤层煤与瓦斯突出危险性评价 论文导读目前,天池公司15煤层没有发生过具有煤与瓦斯突出基本特征的瓦斯动力现象,但在采掘过程中,时常出现顶钻、喷孔等动力现象。阳煤集团共有20对矿井,其中7对是煤与瓦斯突出矿井(4对在阳泉,3对在晋中)。我们采用防治煤与瓦斯突出规定推荐的单项指标法和综合指标法对天池公司15煤层进行突出危险性评价。5)煤层埋藏深度H按煤层被评价区域实际埋藏深度取值。 关键词15煤层,瓦斯突出,危险性,评价 1、本矿井及邻近矿井煤与瓦斯突出概况 目前,天池公司15煤层没有发生过具有煤与瓦斯突出基本特征的瓦斯动力现象,但在采掘过程中,时常出现顶钻、喷孔等动力现象。 阳煤集团共有20对矿井,其中7对是煤与瓦斯突出矿井(4对在阳泉,3对在晋中)。建局以来,共发生煤与瓦斯突出6700余次(15煤突出约100次),其中采煤工作面突出占80%以上,最大突出煤量525t。 阳煤集团石港矿距天池公司十余公里,采15号煤层。该矿于2007年6月24日煤巷掘进时发生一次煤与瓦斯突出。发生突出地点的煤层底板标高为+974m,距地表垂深为404m,突出煤量30.8t,瓦斯量为2011.5 m3,煤层顶板向下有0.4m的软分层。正常掘进时绝对瓦斯涌出量为6.45 m3/min。 2、煤层突出危险性评价 我们采用防治煤与瓦斯突出规定推荐的单项指标法和综合指标法对天池公司15煤层进行突出危险性评价。 (1)单项指标法 单项指标法是用煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度(△p)、煤的坚固性系数(f)和瓦斯压力(p)作为判断煤层突出危险性的指标,其临界值如表1所示,只有全部指标达到或超过其临界值时,煤层才具有突出危险性。 表1 判定煤层突出危险性单项指标临界值 煤层突出危险性 煤的破坏类型 瓦斯放散初速度△p 煤的坚固性系数f 瓦斯压力pMPa 突出危险 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 10 0.5 0.74 (2)综合指标法 该方法包括两个指标D、K,当D、K值同时达到或超过临界值时,煤层具有突出危险性。D和K值按下式计算 D(0.0075H/f-3)p-0.74 K △p /f 式中 D煤层突出危险性综合指标; K煤层突出危险性综合指标; H-开采深度,m; p煤层瓦斯压力,取两个测压钻孔实测瓦斯压力的最大值,MPa; △p软分层煤的瓦斯放散初速度指标; f软分层煤的平均坚固性系数。 综合指标法确定煤层突出危险性的指标临界值参照防治煤与瓦斯突出规定选取,见表2。 表2 判定煤层突出危险性综合指标的临界值 煤层突出危险性 煤的突出危险性综合指标 D K 无烟煤 其它煤 突出危险 0.25 20 15 备注⑴ 如果D(0.0075H/f-3)p-0.74式中两个括号内的计算值都为负值时,则无论D值大小,都为突出威胁区域。⑵ 地质勘探和新井建设时期进行煤层突出危险性预测时,突出威胁视为无突出危险煤层。 (3) 评价参数测定方法及测定结果 1)煤的坚固性系数(f) 煤的坚固性系数(f)采用落锤法测定,测定器具为捣碎筒和计量筒,测定步骤如下 ① 在煤层厚度的上、下部各采集直径为10cm煤样两块,重量约1.5~2.0kg,用塑料袋密封,作好标记送实验室。 ② 将井下煤样用手工破碎成20~30mm粒度的小块煤样,分成50g一份,每5份为一组(250g),共需3组(750g)。 ③ 将每份煤样放入捣碎筒内后,把2.4kg的重锤提高到600mm高度并使之自由下落,每份煤样落锤冲击3次。 ④ 每组煤样捣碎后,经过筛分,把粒度为0.5mm以下的粉煤倒入计量筒内,轻轻敲打使之密实,插入具有刻度的活塞尺,量出粉煤高度l。 ⑤ 按下式计算每组煤的坚固性系数f值 f20n/l 式中,f为煤的坚固性系数,n为每次试样的冲击次数,l为试样的筛下粉煤计量高度,mm。 ⑥ 3组煤所测f值的算术平均值即为测定地点煤样的坚固性系数。 2)煤的瓦斯放散初速度(△p) 瓦斯放散初速度测定需要用专用的△p测定仪在实验室测定,主要测定步骤为 ① 在新暴露煤壁面采取煤样250g,并注明采样地点、层位、采样时间等; ② 将所采煤样进行粉碎,筛分出粒度为0.2~0.5mm的煤样,每一个煤样取2个试样,每个试样重3.5g; ③ 把2个试样用漏斗分别装入△p测定仪的2个试样瓶中; ④ 启动真空泵对试样脱气1.5h; ⑤ 脱气1.5h后关闭真空泵,将甲烷瓶与试样瓶连接,充气(充气压力0.1MPa)使煤样吸附瓦斯1.5h; ⑥ 关闭试样瓶和甲烷瓶阀门,使试样瓶和甲烷瓶隔离; ⑦ 开动真空泵对仪器管道死空间进行脱气,使U型管泵真空计两端泵面相平; ⑧ 停止真空泵,关闭仪器死空间通往真空泵的阀门,打开试样瓶的阀门,使煤样与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒表计时,10s时关闭阀门,读出汞柱计两端汞柱差p1mm,45s时再打开阀门,60s时关闭阀门,再一次读出汞柱计两端汞柱差p2mm; ⑨ 瓦斯放散初速度△pp2-p1,同一煤样的两个试样测出的△p值之差不应大于1,否则需要重新测定。 15煤层坚固性系数f值与瓦斯放散初速度△p测定结果及综合指标K计算结果见表3。 表3 f值与△p测定结果及综合指标K计算结果 采样地点 瓦斯放散初速度△p 坚固性系数f值 综合指标K 103工作面55液压支柱打到矸石103进风顺槽440m 14 0.33 42.42 103工作面28液压支柱 12 0.63 19.05 103工作面40液压支柱103进风顺槽460m 14 0.48 29.17 201进风顺槽掘进头距转口处470m 17 0.51 33.33 102主进风顺槽小切眼 15 0.38 39.47 201瓦斯尾巷第九横贯 23 0.21 109.52 201进风顺槽掘进头距转口处30m 19 0.38 50.00 201工作面切眼 22 0.46 47.83 401进风順槽09.1.1掘进位置 36.5 0.17 214.71 201回风順槽 24.5 0.21 116.67 201进风順槽1样 33 0.30 110.00 201进风順槽2样 29.5 0.57 51.75 401进风順槽联络巷 33.5 0.17 197.06 测定结果显示15煤层坚固性系数f值为0.17~0.63,多数小于突出临界值0.5;瓦斯放散初速度△p的测值较大,从12~36.5,全部大于临界值10。表明15煤层瓦斯放散较快,有软煤存在。免费论文网。 3)瓦斯压力 测定煤层瓦斯压力地点要尽量避开断层、褶皱、裂隙带等地质构造带,钻孔周围煤层处于原始状态,经过分析和比较,结合矿井开拓、煤层赋存和风、水、电等条件来选择。现场工作人员通过井下实地考察结合煤层揭露情况,布置了8个钻孔,对15煤层进行了原始瓦斯压力测定,测压钻孔位置及参数见表4。 表4 各测压钻孔位置及参数表 测压地点 测点标高(m) 倾角() 孔径(mm) 孔深(m) 见煤深度(m) 透煤长度(m) 1150大巷1 1112 -45 50 64.1 48 穿透 煤层 1150大巷2 1114 -45 61.2 49.5 201高抽巷1 1153 -41 56.5 42 201高抽巷2 1153 -40 55.3 43 二采皮带1 1123 -20 63.7 45 二采皮带2 1124 -25 65.3 51 401进风顺槽1 1075 -5 40 全煤 401进风顺槽2 1075 -6 41 全煤 煤层原始瓦斯压力测定方法为由岩石巷道向未受影响的原始煤层施工钻孔,然后向钻孔中插入测压管,再将钻孔严密封闭堵严使之不漏气,测压管上安装压力表与煤层内气室相连通。压力表值随时间推移而上升,待压力上升并稳定于某一值超过三天,可视其值为煤层瓦斯压力(表压),以此测出煤层原始瓦斯压力。免费论文网。煤层原始瓦斯压力测定时测压管选用4′无缝钢管,封孔材料选用水泥浆,用泥浆泵注入孔内,所有测压钻孔封孔长度大于10m。封孔完成24小时后待水泥浆凝固后安装压力表,并定期观测压力值。15煤层原始瓦斯压力测定结果见表5所示。 表5 15煤层原始瓦斯压力测定结果 地 点 见煤深度(m) 封孔深度(m) 测点标高(m) 表压(MPa) 绝压(MPa) 备注 1150大巷1 48 20 1112 0.2 0.3 不合格 1150大巷2 49.5 21 1114 0.08 0.18 不合格 201高抽巷1 42 22 1153 0.76 0.86 合格 201高抽巷2 43 22 1153 0.82 0.92 合格 二采皮带1 45 25 1123 0.25 0.35 不合格 二采皮带2 51 25 1124 0.32 0.42 不合格 401进风顺槽1 全煤 25 1075 0.88 0.98 合格 401进风顺槽2 全煤 25 1075 0.05 0.15 不合格 本次突出危险性评价采用401进风顺槽1测压钻孔的瓦斯压力值0.98MPa。 (4) 评价参数取值原则 1)煤层瓦斯压力p 根据煤层瓦斯压力控制点所对应的瓦斯压力,采用内插和外推的方法绘制了瓦斯压力分布等值线,从瓦斯压力等值线图中查取15煤层被预测区域的煤层瓦斯压力。 2)煤的破坏类型根据井下观测,15煤层有连续的层状构造煤发育,煤的破坏类型属Ⅳ~Ⅴ类。 3)煤的坚固性系数f取表3中对应煤的实测坚固性系数最小值。 4)瓦斯放散初速度取表3中对应煤层实测瓦斯放散初速度最大值。 5)煤层埋藏深度H按煤层被评价区域实际埋藏深度取值。 6) 突出危险性评价结果 根据天池公司15煤层实测的瓦斯突出危险性指标,结合15煤层瓦斯基础参数,计算得出天池公司15煤层的突出危险性单项指标、综合指标如表6、表7所示。 表6 煤层突出危险性单项指标测定结果 煤层 煤的破坏类型 坚固性系数f 放散初速度△P 瓦斯压力pMPa 评价结果 15 Ⅳ~Ⅴ 0.17 36.5 0.98 突出危险 表7 煤层突出危险性综合指标计算结果 煤层 埋深H(m) 综合指标D 综合指标K 评价结果 15 450 4.04 214.71 突出危险 3、结论 (1)从单项指标来看,15煤层煤的破坏类型属于Ⅳ、Ⅴ类,煤的坚固性系数f最小值为0.17,瓦斯放散初速度最大值为36.5,瓦斯压力最大值为0.98MPa,四项指标全部达到了判定煤层突出危险性单项指标的临界值。免费论文网。因此,根据目前已揭露的情况进行鉴定,天池公司15煤层具有突出危险性。 从综合指标来看,15煤层D4.04大于0.25,K214.7大于15,根据防治煤与瓦斯突出规定规定,15煤层具有突出危险性。 表5 15煤层原始瓦斯压力测定结果 地 点 见煤深度(m) 封孔深度(m) 测点标高(m) 表压(MPa) 绝压(MPa) 备注 1150大巷1 48 20 1112 0.2 0.3 不合格 1150大巷2 49.5 21 1114 0.08 0.18 不合格 201高抽巷1 42 22 1153 0.76 0.86 合格 201高抽巷2 43 22 1153 0.82 0.92 合格 二采皮带1 45 25 1123 0.25 0.35 不合格 二采皮带2 51 25 1124 0.32 0.42 不合格 401进风顺槽1 全煤 25 1075 0.88 0.98 合格 401进风顺槽2 全煤 25 1075 0.05 0.15 不合格 本次突出危险性评价采用401进风顺槽1测压钻孔的瓦斯压力值0.98MPa。 (4) 评价参数取值原则 1)煤层瓦斯压力p 根据煤层瓦斯压力控制点所对应的瓦斯压力,采用内插和外推的方法绘制了瓦斯压力分布等值线,从瓦斯压力等值线图中查取15煤层被预测区域的煤层瓦斯压力。 2)煤的破坏类型根据井下观测,15煤层有连续的层状构造煤发育,煤的破坏类型属Ⅳ~Ⅴ类。 3)煤的坚固性系数f取表3中对应煤的实测坚固性系数最小值。 4)瓦斯放散初速度取表3中对应煤层实测瓦斯放散初速度最大值。 5)煤层埋藏深度H按煤层被评价区域实际埋藏深度取值。 6) 突出危险性评价结果 根据天池公司15煤层实测的瓦斯突出危险性指标,结合15煤层瓦斯基础参数,计算得出天池公司15煤层的突出危险性单项指标、综合指标如表6、表7所示。 表6 煤层突出危险性单项指标测定结果 煤层 煤的破坏类型 坚固性系数f 放散初速度△P 瓦斯压力pMPa 评价结果 15 Ⅳ~Ⅴ 0.17 36.5 0.98 突出危险 表7 煤层突出危险性综合指标计算结果 煤层 埋深H(m) 综合指标D 综合指标K 评价结果 15 450 4.04 214.71 突出危险 3、结论 (1)从单项指标来看,15煤层煤的破坏类型属于Ⅳ、Ⅴ类,煤的坚固性系数f最小值为0.17,瓦斯放散初速度最大值为36.5,瓦斯压力最大值为0.98MPa,四项指标全部达到了判定煤层突出危险性单项指标的临界值。免费论文网。因此,根据目前已揭露的情况进行鉴定,天池公司15煤层具有突出危险性。 从综合指标来看,15煤层D4.04大于0.25,K214.7大于15,根据防治煤与瓦斯突出规定规定,15煤层具有突出危险性。
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